Спирты, альдегиды, кетоны

Спирты, альдегиды, кетоны

Теоретическое введение

Спирты – это производные углеводородов, у которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильные группы −ОН.

Химические свойства спиртов определяются гидроксильной группой −ОН. Химические реакции спиртов могут протекать с участием всей группы (с разрывом связи С−О) или идти по водороду гидроксильной группы (с разрывом связи О−Н), например реакция этерификации.

Фенолы – это органические соединения, в которых гидроксильная группа соединена непосредственно с атомом углерода бензольного кольца. Простейшим представителем фенолов является гидроксибензол или фенол, имеющий одну гидроксильную группу в бензольном кольце (С6Н5−ОН).

Фенол – твердое кристаллическое вещество с характерным запахом, плохо растворяющееся в воде. Химические свойства фенолов определяются гидроксильной группой и связанным с ней бензольным кольцом.

Кислотные свойства. Фенолы проявляют кислотные свойства и взаимодействуют со щелочными металлами и щелочами:

2C6H5OH + 2Na → 2C6H5ONa + H2;

C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O.

Реакции замещения в бензольном кольце. Гидроксильная группа оказывает очень большое влияние на бензольное кольцо, увеличивая его реакционную способность. Поэтому фенол легко вступает в реакции электрофильного замещения (с ориентацией заместителей в о- и п-положения). Например, он легко бромируется бромной водой с образованием 2,4,6- трибромфенола.

Качественная реакция на фенол. Фенол образует с FeCl3 комплексную соль, окрашенную в фиолетовый цвет.

Под действием окислителей (K2Cr2O7, KMnO4) в присутствии H2SO4 спирты окисляются с образованием альдегидов и кетонов, например:

3С2H5OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → Cr2(SO)3 + K2SO4 + 3СН₃ – СОН + 7Н₂О

^{уксусный альдегид}

Альдегиды и кетоны содержат в молекуле карбонильную группу С = О

В молекулах альдегидов карбонильная группа соединена с углеводородным радикалом и атомом водорода. Первым членом гомологического ряда аль- дегидов является метаналь НСОН (формальдегид), 40 %-ный водный раствор формальдегида называется формалином.

В молекулах кетонов карбонильная группа соединена с двумя разными R−CO−R′ или одинаковыми радикалами. Например, Н₃С-С-СН₃

║ ацетон

О

По своим химическим свойствам альдегиды являются восстановителями, которые легко окисляются в кислоты. Например, при окислении альдегидов аммиачным раствором оксида серебра образуется карбоновая кислота и происходит выделение металлического серебра («реакция серебряного зеркала») и является качественной на альдегиды:

СН₃-СН₂-СОН + 2[Ag(NH3)2]OH → СН₃-СН₂-СООН + 2Ag↓ + 4NH3 + H2O.

пропаналь пропановая кислота

Кетоны окисляются значительно труднее альдегидов и только сильными окислителями. При этом происходит разрыв углеродной цепи и образование смеси продуктов. Кетоны не вступают в реакцию серебряного зеркала.

Примеры решения задач

Пример 1. Составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

С2Н4 → Х → Y → С2Н5−О−С2Н5.

Указать условия протекания реакций. Назвать вещества Х и Y.

Решение. Конечный продукт – диэтиловый эфир – получается из этилового спирта, следовательно, вещество Y – этанол. Перейти от этилена к этанолу можно через промежуточное соединение – галогенопроизводное этана (вещество Х).

При взаимодействии этилена с бромоводородом образуется бромэтан:

C₂H₄ + HBr → C₂H⁵Br.

Бромэтан гидролизуется до спирта действием водного раствора NaOH:

C₂H₅Br + NaOH → C₂H₅OH + NaBr.

При нагревании этанола до 140 °С в присутствии серной кислоты в качестве катализатора образуется диэтиловый эфир:

C₂H₅OH → С₂Н₅−О−С₂Н₅ + H₂O. (t ,Н⁺)

Пример 2. Какая масса пропилата натрия может быть получена при взаимодействии 15 г пропанола-1 с 9,2 г натрия?

Решение. Записываем уравнение реакции между пропанолом-1 и металлическим натрием:

2CH₃−СH₂−СН₂−OH + 2Na → 2CH₃−СH₂−СН₂−ONa + H₂.

Определяем количества вещества пропанола-1 и натрия:

υ (С₃Н₇ОН) = m/ M = 15/60 = 0,25моль;

υ (Na) =m/M=9,2/23 = 0,4 моль (Na)

Из уравнения реакции следует, что число моль спирта и натрия должны быть равны, следовательно, натрий взят в избытке.

На основании уравнения реакции записываем:

υ (C₃H₇ONa) = υ(C₃H₇OH); υ (C₃H₇ONa) = 0,25 моль.

Определяем массу пропилата натрия, которую можно получить:

m (C₃H₇ONa) = υ(C₃H₇ONa) ∙ M(C₃H₇ONa);

m (C₃H₇ONa) = 0,25 ∙ 82 = 20,5 г.

Пример 3. Формалин представляет собой 40 %-ный водный раствор формальдегида. Рассчитать массу метанола, которую необходимо окислить для получения 600 г формалина.

Решение. Вычисляем массу формальдегида, который потребуется для приготовления формалина:

m (CH₂O) = 40*600/100 = 240 г.

Количество вещества требуемого формальдегида равно

υ (CH2O) = 240/30 = 8 моль.

Составляем уравнение реакции окисления метанола:

CH₃OH + [O] → CH₂O + H₂O.

Из уравнения реакции следует, что υ (CH₃OH) = υ(CH₂O); υ(CH₂O) = 8 моль.

Масса требуемого метанола равна

m (CH₃OH) = υ(CH₃OH) ∙ M (CH₃OH);

m (CH₃OH) = 8 ∙ 32 = 256 г.

Задачи и упражнения для самостоятельного решения

1. При взаимодействии бутанола-1 с избытком металлического натрия выделился водород, занимающий при нормальных условиях объем2,8 л. Определить количество вещества бутанола-1, которое вступило в реакцию.

(Ответ: 0,25 моль).

2. Назвать вещества Х и Y и написать уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

а) пропанол-1 → Х → пропанол-2;

б) этанол → Y → 1,2-дихлорэтан.

Указать условия протекания реакций.

3. Для получения метанола использовали 2 м3 оксида углерода (II) и 5 м3 водорода при нормальных условиях. Получено 2,04 кг спирта. Определить выход спирта. (Ответ: 71,4 %).

4. Составить уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:

С → СН₄ → С₂Н₆ → С₂Н₄ → С₂Н₅ОН → С₂Н₅ОNa.

5. Определить массу фенолята натрия, который может быть получен при взаимодействии 4,7 г фенола с 4,97 мл 35 %-го раствора NaОН (ρ = 1,38 г/мл). (Ответ: 5,8 г).

6. Написать уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

хлорэтан → этанол → этилен → пропаналь.

7. При окислении 13,8 г этанола избытком оксида меди (II) получен альдегид, масса которого составила 9,24 г. Определить выход продукта реакции. (Ответ: 70 %).

8. Определить массу серебра, которая будет получена, если к избытку аммиачного раствора оксида серебра прибавить 50 г 11,6 %-го водного раствора пропаналя. (Ответ: 21,6 г).

9. Какое количество вещества НСНО содержится в его 30 %-м водном растворе объемом 3 л и плотностью 1,06 г/мл? (Ответ: 31,8 моль).

10. 280 мл ацетилена было использовано для получения ацетальдегида, выход которого составил 80 %. Какая масса серебра может образоваться при добавлении всего полученного альдегида к избытку аммиачного раствора оксида серебра? (Ответ: 1,08 г).

11. Составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

С → СаС₂ → С₂Н₂ → С₂Н₄ → С₂Н₆ → С₂Н₅Cl → С₂Н₅ОН.

12. При окислении 6 г технического препарата этаналя аммиачным раствором оксида серебра образовалось 20 г металла. Определить массовую долю (%) этаналя в техническом препарате. (Ответ: 67,9 %). С О OН C O

13. Составить уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: метан → ацетилен → уксусный альдегид → этиловый спирт → уксусный альдегид.

14. Составить уравнения реакций, при помощи каких реакций можно осуществить следующие превращения:

С → СН₄ → С₂Н₂ → С₆Н₆ → С₆Н₅Cl → С₆Н₅ОН.

15. Рассчитать массу фенолята калия, которая может быть получена из 3,29 г фенола. (Ответ: 4,62 г).

16. Составить уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

уксусный альдегид → этанол → этилен → ацетилен → уксусный альдегид.

17. Написать уравнения реакций, которые надо провести для осуществления следующих превращений:

а) СН4 → Х → СН3ОН → СН3−О−СН3;

б) этанол → этилен → Y → этанол.

Назвать вещества Х и Y.

18. При дегидратации пропанола-2 получили пропилен, который обесцветил бромную воду массой 200 г. Массовая доля брома в бромной воде равна 3,2 %. Определить массу пропанола-2, взятого для реакции. (Ответ: 2,4 г).

19. Рассчитать массу фенола, который можно получить гидролизом бромбензола массой 47,1 г, если массовая доля выхода продукта равна 40 %.

(Ответ: 11,28 г).

20. Составить уравнения реакций, которые необходимо провести для осуществления следующих превращений: пропин → Х → ацетон.

Назвать вещество Х, указать условия протекания реакций.