Тема 5.9 Кислородсодержащие органические соединения.

Основные понятия и термины по теме: гидроксильная группа как функциональная. Понятие о предельных одноатомных спиртах. Глицерин как представитель многоатомных спиртов. Взаимное влияние атомов в молекуле фенола: взаимодействие с гидроксидом натрия и азотной кислотой. Этиленгликоль. Понятие об альдегидах. Ацетальдегид. Гомологический ряд предельных однооснóвных карбоновых кислот. Сложные эфиры в природе, их значение. Глюкоза – вещество с двойственной функцией – альдегидоспирт.

План изучения темы:

1. Спирты и фенол.

2. Альдегиды и кетоны.

3. Карбоновые кислоты.

4. Сложные эфиры и жиры.

5. Углеводы.

Краткое изложение теоретических вопросов:

1. Спирты и фенол: Спиртами называются соединения общей формулой ROH. Важный способ получения этилового спирта, известный с древнейших времён, брожение глюкозы : С₆H₁₂O₆ -> 2C₂H₅OH+2CO₂.

Гидратация этилена: С₂H₄+H₂O -> C₂H₅OH.

Химические свойства спиртов: При взаимодействии с активными металлами (Na, K, Mg, Al) спирты проявляют свойства слабых кислот и образуют соли, называемые алкоголятами:2CH₃OH + 2Na -> 2CH₃ONa + H₂. При действии окислителей первичные спирты образуют альдегиды: C₂H₅OH+CuO -> CH₃CHO+Cu+H₂O. При взаимодействии с карбоновыми кислотами образуются сложные эфиры: С₂H₅OH+CH₃COOH -> CH₃COOC₂H₅+H₂O. Соединения с двумя и более гидроксильными группами называются многоатомными спиртами:

1,2-этандиол (гликоль)		1,2,3-пропан-триол (глицерин)

Качественной реакцией на глицерин является взаимодействие со свежеосажденным гидроксидом меди (II) – ярко-синее окрашивание. Глицерин используют в парфюмерии, медицине, в кожевенном производстве, текстильной промышленности. Этиленгликоль применяют для приготовления антифризов, синтетического волокна лавсана. Этанол применяют, как растворитель, как дезинфицирующее средство, в пищевой промышленности. Фенол C₆H₅OH — простейший представитель класса фенолов. Бесцветные игольчатые кристаллы, розовеющие на воздухе из-за окисления, приводящего к образованию окрашенных веществ. Обладают специфическим запахом гуаши. Растворим в воде (6 г на 100 г воды), в растворах щелочей, в спирте, в бензоле, в ацетоне. 5 % раствор в воде — антисептик, широко применяемый в медицине. Обладает слабыми кислотными свойствами, при действии щелочей образует соли — феноляты (например, фенолят натрия - C₆H₅ONa): C₆H₅OH + NaOH = C₆H₅ONa + H₂O Взаимодействие с металлическим натрием: 2C₆H₅OH + 2Na = 2C₆H₅ONa + H₂↑. Вступает в реакции электрофильного замещения по ароматическому кольцу. Гидрокси-группа, являясь одной из самых сильных донорных групп, увеличивает реакционную способность кольца, и направляет замещение в орто- и пара-положения. Фенол с лёгкостью галогенируется, нитруется. Взаимодействие с бромной водой (качественная реакция на фенол): C₆H₅OH + 3Br_2(aqua) → C₆H₂(Br)₃OH + 3HBr образуется твердое вещество белого цвета 2,4,6 трибромфенол. Взаимодействие с концентрированной азотной кислотой: C₆H₅OH + 3HNO_3конц → C₆H₂(NO₂)₃OH + 3H₂О образуется 2,4,6 тринитрофенол. Взаимодействие с хлоридом железа (III)(качественная реакция на фенол): 6C₆H₅OH + FeCl₃ → [Fe(C₆H₅OH)6]CI3 образуется трихлоридфенолят железа (III)(фиолетовое окрашивание) Применение фенола: производство фенолформальдегидных смол, получение искусственных волокон — нейлона и капрона, лекарственных препаратов (аспирин), антисептиков и пестицидов. Раствор 1,4 % фенола применяется в медицине, как обезболивающее и антисептическое средство. Фенол и его производные обуславливают консервирующие свойства коптильного дыма. Также фенол используют в качестве консерванта в вакцинах. 2. Альдегиды и кетоны– органические соединения, содержащие фрагмент >C=O (углерод, связанный двойной связью с кислородом, его называют карбонильным). У альдегидов карбонильный углерод соединен с атомом Н и органической группой R (общая формула RHC=O), а в кетонах – с двумя органическими группами (общая формула R₂С=О). Высокая реакционноспособность связана с наличием высокополярной связи С=О. 1 Реакции присоединения. Восстановление. Альдегиды способны к восстановлению, основной продукт восстановления — первичные спирты.

НСНО + Н₂O → СН₃ОН Окисление. Альдегиды легко окисляются в соответствующие карбоновые кислоты. Реакция серебряного зеркала. Альдегид + Ag₂O (в аммиачном растворе) = Кислота + 2Ag. Тонкий слой осадка металлического серебра образует зеркальную поверхность (таким способом раньше получали зеркала)

СН₃СНО + Ag₂O--NH₄OH,t--> CH₃COOH + 2Ag↓ Реакция «медного зеркала». Окислителем здесь выступает свежеприготовленный (СuSO₄+2NaOH→...) Cu(OH)₂, гидроксид меди. Образуется кирпично-красный осадок оксида Cu(I)

R—CHO + 2Cu(OH)₂ → R—COOH + Cu₂O↓ + 2H₂O Реакция поликонденсации При нагревании альдегида с фенолом образуются фенолформальдегидные смолы. Применение: Формальдегид Н₂С=О (его водный раствор называют формалином) используют как дубитель кожи и консервант биологических препаратов. Ацетон (СН₃)₂С=О – широко применяемый экстрагент и растворитель лаков и эмалей. 3. Карбоновые кислоты — класс органических соединений, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных карбоксильных групп -COOH.  Карбоновые кислоты - исходные соединения для получения промежуточных продуктов органического синтеза. Соли карбоновых кислот и щелочных металлов применяют как мыла, эмульгаторы, смазочные масла; соли тяжелых металлов - сиккативы, инсектициды и фунгициды, катализаторы. Эфиры кислот - пищевые добавки, растворители; моно- и диэфиры гликолей и полигликолей пластификаторы, компоненты лаков и алкидных смол; эфиры целлюлозы - компоненты лаков и пластмассы. Получение: Окисление спиртов

Окисление альдегидов RCHO+ (O)→ RCHOH Наиболее важные химические свойства, характерные для большинства карбоновых кислот: 1. Карбоновые кислоты при реакции с металлами, их оксидами или их осно́вными гидроксидами дают соли соответствующих металлов:

2. Карбоновые кислоты могут вытеснять более слабую кислоту из её соли, например:

3. Карбоновые кислоты в присутствии кислого катализатора реагируют со спиртами, образуя сложные эфиры (реакция этерификации):

4. Сложные эфиры имеют общую формулу R₁—COO—R₂, где R₁ и R₂ — углеводородные радикалы. Основной метод получения сложных эфиров: этерификация — взаимодействие кислот и спиртов в условиях кислотного катализа, например получение этилацетата из уксусной кислоты и этилового спирта: СН₃COOH + C₂H₅OH = СН₃COOC₂H₅ + H₂O Сложные эфиры низших карбоновых кислот и простейших одноатомных спиртов — летучие бесцветные жидкости с характерным, зачастую фруктовым запахом. Сложные эфиры высших карбоновых кислот — бесцветные твердые вещества.

Сложные эфиры широко используются в качестве растворителей, пластификаторов, ароматизаторов.

Жиры — природные соединения, которые представляют собой сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот. Большинство жиров образовано тремя карбоновыми кислотами — олеиновой, пальмитиновой и стеариновой. Очевидно, две из них — предельные (насыщенные), а олеиновая кислота содержит двойную связь между атомами углерода в молекуле. В обычных условиях жиры, содержащие в своем составе остатки непредельных кислот, чаще всего бывают жидкими. Их называют маслами. В основном это жиры растительного происхождения — льняное, конопляное, подсолнечное и другие масла. Реже встречаются жидкие жиры животного происхождения, например рыбий жир. Большинство природных жиров животного происхождения при обычных условиях — твердые (легкоплавкие) вещества и содержат в основном остатки предельных карбоновых кислот, например бараний жир. Известны исключения и из этого правила. Так, пальмовое масло — твердый в обычных условиях жир. Наиболее важная в практическом плане реакция — гидрирование жиров. Именно эта реакция лежит в основе получения маргарина — твердого жира из растительных масел.

Гидролиз жиров в щелочной среде называют омылением жиров. 5. Углеводы - это органические соединения, имеющие сходное стоение и свойства, состав которых может быть выражен в формулой C_n(H₂O)_m. Углеводы делятся на моносахариды, дисахариды, полисахариды. Глюкоза - бесцветное кристаллическое вещество сладкого вкуса, растворимое в воде и органических растворителях. Глюкоза может существовать в виде циклов (α и β глюкозы). Глюкоза — конечный продукт гидролиза большинства дисахаридов и полисахаридов. В промышленности глюкозу получают гидролизом крахмала. В природе глюкоза образуется растениями в процессе фотосинтеза. Глюкоза может восстанавливаться в шестиатомный спирт(сорбит). глюкоза легко окисляется. Она восстанавливает серебро из аммиачного раствора оксида серебра и медь (II) до меди(I).Проявляет восстановительные свойства. В частности, в реакции растворов сульфата меди с глюкозой и гидроксидом натрия. При нагревании эта смесь реагирует с обесцвечением (сульфат меди сине-голубой) и образованием красного осадка оксида меди (I).При окислении образует глюконовую кислоту. Глюкозу используют при интоксикации, вводят внутривенно струйно и капельно, так как она является универсальным антитоксическим средством.

Лабораторные работы/ Практические занятия - не предусмотрено

Задания для самостоятельного выполнения

1. Метанол, этиленгликоль, глицерин – как представители класса спиртов.

2. Многообразие карбоновых кислот.

3. Пленкообразующие масла.

Форма контроля самостоятельной работы:

Проверка конспекта в рабочей тетради.

Вопросы для самоконтроля по теме:

1. Написать структурные формулы: 2-метилпропанол-2, 3-этилпентаналь, бутанон-2, 2,2-диметилгексановая кислота, метилацетат.

2. Написать уравнения реакций: метан -> хлорметан -> метанол -> метаналь ->метановая кислота-> этилформиат -> этанол.

3. Вычислить объем водорода (н.у) может получиться, если для реакции взяли 3,2г метанола и 3,2г металлического натрия.