Загальна характеристика, номенклатура та ізомерія оксигеновмісних органічних сполук

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНЕСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Біологічний факультет

Кафедра хімії

Курсова робота

Загальна характеристика, номенклатура та ізомерія оксигеновмісних органічних сполук

Виконала:Матвєєва В.Є.

Перевірив: Завгородній М.П.

Запоріжжя,2015



План

Вступ

1.Насичені одноатомні спирти

1.1 Номенклатура та ізомерія

1.2 Способи добування

1.3 Фізичні властивості

1.4 Хімічні властивості

1.5Окремі представники

2. Багатоатомні спирти. Етиленгліколь. Гліцерин

2.1 Номенклатура та ізомерія

2.2 Способи добування

2.3 Фізичні властивості

2.4 Хімічні властивості

2.5 Окремі представники

3. Феноли

3.1 Номенклатура та ізомерія

3.2 Способи добування

3.3 Фізичні властивості

3.4 Хімічні властивості

3.5 Окремі представники

4.Альдегіди та кетони

4.1 Номенклатура та ізомерія

4.2 Способи добування

4.3 Фізичні властивості

4.4 Хімічні властивості

4.5 Окремі представники

Висновок

Список використаної літератури



Вступ

Всі органічні речовини передусім складаються з атомів карбону і гідрогену. Але,поряд з тим,відомо багато речевин містить також атоми оксигену. Із органічних сполук, що містять оксиген, розглянемо насамперед класи спиртів та фенолів.

Особлива актуальність теми спирти пов'язана з великим застосуванням у різних галузях: медицині, парфумерії, фармації.

Спирти є досить поширеними сполуками у природі і виконують в живих організмах різноманітні функції. Ще більш поширеними сполуками є похідні спиртів, серед яких перш за все слід відзначити складні ефіри. Нижчі спирти та їх ефіри часто обумовлюють запах рослин і входять до складу так званих ефірних масел. Вищі спирти та їх ефіри входять до складу жирів, бджолиного воску, тощо.

В органічній хімії, феноли -- клас хімічних сполук, у молекулах яких присутня гідроксильна група (-OH), приєднана до ароматичної групи.

В рослинах досить поширеними є різноманітні похідні фенолів, наприклад, евгенол, юглон і багато інших. Значна кількість похідних фенолів використовується рослинами і деякими комахами (наприклад, жуком-бомбардиром) як засіб міжвидової конкуренції. Використання фенолів та їх похідних для самозахисту пояснюється властивостями даних сполук - досить велика токсичність і сильна подразнююча дія.



1. Насичені одноатомні спирти

Загальна формула одноатомних спиртів R-OH. Залежно від того, з яким атомом Карбону (первинним, вторинним чи третинним) зв'язана гідроксильна група, розрізняють первинні, вторинні і третинні спирти.

R-CH2-OH первинний спирт	вторинний спирт	третинний спирт

1.1 Номенклатура та ізомерія

Для назви спиртів найчастіше використовують дві номенклатури: замісникову та радикало-функціональну.

За замісниковою номенклатурою ІЮПАК назви спиртів утворюють від назв відповідних вуглеводнів шляхом додавання суфікса -ол (від алкоголь) і цифрою позначають атом Карбону, з яким зв'язана гідроксильна група. Нумерацію ланцюга починають з того боку, до якого ближче знаходиться гідроксильна група. Згідно з радикало-функціональною номенклатурою спирти називають за назвою радикала з яким зв'язана гідроксильна група, та додаванням до цієї назви закінчення -овий та слова спирт. Остання номенклатура зручна лише для найпростіших спиртів:

СН3ОН	метанол	метиловий спирт
СН3-СН2-ОН	етанол	етиловий спирт
	пропанол -1	пропіловий спирт
	пропанол-2	ізопропіловий спирт
	4-метилпентанол-2

Для спиртів характерна структурна ізомерія.

Ізомерія у ряду спиртів розпочинається з третього члена гомологічного ряду. Ці ізомери відрізняються положенням гідроксильної групи.

C3H8O	пропанол-1	пропанол-2

Для наступного члена гомологічного ряду структурна ізомерія обумовлена не тільки положенням гідроксилу, але й будовою карбонового ланцюга.

С4Н10О	бутанол-1	бутанол-2
	2-метилпропанол-1	2-метилпропанол-2

1.2 Способи добування

1. Гідроліз галогенопохідних. При обробці галагенопохідних водним розчином лугу, іде заміщення галогену на гідроксил.

СН₃СН₂Br + NaOH > СН₃СН₂OH + NaBr

брометан етанол

2. Гідратація алкенів. Приєднання води до алкенів відбувається в присутності кислот (сульфатної або фосфатної):

СН₂=СН₂ + Н₂О > СН₃СН₂OH

етен етанол

Гідратацією алкенів одержують вторинні та третинні спирти; з первинних спиртів таким способом можна добути лише етиловий. Цей метод використовують для промислового одержання спиртів.

2. Відновлення альдегідів та кетонів. При відновленні альдегідів утворюються первинні спирти, а кетонів - вторинні.

1.3 Фізичні властивості

Нижчі спирти - безбарвні рідини з характерним запахом; вищі спирти - тверді речовини.

Спирти мають високі температури кипіння. Це обумовлено тим, що спирти, як і вода, є асоційованими рідинами. Їх молекули здатні утворювати міжмолекулярні водневі зв'язки, сполучаючись при цьому в довгі ланцюги - асоціати.

Перші члени гомологічного ряду спиртів змішуються з водою в усіх співвідношеннях, зі збільшенням числа атомів Карбону в молекулі розчинність у воді швидко зменшується, вищі спирти у воді не розчинні.

1.4 Хімічні властивості

Реакції, в які вступають спирти, супроводжуються розривом зв'язків О-Н або С-О.

1. Кислотні властивості спиртів. Утворення алкоголятів.

Спирти не змінюють колір лакмусового паперу, проте виявляють слабкі кислотні властивості. Кислотний характер спиртів обумовлений високою полярністю зв'язку в гідроксильній групі. Атом Оксигену, як більш електронегативний, зміщує на себе спільну пару електронів від атома Гідрогену; на останньому виникає частковий позитивний заряд:

Спирти взаємодіють з лужними металами, утворюючи алкоголяти:

2СН₃СН₂ОН + 2Na > 2СН₃СН₂ONa + Н₂-

натрій етилат

Під дією води алкоголяти розкладаються з утворенням спирту та лугу, оскільки вода виявляє сильніші кислотні властивості:



СН₃СН₂ОNa + H₂O > СН₃СН₂OH + NaOH

З лугами спирти практично не взаємодіють, оскільки серед продуктів реакції з'являється вода, яка розкладає утворений алкоголят:

СН₃СН₂ОH + NaOH - СН₃СН₂ONa + H₂O

Для зміщення рівноваги в бік утворення алкоголяту, з реакційної суміші слід видаляти воду.

2. Взаємодія з карбоновими кислотами.

При нагріванні спиртів з карбоновими кислотами в присутності концентрованої сульфатної кислоти утворюються естери (складні ефіри).

Це - реакція еcтерифікації.

3. Взаємодія з галагеноводнями.

При взаємодії спиртів з галогеноводневими кислотами відбувається заміщення гідроксильної групи на атом галогену.

СН₃СН₂ОН + HCl > СН₃СН₂Cl + Н₂O

хлоретан

4. Дегідратація спиртів.

Залежно від умов реакції, відщеплення молекули води може відбуватися внутрішньомолекулярно або міжмолекулярно. Внутрішньо-молекулярна дегідратація спиртів відбувається за температури близько 180⁰ С у присутності концентрованих сульфатної або фосфатної кислот, алюміній оксиду. При цьому утворюються алкени.

При нижчій температурі та наявності каталітичної кількості мінеральної кислоти відбувається міжмолекулярна дегідратація:

В результаті відщеплення молекули води від двох молекул спирту, утворюються етери.

Етери - органічні сполуки, у молекулах яких два вуглеводневих радикали з'єднані між собою через атом Оксигену. Їх загальна формула R-O-R.

Діетиловий етер або ефір (С₂Н₅ОС₂Н₅) одна із перших речовин, яку почали застосовувати у медицині, як препарат для загального наркозу. Ще у 1832 р. Лонг (США) застосував ефір як анестезуючий засіб при хірургічних втручаннях.

5. Реакції окиснення. Первинні, вторинні та третинні спирти окиснюються по-різному. Первинні та вторинні спирти легко окиснюються з утворенням карбонільних сполук - відповідно альдегідів чи кетонів. Як окисники використовують калій перманганат або хромову суміш, які оксинюють спирти вже за кімнатної температури.



Третинні спирти за цих умов не окиснюються. В більш жорстких умовах оксиснення супроводжується розривом С-С зв'язків з утворенням суміші карбонових кислот.

При горінні спиртів утворюється карбон (IV) оксид та вода:

С₂Н₅ОН + 3О₂ > 2СО₂ + 3Н₂О

1.5 Окремі представники

Метиловий спирт (метанол, деревний спирт) СН₃ОН - родоначальник гомологічного ряду спиртів. Безбарвна рідина, легко змішується з водою, спиртами, іншими органічними розчинниками. Одержують метанол із синтез-газу при нагріванні за наявності каталізатора:

СО₂ + Н₂ > СН₃ОН + Н₂О

або з карбон (ІІ) оксиду та водню при нагріванні:

СО + 2Н₂ > СН₃ОН

До 1923 р. метанол одержували виключно сухою перегонкою деревини, тому його ще називають деревний спирт.

Вперше метиловий спирт у чистому вигляді виділили Ж.Дюма та Е. Пеліго у 1834 р. і встановили його формулу (СН₃ОН), а також сформували уявлення про спирти, як окремий клас органічних сполук. Вперше метанол синтезував П. Бертло у 1858 р.:

CH₃Cl + KOH > CH₃OH + KCl

хлорметан

Метиловий спирт надзвичайно отруйний. Попадання в організм людини біля 30 г метанолу викликають смерть, а менші дози руйнують зоровий нерв і ведуть до втрати зору.

Етиловий спирт (від гр. aether - повітря, етер, та hyle - дерево, речовина)(етанол, винний спирт) С₂Н₅ОН. Безбарвна легко рухлива рідина, з характерних запахом і пекучим смаком. Змішується у всіх співвідношеннях з водою, іншими спиртами. Входить до складу алкогольних напоїв. У невеликих кількостях викликає стан алкогольного сп'яніння, збільшення дози веде до наркотичного стану.

У середні віки спирт вважали найкращими ліками і навіть називали “вода життя” (лат. aqua vitae). Інша назва етанолу - “вогняна вода” (лат. aqua ardens) вказувала на його властивості.

Етиловий сприт широко застосовують як сировину в органічному синтезі, як розчинник, у фармації та медицині для виготовленні настоянок, екстрактів, як дезинфікуючий засіб.

У промисловості етанол одержують бродінням вуглеводів рослинного походження та гідратацією етилену у присутності концентрованої H₂SO₄:

C₆H₁₂O₆ 2СН₃СН₂OH + 2CO₂

глюкоза етанол



СН₂=СН₂ + Н₂О СН₃СН₂OH

етен етанол

Вперше цю реакцію здійснив французький хімік П. Бертло, який був не тільки чудовим хіміком, але й очолював Міністерство народної освіти та вишуканих мистецтв, а також був Міністром іноземних справ Французької республіки.



2. Багатоатомні спирти. Етиленгліколь. Гліцерин

Спирти, молекули яких містять декілька гідроксильних груп відносять до багатоатомних спиртів.

Спирти, які містять дві гідроксильні групи біля одного атома Карбону нестабільні, вони розкладаються з виділенням молекули води та утворенням альдегідів чи кетонів. Тому найпростішим представником двоатомних спиртів є етиленгліколь або гліколь, триатомних спиртів - гліцерин.

Двоатомні спирти називають також діолами або гліколями (від гр. glykys - солодкий), через солодкий смак найпростіших представників цих спиртів; триатомні - триолами або гліцеринами, за назвою першого представника.

За замісниковою номенклатурою ІЮПАК назви дво- та триатомних спиртів утворюють від назви відповідного вуглеводню, додаючи суфікс -діол чи -тріол, позначаючи цифрами положення гідроксильних груп.

2.1 Способи добування

Дво- та триатомні спирти добувають всіма способами, які застосують для синтезу одноатомних спиртів. Але існує і ряд специфічних методів синтезу.

1. Добування етиленгліколю. Вихідною речовиною для синтезу етиленгліколю є етилен, з якого одержують етиленгліколь в одну стадію - окисненням калій перманганатом в слабколужному середовищі (див. 26.3):

або в дві стадії - при дії на етилен бромом спочатку одержують 1,2-диброметан, який далі обробляють водним розчином лугу:

2. Добування гліцерину. Гліцерин добувають гідролізом рослинних чи тваринних жирів. Жири, як естери триатомного спирту гліцерину та вищих карбонових кислот, у кислому або лужному середовищі гідролізують до гліцерину:

Існують також ефективні синтетичні методи добування гліцерину на основі пропену, які майже витіснили метод одержання гліцерину із жирів:



2.2 Фізичні властивості

Етиленгліколь та гліцерин - безбарвні в'язкі рідини, з високою температурою кипіння, солодкі на смак. Змішуються у всіх співвідношеннях з водою та етиловим спиртом.

2.3 Хімічні властивості

Багатоатомні спирти вступають в ті ж реакції, що й одноатомні; реакції відбувають за участю однієї або декількох гідроксильних груп. Наявність різної кількості гідроксильних груп в спиртах визначає і деякі їх особливості.

1. Кислотні властивості. Порівняно з одноатомними спиртами, багатоатомні спирти виявляють сильніші кислотні властивості. Це зумовлено електроноакцепторним впливом гідроксильних груп одна на одну і, як наслідок, більшою поляризацією зв'язку О-Н. Так, багатоатомні спирти утворюють алкоголяти не лише при взаємодії з лужними металами, але і з гідроксидами, в тому числі, важких металів.

Етиленгліколь при взаємодії з натрієм, залежно від співвідношення реагентів, утворює як повні так і неповні гліколяти:

Утворення гліколятів спостерігається і при взаємодії з натрій гідроксидом:



Особливістю багатоатомних спиртів є їх здатність розчиняти купрум (ІІ) гідроксид, при цьому з'являється характерне синє забарвлення розчину. При взаємодії багатоатомних спиртів з Cu(OH)₂ утворюються комплексні сполуки, у яких поряд з ковалентними зв'язками Cu-O є і донорно-акцепторні зв'язки Cu<O:

Такі внутрішньомолекулярні сполуки називають хелатними комплексами (гр. chelae - клешні); молекули етиленгліколю захоплюють атом металу, як клешнями. Взаємодія з Cu(OH)₂ - якісна реакція на багатоатомні спирти.

2. Утворення естерів. Етиленгліколі та гліцерин, як і одноатомні спирти, здатні утворювати естери з мінеральними та карбоновими кислотами.

Найбільше значення має повний естер гліцерину з нітратною кислотою:

Тринітрат гліцерину або тринітрогліцерин - важка масляниста рідина, яку застосовують у виробництві ліків та вибухових речовин.

Естери гліцерину та вищих карбонових кислот - жири, тваринного та рослинного походження. Насичені кислоти входять до складу твердих жирів, а ненасичені - до складу олій.

2.4 Окремі представники

Етиленгліколь (гліколь, 1,2-етандіол) НОСН₂СН₂ОН. В'язка безбарвна рідина без запаху, солодкувата на смак. Добре розчинна у воді, етиловому спирті, ацетоні. Сильна отрута. Відкрив Ш. Вюрц у 1856 р.

Етиленгліколь широко застосовують як складову антифризів (від гр. anti - префікс, що позначає протидію, та англ. freeze - замерзати). Найпоширенішими є антифризи на основі водного розчину етиленгліколю; вони мають низьку температуру замерзання і їх застосовують для охолодження двигунів внутрішнього згорання, в теплообмінниках та інших установках, які працюють при температурі нижче 0⁰ С. В техніці, в основному, використовують антифризи, які містять 52,6 % та 66,0 % етиленгліколю; вони замерзають при температурі -40⁰ С та -65⁰ С відповідно.

Гліцерин (гр. glykeros - солодкий), 1,2,3-пропантріол НОСН₂СНОНСН₂ОН. Безбарвна в'язка рідина без запаху, солодкувата на смак. Змішується з водою, спиртом, ацетоном. Безводний гліцерин гігроскопічний, поглинає вологу з повітря.

Вперше гліцерин виділив шведський аптекар К. Шеєле у 1779 р. гідролізом оливкової олії (рослинного жиру). Але лише у 1854 р. Ш. Вюрц встановив, що гліцерин - триатомний спирт, а структурну формулу гліцерину запропонував у 1859 р. О.М. Бутлеров.

Гліцерин входить до складу природних жирів та олій. Його використовують для синтезу нітрогліцерину. Гліцерин додають для пом'якшення мазей, парфум, косметичних кремів, крему для взуття.

Нітрогліцерин (гліцеринтринітрат) О₂NOСН(СН₂ОNO₂)₂. Безбарвна масляниста рідина, добре розчинна в ацетоні, діетиловому етері, метанолі, бензені, погано - у воді, гліцерині.

Вперше тринітрат гліцерину синтезував італійський хімік А. Сомбреро у 1846 р. Уже під час Кримської війни нітрогліцерин використовували як вибухову речовину. Однак здатність нітрогліцерину вибухати при незначному ударі або терті перешкоджала його широкому використанню. Необхідно було підібрати умови, які б дозволяли безпечно перевозити вибухівку і щоб при цьому вона не втрачала своїх властивостей. Вирішив цю проблему Альфред Нобель, шведський вчений, чиє ім'я носить найпоширеніша наукова премія світу. У 1864 р. він запатентував спосіб добування нітрогліцерину, а у 1866 р. винайшов динаміт. Він помітив, як випадково пролитий тринітрогліцерин поглинув кізельгур - ґрунт, піднятий з дна моря - при цьому кізельгур залишався сухим і його можна було формувати в брикети. У цій суміші нітрогліцерин зберігав свої вибухові властивості. Її Нобель назвав “динаміт” (від гр. dynamis - сила). Динаміт, крім військової справи, застосовують у будівництві, при прокладанні тунелів, гірничій справі.

Нітрогліцерин використовують в медицині як лікарський препарат, що знімає гострі серцеві напади, сприяє розширенню кровоносних судин серця, знімає біль (спазми).



3. Феноли

гідроксильні похідні ароматичних вуглеводнів, у яких гідроксильна група безпосередньо зв'язана з бензольним ядром. Сполуки, що містять гідроксил в боковому ланцюзі, відносять до ароматичних спиртів.

Як і спирти, феноли можуть містити одну, дві, три або більше гідроксильних груп. Найпростішими представниками фенолів є гідроксибензен або фенол; найближчі його гомологи о-, м-, п-крезоли:

Бензиловий спирт (ароматичний) - ізомер крезолів. Це - міжкласова ізомерія.

3.1 Номенклатура

За замісниковою номенклатурою ІЮПАК назви фенолів утворюють, як і для спиртів, тобто до назви вуглеводню додають суфікс -ол. Згідно цього найпростіший представник фенолів С₆Н₅ОН слід називати бензенол. Однак на практиці його називають тривіальною назвою - фенол, а похідні - як заміщені феноли. Номенклатура ІЮПАК дозволяє вживати тривіальні назви для похідних фенолів: крезоли, тимол тощо. Нумерацію атомів у молекулі починають з атома Карбону, зв'язаного з гідроксильною групою:

3.2 Способи добування

1. З кам`яновугільної смоли. Кам`яновугільна смола, що утворюється при коксуванні вугілля - чорна в`язка рідина з характерним фенольним запахом. Феноли виділяють з легкого масла - фракції одержаної при розгонці кам`яновугільної смоли (t^o= 80 _ 170^o С), в основному вона містить фенол і крезоли.

2. Взаємодія галогенаренів з лугами. Заміщення галогену в бензеновому ядрі відбувається за жорстких умов: при температурі 200 - 300^о С і підвищеному тиску із застосуванням каталізатора - міді і солей купруму (І):

3. Кумольний метод. Промисловий метод синтезу фенолу, що дозволяє поряд із фенолом одержати цінний продукт - ацетон. Кумол (ізопропілбензен), одержаний при взаємодії бензену з пропеном, окиснюють киснем повітря, а утворений гідропероксид кумену розкладають нагріванням з розведеною сульфатною кислотою:

3.3 Фізичні властивості

Феноли - безбарвні кристалічні речовини або рідини з характерним запахом. Як правило, вони погано розчинні у воді; при зберіганні на повітрі окиснюються (темніють).

3.4 Хімічні властивості

Для фенолів характерні реакції, що відбуваються за участю гідроксильної групи та бензенового ядра.

В молекулі фенолу гідроксильна група безпосередньо зв'язана з бензеновим ядром. Внаслідок цього одна з неподілених пар електронів атома Оксигену гідроксильної групи взаємодіє з р-електронами бензенового ядра. Це веде до зміщення електронної густини з атома Оксигену в бік ароматичного ядра. У результаті спостерігається зменшення електронної густини на атомі Оксигену гідроксильної групи та її збільшення в бензеновому ядрі, що впливає на реакційну здатність ОН-групи і бензенового ядра.



Реакції за участю гідроксильної групи.

1. Кислотні властивості.

Зменшення електронної густини на атомі Оксигену веде до підвищення полярності зв'язку -О-Н, оскільки атом Оксигену сильніше, ніж у молекулі спирту, відтягає спільну пару електронів від атома Гідрогену. Атом Гідрогену набуває більшого часткового позитивного заряду і легко може відщеплюватись у вигляді протону Н⁺, тому феноли виявляють сильніші кислотні властивості, ніж спирти. Так, феноли реагують не тільки з металами, але і з гідроксидами, утворюючі феноляти:

У 1835 р. Ф. Рунге дав назву фенолу “карболова кислота”, за його здатність взаємодіяти з лугом.

Утворені феноляти, на відміну від алкоголятів, не розкладаються водою. Водні розчини фенолятів мають лужну реакцію. Однак, при дії кислот, навіть такої слабкої як карбонатна відбувається розклад фенолятів:

3. Утворення етерів. Зручними методом синтезу фенілових етерів є взаємодія фенолятів лужних металів з галагенопохідними вуглеводнів:

Дифеніловий етер одержують у присутності каталізатора - порошку міді.

Реакції по бензеновому ядру.

У результаті зміщення електронної густини з гідроксильної групи на бензенове ядро, значно зростає реакційна здатність останнього.

3. Нітрування фенолу відбувається за кімнатної температури, при обробці розведеною нітратною кислотою з утворенням суміші орто- і пара-нітрофенолів. Використання концентрованої нітратної кислоти у цій реакції призводить до утворення 2,4,6-тринітрофенолу:

4. Бромування. Якщо бензен галогенується тільки за наявності каталізатора, то фенол бромується вже за кімнатної температури бромною водою. Відбувається заміщення атомів Гідрогену в о- і п- положеннях:



2,4,6-Трибромфенол не розчиняється у воді і випадає у вигляді білого осаду, що використовують для виявлення фенолу.

3.5 Окремі представники

Фенол (гідроксибензен, карболова кислота - лат. carbo, carbonis - вугілля та лат. oleum - олія) С₆Н₅ОН. Безбарвна кристалічна речовина зі специфічним “фенольним” запахом, при зберіганні, внаслідок окиснення, набуває рожевого забарвлення. Фенол малорозчинний у воді, добре розчинний в етанолі, етері, ацетоні.

Фенол відкрив Ф. Рунге у 1834 р. у складі кам'яновугільної смоли. Назва “карболова кислота”, яку дав Рунге, вказує на джерело добування та властивості фенолу. Назву “фенол” ввів Ф.Жерар у 1843 р., утворивши її від старої назви бензену - фен.

Фенол - одна із найстаріших дезінфікуючих речовин. Вперше у 1867 р. Дж. Лістер застосував його як бактерицидний засіб у хірургії. Фенол руйнує білкові речовини, через високу токсичність його застосовують лише зовнішньо.

У техніці фенол використовують для добування різних фенольних смол, капролактаму, у синтезі лікарських засобів (аспірин).

Пікринова кислота (гр. ргkспе - гіркий, гострий) (2,4,6-тринітрофенол) С₆Н₅ОН - жовті кристали, добре розчинні в органічних розчинниках, гірше - у воді, водні розчини жовтого кольору.

Вперше її описав Вульф у 1771 р. Назву “пікринова” дав їй А. Дюма у 1836 р. за гіркий смак. Виявилось, що 2,4,6-тринітрофенол забарвлює протеїни у жовтий колір і у 1849 р. її почали використовувати як жовтий барвник для шовку. Це був перший випадок застосування синтетичного барвника.

2,4,6-Тринітрофенол - вибухонебезпечна речовина, в бурську війну (війна Британської імперії на півдні Африки проти місцевого населення) англійці використовували його під назвою “ліддіт”.



4. Альдегіди та кетони

Альдегіди і кетони - похідні вуглеводнів, що містять в своєму складі карбонільну групу (>С=О). Тому їх ще називають карбонільними сполуками.

Назву “альдегіди” запропонував у 1835 р. Ю. Лібіх для сполук, які містили на два атоми Гідрогену менше, ніж спирти. Він утворив її від Alcohol dehydrogenatus - сприт дегідрований. Лібіх також правильно помітив, що альдегіди - проміжні продукти в окисненні спирту до кислоти.

Назва “кетони” походить від назви першого представника цього ряду - ацетону - acetone.

В альдегідах карбонільна група зв'язана з вуглеводневим радикалом і атомом Гідрогену. Групу -СОН називають альдегідною. Загальна формула альдегідів , .У кетонах карбонільна група зв'язана з двома вуглеводневими радикалами. Карбонільну групу у кетонах часто називають кетогрупою. Загальна формула кетонів .

4.1 Номенклатура та ізомерія

В номенклатурі альдегідів і кетонів використовують тривіальні та систематичні назви. Тривіальні назви альдегідів походять від назв карбонових кислот, у які вони перетворюються при окисненні. Так, альдегід, при окисненні якого одержують мурашину кислоту, називають мурашиний альдегід (формальдегід - від лат. acidum formicum - кислота мурашина); альдегід при окисненні якого утворюється оцтова кислота - оцтовий альдегід або ацетальдегід (від лат. acidum aceticum - кислота оцтова) і.т.д.

За замісниковою номенклатурою ІЮПАК назву альдегіду утворюють від назви вуглеводню з тією ж кількістю атомів Карбону, включаючи атом Карбону карбонільної групи та додаючи суфікс -аль (суфікс утворений від альдегід). Нумерацію головного карбонового ланцюгу починають з атома Карбону альдегідної групи.

Для кетонів широко використовують радикало-функціональну номенклатуру, згідно якої назви утворюють з назв вуглеводневих радикалів при карбонільній групі перераховуючи їх в алфавітному порядку та додаючи слово кетон. За замісниковою номенклатурою назви кетонів утворюють від назв насичених вуглеводнів, що містять таку ж кількість атомів Карбону, додаючи суфікс -он (суфікс утворено від кетон) і цифрою позначаючи атом Карбону, що входить до складу кетогрупи. Нумерацію при цьому здійснюють так, щоб атом Карбону карбонільної групи отримав якомога менший номер.



Для деяких кетонів збереглись тривіальні назви, зокрема диметилкетон частіше називають ацетон.

Для карбонільних сполук характерна структурна ізомерія.

Альдегіди і кетони, що містять однакову кількість атомів Карбону, ізомерні між собою. Так, пропанон і пропаналь є структурними ізомерами, які містять різні функціональні групи.

Ізомерія альдегідів і кетонів може бути також пов'язана з різною структурою карбонового ланцюга:

Для кетонів, крім того, характерна ізомерія зумовлена положенням карбонільної групи:

4.2 Способи добування

1. Окиснення спиртів. Первинні спирти окиснюються до альдегідів, а вторинні - до кетонів.

3. Гідратація алкінів (реакція Кучерова). З ацетилену в умовах реакції утворюється ацетальдегід, всі інші алкіни дають кетони:

4.

Гідратацією ацетилену в промисловості одержують оцтовий альдегід, а з нього відновленням - етиловий спирт; окисненням - оцтову кислоту.

3. Гідроліз дигалогеналканів. При гідролізі дигалогеналканів з атомами галогену біля первинного атома Карбону утворюються альдегіди, а біля вторинного - кетони. Особливо легко гідроліз відбувається в лужному середовищі:

4. Оксосинтез. В промисловості альдегіди одержують взаємодією алкенів з карбон (ІІ) оксидом, воднем при підвищених температурі та тиску в присутності платинового або кобальтового каталізаторів. Зазвичай утворюється суміш ізомерів: спирт фенол альдегід оксиген

4.3 Фізичні та хімічні властивості

Мурашиний альдегід - газ, нижчі альдегіди і кетони - леткі рідини. Альдегіди і кетони добре розчиняються в органічних розчинниках, нижчі - розчинні у воді. Більшість альдегідів і кетонів мають характерний запах. Альдегіди, що містять 8 - 12 атомів Карбону - пахучі речовини, їх використовують у парфумерії.

Хімічні властивості альдегідів та кетонів визначаються наявністю в їх складі карбонільної групи.

Атоми Карбону та Оксигену в карбонільній групі перебувають у стані sp²_гібридизації і зв'язані подвійним зв'язком, який складається з s- та p_зв'язків. Атом Оксигену, як більш електронегативний, зміщує на себе електронну густину подвійного зв'язку. Внаслідок цього на атомі Карбону утворюється частковий позитивний (д+), а на атомі Оксигену частковий негативний заряд (д-):

Завдяки такій поляризації карбонільної групи, альдегіди і кетони є високореакційноздатними сполуками і вступають у реакції приєднання з реагентами, що мають неподілену пару електронів, або молекули яких містять атом з підвищеною електронною густиною або атом з негативним зарядом. Реакція починається з атаки атома Карбону карбонільної групи. Тому реакційна здатність карбонільних сполук в реакціях приєднання визначається величиною часткового позитивного заряду (д+) на атомі карбону С=О-групи: чим він більший, тим вища їх реакційна здатність.

Альдегіди, як правило, більш реакційноздатні, ніж кетони. Алкільні радикали за рахунок +І-ефекту зміщують електронну густину у бік С=О-групи, зменшуючи позитивний заряд на атомі Карбону карбонільної групи. Наявність в молекулі кетону двох алкільних груп біля карбонільної групи, веде до більшого зниження величини позитивного заряду, ніж в молекулі альдегіду.

Всі реакції альдегідів та кетонів можна умовно поділити на групи:

- реакції приєднання;

- реакції окиснення і відновлення;

- реакції полімеризації.

Реакції приєднання.

1. Приєднання синильної кислоти відбувається по карбонільній групі альдегідів або кетонів з утворення ціангідринів (гідроксинітрилів).

2.

Реакція прискорюється в присутності основи; утворені ціангідрини використовують в синтезі гідрокси- та амінокислот.

2. Приєднання натрій гідроген сульфіту до альдегідів і найпростіших кетонів веде до утворення “бісульфітних сполук”. Реакція проходить без каталізатора.

Бісульфітні сполуки погано розчинні у воді, тому ця реакція є якісною на карбонільну групу, також її використовують для виділення і очищення альдегідів і кетонів.

3. При взаємодії з амоніаком альдегіди утворюють альдіміни.



Альдіміни - нестійкі сполуки, вони самовільно полімеризуються (циклізуються). Три молекули ацетальдіміну самовільно циклізуються з утворенням альдегідаміаку:

4. При взаємодії карбонільних сполук з гідроксиламіном (NH₂OH) утворюються оксими, у випадку альдегідів - альдоксими, кетонів - кетоксими.

Альдоксими і кетоксими - тверді кристалічні речовини з чіткими температурами плавленнями, реакцію їх утворення використовують для виділення та ідентифікації альдегідів і кетонів.

Реакції відновлення та окиснення.

1. Реакції відновлення альдегідів та кетонів широко застосовують для одержання спиртів (альдегіди відновлюються до первинних, а кетони - до вторинних спиртів). У промисловості проводять гідрування карбонільних сполук у присутності каталітичних кількостей кобальту, нікелю або платини:

2. Окиснення альдегідів та кетонів відбувається по-різному. Альдегіди дуже легко окиснються, навіть при дії слабких окисників (Ag^+, Cu⁺), вони перетворюються в карбонові кислоти:

Реакцію окиснення альдегідів амоніачним розчином аргентум (І) оксиду називають реакцією “срібного дзеркала”. Іон Аргентуму в цій реакції відновлюється до вільного металу, яке виділяється у вигляді дзеркала на стінках пробірки.

Окиснення кетонів відбувається лише сильними окисниками - калій перманганатом або дихроматом, реакція супроводжується розривом зв'язків С_С у молекулі кетону.

Реакції полімеризації.

Альдегіди, на відміну від кетонів здатні полімеризуватись. Процес проходить за звичайних умов і прискорюється кислотами. Полімеризація формальдегіду проходить з утворенням полімеру лінійної структури:



Полімеризація ацетальдегіду за наявності слідів сульфатної кислоти веде до утворення циклічного продукту - тримеру - паральдегіду:

4.5 Окремі представники. Застосування

Мурашиний альдегід (формальдегід, метаналь) СН₂О - безбарвний газ з різким запахом, розчинний у воді. Перший представник ряду альдегідів, з яким познайомились хіміки був ацетальдегід. Формальдегід тривалий час одержати не вдавалось, незважаючи на усі зусилля вчених. Тільки у 1867 р. німецький хімік А.Е. Гофман синтезував мурашиний альдегід окисленням метилового спирту над платиновою спіраллю. В промисловості формальдегід одержують з метанолу, дегідруванням над срібним каталізатором або окисненням над окисним залізо-молібденовим каталізатором, а також окисненням метану:

У промисловості формальдегід застосовують у виробництві фенол-формальдегідних, сечовиноформальдегідних та інших смол, необхідних в електропромисловості та машинобудуванні.

37 - 40% Водний розчин формальдегіду, що містить 6 - 15% метанолу (інгібітор полімеризації формальдегіду) відомий під назвою “формалін”, використовують як антисептичний, дубильний засіб.

Оцтовий альдегід (ацетальдегід, етаналь) СН₃СНО - безбарвна рідина з різким запахом, у малих концентраціях має запах зелених яблук. Змішується з водою в будь-яких співвідношеннях. Вперше ацетальдегід описав К. Шеєле у 1782 р., утворення якого він спостерігав при перегонці суміші етилового спирту із сульфатною кислотою та манган (IV) оксидом MnO₂. У 1835 р. відносно чистий ацетальдегід виділив Ю. Лібіх.

У техніці одержують дегідруванням або окисненням етанолу над срібним каталізатором, гідратацією ацетилену та окисненням етилену у водному розчині киснем за наявності PdCl₂ i CuCl₂:

Ацетальдегід використовують в основному для одержання оцтової кислоти та деяких її похідних, як відновник при виробництві дзеркал.

Ацетон (диметилкетон, пропанон) СН₃СОСН₃ - безбарвна рідина з характерним запахом, змішується з водою і органічними розчинниками. Ацетон (лат. acetum - оцет) - “оцтовий спирт” дістав назву від способу добування - перегонки солей оцтової кислоти. Перші відомості про нього з'являються у XVI ст. Але тільки у 1861 р. Лошмідт запропонувау структурну формулу ацетону.

У промисловості ацетон одержують в основному з кумену (кумольний метод); з пропілену реакцією гідратації з наступним оксиненням утвореного ізопропілового спирту; прямим окисненям пропілену в присутності PdCl₂ у водному середовищі:

Ацетон використовують як розчинник органічних сполук (лаки, нітроцелюлоза), він є сировиною для синтезу багатьох органічних сполук.



Висновок

До оксигеновмісних органічних сполук належать такі класи сполук, як спирти, феноли, альдегіди і кетони. Я ознайомилась із загальною будовою молекул органічних сполук,які містять оксиген та с особливостями їх номенклатури. Спирти виявляють кислотно- основні властивності, реагують з лужними металами, карбоновими кислотами. Також спирти можна дегідратувати. При ознайомленні з окремими представниками спиртів я визначила ії згубну дію на організм (метиловий спирт може визвати сліпоту і навіть смерть, етиловий спирт-алкогольну залежність).

Спирти, молекули яких містять декілька гідроксильних груп відносять до багатоатомних спиртів.

Їх хімічі властивості збігаються із властивостями одноатомних насичених спиртів. Окремі представники мають неабияке важливе значення- гліцерин входить до складу природних жирів та олій. Його використовують для синтезу нітрогліцерину. Гліцерин додають для пом'якшення мазей, парфум, косметичних кремів. Нітрогліцерин використовують в медицині як лікарський препарат, що знімає гострі серцеві напади, сприяє розширенню кровоносних судин серця, знімає біль (спазми).

Феномли -- клас хімічних сполук, у молекулах яких присутня гідроксильна група -OH, приєднана до ароматичної групи. Найпростішим з цього класу хімічних сполук є фенол (C₆H₅OH).Феноли мають слабкокислотні властивості, зокрема утворюють солеподібні продукти -- феноляти.Феноли виділяють з кам'яновугільної смоли, синтезують гідролізом відповідних галогенопохідних та інш. способами.Застосовують феноли у виробництві синтетичних смол, поліамідів та інш. полімерів, лікарських препаратів, барвників, поверхнево-активних речовин, антиоксидантів.Феноли при потраплянні в організм людини призводять до різких змін в клітинах кровотворної, хрящової та кісткової тканин.

Альдегімди -- аліфатичні та ароматичні органічні хімічні сполуки, що містять альдегідну групу НС=О Назва утворена від алкоголю дегідратацій, тобто алкоголю, з якого вилучений водень. Аліфатичні альдегіди -- це зазвичай рідини, наприклад, метаналь (формальдегід), етаналь (ацетальдегід). Ароматичні представники цього класу можуть бути, як рідкими (бензальдегід), так і твердими (ванілін).

Окремі представники альдегідів нають різнобічне застосування. Формальдегід застосовують у виробництві фенол-формальдегідних, сечовиноформальдегідних та інших смол, необхідних в електропромисловості та машинобудуванні.Ацетальдегід використовують в основному для одержання оцтової кислоти та деяких її похідних, як відновник при виробництві дзеркал.

Ацетон використовують як розчинник органічних сполук (лаки, нітроцелюлоза), він є сировиною для синтезу багатьох органічних сполук.



Список використаної літератури

· Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім.. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет -- Донецьк: «Вебер», 2008. -- 758 с.

· О. Ю. Ластухін, С. А. Воронов.Органічна хімія.Підручник для вищих навчальних закладів.-Львів: Центр Європи, 2006.-846.

· Луцевич Д.Д., Березан О.В. Конспект - довідник з хімії. - К.: Вища школа 1997.

· А.С. Мороз, Д.Д. Луцевіч, Л.П. Яворська Медична хімія, - Вінниця: Нова книга, 2006. - 776 с.

· Робертс Дж., Касерио М. Основы органической химии. -- М. : Мир, 1978. -- 840+888 с.

· Сливка Н.Ю. Органічна хімія.Практикум:посібник для студентів вищих навчальних закладів./Наталія Юріївна Сливка.-Луцьк:Волинс. Національний університет імені Лесі Українки, 2011-296 с.

Размещено на Allbest.ru