Литература: [1, с. 165–168, 209–221].
7. СПИРТЫ. ФЕНОЛЫ. МЕРКАПТАНЫ. ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ И ЭФИРЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ КИСЛОТ
Спиртами называются производные углеводородов, содержащие одну или несколько гидроксильных групп ОН у насыщенного атома углерода. Прежде всего, ознакомьтесь с классификацией, номенклатурой и изомерией спиртов.
По международной номенклатуре названия одноатомных спиртов складываются из названия соответствующих углеводородов и окончания -ол, двухатомных – -диол, трехатомных – -триол. Цифрой указывается местоположение гидроксилов. Многоатомные спирты чаще называют по числу углеродных атомов, добавляя окончание -ит. Например: пентит, гексит и т.д.
Изомерия спиртов обусловлена строением углеродной цепи и положением гидроксила. В зависимости от положения гидроксила различают спирты первичные, вторичные, третичные.
Изучая химические свойства, обратите внимание, что некоторые из них зависят от положения гидроксила (например, отношение их к действию окислителей), от числа гидроксильных групп в молекуле спирта (например, реакция с гидроксидом меди для двух-, трех- и многоатомных спиртов).
Спирты не обладают ярко выраженными кислотными или основными свойствами. Однако благодаря смещению электронной плотности алкильным радикалом в сторону атома кислорода, легче протекает диссоциация связи С–ОН, чем связи О–Н. В результате этого легче протекают реакции замещения гидроксила, а реакции с участием атома водорода в гидроксиле (с образованием алкоголятов, простых и сложных эфиров) идут труднее,
По-разному ведут себя первичные, вторичные и третичные спирты в реакциях окисления, и на это надо обратить внимание при рассмотрении примеров реакций. Разные продукты при окислении дает глицерин, поскольку в его молекуле имеются первичные и вторичные спиртовые группы.
При изучении многоатомных, алициклических и непредельных спиртов усвойте структуры наиболее важных представителей (эритриты, пентиты, гекситы, инозиты, кверцит, гераниол, фарнезол, цитронеллол). Кроме этого, изучая спирты, рассмотрите реакции, связанные с радикалом: для предельных спиртов – реакции замещения атома водорода, для непредельных – реакции присоединения, полимеризации и др.
При изучении фенолов обратите внимание на строение молекулы фенола, классификацию, изомерию. Необходимо знать представителей двух- и трехатомных фенолов, уметь отличать фенолы от ароматических спиртов. Следует уяснить, что отличие химических свойств фенолов от ароматических спиртов обусловлено электроотрицательным характером фенильного (С6Н5–) радикала, который придает фенолу кислые свойства. В связи с этим фенолы в отличие от спиртов взаимо-
действуют со щелочами, образуя феноляты. Другой особенностью фенолов является то, что под влиянием гидроксильной группы атомы водорода в бензольном ядре в орто- и параположениях приобретают большую подвижность и более высокую способность к реакциям замещения (нитрование, бромирование). Производные фенола (простые и сложные эфиры, нитрофенолы, гербициды) имеют большое практическое значение.
Изучая меркаптаны, обратите внимание на их строение: это сернистые аналоги спиртов. Их общая формула R–SН. Название меркаптанов (тиолов) образуют добавлением окончания -тиол к названию углеводородов. Например:
СН3–SН ; СН3–СН2–СН2–SН.
метилтиол пропилтиол
Меркаптаны обладают кислотными свойствами, более ярко выраженными, чем у спиртов, благодаря наличию SН-группы. Обратите внимание на соединения, содержащие тиоловую группу, серу, дисульфидные связи, аминокислоты: цистин, цистеин, метионин и ферменты.
При рассмотрении простых эфиров изучите способы их образования из спиртов, галогенпроизводных. Познакомьтесь с номенклатурой и изомерией простых эфиров. Уясните, что простые эфиры являются довольно устойчивыми в химическом отношении соединениями. В отличие от сложных эфиров они не омыляются, с кислотами дают соли оксония. Наибольшее значение имеют диэтиловый эфир, анизол (простой эфир фенола), диоксан.
Из эфиров минеральных кислот обратите внимание на эфиры борной, серной, азотной, кислородных кислот фосфора (фосфорной, пирофосфорной), а также познакомьтесь с фосфорсодержащими инсектицидами.
Литература: [1, с. 222–250, с. 453].
8. АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ
Альдегидами называются производные углеводородов, в молекуле которых атом водорода замещен альдегидной группой
О
–С .
Н
О
Общая формула R–С .
H
Кетонами называются соединения, в молекуле которых карбониль-
ная группа –СО– связана с двумя углеводородными радикалами. Общая формула R–С–R'.
О
Таким образом, благодаря наличию в молекуле этих классов соединений общей группы >С=0, они способны проявлять общие химические свойства. Необходимо знать, что электронное строение двойной связи карбонильной группы характеризуется наличием одной s-связи и одной p-связи. Эта двойная связь сильно поляризована благодаря большей электроотрицательности атома кислорода по сравнению с углеродным атомом, т. е. альдегиды и кетоны – полярные вещества с избыточной электронной плотностью на атоме кислорода. Этим и определяются химические реакции альдегидов и кетонов.
Наиболее характерны для альдегидов и кетонов реакции присоединения, замещения, конденсации.
Для альдегидов характерны легкая окисляемость и способность к реакциям полимеризации. Кетоны окисляются труднее и не вступают в реакции полимеризации. При изучении химических свойств альдегидов и кетонов обратите внимание на подвижность водорода при a-уг-леродном атоме, т.е. атома, непосредственно связанного с карбонильной группой. При изучении свойств непредельных альдегидов обратите внимание на реакции присоединения по кратной связи в радикале, а также на значение альдегидов, содержащихся в растениях (цитраль). Ароматические альдегиды и кетоны обладают некоторыми особенностями. Обратите внимание на отсутствие a-водорода в бензальдегиде, в связи с чем при реакции с хлором идет замещение водорода альдегидной группы, а также на способность ароматических альдегидов вступать в реакции бензоиновой конденсации. Большое значение имеют такие соединения, как: хиноны – продукты окисления двухатомных фенолов (орто- и параизомеров). По своим химическим свойствам они
ведут себя как непредельные кетоны. Производные хинонов входят в структуру витамина К.
Литература: [1, с. 264–284].
9. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Карбоновые кислоты – это класс органических соединений, содер-
О
жащих карбоксильную группу –С .
ОН
При рассмотрении этого класса соединений необходимо обратить
внимание на классификацию, номенклатуру, изомерию карбоновых кислот. Свойства карбоновых кислот, несмотря на наличие в карбоксильной группе карбонила >С=О и гидроксила –ОН, отличаются от свойств спиртов, альдегидов и кетонов благодаря взаимному влиянию этих функциональных групп друг на друга. Изучая свойства важнейших представителей карбоновых кислот (муравьиной, уксусной, пальмитиновой, стеариновой, бензойной), обратите внимание на особенности муравьиной кислоты.
Из известных методов получения карбоновых кислот обратите внимание на возможность получения их путем окисления углеводородов, спиртов, альдегидов, кетонов, а также путем гидролиза галогенпроизводных и нитрилов.
Литература: [1, с. 286–294].
9.1. Функциональные производные карбоновых кислот
К функциональным производным карбоновых кислот относятся соли, галогенангидриды, ангидриды, нитрилы, сложные эфиры.
Изучите основные методы получения этих соединений, их химические особенности и роль в народном хозяйстве. Особое внимание уделите изучению амидов, продуктов замещения гидроксильной группы в карбоксиле кислоты на аминогруппу.
При изучении амидов следует уяснить классификацию, способы получения и химические свойства этих соединений. Особое внимание следует обратить на строение амидной группы атомов. Так как электронная пара азота участвует в сопряжении, то амиды проявляют очень слабые основные свойства. Под действием воды в кислых или щелочных средах амиды гидролизуются с образованием кислот и аммиака или аминов.
Из амидов особое внимание следует обратить на мочевину (карбамид). Нужно знать строение, способы получения мочевины и химические свойства, а также применение мочевины и ее производных в сельском хозяйстве.
Литература: [1, с. 295–300].
9.2. Дикарбоновые кислоты
При изучении дикарбоновых кислот (предельных, ароматических) следует иметь в виду, что они, благодаря наличию двух карбоксильных групп, вступают в те же реакции, что и монокарбоновые кислоты. Однако в результате взаимного влияния двух карбоксильных групп дикарбоновые кислоты являются более сильными. Дикарбоновые кислоты в зависимости от числа вступивших в реакцию карбоксильных групп могут образовывать два вида производных: кислые и средние соли, полные и неполные амиды, эфиры и т. д. Обратите внимание на особые свойства метиленовой группы малонового эфира и ангидриды дикарбоновых кислот. Изучите реакции получения синтетических волокон (лавсана, найлона) на основе дикарбоновых кислот.
Литература: [1, с. 301–305].
9.3. Непредельные кислоты
Непредельные кислоты – это органические кислоты, содержащие в радикале одну или несколько кратных связей. Необходимо познакомиться со свойствами одноосновных непредельных карбоновых кислот (олеиновой, акриловой, метакриловой, линолевой, линоленовой) и двухосновных непредельных кислот (фумаровой, малеиновой), а также представителями ароматических кислот (коричными). По карбоксильной группе эти кислоты проявляют те же свойства, что и предельные кислоты: диссоциируют, образуют соли, амиды, галогенангидриды, ангидриды, эфиры. Однако необходимо обратить внимание на то, что у непредельных карбоновых кислот кислотные свойства выражены, сильнее, чем у соответствующих предельных кислот. Это объясняется влиянием непредельного радикала на карбоксильную группу. Благодаря наличию двойной связи непредельные карболовые кислоты могут участвовать в реакциях гидрирования, присоединения галогенов, галогенводородов, воды, в реакциях полимеризации.