Лидин Р. А., Молочко В. А. Химия для абитуриентов. От средней школы к вузу

В реакции /этерификации кислота всегда отдает группу ОН, а спирт-атом Н (образуется вода). Реакция этерификации

обратима- ^она 'лу^Шё 'протекает в кислотной среде (при рН < 7). Обратная реакция^(гидролиз) идет "лучше поэтов в щелочной среде (рН > 7):

их'Общая формула ВСООКг.; . Названия распространенных сложных эфиров:

Сложные эфиры трехатомного спиртаглицерина и выс­ ших карбоновых кислот (в общем виде КСООН, где К - это С17Н35, С15Н31 и др.) носят название жиров, например;

Мы рассмотрели следующие классы органических соеди­ нений: углеводороды, галогенопроизводные углеводородов, спирты, альдегиды, кислоты, простые и сложш>1ё; эфиры. Химические свойства этих классов наглядно показывают, что. между классами органических веществ имеется, взаимо-

221

Углеводород-этан С2Н6■-

I •

Галогенопроизводное-бромэтан 0 2Н5Вг

Спиртэтанол С2Н5ОН

I I * Простой эфирдиэтиловый эфир (С2Н5)20

1

Сложный эфирэтилацетат СН3—С \ Х ОС2Н5

При переходе от углеводородов к кислотам по ряду

в этих веществах увеличивается содержание кислорода. При­ нято говорить, что углеводороды последовательно окисля­ ются в спирты, альдегиды и кислоты. Очевидно, что конеч­ ным продуктом окисления всех органических соединений будет диоксид углерода С 02, содержащий углерод в высшей для него степени окисления (-НУ). Например, для щавелевой кислоты в водном растворе:

полуреакция Н2С20 4 —2е~ = 2СОг + 2Н+. окисления

Аналогично этиловый спирт можно окислить до уксусного альдегида:

полуреакция С2Н5ОН —2е~ = СН3СНО + 2Н+. окисления

Сами углеводороды можно получить из неорганических веществ, например .С + Н2 = СН4.

Таким образом, в природе существует взаимосвязь между неорганическими и органическими веществами.

Упражнения

26.1.Составьте схему получения этилацетата, используя"только неорганические реагенты. Приведите уравнения реакций.

26.2.Приведите общие формулы альдегидов, кетонов и кислот. Объясните, какой тип гибридизации у атомных орбиталей углерода карбонильной и карбоксильной групп.

26.3.Приведите структурные формулы изомеров состава

222

С3Н60, содержащих карбонильную группу. Первое из них дает реакцию «серебряного зеркала». Оба соединения восстанавливаются до соответствующих спиртов, при дегидратации которых,образуется один и тот же алкен. Составьте уравнения всех указанных реакций.

26.4. Изобразите полные структурные' формулы муравьиной, уксусной, пропионовой и бензойной кислот. Назовите эти кислоты по систематической номенклатуре. Приведите .уравнения электроли­ тической диссоциации этих кислот в водном растворе. Получите бензоаг кальция тремя способами.

26.5.Составьте схемы получения уксусного альдегида: а) из ацетилена, б) из этана. Приведите уравнения реакций и назовите все органические вещества.

26.6.Составьте структурные формулы следующих веществ:

а) глицериновый эфир масляной кислоты; б) пропиловый эфир пропионовой кислоты; в) натриевая солк стеариновой кислоты С17Н35СООН, г) кальциевая соль щавелевой кислоты; д) метилэтилкетон; е) трифторуксусная кислота.

26.7. Определите, какие из указанньрс ниже веществ будут реа­ гировать: а) с натрием; б) с гидроксидом натрия:

С3Н7.СНО, С3Н7СООН* С6Н5ОН, С5Н1ьОН, >2,2-диметидпррпан,

26.8.Составьте схему получения бензойной кислоты из гептана. Приведите уравнения реакций с указанием условий-их протекания.

26.9.Составьте уравнения,реакций,, представленных-следующи­

Назовитевсе. органические вещества по систематической, номенкла­ туре. *4 ‘ *

26.10. Укажите, с помощью каких реакций можно различить пропионовую кислоту и метиловый эфир уксусной кислоты. Со­ ставьте уравнения реакций.

26.11. Составьте уравнения следующих реакций: а) гидролиз цропилового,эфира бензойной кислоты; б) получение4пропионата кальция; Г- . ^ в) полное сгорание пропилового спирта в кислороде;

г) этерифйкация уксусной кислоты с помощью З-метилбутанола-1; д) полимеризация метилового эфира, производного от кислоты СН2=С(СН3)СООН, по месту двойной связи.

26.12. Из веществ, формулы которых приведены ниже, выведите формульг-отвейающих им углеводородов. Распределите углеводоро­ ды по гомологическим рядам и назовите их:

СН3СВг=СНСН2СН2СН2Вг, СН3С(=СН2)СН2СНО,

223

СН3ОН, СН3С=ССН2СНО, СН3СН(СН3)СООН, СН3СН2СНВгСН2СН3, СН3СН2С^ССНС1СН3, СН2=СНСН2СН2ОН, СН=ССН2СООН

26.13.Альдегид акролеин является продуктом окисления аллиловего спирта СН2=СНСН2ОН. При окислении акролеина образу­ ется акриловая кислота. Добавление пропанола переводит кислоту

всложный эфир. Составьте уравнения реакций.

26.14.Предложите схему получения этилацетата из этилена. Составьте уравнения реакций веществ в структурной форме.

26.15.Предложите схему получения этилацетата из ацетилена.

27. УГЛЕВОДЫ. НИТРОСОЕДИНЕНИЯ. АМИНЫ. АМИНОКИСЛОТЫ

Углеводы. Классификация углеводов. Глюкоза, ее строение и свойства. Фруктоза как изомер глюкозы. Сахароза и ее гидролиз. Крахмал и целлюлоза. Их строение и свойства. Применение углево­ дов.

Нитросоединения. Нитробензол, его получение и свойства. Амины. Классификация и номенклатура. Строение аминов и их

свойства. Ароматические амины. Анилин, его получение и примене­ ние.

Аминокислоты, их строение, свойства и значение. Белки как высокомолекулярные природные соединения. Строение белков и их свойства. Проблема химического синтеза белков. _ -

Углеводы (сахара) - важнейшие природные соединения, состоящие из углерода, водорода й кислорода. Углеводы подразделяют на- моносахариды^и полисахариды. Мойосахариды не подвергаются гидролизу, а полисахариды при кипя­ чении с разбавленными растворами кислот расщепляются до моносахаридов.

Углеводы относятся к полифункциональным соединени­ ям. В молекуле моносахарида имеются функциональные группы разных типов: группы ОН (спиртовая функция) и группы СО (альдегидная или кетонная функция). Поэтому различают альдегидоспирты. (спиртоалъдёгиды, альдозы) и кетоспирты {спиртокетоны, кетозы).

Важнейший представитель альдоз-это глюкоза:

224

а представитель кетоз - фруктоза:

Н Н ОН

I I I I I I I

ОН ононн о он

Глюкоза (виноградный сахар) и фруктоза (фруктовый сахар) являются структурными изомерами; их молекулярная формула С6Н120 6.

Глюкозу можно отличить ют фруктозы так же, как и лю­ бой альдегид от кетона,-по реакции «серебряного зеркала»:

Этерификация глюкозы и фруктозы (например, уксусной кислотой) приводит к образованию сложного эфира по всем пят1| группам ОН (ОН заменяется, на ОСОСН3).

Однако не все" реакции, характерные для альдегидов, протекают с глюкозой; например, не происходит реакции присоединения с участием гидросульфита натрия. Причина в Том, что молекула глюкозы может существовать в трех изомерных формах, из которых две формы (а- и (3-формы)- циклические. В растворе все. три формы находятся в состоя­ нии равновесия, причем открытая (альдегидная) форма, при­ веденная выше, содержится в наименьшем количестве:

Циклические формы глюкозы не содержат альдегидной груп­ пы. Они отличаются друг от друга только пространственным, расположением атома Н и группы ОН у атома углерода Сг

225

8 1945

Дисахариды образуются йз двух молекул моносахари­ дов путем межмолекулярной дегидратации. Так, сахароза С12Н22О 11 является продуктом соединения остатков глю­ козы и фруктозы за счет отщепления воды:

СН2ОН

Н

НО

СН2ОН

СН2ОН

сахароза

При гидролизе в кислотной среде сахароза переходит вновь в моносахариды:

с12н22.ои + н2о С Сбн1206 4“С6Н120(~6Г112,-'б

Крахмал и целлюлоза (клетчатка)-продукты поликонден­ сации (межмолекулярной дегидратации) соответственно а- и (3-форм глюкозы. Они являются полисахаридами с общей формулой (С6Н1о05)и. Степень полимеризации крахмала составляет 1000-6000, а целлюлозы 10000-14000. Целлюло­ за - наиболее распространенное в природе (содержится в древесине) органическое вещество. Очень трудно подверга­ ется гидролизу (НС1, >100°С) до глюкозы.

Большое практическое значение имеют сложные эфиры^ целлюлозы с уксусной кислотой (их используют в производ­ стве искусственного ацетатного волокна и кинофотопленок): -

226

Очень важны в народном хозяйстве азотсодержащие ор­ ганические вещества. Азот может входить в органические соединения в вид&ШтроГруппы -ЧчГО2; аминЬгр^ппы —ТШ2 и амидогруппы 1(п6ЛйДной группы) —С(0)>Щ2, причем всегда атом азота будет связан непосредственно а атомом углерода. - I • Нитросоединения получают при прямом нитровании7пре­ дельных углеводородов азотной, кислотой (давление* .-тем­

пература) или при азотной кислотой в присутствии серной кислоты, например:

Восстановление цитросоединений с помощькг атомарного водорода (образуется либо непосредственно в сосуде по реакции Ре 4- 2НС1 = РеС12 + 2Н°, либо при пропускании водорода Н2 над никелевым катализатором: Н2 = 2Н°) позволяет получить первичные амины (общая формула В—1Ш2):

Амины, можно рассматривать как органические произ­ водные аммиака >Ш3. Амины могут быть первичными К—КН2,вторичными ВВ'КН и третичными ВВ'К/'И в зави­ симости от числа атомов водорода, которые замещены на радикалы К,К' пли В". Например, первичный амин-этила- мин С2Н5>Ш2, вторичный амин - диметиламин (СН3)2КН и третичный амин - триэтиламин (С2Н5)3М

Амины, как и аммиак, проявляют основные свойства; они образуют в водном растворе гидраты, которые диссоцииру­ ют с образованием анионов ОН”:

8*

. Ароматические амины (в которых* аминогруппа связана непосредственно с бензольным кольцом) являются более слабыми основаниями, чем алкиламины, из-за взаимодей­ ствия неподеленной пары электронов атома азота с тг-элект- ррнами бензольного кольца. Аминогруппа облегчает заме­ щение водорода в бензольном кольце, например, на бром:,.

К1Н,

6^ 2 Вг2 Вг Вг

уУ —НВГ'

Анилин в лаборатории получают восстановлением нитро­ бензола. Является чрезвычайно важным .материалом для получения красителей (анилиновые красители)/

Органические соединения, содержащие,в, своем составе карбоксильную группу и аминогруппу, называются амино­ кислотам]и; они являются основой белковых^ веществ: >

Аминокислоты проявляют свойства и кислот, и аминов. Так, они образуют соли (за счет кислотных свойств карбо­ ксильной группы):

и сложные эфиры (подобна другим органическим кислотам):

С более сильными (неорганическими) кислотами они проявляют свойства оснований и образуют соли за счет основных свойств аминогруппы:

228

Реакции образования глицинатов и солей глициния мож­ но объяснить следующим образом. В водной растворё ами­ нокислоты существуют в трех формах (на примере глицина):

глицинат-ионИ^СЪ12СОО~ (в щелочной среде, рН-> 7)

он-

бШ(глщин) и°Н С+НзКСН2СОО-] (в нейтральной среде, рН = 7)

н,о

а с кислотами-катион глициния; равновесие смещается'со­ ответственно ъ сторону образования анионов йли катибнов.

Белки (протеийы) - органические приро/^ге соедйнения - биополимеры, пос^бенные из остатков аыйнокислрт. В мо­ лекулахбелков азот присутствует в виде амидогруппы —0(0)—N11— (так называемая пептидная связь С—N7

По числу остатков аминокислот в молекуле белка различают дипептиды (приведенный вьппе глицилаланин), трипептиды и т. д. Природные белки {протеины) содержат от 100 до 1 * 105 остатков аминокислот, что отвечает относительной моле-, кулярной массе 1104- 1 1 0 7 (а.е.м.).

Образование макромолекул протеинов (|биополимеров), т. е. связывание молекул аминокислот в длинные цепи, про-

229