На примере этилового спирта опишите химические свойства одноатомных спиртов

Вариант 7.

1. Приведите схемы: а) гомолитического разрыва связи С-Н в молекуле этана; б) гетеролитического разрыва связи С-Br в молекуле бромэтана (два варианта, какой из этих вариантов реализуется на практике?). Как называются образующиеся частицы?

 

а) гомолитического разрыва связи С-Н в молекуле этана

б) гетеролитического разрыва связи С-Br в молекуле бромэтана (два варианта, какой из этих вариантов реализуется на практике?)

На практике реализуется первый вариант:

Вступающие в реакции соединения принято считать реактантами, чем действуют – реагентами, на что действуют – субстратами.

В гетеролитических реакциях реагент обычно или отдает электронную пару субстрату, или принимает ее от него. Реагенты, которые отдают пару электронов, называют нуклеофилами, а их реакции нуклеофильными.

Реагенты, которые принимают пару электронов, называют электрофилами, а их реакции электрофильными. Уходящую группу с парой электронов называют нуклеофугом, а группу, уходящую без пары электронов, - электрофугом.

 

 

2. Напишите схемы взаимодействия 2-метилпентана со следующими веществами: а) хлором при УФ-освещении (1 эквивалент); б) бромом при УФосвещении (1 эквивалент); в) разбавленной азотной кислотой при нагревании (реакция Коновалова).

 

а) хлором при УФ-освещении (1 эквивалент);

2-метилпентан 2-хлор-2-метилпентан

 

б) бромом при УФосвещении (1 эквивалент);

2-метилпентан 2-бром-2-метилпентан

 

в) разбавленной азотной кислотой при нагревании (реакция Коновалова).

2-метилпентан 2-нитро-2-метилпентан

 

3. Напишите схемы взаимодействия 2-метилбутена-1 со следующими веществами: а) бромом; б) хлороводородом; в) водой в присутствии кислотного катализатора (Н⁺); г) H₂, Pd/C (катализатор); д) KMnO₄ (р-ция Вагнера). В СЛУЧАЕ (б) ПРИВЕДИТЕ МЕХАНИЗМ РЕАКЦИИ.

 

а) бромом

2-метилбутен-1 1,2-дибром-2-метилбутан

 

б) хлороводородом;

2-метилбутен-1 2-хлор-2-метилбутан

 

Реакция идет по механизму электрофильного присоединения с гетеролитическим разрывом связей. Электрофилом является протон Н⁺ в составе молекулы галогеноводорода НХ (X - галоген).

Направление реакции присоединения галогеноводородов к алкенам несимметричного строения определяется правилом Марковникова:

В реакциях присоединения полярных молекул типа НХ к несимметричным алкенам водород присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода при двойной связи (т.е. атому углерода, связанному с наибольшим числом атомов водорода).

 

в) водой в присутствии кислотного катализатора (Н⁺);

2-метилбутен-1 2-метилбутанол-2

 

г) H₂, Pd/C (катализатор);

2-метилбутен-1 2-метилбутан

 

д) KMnO₄ (р-ция Вагнера).

2-метилбутен-1 2-метилбутандиол-1,2

 

 

4. Напишите схемы взаимодействия толуола со следующими веществами: а) Br₂, FeBr₃; б) H₂SO₄(конц.); в) HNO₃(конц.), H₂SO₄(конц.); г) KMnO₄, t⁰C.

 

а) Br₂, FeBr₃;

толуол 2-бромтолуол

 

б) H₂SO₄(конц.);

толуол 2-сульфотолуол

 

в) HNO₃(конц.), H₂SO₄(конц.);

толуол 2-нитротолуол

 

г) KMnO₄, t⁰C.

толуол бензойная кислота

 

5. Дополните цепочку превращений:

 

 

пропин пропиленид натрия

пропиленид натрия пентин-2

пентин-2 метилпропилкетон

 

На примере этилового спирта опишите химические свойства одноатомных спиртов.

 

Физические свойства спиртов во многом определяются наличием между молекулами этих веществ водородных связей:

С этим же связана и хорошая растворимость в воде низших спиртов.

Простейшие спирты - жидкости с характерными запахами. С увеличением числа атомов углерода температура кипения возрастает, а растворимость в воде падает. Температура кипения у первичных спиртов больше, чем у вторичных спиртов, а у вторичных - больше, чем у третичных. Метанол крайне ядовит.

Химические свойства. Основные химические свойства спиртов определяются реакционноспособной гидроксильной группой. Химические реакции могут идти или только по водороду гидроксильной группы, или протекать с участием всей группы.

Реакции гидроксильного водорода.

1. Взаимодействие спиртов со щелочными металлами (образование алкоголятов). Спирты, как известно, обладают чрезвычайно слабыми кислотными. Однако атом водорода гидроксильной группы, обладая некоторой подвижностью, способен обмениваться в реакциях замещения на активные металлы:

 

2C₂H₆OH + 2Na 2C₂H₆ONa + H₂

этилат натрия

 

Образующиеся продукты называют алкоголятами (от названия спиртов — алкоголи). Алкоголяты метилового спирта называются метилатами, а этилового — этилатами и т.д. Алкоголяты — твёрдые, неустойчивые вещества, легко подвергающиеся гидролизу:

C₂H₆ONa + H₂O C₂H₆OH + NaOH

Алкоголяты щелочных металлов обладают более сильными основными свойствами, чем гидроксиды щелочных металлов.

2. Образование простых эфиров.

Взаимодействием алкоголятов с галогеналкилами можно получить простые эфиры:

 

C₂H₆—ONa + I—C₂H₆ C₂H₆—O—C₂H₆ + NaI

диэтиловый эфир

 

3. Образование сложных эфиров (реакция этерификации).

При реакции спиртов с кислотами (органическими или неорганическими) получаются соединения, которые называют сложными эфирами. Такая реакция получила название реакции этерификации.

Если во взаимодействие со спиртом вводят органические (карбоновые) кислоты, то в качестве катализатора используют сильные минеральные кислоты:

Реакции гидроксила.

1. Замещение гидроксильной группы на галоген (образование галогенопроизводного):

 

C₂H₆OH + HCl C₂H₆Cl + H₂O

 

Такая реакция обратима, но можно равновесие сдвинуть вправо, если ее проводить в присутствии водоотнимающих средств (например, H₂SO₄(конц.), ZnCl₂ и др.).

Замещение гидроксильной группы на галоген происходит также при взаимодействии спирта с PCl₅.

2. Дегидратация спиртов (отщепление воды).

Реакция дегидратации может быть внутримолекулярной и межмолекулярной.

При внутримолекулярной дегидратации образуются алкеновые углеводороды:

Легче дегидратируются третичные, затем вторичные и, наконец, первичные спирты.

Межмолекулярная дегидратация приводит к образованию простых эфиров:

В этих реакциях в качестве водоотнимающих средств используют Н₂SO₄ (конц.).

 

Окисление спиртов.

Предельные спирты, в отличие от алканов, легко окисляются. Главный "виновник" этого — гидроксильная группа. При окислении первичных спиртов образуются альдегиды, а при окислении вторичных — кетоны:

В качестве окислителей используют К₂Сr₂О₇ + H₂SO₄ или KMnO₄ + H₂SO₄.

Третичные спирты более устойчивы к действию окислителей. Реакции окисления спиртов являются обратными реакциями восстановления альдегидов и кетонов.

 

7. Напишите схемы взаимодействия ацетона со следующими реагентами: а) NaBH₄ в этаноле (растворитель); б) HCN, KCN (катализатор); в) этилмагнийбромид (C₂H₅MgBr) с последующим взаимодействием продукта присоединения с разбавленным раствором кислоты (H₂O, H⁺); г) схему альдольной конденсации ацетона под действием щелочи.

 

а) NaBH₄ в этаноле (растворитель);

ацетон пропанол-2

 

б) HCN, KCN (катализатор);

ацетон 2-нитрилпропан

 

в) этилмагнийбромид (C₂H₅MgBr) с последующим взаимодействием продукта присоединения с разбавленным раствором кислоты (H₂O, H⁺);

ацетон 2-метилбутанол-2

 

г) схему альдольной конденсации ацетона под действием щелочи.

 

8. Какова общая формула жиров? Какие карбоновые кислоты входят в состав животных жиров и растительных масел? Приведите структурные формулы ненасыщенных карбоновых кислот, входящих в состав жиров. Какова конфигурация двойных углерод-углеродных связей в этих соединениях. Приведите общую схему реакции омыления жиров. Какие вещества при этом получаются и где они находят применение?

 

Состав жиров отвечает общей формуле

где R¹, R² и R³ — радикалы (одинаковых или различных) жирных кислот.

Природные жиры содержат в своём составе три кислотных радикала, имеющих неразветвленную структуру и, как правило, чётное число атомов углерода (содержание «нечётных» кислотных радикалов в жирах обычно менее 0,1 %).

Жиры гидрофобны, практически нерастворимы в воде, хорошо растворимы в органических растворителях и частично растворимы в этаноле (5—10 %).

Жирные кислоты могут быть насыщенными (только с одинарными связями между атомами углерода), мононенасыщенными (с одной двойной, их называют моноеновыми, или тройной связью между атомами углерода) и полиненасыщенными (с двумя и более двойными связями, их называют пилиеновые, или тройными или теми и другими связями, находящимися, как правило, через CH₂-группу). Они различаются по количеству углеродных атомов в цепи, а также, в случае ненасыщенных кислот, по положению, конфигурации (как правило цис-) и количеству двойных и тройных связей. Жирные кислоты можно условно поделить на низшие (до семи атомов углерода), средние (восемь — двенадцать атомов углерода) и высшие (более двенадцати атомов углерода). Карбоновые кислоты могут содержать цилклические группы: циклопропановые, циклопропеновые, циклопентиловые, циклопентениловые, циклогексиловые, циклогексениловые, фурановые, иногда их относят тоже к жирным кислотам.

По содержанию определённых жирных кислот растительных масел

- лауриновая группа, масла которой содержат лауриновую и другие низкомолекулярные кислоты (кокосовое и пальмоядровое масла);

- эруковая группа — масла, содержащие эруковую, нервоновую, эйкозеновую кислоты (рапсовое высокоэруковое, горчичное, сурепное);

- пальмитиновая группа — масла этой группы характеризуются высоким содержанием пальмитиновой кислоты (пальмовое, хлопковое, масло какао);

- олеиновая группа включает масла с наибольшим содержанием олеиновой кислоты (оливковое, высокоолеиновое подсолнечное, овсяное, арахисовое, абрикосовое, сафлоровое, рисовое, фисташковое, авокадо);

- олеиново-линолевая группа — масла этой группы содержат олеиновую и линолевую кислоты в сопоставимых количествах (кунжутное, вишневое);

- линолевая группа — в составе масел этой группы преобладает линолевая кислота (подсолнечное, кукурузное, конопляное, тыквенное, кедровое, масло зародышей пшеницы, масло виноградных косточек);

- -линоленовая группа включает масла с повышенным содержанием -линоленовой кислоты (льняное, низкоэруковое рапсовое, рыжиковое, горчичное, сурепное, пшеничное, соевое, масло шиповника);

- -линоленовая группа — масла огуречника, семян черной смородины.

По содержанию определённых жирных кислот животных жиров

В их составе преобладают триглицериды насыщенных кислот — пальмитиновой, олеиновой (иногда стеариновой), составляя чаще всего 40—60 %. Также в небольшом количестве в них встречается миристиновая кислота; из ненасыщенных кислот — линолевая кислота (в свином жире до 6 %),линоленовая (до 18 % в лошадином жире). В заметных количествах в жирах жвачных животных (крупный и мелкий рогатый скот) присутствуют позиционные изомеры трансолеиновых кислот (главным образом вакценовая кислота). Гексадеценовые кислоты, а также ненасыщенные кислоты С₂₀—С₂₂ присутствуют в жирах наземных позвоночных всего лишь в количестве до 1-2 %.

Жиры молока разных высших животных, в том числе коров, твёрдые и состоят из триглицеридов олеиновой (26—34 %), пальмитиновой (24—26 %), миристиновой (8-17 %), стеариновой (4—8 %) и линолевой (0,5-1 %) кислот. Также присутствует значительное количество низших насыщенных (C₄—С₁₀) и мононенасыщенных (С₁₀—С₁₄ с двойной связью в положении 9—10) жирных кислот.

Состав жиров птиц несколько отличается от состава жиров наземных позвоночных. В птичьем жире, хотя он и твёрдый, практически отсутствуют пальмитиновая и стеариновая кислоты, а в качестве главных компонентов содержатся триглицериды олеиновой (40—45 %) и линолевой (10—20 %) и насыщенных кислоты (около 25 %).

Жиры земноводных и пресмыкающихся обычно жидкие. В химическим отношении они в больших количествах содержат триглицериды мононенасыщенных жирных кислот с числом атомов от С₁₆ до С₁₈ (главным образом олеиновой), которые составляют 50—60 % от общего содержания. Также в их состав входит до 10 % полиненасыщенных кислот С₂₀—С₂₂. Насыщенных жирных кислот (преимущественно пальмитиновой) всего около 25 %, хотя в жирах некоторых пресмыкающихся (крокодил, питон) их содержание повышено до 30 %.

 

Общую схему реакции омыления жиров

глицерин мыла

Омыление — гидролиз сложного эфира с образованием спирта и кислоты (или её соли, когда для омыления берут раствор щёлочи):

RCOOR' + НОН RCOOH + R'ОН

В промышленности омылением жиров и растительных масел получают глицерин, жирные карбоновые кислоты и их соли, т. н. мыла (отсюда название).

 

Список использованной литературы

 

 

1. Белобородов В. Л. Органическая химия: Учеб. для вузов: В 2 кн. /С. Э. Зурабян, А. П. Лузин, Н. А. Тюкавкина; Под ред. Н. А. Тюкавкиной. — 2-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2003. — Кн. I: Основной курс. — 640 с.

2. Грандберг И. И. Органическая химия: Учеб. для студ. вузов, обучающихся по агроном, спец. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Дрофа, 2001. — 672 с.

3. Нейланд О. Я. Органическая химия: Учеб. для хим. спец. вузов. — М.1 Высш. шк., 1990.—751 с

4. Несмеянов А. Н., Несмеянов Н.А.. Начала органической химии, книга первая. Издательство «Химия». М., 1969 г. – 664 с.