Свойства органических соединений (стр. 7 )

б) Полученный раствор разделите на две части. К одной порции раствора фенолята натрия добавьте по каплям раствор соляной кислоты; фенол вновь осаждается из раствора:

С6Н5ОNa + HCl ® С6Н5ОН¯ + NaCl.

в) Через вторую порцию раствора пропустите ток углекислого газа. Также выпадает осадок фенола:

2С6Н5ОNa + H2O + CO2 ® 2С6Н5ОН¯ + Na2CO3.

Опишите наблюдения и сделайте выводы о свойствах фенола, связанных с влиянием бензольного ядра на подвижность водорода в гидроксильной группе фенола.

Опыт 5. Реакции замещения водорода в бензольном ядре фенола. Несколько кристалликов фенола полностью растворите в минимальном объеме воды. Добавьте к раствору несколько капель бромной воды. Наблюдайте образование осадка трибромфенола:

.

Проведите реакцию нитрования фенола в виртуальном режиме. Сделайте выводы о влиянии гидроксильной группы на химическую активность бензольного ядра и замещении водорода бромом в орто - и пара-положениях.

Опыт 6. Цветная реакция фенола. Приготовьте прозрачный раствор фенола в воде. Добавьте к нему несколько капель раствора (1%) хлорида железа (III). Смесь приобретает темно-фиолетовый цвет.

Вопросы и задания

1. Спирты и фенолы находят широкое применение в промышленности, сельском хозяйстве, медицине, быту. Составьте список наименований различных спиртов и фенолов, укажите их применение, а, главное, - их свойства, на которых основано практическое использование этих веществ.

2. Многие спирты и фенолы имеют тривиальные названия (древесный спирт, винный спирт, сивушные масла, глицерин, карболовая кислота, гидрохинон, резорцин, пирокатехин, пирогаллол и др.). Каково происхождение этих названий? Приведите формулы этих веществ и их названия по современной номенклатуре.

3. Название этиленгликоля по номенклатуре ИЮПАК – этандиол-1,2. Запишите структурную формулу этого вещества и составьте возможные формулы еще четырех его изомеров и дайте им названия.

4. Обратитесь к схеме, отражающей некоторые генетические связи между различными классами органических веществ (см. раздел 5.2. Углеводороды). Выделите из этой схемы цепочки химических превращений, с которыми вы уже познакомились на уроках химии. Запишите примеры соответствующих уравнений химических реакций.

5.5. Альдегиды. Карбоновые кислоты

Альдегиды

Альдегиды – класс органических веществ, молекулы которых содержат функциональную группу атомов , соединенную с радикалом, входят в группу карбонильных соединений. Название "альдегид" составлено из начальных букв слов "алкоголь" и "дегидрирование" и отражает один из способов получения альдегидов. По строению радикала альдегиды подразделяют на предельные (бутаналь, или масляный альдегид), непредельные (пропеналь, или акролеин), ароматические (бензальдегид) и др.

Общая формула предельных альдегидов: . Названия этих альдегидов по правилам ИЮПАК составляются из наименования соответствующего алкана с добавлением суффикса –аль, например, метаналь, этаналь, пропаналь, бутаналь и т. д. Широко используются в химии и тривиальные названия альдегидов, образованные из названий соответствующих карбоновых кислот: муравьиный альдегид, или формальдегид; уксусный альдегид; пропионовый альдегид; масляный альдегид и т. д. Для альдегидов характерны виды изомерии, обусловленные радикалом и межклассовая изомерия (изомерны кетонам).

При обычных условиях формальдегид – газ с резким запахом, следующие 11 членов гомологического ряда предельных альдегидов – жидкости, начиная с С12Н25СНО (тридеканаль) – твердые вещества. Метаналь, этаналь и пропаналь хорошо растворимы в воде.

Химические свойства обусловлены свойствами радикала и присутствием в составе молекулы альдегидной группы, в которой атом углерода находится в состоянии sp2-гибридизации, поэтому σ-связи группы находятся в одной плоскости, а наличие электроотрицательного атома кислорода приводит к сильной поляризации двойной связи С=О: .

Наиболее характерными для альдегидов являются реакции присоединения по карбонильной группе и реакции окисления связи С-Н альдегидной группы. Реакции нуклеофильного присоединения можно изобразить схемой: . Так, протекают процессы присоединения синильной кислоты с образованием циангидринов, присоединения спиртов с образованием полуацеталей и ацеталей, присоединения гидросульфитов с образованием гидросульфитных производных альдегидов и т. д. В результате восстановления (присоединение водорода в присутствии катализатора) альдегидов образуются спирты. Например, при восстановлении пропаналя получается пропанол-1:

СН3СН2СНО + H2 СН3СН2СН2ОН.

Окисление альдегидов по связи С-Н альдегидной группы соответствует схеме: . Реакции окисления (приводят к образованию соответствующих кислот) можно легко осуществить раствором KMnO4 в кислой среде, аммиачным раствором оксида серебра (реакция "серебряного зеркала"), свежеосажденным гидроксидом меди (II). В ходе последней реакции голубой осадок Cu(OH)2 восстанавливается вначале в нерастворимый гидроксид меди (I) желтого цвета, который затем разлагается на оксид меди (I) красного цвета и воду (реакция также является качественной на альдегиды):

R-CH=O + Cu(OH)2 R-COOH + 2CuOH¯ + H2O;

2CuOH Cu2O +H2O.

Формальдегид в этих реакциях окисляется до CO2. При сгорании альдегидов (полное окисление) образуются CO2 и H2O. Кроме того, альдегиды вступают в реакции полимеризации и поликонденсации. Например, при длительном хранении формалина в нем образуется параформальдегид; реакцией поликонденсации формальдегида с фенолом получают фенолформальдегидные смолы. Альдегиды реагируют с галогенами, при этом на галоген замещаются только атомы водорода при соседнем с альдегидной группой атоме углерода (сказывается влияние альдегидной группы), например, при пропускании газообразного хлора через этаналь образуется трихлорэтаналь Cl3C-CHO.

Важнейшими способами получения альдегидов являются: каталитическое окисление алкенов кислородом воздуха; окисление спиртов различными окислителями (О2, KMnO4, K2Cr2O7 и др.): R-СН2ОН + [О] ® R-СНО + H2O; каталитическое дегидрирование первичных спиртов:

R-СН2ОН R-СНО + H2.

Формальдегид в промышленности получают каталитическим окислением метана при 500 оС; ацетальдегид – из ацетилена (реакция Кучерова). Применяют альдегиды в производстве и синтезе полимеров, карбоновых кислот, спиртов и многих других материалов и соединений.

Опыт 1. Физические свойства альдегидов. Демонстрируются образцы этаналя, формалина, параформа. Для ознакомления с запахом (осторожно!) формальдегида раздают (или обходят учащихся) в классе пробирки (или стакан) с каплей формалина.

Опыт 2. Получение альдегидов. Для получения ацетальдегида из этанола повторите опыты 10-11, описанные в разделе 5.3. Спирты. Для получения формальдегида (при наличии в лаборатории метанола), проведите аналогичную реакцию различными вариантами:

CH3OH + CuO ® Cu + HCHO↑ + H2O.

Опыт 3. Реакция серебряного зеркала. Для получения гидроксида диамминсеребра (упрощенно – раствор оксида серебра в аммиаке) налейте в чистую пробирку 3-5 мл раствора нитрата серебра (5%), затем по каплям добавьте разбавленный раствор аммиака до растворения первоначально образовавшегося осадка оксида серебра. К полученному раствору добавьте несколько капель раствора формальдегида, перемешайте и поместите пробирку в кипящую водяную баню или осторожно нагрейте. Уравнение реакции с участием формальдегида выглядит следующим образом:

2[Ag(NH3)2]ОН + НСНО 2Ag¯ + НСООNH4 + 3NH3­+H2O.

В упрощенном общем виде уравнение можно записать так:

НСНО + Ag2O НСООН + 2Ag¯.

Опыт 4. Окисление альдегидов гидроксидом меди (II). Налейте в пробирку 2-3 мл раствора щелочи (5%), добавьте несколько капель раствора соли меди (II), например, CuSO4. Щелочь должна быть в небольшом избытке. К суспензии выпавшего в осадок гидроксида меди добавьте 1 мл раствора альдегида. Нагрейте раствор, постепенно доводя его до кипения. Наблюдайте изменение окраски смеси в пробирке. Опишите ваши наблюдения и запишите уравнения реакций.

Опыт 5. Полимеризация формальдегида. Налейте в фарфоровую чашку 2-4 мл формалина и поставьте ее на кипящую водяную баню или осторожно нагрейте на слабом огне (в вытяжном шкафу) до получения сухого остатка параформальдегида (параформа):

n(СН2О) (СН2О)n.

Рассмотрите (не брать руками!) образец полученного полимера и опишите его внешние признаки.

Карбоновые кислоты

Карбоновые кислоты (органические кислоты) – класс органических веществ, содержащих одну или несколько карбоксильных групп, которые образованы из карбонильной (>С=О) и гидроксильной (-ОН) групп, отсюда и название – карб + оксил. В карбоксильной группе происходит смещение электронной плотности в сторону карбонильного атома кислорода, что вызывает сильную поляризацию связи О-Н, в результате становится возможной кислотная диссоциация в водных растворах с образованием карбоксилат-анионов и катионов водорода:

RCOOH RСОО - + Н+.