Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сборник задач и заданий по органической химии. Учебное пособие
.pdf
+
ONa OCH2CH
Br
3
+ CH3CH2Br . + NaBr.
этоксифенол (этилфениловый эфир)
В водном растворе фенол взаимодействует с FeC l3 с образованием комплексного фенолята фиолетового цвета (качественная реакция на фенол).
Важнейшими превращениями фенола, в которых участвует
ароматическое кольцо, являются реакции галогенирования, нитрования, сульфирования, алкилирования.
Галогенирование не требует катализатора:
OH OH OH
Cl
+ Cl
2
2
-2HCl -2HCl
о-хлорфенол п-хлорфенол
Особенно легко протекает бромирование в разбавленных
водных растворах (сразу образуется 2,4,6-трибромфенол):
OH OH
Br
Cl
+ 3Br
2
+ 3HBr.
Br
При нитровании фенола разбавленной азотной кислотой
образуются о- и п-нитрофенолы, концентрированной – конечный
продукт – 2,4,6-тринитрофенол (желтое кристаллическое взрывчатое вещество):
61
O2N
OH
NO
2
+ 3HONO
2
4
+ 3H2O.
H2SO
N2O
Для промышленных нужд фенол получают из каменноугольной смолы, которую обрабатывают сначала раствором щелочи (образуются феноляты), затем серной кислотой:
C6H5ONa + H2SO4 → C6H5OH + NaHSO4.
Фенол также получают сплавлением солей бензолсульфокислоты со щелочью:
C6H5OSO3Na + NaOH → C6H5OH + Na2SO3.
Фенол получают гидролизом хлорбензола перегретым паром на катализатором:
450-500oC, Cu
2+
C6H5OСl + H2O C6H5OH + HCl.
силикагель
В последнее время все большее значение приобретает способ прямого гидроксилирования ароматического ядра бензола:
катализатор
C6H6 + H2O2 → C6H5OH + H2O.
Катализаторами служат соли металлов: Fe(II), Cu(II),T i(III).
Контрольные задания
1. Напишите структурные формулы изомеров метилфенола,
дигидроксибензола и тригидроксибензола.
2. Напишите уравнения реакций, при помощи которых
можно отличить друг от друга этанол, глицерин и фенол.
3. Составьте уравнения реакций, протекающих по схеме:
метан → ацетилен → бензол → хлорбензол → фенол. Вычислите
массу фенола, полученного из метана объемом 67,2 дм3 (н. у.),
если массовая доля выхода продукта составляет 40 %.
4. Составьте уравнения реакций сульфирования и алкилирования фенола.
62
5. Составьте уравнения реакций, при помощи которых
можно осуществить следующие превращения:
а) гексан → циклогексан → бензол → хлорбензол → фенол;
б) ацетат калия → этан → этанол → диэтиловый эфир;
в) этанол → этилен → этиленгликоль → дибромэтан →
→ ацетилен;
г) алюминий → карбид алюминия → метан → хлорметан →
→ этан → этилен → этанол → диэтиловый эфир;
д) карбонат кальция → этин → этанол → бутен-2 →
→ бутандиол-2, 3;
е) ацетилен → этилен → этанол → хлорэтан → этанол →
→ диэтиловый эфир;
ж) гексан → бензол → фенол → фенолят калия →
→ 2,4,6-трибромфенол;
3) пропан → гексан → хлорбензол → фенолят натрия →
→ пикриновая кислота.
6. Составьте уравнения реакций, протекающих по схеме:
метан → ацетилен → бензол → хлорбензол → фенол. Вычислите
массу фенола, полученного из метана объемом 67,2 дм3 (н. у.),
если массовая доля выхода продукта составляет 40 %.
7. При бромировании фенола массой 28,2 г получен осадок
массой 79,44 г. Вычислите массовую долю выхода продукта.
8. Рассчитайте массу азотной кислоты, затраченную на нитрование фенола массой 18,8 г, считая, что образуется 2, 4, 6-тринитрофенол.
9. Определите массу фенолята калия, который может быть
получен взаимодействием фенола массой 4,7 г и раствора массой
120 г с массовой долей КОН, равной 14 %.
10. Определите объем этилена (н. у.), который можно получить при дегидратации 92 г этилового спирта, если выход продукта составляет 50 %.
11. Определите массу фенолята натрия, который может
быть получен при взаимодействии фенола массой 4,7 г с 4,97 см
раствором гидроксида натрия с массовой долей 35 % (плотность
раствора 1,38 г/см3).
12. Какую массу этандиола-1,2 можно получить из оксида
этилена массой 250 г и воды массой 90 г?
63
3
Контрольные вопросы
1. Какие вещества называют спиртами?
2. Чем определяется атомность спиртов?
3. Как классифицируют спирты в зависимости от располо-
жения гидроксигруппы?
4. Какие гомологические разности имеют одноатомные
предельные и непредельные спирты?
5. Почему не существует спиртов с гидроксигруппой у
двойной связи?
6. Какие спирты являются жидкостями, какие – твердыми
кристаллическими веществами?
7. Почему температуры плавления и кипения алканолов
выше по сравнению с углеводородами и галогенводородами с близкой молекулярной массой?
8. За счет чего образуется молекулярная ассоциация?
9. Какая гибридизация наблюдается у атома кислорода в
спиртах?
10. Чем определяется изомерия алканолов?
11. Чем обусловлены химические свойства спиртов?
12. Какие реакции характерны для алканолов?
13. Как формулируются правила Марковникова?
14. В результате каких реакций из спиртов образуются про-
стые и сложные эфиры?
15. Какие вещества образуются при окислении первичных и
вторичных спиртов?
16. Какими способами можно получить метанол и этанол?
17. Какие реакции характерны для многоатомных спиртов?
18. Чем отличаются ароматические спирты от фенола?
19. Какая реакция является качественной для многоатом-
ных спиртов?
20. Какими способами получают многоатомные спирты?
21. Какие реакции характерны для фенолов?
22. Какая реакция является качественной на фенол?
23. Какими способами получают фенол?
24. Где применяют этиленгликоль и глицерин?
64
Задачи и упражнения для самостоятельной работы
1. При взаимодействии бутанола-1 с избытком металлического натрия при нормальных условиях выделилось 5,6 дм3 водорода. Определите массу спирта, вступившего в реакцию.
2. Определите массу метанола, образующегося при нормальных условиях в результате реакции 2 дм3оксида углерода (II)
и 5 дм3 водорода.
3. К фенолу массой 4,7 г добавили 4,97 см3 раствора гидроксида натрия с массовой долей NaOH равной 35 %. Плотность
раствора составляет 1,38 г/см3. Определите массу образующегося
фенолята натрия.
4. Определите массу этанола, который можно получить из
500 дм3природного газа (н. у.), объемная доля этилена в котором
составляет 12 %, а массовая доля выхода продукта составляет 80 %.
5. При сжигании 8 г метанола выделилось 181,66 кДж теплоты. Рассчитайте величину теплового эффекта реакции.
6. Установите молекулярную формулу спирта, если при
нагревании 274 г этого спирта с концентрированной серной кислотой образуется 133,4 г непредельного углеводорода с одной
двойной связью. Выход в реакции равен 80 %.
7. Смесь этилового и пропилового спиртов массой 16,6 г
обработали избытком натрия, при этом выделилось 3,36 дм3 водорода (н. у.). Определите процентный состав смеси спиртов.
8. При окислении одноатомного спирта образуется кислота,
для нейтрализации 10 г которой требуется 27 см3 раствора гидроксида калия с массовой долей KOH равной 20 % (плотность
1,18 г/см3). Найдите формулу спирта, составьте структурные
формулы всех его изомеров.
9. Какой объем водорода (н. у.) получится при взаимодействии 46 г металлического натрия и 100 см3 раствора этанола в
воде с массовой долей C2H5OH 96 % (плотность 0,8 г/см3).
10. На нейтрализацию смеси фенола и этанола затрачен
раствор объемом 50 см3 с массовой долей гидроксида натрия
18 % и плотностью 1,2 г/см3. Такая же масса смеси реагирует с
металлическим натрием массой 9,2 г. Определите массовые доли
фенола и этанола в смеси.
65
ГЛАВА 4. КАРБОНИЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ
4. 1. Классификация и номенклатура
карбонильных соединений
Карбонильные соединения – это производные углеводородов, в молекулах которых два водородных атома, находящиеся у
одного углеродного атома (геминальные атомы), замещены атомом кислорода. Таким путем получается группа С = О, которую называют карбонильной группой или оксогруппой.
Если карбонильная группа связана с одним водородным
атомом и одним углеродным атомом (в простейшем случае с
двумя водородными атомами), то соединения называются альдегидами, а группа называется альдегидной:
O
– C
H.
Если карбонильная группа связана с двумя углеводородными атомами, то соединения называются кетонами, а группа
O
– С – называется кетогруппой:
O O
R – С R – С
H R
альдегиды кетоны
1
Карбонильные соединения подразделяют в зависимости от
числа карбонильных групп в молекуле, типа углеродного атома,
соединенного с карбоксильной группой, и присутствия других
функциональных групп:
- на монокарбонильные соединения;
- дикарбонильные соединения;
- карбонильные соединения с другими функциональными
группами (галоген-, гидрокси-, аминокарбонильные соединения).
К карбонильным соединениям относят также хиноны – шестичленные циклические соединения с двумя карбонильными
группами и двумя двойными связями в цикле.
66
Монокарбонильные соединения подразделяют в зависимости от типа гибридизации углеродного атома, с которым соединена карбоксильная группа:
- на насыщенные карбонильные соединения:
O O
CnH
H CnH
C ; CnH
2n + 1
C ; CnH2nC = O;
2n + 1
2n + 1
- ненасыщенные сопряженные (α, β-непредельные) карбо-
нильные соединения:
O O
׀׀ ׀׀
R2 C R3 C
C = C H C = C R
R1 R R2 R
1
O O
R – C ≡ C – C R1 – C ≡ C – C .
H H
К ненасыщенным карбонильным соединениям формально
относят кетены, хотя здесь совершенно иной тип химической
связи:
R
1
С = С = O.
R
- карбонильные соединения аренов (ароматические альде-
гиды и кетоны):
O O O
Ar – C Ar – C Ar – C
H CnH
Ar1.
2n + 1
Номенклатура карбонильных соединений весьма разнообразна, так как используют и исторические названия, и систематическую номенклатуру.
Альдегидную группу по систематической номенклатуре
обозначают суффиксами -аль (если альдегидная группа является
старшей характеристической) и -карбальдегид (в других случаях)
или префиксами оксо-, формил- (если в молекуле имеются более
старшие группы, например –SO3H, –COOH (табл. 10).
67
Формулы и названия некоторых альдегидов
Формальдегид,
Формула Название
эмпирическая
структурная
O
H – C
H
O
CH3 – C
H
О
CH3 – CH2 – C
Н
O
CH3 – CH2 – CH2 – C
H
O
CH3 – CH – C
H
CH
3
Таблица 10
по международной
номенклатуре
Метаналь
Этаналь Ацетальдегид,
Пропаналь Пропионовый
Бутаналь Бутиральдегид,
2-Метилпропаналь Изомасляный
тривиальное
альдегид муравьиной
кислоты
альдегид уксусной
кислоты
альдегид
масляный альдегид
альдегид
О
С
Н
O
CH2 = CH – C
H
O
CH3 – CH = CH – C
H
O
H – C ≡ C – C
H
О
С
Н
Циклогексан-
карбальдегид -
Пропеналь Акролеин
Кротоновый
Бутен-2-аль
Пропиналь
Бензальдегид Бензойный
альдегид
Пропаргиловый
альдегид
альдегид
Кетонную группу по заместительной номенклатуре обозна-
чают суффиксом –он или префиксом оксо- (кето-). Префикс при-
68
меняется, если в молекуле имеются более старшие характеристические группы (–SO3H, -COOH). По радикально-функциональной
номенклатуре названия кетонов состоят из названий углеводородных остатков в алфавитном порядке и суффикса –кетон (табл. 11).
Таблица 11
Формулы и названия некоторых кетонов
Формула Название
O
׀׀
СH3 – C – СH
3
O
׀׀
CH3 – C – СH2 – CH
3
O
׀׀
CH3 – C – СH2 – CH2 – CH2 – CH
O
׀׀
CH3 – C – CH2 – CH– CH2 – CH
3
׀
CH
3
О
׀׀ Циклогексанон
Ацетон, пропанон, диметилкетон
Бутанон, метилэтилкетон
Гексанон-2, Бутилметилкетон
3
4-Метилгексанон-2
O
׀׀
CH3 – СH = CH – C – CH
O
СH3 – СH2 – C ≡ C – C – CH
О
С – СН
Пентен-3-он-2
3
׀׀
3
Гексин-3-он-2
Метилфенилкетон,
3
ацетофенон
69
Внутриклассовая изомерия альдегидов определяется изомерией углеводородного радикала. Альдегиды являются изомерами
кетонов. Рассмотрим изомерию альдегидов на примере четвертого члена гомологического ряда – бутаналя:
C4H8O (три изомера)
внутриклассовая изомерия межклассовая изомерия
О
O
CH3 – CH2 – CH2 – C – H
n-бутаналь
CH3 – C – CH2 – CH
бутанон-2
׀׀
3
О
CH3 – CH – C
׀ Н
CH
3
2-метилпропаналь
Контрольные задания
1. Составьте структурные формулы следующих карбонильных соединений: 2-этилпропаналь, бутеналь, пентаналь, бутилэтилкетон, гексанон-3, 4-этилгексанон-2, гексин-4-он-2.
2. Какое количество вещества формальдегида содержится в
3 дм3 раствора с массовой долей HC HO равной 0,30 . Плотность
раствора составляет 1,06 г/см3.
3. Напишите названия альдегидов и кетонов, имеющих следующие структурные формулы: O
а) H3C O б) H3C – CH – C – H
׀ ׀׀ ׀
HC – C – CH3 CH
3
׀
H3C O O
׀׀ ׀׀
в) H3C – CH = CH – C – CH3 г) H3C – CH = СH – C – C2H5.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]