6.Применение аренов.

Бензол и его гомологи применяются как химическое сырье для производства лекарств, пластмасс, красителей, ацетона, фенола, формальдегидных пластмасс. ядохимикатов и многих других органических веществ. Широко используются как растворители. Бензол в качестве добавки улучшает качество моторного топлива. Этилен используют для получения этилового спирта, полиэтилена. Он ускоряет созревание плодов (помидоров, цитрусовых) при введении незначительных количеств его в воздух теплиц. Пропилен используется для синтеза глицерина, спирта, для добывания полипропилена, который идет на изготовление веревок, канатов, упаковочного материала. Исходя из 1-бутену, добывают синтетический каучук. Ацетилен используют для автогенной сварки металлов. Полиэтилен используются как упаковочный материал, для изготовления сумок, игрушек, домашней посуды (бутылок, ведер, мисок и т.п.). Ароматические углеводороды широко применяют в производстве красителей, пластических масс, химико-фармацевтических препаратов, взрывчатых веществ, синтетических волокон, моторного топлива и др. Основным источником получения А. у. служат продукты коксования каменного угля. Из 1 т кам.-уг. смолы можно в среднем выделит: 3,5 кг бензола, 1,5 кг толуола, 2 кг нафталина. Большое значение имеет производство А. у. из нефтяных углеводородов жирного ряда . Для некоторых А. у. имеют практическое значение чисто синтетические методы. Так, из бензола и этилена производят этилбензол, дегидрирование которого приводит к стиролу.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ:

1. Какие соединения называются аренами?

2. Какие характерные физические свойства?

3. Задача. Из 7,8 г бензола получено 8,61 г нитробензола. Определите выход (в%) продукта реакции.

Лекция № 15 Тема: Кислородосодержащие органические соединения: спирты, фенолы, альдегиды. Понятие об альдегидах. План:

1. Понятие о кислородосодержащие органические соединения, функциональные группы. 2. Классификация оксигеносодержащих соединений, их свойства, изомерия, номенклатура. 3. Понятие об альдегидах.

Содержание лекции:

1. Понятие о кислородосодержащие органические соединения, функциональные группы. К кислородсодержащим органическим соединениям, которые состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, относятся спирты, фенолы, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, простые и сложные эфиры, углеводы и др. их химические свойства определяются наличием в молекулах различных функциональных групп. Спирты - органические соединения, в состав молекул которых входит одна или несколько гидрокс ильных групп, соединенных с углеводородным радикалом. Гидроксильная группа -ОН является функциональной группой двух важных классов соединений - спиртов и фенолов. В фенолах гидроксильная группа связана непосредственно с атомом Углерода ароматического ядра, а в спиртах - с другим атомом Углерода. Количество гидроксильных групп в молекуле спирта или фенола называют атомностю. В зависимости от углеводородного остатка спирты бывают насыщенными, ненасыщенными, циклическими, ароматическими. По числу гидроксильных групп в молекуле спирты и фенолы делятся на одноатомные, двухатомные трехатомные и т. д.

Одноатомные спирты: - R—OH.		Двухатомный спирт:	Трехатомный спирт:
CH3—OH метанол (метиловый спирт) муравиновая к-та	CH3CH2—OH этанол (этиловый спирт), уксусная	HO—CH2—CH2—OH этандиол-1,2 (этиленгликоль)	пропантриол-1,2,3 (глицерин)

Одноатомные спирты: Общая формула одноатомных спиртов - R—OH. По типу углеводородного радикала спирты делятся на предельные, непредельные и ароматические.

Предельный спирт:	Непредельный спирт:	Ароматический спирт:
CH3CH2CH2—OH пропанол-1 (пропиловый спирт)	CH2=CH—CH2—OH пропенол-2,1 (аллиловый спирт)	C6H5—CH2—OH фенилметанол (бензиловый спирт)

Насыщенные одноатомные спирты образуют гомологический ряд с общей формулой С_nH_2n+1 OH.

Изомерия одноатомных спиртов обусловлена изомерией карбонового скелета углеводородного остатка; положением гидроксильной группы в одинаковых цепях. Органические вещества, содержащие в молекуле гидроксильные группы, непосредственно связанные с атомами углерода бензольного кольца, называются фенолами. Например, C₆H₅—OH - гидроксобензол (фенол). По типу атома углерода, с которым связана гидроксильная группа, различают первичные (R—CH₂—OH), вторичные (R—CHOH—R') и третичные (RR'R''C—OH) спирты.

Первичный спирт:	Вторичный спирт:	Третичный спирт:
CH3CH2CH2CH2—OH бутанол-1 (бутиловый сприт) маслянная	бутанол-2 (втор-бутиловый спирт)	2-метилпропанол-2 (трет-бутиловый спирт)

Гексановавая- капроновая.

С₁₅ Н₃₁ СООН – пальмитиновая, С₁₆ Н₃₃ СООН- маргариновая, С₁₇ Н₃₅ СООН – стеариновая . Предельные одноатомные спирты изомерны простым эфирам - соединениям с общей формулой R—O—R'. Изомеры и гомологи

г о м о л о г и	CH3OH метанол
	CH3CH2OH этанол				CH3OCH3 диметиловый эфир
	CH3CH2CH2OH пропанол-1	пропанол-2				CH3OCH2CH3 метилэтиловый эфир
	CH3(CH2)3OH бутанол-1	бутанол-2	2-метил-пропанол-2	2-метил-пропанол-1		CH3OCH2CH2CH3 метилпропиловый эфир		CH3CH2OCH2CH3 диэтиловый эфир
	и з о м е р ы

Для спиртов характерна структурная изомерия (изомерия углеродного скелета, изомерия положения заместителя или гидроксильной группы), а также межклассовая изомерия.

Номенклатура и изомерия спиртов. Названия спиртов выводят из названий радикалов, а также из названий углеводородов, добавляя окончание -ол (международные названия):

СН₃ОН - метиловый спирт, или метанол; С₂Н₅ОН - этиловый спирт, или этанол; С₃Н₇ОН - пропиловый спирт или пропанол, и т. д. Эти спирты образуют гомологический ряд, потому что они по составу молекул отличаются друг от друга на гомологическую разницу.

Общая формула гомологического ряда С_nН_2n+1 ОН, или R - ОН, где R - углеводородный радикал.

Начиная с третьего представителя гомологического ряда - пропанола, у спиртов появляются изомеры. У спиртов всегда больше изомеров, чем в соответствующих насыщенных углеводородах.

Алгоритм составления названий одноатомных спиртов

1. Найдите главную углеродную цепь - это самая длинная цепь атомов углерода, с одним из которых связана функциональная группа.

2. Пронумеруйте атомы углерода в главной цепи, начиная с того конца, к которому ближе функциональная группа.

3. Назовите соединение по алгоритму для углеводородов.

4. В конце названия допишите суффикс -ол и укажите номер атома углерода, с которым связана функциональная группа.

В зависимости от характера атома Углерода, с которым соединена гидроксогруппа, спирты делятся на первичные, если гидроксильная группа размещена у первичного атома Углерода, вторичные, если гидроксильная группа размещена у вторичного атома Углерода, и третичные, если гидроксильная группа размещена у третичного атома Углерода.

Первичные СН₃ – СН₂ – СН₂- ОН Пропанол-1

С₆Н₅-СН₂- ОН Фенилметанол Вторичные СН₃ – СН – СН₃  ОН Пропанол-2

СН₃ 

Третичные СН₃ – СН – СН₃  ОН

2-Метилпропанол-2

Если в молекуле спирта есть одна гидроксильная группа, то он называется одноатомным, две - двухатомным, три - трьохатомным и т. д. Простейшими представителями одноатомных, двухатомным и трьохатомных спиртов соответственно являются метанол, этиленгликоль и глицерин: Физические свойства спиртов во многом определяются наличием между молекулами этих веществ водородных связей:

С этим же связана и хорошая растворимость в воде низших спиртов.

Табл.: Физические свойства спиртов и фенолов:

Название	Формула	d420	tплC	tкипC
Спирты
метиловый	СН3OH	0, 792	-97	64
этиловый	С2Н5OH	0,79	-114	78
пропиловый	СН3СН2СН2OH	0,804	-120	92
изопропиловый	СН3–СН(ОH)–СH3	0,786	-88	82
бутиловый	CH3CH2CH2CH2OH	0,81	-90	118
вторбутиловый	CH3CH2CH(CH3)OH	0,808	-115	99
третбутиловый	(СН3)3С–OH	0,79	+25	83
циклогексанол	С6Н11OH	0,962	-24	161
бензиловый	C6H5CH2OH	1,046	-15	205
этиленгликоль	HOCH2CH2OH	1,113	-15,5	198
глицерин	НО–СН2–CH(ОН)–СН2OH	1,261	-18,2	290
Фенолы
фенол	С6Н5OH	1,05(43°)	43	180
пирокатехин	о - С6Н4(OH)2	–	105	245
резорцин	м - С6Н4(OH)2	–	110	281
гидрохинон	n - С6Н4(OH)2	–	170	285

Простейшие спирты - жидкости с характерными запахами. С увеличением числа атомов углерода температура кипения возрастает, а растворимость в воде падает. Температура кипения у первичных спиртов больше, чем у вторичных спиртов, а у вторичных - больше, чем у третичных. Метанол крайне ядовит. Метанол. Наружно метанол подобный этанолу, но имеет сильное ядовитое действие и поэтому довольно опасный. Используется для синтеза формальдегида, а также для получения лекарств, мономеров, красителей и как растворитель. Ядовитые свойства метанола вызваны его способностью окисляться в организме человека до формальдегида и муравьиной кислоты, которые разрушают белковые клетки (10 г вызывает слепоту, а 30 г - смертельная

доза для человека).

Применение спиртов: Этиленгликоль применяют: 1)     в качестве антифриза; 2)     для синтеза высокомолекулярных соединений (например, лавсана). Глицерин применяют:1)     в парфюмерии и в медицине (для изготовления мазей, смягчающих кожу); 2)     в кожевенном производстве и в текстильной промышленности; 3)     для производства нитроглицерина.

Этанол. Этанол имеет многоплановое применение. Это один из лучших растворителей для многих органических соединений - подобно воде для неорганических. Добывают брожением углеводов. Из этанола получают уксусную кислоту, эфиры - этилацетат, бутилацетат и т.п. Его применяют для синтеза практически всех классов органических соединений. Этанол используется в пищевой промышленности в процессах изготовления пива, вин и других спиртных напитков. Этанол действует на организм человека как наркотик и в небольшой дозе вызывает опьянение, а в больших количествах может привести к смерти. Пропиловые спирты. 1-пропанол используют для добывания пропионового альдегида. 2-пропанол применяется для синтеза различных химических продуктов. Бутиловые спирты. Применяются как растворители лаков и красок, для синтеза эфиров, бутиратной кислоты.

Высшие жирные спирты. Жидкие (6 - 10 атомов Углерода), применяют как промежуточные продукты в производстве моющих средств, пластификаторов, флотореагентов, в фармацевтической и парфюмерной промышленности. Твердые (цетиловый – С₁₆Н₃₃ОН) - является основной частью спермацета - жирового вещества, которое находится в черепной полости кашалота - в виде эстера пальмитиновой кислоты; цериловый – С₂₆Н₅₃ОН, мирициловый С₃₀Н₆₁ОН - входят в состав пчелиного воска. Химические свойства спиртов:

1.Горение: C₂H₅OH + 3O₂ 2CO₂ +3H₂O + Q

2.Реакции с щелочными и щелочноземельными металлами ("кислотные" свойства): реагируют с щелочными и щелочноземельными металлами, образуя солеобразные соединения – алкоголяты. Атомы водорода гидроксильных групп молекул спиртов, также как и атомы водорода в молекулах воды, могут восстанавливаться атомами щелочных и щелочноземельных металлов ("замещаться" на них). 2Na + 2H—O—H 2NaOH + H₂ 2Na + 2R—O—H 2RONa + H₂ Атомы натрия легче восстанавливают те атомы водорода, у которых больше положительный частичный заряд ( +). И в молекулах воды, и в молекулах спиртов этот заряд образуется за счет смещения в сторону атома кислорода, обладающего большой электроотрицательностью, электронных облаков (электронный пар) ковалентных связей. Молекулу спирта можно рассматривать как молекулу воды, в которой один из атомов водорода замещен углеводородным радикалом. А такой радикал, богатый электронными парами, легче, чем атом водорода, позволяет атому кислорода оттягивать на себя электронную пару связи R O. Атом кислорода как бы "насыщается", и за счет этого связь O—H оказывается менее поляризованной, чем в молекуле воды ( + на атоме водорода меньше, чем в молекуле воды). В результате атомы натрия труднее восстанавливают атомы водорода в молекулах спиртов, чем в молекулах воды, и реакция идет намного медленнее. Иногда, основываясь на этом, говорят, что кислотные свойства спиртов выражены слабее, чем кислотные свойства воды. Из-за влияния радикала кислотные свойства спиртов убывают в ряду : метанол первичные спирты вторичные спирты третичные спирты С твердыми щелочами и с их растворами спирты не реагируют.

3.Реакции с галогеноводородами: C₂H₅OH + HBr C₂H₅Br + H₂O.

4.Внутримолекулярная дегидратация (t > 140^oС, образуются алкены): C₂H₅OH C₂H₄ + H₂O

5.Межмолекулярная дегидратация (t < 140^oС, образуются простые эфиры): 2C₂H₅OH C₂H₅OC₂H₅ + H₂O

6.Окисление (мягкое, до альдегидов): CH₃CH₂OH + CuO CH₃—CHO + Cu + H₂O Это качественная реакция на спирты: цвет осадка изменяется с черного на розовый, ощущается своеобразный "фруктовый" запах альдегида).

7.Взаимодействие с оганическими кислотами (реакция этерификации) приводит к образованию сложных эфиров.

	O II			O II
CH3–	C-	-OH + H -	-OC2H5  H2SO4CH3–	C	–O–C2H5(уксусноэтиловый эфир (этилацетат)) + H2O

В общем виде:

	O  II			H+		O II
R–	C-	-OH + H-	-OR’		R–	C	–O–R’ + H2O

Это означает, что спирты – более слабые кислоты, чем вода.

Получение спиртов:

1. Щелочной гидролиз галогеналканов (лабораторный способ): C₂H₅Cl + NaOH C₂H₅OH + NaCl.

2. Гидратация алкенов: C₂H₄ + H₂O C₂H₅OH.

3. Брожение глюкозы : C₆H₁₂O₆ 2C₂H₅OH + 2CO₂ .

4. Синтез метанола: CO + 2H₂ CH₃OH

Многоатомные спирты: Примерами многоатомных спиртов является двухатомный спирт этандиол (этиленгликоль) HO—CH₂—CH₂—OH и трехатомный спирт пропантриол-1,2,3 (глицерин) HO—CH₂—CH(OH)—CH₂—OH. Это бесцветные сиропообразные жидкости, сладкие на вкус, хорошо растворимы в воде. Этиленгликоль ядовит. Химические свойства многоатомных спиртов по большей части сходны с химическими свойствами одноатомных спиртов, но кислотные свойства из-за влияния гидроксильных групп друг на друга выражены сильнее. Качественной реакцией на многоатомные спирты является их реакция с гидроксидом меди(II) в щелочной среде, при этом образуется ярко-синие растворы сложных по строению веществ. Например, для глицерина состав этого соединения выражается формулой Na₂[Cu(C₃H₆O₃)₂].

Альдегиды:

Оксосоединения - это такие органические вещества, содержащие в молекуле оксо - или карбонильную группу >C=О. Альдегидами называются органические соединения, в молекулах которых содержится функциональная группа.

Строение молекул: Электронная и структурная формулы альдегидов следующие:

У альдегидов в альдегидной группе между атомами углерода и водорода существует -связь, а между атомами углерода и кислорода – одна -связь и одна -связь, которая легко разрывается.

Альдегиды и кетоны отличаются по характеру атомов, окружающих карбонильную группу: у альдегидов хотя бы одна из валентностей Углерода карбонильной группы тратится на связь с Гидрогеном. У кетонов обе валентности карбонильной группы тратятся на связь с углеводородными остатками: R - С = О R - С = О | | Н R¹

Получение альдегидов: В промышленности:

а) окислением алканов:

б) окислением алкенов:

в) гидратацией алкинов:

г) окислением первичных спиртов:

(этот метод используется и в лаборатории).

Физические свойства:

Ароматические альдегиды и кетоны - нерастворимые в воде жидкости или твердые вещества. Альдегиды имеют запах горького миндаля, а кетоны - приятный цветочный запах.

За исключением метаналя (формальдегида), который является газообразным веществом, альдегиды состава С₂ – С₁₅ – безцветные вещества, начиная с альдегида С₁₆ в молекуле - твердые вещества.

Альдегиды с С₃ – С₆ имеют неприятный запах, высшие альдегиды - приятный. Низшие кетоны (до С₁₅ - жидкости с приятным запахом, растворимые в воде. В воде карбонильная группа образует водородные связи с молекулами воды. Оксосоединения имеют более низкие температуры кипения, чем алканолы, что свидетельствует о слабости межмолекулярной ассоциации в альдегиды и кетоны вследствие отсутствия водородной связи. Высшие альдегиды и кетоны хорошо растворимы в органических растворителях.

Химические свойства альдегидов:

1. Из-за наличия в альдегидной группе -связи наиболее характерны реакции присоединения:

2. Реакции окисления (протекают легко):

3. Реакции полимеризации и поликонденсации:

КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ НА АЛЬДЕГИДЫ. Альдегидную группу в органических соединениях можно обнаружить с помощью таких реакций, как взаимодействие со свежеосажденным гидроксидом меди(II) при нагревании,

С аммиачным раствором оксида серебра {реакция серебряного зеркала).

Эти реакции позволяют отличить альдегиды от кетонов.

При взаимодействии альдегида с гидроксидом меди (II) наблюдается образование кирпично-красного осадка оксида меди(I), а в реакции серебряного зеркала на стенках пробирки или колбы, в которой проводится эксперимент, образуется налет металлического серебра.

Впервые эта реакция была предложена немецким химиком Ю. Либихом.

В результате окисления альдегидов образуется новый класс веществ, называемый карбоновыми кислотами. В качестве окислителя можно использовать и кислород воздуха, и неорганические соли (перманганат калия) и даже такие специфические слабые окислители, как аммиачный раствор оксида серебра или гидроксид меди (II).

ЗАДАЧИ САМОКОНТРОЛЯ: 1. Как можно классифицировать спирты? 2. Запишите формулу двухатомного спирта. 3. Запишите третий представитель альдегидов. 4. Какие соединения называют карбоновыми кислотами, как их классифицируют?

5.Какие химически свойства характерны для спиртов?

6. Какие способы получения спиртов вам известны?

7. Какие вызнаете области применения метанола и этанола?

Лекция 16.

Тема: Карбоновые кислоты. Эфиры.

План:

1.Понятие об карбоновых кислотах.

2.Химические свойства карбоновых кислот.

3.Понятие о сложных эфирах.

4.Химические и физические свойства эфиров. Применение.

5.Фенолы. Химические и физические свойства. Применение.

Содержание лекции: