Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Краткий исторический обзор органической химии





ЛЕКЦИИ

По органической химии

для студентов естественно-географического факультета

(заочная форма обучения)

План лекции

1. Предмет органической химии. Краткий исторический обзор органической химии.

2. Теория химического строения А.М.Бутлерова.

3. Классификация органических соединений.

4. Номенклатура органических соединений. Названия радикалов, используемых в названиях органических соединений (принято IUРАС).

5. Предельные углеводороды (алканы). Номенклатура алканов и их производных.Химические свойства алканов.

6. Непредельные углеводороды (алкены). Номенклатура алкенов и их производных.Химические свойства алкенов.

Предмет органической химии

Органическая химия изучает соединения углерода, называе­мые органическими веществами, кроме простейших соединений, таких, как карбонаты, СО и СО2. Определение «органическая хи­мия как химия соединений углерода» по этой причине неточное.

К. Шорлеммер в 1889 г. дал определение органической химии как химии углеводородов и их производных. Однако и это опреде­ление не является строгим, и найти четкую границу органи­ческой и неорганической химиями трудно.

Попытки разделения по признаку происхождения (в начале XIX века к органическим относили вещества живой природы) так­же оказались ошибочными.

Краткий исторический обзор органической химии

Знакомство человека с органическими веществами и примене­ние их для практических целей началось еще в глубокой древнос­ти. Такие вещества, как уксус, масла, жиры, сахар, крахмал, ка­медь, смолы и др.; такие процессы, как брожение виноградного сока, меда, варка пива и мыла, перегонка для получения скипидара, крашение с помощью индиго и других органических веществ, бы­ли давно известны многим народам мира.



Впервые термин «органическая химия» применил И.Я.. Берцелиус в 1808 г., определив ее как «химию растительных и животных веществ, или веществ, образующихся под влиянием жизненной силы и веществ, которые могут быть получены из них путем хими­ческих превращений».

Ф. Вёлер в 1828 г. получил мочевину из циановокислого аммо­ния — неорганического вещества. А. Кольбе в 1845 г. синтезиро­вал уксусную кислоту, используя древесный уголь, серу, хлор и воду. Число синтезов органических веществ из неорганических быстро росло. Так, в 1854 г. П. Бертло получил жиры, в 1861 г. А. М. Бутлеров — сахара, в 1862 г. Бертло — ацетилен. А. М. Бутлеров исходил из материалистических представлений, основанных на атомистическом учении М. В. Ломоносова и Дальтона.

 

Начиная с 1858 г. А. М. Бутлеров развивает и экспериментально обосновывает теорию химического строения.

Сущность этой теории заключается в трех основных положениях:

1) химические вещества определенным образом построены, т. е. имеют строгий порядок в чередовании атомов в молекуле, определенную закономерность во влиянии атомов друг на друга;

2) химическое строение веществ определяет их физические и химические свойства;

3) изучение свойств веществ позволяет опре­делить их химическое строение.

В отличие от ранее существовавших теорий, теория химического строения позволяла классифицировать весь накопившийся и новый экспериментальный материал и, что самое важное, предсказывать возможное число органических соединений определенного состава и вероятные пути их синтеза, т. е. допускала экспериментальную про­верку. Она стала общей теорией органической химии как науки.

Для написания структурной формулы любого органического сое­динения используют четыре основных свойства углерода: 1) четырех­валентность, а также способность его атомов 2) соединяться в цепи, 3) образовать двойные и тройные связи и 4) образовать циклы.

В семидесятых годах XIX в. теория строения дополнилась тео­рией пространственного расположения атомов в молекулах — стереохимической теорией (Вант-Гофф, Лебель).

Классификация органических соединений

В зависимости от строения углеродной цепи органические сое­динения разделяют на соединения с открытой цепью (алифатичес­кий, или жирный, ряд) и циклические. Последние делятся на две груп­пы: карбоциклические соединения (циклы состоят только из атомов углерода) и гетероциклические (в циклы входят и другие атомы, кроме атомов углерода).

Карбоциклические соединения в свою очередь включают два ряда: алициклический и ароматический. Ароматический ряд объединяет ароматические углеводороды — бензол, нафталин и т. д. и их про­изводные.

В каждом ряду органические соединения делятся на классы в зависимости от состава и строения. Наиболее простыми представите­лями соединений жирного алициклического и ароматического рядов являются углеводороды. При замене атомов водорода в углеводородах на другие атомы или группы атомов (функциональныегруппы) об­разуются другие классы органических соединений данного ряда. Атомы-заместители и функциональные группы определяют главней­шие направления химических превращений данного класса органи­ческих соединений.

Углеводороды и их производные с одним и тем же атомом-замес­тителем или с одной и той же функциональной группой образуют гомологические ряды.

Гомологическим рядомназывают бесконечный ряд веществ, отли­чающихся друг от друга на любое число групп СН2 (гомологическая разность), имеющих сходное строение и, следовательно, сходные хи­мические свойства. Существование гомологических рядов связано со способностью углеродных атомов соединяться между собой в длин­ные цепи.

Поскольку гомологи имеют сходные химические свойства, значи­тельно упрощается изучение органических соединений.

Главнейшие классы органических соединений:

Углеводороды (R—Н).

Галогенопроизводные (R—Hlg).

Спирты (R—ОН).

Эфиры простые и сложные (R—О—R, R—СО—OR).

Карбонильные соединения — альдегиды и кетоны (R—СНО, R—CO-R).

Карбоновые кислоты (R—СООН).

Амины (R—NH2, R2NH, R3N).

Нитросоединения (R—NO2).

Сульфокислоты (R—SO3H).

Металлорганические соединения (R—Me).

Число известных классов органических соединений велико и с развитием науки оно все время увеличивается.

Во все эти классы входят как предельные вещества, так и веще­ства, содержащие кратные связи (непредельные или ненасыщенные). Наряду с веществами, содержащими какую-либо одну функцио­нальную группу, существуют соединения со смешанными функция­ми, т. е. содержащие в одной молекуле различные функциональные группы.

Изучение органической химии начинают обычно с жирного ряда и с наиболее простого класса веществ — углеводородов.

 

Химические свойства алканов

Химические превращения алканов могут происходить либо за счет разрыва цепи углеродных атомов, либо за счет отрыва атомов водорода с последующим замещением их другими атомами или группами. Поэтому для предельных углеводородов характерны реакции замещения и расщепления.

Хлорирование

Хлорирование метана обычно идет с образованием смеси продуктов:

hv

СН4 + Cl2 ® СН3Cl + HCl

hv

СН3Cl + Cl2 ® СН2Cl2 + HCl

hv

СН2Cl2 + Cl2 ® СНCl3 + HCl

hv

СН3Cl + Cl2 ® СCl4 + HCl

 

Соотношение скоростей замещения хлором водорода при первичном, вторичном, третичном углероде при температуре ниже 100° С — примерно 1,0 : 3,8 : 5,0.

Бромирование алканов протекает значительно хуже, чем хло рирование, но по тому же радикально-цепному механизму. Соотношение ско­ростей реакции бромирования при 127 °С по третичному, вторичному, первичному атомам углерода равно 1600 : 82 : 1. Можно утверждать, что бромирование алканов практически нацело идет по третичному атому углерода.

Фторированиеалканов осуществить прямым действ невозможно, так как процесс идет со взрывом, его невозможно регулировать. Обычно фторирование алканов осуществляют более мягкими фторирующими агентами, такими, как смесь CoF2 и F2.

Моно- и полизамещенные галогеналканы широко используют в качестве растворителей (хлороформ, дихлорэтан, четыреххлористый углерод и др.) в органических синтезах.

Нитрование

Важной реакцией, имеющей промышленное применение, явля­ется нитрование алканов. Реакцию проводят или в жидкой, или в газовой фазе. В первом случае в качестве нитрующего агента ис­пользуют разбавленную азотная кислота (способ М. И. Коновало­ва) при температуре 140-150 °С и давлении (автоклавирование). В то время как концентрированная HNO3 в нормальных условиях не действует на алканы, а при нагревании обычно действует как окислитель. Газофазное нитрование (по X. Хассу, 1930 г.) в про­мышленности осуществляют тетраоксидом азота или парами аз ной кислоты при 450—475 °С непрерывным методом в аппарате трубчатого типа. В результате образуется смесь нитроалканов, как при высоких температурах одновременно идет разрыв С – связей. Разделение осуществляют фракционной перегонкой.

Нитроалканы используют в качестве растворителей и органических синтезов.

Показано, что реакция нитрования алканов является цепной и идет по схеме:

СН3– СН2– СН2– СН2– СН3 + НNO3 ® СН3– СН2– СН2– СН– СН3 + H2O

NO2

 

Химические свойства алкенов

 

Главным структурным элементом, определяющим реакционную способность олефинов, является двойная связь, представляющая собой сочетание p- и s-связей.

Для алкенов наиболее типичны реакции присоединения, окисления, полимеризации.

Реакции присоединения.

1.1. Присоединение

СН2 = СН2 + Н2 ® СН3-СН3

Реакция идет в присутствии катализаторов (Pd,Pt,Ni).

 

1.2. Присоединение галогенов:

СН2 = СН2 + Br2 ® СН2Br-СН2Br

 

1.3. Присоединение галогеноводородов:

СН2 = СН2 + НС1 ® СН3-СН2С1

Присоединение галогеноводородов к гомологам этилена проис­ходит по правилу В. В. Марковникова: атом водо­рода становится к наиболее гидрогенизованному атому углерода, а атом галогена — к наименее гидрогенизованному, например:

СН3—СН = СН2 + НВг—>СН3— СН Br –СНз

1.4. Присоединение воды (реакция гидрата­ции). Реакция протекает в присутствии катализатора — серной кислоты:

СН2 = СН2 + Н2О ® СН3 — СН2ОН

Это суммарное уравнение реакции. В действительности реакция протекает в две стадии. Сначала происходит присоединение серной кислоты к этилену по месту разрыва двойной связи с образованием этилсерной кислоты:

СН2 = СН2 + Н— О— SO2— ОН ® СНз— СН2— О— SO2-OH

 

Затем этилсерная кислота, взаимодействуя с водой, образует спирт и кислоту:

СН3 — СН2— O—SO2 — ОН + Н — ОН ® СН3 — СН2ОН + НО— SO2 — ОН

В настоящее время реакцию присоединения воды к этилену в присутствии твердых катализаторов используют для промышлен­ного получения этилового спирта из непредельных углеводородов, содержащихся в газах крекинга нефти (попутных газах), а также в коксовых газах.

2. Важным химическим свойством этилена и его гомологов явля­ется способность легко окисляться уже при обычной температуре. При этом окислению подвергаются оба атома углерода, соединен­ные двойной связью. Если этилен пропускать в водный раствор перманганата калия КМпО4, то характерная фиолетовая окраска последнего исчезает — происходит окисление этилена перманганатом калия:

ЗСН2 = СН2 + 2КМп04 + 4Н2О ® ЗНОН2С - СН2ОН + 2MnO2 + 2KOH

этиленгликоль

Эта реакция используется для установления непре­дельности органического вещества — наличия в нем двой­ных или тройных связей.

2.2. Этилен горит светящимся пламенем с образованием оксида уг­лерода (IV) и воды:

СН2 = СН2 + 4 О2 ® 2СО2 + 4Н2О

3. Реакции полимеризации.

Полимеризация — это последовательное соединение одинаковых моле­кул в более крупные.

Реакции полимеризации особенно характерны для непредель­ных соединений. Так, например, из этилена образуется высокомо­лекулярное вещество — полиэтилен. Соединение молекул этилена

происходит по месту разрыва двойной связи. Сокращенно уравнение этой реакции записывается так: nCH2 = СН2 ® ( — CH2 — СН2)n

К концам таких молекул (макромолекул) присоединяются ка­кие-нибудь свободные атомы или радикалы (например, атомы водо­рода из этилена). Продукт реакции полимеризации называется полимером (от греч. поли — много, мерос — часть), а исход­ное вещество, вступающее в реакцию полимеризации, называется мономером.

Полимер — вещество с очень большой относительной молеку­лярной массой, молекула которого состоит из большого числа по­вторяющихся группировок, имеющих одинаковое строение. Эти группировки называют элементарными звеньями или структурными единицами. Например, элементарным звеном полиэтилена является группировка атомов — СН 2 — СН 2 — .

Число элементарных звеньев, повторяющихся в макромоле­куле, называется степенью полимеризации (обозна­чается п). В зависимости от степени полимеризации из одних и тех же мономеров можно получать вещества с различными свойст­вами.

Так, полиэтилен с короткими цепями (п=20) является жид­костью, обладающей смазочными свойствами. Полиэтилен с дли­ной цепи в 1500 – 2000 звеньев представляет собой твердый, но гибкий пластический материал, из которого можно получать плен­ки, изготовлять бутылки и другую посуду, эластичные трубы и т. д. Наконец, полиэтилен с длиной цепи в 5 – 6 тыс. звеньев является твердым веществом, из которого можно готовить литые изделия, жесткие трубы, прочные нити.

Если в реакции полимеризации принимает участие небольшое число молекул, то образуются низкомолекулярные вещества, на­пример димеры, тримеры и т. д. Условия протекания реакций поли­меризации весьма различные. Иногда необходимы катализаторы и высокое давление. Но главным фактором является строение моле­кулы мономера. В реакцию полимеризации вступают непредельные (ненасыщенные) соединения, за счет разрыва кратных связей.

Структурные формулы полимеров кратко записывают так: фор­мулу элементарного звена заключают в скобки и справа внизу ста­вят букву п. Например, структурная формула полиэтилена ( — СН2 — СН2)п. Легко заключить, что название полимера состав­ляется из названия мономера и приставки поли-, например поли­этилен, поливинилхлорид, полистирол и т. д.

С помощью реакций полимеризации получают высокомолеку­лярные синтетические вещества, например полиэтилен, политетрафторэтилен (тефлон), полистирол, синтетические каучуки и др. Они имеют огромное народнохозяйственное значение.

Тефлон — продукт полимеризации тетрафторэтилена:

nCF2 = CF2 —>-(—CF2— CF2 — )

Это самое инертное органическое вещество (на него оказывают воздействие только расплавленные калий и натрий). Обладает высокой морозо- и тепло­устойчивостью.

 

Применение. Этилен используют для получения этилового спир­та, полиэтилена. Он ускоряет созревание плодов (помидоров, цит­русовых и др.) при введении небольших количеств его в воздух теплиц. Этилен и его гомологи используют как химическое сырье для синтеза многих органических веществ.

 

ОДНО– И МНОГОАТОМНЫЕ СПИРТЫ

План лекции

1. Изомерия и номенклатура спиртов.

2. Химические свойства спиртов.

3. Двух- и трехатомные спирты.

4. Применение спиртов.

Спиртами, или алкоголями, называют гидроксильные производные углеводородов. Спирты могут быть предельными и непредельными. Атомность спиртов определяется числом гидроксильных групп – ОН..

Номенклатура спиртов

Формула спирта Название
тривиальное по карбинолу по систематиче­ской номенклатуре
CHSOH Метиловый Карбинол Метанол
  (древесный)    
СН3— СН2ОН Этиловый Метилкарбинол Этанол
  (винный)    
3 2 1 СНз-СН2—СН2ОН Первичный про- пиловый Этилкарбинол 1-Пропанол
1 2 3      
СН3— СНОН— СН3 Вторичный пропило-вый, изопропиловый Диметилкарбинол 2-Пропанол
1 234 СН2ОН-СН2-СН2-СН3 Первичный бутиловый Пропилкарбинол 1-Бутанол
1 2 3 4 СН3— СНОН-СН2-СН3 Вторичный бутиловый Метилэтилкарбинол 2-Бутанол
СН3-СН-СН2ОН СН3 Изобутиловый Изопропилкарбинол 2-Метил-1-пропанол
СН3 1 2| 3 СНз- С-СНз ½ СН3 Третичный бу- тиловый Триметилкарбинол 2-Метил-2-пропанол

 

Химические свойства.

Химические свойства спиртов обусловлены присутствием реакционноспособной гидроксильной группы - ОН. Реакции с участием этой группы проходят с разрывом или связи О –Н, или связи С – О.

1. К и с л о т н о-о с н о в н ы е свойства.

Спирты — вещест­ва нейтральные, но в некоторой степени они проявляют амфотерные свойства.

При взаимодействии спиртов со щелочными металлами имеет место замещение водорода гидроксила металлом с образованием алкоголята спирта:

2Н5ОН + 2Na ® 2С2Н5ОNa + Н2­

Алкоголят(этилат натрия)

Алкоголяты спиртов легко разлагаются водой:

C2H5ONa+HOH ® C2H5ОН + NaOH

так как спирты — более слабые кислоты, чем вода. Кислот­ные свойства спиртов убывают в следующем порядке: первичные > вторичные > третичные.

 

2. Этерификация. Спирты взаимодействуют с минераль­ными и органическими кислотами с образованием соответствующих сложных эфиров и воды:

C2H5OH+HOSO3H ® C2H5OOSO3H + Н2О

этнлсульфат, этилсернэя кислота,

серноэтиловый эфир

C2H5OH +HO–CО-CH3 ® C2H5O–CО-CH3 + Н2О

уксусноэтиловый афир,

этилацетат

Реакции образования сложных эфиров минеральных и органичес­ких кислот обратимы: на определенной стадии наступает равновесие.

Скорость образования сложных эфиров, как показал Н. А.Меншуткин, при одной и той же кислоте для первичных спиртов примерно в два раза больше, чем для вторичных, и в 20 раз больше, чем для тре­тичных.

3. Дегидратация.

При действии на спирты водоотнимаю­щих веществ происходит межмолекулярное или внутримолекулярное отщепление воды. Водоотнимающими веществами являются кислоты (концентрированная H2SO4, H3PO4, щавелевая, бензолсульфокислота и др.), оксиды (оксиды алюминия, тория и др.), некоторые соли (дисульфат калия, сульфат меди, хлорид цинка и др.).

При межмолекулярной дегидратации спиртов получаются про­стые эфиры (R—О—R или R—О—R'):

R'—ОН+НО—R (или НО—R') ® R—О—R (или R—О—R') + H2O

В случае внутримолекулярной дегидратации спиртов, проходящей на тех же катализаторах, но при более высокой температуре, обра­зуются непредельные углеводороды, например:

СН3—СНОН—СН3 ® СН2=СН—СН32О

изопропиловый спирт пропилен

При этом водород отщепляется от наименее гидрогенизированного атома углерода, находящегося по соседству с углеродом, несущим гидроксильную группу (правило Зайцева).

 

4. Замещение гидроксильной группы.

Гидроксильная группа спиртов способна замещаться галогеном при взаимо­действии спиртов: а) с галогеноводородными кислотами, б) с галогенидами фосфора (например, РС13, РС15) или в) с тионилхлоридом (хлорангидридом сернистой кислоты SOC12).

а) Реакция спиртов с галогеноводородами обратима:

R–OH + HCl ® R–Cl + HOH

Поэтому ее обычно проводят в присутствии водоотнимающих веществ — хлорида цинка, серной кислоты, хлорида кальция. Третичные спирты вступают в эту реакцию значительно легче вторичных и первичных, вторичные — легче первичных.

б)В случае применения РС15, например:

R–OH + РCl5® R–Cl + РO Cl3 + HCl

в) Реакция с тионилхлоридом идет с образованием алкилхлорида, хлористого водорода и двуокиси серы:

С2Н5OH + SOC12 ® С2Н5Cl + SO2+ H Cl

5. Окисление.

Спирты окисляются кислородом воздуха в присутствии медных и других катализаторов при 300—500° С такими окислителями, как хромовая смесь, КМпО4 и др., а также дегидрируются при 100—180°С над Си, Ag, Ni, Co, Pt и Pd. Во всех этих случаях первичные спирты дают альдегиды (при дальнейшем окис­лении — кислоты с тем же числом углеродных атомов), вторичные спирты — кетоны; последние могут быть окислены дальше до двух кислот с разрывом углеродной цепи. Третичные спирты оки­сляются очень трудно с разрывом углеродного скелета и образованием смеси кислот и кетонов:

R-CH2OH ® Н2 + R-C

 

Примеры реакций с окислителем:

ЗСН3-СН2ОН + K2Cr207 + 4H2S04 ® ЗСН3-СНО + K2S04 + Cr2 (S04)3 + 7Н20

хромовая смесь уксусный

альдегид

ОН

3 СН3–СН – СН2–СН3 + 2 KMn04 + 9H2S04 ———> СН3 –СО– СН2–СН3 + 2KOН + 2Н2О + 2MnO2

вторичный бутиловый спирт метилэтилкетон

ОН

5СН3-СН2—С– СН3 + 6KMn04 + 9H2S04 ———> 5СН3СООН + 50=С-СН3 + 3K2SO4 + 14Н2О + 6MnSO4

СН3 СН3

Двух- и трехатомные спирты

 

Спирты, содержащие несколько гидроксильных групп, называют многоатомными

( двухатомными, трехатомными и т.д.). Двухатомные спирты называются гликоли.

Наибольшее значение имеет треатомный спирт – глицерин (1,2,3 – пропантриол).

Химические свойства глицерина обусловлены наличием трех гидроксильных групп.

1. Водородные отомы гидроксильных групп в глицерине замещаются на металл при действии не только щелочных металлов, но и гидроксидов металлов – железа, меди, кальция, бария и др. Полученные при этом соединения называются глицератами.

Глицераты тяжелых металлов, в том числе и меди, имеют комплексный характер.

2. При взаимодействии с галогеноводородами (НС1 и НВг) полу­чаются моно- и дихлор- или бромгидрины глицерина, например:

HCI HCI

СН2ОН—СНОН—СН2ОН ———> СН2С1—СНОН—СН2ОН ———> СН2С1-СНОН-СН2Сl

3. При действии галогенидов фосфора замещаются галогеном все три гидроксила:

СН2ОН-СНОН-СН2ОН+РВr3 ———> СН2Вг—СНВг-СН2Вг + Р (ОН)3

1,2,3-трибромпропан

4. При взаимодействии глицерина с неорганическими и органи­ческими кислотами получаются полные и неполные сложные эфиры. Например:

СН2ОН СН2ОNО2

½ в присутствии |

СНОН + 3HONO2 —————————> ЗН2О + CHONO2

| серной кислоты ½ I

СН2ОН CH2ONO2

Полный азотнокислый эфир глицерина (глицеринтринитрат) — ни­троглицерин (обычное, но химически неправильное название) — взрыв­чатое вещество, применяемое для изготовления динамита.

Аналогично получается и полный уксуснокислый эфир глицерина:

СН2ОН СН2О СОСН3

½ в присутствии |

СНОН + 3HOСОСН3 —————————> ЗН2О + CHO СОСН3

| серной кислоты ½ I

СН2ОН CH2O СОСН3

глицеринтриацетат

 

Особенно большое практическое значение имеют полиэфиры гли­церина и ароматической двухосновной кислоты. Эти полиэфиры — глицеринофталиевые смолы, которые называют также глифталями, широко применяются для изготовления лаков.

 

Применение.

Глицерин в больших количествах применяется в химической и пищевой промышленности (для изготовления кондитерских изделий, ликеров, прохладительных напитков и т.д.), в текстильной промышленности, при производстве пластических масс и лаков, взрывчатых веществ.

Лекция 4.

АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ

План лекции

1. Определение альдегидов и кетонов.

2. Изомерия и номенклатура альдегидов и кетонов.

3. Химические свойстваальдегидов и кетонов.

Альдегидами и кетонами называют производные углеводородов, содержащие карбонильную группу – С = О. В молекуле альдегидов по крайней мере одна валентность карбонильной группы затрачивается на соединение с атомом водорода, а другая — с радикалом (предель­ного ряда в предельных альдегидах).

Общая формула альдегидов R—СОН .

В случае кетонов обе валентности карбонильной группы затрачиваются на соединение с радикалами. Общая формула кетонов R—С—R.

О

Химические свойства

1. Реакции нуклеофильного присоедине­ния.

1. 2. Присоединение синильной кислоты приводит к образованию α-оксинитрилов, омылением которых получают α-оксикислоты

СНз— СН2— СНО + HCN → СН3— СН2— СН-CN

ОН нитрил- а -оксипропионовой кислоты

1.2. Присоединение бисульфита натрия дает кристаллические вещества, обычно называемые
бисульфитными производными альдегидов или кетонов:

СН3—CH2-CHO+ NaHS03 → СН3—СН2—CHS03 Na

ОН

Реакция с бисульфитом натрия используется для качественного определения альдегидов и кетонов, а также для их выделения и очистки. Следует, однако, заметить, что в реакцию с бисульфитом натрия вступают только метилкетоны, имеющие группировку СНз—СО—.

1.3. С гидроксиламином альдегиды и кетоны, выделяя воду, образуют оксимы (альдоксимы
и кетоксимы):

СН3—CHO+NH2OH → H2O + CH3-CH=NOH

ацетальдоксим

Эти реакции применяют для количественного определения карбонильных соединений.

1.4. При взаимодействии альдегидов и кетонов с замещенными гидразинами (СбИ—NH — фенилгидразином, H2N— NH— СО - H2N семикарбазидом) образуются соответственно фенилгидразоны и семикарбазоны. Это кристаллические вещества. Они служат для качественного и количественного определения карбонильных соединений, а также для их выделения и очистки. Образование фенилгидразонов:

СН3—СНО + NH2— NH— С6Н5 → СН3— CH=N— NH-C6H5 + H20, 2. Реакции окисления.

СН3—СНО+ 2 [Ag(NH3)2]OH → СН3—СООН + 3NH3 + Н2О

Формальдегид применяется при различных синтезах, например, при производстве глицерина, широко используется в качестве дезинфицирующего средства для дезинфекции зерно- и овощехранилищ, парников, теплиц, для протравления семян и т.д.


Лекция №5

Карбоновые кислоты

План лекции

1. Определение кислот. Классификация.

2. Изомерия и номенклатура монокарбоновых кислот.

3. Способы получения.

4. Химические свойствамонокарбоновых кислот.

5. Жиры и масла.

Изомерия и номенклатура.

Кислоты с числом атомов углерода меньше четырех имеют два изомера. Число
изомеров увеличивается по мере возрастания длины углеродной цепи.
Н—СООН Муравьиная, метановая кислота

СНз—СООН Уксусная, этановая кислота

СНз—СН2—СООН Пропионовая, пропановая кислота

СНз—СН2 – СН2 - СООН Масляная, бутановая кислота

СНз—СН - СООН Изомасляная, диметилуксусная кислота

I

сн3

СНз—СН2 – СН2 – СН2 - СООН Валериановая, пентановая

По систематической номенклатуре кислоты называются, как предельные углеводороды, с добавлением окончания -овая кислота, причем счет атомов цепи начинается от карбоксильной группы.

Тривиальные названия некоторых других кислот:

СНз-(СН2)4— СООН капроновая кислота

СНз—(СН2)5 —СООН энантовая кислота

СНз—(СН2)10—СООН лауриновая кислота

СНз—(СН2)14—СООН пальмитиновая кислота СНз— (СН2) 16-COOH стеариновая кислота


Физические свойства.

Низшие кислоты с числом атомов углерода до 3 — легкоподвижные бесцветные-жидкости с характерным острым запахом; они смешиваются с водой во всех соотношениях. Большинство кислот с числом атомов углерода от 4 до 9 — маслянистые жидкости с неприятным запахом. Растворимость их в воде сильно уменьшается по мере возрастания молекулярных весов. Кислоты с десятью и более углеродными атомами — твердые вещества, не растворимые в воде. Плотности муравьиной и уксусной кислот больше единицы, остальных — меньше единицы. Температура кипения кислот возрастает по мере увеличения молекулярного веса; при одном и том же числе углеродных атомов кислоты нормального строения кипят при более высокой температуре, чем кислоты изостроения. Например, валериановая кислота СНз—(СЩз—СООН кипит при 186° С, а изомерная три-метилуксусная (СН3)зС—СООН при 163,7° С.

Химические свойства

Кислотный характер карбоновых кислот ярко выражен. Это объясняется взаимным влиянием атомов в карбоксильной группе; в ней электронная плотность смещена в сторону наи­более электрофильного (электроноакцепторного) атома—кислорода:

Тем самым ослаблена связь между кислородом и водородом и облегчено отделение иона водорода, т. е. облегчена диссоциация кислоты:

R-COOH <=> R-COO" + H+

Степень диссоциации, а, следовательно, и сила кислот зависят также от величины и характера радикала, связанного с карбоксильной группой: константа диссоциации кислот немного уменьшается с увеличением радикала.. Из жирных кислот наиболее сильной является муравьиная кислота. В общем органические кислоты являются слабыми кислотами. Сила органических кислот увеличивается, если водородные атомы радикала, особенно у соседнего с карбоксильной группой углерода, замещаются электрофильными (электроноакцепторными, электроно-оттягивающими) атомами или группами.

1. Органические кислоты способны образовать соли с металлами, с их оксидами и гидроксидами:

СНз-СООН + NaOH → CH3-COONa + НОН

Пиролизом кальциевых солей получают альдегиды и кетоны, пиролизом натриевых солей в присутствии твердой щелочи получают углеводороды, при электролизе солей образуются углеводороды.

2. При действии галогенидов фосфора на органические кислоты происходит образование галогенангидридов кислот. При этом, как и в случае спиртов, гидроксил замещается галогеном, например:

СНз-СООН + РС15 → СНз-СОС1 + РОС13 + НС1

Галогенангидриды кислот можно назьшатъ по кислоте и галогену, например хлорангидрид уксусной кислоты. Но чаще их называют по ацилу.

3. Ангидриды кислот образуются при действии сильных водоотнимающих средств (Р2О5)
или в присутствии катализаторов при высокой температуре:

2 СНз-СООН → (СН3-СО)2 О

4. Амиды кислот получают при взаимодействии с аммиаком:

СНз—СООН + 2NH3 → CH3—COONH4

CH3-COONH4 → CH3-CONH2 + Н2О

5. Характерной особенностью карбоновых кислот является их способность в присутствии минеральных кислот образовывать сложные эфиры (реакция этерификации):

СН3—СООН + С2Н5ОН → СН3—СОО С2Н5 + Н2О

 

ЛЕКЦИИ

По органической химии

для студентов естественно-географического факультета

(заочная форма обучения)

План лекции

1. Предмет органической химии. Краткий исторический обзор органической химии.

2. Теория химического строения А.М.Бутлерова.

3. Классификация органических соединений.

4. Номенклатура органических соединений. Названия радикалов, используемых в названиях органических соединений (принято IUРАС).

5. Предельные углеводороды (алканы). Номенклатура алканов и их производных.Химические свойства алканов.

6. Непредельные углеводороды (алкены). Номенклатура алкенов и их производных.Химические свойства алкенов.

Предмет органической химии

Органическая химия изучает соединения углерода, называе­мые органическими веществами, кроме простейших соединений, таких, как карбонаты, СО и СО2. Определение «органическая хи­мия как химия соединений углерода» по этой причине неточное.

К. Шорлеммер в 1889 г. дал определение органической химии как химии углеводородов и их производных. Однако и это опреде­ление не является строгим, и найти четкую границу органи­ческой и неорганической химиями трудно.

Попытки разделения по признаку происхождения (в начале XIX века к органическим относили вещества живой природы) так­же оказались ошибочными.

Краткий исторический обзор органической химии

Знакомство человека с органическими веществами и примене­ние их для практических целей началось еще в глубокой древнос­ти. Такие вещества, как уксус, масла, жиры, сахар, крахмал, ка­медь, смолы и др.; такие процессы, как брожение виноградного сока, меда, варка пива и мыла, перегонка для получения скипидара, крашение с помощью индиго и других органических веществ, бы­ли давно известны многим народам мира.

Впервые термин «органическая химия» применил И.Я.. Берцелиус в 1808 г., определив ее как «химию растительных и животных веществ, или веществ, образующихся под влиянием жизненной силы и веществ, которые могут быть получены из них путем хими­ческих превращений».

Ф. Вёлер в 1828 г. получил мочевину из циановокислого аммо­ния — неорганического вещества. А. Кольбе в 1845 г. синтезиро­вал уксусную кислоту, используя древесный уголь, серу, хлор и воду. Число синтезов органических веществ из неорганических быстро росло. Так, в 1854 г. П. Бертло получил жиры, в 1861 г. А. М. Бутлеров — сахара, в 1862 г. Бертло — ацетилен. А. М. Бутлеров исходил из материалистических представлений, основанных на атомистическом учении М. В. Ломоносова и Дальтона.

 

Начиная с 1858 г. А. М. Бутлеров развивает и экспериментально обосновывает теорию химического строения.

Сущность этой теории заключается в трех основных положениях:

1) химические вещества определенным образом построены, т. е. имеют строгий порядок в чередовании атомов в молекуле, определенную закономерность во влиянии атомов друг на друга;

2) химическое строение веществ определяет их физические и химические свойства;

3) изучение свойств веществ позволяет опре­делить их химическое строение.

В отличие от ранее существовавших теорий, теория химического строения позволяла классифицировать весь накопившийся и новый экспериментальный материал и, что самое важное, предсказывать возможное число органических соединений определенного состава и вероятные пути их синтеза, т. е. допускала экспериментальную про­верку. Она стала общей теорией органической химии как науки.

Для написания структурной формулы любого органического сое­динения используют четыре основных свойства углерода: 1) четырех­валентность, а также способность его атомов 2) соединяться в цепи, 3) образовать двойные и тройные связи и 4) образовать циклы.

В семидесятых годах XIX в. теория строения дополнилась тео­рией пространственного расположения атомов в молекулах — стереохимической теорией (Вант-Гофф, Лебель).









Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2021 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.