Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...
Семя – орган полового размножения и расселения растений: наружи у семян имеется плотный покров – кожура...
Топ:
Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья...
Особенности труда и отдыха в условиях низких температур: К работам при низких температурах на открытом воздухе и в не отапливаемых помещениях допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие...
Генеалогическое древо Султанов Османской империи: Османские правители, вначале, будучи еще бейлербеями Анатолии, женились на дочерях византийских императоров...
Интересное:
Аура как энергетическое поле: многослойную ауру человека можно представить себе подобным...
Мероприятия для защиты от морозного пучения грунтов: Инженерная защита от морозного (криогенного) пучения грунтов необходима для легких малоэтажных зданий и других сооружений...
Национальное богатство страны и его составляющие: для оценки элементов национального богатства используются...
Дисциплины:
2017-11-16 | 222 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
ЛЕКЦИИ
По органической химии
для студентов естественно-географического факультета
(заочная форма обучения)
План лекции
1. Предмет органической химии. Краткий исторический обзор органической химии.
2. Теория химического строения А.М.Бутлерова.
3. Классификация органических соединений.
4. Номенклатура органических соединений. Названия радикалов, используемых в названиях органических соединений (принято IUРАС).
5. Предельные углеводороды (алканы). Номенклатура алканов и их производных. Химические свойства алканов.
6. Непредельные углеводороды (алкены). Номенклатура алкенов и их производных. Химические свойства алкенов.
Предмет органической химии
Органическая химия изучает соединения углерода, называемые органическими веществами, кроме простейших соединений, таких, как карбонаты, СО и СО2. Определение «органическая химия как химия соединений углерода» по этой причине неточное.
К. Шорлеммер в 1889 г. дал определение органической химии как химии углеводородов и их производных. Однако и это определение не является строгим, и найти четкую границу органической и неорганической химиями трудно.
Попытки разделения по признаку происхождения (в начале XIX века к органическим относили вещества живой природы) также оказались ошибочными.
Краткий исторический обзор органической химии
Знакомство человека с органическими веществами и применение их для практических целей началось еще в глубокой древности. Такие вещества, как уксус, масла, жиры, сахар, крахмал, камедь, смолы и др.; такие процессы, как брожение виноградного сока, меда, варка пива и мыла, перегонка для получения скипидара, крашение с помощью индиго и других органических веществ, были давно известны многим народам мира.
|
Впервые термин «органическая химия» применил И.Я.. Берцелиус в 1808 г., определив ее как «химию растительных и животных веществ, или веществ, образующихся под влиянием жизненной силы и веществ, которые могут быть получены из них путем химических превращений».
Ф. Вёлер в 1828 г. получил мочевину из циановокислого аммония — неорганического вещества. А. Кольбе в 1845 г. синтезировал уксусную кислоту, используя древесный уголь, серу, хлор и воду. Число синтезов органических веществ из неорганических быстро росло. Так, в 1854 г. П. Бертло получил жиры, в 1861 г. А. М. Бутлеров — сахара, в 1862 г. Бертло — ацетилен. А. М. Бутлеров исходил из материалистических представлений, основанных на атомистическом учении М. В. Ломоносова и Дальтона.
Начиная с 1858 г. А. М. Бутлеров развивает и экспериментально обосновывает теорию химического строения.
Сущность этой теории заключается в трех основных положениях:
1) химические вещества определенным образом построены, т. е. имеют строгий порядок в чередовании атомов в молекуле, определенную закономерность во влиянии атомов друг на друга;
2) химическое строение веществ определяет их физические и химические свойства;
3) изучение свойств веществ позволяет определить их химическое строение.
В отличие от ранее существовавших теорий, теория химического строения позволяла классифицировать весь накопившийся и новый экспериментальный материал и, что самое важное, предсказывать возможное число органических соединений определенного состава и вероятные пути их синтеза, т. е. допускала экспериментальную проверку. Она стала общей теорией органической химии как науки.
Для написания структурной формулы любого органического соединения используют четыре основных свойства углерода: 1) четырехвалентность, а также способность его атомов 2) соединяться в цепи, 3) образовать двойные и тройные связи и 4) образовать циклы.
|
В семидесятых годах XIX в. теория строения дополнилась теорией пространственного расположения атомов в молекулах — стереохимической теорией (Вант-Гофф, Лебель).
Химические свойства алканов
Химические превращения алканов могут происходить либо за счет разрыва цепи углеродных атомов, либо за счет отрыва атомов водорода с последующим замещением их другими атомами или группами. Поэтому для предельных углеводородов характерны реакции замещения и расщепления.
Хлорирование
Хлорирование метана обычно идет с образованием смеси продуктов:
hv
СН4 + Cl 2 ® СН3Cl + HCl
hv
СН3Cl + Cl 2 ® СН2Cl2 + HCl
hv
СН2Cl2 + Cl 2 ® СНCl3 + HCl
hv
СН3Cl + Cl 2 ® СCl4 + HCl
Соотношение скоростей замещения хлором водорода при первичном, вторичном, третичном углероде при температуре ниже 100° С — примерно 1,0: 3,8: 5,0.
Бромирование алканов протекает значительно хуже, чем хло рирование, но по тому же радикально-цепному механизму. Соотношение скоростей реакции бромирования при 127 °С по третичному, вторичному, первичному атомам углерода равно 1600: 82: 1. Можно утверждать, что бромирование алканов практически нацело идет по третичному атому углерода.
Фторирование алканов осуществить прямым действ невозможно, так как процесс идет со взрывом, его невозможно регулировать. Обычно фторирование алканов осуществляют более мягкими фторирующими агентами, такими, как смесь CoF2 и F2.
Моно- и полизамещенные галогеналканы широко используют в качестве растворителей (хлороформ, дихлорэтан, четыреххлористый углерод и др.) в органических синтезах.
Нитрование
Важной реакцией, имеющей промышленное применение, является нитрование алканов. Реакцию проводят или в жидкой, или в газовой фазе. В первом случае в качестве нитрующего агента используют разбавленную азотная кислота (способ М. И. Коновалова) при температуре 140-150 °С и давлении (автоклавирование). В то время как концентрированная HNO3 в нормальных условиях не действует на алканы, а при нагревании обычно действует как окислитель. Газофазное нитрование (по X. Хассу, 1930 г.) в промышленности осуществляют тетраоксидом азота или парами аз ной кислоты при 450—475 °С непрерывным методом в аппарате трубчатого типа. В результате образуется смесь нитроалканов, как при высоких температурах одновременно идет разрыв С – связей. Разделение осуществляют фракционной перегонкой.
|
Нитроалканы используют в качестве растворителей и органических синтезов.
Показано, что реакция нитрования алканов является цепной и идет по схеме:
СН3– СН2– СН2– СН2– СН3 + НNO3 ® СН3– СН2– СН2– СН– СН3 + H2O
NO2
Химические свойства алкенов
Главным структурным элементом, определяющим реакционную способность олефинов, является двойная связь, представляющая собой сочетание p- и s-связей.
Для алкенов наиболее типичны реакции присоединения, окисления, полимеризации.
Реакции присоединения.
1.1. Присоединение
СН2 = СН2 + Н2 ® СН3-СН3
Реакция идет в присутствии катализаторов (Pd,Pt,Ni).
1.2. Присоединение галогенов:
СН2 = СН2 + Br2 ® СН2Br-СН2Br
1.3. Присоединение галогеноводородов:
СН2 = СН2 + Н С1 ® СН3-СН2С1
Присоединение галогеноводородов к гомологам этилена происходит по правилу В. В. Марковникова: атом водорода становится к наиболее гидрогенизованному атому углерода, а атом галогена — к наименее гидрогенизованному, например:
СН3—СН = СН2 + НВг—>СН3— СН Br –СНз
1.4. Присоединение воды (реакция гидратации). Реакция протекает в присутствии катализатора — серной кислоты:
СН2 = СН2 + Н2О ® СН3 — СН2ОН
Это суммарное уравнение реакции. В действительности реакция протекает в две стадии. Сначала происходит присоединение серной кислоты к этилену по месту разрыва двойной связи с образованием этилсерной кислоты:
СН2 = СН2 + Н— О— SO2— ОН ® СНз— СН2— О— SO2-OH
Затем этилсерная кислота, взаимодействуя с водой, образует спирт и кислоту:
СН3 — СН2— O—SO2 — ОН + Н — ОН ®СН3 — СН2ОН + НО— SO2 — ОН
В настоящее время реакцию присоединения воды к этилену в присутствии твердых катализаторов используют для промышленного получения этилового спирта из непредельных углеводородов, содержащихся в газах крекинга нефти (попутных газах), а также в коксовых газах.
2. Важным химическим свойством этилена и его гомологов является способность легко окисляться уже при обычной температуре. При этом окислению подвергаются оба атома углерода, соединенные двойной связью. Если этилен пропускать в водный раствор перманганата калия КМпО4, то характерная фиолетовая окраска последнего исчезает — происходит окисление этилена перманганатом калия:
|
ЗСН2 = СН2 + 2КМп04 + 4Н2О ® ЗНОН2С - СН2ОН + 2MnO2 + 2KOH
этиленгликоль
Эта реакция используется для установления непредельности органического вещества — наличия в нем двойных или тройных связей.
2.2. Этилен горит светящимся пламенем с образованием оксида углерода (IV) и воды:
СН2 = СН2 + 4 О2 ® 2СО2 + 4Н2О
3. Реакции полимеризации.
Полимеризация — это последовательное соединение одинаковых молекул в более крупные.
Реакции полимеризации особенно характерны для непредельных соединений. Так, например, из этилена образуется высокомолекулярное вещество — полиэтилен. Соединение молекул этилена
происходит по месту разрыва двойной связи. Сокращенно уравнение этой реакции записывается так: nCH2 = СН2 ® (— CH2 — СН2 — )n
К концам таких молекул (макромолекул) присоединяются какие-нибудь свободные атомы или радикалы (например, атомы водорода из этилена). Продукт реакции полимеризации называется полимером (от греч. поли — много, мерос — часть), а исходное вещество, вступающее в реакцию полимеризации, называется мономером.
Полимер — вещество с очень большой относительной молекулярной массой, молекула которого состоит из большого числа повторяющихся группировок, имеющих одинаковое строение. Эти группировки называют элементарными звеньями или структурными единицами. Например, элементарным звеном полиэтилена является группировка атомов — СН 2 — СН 2 —.
Число элементарных звеньев, повторяющихся в макромолекуле, называется степенью полимеризации (обозначается п). В зависимости от степени полимеризации из одних и тех же мономеров можно получать вещества с различными свойствами.
Так, полиэтилен с короткими цепями (п=20) является жидкостью, обладающей смазочными свойствами. Полиэтилен с длиной цепи в 1500 – 2000 звеньев представляет собой твердый, но гибкий пластический материал, из которого можно получать пленки, изготовлять бутылки и другую посуду, эластичные трубы и т. д. Наконец, полиэтилен с длиной цепи в 5 – 6 тыс. звеньев является твердым веществом, из которого можно готовить литые изделия, жесткие трубы, прочные нити.
Если в реакции полимеризации принимает участие небольшое число молекул, то образуются низкомолекулярные вещества, например димеры, тримеры и т. д. Условия протекания реакций полимеризации весьма различные. Иногда необходимы катализаторы и высокое давление. Но главным фактором является строение молекулы мономера. В реакцию полимеризации вступают непредельные (ненасыщенные) соединения, за счет разрыва кратных связей.
Структурные формулы полимеров кратко записывают так: формулу элементарного звена заключают в скобки и справа внизу ставят букву п. Например, структурная формула полиэтилена (— СН2 — СН2 — )п. Легко заключить, что название полимера составляется из названия мономера и приставки поли-, например полиэтилен, поливинилхлорид, полистирол и т. д.
|
С помощью реакций полимеризации получают высокомолекулярные синтетические вещества, например полиэтилен, политетрафторэтилен (тефлон), полистирол, синтетические каучуки и др. Они имеют огромное народнохозяйственное значение.
Тефлон — продукт полимеризации тетрафторэтилена:
nCF2 = CF2 —>-(—CF2— CF2 —)
Это самое инертное органическое вещество (на него оказывают воздействие только расплавленные калий и натрий). Обладает высокой морозо- и теплоустойчивостью.
Применение. Этилен используют для получения этилового спирта, полиэтилена. Он ускоряет созревание плодов (помидоров, цитрусовых и др.) при введении небольших количеств его в воздух теплиц. Этилен и его гомологи используют как химическое сырье для синтеза многих органических веществ.
ОДНО– И МНОГОАТОМНЫЕ СПИРТЫ
План лекции
1. Изомерия и номенклатура спиртов.
2. Химические свойства спиртов.
3. Двух- и трехатомные спирты.
4. Применение спиртов.
Спиртами, или алкоголями, называют гидроксильные производные углеводородов. Спирты могут быть предельными и непредельными. Атомность спиртов определяется числом гидроксильных групп – ОН..
Номенклатура спиртов
Формула спирта | Название | ||
тривиальное | по карбинолу | по систематической номенклатуре | |
CHSOH | Метиловый | Карбинол | Метанол |
(древесный) | |||
СН3— СН2ОН | Этиловый | Метилкарбинол | Этанол |
(винный) | |||
3 2 1 СНз-СН2—СН2ОН | Первичный про- пиловый | Этилкарбинол | 1-Пропанол |
1 2 3 | |||
СН3— СНОН— СН3 | Вторичный пропило-вый, изопропиловый | Диметилкарбинол | 2-Пропанол |
1 234 СН2ОН-СН2-СН2-СН3 | Первичный бутиловый | Пропилкарбинол | 1-Бутанол |
1 2 3 4 СН3— СНОН-СН2-СН3 | Вторичный бутиловый | Метилэтилкарбинол | 2-Бутанол |
СН3-СН-СН2ОН СН3 | Изобутиловый | Изопропилкарбинол | 2-Метил-1-пропанол |
СН3 1 2| 3 СНз- С-СНз ½ СН3 | Третичный бу- тиловый | Триметилкарбинол | 2-Метил-2-пропанол |
Химические свойства.
Химические свойства спиртов обусловлены присутствием реакционноспособной гидроксильной группы - ОН. Реакции с участием этой группы проходят с разрывом или связи О –Н, или связи С – О.
1. К и с л о т н о-о с н о в н ы е свойства.
Спирты — вещества нейтральные, но в некоторой степени они проявляют амфотерные свойства.
При взаимодействии спиртов со щелочными металлами имеет место замещение водорода гидроксила металлом с образованием алкоголята спирта:
2С2Н5ОН + 2Na ® 2С2Н5ОNa + Н2
Алкоголят(этилат натрия)
Алкоголяты спиртов легко разлагаются водой:
C2H5ONa+HOH ® C2H5ОН + NaOH
так как спирты — более слабые кислоты, чем вода. Кислотные свойства спиртов убывают в следующем порядке: первичные > вторичные > третичные.
2. Этерификация. Спирты взаимодействуют с минеральными и органическими кислотами с образованием соответствующих сложных эфиров и воды:
C2H5OH+HOSO3H ® C2H5OOSO3H + Н2О
этнлсульфат, этилсернэя кислота,
серноэтиловый эфир
C2H5OH +HO–CО-CH3 ® C2H5O–CО-CH3 + Н2О
уксусноэтиловый афир,
этилацетат
Реакции образования сложных эфиров минеральных и органических кислот обратимы: на определенной стадии наступает равновесие.
Скорость образования сложных эфиров, как показал Н. А.Меншуткин, при одной и той же кислоте для первичных спиртов примерно в два раза больше, чем для вторичных, и в 20 раз больше, чем для третичных.
3. Дегидратация.
При действии на спирты водоотнимающих веществ происходит межмолекулярное или внутримолекулярное отщепление воды. Водоотнимающими веществами являются кислоты (концентрированная H2SO4, H3PO4, щавелевая, бензолсульфокислота и др.), оксиды (оксиды алюминия, тория и др.), некоторые соли (дисульфат калия, сульфат меди, хлорид цинка и др.).
При межмолекулярной дегидратации спиртов получаются простые эфиры (R—О—R или R—О—R'):
R'—ОН+НО—R (или НО—R') ® R—О—R (или R—О—R') + H2O
В случае внутримолекулярной дегидратации спиртов, проходящей на тех же катализаторах, но при более высокой температуре, образуются непредельные углеводороды, например:
СН3—СНОН—СН3 ® СН2=СН—СН3+Н2О
изопропиловый спирт пропилен
При этом водород отщепляется от наименее гидрогенизированного атома углерода, находящегося по соседству с углеродом, несущим гидроксильную группу (правило Зайцева).
4. Замещение гидроксильной группы.
Гидроксильная группа спиртов способна замещаться галогеном при взаимодействии спиртов: а) с галогеноводородными кислотами, б) с галогенидами фосфора (например, РС13, РС15) или в) с тионилхлоридом (хлорангидридом сернистой кислоты SOC12).
а) Реакция спиртов с галогеноводородами обратима:
R–OH + HCl ® R–Cl + HOH
Поэтому ее обычно проводят в присутствии водоотнимающих веществ — хлорида цинка, серной кислоты, хлорида кальция. Третичные спирты вступают в эту реакцию значительно легче вторичных и первичных, вторичные — легче первичных.
б)В случае применения РС15, например:
R–OH + РCl5® R–Cl + РO Cl3 + HCl
в) Реакция с тионилхлоридом идет с образованием алкилхлорида, хлористого водорода и двуокиси серы:
С2Н5OH + SOC12 ® С2Н5Cl + SO2+ H Cl
5. Окисление.
Спирты окисляются кислородом воздуха в присутствии медных и других катализаторов при 300—500° С такими окислителями, как хромовая смесь, КМпО4 и др., а также дегидрируются при 100—180°С над Си, Ag, Ni, Co, Pt и Pd. Во всех этих случаях первичные спирты дают альдегиды (при дальнейшем окислении — кислоты с тем же числом углеродных атомов), вторичные спирты — кетоны; последние могут быть окислены дальше до двух кислот с разрывом углеродной цепи. Третичные спирты окисляются очень трудно с разрывом углеродного скелета и образованием смеси кислот и кетонов:
R-CH2OH ® Н2 + R-C
Примеры реакций с окислителем:
ЗСН3-СН2ОН + K2Cr207 + 4H2S04 ® ЗСН3-СНО + K2S04 + Cr2 (S04)3 + 7Н20
хромовая смесь уксусный
альдегид
ОН
3 СН3–СН – СН2–СН3 + 2 KMn04 + 9H2S04 ——— > СН3 –СО– СН2–СН3 + 2KOН + 2Н2О + 2MnO2
вторичный бутиловый спирт метилэтилкетон
ОН
5СН3-СН2—С– СН3 + 6KMn04 + 9H2S04 ——— > 5СН3СООН + 50=С-СН3 + 3K2SO4 + 14Н2О + 6MnSO4
СН3 СН3
Двух- и треатомные спирты
Спирты, содержащие несколько гидроксильных групп, называют многоатомными (двухатомными, трехатомными и т.д.). Двухатомные спирты называются гликоли.
Наибольшее значение имеет треатомный спирт – глицерин (1,2,3 – пропантриол).
Химические свойства глицерина обусловлены наличием трех гидроксильных групп.
1. Водородные отомы гидроксильных групп в глицерине замещаются на металл при действии не только щелочных металлов, но и гидроксидов металлов – железа, меди, кальция, бария и др. Полученные при этом соединения называются глицератами.
Глицераты тяжелых металлов, в том числе и меди, имеют комплексный характер.
2. При взаимодействии с галогеноводородами (НС1 и НВг) получаются моно- и дихлор- или бромгидрины глицерина, например:
HCI HCI
СН2ОН—СНОН—СН2ОН ———> СН2С1—СНОН—СН2ОН ———> СН2С1-СНОН-СН2Сl
3. При действии галогенидов фосфора замещаются галогеном все три гидроксила:
СН2ОН-СНОН-СН2ОН+РВr3 ——— > СН2Вг—СНВг-СН2Вг + Р (ОН)3
1,2,3-трибромпропан
4. При взаимодействии глицерина с неорганическими и органическими кислотами получаются полные и неполные сложные эфиры. Например:
СН2ОН СН2ОNО2
½ в присутствии |
СНОН + 3HONO2 ————————— > ЗН2О + CHONO2
| серной кислоты ½ I
СН2ОН CH2ONO2
Полный азотнокислый эфир глицерина (глицеринтринитрат) — нитроглицерин (обычное, но химически неправильное название) — взрывчатое вещество, применяемое для изготовления динамита.
Аналогично получается и полный уксуснокислый эфир глицерина:
СН2ОН СН2О СОСН3
½ в присутствии |
СНОН + 3HOСОСН3 ————————— > ЗН2О + CHO СОСН3
| серной кислоты ½ I
СН2ОН CH2O СОСН3
глицеринтриацетат
Особенно большое практическое значение имеют полиэфиры глицерина и ароматической двухосновной кислоты. Эти полиэфиры — глицеринофталиевые смолы, которые называют также глифталями, широко применяются для изготовления лаков.
Применение.
Глицерин в больших количествах применяется в химической и пищевой промышленности (для изготовления кондитерских изделий, ликеров, прохладительных напитков и т.д.), в текстильной промышленности, при производстве пластических масс и лаков, взрывчатых веществ.
АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ
План лекции
1. Изомерия и номенклатура альдегидов и кетонов.
2. Химические свойства альдегидов и кетонов.
3. Двух- и трехатомные спирты.
4. Применение спиртов.
Альдегидами и кетонами называют производные углеводородов, содержащие карбонильную группу – С = О. В молекуле альдегидов по крайней мере одна валентность карбонильной группы затрачивается на соединение с атомом водорода, а другая — с радикалом (предельного ряда в предельных альдегидах).
Общая формула альдегидов R—СОН.
В случае кетонов обе валентности карбонильной группы затрачиваются на соединение с радикалами. Общая формула кетонов R—С—R.
О
Н н
5. С гидроксиламином альдегиды и кетоны, выделяя воду, образуют оксимы (альдоксимы и кетоксимы):
СН3— СН=
г; NOH |
Н2О + СН3—CH=NOH
ацетальдоксим
СН3 |
•-»• CH8-C=N—ОН СН3
ацетоноксим
разин вступает в реакцию с альдегидами и кетонами в соотношении 1: 1 или 1: 2. В первом случае образуются гидразоны (I), а во втором случае — азины (альдазины и кетазины) (II):
СН3— C=jq+'HsiN-NH, ———» Н,0 -f- CHa-C=N— NH»
CHS СН3
гндразон
СН |
: =CH— CH3
2Н20 + СН3— CH=N— N=CH— CH3
альдазнн
СН3— C=N— N;H2 I =.»-. CH3 |
О;=С— СН3 ——— > Н20 -f- CH3— C=N— N=C— CH,
,-.....• | | |
CH3 CHa CHa
II кетазин
Эти реакции применяют для количественного определения карбонильных соединений**. Об отличии альдоксимов от кетоксимов см. стр. 220.
он н I I |
Механизм реакции (для альдегидов):
о-
СН3— С=0 + HjNOH |
CHS |
СН3—С—NH2OH Н
Н |
н,о |
н
^± CH3-C=N-OH Н
6. Особый интерес представляют реакции карбонильных соеди-нений с гидразином и его замещенными. В зависимости от условий гид-
* Ацетальдегидаммиак под названием вулкацита применяется в качестве ускорителя при вулканизации каучуков.
** При взаимодействии альдегидов с солянокислым гидроксиламином освобождается соляная кислота, которую можно оттитровать и произвести соответствующий расчет.
158 Гидразоны кетонов и альдегидов при нагревании с твердым едким кали выделяют азот и дают предельные углеводороды (реакция Н. М. Кижнера):
СН3— C==N— N|H2 ——— > N2 + СН3— СН2— СН3
СН3
В настоящее время эту реакцию проводят нагреванием карбониль-,ного соединения с гидразином в высококипящих полярных растворителях (ди- и триэтиленгликоли) в присутствии щелочи.
При взаимодействии альдегидов и кетонов с замещенными гидра-
^° зинами (С6Н5 — NH — NH2 фенилгидразином*, HaN— NH— С семи-
карбазидом) образуются соответственно фенилгидразоны и семикар-базоны. Это кристаллические вещества. Они служат для качественного и количественного определения карбонильных соединений, а также для их выделения и очистки. Образование фенилгидразонов:
R— СН=;СГ+ 'Hj'iN— NH— CeH5 ———» Н20 + R— CH=N— NH-C6H,
R2C=;O"+"HjiN— NH— CeH5 ——— >• H2O + R2C=N— NH— C9H5 Семикарбазоны образуются по схеме
\C-1O + H2:N—NH—CO-NH2 ———> Н2О + C=N—NH—CO—1
/................. /
Все эти реакции альдегидов и кетонов с производными гидразина по своему механизму аналогичны реакциям с аммиаком и гидроксиламином. Например, для ацетальдегида и фенилгидразина:
*.Еще лучше с 2,4-динитрофенилгидразином (стр. 449).
СН3—СН2—СООН СН3—СН2-СН2-СООН СН3
3 2\ 1
изомасляная кислота, диметил-уксусная кислота, 2-метил-пропановая кислота валериановая кислота, пента-новая кислота метилэтилуксусная кислота, 2-метилбутановая кислота |
СН3—СН—СООН СН3-СН2-СН2-СН2-СООН
3-ме- |
СН3-СН2-СН-СООН СН3
изовалериановая кислота, тилбутановая кислота |
сн3—сн—сн2—соон
СН3
сн.
По систематической номенклатуре кислоты называются, как предельные углеводороды, с добавлением окончания -овая кислота, причем счет атомов цепи начинается от карбоксильной группы.
Тривиальные названия некоторых других кислот:
СН3-(СН2)4—СООН СН3—(СН2)5—СООН СН3—(СН2)ю—СООН СН3—(СН2)н—СООН СН3— (СН2)16-СООН |
капроновая кислота энантовая кислота. лауриновая кислота пальмитиновая кислота (рис. 33) стеариновая кислота
.
Физические свойства. Низшие кислоты с числом атомов углерода до 3 — легкоподвижные бесцветные-жидкости с характерным острым запахом; они смешиваются с водой во всех соотношениях. Большинство кислот с числом атомов углерода от 4 до 9 — маслянистые жидкости с неприятным запахом. Растворимость их в воде сильно уменьшается по мере возрастания молекулярных весов. Кислоты с десятью и более углеродными атомами — твердые вещества, не растворимые в воде. Плотности муравьиной и уксусной кислот больше единицы, остальных — меньше единицы. Температура кипения кислот возрастает по мере увеличения молекулярного веса; при одном и том же числе углеродных атомов кислоты нормального строения кипят при -более высокой температуре, чем кислоты изостроения. Например, валериановая кислота СН3—(СН2)3—СООН кипит при 186,0s С, а изомерная триметилуксусная (СН3)3С—СООН при 163,7° С.
Химические свойства. Кислотный характер карбоновых кислот ярко выражен. Это объясняется взаимным влиянием атомов в карбоксильной группе; в-ней электронная плотность смещена в сторону наиболее электрофильного (электроноакцепторного) атома — кислорода:
Тем самым ослаблена связь между кислородом и водоро-
дом и облегчено отделение иона водорода, т. е. облегчена диссоциация кислоты:
к— СООН:ц± R— СОО- + Н+
Степень диссоциации, а следовательно, и сила кислот зависят также от величины и характера радикала, связанного с карбоксильной группой: константа диссоциации кислот немного уменьшается с увеличением радикала. Например, для уксусной кислоты /С = 1,76-10"', а для валериановой 1,50-10~5. Из жирных кислот наиболее сильной является муравьиная кислота (К. = 2,14-10'4). В общем органические кислоты являются слабыми кислотами.
Сила органических кислот увеличивается, если водородные атомы радикала, особенно у соседнего с карбоксильной группой углерода, замещаются электрофильными (электроноакцепторными, электроно-оттягивающими) атомами или группами.
1. Органические кислоты способны образовать с о л и с металлами,
с их оксидами и гидроксидами:.,
СН3— COONa ацетат натрия |
Н2О |
СНа—СОСН + NaOH
Свойства солей органических кислот уже рассматривались ранее. Пиролизом кальциевых солей получают альдегиды и кетоны (стр. 152); пиролизом натриевых солей в присутствии твердой щелочи получают углеводороды (стр. 49); при электролизе солей образуются углеводороды (стр. 49).
2. При действии галогенидов фосфора на органические кислоты происходит образование галоген ангидридов кислот. При этом, как и в случае спиртов, гидроксил замещается галогеном, например:
HCI |
,.- pgi, /р
R-C<f —— > R-Qf + POCk
XOH ХЗ
на |
Хлорангидриды кислот могут быть получены также действием на органические кислоты хлористого тиснила;
R-C Х |
SOCI,
ОН
Галогенангидриды кислот можно называть по кислоте и галогену, например хлорангидрид уксусной кислоты. Но чаще их называют по
ацилу. Ацилы имеют следующие на-
4. Жиры н масла
Жиры и масла — сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот общей формулы
СНо—С Н——С Не
I I I о о о
R-CO R-CO R—СО
,о
где |
R—С кислотный остаток предельной или ненасыщенной кисло-
ты. В зависимости от характера ацила различают твердые жиры (в составе жира преобладают предельные ацилы), жидкие жиры или растительные масла (в их состав входят преимущественно непредельные ацилы). Встречаются жиры промежуточного состояния —эфиры глицерина насыщенных и ненасыщенных кислот.
Например, говяжий, бараний и свиной жиры — твердые; растительные масла: подсолнечное, хлопковое, оливковое, льняное и дру-тие — жидкие.
Гусиный жир легко плавится и может быть отнесен к жирам про-' межуточного состояния. Следует заметить, что консистенция жира не всегда соответствует характеру ацила. Так, в жидком растительном пальмовом масле («копра») преобладают предельные ацилы.
В состав жиров и масел обычно входят кислоты: предельные — пальмитиновая и стеариновая, непредельные — олеиновая, линоле-вая, линоленовая и др. (стр. 197).
Как все сложные эфиры, жиры могут быть подвергнуты омылению (гидролизу) действием водных растворов щелочей, минеральных кислот или водяным горячим паром под давлением. Существует и биологический метод расщепления жиров под действием энзимов, например липазы.
Некоторые растительные масла, содержащие глицериды кислот с двумя и более двойными связями, при окислении образуют прозрачные пленки; такой процесс часто называют высыханием, а подобные масла называются высыхающими маслами*. Чем больше в масле ненасыщенных остатков и особенно остатков с большой степенью ненасыщенности, тем -легче оно высыхает. К подобным маслам относятся льняное, конопляное; тунговое и др. Процесс высыхания ускоряется в присутствии катализаторов (сиккативов) — окиси свинца и солей марганца. Льняное масло, сваренное с окисью или нафтена-тами свинца, известно под названием олифа. Она применяется для приготовления масляных красок, клеенки, линолеума и др.
Растительные масла гидрогенизацией (каталитическим присоединением водорода к двойным углерод-углеродным связям) переводятся
ЛЕКЦИИ
По органической химии
для студентов естественно-географического факультета
(заочная форма обучения)
План лекции
1. Предмет органической химии. Краткий исторический обзор органической химии.
2. Теория химического строения А.М.Бутлерова.
3. Классификация органических соединений.
4. Номенклатура органических соединений. Названия радикалов, используемых в названиях органических соединений (принято IUРАС).
5. Предельные углеводороды (алканы). Номенклатура алканов и их производных. Химические свойства алканов.
6. Непредельные углеводороды (алкены). Номенклатура алкенов и их производных. Химические свойства алкенов.
Предмет органической химии
Органическая химия изучает соединения углерода, называемые органическими веществами, кроме простейших соединений, таких, как карбонаты, СО и СО2. Определение «органическая химия как химия соединений углерода» по этой причине неточное.
К. Шорлеммер в 1889 г. дал определение органической химии как химии углеводородов и их производных. Однако и это определение не является строгим, и найти четкую границу органической и неорганической химиями трудно.
Попытки разделения по признаку происхождения (в начале XIX века к органическим относили вещества живой природы) также оказались ошибочными.
Краткий исторический обзор органической химии
Знакомство человека с органическими веществами и применение их для практических целей началось еще в глубокой древности. Такие вещества, как уксус, масла, жиры, сахар, крахмал, камедь, смолы и др.; такие процессы, как брожение виноградного сока, меда, варка пива и мыла, перегонка для получения скипидара, крашение с помощью индиго и других органических веществ, были давно известны многим народам мира.
Впервые термин «органическая химия» применил И.Я.. Берцелиус в 1808 г., определив ее как «химию растительных и животных веществ, или веществ, образующихся под влиянием жизненной силы и веществ, которые могут быть получены из них путем химических превращений».
Ф. Вёлер в 1828 г. получил мочевину из циановокислого аммония — неорганического вещества. А. Кольбе в 1845 г. синтезировал уксусную кислоту, используя древесный уголь, серу, хлор и воду. Число синтезов органических веществ из неорганических быстро росло. Так, в 1854 г. П. Бертло получил жиры, в 1861 г. А. М. Бутлеров — сахара, в 1862 г. Бертло — ацетилен. А. М. Бутлеров исходил из материалистических представлений, основанных на атомистическом учении М. В. Ломоносова и Дальтона.
Начиная с 1858 г. А. М. Бутлеров развивает и экспериментально обосновывает теорию химического строения.
Сущность этой теории заключается в трех основных положениях:
1) химические вещества определенным образом построены, т. е. имеют строгий порядок в чередовании атомов в молекуле, определенную закономерность во влиянии атомов друг на друга;
2) химическое строение веществ определяет их физические и химические свойства;
3) изучение свойств веществ позволяет определить их химическое строение.
В отличие от ранее существовавших теорий, теория химического строения позволяла классифицировать весь накопившийся и новый экспериментальный материал и, что самое важное, предсказывать возможное число органических соединений определенного состава и вероятные пути их синтеза, т. е. допускала экспериментальную проверку. Она стала общей теорией органической химии как науки.
Для написания структурной формулы любого органического соединения используют четыре основных свойства углерода: 1) четырехвал<
|
|
Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...
Автоматическое растормаживание колес: Тормозные устройства колес предназначены для уменьшения длины пробега и улучшения маневрирования ВС при...
Эмиссия газов от очистных сооружений канализации: В последние годы внимание мирового сообщества сосредоточено на экологических проблемах...
Индивидуальные очистные сооружения: К классу индивидуальных очистных сооружений относят сооружения, пропускная способность которых...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!