Лекционный курс для учащихся дневного отделения Составила

Вид материала

Документы

Содержание Гомологический ряд Химические свойства Общая формула Этилен в овощехранилище Опорный конспект Ые карбоновые кислоты (монокарбоновые) Гомологический ряд Карбоновые кислоты изменяют цвет индикаторов Отдельные представители Интересно знать Ые карбоновые кислоты

Подобный материал:

• Лекционный курс для подготовки к экзамену по дисциплине: «аналитическая химия» для, 961.07kb.
• График чтения обзорных лекций по биологии (5 курс дневного отделения и 6 курс заочного, 40.54kb.
• Учебное пособие по курсу «управление банковским продуктом» Составитель: к э. н., доцент, 955.86kb.
• Для учащихся школ и студентов (дневного отделения), 74.7kb.
• Методические рекомендации для студентов дневного отделения Тамбов, 652.18kb.
• Общий курс (для студентов II курса дневного отделения исторического факультета мгу), 244.37kb.
• Факультативный курс для учащихся 3-4 классов. Составила, 243.19kb.
• Учебно-методическое пособие для студентов-бакалавров Iкурса дневного отделения и студентов-специалистов, 1806.19kb.
• Программа по дисциплине «Теория вероятностей и математическая статистика» для студентов, 206.05kb.
• Календарный план лекций для студентов дневного отделения 3 курса педиатрического факультета,, 77.36kb.

Общая формула: С_nН_2n (OH)₂

Двухатомные спирты называют гликоли – от греч. «glikos» - сладкий, а большинство представителей имеют сладковатый вкус.

Гомологический ряд:

С₂Н₄(ОН)₂ – этандиол, этиленгликоль

С₃Н₆(ОН)₂ – пропандиол

С₄Н₈(ОН)₂ – бутандиол и т.д.

Правила номенклатуры и изомерия те же, что и у одноатомных спиртов.


Физические свойства (на примере этиленгликоля):

1. бесцветная вязкая жидкость
   
2. ядовита
   
3. неограниченно растворима в воде
   
4. не замерзает при низкой температуре (антифризы)
   
5. tпл = - 12°С
   
6. tкип = - 197°С
   
7. ρ= 1,43г/мл
   

Способы получения:

1. Окисление алкенов:

Реакция Вагнера

КМnО₄

схема: Н₂С=СН₂ + [O] + Н₂О → СН₂ОН

тен СН₂ОН

этиленгликоль (этандиол-1,2)

уравнение:

3Н₂С=СН₂ + 2 КМn О₄ + 4Н₂О → 3 СН₂ОН + 2 Мn О₂ + 2 КОН

этен

СН₂ОН

этиленгликоль (этандиол-1,2)

2. Хлорирование алкенов с последующим окислением:

Н₂С=СН₂ → СН₂Сl – CH₂Cl → CH₂OH – CH₂OH

Голландский химик Дейман обнаружил, что при действии хлора на этилен образуется маслянистая жидкость, названная впослед­ствии «маслом голландских алхимиков» CH₂Cl—CH₂Cl (1,2-дихлорэтан). Благодаря этой интересной особенности этилен долгое время име­новали «маслородным газом» (лат. gas olefiant), а его гомологи (алкены) получили название олефины.

Химические свойства:

1. Со щелочными металлами с выделением водорода
   

CH₂OH – CH₂OH + 2Nа → CH₂ONa – CH₂ONa + H₂ ↑

гликолят натрия

2. Образование эфиров
   

CH₂OH – CH₂OH + 2 С₂Н₅ОН → CH₂OС₂H₅ – CH₂OС₂H₅ + 2 Н₂О

диэтилгликолят

3. Взаимодействие с галогеноводородами
   

CH₂OH – CH₂OH + НСl → CH₂Cl – CH₂Cl + 2 Н₂О

дихлоргликолят

4. Взаимодействие со щелочами
   

CH₂OH – CH₂OH + 2 NaOH → CH₂ONa – CH₂ONa + 2 H₂O

гликолят натрия


5. Взаимодействие с галогенами:

C₂H₅OH + 4Сl₂ → CCl₃ – CОН + 5 НСl

хлораль

( трихлоруксусный )

альдегид

5. К
   
   ачественная реакция на гликоли
   

2 СН₂ОН

+ Cu(ОН)₂ ↓ →

СН₂ОН

осадок голубого

цвета прозрачный раствор

тёмно-синего цвета

гликолят меди


Трёхатомные спирты


- производные углеводородов, к молекулах которых 3 атома водорода замещены на гидроксильные группы ОН.

2-е название триолы.


Общая формула: С_nН_2n-1 (OH)₃


Гомологический ряд:

С₃Н₅(ОН)₃ – пропантриол, глицерин

С₄Н₇(ОН)₃ – бутантриол и т.д.

Правила номенклатуры и изомерия те же, что и у одноатомных спиртов.


Физические свойства (на примере глицерина):

1. бесцветная вязкая сиропоподобная жидкость
   

2. сладкий на вкус

3. неограниченно растворима в воде

4. нелетуч
   
5. tпл = 17°С
   
6. tкип = -290°С
   
7. ρ= 1,26 г/мл
   

Способы получения:

1. омыление жиров
   
2. из пропилена
   

[O] +Н₂ Н₂О₂

СН₂=СН – СН₃ → СН₂= СН – СОН → СН₂=СН – СН₂ОН → СН₂ОН – СНОН – СН₂ОН


Химические свойства:

1. для трёхатомных спиртов характерны все химические свойства, характерные для одноатомных спиртов
   
2. нитрование
   

СН₂ – ОН СН₂ – О – NО₂

Н₂SО₄

СН – ОН + 3 НОNО₂ → СН – О – NО₂ + 3 Н₂О




СН₂ – ОН СН₂ – О – NО₂

глицерин тринитроглицерин

t

3. СН₂(ОН)СН(ОН)СН₂ОН  СН₂=СНСНО+2Н₂О.

акролеин

С акролеином СН₂=СНСНО (пропеналь) знакомы все хозяйки, даже если они никогда не слышали этого слова. Акролеин образуется при термическом разложении глице­рина — продукта распада жиров. Это и есть то самое вещество, которое своим резким удушливым запахом оповещает всех вокруг о том, что пи­ща пригорела.


Применение:

1. в качестве взрывчатого вещества для приготовления динамита
   
2. в косметологии
   
3. в полиграфии
   
4. в кожевенной промышленности
   
5. в приготовлении антифризов (незамерзающие смеси для моторов водяного охлаждения)
   
6. 1 %-ный раствор нитроглицерина - сосудорасширяющее средство
   

Другие спирты:

Аллиловый спирт СН₂=СН – СН₂ – ОН – жидкость с запахом розы, сочетает свойства непредельности со свойствами гидроксильной группы. Сложные эфиры аллилового спирта служат мономерами для производства высокомолекулярных материалов.

β-фенилэтиловый спирт С₆Н₅СН₂СН₂ОН – жидкость с запахом розы. Является главной составной частью розового масла. Может быть получен и синтетически. Находит применение в парфюмерии.

Ментол С₁₀Н₁₉ОН- твёрдое вещество с запахом мяты. Содержится в мятном масле. Ментол — кристаллическое вещество с запахом мяты и приятным холодящим вкусом. В качестве ароматизатора его добав­ляют в зубные пасты, жевательные ре­зинки. Кроме того, это действующее начало некоторых лекарственных пре­паратов, например валидола — рас­твора ментола в ментиловом эфире изовалериановой кислоты. Это лекар­ство снимает приступы стенокардии, расширяя кровеносные сосуды.

Формула ментола: СН₃


СН

⁄ \

Н₂С СН₂



Н₂С СНОН

\ ⁄

СН


СН

⁄ \

СН₃ СН₃

4-х атомные спирты называются эритритами.


۩ Интересно знать

ЭТИЛЕН В ОВОЩЕХРАНИЛИЩЕ

В незначительном количестве этилен содержится во многих тканях рас­тений, но больше всего его в плодах, где он образуется в результате рас­пада некоторых карбоновых кислот (линолевой кислоты) и аминокислот (метионина, аланина) под действием различных ферментов. Как оказалось, этилен способствует созреванию плодов и вызывает опадение листьев. На­иболее активно он вырабатывается в период созревания: так, 1 кг зелё­ных яблок выделяет около 130 мл этого газа, в то время как 1 кг спелых плодов — 110 мл, а перезрелых — всего 10 мл. Механизм физиологиче­ского действия этилена ещё до конца не изучен, однако предполагается, что он участвует в активации некоторых ферментов растений.

Если ввести в атмосферу овощехранилища небольшое количество эти­лена, плоды будут созревать быстрее. И наоборот, чтобы сохранить спе­лые плоды в течение длительного времени, надо почаще проветривать ово­щехранилища, удаляя не только тепло, которое выделяют овощи и фрукты при хранении, но и образующийся этилен.


ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ

по теме: «КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ»

- это производные углеводородов, в молекулах которых 1 или несколько атомов водорода замещены на карбоксильную (-ые) группу (-ы) –СООН..


Общая формула: R – (СООН)n


Классификация:

• По строению радикала:
  

1. предельные кислоты – производные предельных углеводородов алканов



Например, уксусная кислота


2. непредельные – производные непредельных углеводородов алкенов и алкинов

Например, СН₂= СН – СООН – акриловая, пропеновая

НС=С – СН₂ОН – пропангиловый, пропин-2-ол-1

3. ароматические – производные ароматических углеводородов аренов
   

Например, бензойная кислота

СООН

• По количеству функциональных групп -СООН:
  

1. Одноосновные (монокарбоновые) (n=1)

Например, СН₃ – СН₂ – СООН – пропановая


2. Двухосновные (дикарбоновые) (n=2)

Например, СООН – СООН – щавелевая


3. Трёхатомные (трикарбоновые) (n=3)

Например, лимонная

ОН




СООН – СН₂ – С – СН₂ – СООН



СООН


! ОСНОВНОСТЬ определяется количеством групп –СООН.


Электронное строение карбоновых кислот:


Хотя карбоксильная группа состоит из карбонильной и гидроксильной групп, карбоновые кислоты по свойствам сильно отличаются и от спиртов, и от карбонильных соединений. Взаимное влияние - ОН и -групп приводит к перераспределению электронной плотности: атом кислорода карбоксильной группы оттягивает электроны в свою сторону, на атоме углерода и водорода накапливается частично положительный заряд В результате атом водоро­да гидроксильной группы приобрета­ет кислотные свойства, т. е. легко от­щепляется при растворении кислоты в воде, наиболее реакционные места в карбоксильной группе -

О



R – С ╠ О ╣ Н


ОДНООСНОВН ЫЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ (МОНОКАРБОНОВЫЕ)


- это производные предельных углеводородов - алканов, в которых 1 атом водорода (Н) замещен на карбоксильную группу –СООН.


Общая формула: С_nН_2n+1 СОOH


Гомологический ряд:

Формула	Номенклатура
	Историческая	Заместительная (международная, ИЮПАК)	Название кислотного остатка
НСООН	муравьиная	метановая	формиат
СН3 СООН	уксусная	этановая	ацетат
С2Н5 СООН	пропионовая	пропановая	пропионат
С3Н7 СООН	масляная	бутановая	бутират
С4Н9 СООН	валериановая	пентановая	валерат
С5Н11 СООН	капроновая	гексановая	капронат
С6Н13 СООН	энантовая	гептановая	энантонат
С7Н15 СООН	-	октановая	октанат
С8Н17 СООН	-	нонановая	нонанат
С9Н19 СООН	каприновая	декановая	капринат

Правила номенклатуры:

1. Найти самую длинную цепь, содержащую – СООН группу
   
2. Пронумеровать, начиная от атома углерода (С), к которому присоединена группа
   

– СОН

3. Назвать алкан самой длинной цепи
   
4. Обозначить группу – СООН окончанием овая кислота
   
5. Цифрой указать положение группы – СООН.
   

Виды изомерии:

Метановая и этановая кислоты изомеров не имеют

1. Изомерия углеродного скелета:
   

Например, бутановая С₄Н₉ СООН имеет 2 изомера:

1) СН₃ – СН₂ – СН₂ – СООН - бутановая -1

2) СН₃ – СН – СООН - 2- метилпропановая -1 (изомасляная)



СН₃

2. Межклассовая изомерия :
   

Например, вещество составом С₂Н₄О имеет 2 изомера:

1) СН₃ СООН – уксусная кислота

2) О

Н – С – О – СН₃ - метилформиат


Физические свойства:

1. Кислоты с количеством атомов С₁ – С₉ - жидкости, С₁₀ и выше – твёрдые вещества
   
2. С увеличением количества атомов углерода растворимость уменьшается, температура кипения увеличивается, т.к. молекулы кислоты образуют ассоциаты
   
3. В
   водных растворах карбоновые кислоты образуют димеры:
   

Получение:


1. Гидролиз сложных эфиров:

О NaOH,t

+ НОН → СН₃СООН + СН₃ОН

СН₃ – С – О – СН₃ укс.к-та метанол

2. Окисление алканов:

kat,t

2 СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₃ + 5О₂ → 4 СН₃СООН + 2 Н₂О

бутан

3. Окисление алкенов:

Н₃РО₄, МоО₃

СН₂=СН₂ + О₂ → СН₃СООН

этилен

3. Окисление альдегидов:

Схема: СН₃СОН + [O] →СН₃СООН

ацетальдегид

Уравнение: СН₃СОН + 2 КМnО₄ + Н₂SО₄ →5 СН₃СООН + 2МnО₄ + К₂SО4 + 3Н₂О


4. Синтез муравьиной кислоты:

p,t

2 СО + 2 NаОН → 2 НСООNа + Н₂SO₄ → 2HCOOH + Na₂SO₄

5. Синтез уксусной кислоты:

t,kat

СО + СН₃ОН → СН₃СООН


Химические свойства:




За счёт Н в группе – СООН:

Замещение на атом металла:

1. 2СН₃ СООН + 2Nа → 2 СН₃СООNа + Н₂ ↑ – качественная реакция

ацетат натрия

2. 2СН₃ СООН + Nа₂О → 2 СН₃СООNа + Н₂О

3. СН₃ СООН + NаОН → СН₃СООNа + Н₂О - реакция нейтрализации


За счёт группы – ОН в карбоксильной группе – СООН:

1. СН₃СООН + РСl₃ → 3 СН₃СОСl + Н₃РО₃
   

ацетилхлорид




t, Р₂О₅

2. 2
   +Н₂О
   СН₃СООН →
   

уксусный ангидрид

3. Реакция этерификации:
   

этилацетат

(этиловый эфир уксусной кислоты)

За счёт радикала:

Взаимодействие с галогенами (цепная реакция)

Р красный

СН₃СООН + Сl₂ → H₂C – COOH + HCl


Cl

монохлоруксусная к-та

Cl

Р красный

H₂C - COOH + Cl₂ → HC – COOH +HCl



Cl

дихлоруксусная к-та

Cl

Р красный

HC – COOH + Cl₂ → Cl – C – COOH + HCl




Cl

трихлоруксусная к-та


За счёт группы – С – :



О

NH₄OH, t

НСООН + Ag₂О → СО₂ ↑ + Н₂О + 2Аg↓

муравьиная

кислота

Реакция «серебряного зеркала»


Схема химических свойств карбоновых кислот:





Карбоновые кислоты изменяют цвет индикаторов:


лакмус фенолфталеин

(красный) (бесцветный)


Отдельные представители:

НСООН – муравьиная кислота.

В 1670 г. английский ботаник и зоолог Джон Рей (1627—1705) провёл необыч­ный эксперимент. Он поместил в сосуд рыжих лесных муравьев, налил воды, на­грел её до кипения и пропустил через сосуд струю горячего пара. Такой про­цесс химики называют перегонкой с па­ром и широко используют для выделе­ния и очистки многих органических соединений. После конденсации пара Рей получил водный раствор нового хи­мического соединения. Оно проявляло типичные свойства кислот, поэтому и было названо муравьиной кислотой (со­временное наименование — метановая). Названия солей и эфиров метановой кислоты — формиатов — также связаны с муравьями (лат. formica — «муравей»). Впоследствии энтомологи — специ­алисты по насекомым (от греч. «энтомон» — «насекомое» и «логос» — «уче­ние», «слово») определили, что у самок и рабочих муравьев в брюшках есть ядовитые железы, вырабатывающие ки­слоту. У лесного муравья её примерно 5 мг. Кислота служит насекомому ору­жием для зашиты и нападения. Вряд ли найдётся человек, который не испытал их укусов. Ощущение очень напомина­ет ожог крапивой, ведь муравьиная кислота содержится и в тончайших во­лосках этого растения. Вонзаясь в ко­жу, они обламываются, а их содержи­мое болезненно обжигает.

Муравьиная кислота есть также в пчелином яде, сосновой хвое, гусени­цах шелкопряда, в небольших количе­ствах она найдена в различных фрук­тах, в органах, тканях, выделениях животных и человека. В XIX в. муравь­иную кислоту (в виде натриевой соли) получили искусственно действием оксида углерода(II) на влажную щёлочь при повышенной температуре: NaOH + СО HCOONa.

И наоборот, под действием концентрированной серной кислоты муравьиная кислота распада­ется с выделением газа: НСООН СО+Н₂О. Эта реакция использу­ется в лаборатории для получения чистого СО. При сильном нагревании натриевой соли муравьиной кислоты — формиата натрия — идёт совсем дру­гая реакция: углеродные атомы двух молекул кислоты как бы сшиваются и образуется оксалат натрия — соль щавелевой кислоты: 2HCOONa NaOOC—COONa + Н₂.

Важное отличие муравьиной кисло­ты от других карбоновых кислот в том, что она, как обладает од­новременно свойствами и кислоты, и альдегида: в её молекуле с одной «сто­роны» можно увидеть кислотную (карбо­ксильную) группу —СО—ОН, а с дру­гой — тот же атом углерода, входящий в состав альдегидной группы Н—СО— Поэтому муравьиная кислота восста­навливает серебро из его растворов — даёт реакцию «серебряного зеркала», ко­торая характерна для альдегидов, но не свойственна кислотам.

۩ Интересно знать

Муравьиная кислота — самая про­стая и при этом сильная карбоновая ки­слота, она в десять раз сильнее уксус­ной. Когда немецкий химик Юстус Либих впервые получил безводную му­равьиную кислоту, оказалось, что это очень опасное соединение. При попа­дании на кожу оно не только жжёт, но и буквально растворяет её, оставляя трудно заживающие раны. Как вспоми­нал сотрудник Либиха Карл Фогт (1817—1895), у него на всю жизнь ос­тался шрам на руке — результат «экс­перимента», проведённого совместно с Либихом. И неудивительно — впослед­ствии обнаружилось, что безводная муравьиная кислота растворяет лаже капрон, найлон и прочие полимеры, ко­торые не берут разбавленные растворы других кислот и щелочей.

Неожиданное применение муравьи­ная кислота нашла при изготовлении так называемых тяжёлых жидкостей — вод­ных растворов, в которых не тонут да­же камни. Такие жидкости нужны гео­логам для разделения минералов по плотности. Муравьиная кислота обладает силь­ными бактерицидными свойствами. По­этому её водные растворы используют как пищевой консервант, а парами де­зинфицируют тару для продовольст­венных товаров (в том числе винные бочки), уничтожают пчелиных клешей. Слабый водно-спиртовой раствор му­равьиной кислоты (муравьиный спирт) применяют в медицине для растираний.

Для получения муравьиной кислоты используют специальный прибор:



Современный вид прибора для перегонки с водяным паром.


– уксусная кислота.

- бесцветная жидкость с острым запахом

Физические свойства уксусной кислоты

Название			Формула кислоты	tпл. °C	tкип. °C	Раст-воримость г/см3	Раство- римость (г/100мл H2O;25°C)	Ka (при 25°С)
кислоты		её соли (эфиры)
уксусная	этановая	ацетат	CH3COOH	16,8	118	1,05	неограни-ченно	1,7.10-5

В уксусе, который образуется при про­кисании вина, содержится около 5% ук­сусной кислоты (столовым уксусом на­зывают 3—15-процентный раствор). Перегонкой такого уксуса получают уксусную эссенцию — раствор с кон­центрацией уже 70—80%. А чистая (100-процентная) уксусная кислота вы­деляется в результате воздействия кон­центрированной серной кислоты на ацетаты: CH₃COONa+H₂SO₄ (конц.) → CH₃COOH+NaHSO₄

Такая чистая уксусная кислота, не содержащая воды, при охлаждении до 16,8 °С превращается в прозрачные кристаллы, напоминающие лёд. Вот почему её иногда называют ледяной.

С

ходство не только внешнее: в кри­сталлах молекулы уксусной кислоты, подобно молекулам воды, образуют систему водородных связей. Межмоле­кулярное взаимодействие оказывается настолько прочным, что даже в парах уксусной кислоты содержатся не от­дельные молекулы, а их агломераты. Жидкая при комнатной температуре ледяная уксусная кислота при охлаждении ниже 1 7 °С превращается в бесцветные кристаллы, действительно похожие на лёд.

В течение многих столетии главным методом синтеза уксусной кислоты было брожение. Таким способом и сейчас производят пищевой уксус. А для производства сложных эфиров и искусственных волокон в качестве сы­рья используют кислоту, которая полу­чается при каталитическом окислении углеводородов, например бутана:


СН₃—СН₂—СН₂—СН₃ + 2,5 О₂  2СН₃—СООН + Н₂О


Яблочный уксус:

содержит 20 важнейших минеральных веществ и микроэлементов, а также уксусную, молочную, лимонную кислоты, ферменты, аминокислоты, поташ, пектин. Применяется для приготовления различных блюд и консервировании, прекрасно сочетается со всевозможными салатами, как из свежих овощей, так и мясными и рыбными. В нём можно мариновать мясо, огурцы, капусту, каперсы. Также применяется при повышенном кровяном давлении, мигренях, астме, голово-кружении, артрите, болезнях почек, высокой температуре, ожогах и т.д. Здоровым людям рекомендуется каждый день употреблять полезный и освежающий напиток: в стакане воды размешать ложку мёда и добавить столовую ложку яблочного уксуса. Желающим похудеть, рекомендуется каждый раз во время еды выпивать стакан воды с 2 ложками яблочного уксуса.


Виноградный уксус:

в Словении его традиционно используют при приготовлении различных салатов, хорошо сочетается с различными рыбными салатами и блюдами из морских продуктов. При приготовлении шашлыков виноградный уксус просто незаменим.


Аспирин - уксусный эфир салициловой кислоты- ацетилсалициловая кислота.


Уксусноизоамиловый эфир– СН₃ – С – О – С₅Н₁₁ –

О

имеет запах груши, поэтому используется при производстве фруктовых вод и десертов.


НЕПРЕДЕЛЬН ЫЕ КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ

-карбоновые кислоты, образованные от непредельных углеводородов (алкенов, алкинов, алкадиенов).

Примеры непредельных кислот:

Н₂С= СН – СООН – акриловая, пропен-2-овая кислота

Н₂С= С – СООН – α- метилакриловая, 2-метилпропен-2 овая кислота

СН₃

Н₃С – СН= СН – СООН – кратоновая, бутен-2-овая кислота

Виды изомерии:

1. изомерия углеродного скелета
   
2. местоположение кратной связи в молекуле
   
3. пространственная изомерия
   

Н Н




С = С