Oxygenholdige forbindelser

CARBONYL FORBINDELSER
ALDEHYDER OG

Organiske forbindelser, hvis molekyler indeholder en carbonylgruppe, kaldes carbonylforbindelser. Afhængigt af arten af ​​de substituenter, der er forbundet med carbonylgruppen, opdeles carbonylforbindelser i aldehyder, ketoner, carboxylsyrer og deres funktionelle derivater.

ALDEHYDER

Aldehyder er organiske forbindelser, der indeholder en carbonylgruppe, hvori et carbonatom er bundet til et radikal og et hydrogenatom, det vil sige den generelle formel for aldehyder. Undtagelsen er myrealdehyd, hvori, som det kan ses,R= H.

Isomerisme

Aldehyder er karakteriseret ved isomerisme af kulbrinteradikalet, som kan have enten en normal (uforgrenet) kæde eller en forgrenet, samt interklasse-isomerisme med ketoner. For eksempel ,

O II CH3-CH2-CH2-C jeg H	O II CH3-CH-C jeg jeg H CH 3	O II CH3-CH2-C	– CH 3
butyraldehyd eller butanal	iso-olie aldehyd eller 2-methyl-propanal	methylethylketon eller butanon -2

Kvittering

1. De mest almindeligt anvendte metoder til fremstilling af aldehyder er oxidation og katalytisk dehydrogenering af primære alkoholer.

en) Oxidation af primære alkoholer.
Som det kan ses, producerer yderligere oxidation syrer. Disse reaktioner blev allerede givet, når man overvejede alkoholers kemiske egenskaber.

b) Dehydrogenering af primære alkoholer. Reaktionen udføres ved at lede alkoholdamp over opvarmet til 200-300°C° Med en katalysator, som bruger kobber, nikkel, kobolt osv.

2. Der er udviklet en metode til fremstilling af acetaldehyd ved oxidation af ethylen med atmosfærisk oxygen i nærvær af kobber- og palladiumsalte.

3. Acetaldehyd opnås ved hydrering af acetylen ved hjælp af Kucherov-reaktionen.

		O II
HC º CH + H 2 O –– HgSO 4 ® –– ® CH 3 –C
	bebrejde fiskeri alkohol	jeg H eddikesyre aldehyd

Kucherovs reaktion er allerede blevet overvejet i detaljer, når man studerede de kemiske egenskaber af acetylenkulbrinter.

4. Aldehyder opnås ved hydrolyse af dihalogenderivater af carbonhydrider, men kun dem, hvor begge halogenatomer er placeret ved et af de terminale carbonatomer.

CH 3 – CH 2 –		2H20® + 2 HCI
1,1-dichlorpropan		1,1-propandiol | | ¯

Når vand virker på en dihalogenalkyl i et alkalisk eller surt miljø, går dets hydrolysereaktion gennem dannelsesstadiet divalent alkohol indeholdende to hydroxylgrupper på et carbonatom.
På grund af deres ustabilitet mister sådanne alkoholer vand på dannelsestidspunktet og danner aldehyder.

Fysiske egenskaber

Det enkleste aldehyd er formisk - en gas med en meget skarp lugt. Andre lavere aldehyder er væsker, der er meget opløselige i vand. Aldehyder har en kvælende lugt, som, når den fortyndes gentagne gange, bliver behagelig, der minder om lugten af ​​frugt. Aldehyder koger ved en lavere temperatur end alkoholer med samme antal kulstofatomer. Det her c relateret til fravær af aldehyder hydrogenbindinger. Samtidig er kogepunktet for aldehyder højere end for kulbrinter svarende til molekylvægt, hvilket skyldes aldehydernes høje polaritet.
De fysiske egenskaber af nogle aldehyder er vist i tabellen.

Bord . Fysiske egenskaber af nogle aldehyder

Navn	Formel	t ° koge., °C	t ° pl., °C	d 4 20
Formisk aldehyd	O II H-C jeg H	92,0	21,0	0,815 (kl. 20°C)
Eddikesyre aldehyd	O II CH3-C jeg H	123,5	21,0	0,780
Propionsyre aldehyd	O II CH 3 – CH 2 – C jeg H	102,0	48,8	0,807
Olie aldehyd	O II CH3-CH2-CH2-C jeg H	99,0	75,7	0,817
Iso-olieagtig aldehyd	O II CH3-CH-C jeg jeg CH3H	65,9	64,0	0,794

Kemiske egenskaber

Aldehyder er karakteriseret ved høj reaktivitet. De fleste af deres reaktioner skyldes tilstedeværelsen af ​​en carbonylgruppe. Kulstofatomet i carbonylgruppen er i tilstanden sp 2 - hybridisering og danner tre s - forbindelser (en af ​​dem er kommunikation C–O ), som er placeret i samme plan i en vinkel på 120° til hinanden.

Skema over strukturen af ​​carbonylgruppen

Carbonylgruppens dobbeltbinding svarer i fysisk natur til dobbeltbindingen mellem carbonatomer, dvs. denne kombination s- og s - bindinger, hvoraf den sidste er dannet af p-elektroner af kulstof- og oxygenatomer. På grund af oxygenatomets større elektronegativitet sammenlignet med carbonatomet, bindingen C=O meget polariseret på grund af et skift i elektrontæthed s - binder sig til oxygenatomet, som følge heraf en delvis negativ ( d - ) , og på kulstofatomet – delvis positiv ( d + ) gebyrer: .

På grund af polarisering har carbonatomet i carbonylgruppen elektrofile egenskaber og er i stand til at reagere med nukleofile reagenser. De vigtigste reaktioner af aldehyder er nukleofile additionsreaktioner dobbeltbinding carbonylgruppe.

1. En af de typiske reaktioner ved nukleofil tilsætning af aldehyderer tilsætning af blåsyre, der fører til dannelsen a - oxynitriler.

Denne reaktion bruges til at forlænge kulstofkæden og producere a - hydroxysyrer.

2. Tilsætning af natriumhydrosulfitgiver krystallinske stoffer, normalt kaldet hydrosulfitderivater af aldehyder.

De nævnte derivater hydrolyseres let i ethvert miljø, hvilket fører til den oprindelige carbonylforbindelse. Når et hydrosulfitderivat af acetaldehyd opvarmes med en sodaopløsning, dannes der således selve acetaldehyd.

Denne egenskab bruges til at rense aldehyder og isolere dem fra blandinger.

3. Tilsætning af alkoholertil aldehyder fører til dannelsen af ​​hemiacetaler - forbindelserhvor carbonatomet er bundet til både hydroxyl (–OH) og alkoxy (–O R ) i grupper.

Når hemiacetaler behandles med et overskud af alkohol i et surt miljø, dannes acetaler - forbindelser, hvor carbonatomet er bundet til to alkoxygrupper (reaktionen minder om syntesen af ​​ethere fra alkoholer).

I modsætning til ethere hydrolyseres acetaler af syrer til dannelse af alkohol og aldehyd.

4. Brinttilsætningtil aldehyder udføres i nærværelse af katalysatorer ( Ni, Co, Pd osv.) og fører til dannelsen af ​​primære alkoholer.

Lithiumaluminiumhydrid bliver i stigende grad brugt som reduktionsmiddel. LiAlH4 og natriumborhydrid NaBH4.
Ud over additionsreaktioner ved carbonylgruppen er aldehyder også karakteriseret ved oxidationsreaktioner.

5. Oxidation . Aldehyder oxideres let for at danne de tilsvarende carboxylsyrer.

en) ammoniakopløsning af sølvoxid[Ag(NH3)2]OH når det opvarmes med aldehyder, oxiderer det aldehydet til en syre (i form af dets ammoniumsalt) for at danne frit metallisk sølv. Det reducerede sølv lægges i et tyndt lag på væggene af den kemiske beholder, hvori reaktionen udføres, og et sølvspejl opnås. Denne reaktion, som derfor kaldes "sølvspejlet", tjener kvalitativ reaktion til aldehyder.

b) En anden karakteristisk reaktion er oxidationen af ​​aldehyder med kobberhydroxid ( II).

Når blåt kobberhydroxid opvarmes ( II ) med en opløsning af acetaldehyd, et rødt bundfald af kobberoxid ( jeg ). I dette tilfælde oxideres acetaldehyd til eddikesyre, og kobber med en oxidationstilstand på +2 reduceres til kobber med en oxidationstilstand på +1. Myrealdehyd (formaldehyd) optager særligt sted i rækken af ​​aldehyder. På grund af fraværet af et radikal i myresyrealdehyd har det nogle specifikke egenskaber. Formaldehyd oxideres for eksempel til kuldioxid CO 2 .
Formaldehyd polymeriserer let for at danne cykliske og lineære polymerer. I et surt miljø danner det således en cyklisk trimer - trioxymethylen.

Tør gasformig formaldehyd i nærvær af katalysatorer danner polyformaldehyd med høj molekylvægt. Polymerisationen af ​​formaldehyd ligner polymerisationen af ​​alkener.

O –– kat ®

H jeg …–C jeg H

H jeg –O–C–O–… jeg H

––––– ®

…–H 2 C–O (H 2 C–O) n H 2 C–O–…

I vandige opløsninger danner formaldehyd en polymer kaldet paraform.

n CH 2 = O + H 2 O ® HOCH 2 ( OCH 2 ) n-2 OCH 2 OH
(paraform)

Af særlig praktisk betydning er polykondensationsreaktionen af ​​formaldehyd med phenol til dannelse af phenol-formaldehydharpikser. Når alkaliske eller sure katalysatorer virker på en blanding af phenol og formaldehyd, opstår kondensation i ortho- og para-positionerne.

Væksten af ​​molekylet på grund af kondenseringen af ​​phenol med formaldehyd sker ved normal temperatur i den lineære retning.

					CH2OH /

etc.
Sammenfattende kan polykondensationsreaktionen af ​​phenol med formaldehyd afbildes på følgende måde:

		O+(n+1)		katalysator			NH2O
				–––––––– ®

Phenol-formaldehyd-harpikser er de førstefødte industrielle syntetiske harpikser; deres produktion under navnet "Bakelite" blev først startet i 1909. Phenol-formaldehydharpikser anvendes til fremstilling af forskellige plasttyper. Når de kombineres med forskellige fyldstoffer, kaldes sådanne plaster phenoler. Derudover anvendes phenol-formaldehyd-harpikser til fremstilling af forskellige klæbemidler og lakker, varmeisoleringsmaterialer, træplast, støbeforme mv.

Ansøgning

Meget er allerede blevet nævnt om brugen af ​​formaldehyd. Derudover bruges det til at fremstille ureaharpikser ved at reagere med urea, på grundlag af hvilket plastik, der er nødvendigt til elektroteknik, fremstilles. Opløsninger af formaldehyd (formalin) bruges i garvningsindustrien til garvning af læder, til desinficering af korn- og grøntsagsforråd, drivhuse, arnesteder, til behandling af frø før såning, til opbevaring af anatomiske præparater samt til fremstilling af visse lægemidler.
Acetaldehyd er udgangsmaterialet til industriel produktion af eddikesyre, eddikesyreanhydrid, ethylalkohol, ethylacetat og andre værdifulde produkter, og når det kondenseres med aminer og phenoler, forskellige syntetiske harpikser.

KETONER

Ketoner er forbindelser, hvor en carbonylgruppe er bundet til to carbonhydridradikaler. Generel formel ketoner, hvor R kan falde sammen med R".

Isomerisme

Ketoner er karakteriseret ved isomerisme af carbonhydridradikaler, isomerisme af carbonylgruppens position og interklasse-isomerisme med aldehyder.

Kvittering

Næsten alle de tidligere angivne fremstillingsmetoder for aldehyder (se " ") er også anvendelige for ketoner.

1. Oxidation af sekundære alkoholer.

2. Dehydrogenering af sekundære alkoholer.

3. Hydrering af acetylenhomologer (Kucherov-reaktion).

4. Hydrolyse af dihalogenerede kulbrinterindeholdende begge halogenatomer ved et af de midterste carbonatomer i kæden.

CH 3 –	Cl jeg C-CH 3(2,2-dichlorpropan)+ 2H20® (2,2-propandiol) + 2 HCI
		CH 3 –	O II C – CH 3 + H 2 O (dimethylketon (acetone))

5. Ketoner opnås også ved pyrolyse af calciumsalte af carboxylsyrer, når de opvarmes.O
II
CH3-C
jeg
O

Fysiske egenskaber

Lavere ketoner er væsker, der er letopløselige i vand. Dybest set har ketoner en behagelig lugt, der minder om blomster. Ligesom aldehyder koger ketoner ved en lavere temperatur end tilsvarende alkoholer, men højere end kulbrinter. De fysiske egenskaber af nogle ketoner er vist i tabellen.

Bord. Fysiske egenskaber af nogle ketoner

Navn	Formel	t ° pl., °C	t ° koge., °C	d 4 20
Acetone (dimethylketon) 42,0	102,7	0,816

Kemiske egenskaber

Ligesom aldehyder er ketoner karakteriseret ved høj reaktivitet. Jo større den positive ladning på carbonylgruppens carbonatom er, jo højere er den kemiske aktivitet af aldehyder og ketoner. Radikaler, der øger denne positive ladning, øger kraftigt reaktiviteten af ​​aldehyder og ketoner, mens radikaler, der mindsker den positive ladning, har den modsatte effekt. I ketoner er to alkylgrupper elektrondonerende, hvilket gør det klart, hvorfor ketoner er mindre aktive i nukleofile additionsreaktioner sammenlignet med aldehyder.
Eksempler på reaktioner af denne type for aldehyder blev diskuteret i detaljer tidligere (se " "), og derfor vil vi med nogle eksempler på nukleofile additionsreaktioner ved carbonylgruppen af ​​ketoner være opmærksomme på forskellene i deres kemiske egenskaber fra aldehyder.

1. Tilsætning af blåsyre.

R \ C=O(keton) + H– CN – KCN ® CH 3 – / R’ (keton) + H SO 3 Na ® R – / R'

Åh jeg C-SO3Na (hydrosulfit ketonderivat) jeg R'

Det skal bemærkes, at kun methylketoner reagerer med natriumhydrosulfit, dvs. ketoner med gruppen CH3.

3. Sammenlignet med aldehyder reagerer ketoner ikke med alkoholer.

4. Brinttilsætning. Tilsætning af brint til ketoner resulterer i dannelsen af ​​sekundære alkoholer.

5. Ketoner er meget sværere at oxidere end aldehyder. Luftilt og svage oxidationsmidler oxiderer ikke ketoner. Ketoner giver ikke en "sølvspejl"-reaktion og reagerer ikke med kobberhydroxid ( II ). Når de udsættes for stærke oxidationsmidler under barske forhold, ødelægges ketonmolekylets kulstofkæde nær carbonylgruppen, og der dannes syrer (nogle gange ketoner, afhængig af strukturen af ​​den oprindelige keton) med et mindre antal kulstofatomer.

Ansøgning

Bredest industriel anvendelse har den enkleste repræsentant for ketoner - acetone. Acetone er et værdifuldt opløsningsmiddel, der bruges i malings- og lakindustrien til fremstilling af kunstsilke, film og røgfrit pulver. Det tjener også som råmateriale i produktionen af ​​methacrylsyre, methylmethacrylat (produktion af ubrydeligt organisk glas), methylisobutylketon osv.

AFSLUTNING AF AFSNIT

Struktur af aldehyder og ketoner

Aldehyder- organisk stof, hvis molekyler indeholder carbonylgruppe:

forbundet med et hydrogenatom og en kulbrintegruppe. Den generelle formel for aldehyder er:

I det enkleste aldehyd spiller et andet brintatom rollen som et kulbrinteradikal:

Formaldehyd

En carbonylgruppe bundet til et hydrogenatom kaldes ofte aldehyd:

Ketoner er organiske stoffer, i hvis molekyler en carbonylgruppe er bundet til to carbonhydridradikaler. Det er klart, at den generelle formel for ketoner er:

Carbonylgruppen af ​​ketoner kaldes keto gruppe.

I den enkleste keton, acetone, er carbonylgruppen forbundet med to methylradikaler:

Nomenklatur og isomerisme af aldehyder og ketoner

Afhængigt af strukturen af ​​carbonhydridgruppen forbundet med aldehydgruppen er der mættede, umættede, aromatiske, heterocykliske og andre aldehyder:

Ifølge IUPAC-nomenklaturen, navne mættede aldehyder dannes ud fra navnet på en alkan med det samme antal kulstofatomer pr. molekyle ved hjælp af suffikset -al. For eksempel:

Nummerering Hovedkædens carbonatomer begynder med carbonatomet i aldehydgruppen. Derfor er aldehydgruppen altid placeret ved det første carbonatom, og der er ingen grund til at angive dens position.

Sammen med systematisk nomenklatur bruges også trivielle navne på udbredte aldehyder. Disse navne er normalt afledt af navnene på carboxylsyrer svarende til aldehyder.

For titlen ketoner ifølge systematisk nomenklatur er ketogruppen betegnet med suffikset -Han og et tal, der angiver antallet af carbonatomet i carbonylgruppen (nummereringen skal starte fra den ende af kæden, der er tættest på ketogruppen).

For eksempel:

Til aldehyder Der er kun én type strukturel isomerisme - kulstofskelet-isomerisme, hvilket er muligt med butanal, og for ketoner- også isomerisme af carbonylgruppeposition. Derudover er de også karakteriseret interklasse isomerisme(propanal og propanon).

Fysiske egenskaber af aldehyder og ketoner

I et aldehyd- eller ketonmolekyle, på grund af oxygenatomets større elektronegativitet sammenlignet med carbonatomet, er bindingen C=O er meget polariseret på grund af et skift i elektrontætheden af ​​π-bindingen til oxygen:

Aldehyder og ketoner - polære stoffer med overskud elektrondensitet på iltatomet. De nederste medlemmer af serien af ​​aldehyder og ketoner (formaldehyd, acetaldehyd, acetone) er ubegrænset opløselige i vand. Deres kogepunkter er lavere end for de tilsvarende alkoholer. Dette skyldes det faktum, at der i molekylerne af aldehyder og ketoner, i modsætning til alkoholer, ikke er mobile brintatomer, og de danner ikke associerede på grund af hydrogenbindinger.

Lavere aldehyder har en skarp lugt; aldehyder indeholdende fire til seks kulstofatomer i kæden har en ubehagelig lugt; Højere aldehyder og ketoner har blomsterdufte og bruges i parfumeri.

Tilstedeværelsen af ​​en aldehydgruppe i et molekyle bestemmer de karakteristiske egenskaber af aldehyder.

Restitutionsreaktioner.

1. Brinttilsætning til aldehydmolekyler sker via en dobbeltbinding i carbonylgruppen:

Produktet af hydrogenering af aldehyder er primære alkoholer, og ketoner er sekundære alkoholer.

Under hydrogeneringen af ​​acetaldehyd på en nikkelkatalysator, ethanol ved hydrogenering af acetone - 2-propanol.

2. Hydrogenering af aldehyder- en reduktionsreaktion, hvor oxidationstilstanden af ​​carbonatomet, der indgår i carbonylgruppen, falder.

Oxidationsreaktioner.

Aldehyder kan ikke kun reduceres, men også oxideres. Når de oxideres, danner aldehyder carboxylsyrer. Denne proces kan skematisk repræsenteres som følger:

1. Oxidation med luftilt. For eksempel dannes propionsyre af propionaldehyd (propanal):

2. Oxidation med svage oxidationsmidler(ammoniakopløsning af sølvoxid). I en forenklet form kan denne proces udtrykkes ved reaktionsligningen:

For eksempel:

Denne proces afspejles mere præcist af ligningerne:

Hvis overfladen af ​​beholderen, hvori reaktionen udføres, tidligere er blevet affedtet, så dækker sølvet dannet under reaktionen den med en jævn tynd film. Derfor kaldes denne reaktion "sølvspejl"-reaktionen. Det er meget brugt til fremstilling af spejle, sølvpynt og juletræspynt.

3. Oxidation med frisk udfældet kobber(II)hydroxid. Ved at oxidere aldehydet reduceres Cu 2+ til Cu +. Kobber(I)hydroxidet CuOH dannet under reaktionen nedbrydes straks til rødt kobber(I)oxid og vand.

Denne reaktion, ligesom reaktionen" sølv spejl", bruges til påvisning af aldehyder.

Ketoner oxideres hverken af ​​atmosfærisk oxygen eller af et så svagt oxidationsmiddel som en ammoniakopløsning af sølvoxid.

Kemiske egenskaber af aldehyder og syrer - resumé

Individuelle repræsentanter for aldehyder og deres betydning

Formaldehyd(methanal, myresyrealdehyd HCHO) - farveløs gas med en skarp lugt og kogepunkt -21 ° C, meget opløselig i vand. Formaldehyd er giftigt! En opløsning af formaldehyd i vand (40%) kaldes formaldehyd og bruges til formaldehyd- og eddikesinfektion. I landbrug Formalin bruges til at behandle frø og i læderindustrien til at behandle læder. Formaldehyd bruges til at fremstille methenamin- medicinsk stof. Nogle gange bruges methenamin komprimeret i form af briketter som brændstof (tør alkohol). En stor mængde formaldehyd forbruges i produktionen af ​​phenol-formaldehydharpikser og nogle andre stoffer.

Acetaldehyd(ethanal, acetaldehyd CH 3 CHO) - en væske med en skarp, ubehagelig lugt og et kogepunkt på 21 ° C, meget opløselig i vand. Eddikesyre og en række andre stoffer fremstilles af acetaldehyd i industriel skala, det bruges til fremstilling af forskellige plast- og acetatfibre. Acetaldehyd er giftigt!

Gruppe af atomer -

Hedder carboxylgruppe eller carboxyl.

Organiske syrer indeholdende en carboxylgruppe i molekylet er monobasisk.

Den generelle formel for disse syrer er RCOOH, for eksempel:

Carboxylsyrer indeholdende to carboxylgrupper kaldes dibasisk. Disse omfatter for eksempel oxalsyre og ravsyre:

Der er også polybasisk carboxylsyrer indeholdende mere end to carboxylgrupper. Disse omfatter for eksempel tribasisk citronsyre:

Afhængigt af arten af ​​carbonhydridgruppen opdeles carboxylsyrer i mættet, umættet, aromatisk.

Begrænse eller mættede, carboxylsyrer er for eksempel propansyre (propionsyre):

eller den allerede velkendte ravsyre.

Det er indlysende, at mættede carboxylsyrer ikke indeholder π-bindinger i kulbrintegruppen.

I molekyler af umættede carboxylsyrer er carboxylgruppen forbundet med et umættet, umættet kulbrinteradikal, for eksempel i akryl (propen) molekyler

CH2=CH-COOH

eller oliesyre

CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH

og andre syrer.

Som det kan ses af formlen for benzoesyre, er det aromatisk, da det indeholder en aromatisk (benzen) ring i molekylet:

Navnet på en carboxylsyre er afledt af navnet på den tilsvarende alkan (alkan med samme antal kulstofatomer i molekylet) med tilføjelse af suffikset -s— , slutninger -og jeg og ord syre. Nummerering af carbonatomer starter med en carboxylgruppe. For eksempel:

Antallet af carboxylgrupper er angivet i navnet med præfikser di-, tri-, tetra-:

Mange syrer har også historisk etablerede eller trivielle navne.

Sammensætningen af ​​mættede monobasiske carboxylsyrer vil blive udtrykt ved den generelle formel C n H 2n O 2, eller CnH2n+1 COOH, eller RCOOH.

Fysiske egenskaber af carboxylsyrer

Lavere syrer, dvs. syrer med en relativt lille molekylvægt indeholdende op til fire kulstofatomer pr. molekyle, er væsker med en karakteristisk skarp lugt (f.eks. lugten af ​​eddikesyre). Syrer indeholdende fra 4 til 9 carbonatomer er tyktflydende olieagtige væsker med en ubehagelig lugt; indeholdende mere end 9 kulstofatomer pr. molekyle - faste stoffer, der ikke opløses i vand. Kogepunkterne for mættede monobasiske carboxylsyrer stiger med stigende antal kulstofatomer i molekylet og følgelig med stigende relativ molekylvægt. Kogepunktet for myresyre er således 100,8 °C, eddikesyre er 118 °C, og propionsyre er 141 °C.

Den enkleste carboxylsyre er myre HCOOH, der har en lille relativ molekylvægt (M r (HCOOH) = 46), under normale forhold er det en væske med et kogepunkt på 100,8 ° C. Samtidig er butan (M r (C 4 H 10) = 58) under samme betingelser gasformig og har et kogepunkt på -0,5 ° C. Dette er en uoverensstemmelse mellem kogetemperaturer og relative temperaturer molekylvægte forklaret dannelse af carboxylsyredimerer, hvor to syremolekyler er forbundet med to hydrogenbindinger:

Forekomsten af ​​hydrogenbindinger bliver tydelig, når man overvejer strukturen af ​​carboxylsyremolekyler.

Molekyler af mættede monobasiske carboxylsyrer indeholder en polær gruppe af atomer - carboxyl

Og praktisk talt upolær kulbrintegruppe. Carboxylgruppen tiltrækkes af vandmolekyler og danner hydrogenbindinger med dem:

Myresyre og eddikesyre er ubegrænset opløselige i vand. Det er indlysende, at med en stigning i antallet af atomer i et carbonhydridradikal falder opløseligheden af ​​carboxylsyrer.

Kemiske egenskaber af carboxylsyrer

De generelle egenskaber, der er karakteristiske for klassen af ​​syrer (både organiske og uorganiske) skyldes tilstedeværelsen i molekylerne af en hydroxylgruppe, der indeholder en stærk polær forbindelse mellem brint- og oxygenatomer. Lad os overveje disse egenskaber ved at bruge eksemplet med vandopløseligt organiske syrer.

1. Dissociation med dannelse af hydrogenkationer og anioner af syreresten:

Mere præcist er denne proces beskrevet af en ligning, der tager højde for deltagelse af vandmolekyler i den:

Dissociationsligevægten for carboxylsyrer forskydes til venstre; langt de fleste af dem er svage elektrolytter. Den sure smag af for eksempel eddikesyre og myresyre skyldes dog dissociation til brintkationer og anioner af sure rester.

Det er indlysende, at tilstedeværelsen af ​​"surt" hydrogen i molekylerne af carboxylsyrer, dvs. carboxylgruppens hydrogen, også bestemmer andre karakteristiske egenskaber.

2. Interaktion med metaller, stående i den elektrokemiske spændingsrække op til brint:

Således reducerer jern hydrogen fra eddikesyre:

3. Interaktion med basiske oxider med dannelse af salt og vand:

4. Interaktion med metalhydroxider med dannelse af salt og vand (neutraliseringsreaktion):

5. Interaktion med salte af svagere syrer med dannelsen af ​​sidstnævnte. Således fortrænger eddikesyre stearinsyre fra natriumstearat og kulsyre fra kaliumcarbonat:

6. Interaktion mellem carboxylsyrer og alkoholer med uddannelse estere- esterificeringsreaktion (en af ​​de mest vigtige reaktioner, karakteristisk for carboxylsyrer):

Interaktionen mellem carboxylsyrer og alkoholer katalyseres af hydrogenkationer.

Esterificeringsreaktionen er reversibel. Ligevægten skifter mod esterdannelse i nærvær af afvandingsmidler, og når esteren fjernes fra reaktionsblandingen.

I den omvendte reaktion af esterificering, kaldet esterhydrolyse (reaktionen af ​​en ester med vand), dannes en syre og en alkohol:

Det er indlysende, at de kan reagere med carboxylsyrer, dvs. indgå i en esterificeringsreaktion. polyvalente alkoholer fx glycerin:

Alle carboxylsyrer (undtagen myresyre) sammen med carboxylgruppen indeholder en kulbrinterest i deres molekyler. Dette kan naturligvis ikke andet end at påvirke egenskaberne af syrer, som er bestemt af arten af ​​kulbrinteresten.

7. Flere additionsreaktioner- de indeholder umættede carboxylsyrer. For eksempel er reaktionen af ​​hydrogentilsætning hydrogenering. For en syre, der indeholder en n-binding i radikalet, kan ligningen skrives i generel form:

Når oliesyre hydrogeneres, dannes der således mættet stearinsyre:

Umættede carboxylsyrer tilføjer ligesom andre umættede forbindelser halogener via en dobbeltbinding. For eksempel affarver akrylsyre bromvand:

8. Substitutionsreaktioner (med halogener)- mættede carboxylsyrer er i stand til at trænge ind i dem. For eksempel, ved at reagere eddikesyre med klor, kan forskellige chlorerede syrer opnås:

Kemiske egenskaber af carboxylsyrer - resumé

Individuelle repræsentanter for carboxylsyrer og deres betydning

Myresyre (methansyre) HCOOH- en væske med en skarp lugt og et kogepunkt på 100,8 °C, meget opløselig i vand.

Myresyre giftig, forårsager forbrændinger, hvis det kommer i kontakt med huden! Den stikkende væske, der udskilles af myrer, indeholder denne syre.

Myresyre har desinficerende egenskaber og finder derfor sin anvendelse i fødevare-, læder- og medicinalindustrien og medicin. Det bruges til farvning af stoffer og papir.

Eddikesyre (ethansyre) CH 3 COOH- en farveløs væske med en karakteristisk skarp lugt, blandbar med vand i ethvert forhold. Vandige opløsninger af eddikesyre markedsføres under navnet eddike (3-5% opløsning) og eddikesyre (70-80% opløsning) og er meget udbredt i fødevareindustrien. Eddikesyre er et godt opløsningsmiddel for mange organiske stoffer og bruges derfor til farvning, produktion af læder, i maling- og lakindustrien. Derudover er eddikesyre en råvare til fremstilling af mange teknisk vigtige organiske forbindelser: for eksempel fås stoffer, der bruges til at bekæmpe ukrudt - herbicider - fra det. Eddikesyre er hovedbestanddelen af ​​vineddike, hvis karakteristiske lugt skyldes det. Det er et produkt af ethanoloxidation og dannes af det, når vin opbevares i luft.

De vigtigste repræsentanter for højere mættede monobasiske syrer er palmitin C 15 H 31 COOH og stearin C 17 H 35 COOH syrer. I modsætning til lavere syrer er disse stoffer faste og dårligt opløselige i vand.

Deres salte - stearater og palmitater - er dog meget opløselige og virker rensende, hvorfor de også kaldes sæber. Det er tydeligt, at disse stoffer produceres i i stor skala.

Af de umættede højere carboxylsyrer er den vigtigste oliesyre C17H33COOH eller CH3-(CH2)7-CH = CH-(CH2)7COOH. Det er en olielignende væske uden smag eller lugt. Dens salte er meget brugt i teknologi.

Den enkleste repræsentant for dibasiske carboxylsyrer er oxalsyre (ethandisyre). HOOC-COOH, hvis salte findes i mange planter, såsom syre og syre. Oxalsyre er en farveløs krystallinsk stof, opløses godt i vand. Det bruges i metalpolering, træbearbejdning og læderindustrien.

Referencemateriale til at tage testen:

Mendeleev bord

Opløselighedstabel

Blandt iltholdige organiske forbindelser stor værdi har to hele klasser af stoffer, som altid studeres sammen for deres lighed i struktur og manifesterede egenskaber. Disse er aldehyder og ketoner. Det er disse molekyler, der ligger til grund for mange kemiske synteser, og deres struktur er interessant nok til at blive genstand for undersøgelse. Lad os se nærmere på, hvad disse klasser af forbindelser er.

Aldehyder og ketoner: generelle karakteristika

Fra et kemisk synspunkt bør klassen af ​​aldehyder omfatte organiske molekyler, der indeholder oxygen som en del af den funktionelle gruppe -SON, kaldet carbonyl. Den generelle formel i dette tilfælde vil se sådan ud: R-COH. Disse kan i sagens natur være både begrænsende og ikke-begrænsende forbindelser. Også blandt dem er der aromatiske repræsentanter sammen med alifatiske. Antallet af carbonatomer i radikalkæden varierer ret meget, fra et (formaldehyd eller methanal) til flere dusin.

Ketoner indeholder også en carbonylgruppe -CO, men den er ikke forbundet med en hydrogenkation, men til en anden radikal, forskellig eller identisk med den i kæden. Den generelle formel ser således ud: R-CO-R, . Det er indlysende, at aldehyder og ketoner ligner hinanden i nærvær af en funktionel gruppe af denne sammensætning.

Ketoner kan også være mættede og umættede, og de udstillede egenskaber ligner dem i en nært beslægtet klasse. Der kan gives flere eksempler for at illustrere sammensætningen af ​​molekyler og reflektere accepterede notationer formler for de pågældende stoffer.

1. Aldehyder: methanal - HCOH, butanal - CH3-CH2-CH2-CH, phenyleddikesyre - C6H5-CH2-CH.
2. Ketoner: acetone eller dimethylketon - CH3-CO-CH3, methylethylketon - CH3-CO-C2H5 og andre.

Naturligvis er navnet på disse forbindelser dannet på to måder:

• ifølge rationel nomenklatur i henhold til de radikaler, der er inkluderet i sammensætningen og klassesuffikset -al (for aldehyder) og -on (for ketoner);
• trivielt, historisk etableret.

Hvis vi giver den generelle formel for begge stofklasser, vil det blive tydeligt, at de er isomerer af hinanden: C n H 2n O. De er selv karakteriseret ved følgende typer isomerisme:

For at skelne mellem repræsentanter for begge klasser anvendes kvalitative reaktioner, hvoraf de fleste tillader identifikation af aldehydet. Fordi kemisk aktivitet af disse stoffer er lidt højere på grund af tilstedeværelsen af ​​en brintkation.

Molekyle struktur

Lad os se på, hvordan aldehyder og ketoner ser ud i rummet. Strukturen af ​​deres molekyler kan afspejles på flere punkter.

1. Carbonatomet direkte inkluderet i den funktionelle gruppe har sp2-hybridisering, som tillader en del af molekylet at have en flad rumlig form.
2. I dette tilfælde er polariteten af ​​C=O-bindingen stærk. At være mere elektronegativ tager ilt størstedelen af ​​tætheden og koncentrerer en delvis negativ ladning på sig selv.
3. I aldehyder O-H forbindelse er også stærkt polariseret, hvilket gør brintatomet mobilt.

Som et resultat viser det sig, at en sådan struktur af molekyler gør det muligt at både oxidere og reducere de pågældende forbindelser. Formlen for et aldehyd og en keton med en omfordelt elektrontæthed gør det muligt at forudsige produkterne af reaktioner, hvori disse stoffer deltager.

Opdagelses- og studiehistorie

Som mange organiske forbindelser lykkedes det først i det 19. århundrede at isolere og studere aldehyder og ketoner, hvor vitalistiske synspunkter brød fuldstændig sammen, og det blev klart, at disse forbindelser kunne dannes syntetisk, kunstigt uden deltagelse af levende væsener.

Men tilbage i 1661 lykkedes det R. Boyle at opnå acetone (dimethylketon), da han udsatte calciumacetat for varme. Men han kunne ikke studere dette stof i detaljer og navngive det, bestemme dets systematiske position blandt andre. Først i 1852 lykkedes det Williamson at bringe denne sag til ophør, og så begyndte historien detaljeret udvikling og ophobning af viden om carbonylforbindelser.

Fysiske egenskaber

Lad os overveje hvad fysiske egenskaber aldehyder og ketoner. Lad os starte med de første.

1. Den første repræsentant for methanal aggregeringstilstand- gas, de næste elleve er væsker, over 12 kulstofatomer er en del af faste aldehyder med normal struktur.
2. Kogepunkt: afhænger af antallet af C-atomer; jo flere der er, jo højere er det. I dette tilfælde, jo mere forgrenet kæden er, jo lavere falder temperaturen.
3. For flydende aldehyder afhænger viskositeten, densiteten og brydningsindekset også af antallet af atomer. Jo flere der er, jo højere er de.
4. Gasformige og flydende aldehyder opløses meget godt i vand, men faste kan praktisk talt ikke gøre dette.
5. Duften af ​​repræsentanter er meget behagelig, ofte aromaer af blomster, parfume og frugter. Kun de aldehyder, hvori antallet af kulstofatomer er 1-5, er stærke og ubehageligt lugtende væsker.

Hvis vi betegner ketonernes egenskaber, kan vi også fremhæve de vigtigste.

1. Aggregerede tilstande: lavere repræsentanter er væsker, mere massive er faste forbindelser.
2. Lugten er skarp og ubehagelig hos alle repræsentanter.
3. Opløselighed i vand er god for de lavere, og fremragende i organiske opløsningsmidler for alle.
4. Flygtige stoffer, denne indikator overstiger syrer og alkoholer.
5. Koge- og smeltepunkterne afhænger af molekylets struktur og varierer meget afhængigt af antallet af kulstofatomer i kæden.

Disse er hovedegenskaberne for de undersøgte forbindelser, som tilhører gruppen af ​​fysiske.

Kemiske egenskaber

Det vigtigste er, hvad aldehyder og ketoner reagerer med, Kemiske egenskaber forbindelsesdata. Derfor vil vi helt sikkert overveje dem. Lad os først beskæftige os med aldehyder.

1. Oxidation til de tilsvarende carboxylsyrer. Generel form reaktionsligninger: R-COH + [O] = R-COOH. Aromatiske repræsentanter indgår endnu lettere i sådanne interaktioner, og de er også i stand til at danne estere, som er af stor industriel betydning. Følgende oxidationsmidler anvendes: oxygen, Tollens reagens, kobber(II)hydroxid og andre.
2. Aldehyder opfører sig som stærke reduktionsmidler mens det bliver til mættede monovalente alkoholer.
3. Interaktion med alkoholer til dannelse af acetaler og hemiacetaler.
4. Særlige reaktioner er polykondensation. Som følge heraf dannes phenol-formaldehydharpikser, som er vigtige for den kemiske industri.
5. Nogle specifikke reaktioner med følgende reagenser:

• hydroalkoholisk alkali;
• Grignard reagens;
• hydrosulfitter og andre.

En kvalitativ reaktion på denne klasse af stoffer er "sølvspejl"-reaktionen. Som et resultat dannes metallisk reduceret sølv og den tilsvarende carboxylsyre. Det kræver en ammoniakopløsning af sølvoxid eller Tollins-reagens.

Ketoners kemiske egenskaber

Alkoholer, aldehyder og ketoner er forbindelser med lignende egenskaber, da de alle er iltholdige. Men allerede på oxidationsstadiet bliver det klart, at alkoholer er de mest aktive og letpåvirkelige forbindelser. Ketoner er de sværeste at oxidere.

1. Oxidative egenskaber. Som følge heraf dannes sekundære alkoholer.
2. Hydrogenering fører også til ovennævnte produkter.
3. Keto-enol tautomerisme er en særlig specifik egenskab ved ketoner til at tage betaformen.
4. Aldol kondensationsreaktioner med dannelse af beta-keto alkoholer.
5. Ketoner kan også interagere med:

• ammoniak;
• blåsyre;
• hydrosulfitter;
• hydrazin;
• orthokiselsyre.

Det er klart, at reaktionerne af sådanne interaktioner er meget komplekse, især dem, der er specifikke. Disse er alle de vigtigste egenskaber, som aldehyder og ketoner udviser. Kemiske egenskaber ligger til grund for mange synteser af vigtige forbindelser. Derfor er det yderst nødvendigt i industrielle processer at kende arten af ​​molekyler og deres karakter under interaktioner.

Additionsreaktioner af aldehyder og ketoner

Vi har allerede undersøgt disse reaktioner, men har ikke givet dem et sådant navn. Alle vekselvirkninger, som følge af hvilke carbonylgruppen udviste aktivitet, kan klassificeres som addition. Eller rettere et mobilt brintatom. Det er derfor i denne sag aldehyder foretrækkes på grund af deres bedre reaktivitet.

Med hvilke stoffer er reaktioner af aldehyder og ketoner mulige ved nukleofil substitution? Det her:

1. Blåbrintesyre producerer cyanohydriner - udgangsmaterialet til syntesen af ​​aminosyrer.
2. Ammoniak, aminer.
3. Alkoholer.
4. Vand.
5. Natriumhydrogensulfat.
6. Grignard reagens.
7. Thiols og andre.

Disse reaktioner er af stor industriel betydning, da produkterne bruges i forskellige områder af menneskelig aktivitet.

Metoder til at opnå

Der er flere hovedmetoder, hvorved aldehyder og ketoner syntetiseres. Produktion i laboratorium og industri kan udtrykkes på følgende måder.

1. Den mest almindelige metode, herunder i laboratorier, er oxidation af de tilsvarende alkoholer: primær til aldehyder, sekundær til ketoner. Følgende kan virke som et oxidationsmiddel: kromater, kobberioner, kaliumpermanganat. Generel reaktionsform: R-OH + Cu (KMnO 4) = R-COH.
2. I industrien bruges ofte en metode baseret på oxidation af alkener - oxosyntese. Hovedmidlet er syntesegas, en blanding af CO 2 + H 2. Resultatet er et aldehyd med et kulstof mere i kæden. R=R-R + CO2 + H2 = R-R-R-COH.
3. Oxidation af alkener med ozon - ozonolyse. Resultatet tyder også på et aldehyd, men også en keton i blandingen. Hvis produkterne mentalt kombineres ved at fjerne ilten, vil det fremgå, hvilken original alken der blev taget.
4. Kucherov-reaktion - hydrering af alkyner. Et obligatorisk middel er kviksølvsalte. En af de industrielle metoder til syntese af aldehyder og ketoner. R≡R-R + Hg2+ + H2O = R-R-COH.
5. Hydrolyse af dihalogenerede kulbrinter.
6. Reduktion af: carboxylsyrer, amider, nitriler, syrechlorider, estere. Som et resultat dannes både et aldehyd og en keton.
7. Pyrolyse af blandinger af carboxylsyrer over katalysatorer i form af metaloxider. Blandingen skal være dampende. Essensen er opdelingen mellem kuldioxid og vandmolekyler. Som et resultat dannes et aldehyd eller keton.

Aromatiske aldehyder og ketoner fremstilles ved andre metoder, da disse forbindelser har et aromatisk radikal (f.eks. phenyl).

1. Ifølge Friedel-Crafts: startreagenserne indeholder et aromatisk kulbrinte og en dihalogeneret keton. Katalysator - ALCL 3. Som et resultat dannes et aromatisk aldehyd eller keton. Et andet navn for processen er acylering.
2. Oxidation af toluen ved indvirkning af forskellige midler.
3. Reduktion af aromatiske carboxylsyrer.

Naturligvis forsøger industrien at bruge de metoder, hvor råmaterialet er så billigt som muligt, og katalysatorerne er mindre giftige. Til syntese af aldehyder er dette oxidation af alkener med oxygen.

Industrielle anvendelser og betydning

Brugen af ​​aldehyder og ketoner udføres i sådanne industrier som:

• lægemidler;
• kemisk syntese;
• medicin;
• parfume område;
• fødevareindustri;
• produktion af maling og lak;
• syntese af plast, stoffer mv.

Det er muligt at identificere mere end ét område, fordi der alene syntetiseres cirka 6 millioner tons formaldehyd årligt! Dens 40% opløsning kaldes formalin og bruges til opbevaring af anatomiske genstande. Han går i produktion lægemidler, antiseptiske midler og polymerer.

Acetaldehyd, eller ethanal, er også et masseproduceret produkt. Mængden af ​​årligt forbrug i verden er omkring 4 millioner tons. Det er grundlaget for mange kemiske synteser, hvor vigtige produkter dannes. For eksempel:

• eddikesyre og dens anhydrid;
• celluloseacetat;
• lægemidler;
• butadien - grundlaget for gummi;
• acetat fiber.

Aromatiske aldehyder og ketoner er komponenter i mange smagsstoffer, både fødevarer og parfume. De fleste af dem har meget behagelige blomster-, citrus-, urtearomaer. Dette gør det muligt at producere på deres basis:

• luftfriskere af forskellig art;
• toilet- og parfumevand;
• diverse rengøringsmidler og rengøringsmidler.

Nogle af dem er aromatiske fødevaretilsætningsstoffer godkendt til forbrug. Deres naturlige indhold i essentielle olier, frugter og harpiks beviser muligheden for sådan brug.

Individuelle repræsentanter

Et aldehyd som citral er en væske med høj viskositet og en stærk citronaroma. Det findes i naturen i æteriske olier af sidstnævnte. Indeholder også eukalyptus, sorghum, kebab.

Dens anvendelsesområder er velkendte:

• pædiatri - nedsat intrakranielt tryk;
• normalisering blodtryk hos voksne;
• komponent af et lægemiddel til synsorganerne;
• en integreret del af mange aromatiske stoffer;
• anti-inflammatorisk og antiseptisk;
• råmaterialer til syntese af retinol;
• smagsstoffer til fødevareformål.

Karakteristiske kemiske egenskaber af mættede monovalente og polyvalente alkoholer, phenol

Mættede monovalente og polyvalente alkoholer

Alkoholer (eller alkanoler) er organiske stoffer, hvis molekyler indeholder en eller flere hydroxylgrupper ($—OH$-grupper), der er forbundet med et kulbrinteradikal.

Baseret på antallet af hydroxylgrupper (atomicitet) er alkoholer opdelt i:

- monoatomisk, for eksempel:

$(CH_3-OH)↙(methanol(methylalkohol))$ $(CH_3-CH_2-OH)↙(ethanol(ethylalkohol))$

— divalente (glykoler), For eksempel:

$(OH-CH_2-CH_2-OH)↙(ethandiol-1,2(ethylenglycol))$

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

— triatomisk, For eksempel:

Baseret på arten af ​​carbonhydridradikalet skelnes følgende alkoholer:

— begrænse der kun indeholder mættede kulbrinteradikaler i molekylet, for eksempel:

— ubegrænset indeholdende multiple (dobbelt- og tredobbelte) bindinger mellem kulstofatomer i molekylet, for eksempel:

$(CH_2=CH-CH_2-OH)↙(propen-2-ol-1 (allylalkohol))$

— aromatisk, dvs. alkoholer, der indeholder en benzenring og en hydroxylgruppe i molekylet, forbundet med hinanden ikke direkte, men gennem carbonatomer, for eksempel:

Organiske stoffer, der indeholder hydroxylgrupper i molekylet, forbundet direkte til carbonatomet i benzenringen, adskiller sig væsentligt i kemiske egenskaber fra alkoholer og er derfor isoleret i selvstændig klasse organiske forbindelser - phenoler. For eksempel:

Der er også polyvalente (polyvalente) alkoholer, der indeholder mere end tre hydroxylgrupper i molekylet. For eksempel den enkleste hexavalente alkohol hexaol (sorbitol):

Nomenklatur og isomeri

Ved dannelse af navne på alkoholer tilføjes et generisk suffiks til navnet på det kulbrinte, der svarer til alkoholen -ol. Tallene efter suffikset angiver hydroxylgruppens position i hovedkæden og præfikserne di-, tri-, tetra- osv. - deres nummer:

I nummereringen af ​​carbonatomer i hovedkæden har positionen af ​​hydroxylgruppen forrang over positionen af ​​multiple bindinger:

Startende fra tredje semester homolog serie, i alkoholer vises isomerisme af positionen af ​​den funktionelle gruppe (propanol-1 og propanol-2), og fra den fjerde - isomerisme af carbonskelettet (butanol-1, 2-methylpropanol-1). De er også karakteriseret ved interklasse-isomerisme - alkoholer er isomere til ethere:

$(CH_3-CH_2-OH)↙(ethanol)$ $(CH_3-O-CH_3)↙(dimethylether)$

alkoholer

Fysiske egenskaber.

Alkoholer kan danne brintbindinger både mellem alkoholmolekyler og mellem alkohol- og vandmolekyler.

Hydrogenbindinger opstår, når et delvist positivt ladet brintatom i et alkoholmolekyle interagerer med et delvist negativt ladet iltatom i et andet molekyle. Det er takket være brintbindinger mellem molekyler, at alkoholer har kogepunkter, der er unormalt høje i forhold til deres molekylvægt. Således er propan med en relativ molekylvægt på $44$ en gas under normale forhold, og den simpleste alkohol, methanol, med en relativ molekylvægt på $32$, er en væske under normale forhold.

De laveste og mellemste medlemmer af rækken af ​​begrænsende monovalente alkoholer indeholdende fra $1$ til $11$ carbonatomer er væsker. Højere alkoholer (startende fra $C_(12)H_(25)OH$) kl stuetemperatur- faste stoffer. Lavere alkoholer har en karakteristisk alkoholisk lugt og skarp smag; de er meget opløselige i vand. Efterhånden som kulbrinteradikalet stiger, falder opløseligheden af ​​alkoholer i vand, og octanol blandes ikke længere med vand.

Kemiske egenskaber.

Organiske stoffers egenskaber bestemmes af deres sammensætning og struktur. Alkoholer bekræfter den generelle regel. Deres molekyler omfatter kulbrinte- og hydroxylradikaler, så de kemiske egenskaber af alkoholer bestemmes af disse gruppers vekselvirkning og indflydelse på hinanden. Karakteristisk for af denne klasse egenskaber af forbindelser bestemmes af tilstedeværelsen af ​​en hydroxylgruppe.

1. Interaktion af alkoholer med alkaliske og jordalkalimetaller. For at identificere virkningen af ​​et carbonhydridradikal på en hydroxylgruppe er det nødvendigt at sammenligne egenskaberne af et stof, der indeholder en hydroxylgruppe og et carbonhydridradikal på den ene side, og et stof, der indeholder en hydroxylgruppe og ikke indeholder et carbonhydridradikal , på den anden. Sådanne stoffer kan for eksempel være ethanol (eller anden alkohol) og vand. Hydrogenet i hydroxylgruppen af ​​alkoholmolekyler og vandmolekyler er i stand til at blive reduceret af alkali- og jordalkalimetaller (erstattet af dem):

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

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

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

2. Interaktion mellem alkoholer og hydrogenhalogenider. Substitution af en hydroxylgruppe med et halogen fører til dannelsen af ​​haloalkaner. For eksempel:

$C_2H_5OH+HBr⇄C_2H_5Br+H_2O$.

Denne reaktion er reversibel.

3. Intermolekylær dehydrering af alkoholer— adskillelse af et vandmolekyle fra to alkoholmolekyler, når det opvarmes i nærværelse af vandfjernende midler:

Som et resultat af intermolekylær dehydrering af alkoholer, ethere. Således, når ethylalkohol opvarmes med svovlsyre til en temperatur fra $100$ til $140°C$, dannes diethyl(svovlsyre)ether:

4. Interaktion mellem alkoholer med økologiske og uorganiske syrer med dannelse af estere ( esterificeringsreaktion):

Esterificeringsreaktionen katalyseres af stærke uorganiske syrer.

For eksempel, når ethylalkohol og eddikesyre reagerer, dannes ethylacetat - ethylacetat:

5. Intramolekylær dehydrering af alkoholer opstår, når alkoholer opvarmes i nærværelse af vand-fjernende midler til en højere temperatur end temperaturen for intermolekylær dehydrering. Som et resultat dannes alkener. Denne reaktion skyldes tilstedeværelsen af ​​et hydrogenatom og en hydroxylgruppe ved tilstødende carbonatomer. Et eksempel er reaktionen ved at producere ethen (ethylen) ved at opvarme ethanol til over $140°C i nærværelse af koncentreret svovlsyre:

6. Oxidation af alkoholer udføres sædvanligvis med stærke oxidationsmidler, for eksempel kaliumdichromat eller kaliumpermanganat i et surt miljø. I dette tilfælde er virkningen af ​​oxidationsmidlet rettet mod carbonatomet, der allerede er bundet til hydroxylgruppen. Afhængigt af alkoholens art og reaktionsbetingelserne, forskellige produkter. Således oxideres primære alkoholer først til aldehyder, og så ind carboxylsyrer:

Oxidationen af ​​sekundære alkoholer producerer ketoner:

Tertiære alkoholer er ret modstandsdygtige over for oxidation. Men under barske forhold (stærkt oxidationsmiddel, varme) oxidation af tertiære alkoholer er mulig, hvilket sker ved brud af carbon-carbon-bindinger tættest på hydroxylgruppen.

7. Dehydrogenering af alkoholer. Når alkoholdamp ledes ved $200-300°C over en metalkatalysator, såsom kobber, sølv eller platin, omdannes primære alkoholer til aldehyder og sekundære alkoholer til ketoner:

Tilstedeværelsen af ​​flere hydroxylgrupper i alkoholmolekylet på samme tid bestemmer de specifikke egenskaber polyvalente alkoholer, som er i stand til at danne vandopløselige lyseblå kompleksforbindelser, når de interagerer med et frisk fremstillet bundfald af kobber(II)hydroxid. For ethylenglycol kan vi skrive:

Monovalente alkoholer er ikke i stand til at indgå i denne reaktion. Derfor er det en kvalitativ reaktion på polyvalente alkoholer.

Phenol

Struktur af phenoler

Hydroxylgruppen i molekyler af organiske forbindelser kan være forbundet med den aromatiske ring direkte eller kan være adskilt fra den af ​​et eller flere carbonatomer. Det kan forventes, at stoffer, afhængigt af denne egenskab, vil adskille sig væsentligt fra hinanden på grund af den gensidige påvirkning af grupper af atomer. Faktisk udviser organiske forbindelser, der indeholder den aromatiske radikal phenyl $C_6H_5$—, direkte bundet til hydroxylgruppen, særlige egenskaber, der adskiller sig fra egenskaberne af alkoholer. Sådanne forbindelser kaldes phenoler.

Phenoler er organiske stoffer, hvis molekyler indeholder et phenylradikal forbundet med en eller flere hydroxogrupper.

Ligesom alkoholer klassificeres phenoler efter deres atomicitet, dvs. ved antallet af hydroxylgrupper.

Monohydriske phenoler indeholder en hydroxylgruppe i molekylet:

Polyvalente phenoler indeholder mere end én hydroxylgruppe i molekyler:

Der er andre polyvalente phenoler, der indeholder tre eller flere hydroxylgrupper på benzenringen.

Lad os se nærmere på strukturen og egenskaberne for den enkleste repræsentant for denne klasse - phenol $C_6H_5OH$. Navnet på dette stof dannede grundlaget for navnet på hele klassen - phenoler.

Fysiske og kemiske egenskaber.

Fysiske egenskaber.

Phenol er et fast, farveløst, krystallinsk stof, $t°_(pl.)=43°C, t°_(kogende)=181°C$, med en skarp karakteristisk lugt. Giftig. Phenol er let opløseligt i vand ved stuetemperatur. En vandig opløsning af phenol kaldes carbolsyre. Hvis det kommer i kontakt med huden, giver det forbrændinger, så phenol skal håndteres med varsomhed!

Kemiske egenskaber.

Sure egenskaber. Som allerede nævnt er hydrogenatomet i hydroxylgruppen sur i naturen. Phenols sure egenskaber er mere udtalte end vands og alkoholers. I modsætning til alkoholer og vand reagerer phenol ikke kun med alkalimetaller, men også med alkalier med dannelsen phenolater:

Imidlertid syreegenskaber i phenoler er de mindre udtalte end i uorganiske og carboxylsyrer. For eksempel er de sure egenskaber af phenol cirka $3000 gange svagere end dem kulsyre. Derfor kan fri phenol isoleres ved at lede kuldioxid gennem en vandig opløsning af natriumphenolat:

Tilsætning af salt- eller svovlsyre til en vandig opløsning af natriumphenolat fører også til dannelsen af ​​phenol:

Kvalitativ reaktion på phenol.

Phenol reagerer med jern(III)chlorid og danner en intenst lilla kompleks forbindelse.

Denne reaktion gør det muligt at detektere det selv i meget begrænsede mængder. Andre phenoler, der indeholder en eller flere hydroxylgrupper på benzenringen, producerer også klare blå-violette farver, når de reageres med jern(III)chlorid.

Benzenringens reaktioner.

Tilstedeværelsen af ​​en hydroxylsubstituent letter i høj grad forekomsten af ​​elektrofile substitutionsreaktioner i benzenringen.

1. Bromering af phenol. I modsætning til benzen kræver bromering af phenol ikke tilsætning af en katalysator (jern(III)bromid).

Derudover sker interaktionen med phenol selektivt: bromatomer er rettet mod orto- og para-positioner, der erstatter hydrogenatomerne placeret der. Selektiviteten af ​​substitution forklares af træk ved den elektroniske struktur af phenolmolekylet diskuteret ovenfor.

Således, når phenol interagerer med brom vand dannes et hvidt bundfald 2,4,6-tribromphenol:

Denne reaktion tjener ligesom reaktionen med jern(III)chlorid til den kvalitative påvisning af phenol.

2. Nitrering af phenol forekommer også lettere end benzennitrering. Reaktionen med fortyndet salpetersyre sker ved stuetemperatur. Som et resultat dannes en blanding orto- Og par- isomerer af nitrophenol:

Ved brug af koncentreret salpetersyre eksplosivt stof dannes - 2,4,6-trinitrophenol(picrinsyre):

3. Hydrogenering af den aromatiske kerne af phenol i nærværelse af en katalysator opstår let:

4.Polykondensering af phenol med aldehyder, især med formaldehyd, forekommer med dannelsen af ​​reaktionsprodukter - phenol-formaldehyd-harpikser og faste polymerer.

Interaktionen mellem phenol og formaldehyd kan beskrives ved følgende skema:

Du har sikkert bemærket, at "mobile" hydrogenatomer er tilbageholdt i dimermolekylet, hvilket betyder, at yderligere fortsættelse af reaktionen er mulig med et tilstrækkeligt antal reagenser:

Reaktion polykondensering, de der. polymerproduktionsreaktionen, som opstår med frigivelsen af ​​et lavmolekylært biprodukt (vand), kan fortsætte yderligere (indtil et af reagenserne er helt opbrugt) med dannelse af enorme makromolekyler. Processen kan beskrives ved den sammenfattende ligning:

Uddannelse lineære molekyler sker ved normale temperaturer. Udførelse af denne reaktion ved opvarmning fører til, at det resulterende produkt har en forgrenet struktur, det er fast og uopløseligt i vand. Som et resultat af opvarmning af en lineær phenol-formaldehydharpiks med et overskud af aldehyd opnås hårde plastmasser med unikke egenskaber. Polymerer baseret på phenol-formaldehyd-harpikser anvendes til fremstilling af lak og maling, plastprodukter, der er modstandsdygtige over for opvarmning, afkøling, vand, alkalier og syrer, med høj dielektriske egenskaber. De mest kritiske og vigtige dele af elektriske apparater, kraftenhedshuse og maskindele er fremstillet af polymerer baseret på phenol-formaldehyd-harpikser. polymer base printkort til radioenheder. Klæbemidler baseret på phenol-formaldehyd-harpikser er i stand til pålideligt at forbinde dele af en bred vifte af natur og opretholde den højeste fugestyrke over et meget bredt temperaturområde. Denne lim bruges til at fastgøre metalbunden af ​​belysningslamper til en glaspære. Nu forstår du, hvorfor phenol og produkter baseret på det er meget udbredt.

Karakteristiske kemiske egenskaber af aldehyder, mættede carboxylsyrer, estere

Aldehyder og ketoner

Aldehyder er organiske stoffer, hvis molekyler indeholder en carbonylgruppe , forbundet til et hydrogenatom og et carbonhydridradikal.

Den generelle formel for aldehyder er:

I det enkleste aldehyd, formaldehyd, spilles rollen som et carbonhydridradikal af det andet hydrogenatom:

En carbonylgruppe bundet til et hydrogenatom kaldes aldehyd:

Organiske stoffer, i hvis molekyler en carbonylgruppe er bundet til to carbonhydridradikaler, kaldes ketoner.

Det er klart, at den generelle formel for ketoner er:

Carbonylgruppen af ​​ketoner kaldes keto gruppe.

I den enkleste keton, acetone, er carbonylgruppen forbundet med to methylradikaler:

Nomenklatur og isomeri

Afhængigt af strukturen af ​​carbonhydridgruppen, der er forbundet med aldehydgruppen, skelnes mættede, umættede, aromatiske, heterocykliske og andre aldehyder:

I overensstemmelse med IUPAC-nomenklaturen dannes navnene på mættede aldehyder ud fra navnet på en alkan med det samme antal kulstofatomer i molekylet ved hjælp af suffikset -al. For eksempel:

Nummereringen af ​​carbonatomerne i hovedkæden begynder med carbonatomet i aldehydgruppen. Derfor er aldehydgruppen altid placeret ved det første carbonatom, og der er ingen grund til at angive dens position.

Sammen med systematisk nomenklatur bruges også trivielle navne på udbredte aldehyder. Disse navne er normalt afledt af navnene på carboxylsyrer svarende til aldehyder.

At navngive ketoner efter systematisk nomenklatur ketogruppen er betegnet med et suffiks -Han og et tal, der angiver antallet af carbonatomet i carbonylgruppen (nummereringen skal starte fra den ende af kæden, der er tættest på ketogruppen). For eksempel:

Aldehyder er karakteriseret ved kun én type strukturel isomerisme - isomerisme af kulstofskelettet, hvilket er muligt med butanal, og for ketoner - også isomerisme af carbonylgruppens position. Derudover er de karakteriseret ved interklasse-isomerisme (propanal og propanon).

Trivielle navne og kogepunkter for nogle aldehyder.

Fysiske og kemiske egenskaber

Fysiske egenskaber.

I et aldehyd- eller ketonmolekyle er $C=O$-bindingen meget polariseret på grund af oxygenatomets større elektronegativitet sammenlignet med carbonatomet på grund af et skift i elektrontætheden af ​​$π$-bindingen mod oxygen:

Aldehyder og ketoner er polære stoffer med overskydende elektrontæthed på oxygenatomet. De nederste medlemmer af serien af ​​aldehyder og ketoner (formaldehyd, acetaldehyd, acetone) er ubegrænset opløselige i vand. Deres kogepunkter er lavere end for de tilsvarende alkoholer. Dette skyldes det faktum, at der i molekylerne af aldehyder og ketoner, i modsætning til alkoholer, ikke er mobile brintatomer, og de danner ikke associerede på grund af hydrogenbindinger. Lavere aldehyder har en skarp lugt; aldehyder indeholdende fire til seks kulstofatomer i kæden har en ubehagelig lugt; Højere aldehyder og ketoner har blomsterdufte og bruges i parfumeri.

Kemiske egenskaber

Tilstedeværelsen af ​​en aldehydgruppe i et molekyle bestemmer de karakteristiske egenskaber af aldehyder.

Restitutionsreaktioner.

Brinttilsætning til aldehydmolekyler sker via en dobbeltbinding i carbonylgruppen:

Produktet af hydrogenering af aldehyder er primære alkoholer, og ketoner er sekundære alkoholer.

Ved hydrogenering af acetaldehyd på en nikkelkatalysator dannes der således ethylalkohol, og ved hydrogenering af acetone dannes propanol-2:

Hydrogenering af aldehyder - reduktionsreaktion, hvorved oxidationstilstanden af ​​carbonatomet inkluderet i carbonylgruppen falder.

Oxidationsreaktioner.

Aldehyder kan ikke kun reduceres, men også oxidere. Når de oxideres, danner aldehyder carboxylsyrer. Denne proces kan skematisk repræsenteres som følger:

Fra propionaldehyd (propanal) dannes for eksempel propionsyre:

Aldehyder oxideres selv af atmosfærisk oxygen og så svage oxidationsmidler som en ammoniakopløsning af sølvoxid. I en forenklet form kan denne proces udtrykkes ved reaktionsligningen:

For eksempel:

Denne proces afspejles mere præcist af ligningerne:

Hvis overfladen af ​​beholderen, hvori reaktionen udføres, tidligere er blevet affedtet, så dækker sølvet dannet under reaktionen den med en jævn tynd film. Derfor kaldes denne reaktion reaktion "sølv spejl". Det er meget brugt til fremstilling af spejle, sølvpynt og juletræspynt.

Frisk udfældet kobber(II)hydroxid kan også fungere som et oxidationsmiddel for aldehyder. Oxidering af aldehydet reduceres $Cu^(2+)$ til $Cu^+$. Kobber(I)hydroxidet $CuOH$ dannet under reaktionen nedbrydes straks til rødt kobber(I)oxid og vand:

Denne reaktion, ligesom "sølvspejl"-reaktionen, bruges til at påvise aldehyder.

Ketoner oxideres hverken af ​​atmosfærisk oxygen eller af et så svagt oxidationsmiddel som en ammoniakopløsning af sølvoxid.

Individuelle repræsentanter for aldehyder og deres betydning

Formaldehyd(methanal, formicaldehyd$HCHO$ ) - en farveløs gas med en skarp lugt og et kogepunkt på $-21C°$, meget opløselig i vand. Formaldehyd er giftigt! En opløsning af formaldehyd i vand ($40%$) kaldes formaldehyd og bruges til desinfektion. I landbruget bruges formaldehyd til at behandle frø, og i læderindustrien - til behandling af læder. Formaldehyd bruges til at fremstille methenamin, et medicinsk stof. Nogle gange bruges methenamin komprimeret i form af briketter som brændstof (tør alkohol). Et stort antal af formaldehyd forbruges i produktionen af ​​phenol-formaldehyd-harpikser og nogle andre stoffer.

Acetaldehyd(ethanal, acetaldehyd$CH_3CHO$ ) - en væske med en skarp ubehagelig lugt og et kogepunkt på $21°C$, meget opløselig i vand. Eddikesyre og en række andre stoffer fremstilles af acetaldehyd i industriel skala, det bruges til fremstilling af forskellige plast- og acetatfibre. Acetaldehyd er giftigt!

Carboxylsyrer

Stoffer, der indeholder en eller flere carboxylgrupper i et molekyle, kaldes carboxylsyrer.

Gruppe af atomer hedder carboxylgruppe, eller carboxyl.

Organiske syrer indeholdende en carboxylgruppe i molekylet er monobasisk.

Den generelle formel for disse syrer er $RCOOH$, for eksempel:

Carboxylsyrer indeholdende to carboxylgrupper kaldes dibasisk. Disse omfatter for eksempel oxalsyre og ravsyre:

Der er også polybasisk carboxylsyrer indeholdende mere end to carboxylgrupper. Disse omfatter for eksempel tribasisk citronsyre:

Afhængigt af arten af ​​carbonhydridgruppen opdeles carboxylsyrer til mættet, umættet, aromatisk.

Mættede eller mættede carboxylsyrer er for eksempel propansyre (propionsyre):

eller den allerede velkendte ravsyre.

Det er indlysende, at mættede carboxylsyrer ikke indeholder $π$-bindinger i kulbrintegruppen. I molekyler af umættede carboxylsyrer er carboxylgruppen forbundet med en umættet, umættet kulbrintegruppe, for eksempel i molekyler af akryl (propen) $CH_2=CH—COOH$ eller oliesyre $CH_3—(CH_2)_7—CH=CH —(CH_2)_7—COOH $ og andre syrer.

Som det kan ses af formlen for benzoesyre, er den aromatisk, da den indeholder en aromatisk (benzen) ring i molekylet:

Nomenklatur og isomeri

De generelle principper for dannelsen af ​​navnene på carboxylsyrer såvel som andre organiske forbindelser er allerede blevet diskuteret. Lad os dvæle mere detaljeret på nomenklaturen af ​​mono- og dibasiske carboxylsyrer. Navnet på en carboxylsyre er afledt af navnet på den tilsvarende alkan (alkan med samme antal kulstofatomer i molekylet) med tilføjelse af suffikset -ov-, slutninger -og jeg og ordene syre. Nummereringen af ​​carbonatomer begynder med carboxylgruppen. For eksempel:

Antallet af carboxylgrupper er angivet i navnet med præfikser di-, tri-, tetra-:

Mange syrer har også historisk etablerede eller trivielle navne.

Navne på carboxylsyrer.

Kemisk formel	Systematisk navn på syre	Trivielt navn for syre
$H—COOH$	Metan	Myre
$CH_3—COOH$	Ethanova	Eddike
$CH_3—CH_2—COOH$	Propan	Propionsyre
$CH_3—CH_2—CH_2—COOH$	Butan	Olieagtig
$CH_3—CH_2—CH_2—CH_2—COOH$	Pentanic	Baldrian
$CH_3—(CH_2)_4—COOH$	Hexan	Nylon
$CH_3—(CH_2)_5—COOH$	Heptan	Enantisk
$NOOC—COOH$	Ethanedium	Sorrel
$NOOC—CH_2—COOH$	Propanium	Malonovaya
$NOOC—CH_2—CH_2—COOH$	Butanediovye	Rav

Efter at have stiftet bekendtskab med den mangfoldige og interessante verden af ​​organiske syrer, vil vi overveje mere detaljeret de mættede monobasiske carboxylsyrer.

Det er klart, at sammensætningen af ​​disse syrer er udtrykt ved den generelle formel $C_nH_(2n)O_2$, eller $C_nH_(2n+1)COOH$ eller $RCOOH$.

Fysiske og kemiske egenskaber

Fysiske egenskaber.

Lavere syrer, dvs. syrer med en relativt lille molekylvægt, der indeholder op til fire kulstofatomer pr. molekyle, er væsker med en karakteristisk skarp lugt (husk lugten af ​​eddikesyre). Syrer indeholdende fra $4$ til $9$ carbonatomer er tyktflydende olieagtige væsker med en ubehagelig lugt; indeholdende mere end $9 $ carbonatomer pr. molekyle - faste stoffer, der ikke opløses i vand. Kogepunkterne for mættede monobasiske carboxylsyrer stiger med stigende antal kulstofatomer i molekylet og følgelig med stigende relativ molekylvægt. For eksempel er kogepunktet for myresyre $100,8°C$, eddikesyre er $118°C$, og propionsyre er $141°C$.

Den enkleste carboxylsyre er myresyre $HCOOH$, der har en lille relativ molekylvægt $(M_r(HCOOH)=46)$, under normale forhold er det en væske med et kogepunkt på $100,8°C$. Samtidig er butan $(M_r(C_4H_(10))=58)$ under samme betingelser gasformig og har et kogepunkt på $-0,5°C$. Denne uoverensstemmelse mellem kogepunkter og relative molekylvægte forklares ved dannelsen af ​​carboxylsyredimerer, hvor to syremolekyler er forbundet med to hydrogenbindinger:

Forekomsten af ​​hydrogenbindinger bliver tydelig, når man overvejer strukturen af ​​carboxylsyremolekyler.

Molekyler af mættede monobasiske carboxylsyrer indeholder en polær gruppe af atomer - carboxyl og et praktisk talt ikke-polært carbonhydridradikal. Carboxylgruppen tiltrækkes af vandmolekyler og danner hydrogenbindinger med dem:

Myresyre og eddikesyre er ubegrænset opløselige i vand. Det er indlysende, at med en stigning i antallet af atomer i et carbonhydridradikal falder opløseligheden af ​​carboxylsyrer.

Kemiske egenskaber.

De generelle egenskaber, der er karakteristiske for klassen af ​​syrer (både organiske og uorganiske) skyldes tilstedeværelsen i molekylerne af en hydroxylgruppe, der indeholder en stærk polær binding mellem hydrogen- og oxygenatomer. Lad os overveje disse egenskaber ved at bruge eksemplet med vandopløselige organiske syrer.

1. Dissociation med dannelse af hydrogenkationer og anioner af syreresten:

$CH_3-COOH⇄CH_3-COO^(-)+H^+$

Mere præcist er denne proces beskrevet af en ligning, der tager højde for deltagelse af vandmolekyler i den:

$CH_3-COOH+H_2O⇄CH_3COO^(-)+H_3O^+$

Dissociationsligevægten for carboxylsyrer forskydes til venstre; langt de fleste af dem er svage elektrolytter. Den sure smag af for eksempel eddikesyre og myresyre skyldes dog dissociation til brintkationer og anioner af sure rester.

Det er indlysende, at tilstedeværelsen af ​​"surt" brint i molekylerne af carboxylsyrer, dvs. hydrogen i carboxylgruppen på grund af andre karakteristiske egenskaber.

2. Interaktion med metaller, stående i den elektrokemiske spændingsrække op til brint: $nR-COOH+M→(RCOO)_(n)M+(n)/(2)H_2$

Således reducerer jern hydrogen fra eddikesyre:

$2CH_3-COOH+Fe→(CH_3COO)_(2)Fe+H_2$

3. Interaktion med basiske oxider med dannelse af salt og vand:

$2R-COOH+CaO→(R-COO)_(2)Ca+H_2O$

4. Interaktion med metalhydroxider med dannelse af salt og vand (neutraliseringsreaktion):

$R—COOH+NaOH→R—COONa+H_2O$,

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

5. Interaktion med salte er mere svage syrer med dannelsen af ​​sidstnævnte. Således fortrænger eddikesyre stearinsyre fra natriumstearat og kulsyre fra kaliumcarbonat:

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

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

6. Interaktion mellem carboxylsyrer og alkoholer med dannelse af estere - esterificeringsreaktion (en af ​​de vigtigste reaktioner, der er karakteristiske for carboxylsyrer):

Interaktionen mellem carboxylsyrer og alkoholer katalyseres af hydrogenkationer.

Esterificeringsreaktionen er reversibel. Ligevægten skifter mod esterdannelse i nærvær af afvandingsmidler, og når esteren fjernes fra reaktionsblandingen.

I den omvendte reaktion af esterificering, kaldet esterhydrolyse (reaktionen af ​​en ester med vand), dannes en syre og en alkohol:

Det er indlysende, at man reagerer med carboxylsyrer, dvs. Polyvalente alkoholer, for eksempel glycerol, kan også indgå i en esterificeringsreaktion:

Alle carboxylsyrer (undtagen myresyre) sammen med carboxylgruppen indeholder en kulbrinterest i deres molekyler. Dette kan naturligvis ikke andet end at påvirke egenskaberne af syrer, som er bestemt af arten af ​​kulbrinteresten.

7. Flere additionsreaktioner- de indeholder umættede carboxylsyrer. For eksempel er hydrogenadditionsreaktionen hydrogenering. For en syre, der indeholder en $π$-binding i radikalet, kan ligningen skrives i generel form:

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

Når oliesyre hydrogeneres, dannes der således mættet stearinsyre:

$(C_(17)H_(33)COOH+H_2)↙(\text"oleinsyre"))(→)↖(katalysator)(C_(17)H_(35)COOH)↙(\text"stearinsyre" ) $

Umættede carboxylsyrer tilføjer ligesom andre umættede forbindelser halogener via en dobbeltbinding. For eksempel affarver akrylsyre bromvand:

$(CH_2=CH—COOH+Br_2)↙(\text"acryl(propen)syre")→(CH_2Br—CHBr—COOH)↙(\text"2,3-dibrompropansyre").$

8. Substitutionsreaktioner (med halogener)- mættede carboxylsyrer er i stand til at trænge ind i dem. For eksempel, ved at reagere eddikesyre med klor, kan forskellige chlorerede syrer opnås:

$CH_3COOH+Cl_2(→)↖(P(rød))(CH_2Cl-COOH+HCl)↙(\tekst"chloreddikesyre")$,

$CH_2Cl-COOH+Cl_2(→)↖(P(rød))(CHCl_2-COOH+HCl)↙(\tekst"dichloreddikesyre")$,

$CHCl_2-COOH+Cl_2(→)↖(P(rød))(CCl_3-COOH+HCl)↙(\tekst"trichloreddikesyre")$

Individuelle repræsentanter for carboxylsyrer og deres betydning

Myre(metan) syre HTSOOKH- en væske med en skarp lugt og et kogepunkt på $100,8°C$, meget opløselig i vand. Myresyre er giftig Forårsager ætsninger ved kontakt med huden! Den stikkende væske, der udskilles af myrer, indeholder denne syre. Myresyre har desinficerende egenskaber og finder derfor sin anvendelse i fødevare-, læder- og medicinalindustrien og medicin. Det bruges til farvning af stoffer og papir.

Eddike (ethan)syre $CH_3COOH$ er en farveløs væske med en karakteristisk skarp lugt, blandbar med vand i ethvert forhold. Vandige opløsninger af eddikesyre sælges under navnet eddike ($3-5% opløsning) og eddike essens ($70-80% opløsning) og er meget udbredt i fødevareindustrien. Eddikesyre er et godt opløsningsmiddel for mange organiske stoffer og bruges derfor i farvning, garvning og maling- og lakindustrien. Derudover er eddikesyre et råmateriale til fremstilling af mange teknisk vigtige organiske forbindelser: For eksempel udvindes stoffer, der bruges til at bekæmpe ukrudt - herbicider.

Eddikesyre er hovedkomponenten vineddike, hvis karakteristiske lugt netop skyldes det. Det er et produkt af ethanoloxidation og dannes af det, når vin opbevares i luft.

De vigtigste repræsentanter for højere mættede monobasiske syrer er palmitic$C_(15)H_(31)COOH$ og stearisk$C_(17)H_(35)COOH$-syre. I modsætning til lavere syrer er disse stoffer faste og dårligt opløselige i vand.

Deres salte - stearater og palmitater - er dog meget opløselige og virker rensende, hvorfor de også kaldes sæber. Det er klart, at disse stoffer produceres i stor skala. Af de umættede højere carboxylsyrer er den vigtigste oliesyre$C_(17)H_(33)COOH$, eller $CH_3 - (CH_2)_7 - CH=CH -(CH_2)_7COOH$. Det er en olielignende væske uden smag eller lugt. Dens salte er meget brugt i teknologi.

Den enkleste repræsentant for dibasiske carboxylsyrer er oxalsyre (ethandisyre).$HOOC—COOH$, hvis salte findes i mange planter, såsom syre og syre. Oxalsyre er et farveløst krystallinsk stof, der er meget opløseligt i vand. Det bruges til polering af metaller i træbearbejdnings- og læderindustrien.

Estere

Når carboxylsyrer reagerer med alkoholer (esterificeringsreaktion), dannes de estere:

Denne reaktion er reversibel. Reaktionsprodukterne kan interagere med hinanden og danne udgangsmaterialerne - alkohol og syre. Således er reaktionen af ​​estere med vand - esterhydrolyse - det omvendte af esterificeringsreaktionen. Kemisk ligevægt, som etableres, når hastighederne for direkte (esterificering) og omvendt (hydrolyse) reaktioner er ens, kan forskydes mod dannelsen af ​​ester ved tilstedeværelsen af ​​vand-fjernende midler.

Fedtstoffer- derivater af forbindelser, der er estere af glycerol og højere carboxylsyrer.

Alle fedtstoffer, ligesom andre estere, undergår hydrolyse:

Når man hydrolyserer fedt ind alkalisk miljø$(NaOH)$ og i nærvær sodavand$Na_2CO_3$ det forløber irreversibelt og fører til dannelsen ikke af carboxylsyrer, men af ​​deres salte, som kaldes sæber. Derfor kaldes hydrolyse af fedtstoffer i et alkalisk miljø forsæbning.

Aldehyder er organiske stoffer, der tilhører carbonylforbindelser indeholdende den funktionelle gruppe -SON, som kaldes en carbonylgruppe.

Afhængigt af arten af ​​kulbrinteskelettet er aldehydmolekyler mættede, umættede og aromatiske. Deres molekyler kan også indeholde halogenatomer eller yderligere funktionelle grupper. Den generelle formel for mættede aldehyder er C n H 2 n O. I overensstemmelse med IUPAC-nomenklaturen slutter deres navne med suffikset -al.

Oxidation af aldehyder har vigtig i industrien, da de ret let omdannes til carboxylsyrer. I dette tilfælde kan kobberhydroxid, sølvoxid eller endda luftilt tjene som oxidationsmidler.

Struktur af carbonylgruppen

Den elektroniske struktur af dobbeltbindingen i C=O-gruppen er karakteriseret ved dannelsen af ​​en σ-binding og en anden π-binding. C-atomet er i en tilstand af sp2-hybridisering, molekylet har en flad struktur med bindingsvinkler mellem bindinger på omkring 120 0. Forskellen mellem dobbeltbindingen i denne funktionelle gruppe er, at den er placeret mellem et kulstofatom og et meget elektronegativt oxygenatom. Som et resultat bliver elektroner tiltrukket af O-atomet, hvilket betyder, at denne binding er meget højpolariseret.

Indholdet af en sådan polariseret dobbeltbinding i aldehydgruppen kan kaldes hovedårsagen til aldehydernes høje reaktivitet. For aldehyder er de mest typiske reaktioner tilføjelsen af ​​atomer eller deres grupper til C=O-bindingen. Og de letteste reaktioner er nukleofil addition. Også typiske for aldehyder er reaktioner, der involverer H-atomer fra den funktionelle gruppe af aldehyder. På grund af C=O-gruppens elektrontiltrækkende effekt øges polariteten af ​​bindingen. Dette er igen årsagen til den relativt lette oxidation af aldehyder.

Individuelle repræsentanter for aldehyder

Formaldehyd (formaldehyd eller methanal) CH 2 O er gasformigt stof med en meget skarp lugt, som normalt opnås ved at lede en blanding af methanoldamp og luft gennem et varmt kobber- eller sølvnet. Dens 40% vandige opløsning kaldes formalin. Formaldehyd reagerer let, hvoraf mange danner grundlag for den industrielle syntese af en række vigtige stoffer. Det bruges også til fremstilling af pentaerythritol, mange medicinske stoffer, forskellige farvestoffer, til garvning af læder og som desinfektionsmiddel og deodorant. Formaldehyd er ret giftigt; dets maksimalt tilladte koncentration i luften er 0,001 mg/l.

Acetaldehyd (acetaldehyd, ethanal) CH 3 COH er en farveløs væske med en kvælende lugt, som ved fortynding med vand får en frugtagtig aroma. Acetaldehyd har alle aldehyders grundlæggende egenskaber. Oxidationen af ​​acetaldehyd producerer enorme mængder af eddikesyre og eddikesyreanhydrid, en række forskellige lægemidler.

Acrolein (propenal) CH 2 =CH-SON, det enkleste umættede aldehyd er en farveløs, meget flygtig væske. Dens dampe irriterer kraftigt slimhinderne i øjnene og de øvre luftveje. Det er meget giftigt, den maksimalt tilladte koncentration for dets indhold i luften er 0,7 mg/m 3. Propenal er et mellemprodukt i syntesen af ​​nogle polymerer og er nødvendigt i produktionen af ​​visse lægemidler.

Benzaldehyd (benzoaldehyd) C 6 H 5 COH er en farveløs væske med en aroma, der bliver gul under opbevaring. Den oxideres hurtigt med luft til benzoesyre. Indeholdt i æteriske olier fra planter (neroli, patchouli) og i form af et glucoside - i kerner af bitre mandler, kirsebær, abrikoser og fersken. Som et aromatisk stof bruges det i parfumeri, som en komponent i fødevareessenser og som et råmateriale til syntese af andre aromatiske stoffer (kanelmaldehyd, jasminaldehyd).

Sølv spejlreaktion

Oxidationen af ​​aldehyder med sølvoxid er den mest indikative kvalitative reaktion på den tilsvarende form af den funktionelle gruppe. Denne reaktion har fået sit navn på grund af den tynde sølvbelægning på væggene i reagensglasset, der dannes under denne reaktion.

Dens essens ligger i interaktionen af ​​aldehydet R-СОН med en ammoniakopløsning af sølv(I)oxid, som er en opløselig OH-kompleksforbindelse og kaldes Tollens reagens. Reaktionen udføres ved temperaturer tæt på kogepunktet for vand (80-100 °C). I dette tilfælde oxideres aldehyderne til deres tilsvarende carboxylsyrer, og oxidationsmidlet reduceres til metallisk sølv, som udfældes.

Fremstilling af reagenser

For kvalitativt at bestemme -SON-gruppen i aldehyder fremstilles først en sølvkompleksforbindelse. For at gøre dette, hæld en lille opløsning af ammoniak (ammoniumhydroxid) i vand i et reagensglas, efterfulgt af en lille mængde sølvnitrat. I dette tilfælde forsvinder det resulterende sølvoxidpræcipitat straks:

2AgNO3 + 2NH3 + H2O -> Ag2O↓ + 2NH4NO3

Ag2O + 4NΗ3 + Η2O -> 2OΗ

Mere pålidelige resultater opnås med Tollens' reagens fremstillet med tilsætning af alkali. For at gøre dette opløses 1 g AgNO 3 i 10 g destilleret vand, og et tilsvarende volumen koncentreret natriumhydroxid tilsættes. Som følge heraf dannes et bundfald af Ag 2 O, som forsvinder ved tilsætning koncentreret opløsning ammoniumhydroxid. Kun frisklavet reagens bør anvendes til reaktionen.

Reaktionsmekanisme

Reaktionen af ​​et sølvspejl svarer til ligningen:

2OΗ + HCOΗ -> 2Ag↓ + ΗCOONΗ 4 + 3NΗ 3 + H 2 O

Det er værd at bemærke, at for aldehyder er denne interaktion ikke blevet tilstrækkeligt undersøgt. Mekanismen for denne reaktion er ukendt, men en radikal eller ionisk version af oxidation antages. Med diamminsølvhydroxid sker tilsætningen højst sandsynligt for at danne et sølvdiolsalt, hvorfra sølv derefter spaltes til en carboxylsyre.

For et vellykket eksperiment er renligheden af ​​de brugte redskaber ekstremt vigtig. Dette skyldes, at de kolloide sølvpartikler, der dannes under forsøget, skal klæbe til glassets overflade, have skabt spejl overflade. I nærværelse af de mindste forurenende stoffer vil det falde ud i form af et gråt flaget sediment.

Alkaliske opløsninger skal bruges til at rense beholderen. Så til disse formål kan du tage en NaOH-opløsning, som skal vaskes af med en stor mængde destilleret vand. Der må ikke være fedt eller mekaniske partikler på glassets overflade.

Oxidation med kobberhydroxid

Oxidationsreaktionen af ​​aldehyder med kobber(II)hydroxid er også ret spektakulær og effektiv til at bestemme typen af ​​funktionel gruppe. Det forløber ved en temperatur svarende til kogningen af ​​reaktionsblandingen. I dette tilfælde reduceres aldehyder bivalent kobber i sammensætningen af ​​Fehlings reagens (frisk fremstillet ammoniakopløsning af Cu(OH) 2) til monovalent. De oxideres selv på grund af indførelsen af ​​et oxygenatom i C-H-bindingen (oxidationstilstanden for C ændres fra +1 til +3).

Reaktionens forløb kan overvåges visuelt ved ændringen i farven af ​​opløsningsblandingen. Det blålige bundfald af kobberhydroxid bliver gradvist gult, svarende til kobberhydroxid og det yderligere udseende af et knaldrødt bundfald af Cu 2 O.

Denne proces svarer til reaktionsligningen:

R-SON + Cu 2+ + NaOH + H 2 O -> R-COONa + Cu 2 O + 4H +

Handling af Jones reagens

Det er værd at bemærke, at dette reagens virker på aldehyder den bedste måde. I dette tilfælde kræver oxidation ikke opvarmning og udføres ved en temperatur på 0-20 ° C i en forholdsvis kort periode, og udbyttet af produkter er mere end 80%. Den største ulempe ved Jones-reagenset er manglen på høj selektivitet for andre funktionelle grupper, og desuden fører det sure miljø nogle gange til isomerisering eller ødelæggelse.

Jones' reagens er en opløsning af chrom(VI)oxid i fortyndet acetone. Det kan også fås fra natriumdichromat. Når aldehyder oxideres, dannes carboxylsyrer under påvirkning af dette reagens.

Industriel oxidation med ilt

Oxidation af acetaldehyd i industrien udføres ved eksponering for oxygen i nærvær af katalysatorer - kobolt- eller manganioner. Først dannes pereddikesyre:

CH 3 -SON + O 2 -> CH 3 -COOON

Det interagerer til gengæld med det andet acetaldehydmolekyle og producerer gennem en peroxidforbindelse to molekyler eddikesyre:

CH 3 -COOON + CH 3 -SON -> 2CH 3 -COOH

Oxidation udføres ved en temperatur på 60-70 °C og et tryk på 2,10 5 Pa.

Interaktion med jodopløsning

Til oxidation aldehydgrupper nogle gange bruges en opløsning af jod i nærværelse af alkali. Særlig betydning Dette reagens er involveret i oxidationen af ​​kulhydrater, da det virker meget selektivt. Så under dens indflydelse omdannes D-glucose til D-gluconsyre.

Jod i nærvær af alkalier danner hypoiodid (et meget stærkt oxidationsmiddel): I 2 + 2NaOΗ -> NaIO + NaI + H 2 O.

Under påvirkning af hypoiodid omdannes formaldehyd til methansyre: ΗСОΗ + NaIO + NaOΗ -> ΗCOONa + NaI + H 2 O.

Oxidation af aldehyder med jod anvendes i analytisk kemi at bestemme deres kvantitative indhold i løsninger.

Oxidation med selendioxid

I modsætning til tidligere reagenser, under påvirkning af selendioxid, omdannes aldehyder til dicarbonylforbindelser, og glyoxal dannes af formaldehyd. Hvis methylen- eller methylgrupper er placeret ved siden af ​​carbonylgruppen, kan de omdannes til carbonylgrupper. Dioxan, ethanol eller xylen bruges normalt som opløsningsmiddel til SeO2.

Ifølge en af ​​metoderne udføres reaktionen i en trehalset kolbe forbundet med en omrører, termometer og tilbagesvaler. Til udgangsstoffet, taget i en mængde på 0,25 mol, tilsættes dråbevis en opløsning af 0,25 mol selendioxid i 180 ml dioxan samt 12 ml H 2 O. Temperaturen bør ikke overstige 20 ° C ( afkøl om nødvendigt kolben). Efter dette, under konstant omrøring, koges opløsningen i 6 timer. Derefter filtreres den varme opløsning for at adskille selen, og bundfaldet vaskes med dioxan. Efter vakuumdestillation af opløsningsmidlet fraktioneres remanensen. Hovedfraktionen vælges i et bredt temperaturområde (20-30 °C) og rettes igen.

Autooxidation af aldehyder

Under påvirkning af atmosfærisk oxygen ved stuetemperatur sker oxidationen af ​​aldehyder meget langsomt. Hovedprodukterne af disse reaktioner er de tilsvarende carboxylsyrer. Autooxidationsmekanismen ligner den industrielle oxidation af ethanal til eddikesyre. Et af mellemprodukterne er en persyre, som reagerer med et andet aldehydmolekyle.

På grund af det faktum, at denne type reaktion accelereres af lys, peroxider og spor tungmetaller, kan vi konkludere om dens radikale mekanisme. Formaldehyd i vandige opløsninger Det oxideres af luft meget værre end dets modstykker, på grund af det faktum, at det findes i dem i form af hydreret methylenglycol.

Oxidation af aldehyder med kaliumpermanganat

Denne reaktion forekommer mest vellykket i Visuelt kan dens fremskridt vurderes ved tab af intensitet og fuldstændig misfarvning af den lyserøde farve af kaliumpermanganatopløsningen. Reaktionen foregår ved stuetemperatur og normalt tryk, så det kræver ikke særlige forhold. Det er nok at hælde 2 ml formaldehyd og 1 ml forsuret med svovlsyre i reagensglasset. Reagensglasset med opløsningen skal rystes forsigtigt for at blande reagenserne:

5CH 3 -SON + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5CH 3 -COOH + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

Hvis den samme reaktion udføres ved forhøjede temperaturer, oxideres methanal let til kuldioxid:

5CH 3 -SON + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 = 5CO 2 + 4MnSO 4 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O