Один з найпоширеніших хімічних елементів, що входить у переважну більшість хімічних речовин, - це кисень. Оксиди, кислоти, основи, спирти, феноли та інші кисневмісні сполуки вивчаються в курсі неорганічної та органічної хімії. У нашій статті ми вивчимо властивості, а також наведемо приклади їх застосування у промисловості, сільському господарстві та медицині.

Оксиди

Найбільш простими за будовою є бінарні сполуки металів та неметалів із киснем. Класифікація оксидів включає такі групи: кислотні, основні, амфотерні та байдужі. Головний критерій поділу всіх цих речовин у тому, який елемент з'єднується з киснем. Якщо це метал, то вони належать до основних. Наприклад: CuO, MgO, Na 2 O – окису міді, магнію, натрію. Їхня основна хімічна властивість - це реакція з кислотами. Так, оксид міді реагує з хлоридною кислотою:

CuO + 2HCl -> CuCl2 + H2O + 63, 3 кДж.

Присутність атомів неметалевих елементів у молекулах бінарних сполук свідчить про їхню приналежність до кислотних водню H 2 O, вуглекислий газ CO 2 , п'ятиокис фосфору P 2 O 5 . Здатність таких речовин реагувати з лугами – головна їхня хімічна характеристика.

В результаті реакції можуть утворюватися види: кислі або середні. Це залежатиме від того, скільки моль лугу вступає в реакцію:

• CO2 + KOH => KHCO3;
• CO2+ 2KOH => K2CO3 + H2O.

Ще одну групу кисневмісних сполук, які входять такі хімічні елементи, як цинк або алюміній, відносять до амфотерних оксидів. У властивостях простежується тенденція до хімічної взаємодії як із кислотами, і з лугами. Продуктами взаємодії кислотних оксидів із водою є кислоти. Наприклад, у реакції сірчаного ангідриду та води утворюється Кислоти - це один з найбільш важливих класів кисневмісних сполук.

Кислоти та їх властивості

Сполуки, що складаються з водневих атомів, пов'язаних зі складними іонами кислотних залишків, - це кислоти. Умовно їх можна розділити на неорганічні, наприклад, карбонатну кислоту, сульфатну, нітратну та органічні сполуки. До останніх належать оцтова кислота, мурашина, олеїнова кислота. Обидві групи речовин мають схожі характеристики. Так, вони вступають у реакцію нейтралізації з основами, реагують із солями та основними оксидами. Практично всі кисневмісні кислоти у водних розчинах дисоціюють на іони, будучи провідниками другого роду. Визначити кислий характер їхнього середовища, зумовлену надмірною присутністю водневих іонів, можна за допомогою індикаторів. Наприклад, фіолетовий лакмус при додаванні його в розчин кислоти набуває червоного забарвлення. Типовим представником органічних сполук є оцтова кислота, що містить карбоксильну групу. До неї входить атом водню, який і обумовлює кислотні речовини. Це безбарвна рідина зі специфічним різким запахом, що кристалізується при температурі нижче 17 °С. CH 3 COOH, як і інші кисневмісні кислоти, чудово розчиняється у воді в будь-яких пропорціях. Її 3 - 5% розчин відомий у побуті під назвою оцту, який використовують у кулінарії як приправу. Речовина знайшла своє застосування також у виробництві ацетатного шовку, барвників, пластичних мас та деяких лікарських засобів.

Органічні сполуки, що містять кисень

У хімії можна виділити велику групу речовин, що містять, крім вуглецю та водню, ще й кисневі частки. Це карбонові кислоти, ефіри, альдегіди, спирти та феноли. Усі їх хімічні властивості визначаються присутністю у молекулах спеціальних комплексів – функціональних груп. Наприклад, спирту, що містить лише граничні зв'язки між атомами - ROH, де R - вуглеводневий радикал. Ці сполуки прийнято розглядати як похідні алканів, які мають один водневий атом заміщений гідроксогрупою.

Фізичні та хімічні властивості спиртів

Агрегатний стан спиртів – це рідини або тверді сполуки. p align="justify"> Серед спиртів немає газоподібних речовин, що можна пояснити утворенням асоціатів - груп, що складаються з декількох молекул, з'єднаних слабкими водневими зв'язками. Цим фактом визначається і відмінна розчинність нижчих спиртів у воді. Однак у водних розчинах кисневмісні органічні речовини - спирти, що не дисоціюють на іони, не змінюють колір індикаторів, тобто мають нейтральну реакцію. Атом водню функціональної групи слабко пов'язані з іншими частинками, у хімічних взаємодіях здатний залишати межі молекули. За місцем вільної валентності відбувається його заміщення на інші атоми, наприклад, в реакціях з активними металами або з лугами - на атоми металу. У присутності каталізаторів, таких як платинова сітка або мідь, спирти окислюються енергійними окислювачами - біхроматом або перманганатом калію, до альдегідів.

Реакція етерифікації

Одна з найважливіших хімічних властивостей органічних речовин, що містять кисень: спиртів і кислот - це реакція, що призводить до отримання складних ефірів. Вона має велике практичне значення і використовується в промисловості для добування естерів, які застосовують як розчинники, в харчовій промисловості (у вигляді фруктових есенцій). У медицині деякі з ефірів застосовують як спазмолітики, наприклад, етилнітрит розширює периферичні кровоносні судини, а ізоамілнітрит є протектором спазмів коронарних артерій. Рівняння реакції етерифікації має такий вигляд:

CH3COOH+C2H5OH<--(H2SO4)-->CH3COOC2H5+H2O

У ній CH 3 COOH – це оцтова кислота, а C 2 H 5 OH – хімічна формула спирту етанолу.

Альдегіди

Якщо з'єднання містить функціональну групу -COH, воно належить до альдегідів. Їх представляють продукти подальшого окислення спиртів, наприклад, такими окислювачами, як оксид міді.

Присутність карбонільного комплексу в молекулах мурашиного або оцтового альдегіду зумовлюють їхню здатність полімеризуватися та приєднувати атоми інших хімічних елементів. Якісними реакціями, за допомогою яких можна довести наявність карбонільної групи та приналежність речовини до альдегідів, є реакція срібного дзеркала та взаємодія з гідроокисом міді при нагріванні:

Найбільше застосування отримав ацетальдегід, що використовується в промисловості для оцтової кислоти - багато тоннажного продукту органічного синтезу.

Властивості кисневмісних органічних сполук - карбонових кислот

Наявність карбоксильної групи – однієї чи кількох – це відмінна риса карбонових кислот. Завдяки будові функціональної групи в розчинах кислот можуть утворюватися димери. Вони пов'язані між собою водневими зв'язками. З'єднання дисоціюють на катіони водню та аніони кислотного залишку та є слабкими електролітами. Винятком є ​​перший представник низки граничних одноосновних кислот - мурашина, або метанова, що є провідником другого роду середньої сили. Присутність у молекулах тільки простих сигма-зв'язків говорить про граничність, якщо ж речовини мають у своєму складі подвійні пі-зв'язки – це ненасичені речовини. До першої групи належать такі кислоти, як метанова, оцтова, олійна. Друга представлена ​​сполуками, що входять до складу рідких жирів - масел, наприклад, олеїнової кислоти. Хімічні властивості кисневмісних сполук: органічних та неорганічних кислот багато в чому схожі. Так, вони можуть взаємодіяти з активними металами, їх оксидами, лугами, а також зі спиртами. Наприклад, оцтова кислота реагує з натрієм, оксидом та з утворенням солі - ацетату натрію:

NaOH + CH3COOH→NaCH3COO + H2O

Особливе місце займають сполуки вищих карбонових кисневмісних кислот: стеаринової та пальмітинової, з триатомним граничним спиртом – гліцерином. Вони відносяться до складних ефірів та називаються жирами. Ці кислоти входять до складу солей натрію і калію як кислотного залишку, утворюючи мила.

Важливі органічні сполуки, широко поширені в живій природі і відіграють провідну роль найбільш енергоємної речовини - це жири. Вони є не індивідуальною сполукою, а сумішом різнорідних гліцеридів. Це сполуки граничного багатоатомного спирту - гліцерину, який, як метанол і фенол, містить гідроксильні функціональні групи. Жири можна піддати гідролізу - нагріванню з водою у присутності каталізаторів: лугів, кислот, оксидів цинку, магнію. Продуктами реакції будуть гліцерин та різні карбонові кислоти, що надалі використовуються для виробництва мила. Щоб у цьому процесі не використовувати дорогі природні необхідні карбонові кислоти одержують, окислюючи парафін.

Феноли

Закінчуючи розглядати класи кисневмісних сполук, зупинимося на фенолах. Вони представлені радикалом феніл -C 6 H 5 , з'єднаним з однією або декількома функціональними гідроксильними групами. Найпростіший представник цього класу – карболова кислота, або фенол. Як дуже слабка кислота, він може взаємодіяти з лугами та активними металами – натрієм, калієм. Речовина з яскраво вираженими бактерицидними властивостями - фенол застосовується в медицині, а також при виробництві барвників та фенолформальдегідних смол.

У нашій статті ми вивчили основні класи кисневмісних сполук, а також розглянули їх хімічні властивості.

Гідратація алкенів

У присутності сильних мінеральних кислот алкени вступають у реакцію гідратації з утворенням спиртів:

У разі несиметричних алкенів приєднання відбувається відповідно до правила Марковникова – атом водню молекули води приєднується до більш гідрованого атома вуглецю, а гідрокси-група до менш гідрованого при подвійному зв'язку:

Гідрування (відновлення) альдегідів та кетонів

Гідрування альдегідів на металевих каталізаторах (Pt, Pd або Ni) при нагріванні призводить до утворення первинних спиртів:

В аналогічних умовах з кетонів виходять вторинні спирти:

Гідроліз складних ефірів

При дії на складні ефіри сильних мінеральних кислот вони піддаються гідролізу з утворенням спирту та карбонової кислоти:

Гідроліз складних ефірів у присутності лугів називають омиленням. Цей процес є незворотним і призводить до утворення спирту та солі карбонової кислоти:

Цей процес протікає за дією на моногалогенпохідні вуглеводнів водного розчину лугу:

Інші способи одержання окремих представників одноатомних спиртів

Спиртове бродіння глюкози

У присутності деяких дріжджів, точніше під дією ферментів, що виробляються ними, можливе утворення етилового спирту з глюкози. При цьому як побічний продукт утворюється також вуглекислий газ:

Отримання метанолу із синтез-газу

Синтез-газом називають суміш чадного газу та водню. Дією на дану суміш каталізаторів, нагрівання та підвищених тисків у промисловості отримують метанол:

Отримання багатоатомних спиртів

Реакція Вагнера (м'яке окиснення алкенів)

При дії на алкени нейтрального розчину перманганату калію на холоді (0 o C) утворюються віцинальні двоатомні спирти (діоли):

Схема, подана вище, перестав бути повноцінним рівнянням реакції. У такому вигляді її простіше запам'ятати, щоб зуміти відповісти на окремі питання тестові питання ЄДІ. Однак, якщо дана реакція потрапить у завдання високої складності, то її рівняння обов'язково потрібно записувати в повному вигляді:

Хлорування алкенів із наступним гідролізом

Цей метод є двостадійним і у тому, що у першої стадії алкен входить у реакцію приєднання з галогеном (хлором чи бромом). Наприклад:

А на другий, отриманий дигалогеналкан піддається обробці водним розчином лугу:

Одержання гліцерину

Основним промисловим способом отримання гліцерину є лужний гідроліз жирів (омилення жирів):

Одержання фенолу

Тристадійний метод через хлорбензол

Цей метод є тристадійним. На першій стадії здійснюють бромування або хлорування бензолу у присутності каталізаторів. Залежно від використовуваного галогену (Br 2 або Cl 2 ) як каталізатор використовується відповідний галогенід алюмінію або заліза (III)

На другій стадії отримане вище галогенпохідне обробляється водним розчином лугу:

На третьому етапі фенолят натрію обробляється сильною мінеральною кислотою. Фенол витісняється оскільки є слабкою кислотою, тобто. малодисоціюючою речовиною:

Окислення кумолу

Отримання альдегідів та кетонів

Дегідрування спиртів

При дегідруванні первинних та вторинних спиртів на мідному каталізаторі при нагріванні виходять альдегіди та кетони відповідно

Окислення спиртів

При неповному окисленні первинних спиртів виходять альдегіди, а вторинних – кетони. У загальному вигляді схеми такого окиснення можна записати як:

Як можна помітити неповне окислення первинних та вторинних спиртів призводить до тих же продуктів, що і дегідрування цих спиртів.

Як окислювач можна використовувати оксид міді при нагріванні:

Або інші сильніші окислювачі, наприклад розчин перманганату калію в кислому, нейтральному, або лужному середовищі.

Гідратація алкінів

У присутності солей ртуті (часто разом із сильними кислотами) алкіни вступають у реакцію гідратації. У разі етину (ацетилену) утворюється альдегід, у разі будь-якого іншого алкіну - кетон:

Піроліз солей карбонових кислот двовалентних металів

При нагріванні солей карбонових кислот двовалентних металів, наприклад, лужноземельних, утворюється кетон і карбонат відповідного металу:

Гідроліз гемінальних дигалогенпохідних

Лужний гідроліз гемінальних дигалогенпохідних різних вуглеводнів призводить до альдегідів, якщо атоми хлору були прикріплені до крайнього атома вуглецю і до кетонів, якщо не до крайнього:

Каталітичне окиснення алкенів

Каталітичним окисленням етилену одержують ацетальдегід:

Одержання карбонових кислот

Каталітичне окиснення алканів

Окислення алкенів та алкінів

Для цього найчастіше використовують підкислений розчин перманганату чи дихромату калію. При цьому відбувається розрив кратного вуглець-вуглецевого зв'язку:

Окислення альдегідів та первинних спиртів

У цьому способі одержання карбонових кислот також найбільш поширені використовувані окислювачі це підкислений розчин перманганату або дихромату калію:

За допомогою гідролізу тригалогензаміщених вуглеводнів

На першій стадії тригалогеналкан піддається обробці водним розчином лугу. При цьому утворюється сіль карбонової кислоти:

На другій стадії слід обробка солі карбонової кислоти сильною мінеральною кислотою. Т.к. карбонові кислоти є слабкими, вони легко витісняються сильними кислотами:

Гідроліз складних ефірів

Із солей карбонових кислот

Ця реакція вже була розглянута при отриманні карбонових кислот за допомогою гідролізу тригалогенпроізодних (див. вище). Полягає в тому, що карбонові кислоти, будучи слабкими, легко витісняються сильними неорганічними кислотами:

Специфічні методи одержання кислот

Одержання мурашиної кислоти з чадного газу

Даний метод є промисловим і полягає в тому, що на першій стадії чадний газ під тиском при високих температурах реагує з безводним лугом:

а на другий отриманий форміат обробляють сильною неорганічною кислотою:

2HCOONa + H 2 SO 4 > 2HCOOH + Na 2 SO 4

Кисень надає органічним речовин цілий комплекс характерних властивостей.

Кисень двовалентний, має дві валентні електронні пари і характеризується високою електронегативністю (х = 3,5). Між атомами вуглецю та кисню утворюються міцні хімічні зв'язки, що видно вже на прикладі молекул С02. Одинарний зв'язок С-0 (£ св = 344 кДж/моль) майже так само міцний, як зв'язок С-С (Еса = 348 кДж/моль), а подвійний зв'язок С=0 ( Е св = 708 кДж/моль) суттєво міцніше, ніж зв'язок С=С (Е св == 620 кДж/моль). Тому в молекулах органічних речовин звичайні перетворення, які ведуть освіті подвійних зв'язків С=0. З цієї ж причини нестійка вугільна кислота:

Гідроксогрупа, яка перебуває при подвійному зв'язку, перетворюється на окси-групу (див. вище).

Кисень надасть полярності молекулам органічних речовин. Між молекулами посилюється тяжіння, значно підвищуються температури плавлення та кипіння. При звичайних умовах серед кисневмісних речовин дуже мачо газів - тільки ефір СН 3 ОСН 3 формальдегід СН 2 0 і оксид етилену СН 2 СН 2 0.

Кисень сприяє утворенню водневих зв'язків як донор, і як акцептор водню. Водневі зв'язки посилюють тяжіння молекул, а у разі досить складних молекул надають їм певної просторової структури. Вплив полярності та водневих зв'язків на властивості речовини видно на прикладі вуглеводню, кетону та спирту

Полярністю та утворенням водневих зв'язків обумовлена ​​хороша розчинність кисневмісних органічних речовин у воді.

Кисень у тому мірою надає органічним речовинам кислотні властивості. Крім класу кислот, властивості яких очевидні з назви, кислотні властивості виявляють феноли та спирти.

Ще одна загальна властивість кисневмісних речовин полягає в легкій окислюваності атома вуглецю, пов'язаного одночасно з киснем та воднем. Це очевидно з наступних ланцюжків реакцій, що обриваються при втраті вуглеводом останнього атома водоводу:

містить оксигрупу та вважається гетерофункціональною кислотою.

Спирти та прості ефіри

Назва цілого класу органічних речовин спирти(від лат. "spiritus" - дух) походить від "діючого початку" суміші, що виходить при зброджуванні плодових соків та інших систем, що містять цукор. Це чинний початок - винний спирт, етанол С2Н5ОН, відокремлюється від води та нелетких розчинених речовин при перегонці суміші. Інша назва спирту - алкоголь -арабського походження.

Спиртами називаються органічні сполуки, у яких є гідроксогрупа, пов'язана з $р 3 -атомом вуглецю вуглеводневого радикала.

Спирти можна розглядати як продукти заміщення одного атома водню у воді на вуглеводневий радикал. Спирти утворюють гомологічні ряди (табл. 22.5), що відрізняються за природою радикалів і числом гідроксогруп.

Таблиця 22.5

Деякі гомологічні ряди спиртів

"Тліколями та гліцеринами називаються поліфункціональні спирти з ОН-групами у сусідніх атомів вуглецю.

Гідроксогрупа при ненасичених атомах вуглецю нестійка, оскільки перетворюється на карбонільну групу. Вініловий спирт знаходиться в незначній кількості в рівновазі з альдегідом:

Є речовини, в яких гідроксогрупа пов'язана з я/г-атомом вуглецю ароматичного кільця, вони розглядаються в якості особливого класу сполук - фенолів.

У спиртах можлива ізомерія вуглецевого скелета та положення функціональної групи. У ненасичених спиртів виникає також ізомерія положення кратного зв'язку і просторова ізомерія. Ізомерні спирти сполуки класу простих ефірів. Серед спиртів розрізняють різновиди, які називаються первинними, вториннимиі третиннимиспиртами. Це з характером вуглецевого атома, у якому перебуває функціональна група.

Приклад 22.12. Напишіть формули первинного, вторинного та третинного спиртів із чотирма атомами вуглецю.

Рішення.

Розглянемо докладніше гомологічний ряд граничних спиртів. Перші 12 членів цього ряду є рідиною. Метанол, етанол і пропанол змішуються з водою у будь-яких співвідношеннях внаслідок структурної подібності до води. Далі по гомологічному ряду розчинність спиртів зменшується, так як великі (за кількістю атомів) вуглеводневі радикали все сильніше витісняються з водного середовища, подібно до вуглеводнів. Цю властивість називають гідрофобністю.На противагу радикалу гідроксогрупа притягується до води, утворюючи водневий зв'язок із водою, тобто. виявляє гідрофільність.У вищих спиртів (п'ять і більше атомів вуглецю) виявляється властивість поверхневої активності- здатність концентруватися біля поверхні води за рахунок виштовхування гідрофобного радикалу (рис. 22.3).

Мал. 22.3.

Поверхнево-активні речовини обволікають краплі рідин та сприяють утворенню стійких емульсій. На цьому ґрунтується дія миючих засобів. Поверхневу активність можуть виявляти як спирти, а й речовини інших класів.

Більшість розчинних у воді спиртів отруйні. До найменш отруйним відносяться етанол та гліцерин. Але, як відомо, етанол небезпечний тим, що викликає звикання людини до його вживання. Найпростіший із спиртів метанол схожий на етанол на запах, але вкрай отруйний. Відомо безліч випадків отруєння людей внаслідок помилкового прийому внутрішньо.

метанолу замість етанолу. Цьому сприяє величезний обсяг промислового застосування метанолу. Найпростіший двоатомний спирт етиленгліколь 2 Н 4 (ОН) 2 у великій кількості використовується для виробництва полімерних волокон. Розчин його застосовується як антифриз для охолодження автомобільних двигунів.

Одержання спиртів.Розглянемо кілька загальних методів.

1. Гідроліз галогенпохідних вуглеводнів. Реакції проводять у лужному середовищі:

Приклад 22.13. Напишіть реакції отримання етиленгліколю методом гідролізу галогенпохідних, взявши вихідну речовину етилен.

2. Приєднання води до алкенів. p align="justify"> Найбільше значення має реакція приєднання води до етилену з утворенням етанолу. Реакція досить швидко йде при високій температурі, але при цьому рівновага сильно зміщується вліво і знижується вихід спирту. Тому необхідно створення високого тиску та застосування каталізатора, що дозволяє досягти тієї ж швидкості процесу за більш низької температури (подібно до умов синтезу аміаку). Етанол отримують гідратацією етилену при -300°З тиску 60-70 атм:

Каталізатором є фосфорна кислота, нанесена на оксид алюмінію.

3. Є спеціальні способи отримання етанолу і метанолу. Перший виходить широко відомим біохімічним способом зброджування вуглеводів, які спочатку розщеплюються до глюкози:

Метанол одержують синтетичним шляхом з неорганічних речовин:

Реакцію проводять при 200-300°З тиску 40- 150 атм із застосуванням складного каталізатора Си0/2п0/А1 2 0 3 /Сг 2 0 3 . Важливість цього промислового процесу зрозуміла речей, щорічно виробляється понад 14 млн т метанолу. Він використовується головним чином органічному синтезі для метилювання органічних речовин. Приблизно в такій кількості виробляється і етанол.

Хімічні характеристики спиртів.Спирти можуть жменю та окислюватися. Суміш етилового спирту з вуглеводнями іноді використовується як паливо для автомобільних двигунів. Окислення спиртів без порушення вуглецевої структури зводиться до втрати водню та приєднання атомів кисню. У промислових процесах пари спиртів окислюються киснем. У розчинах спирти окислюються перманганатом калію, дихроматом калію та іншими окислювачами. З первинного спирту при окисленні виходить альдегід:

При надлишку окислювача альдегід відразу ж окислюється до органічної кислоти:

Вторинні спирти окислюються до кетонів:

Третичні спирти можуть окислюватися лише у жорстких умовах із частковою деструкцією вуглецевого скелета.

Кислотні властивості.Спирти реагують з активними металами з виділенням водню та утворенням похідних із загальною назвою алкоксиди (метоксиди, етоксиди тощо):

Реакція йде спокійніше, ніж аналогічна реакція з водою. Водень, що виділяється, не спалахує. Цим способом знищують залишки натрію після хімічних експериментів. Реакція такого роду означає, що спирти виявляють кислотні властивості. Це наслідок полярності зв'язку О-Н. Проте спирт практично не реагує із лугом. Цей факт дозволяє уточнити силу кислотних властивостей спиртів: це слабкіші кислоти, ніж вода. Етоксид натрію практично повністю гідролізується з утворенням розчину спирту та лугу. Дещо сильніші кислотні властивості гліколів і гліцеринів внаслідок взаємного індуктивного ефекту ОН-груп.

Багатоатомні спирти утворюють комплексні сполуки з іонами деяких ^/-елементів. У лужному середовищі іон міді замінює відразу два іони водню в молекулі гліцерину з утворенням комплексу синього кольору:

При підвищенні концентрації іонів Н+ (для цього додають кислоту) рівновага зміщується вліво та забарвлення зникає.

Реакції нуклеофільного заміщення гідроксогрупи.Спирти реагують з хлороводнем та іншими галогеноводородами:

Реакція каталізується іоном водню. Спочатку Н+ приєднується до кисню, акцептуючи його електронну пару. У цьому виявляються основні властивості спирту:

Іон, що утворюється, нестійкий. Він не може бути виділений з розчину у складі твердої солі подібно до іону амонію. Приєднання Н+ викликає додаткове зміщення електронної пари від вуглецю до кисню, що полегшує атаку нуклеофільної частки на вуглець:

Зв'язок вуглецю з хлорид-іоном посилюється в міру розриву зв'язку вуглецю з киснем. Реакція закінчується визволенням молекули води. Однак реакція оборотна, і при нейтралізації хлороводню рівновагу зміщується вліво. Відбувається гідроліз.

Гідроксогрупа в спиртах заміщається також у реакціях з кисневмісними кислотами з утворенням ефірів. Гліцерин з азотною кислотою утворює нітрогліцерин, що застосовується як засіб, що знімає спазми судин серця:

З формули зрозуміло, що традиційна назва речовини неточна, оскільки фактично це нітрат гліцерину – ефір азотної кислоти та гліцерину.

При нагріванні етанолу із сірчаною кислотою одна молекула спирту виступає як нуклеофільний реагент по відношенню до іншої. В результаті реакції утворюється простий ефір етоксиетану:

На схемі виділено деякі атоми, щоб легше було простежити їх перехід у продукти реакції. Одна молекула спирту спочатку приєднує каталізатор - іон Н+, а кисневий атом іншої молекули передає електронну пару вуглецю. Після відщеплення води та дисоціації Н 4 виходить молекула простого ефіру. Цю реакцію називають ще міжмолекулярною дегідратацією спирту. Є також метод отримання простих ефірів із різними радикалами:

Прості ефіри летючі речовини, ніж спирти, оскільки між їх молекулами не утворюються водневі зв'язки. Етанол кипить при 78°С, яке ізомер ефір СН3ОСН3 - при -23,6°С. Прості ефіри не гідролізуються до спиртів при кип'ятінні з розчинами лугів.

Дегідратація спиртів.Спирти можуть розкладатися з відщепленням води так само, як галоген похідні вуглеводнів з відщепленням галогеноводороду. В отриманні спиртів з алкену та води (див. вище) є і зворотна реакція елімінування води. Різниця в умовах приєднання та відщеплення води полягає в тому, що приєднання йде під тиском при надлишку парів води щодо алкену, а відщеплення походить від окремо взятого спирту. Така дегідратація називається внутрішньомолекулярною. Вона йде також у суміші спирту із сірчаною кислотою при ~150°С.

Характерні хімічні властивості граничних одноатомних та багатоатомних спиртів, фенолу

Граничні одноатомні та багатоатомні спирти

Спиртами (або алканолами) називають органічні речовини, молекули яких містять одну або кілька гідроксильних груп (груп $-ОН$), з'єднаних з вуглеводневим радикалом.

За кількістю гідроксильних груп (атомності) спирти поділяються на:

- одноатомні, наприклад:

$(CH_3-OH)↙(метанол(метиловий спирт))$ $(CH_3-CH_2-OH)↙(етанол(етиловий спирт))$

— двоатомні (гліколі), наприклад:

$(OH-CH_2-CH_2-OH)↙(етандіол-1,2(етиленгліколь))$

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

— триатомні, наприклад:

За характером вуглеводневого радикалу виділяють такі спирти:

— граничні, що містять в молекулі лише граничні вуглеводневі радикали, наприклад:

— ненасичені, що містять в молекулі кратні (подвійні та потрійні) зв'язки між атомами вуглецю, наприклад:

$(CH_2=CH-CH_2-OH)↙(пропен-2-ол-1 (аліловий спирт))$

— ароматичні, тобто. спирти, що містять у молекулі бензольне кільце та гідроксильну групу, пов'язані один з одним не безпосередньо, а через атоми вуглецю, наприклад:

Органічні речовини, що містять у молекулі гідроксильні групи, пов'язані безпосередньо з атомом вуглецю бензольного кільця, суттєво відрізняються за хімічними властивостями від спиртів і тому виділяються у самостійний клас органічних сполук – феноли. Наприклад:

Існують і поліатомні (багатоатомні) спирти, що містять більше трьох гідроксильних груп у молекулі. Наприклад, найпростіший шестиатомний спирт гексаол (сорбіт):

Номенклатура та ізомерія

При утворенні назв спиртів до назви вуглеводню, що відповідає спирту, додають родовий суфікс -ол.Цифрами після суфікса вказують положення гідроксильної групи в головному ланцюзі, а префіксами ді-, три-, тетра-і т. д. - їх число:

У нумерації атомів вуглецю в головному ланцюгу положення гідроксильної групи пріоритетне перед положенням кратних зв'язків:

Починаючи з третього члена гомологічного ряду, у спиртів з'являється ізомерія становища функціональної групи (пропанол-1 і пропанол-2), а з четвертого - ізомерія вуглецевого скелета (бутанол-1, 2-метилпропанол-1). Для них характерна і міжкласова ізомерія - спирти ізомерні простим ефірам:

$(CH_3-CH_2-OH)↙(етанол)$ $(CH_3-O-CH_3)↙(диметиловий ефір)$

спиртів

Фізичні властивості.

Спирти можуть утворювати водневі зв'язки між молекулами спирту, так і між молекулами спирту і води.

Водневі зв'язки виникають при взаємодії частково позитивно зарядженого атома водню однієї молекули спирту та частково негативно зарядженого атома кисню іншої молекули. Саме завдяки водневим зв'язкам між молекулами спирти мають аномально високі для своєї молекулярної маси температури кипіння. Так, пропан із відносною молекулярною масою $44$ за звичайних умов є газом, а найпростіший із спиртів — метанол, маючи відносну молекулярну масу $32$, за звичайних умов — рідину.

Нижчі та середні члени низки граничних одноатомних спиртів, що містять від $1$ до $11$ атомів вуглецю, — рідини. Вищі спирти (починаючи з $С_(12)Н_(25)ОН$) за кімнатної температури — тверді речовини. Нижчі спирти мають характерний алкогольний запах та пекучий смак, вони добре розчиняються у воді. У міру збільшення вуглеводневого радикалу розчинність спиртів у воді знижується, а октанол вже не поєднується з водою.

Хімічні властивості.

Властивості органічних речовин визначаються їх складом та будовою. Спирти підтверджують загальне правило. Їх молекули включають в себе вуглеводневі і гідроксильні радикали, тому хімічні властивості спиртів визначаються взаємодією і впливом один на одного цих груп. Характерні для цього класу сполук властивості обумовлені наявністю гідроксильної групи.

1. Взаємодія спиртів із лужними та лужноземельними металами.Для виявлення впливу вуглеводневого радикалу на гідроксильну групу необхідно порівняти властивості речовини, що містить гідроксильну групу і вуглеводневий радикал, з одного боку, і речовини, що містить гідроксильну групу і не містить вуглеводневий радикал, - з іншого. Такими речовинами можуть бути, наприклад, етанол (або інший спирт) та вода. Водень гідроксильної групи молекул спиртів і молекул води здатний відновлюватися лужними та лужноземельними металами (заміщатися на них):

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

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

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

2. Взаємодія спиртів із галогеноводородами.Заміщення гідроксильної групи на галоген призводить до утворення галогеналканів. Наприклад:

$C_2H_5OH+HBr⇄C_2H_5Br+H_2O$.

Ця реакція оборотна.

3. Міжмолекулярна дегідратація спиртів- Відщеплення молекули води від двох молекул спирту при нагріванні в присутності водовіднімних засобів:

Внаслідок міжмолекулярної дегідратації спиртів утворюються прості ефіри.Так, при нагріванні етилового спирту із сірчаною кислотою до температури від $100$ до $140°С$ утворюється діетиловий (сірчаний) ефір:

4. Взаємодія спиртівз органічними та неорганічними кислотами з утворенням складних ефірів ( реакція етерифікації):

Реакція етерифікації каталізується сильними неорганічними кислотами.

Наприклад, при взаємодії етилового спирту та оцтової кислоти утворюється оцтовоетиловий ефір. етилацетат:

5. Внутрішньомолекулярна дегідратація спиртіввідбувається при нагріванні спиртів у присутності водовіднімних засобів до вищої температури, ніж температура міжмолекулярної дегідратації. В результаті утворюються алкени. Ця реакція обумовлена ​​наявністю атома водню та гідроксильної групи при сусідніх атомах вуглецю. Як приклад можна навести реакцію отримання етену (етилену) при нагріванні етанолу вище $140°С$ у присутності концентрованої сірчаної кислоти:

6. Окислення спиртівзазвичай проводять сильними окислювачами, наприклад дихроматом калію або перманганатом калію в кислому середовищі. При цьому дія окислювача спрямовується на атом вуглецю, який вже пов'язаний з гідроксильною групою. Залежно від природи спирту та умов проведення реакції можуть утворюватись різні продукти. Так, первинні спирти окислюються спочатку в альдегіди, а потім у карбонові кислоти:

При окисненні вторинних спиртів утворюються кетони:

Третичні спирти досить стійкі до окиснення. Однак у жорстких умовах (сильний окислювач, висока температура) можливе окислення третинних спиртів, що відбувається з розривом вуглець-вуглецевих зв'язків, найближчих до гідроксильної групи.

7. Дегідрування спиртів.При пропущенні пар спирту при $200-300°С$ над металевим каталізатором, наприклад міддю, сріблом або платиною, первинні спирти перетворюються на альдегіди, а вторинні - на кетони:

Присутністю в молекулі спирту одночасно кількох гідроксильних груп зумовлені специфічні властивості багатоатомних спиртів, які здатні утворювати розчинні у воді яскраво-сині комплексні сполуки при взаємодії зі свіжоотриманим осадом міді гідроксиду (II). Для етиленгліколю можна записати:

Одноатомні спирти не здатні вступати до цієї реакції. Тому вона є якісною реакцією на багатоатомні спирти.

Фенол

Будова фенолів

Гідроксильна група в молекулах органічних сполук може бути пов'язана з ароматичним ядром безпосередньо, а може бути відокремлена від нього одним або декількома атомами вуглецю. Очікується, що залежно від цієї властивості, речовини істотно відрізнятимуться один від одного через взаємний вплив груп атомів. Органічні сполуки, що містять ароматичний радикал феніл $С_6Н_5$—, безпосередньо пов'язаний з гідроксильною групою, виявляють особливі властивості, відмінні від властивостей спиртів. Такі сполуки називають фенолами.

Феноли - органічні речовини, молекули яких містять радикал феніл, пов'язаний з однією або декількома гідроксогруп.

Як і спирти, феноли класифікують по атомності, тобто. за кількістю гідроксильних груп.

Одноатомні фенолимістять у молекулі одну гідроксильну групу:

Багатоатомні фенолимістять у молекулах більше однієї гідроксильної групи:

Існують інші багатоатомні феноли, що містять три і більше гідроксильні групи в бензольному кільці.

Познайомимося докладніше з будовою та властивостями найпростішого представника цього класу – фенолом $С_6Н_5ОН$. Назва цієї речовини лягла в основу назви всього класу - феноли.

Фізичні та хімічні властивості

Фізичні властивості.

Фенол - тверда, безбарвна, кристалічна речовина, $t°_(пл.)=43°С, t°_(кип.)=181°С$, з різким характерним запахом. Отруйний. Фенол за кімнатної температури незначно розчиняється у воді. Водний розчин фенолу називають карболової кислоти. При попаданні на шкіру він спричиняє опіки, тому з фенолом необхідно поводитися обережно!

Хімічні властивості.

Кислотні властивості.Як було зазначено, атом водню гідроксильної групи має кислотним характером. Кислотні властивості у фенолу виражені сильніше, ніж у води та спиртів. На відміну від спиртів та води, фенол реагує не тільки з лужними металами, а й з лугами з утворенням фенолятів:

Однак кислотні властивості у фенолів виражені слабше, ніж у неорганічних та карбонових кислот. Так, наприклад, кислотні властивості фенолу приблизно в $3000 разів слабше, ніж у вугільної кислоти. Тому, пропускаючи через водний розчин натрію феноляту вуглекислий газ, можна виділити вільний фенол:

Додавання до водного розчину феноляту натрію соляної або сірчаної кислоти також призводить до утворення фенолу:

Якісна реакція на фенол.

Фенол реагує з хлоридом заліза (III) з утворенням інтенсивно забарвленого у фіолетовий колір комплексної сполуки.

Ця реакція дозволяє виявляти його навіть у дуже обмежених кількостях. Інші феноли, що містять одну або кілька гідроксильних груп у бензольному кільці, також дають яскраве фарбування синьо-фіолетових відтінків реакції з хлоридом заліза (III).

Реакції бензольного кільця

Наявність гідроксильного заступника значно полегшує перебіг реакцій електрофільного заміщення у бензольному кільці.

1. Бромування фенолу.На відміну від бензолу для бромування фенолу не потрібно додавання каталізатора (броміду заліза (III)).

Крім того, взаємодія з фенолом протікає селективно (виборчо): атоми брому спрямовуються в орто-і параположения, заміщаючи атоми водню, що знаходяться там. Селективність заміщення пояснюється розглянутими особливостями електронної будови молекули фенолу.

Так, при взаємодії фенолу з бромною водою утворюється білий осад 2,4,6-трибромфенолу:

Ця реакція, як і, як і з хлоридом заліза (III), служить якісного виявлення фенолу.

2. Нітрування фенолутакож відбувається легше, ніж нітрування бензолу. Реакція з розведеною азотною кислотою йде за кімнатної температури. В результаті утворюється суміш орто-і пара-ізомерів нітрофенолу:

При використанні концентрованої азотної кислоти утворюється вибухова речовина. 2,4,6-тринітрофенол(пікринова кислота):

3. Гідрування ароматичного ядра фенолуу присутності каталізатора відбувається легко:

4.Поліконденсація фенолу з альдегідами, зокрема з формальдегідом, відбувається з утворенням продуктів реакції - фенолформальдегідних смол та твердих полімерів.

Взаємодія фенолу з формальдегідом можна описати схемою:

Ви, напевно, помітили, що в молекулі димера зберігаються «рухливі» атоми водню, а значить, можливе подальше продовження реакції при достатній кількості реагентів:

Реакція поліконденсації,тобто. реакція отримання полімеру, що протікає з виділенням побічного низькомолекулярного продукту (води), може продовжуватися і далі (до витрачання одного з реагентів) з утворенням величезних макромолекул. Процес можна описати сумарним рівнянням:

Утворення лінійних молекул відбувається за нормальної температури. Проведення цієї реакції при нагріванні призводить до того, що утворюється продукт має розгалужену будову, він твердий і нерозчинний у воді. Внаслідок нагрівання фенолформальдегідної смоли лінійної будови з надлишком альдегіду виходять тверді пластичні маси з унікальними властивостями. Полімери на основі фенолформальдегідних смол застосовують для виготовлення лаків і фарб, пластмасових виробів, стійких до нагрівання, охолодження, дії води, лугів та кислот, що мають високі діелектричні властивості. З полімерів на основі фенолформальдегідних смол виготовляють найбільш відповідальні та важливі деталі електроприладів, корпуси силових агрегатів та деталі машин, полімерну основу друкованих плат для радіоприладів. Клеї на основі фенолформальдегідних смол здатні надійно з'єднувати деталі різної природи, зберігаючи найвищу міцність з'єднання в дуже широкому діапазоні температур. Такий клей використовується для кріплення металевого цоколя ламп освітлення до скляної колби. Тепер вам зрозуміло, чому фенол та продукти на його основі знаходять широке застосування.

Характерні хімічні властивості альдегідів, граничних карбонових кислот, складних ефірів

Альдегіди та кетони

Альдегіди – органічні речовини, молекули яких містять карбонільну групу. , сполучену з атомом водню та вуглеводневим радикалом

Загальна формула альдегідів має вигляд:

У найпростішому альдегіді - формальдегіді - роль вуглеводневого радикалу відіграє другий атом водню:

Карбонільну групу, пов'язану з атомом водню, називають альдегідної:

Органічні речовини, у молекулах яких карбонільна група пов'язана з двома вуглеводневими радикалами, називають кетонами.

Очевидно, загальна формула кетонів має вигляд:

Карбонільну групу кетонів називають кетогрупою.

У найпростішому кетоні - ацетоні - карбонільна група пов'язана з двома метильними радикалами:

Номенклатура та ізомерія

Залежно від будови вуглеводневого радикалу, пов'язаного з альдегідною групою, розрізняють граничні, ненасичені, ароматичні, гетероциклічні та інші альдегіди:

Відповідно до номенклатури ІЮПАК назви граничних альдегідів утворюються від назви алкану з тим самим числом атомів вуглецю в молекулі за допомогою суфікса -аль.Наприклад:

Нумерацію атомів вуглецю головного ланцюга починають із атома вуглецю альдегідної групи. Тому альдегідна група завжди розташовується при першому атомі вуглецю, і вказувати її положення немає необхідності.

Поряд із систематичною номенклатурою використовують і тривіальні назви альдегідів, що широко застосовуються. Ці назви, як правило, утворені від назв карбонових кислот, що відповідають альдегідам.

Для назви кетонів за систематичною номенклатурою кетогрупу позначають суфіксом -вінта цифрою, яка вказує номер атома вуглецю карбонільної групи (нумерацію слід починати від найближчого до кетогрупи кінця ланцюга). Наприклад:

Для альдегідів характерний лише один вид структурної ізомерії - ізомерія вуглецевого скелета, яка можлива з бутаналю, а для кетонів - також ізомерія положення карбонільної групи. Крім цього, для них характерна і міжкласова ізомерія (пропаналь та пропанон).

Тривіальні назви та температури кипіння деяких альдегідів.

Фізичні та хімічні властивості

Фізичні властивості.

У молекулі альдегіду або кетону внаслідок більшої електронегативності атома кисню порівняно з вуглецевим атомом зв'язок $С=О$ сильно поляризований за рахунок усунення електронної щільності $π$-зв'язку до кисню:

Альдегіди та кетони - полярні речовини з надмірною електронною щільністю на атомі кисню. Нижчі члени ряду альдегідів та кетонів (формальдегід, оцтовий альдегід, ацетон) розчиняються у воді необмежено. Їхні температури кипіння нижче, ніж у відповідних спиртів. Це з тим, що у молекулах альдегідів і кетонів, на відміну спиртів, немає рухливих атомів водню і де вони утворюють асоціатів з допомогою водневих зв'язків. Нижчі альдегіди мають різкий запах; у альдегідів, що містять від чотирьох до шести атомів вуглецю в ланцюзі, неприємний запах; вищі альдегіди і кетони мають квіткові запахи і застосовуються в парфумерії.

Хімічні властивості

Наявність альдегідної групи у молекулі визначає характерні властивості альдегідів.

Реакція відновлення.

Приєднання воднюдо молекул альдегідів відбувається по подвійному зв'язку в карбонільній групі:

Продуктом гідрування альдегідів є первинні спирти, кетонів – вторинні спирти.

Так, при гідруванні оцтового альдегіду на нікелевому каталізаторі утворюється етиловий спирт, при гідруванні ацетону - пропанол-2:

Гідрування альдегідів реакція відновлення,при якій знижується ступінь окислення атома вуглецю, що входить до карбонільної групи.

Реакція окислення.

Альдегіди здатні не тільки відновлюватися, а й окислюватися.При окисненні альдегіди утворюють карбонові кислоти. Схематично цей процес можна так:

З пропіонового альдегіду (пропаналю), наприклад, утворюється пропіонова кислота:

Альдегіди окислюються навіть киснем повітря та такими слабкими окислювачами, як аміачний розчин оксиду срібла. У спрощеному вигляді цей процес можна виразити рівнянням реакції:

Наприклад:

Більше точно цей процес відображають рівняння:

Якщо поверхня судини, в якій проводиться реакція, була попередньо знежирена, то срібло, що утворюється в ході реакції, покриває її рівною тонкою плівкою. Тому цю реакцію називають реакцією «срібного дзеркала». Її широко використовують для виготовлення дзеркал, сріблення прикрас та ялинкових іграшок.

Окислювачем альдегідів може виступати і свіжоосаджений гідроксид міді (II). Окислюючи альдегід, $Cu^(2+)$ відновлюється до $Cu^+$. гідроксид міді (I) $CuOH$, що утворюється в ході реакції, відразу розкладається на оксид міді (I) червоного кольору і воду:

Ця реакція, як і реакція «срібного дзеркала», використовується виявлення альдегідів.

Кетони не окислюються ні киснем повітря, ні таким слабким окислювачем, як розчин аміаку оксиду срібла.

Окремі представники альдегідів та їх значення

Формальдегід(метаналь, мурашиний альдегід$HCHO$ ) - Безбарвний газ з різким запахом і температурою кипіння $-21С, добре розчинний у воді. Формальдегід отруйний! Розчин формальдегіду у воді ($40%) називають формаліном і застосовують для дезінфекції. У сільському господарстві формалін використовують для протруювання насіння, у шкіряній промисловості - для обробки шкір. Формальдегід використовують для отримання уротропіну – лікарської речовини. Іноді спресований у вигляді брикетів уротропін застосовують як паливо (сухий спирт). Велика кількість формальдегіду витрачається при отриманні фенолформальдегідних смол та деяких інших речовин.

Оцтовий альдегід(Етаналь, ацетальдегід$CH_3CHO$ ) - Рідина з різким неприємним запахом і температурою кипіння $ 21 ° С $, добре розчинний у воді. З оцтового альдегіду в промислових масштабах одержують оцтову кислоту та ряд інших речовин, він використовується для виробництва різних пластмас та ацетатного волокна. Оцтовий альдегід отруйний!

Карбонові кислоти

Речовини, що містять у молекулі одну або декілька карбоксильних груп, називаються карбоновими кислотами.

Група атомів називається карбоксильною групою, або карбоксилом.

Органічні кислоти, що містять у молекулі одну карбоксильну групу, є одноосновними.

Загальна формула цих кислот $RCOOH$, наприклад:

Карбонові кислоти, що містять дві карбоксильні групи, називаються двоосновними.До них відносяться, наприклад, щавлева та янтарна кислоти:

Існують і багатоосновнікарбонові кислоти, що містять більше двох карбоксильних груп. До них відноситься, наприклад, триосновна лимонна кислота:

Залежно від природи вуглеводневого радикалу карбонові кислоти діляться на граничні, ненасичені, ароматичні.

Граничними або насиченими карбоновими кислотами є, наприклад, пропанова (пропіонова) кислота:

або вже знайома нам янтарна кислота.

Очевидно, що граничні карбонові кислоти не містять $π$-зв'язків у вуглеводневому радикалі. У молекулах ненасичених карбонових кислот карбоксильна група пов'язана з ненасиченим, ненасиченим вуглеводневим радикалом, наприклад, в молекулах акрилової (пропенової) $СН_2=СН-СООН$ або олеїнової $СН_3-(СН_2)_7-СН=СН-(СН_2) $ та інших кислот.

Як видно з формули бензойної кислоти, вона є ароматичною, оскільки містить в молекулі ароматичну (бензольну) кільце:

Номенклатура та ізомерія

Загальні засади освіти назв карбонових кислот, як та інших органічних сполук, вже розглядалися. Зупинимося докладніше на номенклатурі одно- та двоосновних карбонових кислот. Назва карбонової кислоти утворюється від назви відповідного алкану (алкану з тим самим числом атомів вуглецю в молекулі) з додаванням суфікса -ів-, закінчення -а ята слова кислота. Нумерація атомів вуглецю починається з карбоксильної групи. Наприклад:

Кількість карбоксильних груп вказується у назві префіксами ді-, три-, тетра-:

Багато кислот мають і історично сформовані, чи тривіальні, назви.

Назви карбонових кислот.

Після знайомства з різноманітним і цікавим світом органічних кислот розглянемо докладніше граничні одноосновні карбонові кислоти.

Зрозуміло, що склад цих кислот виражається загальною формулою $С_nН_(2n)О_2$, або $С_nН_(2n+1)СООН$, або $RCOOH$.

Фізичні та хімічні властивості

Фізичні властивості.

Нижчі кислоти, тобто. кислоти з відносно невеликою молекулярною масою, що містять у молекулі до чотирьох атомів вуглецю, — рідини з характерним різким запахом (згадайте запах оцтової кислоти). Кислоти, що містять від $4$ до $9$ атомів вуглецю, - в'язкі маслянисті рідини з неприємним запахом; що містять більше $9$ атомів вуглецю в молекулі - тверді речовини, що не розчиняються у воді. Температури кипіння граничних одноосновних карбонових кислот збільшуються із зростанням числа атомів вуглецю в молекулі і, отже, із зростанням відносної молекулярної маси. Приміром, температура кипіння мурашиної кислоти дорівнює $100,8°С$, оцтової — $118°С$, пропіонової — $141°С$.

Найпростіша карбонова кислота - мурашина $НСООН$, маючи невелику відносну молекулярну масу $(M_r(HCOOH)=46)$, за звичайних умов є рідиною з температурою кипіння $100,8°С$. У той самий час бутан $(M_r(C_4H_(10))=58)$ у тих самих умовах газоподібний і має температуру кипіння $-0,5°С$. Ця невідповідність температур кипіння та відносних молекулярних мас пояснюється утворенням димерів карбонових кислот, у яких дві молекули кислоти пов'язані двома водневими зв'язками:

Виникнення водневих зв'язків стає зрозумілим під час розгляду будови молекул карбонових кислот.

Молекули граничних одноосновних карбонових кислот містять полярну групу атомів - карбоксил та практично неполярний вуглеводневий радикал. Карбоксильна група притягується молекулами води, утворюючи з ними водневі зв'язки:

Мурашина та оцтова кислоти розчиняються у воді необмежено. Очевидно, що зі збільшенням числа атомів у вуглеводневому радикалі розчинність карбонових кислот знижується.

Хімічні властивості.

Загальні властивості, характерні для класу кислот (як органічних, так і неорганічних), обумовлені наявністю в молекулах гідроксильної групи, що містить сильний полярний зв'язок між атомами водню та кисню. Розглянемо ці властивості з прикладу розчинних у питній воді органічних кислот.

1. Дисоціаціяз утворенням катіонів водню та аніонів кислотного залишку:

$CH_3-COOH⇄CH_3-COO^(-)+H^+$

Більш точно цей процес описує рівняння, що враховує участь у ньому молекул води:

$CH_3-COOH+H_2O⇄CH_3COO^(-)+H_3O^+$

Рівновагу дисоціації карбонових кислот зміщено вліво; переважна більшість їх – слабкі електроліти. Тим не менш, кислий смак, наприклад, оцтової та мурашиної кислот пояснюється дисоціацією на катіони водню та аніони кислотних залишків.

Вочевидь, що у молекулах карбонових кислот «кислого» водню, тобто. водню карбоксильної групи, обумовлені та інші характерні властивості.

2. Взаємодія з металами, що стоять в електрохімічному ряду напруги до водню: $nR-COOH+M→(RCOO)_(n)M+(n)/(2)H_2$

Так, залізо відновлює водень з оцтової кислоти:

$2CH_3-COOH+Fe→(CH_3COO)_(2)Fe+H_2$

3. Взаємодія з основними оксидамиз утворенням солі та води:

$2R-COOH+CaO→(R-COO)_(2)Ca+H_2O$

4. Взаємодія з гідроксидами металівз утворенням солі та води (реакція нейтралізації):

$R-COOH+NaOH→R-COONa+H_2O$,

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

5. Взаємодія з солями слабших кислотз освітою останніх. Так, оцтова кислота витісняє стеаринову з натрію стеарату і вугільну з карбонату калію:

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

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

6. Взаємодія карбонових кислот із спиртамиз утворенням складних ефірів - реакція етерифікації (одна з найважливіших реакцій, характерних для карбонових кислот):

Взаємодія карбонових кислот із спиртами каталізується катіонами водню.

Реакція етерифікації оборотна. Рівнавага зміщується у бік утворення складного ефіру в присутності водовіднімних засобів та при видаленні ефіру з реакційної суміші.

У реакції, зворотній етерифікації, яка називається гідролізом складного ефіру (взаємодія складного ефіру з водою), утворюються кислота та спирт:

Вочевидь, що реагувати з карбоновими кислотами, тобто. вступати в реакцію етерифікації можуть і багатоатомні спирти, наприклад гліцерин:

Усі карбонові кислоти (крім мурашиної) поряд з карбоксильною групою містять у молекулах вуглеводневий залишок. Безумовно, це може не позначитися на властивостях кислот, які визначаються характером вуглеводневого залишку.

7. Реакції приєднання щодо кратного зв'язку- У них вступають ненасичені карбонові кислоти. Наприклад, реакція приєднання водню. гідрування. Для кислоти, що містить у радикалі один $π$-зв'язок, можна записати рівняння у загальному вигляді:

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

Так, при гідруванні олеїнової кислоти утворюється гранична стеаринова кислота:

$(C_(17)H_(33)COOH+H_2)↙(\text"олеїнова кислота")(→)↖(каталізатор)(C_(17)H_(35)COOH)↙(\text"стеаринова кислота") $

Ненасичені карбонові кислоти, як і інші ненасичені сполуки, приєднують галогени по подвійному зв'язку. Так, наприклад, акрилова кислота знебарвлює бромну воду:

$(CH_2=CH-COOH+Br_2)↙(\text"акрилова(пропінова)кислота")→(CH_2Br-CHBr-COOH)↙(\text"2,3-дибромпропанова кислота").$

8. Реакції заміщення (з галогенами)- У них здатні вступати граничні карбонові кислоти. Наприклад, при взаємодії оцтової кислоти з хлором можуть бути отримані різні хлорпохідні кислоти:

$CH_3COOH+Cl_2(→)↖(Р(червоний))(CH_2Cl-COOH+HCl)↙(\text"хлороцтова кислота")$,

$CH_2Cl-COOH+Cl_2(→)↖(Р(червоний))(CHCl_2-COOH+HCl)↙(\text"дихлороцтова кислота")$,

$CHCl_2-COOH+Cl_2(→)↖(Р(червоний))(CCl_3-COOH+HCl)↙(\text"трихлороцтова кислота")$

Окремі представники карбонових кислот та їх значення

Мурашина(Метанова) кислотаХЦОГО- Рідина з різким запахом і температурою кипіння $ 100.8 ° С $, добре розчинна у воді. Мурашина кислота отруйна, при попаданні на шкіру викликає опіки!Жалюча рідина, що виділяється мурахами, містить цю кислоту. Мурашина кислота має дезінфікуючу властивість і тому знаходить своє застосування в харчовій, шкіряній та фармацевтичній промисловості, медицині. Вона використовується при фарбуванні тканин та паперу.

Оцтова (Етанова)кислота $CH_3COOH$ - безбарвна рідина з характерним різким запахом, змішується з водою в будь-яких співвідношеннях. Водні розчини оцтової кислоти надходять у продаж під назвою оцту ($3-5%$-ний розчин) та оцтової есенції ($70-80%$-ний розчин) і широко використовуються в харчовій промисловості. Оцтова кислота - добрий розчинник багатьох органічних речовин і тому використовується при фарбуванні, у шкіряному виробництві, в лакофарбовій промисловості. Крім цього, оцтова кислота є сировиною для отримання багатьох важливих у технічному відношенні органічних сполук: наприклад, на її основі одержують речовини, що використовуються для боротьби з бур'янами, – гербіциди.

Оцтова кислота є основним компонентом винного оцту,характерний запах якого обумовлений саме нею. Вона продукт окислення етанолу і утворюється з нього при зберіганні вина на повітрі.

Найважливішими представниками вищих граничних одноосновних кислот є пальмітинова$C_(15)H_(31)COOH$ та стеаринова$C_(17)H_(35)COOH$ кислоти. На відміну від нижчих кислот ці речовини тверді, погано розчинні у воді.

Однак їх солі - стеарати і пальмітати - добре розчинні і мають миючу дію, тому їх ще називають милами. Зрозуміло, що ці речовини виробляють у великих масштабах. З ненасичених вищих карбонових кислот найбільше значення має олеїнова кислота$C_(17)H_(33)COOH$, або $CH_3 - (CH_2)_7 - CH=CH -(CH_2)_7COOH$. Це маслоподібна рідина без смаку та запаху. Широке застосування у техніці знаходять її солі.

Найпростішим представником двоосновних карбонових кислот є щавлева (етандіова) кислота$HOOC—COOH$, солі якої зустрічаються в багатьох рослинах, наприклад, у щавлі та кислиці. Щавлева кислота - це безбарвна кристалічна речовина, що добре розчиняється у воді. Вона застосовується при поліруванні металів, в деревообробній та шкіряній промисловості.

Складні ефіри

При взаємодії карбонових кислот із спиртами (реакція етерифікації) утворюються складні ефіри:

Ця реакція оборотна. Продукти реакції можуть взаємодіяти один з одним з утворенням вихідних речовин – спирту та кислоти. Таким чином, реакція складних ефірів з водою - гідроліз складного ефіру - обернена реакції етерифікації. Хімічна рівновага, що встановлюється при рівності швидкостей прямої (етерифікація) та зворотної (гідроліз) реакцій, може бути зміщена у бік утворення ефіру присутністю водовіднімних засобів.

Жири— похідні сполуки, які є складними ефірами гліцерину та вищих карбонових кислот.

Всі жири, як і інші складні ефіри, піддаються гідролізу:

При проведенні гідролізу жиру в лужному середовищі $(NaOH)$ та у присутності кальцинованої соди $Na_2CO_3$ він протікає незворотно і призводить до утворення не карбонових кислот, а їх солей, які називаються милами.Тому гідроліз жирів у лужному середовищі називаються омиленням.

Органічні речовини - клас сполук, до складу яких входить вуглець (за винятком карбідів, карбонатів, оксидів вуглецю та ціанідів). Назва «органічні сполуки» з'явилася на ранній стадії розвитку хімії і говорить сама за себе вчені.

Один із найважливіших типів органічних сполук. До їх складу входить азот. Вони містять у молекулі зв'язок вуглець водень та азот вуглець. У нафті міститься азотовмісний гетероцикл піридин. Азот входить до складу білків, нуклеїнових кислот і ... Вікіпедія

Германійорганічні сполуки металоорганічні сполуки, що містять зв'язок «германій вуглець». Іноді ними називають будь-які органічні сполуки, що містять германій. Перше германоорганічне з'єднання тетраетілгерман, було ... Вікіпедія

Кремнійорганічні сполуки сполуки, в молекулах яких є безпосередній зв'язок кремній вуглець. Кремнійорганічні сполуки іноді називають силіконами, від латинської назви кремнію силіціум. Кремнійорганічні сполуки… … Вікіпедія

Органічні сполуки, органічні речовини – клас хімічних сполук, до складу яких входить вуглець (за винятком карбідів, вугільної кислоти, карбонатів, оксидів вуглецю та ціанідів). Зміст 1 Історія 2 Класі … Вікіпедія

Металорганічні сполуки (МОС) органічні сполуки, в молекулах яких існує зв'язок атома металу з атомом/атомами вуглецю. Зміст 1 Типи металоорганічних сполук 2 … Вікіпедія

Галогенорганічні сполуки органічні речовини, що містять хоча б один зв'язок C Hal вуглець галоген. Галогенорганічні сполуки, залежно від природи галогену, поділяють на: Фторорганічні сполуки;

Металоорганічні сполуки (МОС) – органічні сполуки, в молекулах яких існує зв'язок атома металу з атомом/атомами вуглецю. Зміст 1 Типи металоорганічних сполук 2 Способи отримання … Вікіпедія

Органічні сполуки, в яких є зв'язок олово вуглець, можуть містити як двовалентне, так і чотиривалентне олово. Зміст 1 Методи синтезу 2 Типи 3 … Вікіпедія

- (гетероцикли) органічні сполуки, що містять цикли, до складу яких поряд з вуглецем входять атоми інших елементів. Можуть розглядатися як карбоциклічні сполуки з гетерозамісниками (гетероатомами) у циклі. Найбільш… … Вікіпедія