Composti organici contenenti ossigeno e loro applicazione. Acidi e loro proprietà

I composti contenenti ossigeno possono includere gruppi ossidrile, carbonile e carbossile. Corrispondono a una classe di composti: alcoli, aldeidi, chetoni, acidi carbossilici.

Alcoli

Attacchiamo l'etilene con l'acqua. Usiamo l'acido solforico come catalizzatore. Catalizza sia l'aggiunta che la rimozione dell'acqua. Come risultato della scissione del doppio legame, un atomo di carbonio attaccherà un atomo di idrogeno e l'altro attaccherà il gruppo ossidrile della molecola d'acqua. Ecco come si ottengono i composti della classe alcolica.

L’alcol più semplice è il metile CH3–OH. L'alcol etilico è il prossimo omologo di un numero di alcoli.

Se una molecola di alcol contiene un gruppo ossidrile, tale alcol è chiamato monoidrico. Esistono anche alcoli che contengono due o più gruppi idrossilici. Tali alcoli sono detti polivalenti. Un esempio di alcol polivalente è la ben nota glicerina.

Aldeidi

Sotto l'influenza di un agente ossidante debole, un gruppo ossidrile può essere convertito in un gruppo carbonile. Di conseguenza, si forma una nuova classe di composti: le aldeidi. Ad esempio, l'alcol etilico viene ossidato da un agente ossidante così debole come l'ossido di rame (II). La reazione avviene quando riscaldato. Il prodotto di reazione è l'acetaldeide.

Questa è una reazione qualitativa agli alcoli. Viene prodotto così. Il filo di rame viene calcinato fino alla formazione di una pellicola di ossido e poi immerso in alcool caldo. L'alcol viene ossidato e il rame viene ridotto. Il filo di rame diventa lucido e si avverte l'odore dell'acetaldeide.

Come gli alcoli, le aldeidi possono essere ossidate da agenti ossidanti deboli. Questa reazione avviene quando l'aldeide viene ossidata con una soluzione di ammoniaca di ossido d'argento. L'argento precipitato forma un sottile strato a specchio sulle pareti della provetta. Questo processo è chiamato reazione dello specchio d'argento. Viene utilizzato per la determinazione qualitativa delle aldeidi.

Acidi carbossilici

Durante l'ossidazione delle aldeidi, il gruppo carbonilico aggiunge un atomo di ossigeno. Questo crea un gruppo carbossilico. Si forma una nuova classe di composti organici: gli acidi carbossilici. Nel nostro caso l'acido acetico è stato ottenuto dall'acetaldeide. Come possiamo vedere, i gruppi funzionali possono trasformarsi l'uno nell'altro.

Molti acidi carbossilici sono elettroliti deboli. Durante la dissociazione sotto l'influenza delle molecole d'acqua, l'idrogeno viene separato dal gruppo carbossilico di una molecola di acido organico:

CH3COOH ó CH3COO- + H+

L'acido acetico, come altri acidi organici, reagisce con basi, ossidi basici e metalli.

Aldeidi, alcoli e acidi sono di grande importanza nella nostra vita. Sono utilizzati per la sintesi di varie sostanze. Gli alcoli vengono utilizzati per produrre gomme sintetiche, fragranze, medicinali, coloranti e come solventi.

Gli acidi organici sono molto diffusi in natura e svolgono un ruolo importante nelle reazioni biochimiche. Nell'industria chimica, gli acidi organici vengono utilizzati nella concia e nella stampa di calicò.

Anche gli alcoli sono sostanze tossiche. Il metanolo è particolarmente velenoso. Se entra nel corpo, provoca cecità e persino la morte. L’alcol etilico ha un effetto negativo sui centri vitali della corteccia cerebrale, sui vasi sanguigni e sulla psiche, distruggendo la personalità di una persona.

Questa lezione video è stata creata appositamente per lo studio autonomo dell'argomento "Sostanze organiche contenenti ossigeno". Durante questa lezione imparerai a conoscere un nuovo tipo di sostanza organica contenente carbonio, idrogeno e ossigeno. L'insegnante parlerà delle proprietà e della composizione delle sostanze organiche contenenti ossigeno.

Argomento: materia organica

Lezione: Sostanze organiche contenenti ossigeno

Le proprietà delle sostanze organiche contenenti ossigeno sono molto diverse e sono determinate dal gruppo di atomi a cui appartiene l'atomo di ossigeno. Questo gruppo è chiamato funzionale.

Un gruppo di atomi che determina in modo significativo le proprietà di una sostanza organica è chiamato gruppo funzionale.

Esistono diversi gruppi contenenti ossigeno.

I derivati ​​​​degli idrocarburi, in cui uno o più atomi di idrogeno sono sostituiti da un gruppo funzionale, appartengono ad una certa classe di sostanze organiche (Tabella 1).

Tab. 1. L'appartenenza di una sostanza ad una determinata classe è determinata dal gruppo funzionale

Alcoli saturi monovalenti

Consideriamo singoli rappresentanti e proprietà generali degli alcoli.

Il rappresentante più semplice di questa classe di sostanze organiche è metanolo, o alcool metilico. La sua formula è CH3OH. È un liquido incolore dal caratteristico odore alcolico, altamente solubile in acqua. Metanolo- questo è molto velenoso sostanza. Poche gocce assunte per via orale portano alla cecità, mentre una quantità leggermente maggiore porta alla morte! In precedenza, il metanolo veniva isolato dai prodotti della pirolisi del legno, quindi è stato mantenuto il suo vecchio nome: alcol metilico. L'alcol metilico è ampiamente utilizzato nell'industria. Da esso si ottengono medicinali, acido acetico e formaldeide. Viene utilizzato anche come solvente per vernici e pitture.

Non meno comune è il secondo rappresentante della classe degli alcoli: l'alcol etilico o etanolo La sua formula è C2H5OH. In termini di proprietà fisiche, l'etanolo non è praticamente diverso dal metanolo. L'alcol etilico è ampiamente utilizzato in medicina ed è incluso anche nelle bevande alcoliche. Un numero sufficientemente elevato di composti organici si ottiene dall'etanolo nella sintesi organica.

Ottenere etanolo. Il metodo principale per produrre etanolo è l'idratazione dell'etilene. La reazione avviene ad alta temperatura e pressione, in presenza di un catalizzatore.

CH2 = CH2 + H2O → C2H5OH

La reazione delle sostanze con l'acqua si chiama idratazione.

Alcoli polivalenti

Gli alcoli polivalenti comprendono composti organici le cui molecole contengono diversi gruppi idrossilici collegati a un radicale idrocarburico.

Uno dei rappresentanti degli alcoli polivalenti è la glicerina (1,2,3-propantriolo). La molecola di glicerolo contiene tre gruppi idrossilici, ciascuno dei quali è situato nel proprio atomo di carbonio. La glicerina è una sostanza molto igroscopica. È in grado di assorbire l'umidità dall'aria. A causa di questa proprietà, la glicerina è ampiamente utilizzata in cosmetologia e medicina. La glicerina ha tutte le proprietà degli alcoli. Un rappresentante di due alcoli atomici è il glicole etilenico. La sua formula può essere considerata come la formula dell'etano, in cui gli atomi di idrogeno di ciascun atomo sono sostituiti da gruppi idrossilici. Il glicole etilenico è un liquido sciropposo dal sapore dolce. Ma è molto velenoso e non dovresti assaggiarlo in nessun caso! Come antigelo viene utilizzato il glicole etilenico. Una delle proprietà comuni degli alcoli è la loro interazione con i metalli attivi. Nel gruppo idrossile, un atomo di idrogeno può essere sostituito da un atomo di metallo attivo.

2C2H5OH+2N / a→ 2C2H5ON / a+ H 2

Si ottiene etossido di sodio e viene rilasciato idrogeno. L'etossido di sodio è un composto simile al sale che appartiene alla classe degli alcolati. A causa delle loro deboli proprietà acide, gli alcoli non interagiscono con le soluzioni alcaline.

Composti carbonilici

Riso. 2. Rappresentanti individuali di composti carbonilici

I composti carbonilici includono aldeidi e chetoni. I composti carbonilici contengono un gruppo carbonilico (vedere Tabella 1). Il più semplice aldeideè formaldeide. La formaldeide è un gas dall’odore pungente, sostanza estremamente tossica! Una soluzione di formaldeide in acqua si chiama formalina e viene utilizzata per preservare i prodotti biologici (vedi Fig. 2).

La formaldeide è ampiamente utilizzata nell'industria per produrre plastiche che non si ammorbidiscono se riscaldate.

Il rappresentante più semplice chetoniÈ acetone. È un liquido altamente solubile in acqua e viene utilizzato principalmente come solvente. L'acetone ha un odore molto pungente.

Acidi carbossilici

Gli acidi carbossilici contengono un gruppo carbossilico (vedi Fig. 1). Il rappresentante più semplice di questa classe è il metano o acido formico. L'acido formico si trova nelle formiche, nell'ortica e negli aghi di abete rosso. L'ustione di ortica è il risultato dell'effetto irritante dell'acido formico.

Tab. 2.

Ciò che conta di più è acido acetico.È necessario per la sintesi di coloranti, farmaci (ad esempio l'aspirina), esteri e fibre di acetato. Soluzione acquosa al 3-9% di acido acetico - aceto, aroma e conservante.

Oltre agli acidi carbossilici formici e acetici, esistono numerosi acidi carbossilici naturali. Questi includono acido citrico, acido lattico e acido ossalico. L'acido citrico si trova nel succo di limone, lamponi, uva spina, bacche di sorbo, ecc. Ampiamente usato nell'industria alimentare e in medicina. Gli acidi citrico e lattico sono usati come conservanti. L'acido lattico viene prodotto dalla fermentazione del glucosio. L'acido ossalico viene utilizzato per rimuovere la ruggine e come colorante. Le formule dei singoli rappresentanti degli acidi carbossilici sono riportate nella Tab. 2.

Gli acidi carbossilici grassi superiori solitamente contengono 15 o più atomi di carbonio. Ad esempio, l'acido stearico contiene 18 atomi di carbonio. Vengono chiamati i sali degli acidi carbonici superiori di sodio e potassio saponi. Stearato di sodio C 17 H 35 COON / afa parte del sapone solido.

Esiste un legame genetico tra classi di sostanze organiche contenenti ossigeno.

Riassumendo la lezione

Hai imparato che le proprietà delle sostanze organiche contenenti ossigeno dipendono da quale gruppo funzionale fa parte delle loro molecole. Il gruppo funzionale determina se una sostanza appartiene a una determinata classe di composti organici. Esiste una relazione genetica tra le classi di sostanze organiche contenenti ossigeno.

1. Rudzitis G.E. Chimica inorganica e organica. 9° grado: Libro di testo per istituti di istruzione generale: livello base / G.E. Rudzitis, F.G. Feldmann. - M.: Educazione, 2009.

2. Popel P.P. Chimica. 9a elementare: libro di testo per istituti di istruzione generale / P.P. Popel, L.S. Krivlya. - K.: IC "Academy", 2009. - 248 p.: ill.

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1. Rudzitis G.E. Chimica inorganica e organica. 9° grado: Libro di testo per istituti di istruzione generale: livello base / G.E. Rudzitis, F.G. Feldmann. - M.: Educazione, 2009. - N. 2-4, 5 (p. 173).

2. Fornire le formule di due omologhi dell'etanolo e la formula generale della serie omologa degli alcoli monovalenti saturi.

Proprietà chimiche caratteristiche degli alcoli monovalenti e polivalenti saturi, fenoli

Alcoli monovalenti e polivalenti saturi

Gli alcoli (o alcanoli) sono sostanze organiche le cui molecole contengono uno o più gruppi idrossilici (gruppi $—OH$) legati ad un radicale idrocarburico.

In base al numero di gruppi idrossilici (atomicità), gli alcoli si dividono in:

- monoatomico, ad esempio:

$(CH_3-OH)↙(metanolo(alcol metilico))$ $(CH_3-CH_2-OH)↙(etanolo(alcol etilico))$

— diidrico (glicoli), Per esempio:

$(OH-CH_2-CH_2-OH)↙(etandiolo-1,2(glicole etilenico))$

$(HO-CH_2-CH_2-CH_2-OH)↙(propandiolo-1,3)$

— triatomico, Per esempio:

In base alla natura del radicale idrocarburico si distinguono i seguenti alcoli:

— limite contenente solo radicali idrocarburici saturi nella molecola, ad esempio:

— illimitato contenente più legami (doppi e tripli) tra gli atomi di carbonio nella molecola, ad esempio:

$(CH_2=CH-CH_2-OH)↙(propen-2-olo-1 (alcol allilico))$

— aromatico, cioè. alcoli contenenti un anello benzenico e un gruppo ossidrile nella molecola, collegati tra loro non direttamente, ma tramite atomi di carbonio, ad esempio:

Le sostanze organiche contenenti gruppi idrossilici nella molecola, collegate direttamente all'atomo di carbonio dell'anello benzenico, differiscono in modo significativo nelle proprietà chimiche dagli alcoli e pertanto sono classificate come una classe indipendente di composti organici - fenoli. Per esempio:

Esistono anche alcoli polivalenti (polivalenti) contenenti più di tre gruppi idrossilici nella molecola. Ad esempio, il più semplice alcol esaidrico esaolo (sorbitolo):

Nomenclatura e isomeria

Quando si formano i nomi degli alcoli, al nome dell'idrocarburo corrispondente all'alcol viene aggiunto un suffisso generico -ol. I numeri dopo il suffisso indicano la posizione del gruppo ossidrile nella catena principale ed i prefissi di-, tri-, tetra- ecc. - il loro numero:

Nella numerazione degli atomi di carbonio nella catena principale, la posizione del gruppo ossidrile ha la precedenza sulla posizione dei legami multipli:

A partire dal terzo membro della serie omologa, gli alcoli mostrano isomerismo della posizione del gruppo funzionale (propanolo-1 e propanolo-2), e dal quarto isomerismo dello scheletro carbonioso (butanolo-1, 2-metilpropanolo-1 ). Sono anche caratterizzati da isomerismo interclasse: gli alcoli sono isomerici rispetto agli eteri:

$(CH_3-CH_2-OH)↙(etanolo)$ $(CH_3-O-CH_3)↙(dimetil etere)$

alcoli

Proprietà fisiche.

Gli alcoli possono formare legami idrogeno sia tra le molecole di alcol che tra le molecole di alcol e acqua.

I legami idrogeno si verificano quando un atomo di idrogeno parzialmente carico positivamente di una molecola di alcol interagisce con un atomo di ossigeno parzialmente caricato negativamente di un'altra molecola. È grazie ai legami idrogeno tra le molecole che gli alcoli hanno punti di ebollizione anormalmente alti rispetto al loro peso molecolare. Pertanto, il propano con un peso molecolare relativo di $ 44 $ è un gas in condizioni normali, e il più semplice degli alcoli, il metanolo, con un peso molecolare relativo di $ 32 $, è un liquido in condizioni normali.

I membri inferiori e medi di una serie di alcoli monovalenti saturi, contenenti da $ 1 $ a $ 11 $ atomi di carbonio, sono liquidi. Gli alcoli superiori (a partire da $C_(12)H_(25)OH$) sono solidi a temperatura ambiente. Gli alcoli inferiori hanno un caratteristico odore alcolico e un sapore pungente e sono altamente solubili in acqua; All’aumentare del radicale idrocarburico, la solubilità degli alcoli nell’acqua diminuisce e l’ottanolo non si mescola più con l’acqua.

Proprietà chimiche.

Le proprietà delle sostanze organiche sono determinate dalla loro composizione e struttura. Gli alcoli confermano la regola generale. Le loro molecole includono idrocarburi e radicali idrossilici, quindi le proprietà chimiche degli alcoli sono determinate dall'interazione e dall'influenza di questi gruppi l'uno sull'altro. Le proprietà caratteristiche di questa classe di composti sono dovute alla presenza di un gruppo ossidrile.

1. Interazione degli alcoli con i metalli alcalini e alcalino terrosi. Per identificare l'effetto di un radicale idrocarburico su un gruppo ossidrile, è necessario confrontare le proprietà di una sostanza contenente un gruppo ossidrile e un radicale idrocarburico, da un lato, e una sostanza contenente un gruppo ossidrile e non contenente un radicale idrocarburico , dall'altra. Tali sostanze possono essere, ad esempio, etanolo (o altro alcol) e acqua. L'idrogeno del gruppo ossidrile delle molecole di alcol e delle molecole d'acqua può essere ridotto dai metalli alcalini e alcalino terrosi (sostituiti da essi):

$2Na+2H_2O=2NaOH+H_2$,

$2Na+2C_2H_5OH=2C_2H_5ONa+H_2$,

$2Na+2ROH=2RONa+H_2$.

2. Interazione degli alcoli con gli alogenuri di idrogeno. La sostituzione di un gruppo ossidrile con un alogeno porta alla formazione di aloalcani. Per esempio:

$C_2H_5OH+HBr⇄C_2H_5Br+H_2O$.

Questa reazione è reversibile.

3. Disidratazione intermolecolare degli alcoli— scissione di una molecola d'acqua da due molecole di alcol quando riscaldata in presenza di agenti che rimuovono l'acqua:

Come risultato della disidratazione intermolecolare degli alcoli, eteri. Pertanto, quando l'alcol etilico viene riscaldato con acido solforico a una temperatura compresa tra $ 100 $ e $ 140 °C $, si forma l'etere etilico (solforico):

4. Interazione degli alcoli con acidi organici e inorganici per formare esteri ( reazione di esterificazione):

La reazione di esterificazione è catalizzata da acidi inorganici forti.

Ad esempio, quando l'alcol etilico e l'acido acetico reagiscono, si forma acetato di etile - acetato di etile:

5. Disidratazione intramolecolare degli alcoli si verifica quando gli alcoli vengono riscaldati in presenza di agenti che rimuovono l'acqua a una temperatura superiore alla temperatura di disidratazione intermolecolare. Di conseguenza, si formano gli alcheni. Questa reazione è dovuta alla presenza di un atomo di idrogeno e di un gruppo idrossile negli atomi di carbonio adiacenti. Un esempio è la reazione di produzione di etene (etilene) riscaldando l'etanolo a una temperatura superiore a 140°C in presenza di acido solforico concentrato:

6. Ossidazione degli alcoli solitamente effettuato con forti agenti ossidanti, ad esempio dicromato di potassio o permanganato di potassio in un ambiente acido. In questo caso l'azione dell'ossidante è diretta sull'atomo di carbonio già legato al gruppo ossidrile. A seconda della natura dell'alcol e delle condizioni di reazione si possono formare diversi prodotti. Pertanto, gli alcoli primari vengono ossidati prima aldeidi, e poi dentro acidi carbossilici:

L'ossidazione degli alcoli secondari produce chetoni:

Gli alcoli terziari sono abbastanza resistenti all'ossidazione. Tuttavia, in condizioni difficili (forte agente ossidante, alta temperatura), è possibile l'ossidazione degli alcoli terziari, che avviene con la rottura dei legami carbonio-carbonio più vicini al gruppo ossidrile.

7. Deidrogenazione degli alcoli. Quando il vapore di alcol viene fatto passare a $ 200-300°C su un catalizzatore metallico, come rame, argento o platino, gli alcoli primari vengono convertiti in aldeidi e gli alcoli secondari in chetoni:

La presenza simultanea di diversi gruppi idrossilici nella molecola di alcol determina le proprietà specifiche alcoli polivalenti, che sono in grado di formare composti complessi blu brillante solubili in acqua quando interagiscono con un precipitato appena ottenuto di idrossido di rame (II). Per il glicole etilenico possiamo scrivere:

Gli alcoli monovalenti non sono in grado di entrare in questa reazione. Pertanto, è una reazione qualitativa agli alcoli polivalenti.

Fenolo

Struttura dei fenoli

Il gruppo ossidrile nelle molecole dei composti organici può essere associato direttamente all'anello aromatico, oppure può essere separato da esso da uno o più atomi di carbonio. Ci si può aspettare che, a seconda di questa proprietà, le sostanze differiscano significativamente l'una dall'altra a causa dell'influenza reciproca di gruppi di atomi. Infatti, i composti organici contenenti il ​​radicale aromatico fenile $C_6H_5$—, direttamente legato al gruppo idrossile, presentano proprietà speciali che differiscono dalle proprietà degli alcoli. Tali composti sono chiamati fenoli.

I fenoli sono sostanze organiche le cui molecole contengono un radicale fenilico associato a uno o più gruppi idrossilici.

Proprio come gli alcoli, i fenoli sono classificati in base alla loro atomicità, cioè dal numero di gruppi idrossilici.

Fenoli monoidrici contengono un gruppo ossidrile nella molecola:

Fenoli polivalenti contengono più di un gruppo ossidrile nelle molecole:

Esistono altri fenoli polivalenti contenenti tre o più gruppi idrossilici sull'anello benzenico.

Diamo uno sguardo più da vicino alla struttura e alle proprietà del rappresentante più semplice di questa classe: il fenolo $C_6H_5OH$. Il nome di questa sostanza costituisce la base per il nome dell'intera classe: i fenoli.

Proprietà fisiche e chimiche

Proprietà fisiche.

Il fenolo è una sostanza solida, incolore, cristallina, $t°_(pl.)=43°C, t°_(bollente)=181°C$, con odore acuto caratteristico. Velenoso. Il fenolo è leggermente solubile in acqua a temperatura ambiente. Una soluzione acquosa di fenolo è chiamata acido carbolico. Se entra in contatto con la pelle provoca ustioni, quindi il fenolo deve essere maneggiato con cautela!

Proprietà chimiche.

Proprietà acide. Come già accennato, l'atomo di idrogeno del gruppo ossidrile è di natura acida. Le proprietà acide del fenolo sono più pronunciate di quelle dell'acqua e degli alcoli. A differenza degli alcoli e dell’acqua, il fenolo reagisce non solo con i metalli alcalini, ma anche con gli alcali formando fenolati:

Tuttavia, le proprietà acide dei fenoli sono meno pronunciate di quelle degli acidi inorganici e carbossilici. Ad esempio, le proprietà acide del fenolo sono circa 3000 volte più deboli di quelle dell'acido carbonico. Pertanto, facendo passare l'anidride carbonica attraverso una soluzione acquosa di fenolato di sodio, è possibile isolare il fenolo libero:

Anche l'aggiunta di acido cloridrico o solforico a una soluzione acquosa di fenolato di sodio porta alla formazione di fenolo:

Reazione qualitativa al fenolo.

Il fenolo reagisce con il cloruro di ferro (III) per formare un composto complesso intensamente viola.

Questa reazione permette di rilevarlo anche in quantità molto limitate. Anche altri fenoli contenenti uno o più gruppi idrossilici sull'anello benzenico producono colori blu-viola brillanti quando reagiscono con cloruro di ferro (III).

Reazioni dell'anello benzenico

La presenza di un sostituente idrossilico facilita notevolmente il verificarsi di reazioni di sostituzione elettrofila nell'anello benzenico.

1. Bromurazione del fenolo. A differenza del benzene, la bromurazione del fenolo non richiede l'aggiunta di un catalizzatore (bromuro di ferro (III)).

Inoltre, l'interazione con il fenolo avviene in modo selettivo: sono diretti gli atomi di bromo orto- e posizioni para, sostituendo gli atomi di idrogeno che si trovano lì. La selettività della sostituzione è spiegata dalle caratteristiche della struttura elettronica della molecola di fenolo discussa sopra.

Pertanto, quando il fenolo reagisce con l'acqua bromo, si forma un precipitato bianco 2,4,6-tribromofenolo:

Questa reazione, come la reazione con il cloruro di ferro (III), serve per la rilevazione qualitativa del fenolo.

2. Nitrazione del fenolo inoltre avviene più facilmente della nitrazione del benzene. La reazione con acido nitrico diluito avviene a temperatura ambiente. Di conseguenza, si forma una miscela orto- E paio- isomeri del nitrofenolo:

Quando viene utilizzato acido nitrico concentrato, si forma una sostanza esplosiva - 2,4,6-trinitrofenolo(acido picrico):

3. Idrogenazione del nucleo aromatico del fenolo in presenza di un catalizzatore avviene facilmente:

4.Policondensazione del fenolo con aldeidi, in particolare con la formaldeide, avviene con la formazione di prodotti di reazione: resine fenolo-formaldeide e polimeri solidi.

L'interazione del fenolo con la formaldeide può essere descritta dal seguente schema:

Probabilmente hai notato che gli atomi di idrogeno "mobili" vengono trattenuti nella molecola del dimero, il che significa che è possibile un'ulteriore continuazione della reazione con un numero sufficiente di reagenti:

Reazione policondensazione, quelli. la reazione di produzione del polimero, che avviene con il rilascio di un sottoprodotto a basso peso molecolare (acqua), può proseguire ulteriormente (fino al completo consumo di uno dei reagenti) con la formazione di enormi macromolecole. Il processo può essere descritto dall’equazione riassuntiva:

La formazione di molecole lineari avviene a temperature ordinarie. L'esecuzione di questa reazione quando riscaldata porta al fatto che il prodotto risultante ha una struttura ramificata, è solido e insolubile in acqua. Come risultato del riscaldamento di una resina lineare fenolo-formaldeide con un eccesso di aldeide, si ottengono masse plastiche dure con proprietà uniche. I polimeri a base di resine fenolo-formaldeide vengono utilizzati per la produzione di vernici e vernici, prodotti in plastica resistenti al riscaldamento, al raffreddamento, all'acqua, agli alcali e agli acidi e dotati di elevate proprietà dielettriche. Le parti più critiche e importanti degli apparecchi elettrici, gli alloggiamenti delle unità di potenza e le parti di macchine, nonché la base polimerica dei circuiti stampati per apparecchi radio sono realizzati con polimeri a base di resine fenolo-formaldeide. Gli adesivi a base di resine fenolo-formaldeide sono in grado di collegare in modo affidabile parti di un'ampia varietà di natura, mantenendo la massima resistenza della giunzione in un intervallo di temperature molto ampio. Questa colla viene utilizzata per fissare la base metallica delle lampade di illuminazione a una lampadina di vetro. Ora capisci perché il fenolo e i prodotti a base di esso sono ampiamente utilizzati.

Proprietà chimiche caratteristiche di aldeidi, acidi carbossilici saturi, esteri

Aldeidi e chetoni

Le aldeidi sono sostanze organiche le cui molecole contengono un gruppo carbonilico , collegato ad un atomo di idrogeno e ad un radicale idrocarburico.

La formula generale delle aldeidi è:

Nell'aldeide più semplice, la formaldeide, il ruolo di un radicale idrocarburico è svolto dal secondo atomo di idrogeno:

Viene chiamato un gruppo carbonilico legato ad un atomo di idrogeno aldeidico:

Le sostanze organiche nelle cui molecole un gruppo carbonilico è legato a due radicali idrocarburici sono chiamate chetoni.

Ovviamente la formula generale dei chetoni è:

Viene chiamato il gruppo carbonilico dei chetoni gruppo chetonico.

Nel chetone più semplice, l'acetone, il gruppo carbonilico è legato a due radicali metilici:

Nomenclatura e isomeria

A seconda della struttura del radicale idrocarburico associato al gruppo aldeidico, si distinguono le aldeidi sature, insature, aromatiche, eterocicliche e altre:

Secondo la nomenclatura IUPAC, i nomi delle aldeidi sature sono formati dal nome di un alcano con lo stesso numero di atomi di carbonio nella molecola utilizzando il suffisso -al. Per esempio:

La numerazione degli atomi di carbonio della catena principale inizia con l'atomo di carbonio del gruppo aldeidico. Pertanto il gruppo aldeidico si trova sempre in corrispondenza del primo atomo di carbonio e non è necessario indicarne la posizione.

Insieme alla nomenclatura sistematica, vengono utilizzati anche nomi banali di aldeidi ampiamente utilizzate. Questi nomi derivano solitamente dai nomi degli acidi carbossilici corrispondenti alle aldeidi.

Per denominare i chetoni secondo la nomenclatura sistematica, il gruppo cheto è designato dal suffisso -Lui e un numero che indica il numero dell'atomo di carbonio del gruppo carbonilico (la numerazione dovrebbe iniziare dall'estremità della catena più vicina al gruppo chetonico). Per esempio:

Le aldeidi sono caratterizzate da un solo tipo di isomerismo strutturale - l'isomeria dello scheletro di carbonio, possibile con il butanale, e per i chetoni - anche l'isomeria della posizione del gruppo carbonilico. Inoltre, sono caratterizzati da isomeria interclasse (propanale e propanone).

Nomi banali e punti di ebollizione di alcune aldeidi.

Proprietà fisiche e chimiche

Proprietà fisiche.

In una molecola di aldeide o chetone, a causa della maggiore elettronegatività dell'atomo di ossigeno rispetto all'atomo di carbonio, il legame $C=O$ è altamente polarizzato a causa di uno spostamento della densità elettronica del legame $π$ verso l'ossigeno:

Aldeidi e chetoni sono sostanze polari con un'eccessiva densità elettronica sull'atomo di ossigeno. I membri inferiori della serie delle aldeidi e dei chetoni (formaldeide, acetaldeide, acetone) sono illimitatamente solubili in acqua. I loro punti di ebollizione sono inferiori a quelli dei corrispondenti alcoli. Ciò è dovuto al fatto che nelle molecole di aldeidi e chetoni, a differenza degli alcoli, non ci sono atomi di idrogeno mobili e non formano associati a causa dei legami idrogeno. Le aldeidi inferiori hanno un odore pungente; le aldeidi contenenti da quattro a sei atomi di carbonio nella catena hanno un odore sgradevole; Le aldeidi e i chetoni superiori hanno odori floreali e vengono utilizzati in profumeria.

Proprietà chimiche

La presenza di un gruppo aldeidico in una molecola determina le proprietà caratteristiche delle aldeidi.

Reazioni di recupero.

Aggiunta di idrogeno alle molecole di aldeide avviene tramite un doppio legame nel gruppo carbonilico:

Il prodotto dell'idrogenazione delle aldeidi sono gli alcoli primari e i chetoni sono gli alcoli secondari.

Pertanto, quando si idrogena l'acetaldeide su un catalizzatore al nichel, si forma alcol etilico e quando si idrogena l'acetone, si forma propanolo-2:

Idrogenazione delle aldeidi - reazione di recupero, al quale diminuisce lo stato di ossidazione dell'atomo di carbonio incluso nel gruppo carbonilico.

Reazioni di ossidazione.

Le aldeidi non solo possono essere ridotte, ma anche ossidare. Quando ossidate, le aldeidi formano acidi carbossilici. Questo processo può essere schematicamente rappresentato come segue:

Dall'aldeide propionica (propanale), ad esempio, si forma l'acido propionico:

Le aldeidi vengono ossidate anche dall'ossigeno atmosferico e da agenti ossidanti deboli come una soluzione di ammoniaca di ossido d'argento. In una forma semplificata, questo processo può essere espresso dall’equazione di reazione:

Per esempio:

Questo processo è riflesso più accuratamente dalle equazioni:

Se la superficie del recipiente in cui viene effettuata la reazione è stata precedentemente sgrassata, l'argento formatosi durante la reazione la ricopre con una pellicola uniforme e sottile. Pertanto questa reazione è chiamata reazione "specchio argento". È ampiamente utilizzato per realizzare specchi, decorazioni argentate e decorazioni per alberi di Natale.

L'idrossido di rame (II) appena precipitato può anche agire come agente ossidante per le aldeidi. Ossidando l'aldeide, $Cu^(2+)$ si riduce a $Cu^+$. L'idrossido di rame (I) $CuOH$ formato durante la reazione si decompone immediatamente in ossido di rame rosso (I) e acqua:

Questa reazione, come la reazione dello “specchio d'argento”, viene utilizzata per rilevare le aldeidi.

I chetoni non vengono ossidati né dall'ossigeno atmosferico né da un agente ossidante così debole come una soluzione di ammoniaca di ossido d'argento.

Singoli rappresentanti delle aldeidi e loro significato

Formaldeide(metanale, formaldeide$HCHO$ ) - un gas incolore con odore pungente e punto di ebollizione di $-21C°$, altamente solubile in acqua. La formaldeide è velenosa! Una soluzione di formaldeide in acqua ($40%$) si chiama formaldeide e viene utilizzata per la disinfezione. In agricoltura, la formaldeide viene utilizzata per trattare i semi e nell'industria della pelle per il trattamento della pelle. La formaldeide viene utilizzata per produrre la metenamina, una sostanza medicinale. A volte come combustibile viene utilizzata la metenamina compressa sotto forma di bricchette (alcol secco). Una grande quantità di formaldeide viene consumata nella produzione di resine fenolo-formaldeide e di alcune altre sostanze.

Acetaldeide(etanale, acetaldeide$CH_3CHO$ ) - un liquido dall'odore pungente e sgradevole con punto di ebollizione di $21°C$, altamente solubile in acqua. L'acido acetico e una serie di altre sostanze sono prodotte dall'acetaldeide su scala industriale, viene utilizzata per la produzione di varie materie plastiche e fibre di acetato; L'acetaldeide è velenosa!

Acidi carbossilici

Le sostanze contenenti uno o più gruppi carbossilici in una molecola sono chiamate acidi carbossilici.

Gruppo di atomi chiamato gruppo carbossilico, O carbossilico.

Gli acidi organici contenenti un gruppo carbossilico nella molecola sono monobasico.

La formula generale di questi acidi è $RCOOH$, ad esempio:

Vengono chiamati acidi carbossilici contenenti due gruppi carbossilici dibasico. Questi includono, ad esempio, gli acidi ossalico e succinico:

Ci sono anche polibasico acidi carbossilici contenenti più di due gruppi carbossilici. Questi includono, ad esempio, l'acido citrico tribasico:

A seconda della natura del radicale idrocarburico, gli acidi carbossilici vengono divisi in saturo, insaturo, aromatico.

Gli acidi carbossilici saturi o saturi sono, ad esempio, l'acido propanoico (propionico):

o il già familiare acido succinico.

È ovvio che gli acidi carbossilici saturi non contengono legami $π$ nel radicale idrocarburico. Nelle molecole di acidi carbossilici insaturi, il gruppo carbossilico è associato a un radicale idrocarburico insaturo, ad esempio, nelle molecole di acrilico (propene) $CH_2=CH—COOH$ o oleico $CH_3—(CH_2)_7—CH=CH —(CH_2)_7—COOH $ e altri acidi.

Come si può vedere dalla formula dell'acido benzoico, è aromatico, poiché contiene un anello aromatico (benzenico) nella molecola:

Nomenclatura e isomeria

Sono già stati discussi i principi generali della formazione dei nomi degli acidi carbossilici, così come di altri composti organici. Soffermiamoci più in dettaglio sulla nomenclatura degli acidi carbossilici mono- e dibasici. Il nome di un acido carbossilico deriva dal nome del corrispondente alcano (alcano con lo stesso numero di atomi di carbonio nella molecola) con l'aggiunta del suffisso -ov-, finali -e io e le parole acido. La numerazione degli atomi di carbonio inizia dal gruppo carbossilico. Per esempio:

Il numero di gruppi carbossilici è indicato nel nome tramite prefissi di-, tri-, tetra-:

Molti acidi hanno anche nomi storicamente stabiliti o banali.

Nomi degli acidi carbossilici.

Dopo aver conosciuto il variegato e interessante mondo degli acidi organici, considereremo più in dettaglio gli acidi carbossilici monobasici saturi.

È chiaro che la composizione di questi acidi è espressa dalla formula generale $C_nH_(2n)O_2$, oppure $C_nH_(2n+1)COOH$, oppure $RCOOH$.

Proprietà fisiche e chimiche

Proprietà fisiche.

Acidi inferiori, ad es. gli acidi con un peso molecolare relativamente piccolo, contenenti fino a quattro atomi di carbonio per molecola, sono liquidi dal caratteristico odore pungente (ricordate l'odore dell'acido acetico). Gli acidi contenenti da $ 4 $ a $ 9 $ di atomi di carbonio sono liquidi oleosi viscosi con un odore sgradevole; contenenti più di 9$ atomi di carbonio per molecola - solidi che non si dissolvono in acqua. I punti di ebollizione degli acidi carbossilici monobasici saturi aumentano all'aumentare del numero di atomi di carbonio nella molecola e, di conseguenza, all'aumentare del peso molecolare relativo. Ad esempio, il punto di ebollizione dell'acido formico è $100,8°C$, dell'acido acetico è $118°C$ e dell'acido propionico è $141°C$.

L'acido carbossilico più semplice, l'acido formico $HCOOH$, avente un peso molecolare relativo piccolo $(M_r(HCOOH)=46)$, in condizioni normali è un liquido con un punto di ebollizione di $100,8°C$. Allo stesso tempo, il butano $(M_r(C_4H_(10))=58)$ nelle stesse condizioni è gassoso e ha un punto di ebollizione di $-0,5°C$. Questa discrepanza tra punti di ebollizione e pesi molecolari relativi è spiegata dalla formazione di dimeri di acido carbossilico, in cui due molecole di acido sono legate da due legami idrogeno:

La presenza di legami idrogeno diventa chiara se si considera la struttura delle molecole di acido carbossilico.

Le molecole di acidi carbossilici monobasici saturi contengono un gruppo polare di atomi: carbossile e un radicale idrocarburico praticamente non polare. Il gruppo carbossilico è attratto dalle molecole d'acqua, formando con esse legami idrogeno:

Gli acidi formico e acetico sono illimitatamente solubili in acqua. È ovvio che con un aumento del numero di atomi in un radicale idrocarburico diminuisce la solubilità degli acidi carbossilici.

Proprietà chimiche.

Le proprietà generali caratteristiche della classe degli acidi (sia organici che inorganici) sono dovute alla presenza nelle molecole di un gruppo ossidrile contenente un forte legame polare tra atomi di idrogeno e ossigeno. Consideriamo queste proprietà usando l'esempio degli acidi organici idrosolubili.

1. Dissociazione con formazione di cationi idrogeno e anioni del residuo acido:

$CH_3-COOH⇄CH_3-COO^(-)+H^+$

Più precisamente, questo processo è descritto da un'equazione che tiene conto della partecipazione delle molecole d'acqua ad esso:

$CH_3-COOH+H_2O⇄CH_3COO^(-)+H_3O^+$

L'equilibrio di dissociazione degli acidi carbossilici è spostato a sinistra; la stragrande maggioranza di essi sono elettroliti deboli. Tuttavia, il sapore aspro, ad esempio, degli acidi acetico e formico è dovuto alla dissociazione in cationi idrogeno e anioni di residui acidi.

È ovvio che la presenza di idrogeno “acido” nelle molecole degli acidi carbossilici, cioè idrogeno del gruppo carbossilico, a causa di altre proprietà caratteristiche.

2. Interazione con i metalli, che si trova nella serie di tensioni elettrochimiche fino all'idrogeno: $nR-COOH+M→(RCOO)_(n)M+(n)/(2)H_2$

Pertanto, il ferro riduce l'idrogeno dall'acido acetico:

$2CH_3-COOH+Fe→(CH_3COO)_(2)Fe+H_2$

3. Interazione con ossidi basici con formazione di sale e acqua:

$2R-COOH+CaO→(R-COO)_(2)Ca+H_2O$

4. Interazione con idrossidi metallici con formazione di sale e acqua (reazione di neutralizzazione):

$R—COOH+NaOH→R—COONa+H_2O$,

$2R—COOH+Ca(OH)_2→(R—COO)_(2)Ca+2H_2O$.

5. Interazione con sali di acidi più deboli con la formazione di quest'ultimo. Pertanto, l'acido acetico sostituisce l'acido stearico dallo stearato di sodio e l'acido carbonico dal carbonato di potassio:

$CH_3COOH+C_(17)H_(35)COONa→CH_3COONa+C_(17)H_(35)COOH↓$,

$2CH_3COOH+K_2CO_3→2CH_3COOK+H_2O+CO_2$.

6. Interazione degli acidi carbossilici con gli alcoli con la formazione di esteri - reazione di esterificazione (una delle reazioni più importanti caratteristiche degli acidi carbossilici):

L'interazione degli acidi carbossilici con gli alcoli è catalizzata da cationi idrogeno.

La reazione di esterificazione è reversibile. L'equilibrio si sposta verso la formazione dell'estere in presenza di agenti disidratanti e quando l'estere viene rimosso dalla miscela di reazione.

Nella reazione inversa dell'esterificazione, chiamata idrolisi dell'estere (reazione di un estere con acqua), si formano un acido e un alcol:

È ovvio che reagendo con acidi carbossilici, ad es. Anche gli alcoli polivalenti, ad esempio il glicerolo, possono entrare in una reazione di esterificazione:

Tutti gli acidi carbossilici (eccetto l'acido formico), insieme al gruppo carbossilico, contengono un residuo idrocarburico nelle loro molecole. Naturalmente, ciò non può che influenzare le proprietà degli acidi, che sono determinate dalla natura del residuo idrocarburico.

7. Reazioni di addizione a legami multipli- contengono acidi carbossilici insaturi. Ad esempio, la reazione di addizione dell'idrogeno è idrogenazione. Per un acido contenente un legame $π$ nel radicale, l'equazione può essere scritta in forma generale:

$C_(n)H_(2n-1)COOH+H_2(→)↖(catalizzatore)C_(n)H_(2n+1)COOH.$

Pertanto, quando l'acido oleico viene idrogenato, si forma acido stearico saturo:

$(C_(17)H_(33)COOH+H_2)↙(\text"acido oleico"))(→)↖(catalizzatore)(C_(17)H_(35)COOH)↙(\text"acido stearico" ) $

Gli acidi carbossilici insaturi, come altri composti insaturi, aggiungono alogeni tramite un doppio legame. Ad esempio, l'acido acrilico decolora l'acqua bromo:

$(CH_2=CH—COOH+Br_2)↙(\text"acido acrilico (propenoico)")→(CH_2Br—CHBr—COOH)↙(\text"acido 2,3-dibromopropanoico").$

8. Reazioni di sostituzione (con alogeni)- gli acidi carbossilici saturi sono in grado di penetrarvi. Ad esempio, facendo reagire l'acido acetico con il cloro si possono ottenere diversi acidi clorurati:

$CH_3COOH+Cl_2(→)↖(P(rosso))(CH_2Cl-COOH+HCl)↙(\text"acido cloroacetico")$,

$CH_2Cl-COOH+Cl_2(→)↖(P(rosso))(CHCl_2-COOH+HCl)↙(\text"acido dicloroacetico")$,

$CHCl_2-COOH+Cl_2(→)↖(P(rosso))(CCl_3-COOH+HCl)↙(\text"acido tricloroacetico")$

Rappresentanti individuali degli acidi carbossilici e loro significato

Formica(metano) acido HTSOOKH- un liquido dall'odore pungente e con punto di ebollizione di 100,8°C$, altamente solubile in acqua. L'acido formico è velenoso Provoca ustioni a contatto con la pelle! Il liquido urticante secreto dalle formiche contiene questo acido. L'acido formico ha proprietà disinfettanti e trova quindi il suo utilizzo nell'industria alimentare, conciaria, farmaceutica e medica. Viene utilizzato nella tintura di tessuti e carta.

Aceto (etano)acido $CH_3COOH$ è un liquido incolore dal caratteristico odore pungente, miscibile con acqua in qualsiasi rapporto. Le soluzioni acquose di acido acetico sono vendute con il nome di aceto (soluzione al 3-5%) ed essenza di aceto (soluzione al 70-80%) e sono ampiamente utilizzate nell'industria alimentare. L'acido acetico è un buon solvente per molte sostanze organiche e viene quindi utilizzato nell'industria della tintura, della concia e delle pitture e vernici. Inoltre, l'acido acetico è una materia prima per la produzione di molti composti organici tecnicamente importanti: da esso, ad esempio, si ottengono sostanze utilizzate per controllare le erbe infestanti - erbicidi.

L'acido acetico è il componente principale aceto di vino, il cui odore caratteristico è dovuto proprio ad esso. È un prodotto dell'ossidazione dell'etanolo e si forma da esso quando il vino viene conservato all'aria.

I rappresentanti più importanti degli acidi monobasici saturi più alti sono palmitico$C_(15)H_(31)COOH$ e stearico acido $C_(17)H_(35)COOH$. A differenza degli acidi inferiori, queste sostanze sono solide e scarsamente solubili in acqua.

Tuttavia, i loro sali - stearati e palmitati - sono altamente solubili e hanno un effetto detergente, motivo per cui sono anche chiamati saponi. È chiaro che queste sostanze sono prodotte su larga scala. Tra gli acidi carbossilici superiori insaturi, il più importante è Acido oleico$C_(17)H_(33)COOH$, oppure $CH_3 - (CH_2)_7 - CH=CH -(CH_2)_7COOH$. È un liquido simile all'olio senza sapore o odore. I suoi sali sono ampiamente utilizzati nella tecnologia.

Il rappresentante più semplice degli acidi carbossilici dibasici è acido ossalico (etanoico).$HOOC—COOH$, i cui sali si trovano in molte piante, come l'acetosella e l'acetosella. L'acido ossalico è una sostanza cristallina incolore altamente solubile in acqua. Viene utilizzato per la lucidatura dei metalli, nell'industria della lavorazione del legno e della pelletteria.

Esteri

Quando gli acidi carbossilici reagiscono con gli alcoli (reazione di esterificazione), si formano esteri:

Questa reazione è reversibile. I prodotti della reazione possono interagire tra loro per formare i materiali di partenza: alcol e acido. Pertanto, la reazione degli esteri con l'acqua (idrolisi degli esteri) è l'inverso della reazione di esterificazione. L'equilibrio chimico stabilito quando le velocità delle reazioni dirette (esterificazione) e inverse (idrolisi) sono uguali può essere spostato verso la formazione di estere mediante la presenza di agenti che rimuovono l'acqua.

Grassi- derivati ​​di composti esteri del glicerolo e degli acidi carbossilici superiori.

Tutti i grassi, come gli altri esteri, subiscono idrolisi:

Quando l'idrolisi dei grassi viene effettuata in ambiente alcalino $(NaOH)$ e in presenza di carbonato di sodio $Na_2CO_3$, procede in modo irreversibile e porta alla formazione non di acidi carbossilici, ma di loro sali, che vengono chiamati saponi. Pertanto, viene chiamata l'idrolisi dei grassi in un ambiente alcalino saponificazione.

L'ossigeno conferisce alle sostanze organiche tutta una serie di proprietà caratteristiche.

L'ossigeno è bivalente, ha due coppie di elettroni di valenza ed è caratterizzato da un'elevata elettronegatività (x = 3,5). Tra gli atomi di carbonio e quelli di ossigeno si formano forti legami chimici, come si può vedere nell'esempio delle molecole di CO 2. Il legame singolo С-0 (£ св = 344 kJ/mol) è forte quasi quanto il legame С-С (E sa = 348 kJ/mol) e il doppio legame C=0 ( E St = 708 kJ/mol) è significativamente più forte del legame C=C (E St == 620 kJ/mol). Pertanto, nelle molecole delle sostanze organiche sono comuni trasformazioni che portano alla formazione di doppi legami C=0. Per lo stesso motivo, l'acido carbonico è instabile:

Il gruppo idrossi situato nel doppio legame viene convertito in un gruppo idrossi (vedi sopra).

L'ossigeno darà polarità alle molecole delle sostanze organiche. L'attrazione tra le molecole aumenta e i punti di fusione e di ebollizione aumentano in modo significativo. In condizioni normali, tra le sostanze contenenti ossigeno ci sono gas molto macho: solo etere CH 3 OCH 3, formaldeide CH 2 0 e ossido di etilene CH 2 CH 2 0.

L'ossigeno promuove la formazione di legami idrogeno sia come donatore che come accettore di idrogeno. I legami idrogeno aumentano l'attrazione delle molecole e, nel caso di molecole abbastanza complesse, conferiscono loro una certa struttura spaziale. L'influenza della polarità e dei legami idrogeno sulle proprietà di una sostanza può essere vista nell'esempio di idrocarburi, chetoni e alcoli

La polarità e la formazione di legami idrogeno determinano la buona solubilità delle sostanze organiche contenenti ossigeno nell'acqua.

L'ossigeno, in un modo o nell'altro, conferisce proprietà acide alle sostanze organiche. Oltre alla classe degli acidi, le cui proprietà sono evidenti dal nome, i fenoli e gli alcoli presentano proprietà acide.

Un'altra proprietà comune delle sostanze contenenti ossigeno è la facile ossidabilità dell'atomo di carbonio associato sia all'ossigeno che all'idrogeno. Ciò è evidente dalle seguenti catene di reazioni, che terminano quando il carboidrato perde il suo ultimo atomo di acqua:

contiene un gruppo idrossi ed è considerato un acido eterofunzionale.

Alcoli ed eteri

Il nome di un'intera classe di sostanze organiche alcoli(dal latino "spiritus" - spirito) deriva dal "principio attivo" della miscela ottenuta dalla fermentazione di succhi di frutta e altri sistemi contenenti zucchero. Questo principio attivo, l'alcol del vino, etanolo C2H5OH, viene separato dall'acqua e dai soluti non volatili durante la distillazione della miscela. Un altro nome per l'alcol è alcol - Origine araba.

Gli alcoli sono composti organici che contengono un gruppo idrossile legato all'atomo di carbonio $p 3 del radicale idrocarburico.

Gli alcoli possono anche essere considerati come prodotti della sostituzione di un atomo di idrogeno nell'acqua con un radicale idrocarburico. Gli alcoli formano serie omologhe (Tabella 22.5), diverse per la natura dei radicali e il numero di gruppi idrossilici.

Tabella 22.5

Alcune serie omologhe di alcoli

“I glicoli e i gliceroli sono alcoli polifunzionali con gruppi OH su atomi di carbonio adiacenti.

Il gruppo idrossido negli atomi di carbonio insaturi è instabile, poiché si trasforma in un gruppo carbonilico. L'alcol vinilico è in quantità trascurabili in equilibrio con l'aldeide:

Ci sono sostanze in cui il gruppo idrossido è legato all'atomo di carbonio r/g dell'anello aromatico, ma sono considerate una classe speciale di composti - fenoli.

Negli alcoli è possibile l'isomeria dello scheletro di carbonio e la posizione del gruppo funzionale. Negli alcoli insaturi si verificano anche isomeria della posizione del legame multiplo e isomeria spaziale. I composti della classe degli eteri sono isomerici agli alcoli. Tra gli alcoli ci sono varietà chiamate primario secondario E terziario alcoli. Ciò è dovuto alla natura dell'atomo di carbonio in cui si trova il gruppo funzionale.

Esempio 22.12. Scrivi le formule degli alcoli primari, secondari e terziari con quattro atomi di carbonio.

Soluzione.

Consideriamo più in dettaglio la serie omologa degli alcoli saturi. I primi 12 termini di questa serie sono liquidi. Metanolo, etanolo e propanolo sono miscibili con l'acqua in qualsiasi rapporto a causa della loro somiglianza strutturale con l'acqua. Più avanti lungo la serie omologa, la solubilità degli alcoli diminuisce, poiché i radicali idrocarburici di grandi dimensioni (in termini di numero di atomi) vengono sempre più spostati dall'ambiente acquoso, come gli idrocarburi. Questa proprietà si chiama idrofobicità. A differenza del radicale, il gruppo idrossi è attratto dall'acqua, formando un legame idrogeno con l'acqua, cioè Spettacoli idrofilia. Gli alcoli superiori (cinque o più atomi di carbonio) presentano la proprietà attività superficiale- la capacità di concentrazione sulla superficie dell'acqua dovuta all'espulsione di un radicale idrofobo (Fig. 22.3).

Riso. 22.3.

I tensioattivi rivestono le goccioline liquide e promuovono la formazione di emulsioni stabili. Su questo si basa l'azione dei detersivi. Non solo gli alcoli, ma anche le sostanze di altre classi possono mostrare attività superficiale.

La maggior parte degli alcoli idrosolubili sono velenosi. I meno tossici sono l'etanolo e la glicerina. Ma, come sapete, l'etanolo è pericoloso perché rende una persona dipendente dal suo utilizzo. Il più semplice degli alcoli, il metanolo, ha un odore simile all'etanolo, ma è estremamente velenoso. Sono noti molti casi di avvelenamento umano a seguito di ingestione errata.

metanolo anziché etanolo. Ciò è facilitato dall’enorme volume di uso industriale del metanolo. L'alcool biatomico più semplice, il glicole etilenico C 2 H 4 (OH) 2, viene utilizzato in grandi quantità per la produzione di fibre polimeriche. La sua soluzione viene utilizzata come antigelo per il raffreddamento dei motori delle automobili.

Preparazione degli alcoli. Diamo un'occhiata ad alcuni metodi comuni.

1. Idrolisi di idrocarburi alogenati. Le reazioni vengono effettuate in un ambiente alcalino:

Esempio 22.13. Scrivere le reazioni per la produzione di glicole etilenico mediante idrolisi di derivati ​​degli alogeni, prendendo come materiale di partenza l'etilene.

2. Addizione di acqua agli alcheni. La reazione più importante è l'aggiunta di acqua all'etilene per formare etanolo. La reazione procede abbastanza rapidamente ad alte temperature, ma allo stesso tempo l'equilibrio si sposta notevolmente a sinistra e la resa in alcol diminuisce. Pertanto, è necessario creare un'alta pressione e utilizzare un catalizzatore per ottenere la stessa velocità di processo a una temperatura inferiore (simile alle condizioni per la sintesi dell'ammoniaca). L'etanolo viene prodotto mediante idratazione dell'etilene a -300°C e una pressione di 60-70 atm:

Il catalizzatore è acido fosforico supportato su ossido di alluminio.

3. Esistono metodi speciali per produrre etanolo e metanolo. Il primo si ottiene mediante il noto metodo biochimico di fermentazione dei carboidrati, che vengono prima scomposti in glucosio:

Il metanolo si ottiene sinteticamente da sostanze inorganiche:

La reazione viene condotta a 200-300°C e ad una pressione di 40-150 atm utilizzando un catalizzatore complesso Cu0/2n0/Al203/Cr203. L'importanza di questo processo industriale è evidente dal fatto che ogni anno vengono prodotte più di 14 milioni di tonnellate di metanolo. Viene utilizzato principalmente nella sintesi organica per la metilazione delle sostanze organiche. L'etanolo viene prodotto approssimativamente nelle stesse quantità.

Proprietà chimiche degli alcoli. Gli alcoli possono essere una manciata e ossidarsi. Una miscela di alcol etilico e idrocarburi viene talvolta utilizzata come carburante per i motori delle automobili. L'ossidazione degli alcoli senza danneggiare la struttura del carbonio si riduce alla perdita di idrogeno e all'aggiunta di atomi di ossigeno. Nei processi industriali, i vapori di alcol vengono ossidati dall'ossigeno. Nelle soluzioni, gli alcoli vengono ossidati dal permanganato di potassio, dal dicromato di potassio e da altri agenti ossidanti. Dall'alcol primario, per ossidazione, si ottiene un'aldeide:

Quando c'è un eccesso di agente ossidante, l'aldeide viene immediatamente ossidata ad acido organico:

Gli alcoli secondari vengono ossidati a chetoni:

Gli alcoli terziari possono essere ossidati solo in condizioni difficili con distruzione parziale dello scheletro di carbonio.

Proprietà acide. Gli alcoli reagiscono con i metalli attivi per rilasciare idrogeno e formare derivati ​​con il nome generale di alcossidi (metossidi, etossidi, ecc.):

La reazione procede più tranquillamente di una reazione simile con l'acqua. L'idrogeno rilasciato non si accende. Questo metodo distrugge i residui di sodio dopo gli esperimenti chimici. Una reazione di questo tipo significa che gli alcoli presentano proprietà acide. Questa è una conseguenza della polarità del legame OH. Tuttavia, l'alcol praticamente non reagisce con gli alcali. Questo fatto permette di chiarire la forza delle proprietà acide degli alcoli: questi sono acidi più deboli dell'acqua. L'etossido di sodio viene quasi completamente idrolizzato per formare una soluzione di alcol e alcali. Le proprietà acide dei glicoli e dei gliceroli sono leggermente più forti a causa dell'effetto induttivo reciproco dei gruppi OH.

Gli alcoli polivalenti formano composti complessi con ioni di alcuni elementi ^/. In un ambiente alcalino, uno ione rame sostituisce immediatamente due ioni idrogeno in una molecola di glicerolo per formare un complesso blu:

Quando la concentrazione di ioni H + aumenta (per questo viene aggiunto acido), l'equilibrio si sposta a sinistra e il colore scompare.

Reazioni di sostituzione nucleofila del gruppo idrossile. Gli alcoli reagiscono con acido cloridrico e altri alogenuri di idrogeno:

La reazione è catalizzata da uno ione idrogeno. Innanzitutto, l’H+ si lega all’ossigeno, accettandone la coppia di elettroni. Questo mostra le principali proprietà dell'alcol:

Lo ione risultante è instabile. Non può essere isolato dalla soluzione in un sale solido come lo ione ammonio. L’aggiunta di H+ provoca un ulteriore spostamento della coppia elettronica dal carbonio all’ossigeno, che facilita l’attacco delle specie nucleofile al carbonio:

Il legame tra carbonio e ione cloruro aumenta quando il legame tra carbonio e ossigeno si rompe. La reazione termina con il rilascio di una molecola d'acqua. Tuttavia, la reazione è reversibile e quando l'acido cloridrico viene neutralizzato l'equilibrio si sposta a sinistra. Si verifica l'idrolisi.

Il gruppo idrossido negli alcoli viene anche sostituito nelle reazioni con acidi contenenti ossigeno per formare esteri. Glicerolo con forme di acido nitrico nitroglicerina, usato come rimedio per alleviare gli spasmi dei vasi cardiaci:

Dalla formula è chiaro che il nome tradizionale della sostanza è impreciso, poiché in realtà si tratta di glicerolo nitrato, un estere di acido nitrico e glicerina.

Quando l'etanolo viene riscaldato con acido solforico, una molecola di alcol agisce come un reagente nucleofilo rispetto all'altra. Come risultato della reazione, si forma l'etere etossietanico:

Alcuni atomi sono evidenziati nel diagramma per facilitare il tracciamento della loro transizione nei prodotti di reazione. Una molecola di alcol attacca prima il catalizzatore: lo ione H +, e l'atomo di ossigeno di un'altra molecola trasferisce una coppia di elettroni al carbonio. Dopo l'eliminazione dell'acqua e la dissociazione di H4 si ottiene una molecola di etere. Questa reazione è anche chiamata disidratazione intermolecolare dell'alcol. Esiste anche un metodo per preparare eteri con diversi radicali:

Gli eteri sono sostanze più volatili degli alcoli perché tra le loro molecole non si formano legami idrogeno. L'etanolo bolle a 78°C, mentre il suo isomero, l'estere CH3OCH3, bolle a -23,6°C. Gli eteri non si idrolizzano in alcoli quando bolliti con soluzioni alcaline.

Disidratazione degli alcoli. Gli alcoli possono decomporsi con l'eliminazione dell'acqua nello stesso modo in cui i derivati ​​alogeno degli idrocarburi si decompongono con l'eliminazione dell'alogenuro di idrogeno. Nella produzione di alcoli da alcheni e acqua (vedi sopra), avviene anche una reazione inversa di eliminazione dell'acqua. La differenza nelle condizioni per l'aggiunta e l'eliminazione dell'acqua è che l'aggiunta avviene sotto pressione con un eccesso di vapore acqueo rispetto all'alchene e l'eliminazione avviene da un alcol separato. Questa disidratazione è chiamata intramolecolare. È disponibile anche in una miscela di alcol e acido solforico a ~150°C.

E la loro presenza in natura

45. Nominare le sostanze, caratterizzare ciascun alcol secondo la classificazione degli alcoli:

a) CAN 3 ─ CAN 2 ─ CAN ─ CAN 2 ─ CAN 3 b) CAN 3 ─ CAN ─ CAN ─ CAN 3

c) CH 3 ─CH=CH─CH 2 ─OH d) HO─CH 2 ─CH 2 ─CH 2 ─CH 2 ─OH

e) CH 3 ─ CH ─ C─CH 3 f) HO─CH 2 ─C≡C─CH 2 ─OH g) CH 3 ─ CH─CH 2 OH

Componi le formule strutturali delle sostanze che compongono il percorso vincente, se è noto che hanno tutte una struttura ramificata. Dai un nome alle sostanze.

49. Quale delle seguenti sostanze può reagire con l'alcol metilico: potassio, ossido di sodio, acqua, ossido di rame (II), acido acetico, 1-propanolo, etilene. Scrivi equazioni per possibili reazioni, indica il loro tipo, le condizioni in cui si verificano e dai un nome ai prodotti.

50. Risolvi catene di trasformazioni:

2) CH2 =CH─CH3 X Y Z

51. Quando l'etilene fu ossidato con una soluzione acquosa di permanganato di potassio, si ottenne una sostanza organica UN. Scioglie l'idrossido di rame (II) per formare un composto complesso B colore blu brillante. Elaborazione della sostanza UN la miscela nitrante si traduce nel prodotto IN, che è un potente esplosivo. Scrivi le equazioni per tutte le reazioni menzionate, nomina le sostanze UN─IN.

52. Tre provette numerate contengono liquidi trasparenti incolori: acqua, etanolo, glicerina. Come riconoscere queste sostanze? Scrivi le equazioni di reazione, indica il loro tipo, le condizioni in cui si verificano e dai un nome ai prodotti.

53. Scrivi le formule di struttura delle seguenti sostanze: a) 2,4-diclorofenolo, b) 4-etilfenolo, c) 3-nitrofenolo, d) 1,2,3-triidrossibenzene.

54. Disporre le seguenti sostanze in ordine crescente di proprietà acide: P-nitrofenolo, acido picrico, O-cresolo, fenolo. Scrivi le formule strutturali di queste sostanze nella sequenza richiesta e mostra l'influenza reciproca degli atomi nelle molecole.

55. Scrivi le equazioni di reazione che possono essere utilizzate per ottenere il fenolo dal metano. Indicare il tipo di reazioni, le condizioni per il loro verificarsi e nominare i prodotti.

56. Determinare la formula di un alcol monovalente saturo se, dopo disidratazione di un campione con un volume di 37 ml e una densità di 1,4 g/ml, si ottiene un alchene del peso di 39,2 g.

57. Scrivi e nomina tutti i possibili isomeri della composizione C 5 H 10 O.

58. La formaldeide, formatasi durante l'ossidazione di 2 moli di alcol metilico, è stata sciolta in 100 g di acqua. Calcolare la frazione in massa di formaldeide in questa soluzione.

59. Risolvi catene di trasformazioni:

1) CH 3 ─CHO → CH 3 ─CH 2 OH → CH 2 =CH 2 → HC≡CH → CH 3 ─CHO

Acetilene → etanale → acido etanoico

etilene → etanolo → dimetil etere

60. Tre provette contengono liquidi trasparenti incolori: acetaldeide, glicerina, acetone. Come riconoscere queste sostanze utilizzando un reagente? Descrivi le tue azioni e osservazioni. Scrivi equazioni per possibili reazioni, indica il loro tipo, le condizioni in cui si verificano e dai un nome ai prodotti.

61. Quando una sostanza organica contenente ossigeno del peso di 1,8 g fu ossidata con una soluzione di ammoniaca di ossido d'argento, si ottenne argento del peso di 5,4 g. Quale materia organica è soggetta ad ossidazione?

62. Scrivi le formule strutturali delle seguenti sostanze: a) acido 2-metilpropanoico, b) acido 3,4-dimetileptanoico, c) acido butene-2-oico, d) acido 2,3,4-triclorobutanoico, e) 3 acido -metil-2-etilpetanoico, e) acido 2-metilbenzoico.

63. Disporre i seguenti composti in ordine crescente di proprietà acide:

1) fenolo, acido formico, acido cloridrico, propanolo-1, acqua

2) etanolo, P-cresolo, acido bromidrico, acqua, acido acetico, acido carbonico.

64. Con quale delle seguenti sostanze interagisce una soluzione di acido acetico: Cu(OH) 2, Na 2 SiO 3, Hg, Mg, SO 3, K 2 CO 3, NaCl, C 2 H 5 OH, NaOH, Cu , CH3OH, CuO? Scrivi equazioni per possibili reazioni, indicane il tipo, le condizioni in cui si verificano e nomina i prodotti.

65. Tre provette numerate contengono: alcool etilico, acido formico, acido acetico. Come si possono riconoscere sperimentalmente queste sostanze? Scrivi le equazioni di reazione e descrivi le osservazioni attese.

66. Quale volume di essenza di aceto all'80% con densità di 1,070 g/ml occorre prelevare per preparare aceto da tavola al 6% con volume di 200 ml e densità di 1,007 g/ml?

67. Componi formule per esteri e scrivi equazioni di reazione per la loro preparazione: a) estere butilico dell'acido propionico, b) estere etilico dell'acido butirrico, c) estere amilico dell'acido formico, d) estere etilico dell'acido benzoico.

68. L'estere metilico dell'acido metacrilico (2-metilpropenoico) è utilizzato per produrre un polimero noto come vetro organico. Scrivi le equazioni di reazione per la produzione di questo etere.

69. Quando si riscaldarono metanolo del peso di 2,4 g e acido acetico del peso di 3,6 g, si ottenne acetato di metile del peso di 3,7 g. Determinare l'output dell'etere.

70. Scrivere le formule di struttura delle seguenti sostanze: a) tripalmitato, b) trioleato, c) dioleostearato, d) palmitato di sodio, e) stearato di magnesio.

71. Scrivi le equazioni di reazione, indica il loro tipo, le condizioni di occorrenza, nomina i prodotti:

1) sintesi dei grassi a base di acido stearico,

2) idrolisi dei grassi a base di acido linolenico in presenza di idrossido di potassio,

3) idrogenazione del trioleato,

4) idrolisi del dioleopalmitato in presenza di idrossido di sodio.

72. Quale massa di glicerina si può ottenere da un grasso naturale del peso di 17,8 kg contenente il 97% di glicerolo tristearato?

73. In media, le persone golose aggiungono 2 cucchiaini di zucchero a un bicchiere di tè. Sapendo che un cucchiaio del genere contiene 7 g di zucchero e che il volume del bicchiere è di 200 ml, calcola la frazione massica di saccarosio nella soluzione (assumi che la densità del tè sia 1 g/ml).

74. Miscelare 100 g di soluzioni di glucosio al 10% e 200 g di glucosio al 5%. Qual è la frazione in massa di carboidrati nella soluzione risultante?

75. Risolvi la catena di trasformazioni: anidride carbonica → glucosio → → etanolo → etanale → acido etanico → acetato di etile.

76. Come riconoscere soluzioni delle seguenti sostanze utilizzando un reagente: acqua, glicole etilenico, acido formico, acetaldeide, glucosio. Scrivi le equazioni per le reazioni corrispondenti, indicane il tipo, le condizioni in cui si verificano e descrivi le osservazioni.

77. Si danno soluzioni di glucosio e saccarosio. Come riconoscerli empiricamente? Descrivere le osservazioni ipotizzate e supportarle con le equazioni di reazione.

78. Risolvi la catena di trasformazioni: maltosio → glucosio → acido lattico → anidride carbonica.

79. La frazione massica dell'amido nelle patate è del 20%. Quale massa di glucosio si può ottenere da 1620 kg di patate se la resa del prodotto è pari al 75% di quella teorica?

80. Risolvi catene di trasformazioni:

1) CH 4 → X → CH 3 OH → Y → HCOOH → formiato di etile

2) CH 3 ─CH 2 ─CH 2 OH → CH 3 ─CH 2 ─CHO → CH 3 ─CH 2 ─COOH → →CH 3 ─CHBr─COOH → CH 3 ─CHBr─COOCH 3 → CH 2 =CH─COOCH 3

81. Come, utilizzando un numero minimo di reagenti, riconoscere le sostanze in ciascuna coppia: a) etanolo e metanale, b) acetaldeide e acido acetico, c) glicerina e formaldeide, d) acido oleico e acido stearico. Scrivi le equazioni di reazione, indicane il tipo, nomina i prodotti, descrivi le osservazioni.

82. Risolvi catene di trasformazioni:

1) metano → etina → etanale → acido etanoico → estere metilico dell'acido acetico → anidride carbonica

2) amido→glucosio→etanolo→etilene→polietilene

3) carburo di calcio→acetilene→benzene→clorobenzene→fenolo→2,4,6-tribromofenolo

83. Nominare le sostanze e indicare la classe delle sostanze organiche contenenti ossigeno:

A) CH 3 ─ C ─CH 2 ─CHO b) CH 3 ─CH 2 ─COOCH 3