Органическая химия. Химия кислородсодержащих соединений. Учебное пособие

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

__________________________________________________________________________

М.Н. ТИМОФЕЕВА, В.Н. ПАНЧЕНКО

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

ХИМИЯ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ

Учебно-методическое пособие

НОВОСИБИРСК

2020

УДК 547(075.8) Т 415

Рецензенты:

канд. хим. наук, доцент В.Ю. Александров канд. хим. наук, ст. преп. П.А. Симонов

Работа подготовлена на кафедре инженерных проблем экологии и утверждена Редакционно-издательским советом университета в качестве

учебно-методического пособия для студентов заочной формы обучения, изучающих курс органической химии

Тимофеева М.Н.

Т 415 Органическая химия. Химия кислородсодержащих соединений: учебное пособие / М.Н. Тимофеева, В.Н. Панченко. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2020. – 72 с.

ISBN 978-5-7782-4096-4

Учебное пособие является частью курса «Органическая химия», изучаемого студентами очной и заочной формы обучения. В пособии содержится теоретический материал, представляющий сложность при изучении студентами свойств кислородсодержащих соединений – спиртов, карбоновых кислот, жиров, углеводов и сахаров, а также даны практические задания для закрепления теоретического материала.

УДК 547(075.8)

Тимофеева Марина Николаевна Панченко Валентина Николаевна

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

ХИМИЯ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ

Учебно-методическое пособие

Редактор Л.Н. Ветчакова

Выпускающий редактор И.П. Брованова Корректор Л.Н. Киншт

Дизайн обложки А.В. Ладыжская Компьютерная верстка С.И. Ткачева

Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции Издание соответствует коду 95 3000 ОК 005-93 (ОКП)

Подписано в печать 31.01.2020. Формат 60 84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 50 экз. Уч.-изд. л. 4,18. Печ. л. 4,5. Изд. № 232/19. Заказ № 334. Цена договорная

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета

630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20

1. СПИРТЫ

Спирты – органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько гидроксильных групп (-ОН групп), соединенных с углеводородным радикалом. Спирты можно классифицировать по различным характеристикам (табл. 1).

4

Методы получения спиртов

Существует несколько способов получения предельных спиртов, среди которых можно выделить следующие.

Щелочной гидролиз галогеналканов позволяет получать спирты в результате гидролиза под действием водного концентрированного раствора щелочи при нагревании:

Гидратация алкенов (присоединение воды по кратным связям).

Большую часть технического этанола получают гидратацией при 250…300 oС и давлении 7…8 МПа в присутствии кислоты:

Синтез спиртов из альдегидов и кетонов. В качестве восстанавли-

вающих реагентов используют алюмогидрид лития в эфире или боргидрид натрия в этаноле:

Гидроксилирование по Вагнеру – мягкое окисление алкенов KMnO4

в водном растворе, приводящее к образованию диолов. Чаще всего эту реакцию проводят при охлаждении:

R

5

Синтез этанола ферментативным гидролизом углеводов. Для по-

лучения этилового спирта применяется ферментативное брожение сахаросодержащих продуктов: зерна, картофеля, отходов сахароварения, соков плодовых культур. Для технических целей используют целлюлозу и древесину:

С6Н12О6 → 2 СН3СН2ОН + 2 СО2

Синтез метилового спирта. Метанол получают из природного газа. Смесь метана и водяного пара пропускают над никелевым катализатором при повышенном давлении. Получается синтез-газ (смесь СО и Н2):

СН4 + Н2О = СО + 3Н2

Синтез-газ пропускают над оксидами хрома, цинка или меди при температуре около 350…400 °С и получают метанол:

CO + 2H2 Cr2O3 + ZnO CH3OH 350-400oC,

210 aтм

Физические свойства спиртов

Низшие спирты (до С15) – жидкости, высшие – твердые вещества. Метанол и этанол смешиваются с водой в любых соотношениях. С ростом молекулярной массы растворимость спиртов в воде падает. Спирты имеют высокие температуры кипения и плавления за счет образования водородных связей.

Химические свойства спиртов

Химические свойства спиртов определяются взаимодействием углеводородных и гидроксильных групп. Исходя из строения, в молекуле спирта можно выделить несколько реакционных центров (рис. 1).

6

основные свойства взаимодейсвие с электрофилом Е+

Рис. 1. Основные реакционные центры в молекуле спирта

Кислотные свойства

Взаимодействие спиртов со щелочными и щелочно-земельными металлами:

Основные свойства

Взаимодействие спиртов с сильными кислотами с образованием солей оксония:

CH3CH2OH + HBr CH3CH2O - H + Br -

H

Бромид этилоксония

Реакции взаимодействия спиртов с нуклеофилом Nu–

Реакции замещения

Межмолекулярная дегидратация спиртов – отщепление молекулы воды от двух молекул спиртов при нагревании в присутствии водоотнимающих средств. В результате межмолекулярной дегидратации спиртов образуются простые эфиры. Так, при нагревании этилового спирта с серной кислотой образуется диэтиловый (серный) эфир:

2 C2H5OH H2SO4 C2H5-O-C2H5

7

Взаимодействие спиртов с органическими и неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров (реакция этерификации). Ре-

акция этерификации катализируется сильными неорганическими кислотами. Например, при взаимодействии этилового спирта и уксусной кислоты образуется этилацетат:

Замещение гидроксильной группы на галоген, приводящее к образованию галогеналканов

Взаимодействие спиртов с галогеноводородами:

ROH + HX RX + H2O

Взаимодействие спиртов с тригалогенидами фосфора:

3ROH + PX3 3RX + H3PO3 (PX3 = PBr3, PI3)

PBr3

Например, 3CH3CH2CH2CH2OH 3CH3CH2CH2CH2Br + H3PO4

Дегидратация в присутствии водоотнимающих агентов:

H2SO4

CH3CH2OH H2C = CH2 + H2O

Окисление спиртов:

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ

Цель предложенных работ – на практике изучить физико-хими- ческие свойства спиртов, а также освоить методы их идентификации. В табл. 2 приведен список спиртов, необходимых для выполнения лабораторной работы.

8

1.Качественные реакции на спирты

1.1.Качественная реакция на многоатомные спирты

Качественный анализ основан на свойстве многоатомных спиртов, согласно которому с увеличением числа гидроксильных групп в спиртах возрастает подвижность атома водорода гидроксильной группы. Благодаря этому спирты могут взаимодействовать не только с щелочными металлами, но и с щелочами. Качественным реактивом на многоатомные спирты является щелочной раствор гидроксида меди(II), при взаимодействии с которым многоатомные спирты образуют комплексное соединение с медью ярко-синего цвета.

Реактивы: этиловый спирт, глицерин, сульфат меди (0.1 М раствор), гидроксид натрия (0.1 М раствор).

9

Приборы и материалы: пробирки, водяная баня, электрическая плитка.

Ход работы

Получите гидроксид меди(II). Для этого к 2 мл раствора медного купороса добавьте раствор гидроксида натрия до выпадения синего осадка:

CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4

Полученный осадок взболтайте и разделите на три части. К первую пробирку добавьте 0.5 мл глицерина, во вторую – 0.5 мл этанола. Третья пробирка является контрольной.

Впробирке с глицерином должно наблюдаться растворение осадка

иокрашивание раствора в ярко-синий цвет за счет образования хелатного комплексного соединения:

Впробирке с этиловым спиртом растворения осадка не будет наблюдаться.

1.2.Качественная реакция на первичные, вторичные

итретичные спирты (проба Лукаса)

Водноатомных спиртах гидроксильная группа может быть связана

спервичным, вторичным или третичным атомом углерода, что влияет на их реакционную способность. Для того чтобы определить место положения -ОН группы в одноатомных спиртах, используется реактив Лукаса (раствор ZnCl2 в концентрированной соляной кислоте).

Реактивы: этиловый спирт, изопропиловый спирт, трет-бутиловый спирт, цинк, соляная кислота (конц.).

Приборы и материалы: пробирки, пипетки, водяная баня.

10