Zuhause > Bewegungserziehung, Körpererziehung, Leibeserziehung > Eigenschaften von Alkoholen, Aldehyden, Säuren, Estern, Phenol. Substituenten am Benzolring werden in zwei Gruppen Reaktionen des Benzolrings unterteilt


Eigenschaften von Alkoholen, Aldehyden, Säuren, Estern, Phenol. Substituenten am Benzolring werden in zwei Gruppen Reaktionen des Benzolrings unterteilt




Pyrocatechin

Resorcin

Hydrochinon

Phloroglucin

Pyrogallol

Für die systematische Bezeichnung von Phenolen wird die IUPAC-Substitutionsnomenklatur verwendet, wonach Phenole als Hydroxyderivate von Benzol gelten. Phenol selbst, der Vorfahre der Reihe, muss also den strengen Namen Hydroxybenzol tragen. In vielen Fällen werden jedoch Benzolderivate, die eine Hydroxogruppe im Ring enthalten, als Phenolderivate angesehen, was sich im Namen widerspiegelt. Zum Beispiel:

C2 H5

3-Ethylphenol

3-Brom-2,4-dinitrophenol

(1-Hydroxy-3-ethylbenzol)

(1-Hydroxy-3-brom-2,4-dinitrobenzol)

Für aromatische Alkohole sind Namen nach Substitutionsnomenklatur genauso aufgebaut wie für aliphatische. In diesem Fall ist die Grundstruktur die seitenständige aliphatische Kette, da sich dort die funktionelle Gruppe befindet. Zum Beispiel:

CH2-OH

CH2-CH-OH

Phenylmethanol

1-Phenylpropan-2-ol

Außerdem können für die Bezeichnung aromatische Alkohole, sowie aliphatische, radikalfunktionelle und rationale Nomenklaturen verwendet werden. So wird Phenylmethanol, der einfachste Vertreter aromatischer Alkohole, nach der radikalfunktionellen Nomenklatur als Ben-

Zylalkohol.

Phenole und aromatische Alkohole sind Strukturisomere (z. B. sind Kresole isomer zu Benzylalkohol). Darüber hinaus können andere Arten von Isomerie beobachtet werden, ebenso wie für viele Derivate von Kohlenwasserstoffen.

10.5.2. STRUKTUR VON PHENOL UND BENZYLALKOHOL

Im Phenolmolekül die Art und Richtung der Elektrik

tron-Effekte sind die gleichen wie bei Halogenbenzolen. Dass

ist, mit dem Sauerstoffatom der Hydroxogruppe wechselwirkt

Benzolring durch –I- und +M-Effekte.

Allerdings (!) ist im Phenolmolekül + M -Effekt größer - I -

Effekt (modulo). Ein signifikanter positiver mesomerischer Effekt erklärt sich aus der Übereinstimmung der geometrischen Konfiguration der äußeren (wechselwirkenden) p-Orbitale von Kohlenstoff und Sauerstoff, beide Atome sind Atome der II. Periode des Periodensystems der chemischen Elemente. Folglich ist die gesamte elektronische Wirkung, die die Hydroxogruppe in Bezug auf den Benzolring hat, die Donorwirkung.

Durch die p-Konjugation erhöht sich der Grad der Doppelbindung zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff: Diese Bindung hat 23,7 %-Charakter. Die Struktur von Phenol sollte auch der Struktur von nicht existierendem Vinylalkohol (Kap. 5.1.2, 5.3.1) ähnlich sein. Aber im Gegensatz zu Vinylalkohol isomerisiert Phenol aufgrund seines stabilen aromatischen Systems nicht.

Die Länge der CO-Bindung in Phenol ist kürzer als in Alkoholen (in Phenol 0,136 nm, in Methanol 0,143 nm), und die Stärke dieser Bindung ist größer als in Alkoholen. Außerdem entsteht durch die p--Konjugation am Sauerstoffatom ein Elektronendichtedefizit (positive Teilladung), wodurch die Polarität der OH-Bindung so stark ansteigt, dass Phenole die Eigenschaften schwacher Säuren aufweisen.

Der positive mesomere Effekt der Hydroxogruppe führt zu einer deutlichen Erhöhung der Elektronendichte am Benzolring und vor allem in o- und p-Stellung (Kapitel 10.1.1). Dieser Zustand entspricht der Mesoformel

Im Benzylalkoholmolekül ist das Sauerstoffatom der Hydroxogruppe nicht direkt an den aromatischen Ring gebunden, also die Konjugation dazwischen

sie unmöglich. Die Hydroxogruppe beeinflusst das Benzol

Klingeln nur durch Induktionswirkung

(–I-Effekt), wodurch die Größe des Elektrons verringert wird

Noah Dichte drauf. Aber -elektronisches System ben-

Der Aschering kann mit CH-Bindungen des -Kohlenstoffatoms wechselwirken (Superkonjugation ähnlich der in Toluol beobachteten). Daher ist die Elektronendichte im aromatischen Ring insgesamt etwas niedriger als in Benzol, aber die ortho- und insbesondere para-Positionen erfahren diese Abnahme in geringerem Maße. Länge und Stärke der C–O- und OH-Bindungen unterscheiden sich kaum von denen aliphatischer Alkohole, da der Einfluss des Benzolrings auf das C–O–H-Fragment gering ist.

10.5.3. PHYSIKALISCHE UND CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN VON PHENOLEN

Phenole sind je nach Aggregatzustand farblose Feststoffe oder seltener Flüssigkeiten mit starkem Eigengeruch. Wenn sie an der Luft gelagert werden, oxidieren sie allmählich und nehmen dadurch eine Farbe von rosa bis gelbbraun an.

Phenole sind in Wasser schwer löslich, und ihre hohen Siedepunkte sind auf das Vorhandensein von intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen (ähnlich wie Alkohole) zurückzuführen.

Die chemischen Eigenschaften von Phenolen beruhen auf der gegenseitigen Beeinflussung der Hydroxogruppe und des Benzolrings, sie sind also sowohl durch Reaktionen entlang des Benzolrings als auch durch Reaktionen an der Hydroxylgruppe gekennzeichnet.

10.5.3.1. Säure-Basen-Eigenschaften

Die sauren Eigenschaften von Phenolen sind ausgeprägter als die von Alkoholen (aliphatisch und aromatisch). Dies liegt an einer viel stärkeren Polarisierung der О-Н-Bindung aufgrund der Verschiebung der Elektronendichte vom Sauerstoffatom zum Benzolring:

Die sauren Eigenschaften von Phenolen lassen sich auch durch die größere Stabilität des Phenolat-Ions erklären, das bei der Dissoziation von Phenol entsteht. Beim Phenolatanion ist das Elektronensystem des aromatischen Rings an der Delokalisierung der negativen Ladung beteiligt:

Die sauren Eigenschaften von Phenolen sind jedoch weniger ausgeprägt als die von Carbonsäuren, die Dissoziation von Phenolen in wässrigen Lösungen schreitet voran, aber das Gleichgewicht dieser Reaktion wird nach links verschoben. Der pKa-Wert für Phenol und seine Homologen reicht von 9,9 bis 10,4, während für Essigsäure pKa = 4,76 und für Kohlensäure pKa = 6,35 (entsprechend der ersten Dissoziationsstufe) beträgt. Das heißt, Phenol interagiert nicht mit Metallbicarbonaten, kann jedoch mit mittleren Kohlensäuresalzen interagieren und sie in saure Salze umwandeln, da Kohlensäure in der zweiten Dissoziationsstufe schwächer als Phenol ist.

OH+NaHCO3

OH + Na2CO3 ONa + NaHCO3

Phenolsalze, Phenolate werden bei Wechselwirkung mit Kohlensäure zu Phenol:

ONa + H2 CO3 OH + NaHCO3

Die Einführung von Elektronen-Donor- oder -Akzeptor-Substituenten in den aromatischen Ring von Phenol (insbesondere in o- und p-Stellung) verringert bzw. verstärkt seine sauren Eigenschaften. Dieser Effekt ist analog zum Effekt von Substituenten am aromatischen Ring von Sulfonsäuren (Kapitel 10.3.3.4). Wie bei Arensulfonsäuren verstärken elektronenziehende Substituenten die sauren Eigenschaften durch vollständigere Delokalisierung der negativen Ladung im Anion; elektronenspendende Substituenten hingegen

reduzieren die sauren Eigenschaften, da in diesem Fall ihre elektronische Wirkung eine Delokalisierung der Anionenladung verhindert:

Aus den gleichen Gründen (aufgrund der p-Konjugation, an der das einsame Elektronenpaar der Sauerstoffelektronen beteiligt ist) ist die Basizität von Phenolen im Vergleich zu Alkoholen deutlich verringert.

10.5.3.2. Nucleophile Eigenschaften

Durch den +M-Effekt der Hydroxylgruppe im Phenolmolekül werden sowohl basische als auch nukleophile Eigenschaften reduziert. Daher laufen Reaktionen, in denen Phenol die Rolle eines Nucleophils spielt, nur schwer ab. Ein alkalisches Milieu trägt zur Erhöhung der Reaktivität von Phenol bei, während das Phenolmolekül in das Phenolat-Ion übergeht. Diese Reaktionen sind Alkylierung und Acylierung.

Alkylierung (Etherbildung) . Im Allgemeinen mehr

Die lokale Umgebung fördert die Reaktion nach dem S N 2-Mechanismus, daher sollten Substrate mit einem zugänglichen elektrophilen Reaktionszentrum mit einer hohen effektiven positiven Ladung leichter alkyliert werden. Solche Substrate können primäre Alkylhalogenide und vor allem

Derivate von Methan.

O-CH2-R

R-CH2-Br

In einigen Fällen wird Dimethylsulfat als Methylierungsmittel verwendet, insbesondere bei der Synthese von Methylestern von Hydrochinon, m-Kresol, 4-Methyl-2-nitrophenol usw. Zum Beispiel:

OCH3

(CH3 )2 SO4 / OH-

4-Methyl-2-nitrophenol

4-Methyl-1-methoxy-2-nitrobenzol

Das gleiche Verfahren kann verwendet werden, um o- und p-Nitroanisole aus o- und p-Nitrophenolen zu erhalten.

Acylierung (Esterbildung) . Aufgrund der Tieferlegung

Phenole können nur von hochreaktiven Acylierungsmitteln wie Anhydriden und Halogeniden von Carbonsäuren angegriffen werden. Die Reaktion wird in leicht alkalischem Medium (meist in Gegenwart von Carbonaten) durchgeführt:

Na2CO3

NaCl

NaHCO3

Acylierung Salicylsäure Essigsäureanhydrid wird zur Herstellung des Arzneimittels Aspirin verwendet:

+ (CH3CO)2O

CH3COOH

O-C-CH3

Salicylsäure

(O-Acetylsalicylsäure)

Eine Veresterung unter Einwirkung von Carbonsäuren findet bei Phenolen üblicherweise nicht statt und wird erst in Gegenwart starker Wasserentferner (PCl 3 , POCl 3 , P 2 O 5 ) möglich. Diese Reaktion wird bei der Herstellung des Arzneimittels Salol verwendet:

10.5.3.3. Elektrophile Substitution

Phenole sind, wie viele aromatische Verbindungen, in der Lage, elektrophile Substitutionsreaktionen (S E ) einzugehen. Außerdem laufen die Reaktionen von Phenolen mit elektrophilen Reagenzien viel leichter ab als mit Benzol und Arenen. Dies liegt an dem großen +M-Effekt, den die Hydroxylgruppe gegenüber dem Benzolring ausübt (Kapitel 10.1.1). Dadurch wird die Elektronendichte am Ring erhöht, und diese Zunahme wird hauptsächlich in den o- und p-Positionen beobachtet.

Daher kann der Mechanismus der Wechselwirkung von Phenol mit einem elektrophilen Partikel wie folgt dargestellt werden:

OHH

Der Eintritt des Elektrophils in die o- und p-Position des Benzolrings kann auch durch Vergleich der Stabilität der resultierenden Komplexe erklärt werden.

Betrachten wir einige Beispiele und Merkmale von SE-Reaktionen für Phenole.

Halogenierung fließt leicht. Kein Katalysator erforderlich. rirovanie

das Endprodukt kann Pentachlorphenol sein. Die Bromierung wird üblicherweise in verdünnten wässrigen Lösungen durchgeführt.

3 Br2

3HBr

2,4,4,6-Tetrabromcyclohex-2,5-dien-1-on

Die Nitrierung kann sowohl mit konzentrierter als auch mit verdünnter Salpetersäure durchgeführt werden. Konzentrierte Salpetersäure nitriert Phenol sofort zu Di- und Trinitroderivaten, zum Beispiel:

NO2+

dabei tritt eine starke Verharzung des Phenols ein.

In den Molekülen von Phenolen und ihren Estern kann nicht nur die Substitution des Wasserstoffatoms, sondern auch der räumlich zugänglichen Alkylgruppen erfolgen:

H3C CH

H3C CH

H3CO

NO2+

H3CO

NO2+

H3C CH

CHCH3

H3CO

H3CO

CH(CH3)2+

H3C CH

H3CO

H3CO

Die Einwirkung von verdünnter Salpetersäure auf Phenole bei Raumtemperatur führt zu ortho- und para-substituierten Mononitrophenolen:

HNO3 +H2O

Da das Nitronium-Kation in verdünnter Säure nicht gebildet wird und daher eine elektrophile Nitrierung nicht möglich ist, handelt es sich in diesem Fall um eine oxidative Nitrosierung (aufgrund des in Salpetersäure enthaltenen Stickstoffdioxids):

2 NEIN 2

HNO3

HNO2

HNO3

HNO2

Daher kann anstelle von verdünnter Salpetersäure auch ein Gemisch aus Salpetersäure und salpetriger Säure zur Durchführung der Mononitrierung verwendet werden.

Darüber hinaus wird die Nitrosierung auch zur Bestimmung von Phenolen ( Lieberman-Reaktion). Phenol wird mit konzentrierter Schwefelsäure behandelt und mit einigen Tropfen einer wässrigen Natriumnitritlösung versetzt. Beim Verdünnen färbt sich die Lösung rot, beim Zusatz von Alkali verfärbt sie sich blau. Diese Farbreaktion wird durch die Bildung von Indophenol erklärt, dessen Anion eine blaue Farbe hat:

N-OH2

Indophenol (rote Farbe)

OH NEIN-

blaue Farbe

Die Sulfonierung von Phenolen führt zu Phenolsulfonsäuren. Das Verhältnis von ortho- und para-Isomeren wird durch die Reaktionstemperatur bestimmt. Das ortho-Isomer wird bereits bei 15°C gebildet, aber ab 100°C lagert es sich in das stabilere n-Isomer um.

288K

SO3H

H2SO4

373K

373K

SO3H

Alkylierung. Neben der Alkylierung am Sauerstoffatom, die im alkalischen Milieu abläuft und zur Bildung einfacher (Alkylaryl)ether führt, kann die Reaktion auch am Benzolring ablaufen. Die Alkylierung erfordert in diesem Fall die Verwendung von Säurekatalysatoren. Als Alkylierungsmittel werden üblicherweise Alkohole und Alkene in Gegenwart von Protonensäuren (H 2 SO 4 , H 3 PO 4 ) oder Lewis-Säuren (BF 3 ) eingesetzt:

R+ [BF3OH]

R-OH + BF3

5. Isomerie, charakteristisch für organische Verbindungen, in deren Molekülen sich ein Benzolring befindet.

Diese Art von Isomerie ist in Gegenwart von zwei Substituenten im Benzolring möglich. Je nach Lage der Substituenten im Benzolring werden ortho-, meta- und para-Isomerie unterschieden. Wenn also beispielsweise zwei Substituenten im Benzolring vorhanden sind - ein Methylrest und eine Hydroxylgruppe -, wird eine solche Substanz als Kresol bezeichnet. Und je nach Lage dieser Gruppen im Benzolring gibt es drei verschiedene Substanzen:

Es sollte beachtet werden, dass sich viele Verbindungen mit der gleichen Summenformel in verschiedenen Arten von Isomerien voneinander unterscheiden können, zum Beispiel:

Diese isomeren Substanzen unterscheiden sich gleichzeitig in der Isometrie der Kohlenstoffkette und der Isometrie der Position der funktionellen Gruppe - NH 2.

III. Beispielsweise verdrängt Natrium nur ein Wasserstoffatom aus einem Ethanolmolekül. Daher ist dieses Wasserstoffatom beweglicher.

Daraus können wir die Strukturformel von Ethanol ableiten:

H-C-C-H

Im Gegenteil, wenn man die Strukturformel von Ethanol kennt, kann man vorhersagen, dass Natrium nur ein Wasserstoffatom verdrängt, das mit einem Sauerstoffatom assoziiert ist.

Bei der Untersuchung der Eigenschaften von Glucose waren wir überzeugt, dass es in seinem Molekül fünf Gruppen gibt - es und eine Aldehydgruppe. Im Gegenteil, wenn man die Strukturformel von Glucose kennt, kann man vorhersehen, dass Glucose die Eigenschaften von Aldehyden und Alkoholen aufweisen wird.

IV. Die chemischen Eigenschaften von Phenol sind auf das Vorhandensein einer Hydroxylgruppe und eines Benzalkerns in seinem Molekül zurückzuführen, die sich gegenseitig beeinflussen. Das Vorhandensein einer Hydroxylgruppe bestimmt die Ähnlichkeit von Phenol mit Alkoholen:

1. Ähnlichkeit ähnlich den Eigenschaften von Alkoholen:

2C 6 H 5 OH + 2 Na → 2 C 6 H 5 ONa + H 2

2. Eigenschaft, die sich von den Eigenschaften von Alkoholen unterscheidet:

C 6 H 5 OH + NaOH → C 6 H 5 ONa + H 2 O


Bromierungsreaktion

4. Nitrierungsreaktion


Der Einfluss des Benzolkerns auf die Hydroxylgruppe bewirkt eine größere Beweglichkeit seines Wasserstoffatoms. Daher reagiert Phenol im Gegensatz zu Alkoholen mit Alkalien, d.h. hat die Eigenschaften schwacher Säuren. Es wird manchmal als Karbolsäure bezeichnet. Dies liegt daran, dass der Benzolkern die Elektronen des Sauerstoffatoms der Hydroxylgruppe zu sich zieht. Um dies zu kompensieren, zieht das Sauerstoffatom die Elektronendichte stärker vom Wasserstoffatom weg. Dadurch wird die Kavalenzbindung zwischen den Sauerstoff- und Wasserstoffatomen polarer und das Wasserstoffatom beweglicher. Die Hydroxylgruppe wiederum verleiht den Wasserstoffatomen in den Positionen 2, 4, 6 eine größere Beweglichkeit. Dies ist eines von vielen Beispielen, die die These von A.M. Butlerov über die gegenseitige Beeinflussung von Atomen in Molekülen.

Die chemischen Eigenschaften von Anilin sind auf das Vorhandensein einer Aminogruppe - NH 2 - und eines Benzolkerns in seinem Molekül zurückzuführen. Anilin ist eine schwächere Base. Um diese Frage zu beantworten, müssen wir uns an die gegenseitige Beeinflussung von Atomen und Atomgruppen in Molekülen erinnern. Wie bei Phenolmolekülen (dies wurde bereits besprochen) zieht der Benzolkern das freie Elektronenpaar etwas vom Stickstoffatom der Aminogruppe weg. Dadurch nimmt die Elektronendichte am Stickstoffatom im Anilinmolekül ab und es zieht Protonen schwächer an, d.h. die grundlegenden Eigenschaften von Anilin werden abgeschwächt. Die wichtigsten Eigenschaften von Anilin:

1. Reagiert mit Säuren unter Bildung von Salzen:

C 6 H 5 - NH 2 + HCl → C 6 H 5 NH 3 Cl

2. Die entstehenden Salze reagieren mit Alkalien und Anilin wird wieder freigesetzt:

C 6 H 5 - NH 3 Cl + NaOH → C 6 H 5 NH 2 + NaCl + H 2 O

3. Beteiligt sich heftig an Substitutionsreaktionen, beispielsweise reagiert es mit Bromwasser zu 2, 4, 6 - Tribromanilin:


Gegenseitige Beeinflussung von Atomen in Molekülen halogenierter Kohlenwasserstoffe.

Die charakteristischste chemische Eigenschaft von gesättigten Kohlenwasserstoffen sind Substitutionsreaktionen. Ein Beispiel für eine solche Reaktion ist die Wechselwirkung von gesättigten Kohlenwasserstoffen mit Halogenen. Andere gesättigte Kohlenwasserstoffe reagieren ähnlich mit Halogenen:

CH 3 -CH 3 + Cl 2 → CH 3 -CH 2 -Cl + HCl

Halogenierte Kohlenwasserstoffe haben einige Eigenschaften. Nach der Theorie von A.M. Butlerov liegt dies an der gegenseitigen Beeinflussung von Atomen und Atomgruppen in chemischen Verbindungen. Aus der Sicht moderner Vorstellungen von Elektronenwolken und ihrer gegenseitigen Überlappung unter Berücksichtigung der Elektronegativität chemischer Elemente wird die gegenseitige Beeinflussung von Atomen und Atomgruppen, beispielsweise in Methylchlorid, wie folgt erklärt. Chloratome haben mehr Elektronegativität als Kohlenstoffatome. Dadurch verschiebt sich die Elektronendichte der Bindung vom Kohlenstoffatom zum Chloratom. Dadurch erhält das Chloratom eine teilweise negative Ladung und das Kohlenstoffatom eine teilweise positive Ladung. Die erfassten Teilladungen werden mit δ+ und δ- bezeichnet:

Der Einfluss des Chloratoms erstreckt sich nicht nur auf das Kohlenstoffatom, sondern auch auf die Wasserstoffatome. Dadurch verschiebt sich die Elektronendichte von Wasserstoffatomen in Richtung des Kohlenstoffatoms und die chemischen Bindungen zwischen Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen werden polarer. Dadurch sind die Wasserstoffatome im Methylchloridmolekül weniger stark an das Kohlenstoffatom gebunden und werden leichter durch Chlor ersetzt als das erste Wasserstoffatom im Methanmolekül. Aufgrund der Verschiebung der Elektronendichten vom Wasserstoffatom zum Kohlenstoffatom nimmt der Wert der positiven Ladung des letzteren ab. Daher wird die kovalente Bindung zwischen Kohlenstoff- und Chloratomen weniger polar und stärker.

Aus Sicht des ionischen Mechanismus ist die Essenz von V.V. Markovnikov bei der Wechselwirkung von Propylen mit Bromwasserstoff wird wie folgt erklärt: Im Propylenmolekül ist infolge einer Verschiebung der Elektronendichte das zweite Kohlenstoffatom, das dem Methylrest zugeordnet ist, positiver geladen als das erste.

Der Elektronegativitätswert von Kohlenstoffatomen ist größer als der von Wasserstoffatomen. Daher erhält das dritte Kohlenstoffatom der Methylgruppe als Ergebnis der Elektronendichteverschiebung von drei Wasserstoffatomen eine relativ größere negative Ladung als andere Kohlenstoffatome. Diese überschüssige negative Ladung wiederum verschiebt die beweglichen P-Elektronenwolken vom zweiten zum ersten Kohlenstoffatom. Als Ergebnis dieser Verschiebung erhält das erste Kohlenstoffatom eine größere negative Ladung und das zweite wird positiver. Als Ergebnis wird das Wasserstoffatom (+) an das Kohlenstoffatom (-) gebunden und das Halogen (-) wird an das Kohlenstoffatom (+) gebunden.

Benzol ist sehr oxidationsbeständig. Im Gegensatz dazu werden aromatische Kohlenwasserstoffe mit Seitenketten relativ leicht oxidiert.

1. Unter Einwirkung von energetischen Oxidationsmitteln (K Mn O 4) auf Benzol-Homolon werden nur Seitenketten oxidiert. Wenn zum Beispiel 2-3 ml Toluol in ein Reagenzglas gegossen werden, dann eine Lösung von Kaliumpermanganat hinzugefügt und erhitzt wird, dann ist zu sehen, dass die violette Farbe der Lösung allmählich verblasst. Denn unter Einwirkung von Kaliumpermanganat wird die Methylgruppe von Toluol oxidiert und in eine Gruppe umgewandelt

Ö
//
-C
\
Oh
Ö
//

C 6 H 5 -CH 3 + 3 O → C 6 H 5 -C + H 2 O
\
Oh

Es ist bekannt, dass Methan und andere gesättigte Kohlenwasserstoffe sehr widerstandsfähig gegen die Einwirkung von Oxidationsmitteln sind. Die Methylgruppe im Toluolmolekül wird jedoch relativ leicht oxidiert. Dies ist auf den Einfluss des Benzolrings zurückzuführen. Aus den obigen Beispielen für Substitutions- und Oxidationsreaktionen folgt, dass nicht nur die Methylgruppe auf den Benzolring einwirkt, sondern der Benzolring auch auf die Methylgruppe einwirkt, d.h. ihr Einfluss hängt davon ab.

Charakteristische chemische Eigenschaften von gesättigten ein- und mehrwertigen Alkoholen, Phenol

Beschränken Sie einwertige und mehrwertige Alkohole

Alkohole (oder Alkanole) sind organische Substanzen, deren Moleküle eine oder mehrere Hydroxylgruppen ($-OH$-Gruppen) enthalten, die mit einem Kohlenwasserstoffrest verbunden sind.

Nach der Anzahl der Hydroxylgruppen (Atomizität) werden Alkohole eingeteilt in:

- einatomig, zum Beispiel:

$(CH_3-OH)↙(Methanol(Methylalkohol))$ $(CH_3-CH_2-OH)↙(Ethanol(Ethylalkohol))$

— zweiatomig (Glykole), z.B:

$(OH-CH_2-CH_2-OH)↙(Ethandiol-1,2(ethylenglykol))$

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

— dreiatomig, z.B:

Nach der Art des Kohlenwasserstoffrestes werden folgende Alkohole unterschieden:

— marginal nur gesättigte Kohlenwasserstoffreste im Molekül enthalten, zum Beispiel:

— unbegrenzt mit mehreren (Doppel- und Dreifach-) Bindungen zwischen Kohlenstoffatomen im Molekül, zum Beispiel:

$(CH_2=CH-CH_2-OH)↙(Propen-2-ol-1 (Allylalkohol))$

— aromatisch, d.h. Alkohole, die einen Benzolring und eine Hydroxylgruppe im Molekül enthalten, die nicht direkt, sondern über Kohlenstoffatome miteinander verbunden sind, zum Beispiel:

Organische Substanzen, die Hydroxylgruppen im Molekül enthalten, die direkt mit dem Kohlenstoffatom des Benzolrings verbunden sind, unterscheiden sich in ihren chemischen Eigenschaften deutlich von Alkoholen und heben sich daher in eine eigenständige Klasse organischer Verbindungen – Phenole – ab. Zum Beispiel:

Es gibt auch mehrwertige (mehrwertige) Alkohole, die mehr als drei Hydroxylgruppen im Molekül enthalten. Zum Beispiel der einfachste sechswertige Alkohol Hexaol (Sorbit):

Nomenklatur und Isomerie

Bei der Bildung der Namen von Alkoholen wird dem Namen des dem Alkohol entsprechenden Kohlenwasserstoffs ein generisches Suffix hinzugefügt. -ol. Die Zahlen nach dem Suffix geben die Position der Hydroxylgruppe in der Hauptkette und die Präfixe an Di-, Tri-, Tetra- usw. - ihre Nummer:

Bei der Nummerierung der Kohlenstoffatome in der Hauptkette hat die Position der Hydroxylgruppe Vorrang vor der Position von Mehrfachbindungen:

Ab dem dritten Mitglied der homologen Reihe weisen Alkohole eine Isomerie der Position der funktionellen Gruppe (Propanol-1 und Propanol-2) und ab der vierten - die Isomerie des Kohlenstoffgerüsts (Butanol-1, 2-Methylpropanol) auf -1). Sie sind auch durch Klassenisomerie gekennzeichnet - Alkohole sind isomer zu Ethern:

$(CH_3-CH_2-OH)↙(Ethanol)$ $(CH_3-O-CH_3)↙(Dimethylether)$

Alkohole

physikalische Eigenschaften.

Alkohole können sowohl zwischen Alkoholmolekülen als auch zwischen Alkohol- und Wassermolekülen Wasserstoffbrückenbindungen bilden.

Wasserstoffbrückenbindungen entstehen durch die Wechselwirkung eines teilweise positiv geladenen Wasserstoffatoms eines Alkoholmoleküls und eines teilweise negativ geladenen Sauerstoffatoms eines anderen Moleküls. Aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Molekülen haben Alkohole ungewöhnlich hohe Siedepunkte für ihr Molekulargewicht. So ist Propan mit einem relativen Molekulargewicht von 44 $ unter normalen Bedingungen ein Gas, und der einfachste Alkohol ist Methanol mit einem relativen Molekulargewicht von 32 $, unter normalen Bedingungen ist es eine Flüssigkeit.

Die unteren und mittleren Mitglieder der Reihe der gesättigten einwertigen Alkohole mit 1 bis 11 $ Kohlenstoffatomen sind Flüssigkeiten. Höhere Alkohole (beginnend mit $C_(12)H_(25)OH$) sind bei Raumtemperatur Feststoffe. Niedere Alkohole haben einen charakteristischen alkoholischen Geruch und einen brennenden Geschmack, sie sind gut wasserlöslich. Mit zunehmendem Kohlenwasserstoffrest nimmt die Löslichkeit von Alkoholen in Wasser ab und Octanol ist nicht mehr mit Wasser mischbar.

Chemische Eigenschaften.

Die Eigenschaften organischer Substanzen werden durch ihre Zusammensetzung und Struktur bestimmt. Alkohole bestätigen die allgemeine Regel. Ihre Moleküle umfassen Kohlenwasserstoff- und Hydroxylradikale, sodass die chemischen Eigenschaften von Alkoholen durch die Wechselwirkung und den Einfluss dieser Gruppen aufeinander bestimmt werden. Die für diese Verbindungsklasse charakteristischen Eigenschaften sind auf das Vorhandensein einer Hydroxylgruppe zurückzuführen.

1. Wechselwirkung von Alkoholen mit Alkali- und Erdalkalimetallen. Um die Wirkung eines Kohlenwasserstoffrests auf eine Hydroxylgruppe aufzuzeigen, ist es notwendig, die Eigenschaften einer Substanz, die einerseits eine Hydroxylgruppe und einen Kohlenwasserstoffrest enthält, und einer Substanz, die eine Hydroxylgruppe enthält und keinen Kohlenwasserstoffrest enthält, zu vergleichen , auf dem anderen. Solche Substanzen können beispielsweise Ethanol (oder anderer Alkohol) und Wasser sein. Wasserstoff der Hydroxylgruppe von Alkoholmolekülen und Wassermolekülen kann durch Alkali- und Erdalkalimetalle reduziert (durch sie ersetzt) ​​werden:

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

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

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

2. Wechselwirkung von Alkoholen mit Halogenwasserstoffen. Der Ersatz eines Halogens durch eine Hydroxylgruppe führt zur Bildung von Halogenalkanen. Zum Beispiel:

$C_2H_5OH+HBr⇄C_2H_5Br+H_2O$.

Diese Reaktion ist reversibel.

3. Intermolekulare Dehydratisierung von Alkoholen- Abspaltung eines Wassermoleküls von zwei Alkoholmolekülen beim Erhitzen in Gegenwart von wasserentziehenden Mitteln:

Als Folge der intermolekularen Dehydratisierung von Alkoholen Äther. Wenn also Ethylalkohol mit Schwefelsäure auf eine Temperatur von 100 bis 140 °C erhitzt wird, entsteht Diethyl(schwefel)ether:

4. Wechselwirkung von Alkoholen mit organischen und anorganischen Säuren zu Estern ( Veresterungsreaktion):

Die Veresterungsreaktion wird durch starke anorganische Säuren katalysiert.

Wenn beispielsweise Ethylalkohol und Essigsäure reagieren, wird Essigsäureethylester gebildet - Ethylacetat:

5. Intramolekulare Dehydratisierung von Alkoholen tritt auf, wenn Alkohole in Gegenwart von Dehydratisierungsmitteln auf eine Temperatur erhitzt werden, die höher ist als die intermolekulare Dehydratisierungstemperatur. Als Ergebnis werden Alkene gebildet. Diese Reaktion beruht auf dem Vorhandensein eines Wasserstoffatoms und einer Hydroxylgruppe an benachbarten Kohlenstoffatomen. Ein Beispiel ist die Reaktion zur Gewinnung von Ethen (Ethylen) durch Erhitzen von Ethanol auf über 140 °C in Gegenwart von konzentrierter Schwefelsäure:

6. Alkoholoxidationüblicherweise mit starken Oxidationsmitteln, beispielsweise Kaliumdichromat oder Kaliumpermanganat, in saurem Medium durchgeführt. In diesem Fall richtet sich die Wirkung des Oxidationsmittels auf das C-Atom, das bereits mit der Hydroxylgruppe assoziiert ist. Je nach Art des Alkohols und den Reaktionsbedingungen können verschiedene Produkte entstehen. So werden zunächst primäre Alkohole zu oxidiert Aldehyde und dann hinein Carbonsäuren:

Bei der Oxidation sekundärer Alkohole entstehen Ketone:

Tertiäre Alkohole sind ziemlich beständig gegen Oxidation. Unter harten Bedingungen (starkes Oxidationsmittel, hohe Temperatur) ist jedoch eine Oxidation von tertiären Alkoholen möglich, die mit dem Aufbrechen von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen stattfindet, die der Hydroxylgruppe am nächsten sind.

7. Dehydrierung von Alkoholen. Wenn Alkoholdampf bei 200-300 °C über einen Metallkatalysator wie Kupfer, Silber oder Platin geleitet wird, werden primäre Alkohole in Aldehyde und sekundäre Alkohole in Ketone umgewandelt:

Das gleichzeitige Vorhandensein mehrerer Hydroxylgruppen in einem Alkoholmolekül bestimmt die spezifischen Eigenschaften mehrwertige Alkohole, die in der Lage sind, wasserlösliche hellblaue Komplexverbindungen zu bilden, wenn sie mit einem frischen Niederschlag von Kupfer (II) -hydroxid wechselwirken. Für Ethylenglykol können Sie schreiben:

Einwertige Alkohole können diese Reaktion nicht eingehen. Daher handelt es sich um eine qualitative Reaktion auf mehrwertige Alkohole.

Phenol

Die Struktur von Phenolen

Die Hydroxylgruppe in den Molekülen organischer Verbindungen kann direkt mit dem aromatischen Kern verbunden oder durch ein oder mehrere Kohlenstoffatome davon getrennt sein. Es ist zu erwarten, dass sich Substanzen in Abhängigkeit von dieser Eigenschaft durch die gegenseitige Beeinflussung von Atomgruppen deutlich voneinander unterscheiden. Tatsächlich weisen organische Verbindungen, die den aromatischen Phenylrest $C_6H_5$— enthalten, der direkt an die Hydroxylgruppe gebunden ist, besondere Eigenschaften auf, die sich von denen von Alkoholen unterscheiden. Solche Verbindungen werden Phenole genannt.

Phenole sind organische Substanzen, deren Moleküle einen mit einer oder mehreren Hydroxogruppen assoziierten Phenylrest enthalten.

Phenole werden wie Alkohole nach ihrer Atomizität klassifiziert, d.h. durch die Anzahl der Hydroxylgruppen.

Einatomige Phenole enthalten eine Hydroxylgruppe im Molekül:

Mehrwertige Phenole enthalten mehr als eine Hydroxylgruppe in den Molekülen:

Es gibt andere mehrwertige Phenole, die drei oder mehr Hydroxylgruppen im Benzolring enthalten.

Machen wir uns näher mit der Struktur und den Eigenschaften des einfachsten Vertreters dieser Klasse - Phenol $C_6H_5OH$ - vertraut. Der Name dieser Substanz bildete die Grundlage für den Namen der gesamten Klasse - Phenole.

Physikalische und chemische Eigenschaften.

physikalische Eigenschaften.

Phenol ist eine feste, farblose, kristalline Substanz, $t°_(pl.)=43°С, t°_(siedend)=181°С$, mit einem scharfen charakteristischen Geruch. Giftig. Phenol ist bei Raumtemperatur in Wasser leicht löslich. Eine wässrige Lösung von Phenol wird als Karbolsäure bezeichnet. Bei Kontakt mit der Haut verursacht es Verbrennungen, daher ist mit Phenol vorsichtig umzugehen!

Chemische Eigenschaften.

saure Eigenschaften. Wie bereits erwähnt, hat das Wasserstoffatom der Hydroxylgruppe sauren Charakter. Die sauren Eigenschaften von Phenol sind ausgeprägter als die von Wasser und Alkoholen. Anders als Alkohole und Wasser reagiert Phenol nicht nur mit Alkalimetallen, sondern auch mit Alkalien unter Bildung Phenolate:

Allerdings sind die sauren Eigenschaften von Phenolen weniger ausgeprägt als die von anorganischen und Carbonsäuren. Beispielsweise sind die Säureeigenschaften von Phenol etwa 3000-mal schwächer als die von Kohlensäure. Daher kann freies Phenol isoliert werden, indem Kohlendioxid durch eine wässrige Lösung von Natriumphenolat geleitet wird:

Auch die Zugabe von Salz- oder Schwefelsäure zu einer wässrigen Lösung von Natriumphenolat führt zur Bildung von Phenol:

Qualitative Reaktion auf Phenol.

Phenol reagiert mit Eisen(III)-chlorid zu einer intensiv purpurnen Komplexverbindung.

Diese Reaktion macht es möglich, es selbst in sehr begrenzten Mengen nachzuweisen. Andere Phenole, die eine oder mehrere Hydroxylgruppen im Benzolring enthalten, ergeben ebenfalls eine leuchtend blauviolette Farbe, wenn sie mit Eisen(III)-chlorid umgesetzt werden.

Reaktionen des Benzolrings.

Das Vorhandensein eines Hydroxylsubstituenten erleichtert den Ablauf elektrophiler Substitutionsreaktionen im Benzolring erheblich.

1. Bromierung von Phenol. Im Gegensatz zu Benzol erfordert die Phenolbromierung keinen Zusatz eines Katalysators (Eisen(III)-bromid).

Darüber hinaus verläuft die Wechselwirkung mit Phenol selektiv (selektiv): Bromatome werden gesendet ortho- und para-Positionen, die die dort befindlichen Wasserstoffatome ersetzen. Die Selektivität der Substitution wird durch die oben diskutierten Merkmale der elektronischen Struktur des Phenolmoleküls erklärt.

Wenn also Phenol mit Bromwasser reagiert, bildet sich ein weißer Niederschlag 2,4,6-Tribromphenol:

Diese Reaktion dient, ebenso wie die Reaktion mit Eisen(III)chlorid, dem qualitativen Nachweis von Phenol.

2. Phenolnitrierung tritt auch leichter auf als die Nitrierung von Benzol. Die Reaktion mit verdünnter Salpetersäure verläuft bei Raumtemperatur. Das Ergebnis ist eine Mischung ortho- und Paar- Isomere von Nitrophenol:

Bei Verwendung von konzentrierter Salpetersäure entsteht ein Sprengstoff - 2,4,6-Trinitrophenol(Pikrinsäure):

3. Hydrierung des aromatischen Rings von Phenol in Gegenwart eines Katalysators tritt leicht auf:

4.Polykondensation von Phenol mit Aldehyden, insbesondere mit Formaldehyd, tritt unter Bildung von Reaktionsprodukten auf - Phenol-Formaldehyd-Harze und feste Polymere.

Die Wechselwirkung von Phenol mit Formaldehyd kann durch das Schema beschrieben werden:

Wahrscheinlich ist Ihnen aufgefallen, dass im Dimermolekül „bewegliche“ Wasserstoffatome erhalten bleiben, wodurch eine weitere Fortsetzung der Reaktion mit einer ausreichenden Menge an Reagenzien möglich ist:

Reaktion Polykondensation, jene. Die Polymerherstellungsreaktion, die mit der Freisetzung eines niedermolekularen Nebenprodukts (Wasser) fortfährt, kann unter Bildung riesiger Makromoleküle weiter fortgesetzt werden (bis eines der Reagenzien vollständig verbraucht ist). Der Prozess lässt sich durch die Gesamtgleichung beschreiben:

Die Bildung linearer Moleküle erfolgt bei normaler Temperatur. Die Durchführung dieser Reaktion beim Erhitzen führt dazu, dass das resultierende Produkt eine verzweigte Struktur aufweist, fest und in Wasser unlöslich ist. Durch Erhitzen eines linearen Phenol-Formaldehyd-Harzes mit einem Überschuss an Aldehyd werden feste Kunststoffmassen mit einzigartigen Eigenschaften erhalten. Polymere auf Basis von Phenol-Formaldehyd-Harzen werden zur Herstellung von Lacken und Farben, Kunststoffprodukten, die hitze-, kälte-, wasser-, laugen- und säurebeständig sind und hohe dielektrische Eigenschaften aufweisen, verwendet. Polymere auf Basis von Phenol-Formaldehyd-Harzen werden zur Herstellung der kritischsten und wichtigsten Teile von Elektrogeräten, Gehäusen von Netzteilen und Maschinenteilen sowie der Polymerbasis von Leiterplatten für Funkgeräte verwendet. Klebstoffe auf Basis von Phenol-Formaldehyd-Harzen sind in der Lage, Teile unterschiedlicher Art zuverlässig zu verbinden und dabei die höchste Haftfestigkeit in einem sehr weiten Temperaturbereich aufrechtzuerhalten. Ein solcher Klebstoff wird verwendet, um den Metallsockel von Beleuchtungslampen an einem Glaskolben zu befestigen. Jetzt verstehen Sie, warum Phenol und darauf basierende Produkte weit verbreitet sind.

Charakteristische chemische Eigenschaften von Aldehyden, gesättigten Carbonsäuren, Estern

Aldehyde und Ketone

Aldehyde sind organische Verbindungen, deren Moleküle eine Carbonylgruppe enthalten. , verbunden mit einem Wasserstoffatom und einem Kohlenwasserstoffrest.

Die allgemeine Formel für Aldehyde lautet:

Im einfachsten Aldehyd Formaldehyd spielt das zweite Wasserstoffatom die Rolle eines Kohlenwasserstoffradikals:

Eine an ein Wasserstoffatom gebundene Carbonylgruppe wird genannt Aldehyd:

Organische Substanzen, in deren Molekülen die Carbonylgruppe an zwei Kohlenwasserstoffreste gebunden ist, nennt man Ketone.

Offensichtlich lautet die allgemeine Formel für Ketone:

Die Carbonylgruppe der Ketone wird genannt Keto-Gruppe.

Im einfachsten Keton, Aceton, ist die Carbonylgruppe an zwei Methylreste gebunden:

Nomenklatur und Isomerie

Je nach Struktur des mit der Aldehydgruppe assoziierten Kohlenwasserstoffrestes werden limitierende, ungesättigte, aromatische, heterocyclische und andere Aldehyde unterschieden:

Gemäß der IUPAC-Nomenklatur werden die Namen gesättigter Aldehyde aus dem Namen eines Alkans mit der gleichen Anzahl an Kohlenstoffatomen im Molekül unter Verwendung des Suffix gebildet -al. Zum Beispiel:

Die Nummerierung der Kohlenstoffatome der Hauptkette beginnt mit dem Kohlenstoffatom der Aldehydgruppe. Daher befindet sich die Aldehydgruppe immer am ersten Kohlenstoffatom, und es ist nicht erforderlich, ihre Position anzugeben.

Neben der systematischen Nomenklatur werden auch Trivialnamen weit verbreiteter Aldehyde verwendet. Diese Namen leiten sich üblicherweise von den Namen von Carbonsäuren ab, die Aldehyden entsprechen.

Für den Namen von Ketonen gemäß der systematischen Nomenklatur wird die Ketogruppe durch das Suffix bezeichnet -ist er und eine Zahl, die die Nummer des Kohlenstoffatoms der Carbonylgruppe angibt (die Nummerierung sollte am Ende der Kette beginnen, die der Ketogruppe am nächsten liegt). Zum Beispiel:

Für Aldehyde ist nur eine Art von Strukturisomerie charakteristisch - Isomerie des Kohlenstoffgerüstes, die von Butanal möglich ist, und für Ketone - auch Isomerie der Position der Carbonylgruppe. Darüber hinaus sind sie auch durch Interklassenisomerie (Propanal und Propanon) gekennzeichnet.

Trivialnamen und Siedepunkte einiger Aldehyde.

Physikalische und chemische Eigenschaften

physikalische Eigenschaften.

In einem Aldehyd- oder Ketonmolekül ist aufgrund der größeren Elektronegativität des Sauerstoffatoms im Vergleich zum Kohlenstoffatom die $C=O$-Bindung aufgrund der Verschiebung der Elektronendichte der $π$-Bindung zum Sauerstoff stark polarisiert:

Aldehyde und Ketone sind polare Substanzen mit überschüssiger Elektronendichte am Sauerstoffatom. Die unteren Glieder der Reihe der Aldehyde und Ketone (Formaldehyd, Acetaldehyd, Aceton) sind unbegrenzt wasserlöslich. Ihre Siedepunkte sind niedriger als die der entsprechenden Alkohole. Dies liegt daran, dass in den Molekülen von Aldehyden und Ketonen im Gegensatz zu Alkoholen keine beweglichen Wasserstoffatome vorhanden sind und sie keine Assoziate aufgrund von Wasserstoffbrücken bilden. Niedere Aldehyde haben einen stechenden Geruch; Aldehyde mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen in der Kette haben einen unangenehmen Geruch; Höhere Aldehyde und Ketone haben blumige Gerüche und werden in der Parfümerie verwendet.

Chemische Eigenschaften

Das Vorhandensein einer Aldehydgruppe in einem Molekül bestimmt die charakteristischen Eigenschaften von Aldehyden.

Erholungsreaktionen.

Zugabe von Wasserstoff zu Aldehydmolekülen tritt an der Doppelbindung in der Carbonylgruppe auf:

Aldehyde werden als primäre Alkohole hydriert, während Ketone sekundäre Alkohole sind.

Wenn also Acetaldehyd auf einem Nickelkatalysator hydriert wird, wird Ethylalkohol gebildet, und wenn Aceton hydriert wird, wird Propanol-2 gebildet:

Hydrierung von Aldehyden Erholungsreaktion, bei dem die Oxidationsstufe des Kohlenstoffatoms in der Carbonylgruppe abnimmt.

Oxidationsreaktionen.

Aldehyde können sich nicht nur erholen, sondern auch oxidieren. Bei der Oxidation bilden Aldehyde Carbonsäuren. Schematisch lässt sich dieser Vorgang wie folgt darstellen:

Aus Propionaldehyd (Propanal) entsteht beispielsweise Propionsäure:

Aldehyde werden sogar durch Luftsauerstoff und so schwache Oxidationsmittel wie eine Ammoniaklösung von Silberoxid oxidiert. Vereinfacht lässt sich dieser Vorgang durch die Reaktionsgleichung ausdrücken:

Zum Beispiel:

Genauer gesagt spiegelt sich dieser Prozess in den Gleichungen wider:

Wurde die Oberfläche des Gefäßes, in dem die Reaktion durchgeführt wird, zuvor entfettet, so bedeckt das bei der Reaktion gebildete Silber diese mit einem gleichmäßig dünnen Film. Daher wird diese Reaktion als Reaktion bezeichnet "Silberspiegel". Es wird häufig zur Herstellung von Spiegeln, Versilberungsdekorationen und Weihnachtsdekorationen verwendet.

Auch frisch gefälltes Kupfer(II)hydroxid kann als Oxidationsmittel für Aldehyde wirken. Durch Oxidation des Aldehyds wird $Cu^(2+)$ zu $Cu^+$ reduziert. Das bei der Reaktion entstehende Kupfer(I)-hydroxid $CuOH$ zerfällt sofort in rotes Kupfer(I)-oxid und Wasser:

Diese Reaktion wird wie die "Silberspiegel"-Reaktion zum Nachweis von Aldehyden verwendet.

Ketone werden weder durch Luftsauerstoff noch durch ein so schwaches Oxidationsmittel wie eine Ammoniaklösung von Silberoxid oxidiert.

Einzelne Vertreter der Aldehyde und ihre Bedeutung

Formaldehyd(Methanal, Ameisenaldehyd$HCHO$ ) - ein farbloses Gas mit stechendem Geruch und einem Siedepunkt von $ -21C ° $, wir lösen uns leicht in Wasser auf. Formaldehyd ist giftig! Eine Lösung von Formaldehyd in Wasser ($40%$) heißt Formalin und wird zur Desinfektion verwendet. In der Landwirtschaft wird Formalin zum Beizen von Saatgut verwendet, in der Lederindustrie - zur Verarbeitung von Leder. Formaldehyd wird verwendet, um Urotropin zu gewinnen - eine medizinische Substanz. Urotropin wird manchmal in Form von Briketts komprimiert und als Brennstoff (trockener Alkohol) verwendet. Bei der Herstellung von Phenol-Formaldehyd-Harzen und einigen anderen Stoffen wird eine große Menge Formaldehyd verbraucht.

Essigaldehyd(Ethanal, Acetaldehyd$CH_3CHO$ ) - eine Flüssigkeit mit einem scharfen unangenehmen Geruch und einem Siedepunkt von 21 ° C $, wir werden uns gut in Wasser auflösen. Aus Acetaldehyd werden im industriellen Maßstab Essigsäure und eine Reihe weiterer Stoffe gewonnen, die zur Herstellung verschiedener Kunststoffe und Acetatfasern verwendet werden. Essigaldehyd ist giftig!

Carbonsäuren

Stoffe, die eine oder mehrere Carboxylgruppen in einem Molekül enthalten, nennt man Carbonsäuren.

Gruppe von Atomen genannt Carboxylgruppe, oder Carboxyl.

Organische Säuren, die eine Carboxylgruppe im Molekül enthalten, sind monobasisch.

Die allgemeine Formel für diese Säuren lautet beispielsweise $RCOOH$:

Carbonsäuren genannt werden, die zwei Carboxylgruppen enthalten zweibasisch. Dazu gehören zum Beispiel Oxal- und Bernsteinsäure:

Es gibt auch polybasisch Carbonsäuren mit mehr als zwei Carboxylgruppen. Dazu gehören zum Beispiel dreibasige Citronensäure:

Je nach Art des Kohlenwasserstoffrestes werden Carbonsäuren eingeteilt in limitierend, ungesättigt, aromatisch.

Limitierende oder gesättigte Carbonsäuren sind beispielsweise Propionsäure (Propionsäure):

oder uns bereits bekannte Bernsteinsäure.

Offensichtlich enthalten gesättigte Carbonsäuren keine $π$-Bindungen im Kohlenwasserstoffrest. In Molekülen ungesättigter Carbonsäuren ist die Carboxylgruppe an einen ungesättigten, ungesättigten Kohlenwasserstoffrest gebunden, beispielsweise in Acryl (Propen) $CH_2=CH-COOH$ oder Ölsäure $CH_3-(CH_2)_7-CH=CH-( CH_2)_7 – COOH-Moleküle $ und andere Säuren.

Wie aus der Formel der Benzoesäure ersichtlich ist, ist sie aromatisch, da sie einen aromatischen (Benzol-)Ring im Molekül enthält:

Nomenklatur und Isomerie

Die allgemeinen Grundsätze für die Namensbildung von Carbonsäuren sowie anderen organischen Verbindungen wurden bereits berücksichtigt. Lassen Sie uns näher auf die Nomenklatur von mono- und dibasischen Carbonsäuren eingehen. Der Name einer Carbonsäure wird aus dem Namen des entsprechenden Alkans (ein Alkan mit der gleichen Anzahl an Kohlenstoffatomen im Molekül) unter Hinzufügung des Suffix gebildet -ov-, Ende -und ich und die Worte Säure. Die Nummerierung der Kohlenstoffatome beginnt mit der Carboxylgruppe. Zum Beispiel:

Die Anzahl der Carboxylgruppen wird im Namen durch Präfixe angegeben Di-, Tri-, Tetra-:

Viele Säuren haben auch historisch gewachsene oder triviale Namen.

Namen von Carbonsäuren.

Chemische Formel Systematischer Name der Säure Trivialname für eine Säure
$H—COOH$ Methan Ameisen
$CH_3—COOH$ Ethan Essig
$CH_3—CH_2—COOH$ Propan Propionsäure
$CH_3—CH_2—CH_2—COOH$ Butan ölig
$CH_3—CH_2—CH_2—CH_2—COOH$ Pentan Baldrian
$CH_3-(CH_2)_4-COOH$ Hexan Nylon
$CH_3-(CH_2)_5-COOH$ Heptanisch Enanthisch
$NEOS-UNSD$ Ethandium Sauerampfer
$HOOS—CH_2—COOH$ Propandioisch Malonisch
$HOOS—CH_2—CH_2—COOH$ Butan Bernstein

Nachdem wir uns mit der vielfältigen und interessanten Welt der organischen Säuren vertraut gemacht haben, betrachten wir die limitierenden einbasischen Carbonsäuren genauer.

Es ist klar, dass die Zusammensetzung dieser Säuren durch die allgemeine Formel $C_nH_(2n)O_2$ oder $C_nH_(2n+1)COOH$ oder $RCOOH$ ausgedrückt wird.

Physikalische und chemische Eigenschaften

physikalische Eigenschaften.

Niedere Säuren, d.h. Säuren mit einem relativ kleinen Molekulargewicht, die bis zu vier Kohlenstoffatome in einem Molekül enthalten, sind Flüssigkeiten mit einem charakteristischen stechenden Geruch (denken Sie an den Geruch von Essigsäure). Säuren, die 4 bis 9 $ Kohlenstoffatome enthalten, sind viskose, ölige Flüssigkeiten mit einem unangenehmen Geruch; die mehr als $9$ Kohlenstoffatome in einem Molekül enthalten - feste Substanzen, die sich nicht in Wasser auflösen. Die Siedepunkte limitierender einbasiger Carbonsäuren steigen mit zunehmender Anzahl an Kohlenstoffatomen im Molekül und damit mit zunehmendem relativen Molekulargewicht. Beispielsweise liegt der Siedepunkt von Ameisensäure bei 100,8 °C$, Essigsäure bei 118 °C$ und Propionsäure bei 141 °C$.

Die einfachste Carbonsäure, Ameisensäure $HCOOH$, mit einem kleinen relativen Molekulargewicht $(M_r(HCOOH)=46)$, ist unter Normalbedingungen eine Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von $100,8°С$. Gleichzeitig ist Butan $(M_r(C_4H_(10))=58)$ unter den gleichen Bedingungen gasförmig und hat einen Siedepunkt von $-0,5°С$. Diese Diskrepanz zwischen Siedepunkten und relativen Molekulargewichten wird durch die Bildung von Carbonsäuredimeren erklärt, bei denen zwei Säuremoleküle durch zwei Wasserstoffbrückenbindungen verbunden sind:

Das Auftreten von Wasserstoffbrückenbindungen wird deutlich, wenn man die Struktur von Carbonsäuremolekülen betrachtet.

Moleküle gesättigter einbasiger Carbonsäuren enthalten eine polare Atomgruppe - Carboxyl und ein im Wesentlichen unpolarer Kohlenwasserstoffrest. Die Carboxylgruppe wird von Wassermolekülen angezogen und bildet mit ihnen Wasserstoffbrückenbindungen:

Ameisen- und Essigsäure sind in Wasser unbegrenzt löslich. Offensichtlich nimmt mit zunehmender Atomzahl im Kohlenwasserstoffrest die Löslichkeit von Carbonsäuren ab.

Chemische Eigenschaften.

Die allgemeinen Eigenschaften, die für die Klasse von Säuren (sowohl organische als auch anorganische) charakteristisch sind, sind auf das Vorhandensein einer Hydroxylgruppe in den Molekülen zurückzuführen, die eine starke polare Bindung zwischen Wasserstoff- und Sauerstoffatomen enthält. Betrachten wir diese Eigenschaften am Beispiel wasserlöslicher organischer Säuren.

1. Dissoziation unter Bildung von Wasserstoffkationen und Anionen des Säurerestes:

$CH_3-COOH⇄CH_3-COO^(-)+H^+$

Genauer gesagt wird dieser Prozess durch eine Gleichung beschrieben, die die Beteiligung von Wassermolekülen daran berücksichtigt:

$CH_3-COOH+H_2O⇄CH_3COO^(-)+H_3O^+$

Das Dissoziationsgleichgewicht von Carbonsäuren ist nach links verschoben; die überwiegende Mehrheit von ihnen sind schwache Elektrolyte. Der saure Geschmack von beispielsweise Essig- und Ameisensäure ist jedoch auf die Dissoziation von Säureresten in Wasserstoffkationen und Anionen zurückzuführen.

Offensichtlich ist das Vorhandensein von „saurem“ Wasserstoff in den Molekülen von Carbonsäuren, d.h. Wasserstoff-Carboxylgruppe aufgrund anderer charakteristischer Eigenschaften.

2. Wechselwirkung mit Metallen in der elektrochemischen Spannungsreihe bis Wasserstoff stehen: $nR-COOH+M→(RCOO)_(n)M+(n)/(2)H_2$

Eisen reduziert also Wasserstoff aus Essigsäure:

$2CH_3-COOH+Fe→(CH_3COO)_(2)Fe+H_2$

3. Wechselwirkung mit basischen Oxiden bei der Bildung von Salz und Wasser:

$2R-COOH+CaO→(R-COO)_(2)Ca+H_2O$

4. Wechselwirkung mit Metallhydroxiden unter Bildung von Salz und Wasser (Neutralisationsreaktion):

$R – COOH+NaOH→R – COONa+H_2O$,

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

5. Wechselwirkung mit Salzen schwächerer Säuren mit der Entstehung des letzteren. So verdrängt Essigsäure Stearinsäure von Natriumstearat und Kohlensäure von Kaliumcarbonat:

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

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

6. Wechselwirkung von Carbonsäuren mit Alkoholen bei der Bildung von Estern - die Veresterungsreaktion (eine der wichtigsten für Carbonsäuren charakteristischen Reaktionen):

Die Wechselwirkung von Carbonsäuren mit Alkoholen wird durch Wasserstoffkationen katalysiert.

Die Veresterungsreaktion ist reversibel. In Gegenwart von Entwässerungsmitteln und wenn der Ester aus dem Reaktionsgemisch entfernt wird, verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung Esterbildung.

Bei der Rückveresterungsreaktion, die Esterhydrolyse genannt wird (Reaktion eines Esters mit Wasser), werden eine Säure und ein Alkohol gebildet:

Offensichtlich, um mit Carbonsäuren zu reagieren, d.h. auch mehrwertige Alkohole wie Glycerin können eine Veresterungsreaktion eingehen:

Alle Carbonsäuren (außer Ameisensäure) enthalten zusammen mit einer Carboxylgruppe einen Kohlenwasserstoffrest in ihren Molekülen. Dies kann natürlich die Eigenschaften von Säuren, die durch die Art des Kohlenwasserstoffrests bestimmt werden, beeinflussen.

7. Additionsreaktionen mit mehreren Bindungen- ungesättigte Carbonsäuren gehen in sie ein. Beispielsweise ist die Wasserstoffadditionsreaktion Hydrierung. Für eine Säure mit einer $π$-Bindung im Radikal lässt sich die Gleichung in allgemeiner Form schreiben:

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

Wenn also Ölsäure hydriert wird, entsteht gesättigte Stearinsäure:

$(C_(17)H_(33)COOH+H_2)↙(\text"Ölsäure")(→)↖(Katalysator)(C_(17)H_(35)COOH)↙(\text"Stearinsäure") $

Ungesättigte Carbonsäuren fügen wie andere ungesättigte Verbindungen Halogene an die Doppelbindung an. Beispielsweise entfärbt Acrylsäure Bromwasser:

$(CH_2=CH—COOH+Br_2)↙(\text"Acryl(propensäure)")→(CH_2Br—CHBr—COOH)↙(\text"2,3-Dibrompropansäure").$

8. Substitutionsreaktionen (mit Halogenen)- gesättigte Carbonsäuren können in sie eindringen. Beispielsweise können durch Umsetzung von Essigsäure mit Chlor verschiedene Chlorderivate von Säuren erhalten werden:

$CH_3COOH+Cl_2(→)↖(Р(rot))(CH_2Cl-COOH+HCl)↙(\text"Chloressigsäure")$,

$CH_2Cl-COOH+Cl_2(→)↖(Р(rot))(CHCl_2-COOH+HCl)↙(\text"Dichloressigsäure")$,

$CHCl_2-COOH+Cl_2(→)↖(Р(rot))(CCl_3-COOH+HCl)↙(\text"Trichloressigsäure")$

Einzelne Vertreter der Carbonsäuren und ihre Bedeutung

Ameisen(Methan) Säure HCOOH— eine Flüssigkeit mit stechendem Geruch und einem Siedepunkt von 100,8 °C$, gut wasserlöslich. Ameisensäure ist giftig Verursacht Verbrennungen bei Hautkontakt! Die von Ameisen abgesonderte Brennflüssigkeit enthält diese Säure. Ameisensäure hat eine desinfizierende Eigenschaft und findet daher ihre Anwendung in der Lebensmittel-, Leder- und Pharmaindustrie sowie in der Medizin. Es wird zum Färben von Textilien und Papier verwendet.

Essig (Ethan)Säure $CH_3COOH$ ist eine farblose Flüssigkeit mit einem charakteristischen stechenden Geruch, die in jedem Verhältnis mit Wasser mischbar ist. Wässrige Lösungen von Essigsäure werden unter den Namen Essig (3–5 %ige Lösung) und Essigessenz (70–80 %ige Lösung) verkauft und in der Lebensmittelindustrie weit verbreitet. Essigsäure ist ein gutes Lösungsmittel für viele organische Substanzen und wird daher in der Färberei, in der Lederindustrie und in der Farben- und Lackindustrie verwendet. Darüber hinaus ist Essigsäure ein Rohstoff für die Herstellung vieler technisch wichtiger organischer Verbindungen: Beispielsweise wird sie zur Gewinnung von Mitteln zur Unkrautbekämpfung – Herbiziden – verwendet.

Essigsäure ist der Hauptbestandteil Weinessig, dessen charakteristischer Geruch genau darauf zurückzuführen ist. Es ist ein Oxidationsprodukt von Ethanol und entsteht daraus, wenn Wein an der Luft gelagert wird.

Die wichtigsten Vertreter der am höchsten limitierenden einbasischen Säuren sind palmitisch$C_(15)H_(31)COOH$ und Stearin$C_(17)H_(35)COOH$-Säuren. Im Gegensatz zu niederen Säuren sind diese Substanzen fest und in Wasser schlecht löslich.

Ihre Salze – Stearate und Palmitate – sind jedoch gut löslich und wirken waschaktiv, weshalb sie auch als Seifen bezeichnet werden. Es ist klar, dass diese Substanzen in großem Maßstab hergestellt werden. Von den ungesättigten höheren Carbonsäuren ist die wichtigste die Ölsäure$C_(17)H_(33)COOH$ oder $CH_3 - (CH_2)_7 - CH=CH -(CH_2)_7COOH$. Es ist eine ölartige Flüssigkeit ohne Geschmack oder Geruch. Seine Salze sind in der Technik weit verbreitet.

Der einfachste Vertreter zweibasiger Carbonsäuren ist Oxalsäure (Ethandisäure).$HOOC-COOH$, dessen Salze in vielen Pflanzen vorkommen, zum Beispiel in Sauerampfer und Oxalis. Oxalsäure ist eine farblose kristalline Substanz, die in Wasser sehr gut löslich ist. Es wird beim Polieren von Metallen, in der Holz- und Lederindustrie verwendet.

Ester

Wenn Carbonsäuren mit Alkoholen interagieren (Veresterungsreaktion), Ester:

Diese Reaktion ist reversibel. Die Reaktionsprodukte können miteinander in Wechselwirkung treten, um die Ausgangsstoffe Alkohol und Säure zu bilden. Somit ist die Reaktion von Estern mit Wasser – Hydrolyse des Esters – die Umkehrung der Veresterungsreaktion. Das chemische Gleichgewicht, das sich einstellt, wenn die Geschwindigkeiten von direkter (Veresterung) und umgekehrter (Hydrolyse) Reaktion gleich sind, kann durch die Anwesenheit von wasserabspaltenden Mitteln in Richtung Etherbildung verschoben werden.

Fette- Derivate von Verbindungen, die Ester von Glycerin und höheren Carbonsäuren sind.

Alle Fette unterliegen wie andere Ester einer Hydrolyse:

Wenn die Fetthydrolyse in alkalischem Medium $(NaOH)$ und in Gegenwart von kalzinierter Soda $Na_2CO_3$ durchgeführt wird, verläuft sie irreversibel und führt nicht zur Bildung von Carbonsäuren, sondern zu deren Salzen, die sog Seifen. Daher wird die Hydrolyse von Fetten in alkalischem Milieu genannt Verseifung.

Substituenten CH 3 , CH 2 R, CHR 2 , CR 3 , OH, OR, NH 2 , NHR, NR 2 , F, Cl, Br, I und andere werden Stellvertreter genannt erste Art. Sie sind in der Lage, Elektronen abzugeben sind elektronenspendende Substituenten.

Substituenten zweiter Art in der Lage, Elektronen zu ziehen und aufzunehmen . Dies sind elektronenziehende Substituenten. Dazu gehören SO 3 H, NO 2 , COOH, COOR, CHO, COR, CN, NH 3 + und andere.

Wiederum, Gruppen angreifen (ersetzen). können sein elektrophil oder nukleophil. Elektrophile Reagenzien dienen in der Reaktion als Elektronenakzeptoren. Im Einzelfall dies Kationen. Nucleophile Reagenzien in der Reaktion sind Elektronendonatoren. Im Einzelfall dies Anionen.

Wenn das Reagenz mit einem Substituenten auf den Kern einwirkt, können mehrere Optionen für ihre Wechselwirkung unterschieden werden:

– Stellvertreter erster Art; elektrophiles Reagenz.

Betrachten Sie als Beispiel die Reaktion der Toluolnitrierung mit einem Nitrierungsgemisch (einem Gemisch aus Salpeter- und Schwefelsäure).

Die Methylgruppe in Toluol ist ein erstklassiges Orientierungsmittel. Dies ist ein Elektronendonorteilchen.. Deshalb Kern als Ganzes Aufgrund der Verschiebung der Elektronendichte von der Methylgruppe erhält es eine fraktionierte negative Ladung. Die dem Substituenten am nächsten liegenden Kohlenstoffatome sind ebenfalls negativ geladen.. Nachfolgende Kohlenstoffe des Zyklus erhalten wechselnde Ladungen(Wechselwirkung). Die Reaktion zwischen Salpeter- und Schwefelsäure des Nitrierungsgemisches ergibt mehrere Partikel, darunter ist vorhanden elektrophiles Partikel NO 2 +(im Diagramm über dem Pfeil in Klammern dargestellt), der die negativ geladenen Atome des Zyklus angreift. Wasserstoffatome sind durch eine Nitrogruppe ersetzt orth- und Paar- Positionen relativ zur Methylgruppe. Da der Kern negativ geladen ist und das angreifende Teilchen elektrophil ist(positiv geladen) wird die Reaktion erleichtert und kann im Vergleich zur Nitrierung von Benzol unter milderen Bedingungen ablaufen.

– Stellvertreter zweiter Art; elektrophiles Reagenz.

Die Sulfonsäuregruppe (Orientierung zweiter Art, elektronenziehend) lädt aufgrund der Verschiebung der Elektronendichte zu sich selbst den Kern als Ganzes und die nächstgelegenen Kohlenstoffatome des Kerns positiv auf. Das angreifende Teilchen ist elektrophil. Orientierung ein Meta-Position. Der Substituent behindert die Wirkung des Reagenzes. Die Sulfonierung sollte mit konzentrierter Schwefelsäure bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden.

– Stellvertreter zweiter Art; nukleophiles Reagenz.

Entsprechend den Ladungen greift das nucleophile Teilchen OK – an orth- und Paar-Position und Substituent erleichtert die Wirkung des Reagenzes. Dennoch, Nucleophile Substitutionsreaktionen müssen unter ziemlich harten Bedingungen durchgeführt werden. Dies erklärt sich aus der energetischen Ungünstigkeit des Übergangszustandes bei der Reaktion und aus der Tatsache, dass π Die Elektronenwolke des Moleküls stößt das angreifende nukleophile Teilchen ab.

– Stellvertreter erster Art; nukleophiles Reagenz.

Der Substituent behindert die Wirkung des Reagenzes. Orientierung ein Meta-Position. Solche Reaktionen werden praktisch nicht realisiert.

Bei mehreren verschiedenen Substituenten im Kern dann wird die überwiegende Führungswirkung von derjenigen ausgeübt, die die größte orientierende Wirkung hat. Beispielsweise bei elektrophilen Substitutionsreaktionen je nach Stärke der Orientierungswirkung lassen sich die Substituenten in folgender Reihe anordnen:

OH > NH 2 > OR > Cl > I > Br > CH 3; Die Orientierungsfähigkeit von Orientierungstieren der zweiten Art nimmt in folgender Reihenfolge ab: NO 2 > COOH > SO 3 H. Ein Beispiel ist die Chlorierungsreaktion orth-Kresol (1-Hydroxy-2-methylbenzol):

Beide Substituenten sind Orientierungsmittel erster Art, Elektronendonoren. Nach den Ladungen an den Kohlenstoffatomen (in Klammern von der -OH-Gruppe) zu urteilen, stimmt die Orientierung nicht überein. Weil das phenolische Hydroxyl der stärkere Orientierungsstoff ist werden hauptsächlich Produkte erhalten, die der Orientierung dieser Gruppe entsprechen. Beide Substituenten erleichtern die Reaktion. Die Reaktion ist aufgrund der Wechselwirkung des Katalysators mit molekularem Chlor elektrophil.

In der Praxis werden Substitutionsregeln meistens nicht strikt durchgesetzt. Die Substitution liefert alle möglichen Produkte. Aber es gibt immer mehr Produkte, die nach den Regeln beschafft werden müssen. Wenn zum Beispiel Toluol nitriert wird, 62 % orth-, 33,5 % Paar- und 4,5 % Meta-Nitrotoluole.

Eine Änderung der Umgebung (Temperatur, Druck, Katalysator, Lösungsmittel usw.) hat normalerweise wenig Einfluss auf die Orientierung.

Bei der Erläuterung der Orientierungsregeln werden einige Substitutionsreaktionen gezeigt. Schauen wir uns noch ein paar Reaktionen an.

- Wenn Chlor oder Brom in Gegenwart von Katalysatoren auf Benzol einwirken - Träger von Halogeniden, beispielsweise FeCl 3 , AlCl 3 , SnCl 4 und andere, werden Wasserstoffatome an cyclischen Kohlenstoffen sequentiell durch Halogen ersetzt.

In der letzten elektrophilen Reaktion Chlor als Orientierungsmittel erster Art lenkt das zweite Chloratom zu orth- und Paar- Bestimmungen(hauptsächlich im Paar-). Im Gegensatz zu anderen Orientanten der ersten Art ist es jedoch macht es schwierig zu reagieren aufgrund seiner stark ausgeprägten Elektronenakzeptor-Eigenschaften den Kern positiv auflädt. Im Moment des Angriffs des elektrophilen Teilchens gibt das Halogen der Ausgangsverbindung einen Teil der Elektronendichte an den Kern zurück, wodurch Ladungen an seinen Kohlenstoffen erzeugt werden, die der Wirkung des Orientierungsmittels der ersten Art entsprechen (dynamischer Orientierungseffekt).

– Halogenierung alkylsubstituierter Benzole im Licht fließt durch Radikaler Mechanismus. und die Substitution findet statt
α-Kohlenstoffatom der Seitenkette:

– Bei Nitrierung nach Konovalov(verdünnte wässrige Lösung von Salpetersäure, ~140 °C), die nach dem Radikalmechanismus verläuft, führt ebenfalls zur Substitution in Seitenkette:

– Oxidation von Benzol und seinen Homologen

Benzolring sehr schwer zu oxidieren. In Gegenwart eines Katalysators V 2 O 5 bei einer Temperatur von 400 ° C ... 500 ° C bildet Benzol jedoch Maleinsäure:

Benzol-Homologe ergeben bei Oxidation aromatische Säuren. Darüber hinaus ergibt die Seitenkette unabhängig von ihrer Länge eine Carboxylgruppe am aromatischen Ring.

Durch die Auswahl von Oxidationsmitteln kann eine sequentielle Oxidation der Seitenketten erreicht werden.

Hydroperoxide werden aus Alkylbenzolen in Gegenwart von Katalysatoren gebildet, bei deren Zersetzung Phenol und die entsprechenden Ketone entstehen.