Органическая химия (Для студентов-иностранцев). Часть 2. Учебное пособие

3. Напишите уравнения реакций, в результате которой можно осуществить превращение:

CH2 – CH2 CH3CH2OH → O O CH2 – CH2

Контрольные вопросы

1.Какими факторами объясняются химические свойства оксиранов?

2.На какие группы подразделяются циклические простые

эфиры?

3.Какое самое важное свойство краун-эфиров?

4.Где примеряются краун-эфиры?

2.3. Сложные эфиры

Сложные эфиры – класс соединений на основе минеральных (неорганических) или органических карбоновых кислот, у

которых атом водорода в НО-группе замещен органической группой R. Прилагательное «сложные» в названии эфиров помо-

гает отличить их от соединений, именуемых простыми эфирами. Если исходная кислота многоосновная, например, серная,

то возможно образование либо полных эфиров– замещены все, НО-группы, либо кислых эфиров – частичное замещение:

Для одноосновных кислот, например, уксусной, возможны только полные эфиры:

O

║

H3C – C – O – R .

31

Сложные эфиры называют по кислотам и спиртам, остатки которых участвуют в их образовании, например, Н–СО–О–СН3 - метилформиат, или метиловый эфир муравьиной кислоты.

Для сложных эфиров характерны три вида изомерии:

- изомерия углеродной цепи, начинается по кислотному остатку с бутановой кислоты, по спиртовому остатку – с пропилового спирта, например:

СН3 –СН2–СН2–СН2–С–О– С2Н5

׀׀

O

этилбутират

СН3–С–O–СН2–СН2–С2Н5

׀׀

O

–СО–О–, начинается со сложных эфиров, в молекулах которых содержится не менее четырех атомов углерода, например:

Сложные эфиры низших карбоновых кислот и спиртов представляют собой летучие, малорастворимые или практически нерастворимые в воде жидкости. Многие из них имеют приятный запах (табл. 5). Сложные эфиры имеют, как правило, более низкую температуру кипения, чем соответствующие им кислоты. Например, стеариновая кислота кипит при 232 °С, а метилстеарат

– при 215 °С (Р =15 мм рт. ст.). Объясняется это тем, что между молекулами сложных эфиров отсутствуют водородные связи.

32

Сложные эфиры высших жирных кислот и спиртов— воскообразные вещества, не имеют запаха, в воде не растворимы, хорошо растворимы в органических растворителях. Например, пчелиный воск представляет собой в основном мирициловый эфир пальмитиновой кислоты (C15H31COOC31H63).

Для сложных эфиров характерны следующие химические реакции:

- этерификации, в результате которой образуются исходные жирные кислоты и спирт:

O

- гидролиза, который катализируется щелочами:

- восстановления водородом:

R1 – CO – OR2 + 2Н2 → R1 – CH2OH + R2OH; - образования амидов:

CH3 – CO – OC2H5 + NH3 → CH3 – CO – NH2 + C2H5OH.

33

Сложные эфиры получают:

- реакцией этерификации – взаимодействием кислот и спиртов в условиях кислого катализа, например, получение этилпропионата из пропиловой кислоты и этилового спирта:

СН3СН2COOH + C2H5OH → СН3СН2COOC2H5 + H2O;

- взаимодействием ангидридов или галогенангидридов карбоновых кислот со спиртами, например, получение этилацетата из уксусного ангидрида и этилового спирта:

(CH3CO)2O + 2 C2H5OH → 2 СН3COOC2H5 + H2O; - реакцией солей кислот с алкилгалогенидами:

R1COOMe + R2Hal → R1COOR2 + MeHal;

- присоединением спиртов к алкенам в условиях кислотного катализа (в том числе и кислотами Льюиса):

R1COOH + R2CH=CHR3 → R1COOCHR2CH2R3.

Сложные эфиры на основе низших спиртов и кислотис пользуют в пищевой промышленности при создании фруктовых эссенций, а сложные эфиры на основе ароматических спиртов – в парфюмерной промышленности.

Из восков изготавливают политуры, смазки, пропиточные составы для бумаги (вощеная бумага) и кожи, они входят и в состав косметических кремов и лекарственных мазей.

Контрольные задания

1. Составьте уравнения реакций, соответствующих цепочке химических превращений:

СН3СН2СN → СН3СН2СООН → СН3СН2С(О)Сl →

→СН3СН2СООС2Н5.

2.Запишите уравнения реакций гидролиза: метилацетата;

фенилацетата; этилбензоата.

3. Составьте уравнения реакций и назовите органические продукты реакций н-бутирилхлорида СН3СН2СН2С(О)Сl: с водой; изопропиловым спиртом; п-нитрофенолом; спиртовым раствором AgNO3; водным раствором NaHCO3.

34

Контрольные вопросы

1.Что такое сложные эфиры?

2.Почему сложные эфиры имеют более низкие температуры кипения по сравнению с соответствующими кислотами?

3.Где применяются важнейшие представители сложных

эфиров?

4.Какие реакции характерны для сложных эфиров?

2. 4. Жиры

Жиры – вещества растительного или животного происхождения, состоящие из смесей триглицеридов, – сложных эфиров глицерина и высших жирных кислот. Общая формула жиров:

O CH2–O–C–R1

׀O CH–O–C–R2

׀O CH2–O–C–R3.

Природные жиры содержат как насыщенные, так и ненасыщенные жирные кислоты (табл. 6).

Пальмитиновая C15H31COOH Линолевая C17H31COOH (2 двойные связи)

Масляная C3H7COOH) Линоленовая C17H29COOH (3 двойные связи)

Арахидоновая C19H31COOH (4 двойные связи)

Строение жиров было установлено благодаря трудам французских химиков Э. Шевреля и М. Бертло. Нагревая жиры с водой (в присутствии щелочи) Э. Шеврель еще в 1811 г. установил, что, присоединяя воду, они разлагаются на глицерин и карбоновые кислоты стеариновую, олеиновую и др. Первый синтез жи-

35

ров осуществил М. Бертло (1854) обратной реакцией глицерина с кислотами:

(бензин, бензол и др.). Жиры хорошо поглощают и удерживают пахучие вещества. На этом основан способ извлечения пачучих веществ из цветов.

Жиры вступают во все химические реакции, характерные для сложных эфиров, однако имеется ряд особенностей, связанных со строением жирных кислот и глицерина.

Для жиров, содержащих ненасыщенные жирные кислоты, характерны реакции присоединения галогенводородов, галоге-

36

Гидролиз жиров может происходить при высоких температуре и давлении (водный), в присутствии ферментов, кислот, щелочей:

Жиры являются одним из главных компонентов пищи, выполняют энергетические функции в человеческом организме. Жиры используются в промышленности для производства мыла, глицерина, карбоновых кислот, в фармакологии и косметологии.

Природные жиры при хранении на воздухе портятся, так как под действием активных ферментов частично разлагаются на свободные карбоновые кислоты, а непредельные жирные кислоты окисляются с образованием альдегидов и кетонов.

Контрольные задания

1.Составьте формулу сложного эфира глицерина и масляной кислоты.

2.Напишите уравнения водного, кислотного и щелочного гидролиза пальмитоолеолинолеат глицерина.

3.Определите массу жира, необходимого для получения глицерина массой 46 г, если считать, что жир – масляный триглицерид и массовая доля выхода глицерина составляет 0,90.

Контрольные вопросы

1.Что такое жиры и в чем обусловлено различие свойств твердых и жидких жиров?

2.К какому классу соединений относятся жиры?

3.Какие химические реакции характерны для жиров?

4.Какие жирные кислоты входят в состав жиров?

37

Задачи и упражнения для самостоятельной работы

1.Определите формулу кислородсодержащего органического соединения, если массовая доля углерода составляет0,649

имассовая доля водорода составляет 0,195. Какое это вещество?

2.Рассчитайте массовую долю выхода метилацетата, если в результате реакции уксусной кислоты массой15 г с метиловым спиртом массой 16 г образовалось 18,5 г эфира.

3.Определите, какая кислота входит в состав триглирерида,

если для щелочного гидролиза этого сложного эфира массой26 г затрачено 39,6 см3 раствора гидроксида натрия с массовой долей

NaOH равной 0,24 (ρ = 1,263 г/см3).

4.Какую массу диметилового эфира можно получить из метанола массой 8 г, если массовая доля выхода данного эфира составляет 0,97?

5.Какая массу метилэтилового эфира получится при взаимодействии 117 г этанолята натрия и 101 г хлорметана.

6.Рассчитайте объём метанола(ρ = 0,816 г/см3), который необходимо взять для получения51 г метилового эфира бутановой кислоты.

7.Какой объем водорода при нормальных условиях можно получить в результате реакции натрия массой69 г и глицерина массой 46 г?

8.Относительная плотность паров сложного эфира по кислороду равна 3,75. В результате реакции гидратации этого эфира образуются два соединения, при сгорании равного количества которых образуются одинаковые объемы оксида углерода(IV). Составьте структурную формулу этого эфира.

9.Запишите схемы реакций, при помощи которых можно осуществить следующие химические превращения:

- пропен → 3-хлорпропен-1 → аллиловый спирт → глицерин → трипальмитин → тринитроглицерин-;

- триолеин → диолеостеарин → олеодистеарин→ тристеарин → глицерин → трипальмитин;

38

Тестовые задания

1. Какая формула соответствует этилацетату?

2. Какая реакция лежит в основе получения сложных эфиров?

4. Сколько атомов углерода содержит молекула метилацетата?

6. При гидролизе жиров в присутствии щелочей образуются:

7.К каким кислотам относится олеиновая кислота СН3–(СН2)7–СН=СН–(СН2)7–СООН?

1)предельным многоосновным,

2)непредельным одноосновным,

3)ароматическим одноосновным,

4)непредельным многоосновным.

8.Как называется процесс получения сложных эфиров?

9. К какому классу органических веществ относятся жиры?

39

ГЛАВА 3. УГЛЕВОДЫ

3. 1. Классификация, строение углеводов

Углеводы – большой класс природных органических соединений, к которому относятся полигидроксикарбонильные вещества и их производные. Структура углеводов выражается общей формулой Сn(H2O)m, где n и m ≥ 4. К углеводам относятся такие распространенные в природе вещества, как различные сахара, крахмал, целлюлоза, декстрин, гликоген и др. Известны также соединения, относящиеся к углеводам, состав которых не соответствует общей формуле, например, сахар рамноза C6H12O5.

Углеводы входят в состав растений и живых организмов. В растениях углеводы образуются в результате фотосинтеза из углерода и воды с участием солнечной энергии и хлорофилла:

nH2O + mCO2 Cn(H2O)m + nO2.

Углеводы в зависимости от строения, величины молекул, а также физических и химических свойств подразделяют на моно-, олиго- и полисахариды.

Моносахариды (монозы) – многоатомные альдегидоили кетоспирты, не способные гидролизоваться с образованием более простых молекул.

Олигосахариды содержат от двух (дисахариды) до десяти остатков моносахаридов и способны к гидролизу с образованием моноз. Они растворимы в воде, имеют кристаллическое строение, сладкий вкус.

Полисахариды состоят из десятков и более остатков моноз, при гидролизе распадаются до моносахаридов, нерастворимы в воде, безвкусны, не имеют ярко выраженного кристаллического строения.

Моносахариды – простейшие углеводы, их классифицируют с учетом двух признаков– характера оксогрупп (альдегидная или кетонная) и длины углеродной цепи.

В зависимости от наличия в структуре моносахаридов альдегидной или кетонной групп их делят на альдозы и кетозы. В зависимости от числа атомов углерода в молекуле среди моносахаридов различают: триозы; тетрозы; пентозы; гексозы (табл. 7).

40