Органические соединения. Часть 2. Кислородсодержащие и высокомолекуля

УДК 541.1 ББК 24.23я7

О-64

Авторы: Л.С. Пан, Г.А. Старкова, Т.К. Томчук, Л.Г. Черанева, О.В. Нагорный

Рецензенты:

канд. хим. наук, доцент М.М. Соколова (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);

канд. хим. наук А.С. Колышкин (ООО «Фирма “Радиус-сервис”»)

Органические соединения : учеб.-метод. пособие : в 2 ч. О-64 Ч. 2. Кислородсодержащие и высокомолекулярные соединения / Л.С. Пан [и др.]. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед.

политехн. ун-та, 2012. – 56 с. ISBN 978-5-398-00834-0

Рассмотрены особенности строения кислородсодержащих и высокомолекулярных соединений, способы их получения и типы химических реакций с указанием механизмов их протекания. Приведены задания для самостоятельной работы студентов и тесты для подготовки к экзамену, а также лабораторные работы к частям 1 и 2.

Предназначено для студентов нехимических специальностей дневной, заочной и дистанционной формы обучения, изучающих курс «Органическая химия».

УДК 541.1 ББК 24.23я7

2

3

1. КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

1.1. Спирты и фенолы

Спиртами и фенолами называются функциональные производные, в молекулах которых группа –ОН соединена с углеводородным радикалом или непосредственно с ароматическим кольцом. Атомность спиртов и фенолов определяется числом гидроксильных групп. Предельные одноатомные спирты имеют общую формулу СnН2n+2O или СnH2n+1OH. Изомерия спиртов зависит от строения углеродной цепи и положения гидроксильной группы в цепи. По систематической номенклатуре название спирта составляется из названия соответствующего углеводорода с добавлением к суффиксу -ан суффикса -ол и указанием номера углеродного атома, при котором находится гидроксильная группа (табл. 1.1).

Название замещенных фенолов производится от фенола с указанием названий и положения заместителей в ароматическом кольце. Нумерация в ароматическом ядре начинается с гидроксильной группы:

Существует много способов получения спиртов. На рис. 1 приведена схема основных способов получения спиртов, которая отражает генетическую связь спиртов с другими классами органических соединений.

Рис. 1. Способы получения спиртов

5

Фенол получают гидролизом галогенопроизводных:

C H Cl NaOH C H OH + NaCl,

6 5 → 6 5

Cu; t °

Спирты до С10 при обыкновенной температуре представляют собой жидкости, начиная с С11 и выше – твердые вещества. Спирты С1–С3 смешиваются с водой во всех соотношениях и имеют характерный запах. По мере увеличения молекулярной массы растворимость жидких спиртов в воде уменьшается и запах их становится неприятным. Твердые спирты лишены запаха и почти нерастворимы в воде.

Температура кипения спиртов возрастает по мере увеличения их молекулярной массы. Спирты нормального строения кипят при более высокой температуре, чем спирты с разветвленной цепью. Температура кипения спиртов значительно выше температуры кипения соответствующих углеводородов, что обусловлено тем, что спирты, как и вода, хотя и в меньшей степени, являются ассоциированными жидкостями. Отдельные молекулы спиртов соединяются между собой с помощью так называемых водородных связей, возникающих между водородными и кислородными атомами гидроксильных групп различных молекул спирта.

Химические свойства. Химические свойства спиртов обусловлены присутствием реакционноспособной гидроксильной группы –OH. Реакции с участием этой группы проходят с разрывом связей O–H или С–О. Общие химические свойства спиртов приведены на рис. 2.

6

Спирты ROH

Замещение атома водорода в группе –ОН

1. Взаимодействие с очень активными металлами (Li, Na, K) 2C2H5OH+2Na → 2C2H5ONa+H2

2. Образование сложных эфиров при взаимодействии с кислотами

СН3СOОН + С2Н5OН → CH3COOC2H5 + H2O

Н2SO4

Замещение группы –ОН

Взаимодействие с НХ (Х=Cl, Br) в присутствии H2SO4

C2H5OH + HCl → C2H5Cl + H2O

Н2SO4

Реакции окисления

1. Горение

C2H5OH+3О2 → 2CО2+3H2О

2. Окисление первичных спиртов до альдегидов или вторичных до кето-

нов (CuO/t°, O2/Cu+t°, K2Cr2O7 и др.)

СН3–СH2–ОН + CuO → H3C-CОН +Cu+H2O

Реакции дегидратации

1. Внутримолекулярная дегидратация при t > 140 °С (по правилу Зайцева)

t > 140 °C

CH3–СН–СН2–СН3 → CH3–CH=CH–CH3+H2O

Н2SO4

OH

2. Межмолекулярная дегидратация при t < 140 °С

C2H5–OH + HO–C2H5 t < 140 °C→ C2H5–O–C2H5+H2O

Н2SO4

Реакции дегидратации и дегидрирования этанола (реакция Лебедева)

2C H OH t ° СH =CH–CH=CH +H +2H О

2 5 → 2 2 2 2 kat

Рис. 2. Химические свойства спиртов

7

Многоатомные спирты могут вступать в те же реакции замещения, что и одноатомные спирты, с замещением одной или нескольких гидроксильных групп:

В молекулах фенолов реакционноспособны как гидроксильная группа, так и ароматическое ядро. Фенолы проявляют значительно большую кислотность, чем спирты или вода. Они легко вступают

вреакции с разрывом связи О–Н и замещением атома водорода

вароматическом кольце (рис. 3).

Фенолы

Замещение атома водорода в группе –ОН

1.Взаимодействие с очень активными металлами

2.Взаимодействие с растворами щелочей

Замещение атома водорода в орто- и параположениях бензольного кольца

1. Бромирование без катализатора

Рис. 3. Химические свойства фенолов (см. также с. 9)

8

1.2. Альдегиды и кетоны

Альдегидами и кетонами называют производные углеводородов, содержащие карбонильную группу >C=O. В молекуле альдегидов одна валентность карбонильной группы затрачивается на соединение с атомом водорода, а другая – с радикалом. В случае

Общая формула предельных альдегидов и кетонов СnH2nO. Изомерия альдегидов связана со строением радикалов. Альде-

гиды называют по предельным углеводородам с добавлением суффикса -аль (табл. 1.2).

Изомерия кетонов связана со строением радикалов и с положением карбонильной группы в углеродной цепи. Кетоны называют по наименованию радикалов, связанных с карбонильной группой; по систематической номенклатуре к названию предельного углеводорода добавляется суффикс -он и указывается номер атома углерода, связанного с карбонильным кислородом (табл. 1.3).

10