Dom > Tjelesna i zdravstvena kultura > Svojstva alkohola, aldehida, kiselina, estera, fenola. Supstituenti na benzenskom prstenu dijele se u dvije skupine Reakcije benzenskog prstena


Svojstva alkohola, aldehida, kiselina, estera, fenola. Supstituenti na benzenskom prstenu dijele se u dvije skupine Reakcije benzenskog prstena




pirokatehin

rezorcinol

hidrokinon

floroglucinol

pirogalol

Za sustavni naziv fenola koristi se IUPAC-ova supstitucijska nomenklatura prema kojoj se fenoli smatraju hidroksilnim derivatima benzena. Dakle, sam fenol, predak serije, mora imati strogo ime hidroksibenzen. Međutim, u mnogim slučajevima, derivati ​​benzena koji sadrže hidrokso skupinu u prstenu smatraju se derivatima fenola, što se odražava u nazivu. Na primjer:

C2 H5

3-etilfenol

3-brom-2,4-dinitrofenol

(1-hidroksi-3-etilbenzen)

(1-hidroksi-3-brom-2,4-dinitrobenzen)

Za aromatične alkohole nazivi prema supstitucijskoj nomenklaturi konstruiraju se na isti način kao i za alifatske. U ovom slučaju, roditeljska struktura je bočni alifatski lanac, budući da se tamo nalazi funkcionalna skupina. Na primjer:

CH2-OH

CH2-CH-OH

fenilmetanol

1-fenilpropan-2-ol

Osim toga, za naziv aromatskih alkohola, kao i alifatska, može se koristiti radikalno-funkcionalna i racionalna nomenklatura. Dakle, fenilmetanol, najjednostavniji predstavnik aromatskih alkohola, prema radikalsko-funkcionalnoj nomenklaturi nazivat ćemo ben-

zil alkohol.

Fenoli i aromatski alkoholi su strukturni izomeri (na primjer, krezoli su izomerni benzil alkoholu). Osim toga, mogu se uočiti i drugi tipovi izomerije, kao i za mnoge derivate ugljikovodika.

10.5.2. STRUKTURA FENOLNOG I BENZIL ALKOHOLA

U molekuli fenola, priroda i smjer elektriciteta

tron učinak je isti kao u halobenzenima. Da

je atom kisika hidrokso skupine u interakciji s

benzenski prsten kroz –I- i +M-efekte.

Međutim (!) u molekuli fenola + M - učinak je veći - I -

učinak (modulo). Značajan pozitivan mezomerni učinak objašnjava se korespondencijom geometrijske konfiguracije vanjskih (interakcionih) p-orbitala ugljika i kisika, oba ova atoma su atomi II razdoblja periodnog sustava kemijskih elemenata. Kao rezultat toga, ukupni elektronički učinak koji hidrokso skupina ima u odnosu na benzenski prsten je učinak donora.

Zbog p--konjugacije povećava se stupanj dvostruke veze između ugljika i kisika: ova veza ima karakter 23,7%. Struktura fenola također bi trebala biti slična strukturi nepostojećeg vinilnog alkohola (pogl. 5.1.2, 5.3.1). Ali za razliku od vinil alkohola, fenol ne izomerizira zbog svog stabilnog aromatskog sustava.

Duljina C–O veze u fenolu je kraća nego u alkoholima (u fenolu 0,136 nm, u metanolu 0,143 nm), a snaga te veze je veća nego u alkoholima. Osim toga, zbog p-konjugacije javlja se deficit gustoće elektrona (djelomični pozitivni naboj) na atomu kisika, zbog čega se polaritet O–H veze toliko povećava da fenoli pokazuju svojstva slabih kiselina.

Pozitivni mezomerni učinak hidrokso skupine dovodi do značajnog povećanja gustoće elektrona na benzenskom prstenu i to uglavnom u o- i p-položajima (poglavlje 10.1.1). Ovo stanje odgovara mezo formuli

U molekuli benzilnog alkohola, atom kisika hidrokso skupine nije izravno vezan na aromatski prsten, tako da konjugacija između

njima nemoguće. Hidroksi skupina utječe na benzen

prsten samo induktivnim učinkom

(–I učinak), čime se smanjuje magnituda elektrona

noah gustoća na njemu. Ali -elektronički sustav be-

pepeljasti prsten može djelovati s C–H vezama -ugljikovog atoma (superkonjugacija slična onoj opaženoj u toluenu). Stoga je gustoća elektrona u aromatskom prstenu kao cjelini nešto manja nego u benzenu, ali orto i posebno para položaji doživljavaju ovo smanjenje u manjoj mjeri. Duljina i snaga C–O i O–H veza malo se razlikuju od onih za alifatske alkohole, budući da je učinak benzenskog prstena na C–O–H fragment mali.

10.5.3. FIZIKALNA I KEMIJSKA SVOJSTVA FENOL

Fenoli su prema agregatnom stanju bezbojne krutine ili rjeđe tekućine jakog specifičnog mirisa. Kada se čuvaju na zraku, postupno oksidiraju i kao rezultat toga dobivaju boju od ružičaste do žuto-smeđe.

Fenoli su slabo topljivi u vodi, a njihova visoka vrelišta su posljedica prisutnosti međumolekularnih vodikovih veza (slično alkoholima).

Kemijska svojstva fenola rezultat su međusobnog utjecaja hidrokso skupine i benzenskog prstena, stoga ih karakteriziraju reakcije duž benzenskog prstena i reakcije koje uključuju hidroksilnu skupinu.

10.5.3.1. Acidobazna svojstva

Kisela svojstva fenola su izraženija nego kod alkohola (alifatskih i aromatskih). To je zbog mnogo jače polarizacije O–N veze zbog pomaka gustoće elektrona s atoma kisika na benzenski prsten:

Kisela svojstva fenola mogu se objasniti i većom stabilnošću fenolatnog iona, koji nastaje disocijacijom fenola. U fenolatnom anionu, elektronski sustav aromatskog prstena sudjeluje u delokalizaciji negativnog naboja:

Međutim, kiselinska svojstva fenola su manje izražena nego kod karboksilnih kiselina, disocijacija fenola u vodenim otopinama se nastavlja, ali je ravnoteža ove reakcije pomaknuta ulijevo. Vrijednost pKa za fenol i njegove homologe kreće se od 9,9 do 10,4, dok je za octenu kiselinu pKa = 4,76, a za ugljičnu kiselinu pKa = 6,35 (prema prvom stupnju disocijacije). To jest, fenol ne stupa u interakciju s metalnim bikarbonatima, ali može djelovati s srednjim solima ugljične kiseline, pretvarajući ih u kisele soli, budući da je ugljična kiselina slabija od fenola u drugoj fazi disocijacije.

OH+NaHCO3

OH + Na2CO3 ONa + NaHCO3

Fenolne soli, fenolati, u interakciji s ugljičnom kiselinom prelaze u fenol:

ONa + H2 CO3 OH + NaHCO3

Uvođenje elektron-donorskih ili akceptorskih supstituenata u aromatski prsten fenola (osobito u o- i p-položajima) smanjuje ili povećava njegova kisela svojstva. Taj je učinak analogan učinku supstituenata na aromatski prsten sulfonskih kiselina (poglavlje 10.3.3.4). Baš kao u arensulfonskim kiselinama, supstituenti koji privlače elektron povećavaju kisela svojstva zbog potpunije delokalizacije negativnog naboja u anionu; supstituenti koji doniraju elektron, naprotiv,

smanjuju kisela svojstva, jer u ovom slučaju njihov elektronički učinak sprječava delokalizaciju naboja aniona:

Iz istih razloga (zbog p-konjugacije, u kojoj sudjeluje usamljeni elektronski par kisikovih elektrona), bazičnost fenola je znatno smanjena u odnosu na alkohole.

10.5.3.2. Nukleofilna svojstva

Zbog +M učinka hidroksilne skupine u molekuli fenola smanjena su i bazična i nukleofilna svojstva. Stoga se reakcije u kojima fenol igra ulogu nukleofila odvijaju teško. Alkalna sredina pridonosi povećanju reaktivnosti fenola, dok molekula fenola prelazi u fenolatni ion. Te reakcije su alkilacija i acilacija.

Alkilacija (stvaranje etera) . U općem slučaju, više

Lokalno okruženje potiče reakciju u skladu s mehanizmom S N 2 ; stoga bi se supstrati koji imaju dostupno elektrofilno reakcijsko središte s visokim efektivnim pozitivnim nabojem trebali lakše alkilirati. Takvi supstrati mogu biti primarni alkil halogenidi i, iznad svega,

Derivati ​​metana.

O-CH2-R

R-CH2 Br

U nekim slučajevima, dimetil sulfat se koristi kao sredstvo za metiliranje, posebno u sintezi metil estera hidrokinona, m-krezola, 4-metil-2-nitrofenola itd. Na primjer:

OCH3

(CH3 )2 SO4 / OH-

4-metil-2-nitrofenol

4-metil-l-metoksi-2-nitrobenzen

Ista se metoda može koristiti za dobivanje o- i p-nitroanizola iz o- i p-nitrofenola.

Acilacija (stvaranje estera) . Zbog sniženog

fenoli mogu biti napadnuti samo visoko reaktivnim acilirajućim agensima, kao što su anhidridi i halogenidi karboksilnih kiselina. Reakcija se provodi u blago alkalnom mediju (obično u prisutnosti karbonata):

Na2CO3

NaCl

NaHCO3

Aciliranje salicilna kiselina anhidrid octene kiseline koristi se u proizvodnji lijeka aspirin:

+ (CH3CO)20

CH3COOH

O-C-CH3

salicilna kiselina

(O-acetilsalicilna kiselina)

Esterifikacija pod djelovanjem karboksilnih kiselina obično se ne događa za fenole i postaje moguća samo u prisutnosti jakih sredstava za uklanjanje vode (PCl 3 , POCl 3 , P 2 O 5 ). Ova reakcija se koristi u proizvodnji lijeka salol:

10.5.3.3. Elektrofilna supstitucija

Fenoli, poput mnogih aromatskih spojeva, mogu proći kroz reakcije elektrofilne supstitucije (S E ). Štoviše, reakcije fenola s elektrofilnim reagensima odvijaju se puno lakše od benzena i arena. To je zbog velikog +M učinka koji ima hidroksilna skupina u odnosu na benzenski prsten (poglavlje 10.1.1). Kao rezultat toga, gustoća elektrona na prstenu je povećana, a to povećanje se opaža uglavnom u o- i p-položajima.

Stoga se mehanizam interakcije fenola s elektrofilnom česticom može prikazati na sljedeći način:

OH H

Ulazak elektrofila u o- i p-položaje benzenskog prstena također se može objasniti usporedbom stabilnosti nastalih kompleksa.

Razmotrimo neke primjere i značajke S E reakcija za fenole.

Halogeniranje lako teče. Nije potreban katalizator. rirovanie

krajnji proizvod može biti pentaklorofenol. Bromiranje se obično provodi u razrijeđenim vodenim otopinama.

3 Br2

3HBr

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

Nitriranje se može provesti i koncentriranom i razrijeđenom dušičnom kiselinom. Koncentrirana dušična kiselina odmah nitrira fenol u di- i trinitro derivate, na primjer:

NO2+

u tom slučaju dolazi do jakog smolanja fenola.

U molekulama fenola i njihovih estera može doći ne samo do supstitucije vodikovog atoma, već i prostorno dostupnih alkilnih skupina:

H3 C CH

H3 C CH

H3 CO

NO2+

H3 CO

NO2+

H3 C CH

CH CH3

H3 CO

H3 CO

CH(CH3)2+

H3 C CH

H3 CO

H3 CO

Djelovanje razrijeđene dušične kiseline na fenole pri sobnoj temperaturi dovodi do orto- i para-supstituiranih mononitrofenola:

HNO3 + H2O

S obzirom na to da nitronijev kation ne nastaje u razrijeđenoj kiselini pa je nitriranje elektrofilnim mehanizmom nemoguće, reakcija je u ovom slučaju oksidativna nitroza (zbog dušikovog dioksida sadržanog u dušičnoj kiselini):

2 NE 2

HNO3

HNO2

HNO3

HNO2

Stoga se umjesto razrijeđene dušične kiseline za provođenje mononitracije može koristiti mješavina dušične i dušične kiseline.

Osim toga, nitrozacija se također koristi za određivanje fenola ( Liebermanova reakcija). Fenol se pomiješa s koncentriranom sumpornom kiselinom i doda se nekoliko kapi vodene otopine natrijeva nitrita. Kada se razrijedi, otopina dobiva crvenu boju, kada se doda lužina, boja postaje plava. Ova reakcija boje objašnjava se stvaranjem indofenola, čiji anion ima plavu boju:

N-OH2

indofenol (crvena boja)

O N O-

Plava boja

Sulfoniranjem fenola nastaju fenolsulfonske kiseline. Omjer orto- i para-izomera određen je temperaturom reakcije. Orto-izomer se formira već na 15°C, ali na 100°C i više se pregrađuje u stabilniji n-izomer.

288K

SO3 H

H2SO4

373K

373K

SO3 H

Alkiliranje. Osim alkilacije na atomu kisika, koja se odvija u alkalnom okruženju i dovodi do stvaranja jednostavnih (alkilaril) etera, reakcija se može odvijati na benzenskom prstenu. Alkiliranje u ovom slučaju zahtijeva upotrebu kiselih katalizatora. Alkoholi i alkeni obično se koriste kao alkilirajuća sredstva u prisutnosti protičnih kiselina (H 2 SO 4 , H 3 PO 4 ) ili Lewisovih kiselina (BF 3 ):

R+ [BF3 OH]

R-OH + BF3

5. Izomerija, karakteristična za organske spojeve, u čijim se molekulama nalazi benzenski prsten.

Ovaj tip izomerije moguć je u prisutnosti dva supstituenta u benzenskom prstenu. Ovisno o položaju supstituenata u benzenskom prstenu, razlikuju se orto-, meta- i para-izomerija. Tako, na primjer, ako postoje dva supstituenta u benzenskom prstenu - metilni radikal i hidroksilna skupina, tada se takva tvar naziva krezol. Ovisno o položaju ovih skupina u benzenskom prstenu, postoje tri različite tvari:

Treba napomenuti da se mnogi spojevi koji imaju istu molekulsku formulu mogu međusobno razlikovati u različitim vrstama izomerije, na primjer:

Ove izomerne tvari razlikuju se istovremeno u izometriji ugljikovog lanca i izometriji položaja funkcionalne skupine - NH 2.

III. Na primjer, natrij istiskuje samo jedan atom vodika iz molekule etanola. Stoga je ovaj atom vodika pokretljiviji.

Iz ovoga možemo izvesti strukturnu formulu etanola:

H-C-C-H

Naprotiv, znajući strukturnu formulu etanola, može se predvidjeti da će natrij istisnuti samo jedan atom vodika, koji je povezan s atomom kisika.

Proučavajući svojstva glukoze, uvjerili smo se da u njezinoj molekuli postoji pet skupina - ona i jedna aldehidna skupina. Naprotiv, znajući strukturnu formulu glukoze, može se predvidjeti da će glukoza pokazivati ​​svojstva aldehida i alkohola.

IV. Kemijska svojstva fenola posljedica su prisutnosti hidroksilne skupine i jezgre benzala u njegovoj molekuli, koje međusobno utječu jedna na drugu. Prisutnost hidroksilne skupine unaprijed određuje sličnost fenola s alkoholima:

1. Sličnost slična svojstvima alkohola:

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

2. Svojstvo koje se razlikuje od svojstava alkohola:

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


Reakcija bromiranja

4. Reakcija nitracije


Utjecaj benzenske jezgre na hidroksilnu skupinu uzrokuje veću pokretljivost njezina atoma vodika. Dakle, fenol, za razliku od alkohola, reagira s alkalijama, tj. ima svojstva slabih kiselina. Ponekad se naziva karbolna kiselina. To je zbog činjenice da jezgra benzena prema sebi povlači elektrone atoma kisika hidroksilne skupine. Kako bi to kompenzirao, atom kisika jače odvlači gustoću elektrona od atoma vodika. Kao rezultat, kavalentna veza između atoma kisika i vodika postaje polarnija, a atom vodika postaje pokretljiviji. Hidroksilna skupina pak atomima vodika daje veću pokretljivost na pozicijama 2, 4, 6. Ovo je jedan od mnogih primjera koji potvrđuju tezu A.M. Butlerov o međusobnom utjecaju atoma u molekulama.

Kemijska svojstva anilina posljedica su prisutnosti amino skupine - NH 2 i benzenske jezgre u njegovoj molekuli. Anilin je slabija baza. Da bismo odgovorili na ovo pitanje, moramo se prisjetiti međusobnog utjecaja atoma i atomskih skupina u molekulama. Kao u molekulama fenola (o tome je ranije bilo riječi), benzenska jezgra donekle odvlači slobodni elektronski par od dušikovog atoma amino skupine. Zbog toga se gustoća elektrona na atomu dušika u molekuli anilina smanjuje i ona slabije privlači protone k sebi, tj. osnovna svojstva anilina su oslabljena. Najvažnija svojstva anilina:

1. Reagira s kiselinama stvarajući soli:

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

2. Nastale soli reagiraju s alkalijama i ponovno se oslobađa anilin:

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

3. Snažno sudjeluje u reakcijama supstitucije, na primjer, reagira s bromnom vodom u obliku 2, 4, 6 - tribromanilina:


Međusobni utjecaj atoma u molekulama halogeniranih ugljikovodika.

Najkarakterističnije kemijsko svojstvo zasićenih ugljikovodika su supstitucijske reakcije. Primjer takve reakcije je interakcija zasićenih ugljikovodika s halogenima. Ostali zasićeni ugljikovodici reagiraju slično s halogenima:

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

Halogenirani ugljikovodici imaju neke značajke. Prema teoriji A.M. Butlerov, to je zbog međusobnog utjecaja atoma i atomskih skupina u kemijskim spojevima. Sa stajališta suvremenih ideja o elektronskim oblacima i njihovom međusobnom preklapanju, uzimajući u obzir elektronegativnost kemijskih elemenata, međusobni utjecaj atoma i atomskih skupina, na primjer, u metil kloridu, objašnjava se na sljedeći način. Atomi klora imaju veću elektronegativnost od atoma ugljika. Zbog toga je elektronska gustoća veze pomaknuta od atoma ugljika prema atomu klora. Kao rezultat toga, atom klora dobiva djelomično negativan naboj, a atom ugljika dobiva djelomično pozitivan naboj. Stečeni parcijalni naboji označeni su δ+ i δ-:

Utjecaj atoma klora proteže se ne samo na atom ugljika, već i na atome vodika. Zbog toga se elektronska gustoća atoma vodika pomiče prema atomu ugljika i kemijske veze između atoma vodika i ugljika postaju polarnije. Kao rezultat toga, atomi vodika u molekuli metil klorida slabije su vezani za atom ugljika i lakše se zamjenjuju klorom nego prvi atom vodika u molekuli metana. Zbog pomaka gustoće elektrona s atoma vodika na atom ugljika, vrijednost pozitivnog naboja potonjeg se smanjuje. Zbog toga kovalentna veza između atoma ugljika i klora postaje manje polarna i jača.

Sa stajališta ionskog mehanizma, bit V.V. Markovnikov tijekom interakcije propilena s bromovodikom objašnjava se na sljedeći način: u molekuli propilena, kao rezultat pomaka gustoće elektrona, drugi atom ugljika, koji je povezan s metilnim radikalom, ima pozitivniji naboj od prvog.

Vrijednost elektronegativnosti atoma ugljika veća je od vrijednosti atoma vodika. Stoga treći atom ugljika metilne skupine, kao rezultat pomaka gustoće elektrona s tri atoma vodika, dobiva relativno veći negativni naboj od ostalih atoma ugljika. Ovaj višak negativnog naboja, zauzvrat, pomiče mobilne oblake P-elektrona s drugog na prvi atom ugljika. Kao rezultat ovog pomaka, prvi atom ugljika dobiva veći negativni naboj, a drugi postaje pozitivniji. Kao rezultat toga, atom vodika (+) je vezan za atom ugljika (-), a halogen (-) je vezan za atom ugljika (+).

Benzen je vrlo otporan na oksidaciju. Nasuprot tome, aromatski ugljikovodici s bočnim lancima relativno se lako oksidiraju.

1. Pod djelovanjem energetskih oksidansa (K Mn O 4) na benzen homolon oksidiraju se samo bočni lanci. Ako se, na primjer, u epruvetu ulije 2-3 ml toluena, zatim se u nju doda otopina kalijevog permanganata i zagrije, tada se vidi da ljubičasta boja otopine postupno blijedi. To je zato što se pod djelovanjem kalijevog permanganata metilna skupina toluena oksidira i pretvara u skupinu

O
//
-C
\
Oh
O
//

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

Poznato je da su metan i drugi zasićeni ugljikovodici vrlo otporni na djelovanje oksidacijskih sredstava. Međutim, metilna skupina u molekuli toluena relativno se lako oksidira. To je zbog utjecaja benzenskog prstena. Iz gornjih primjera reakcija supstitucije i oksidacije proizlazi da ne samo metilna skupina utječe na benzenski prsten, već i benzenski prsten također utječe na metilnu skupinu, tj. njihov utjecaj ovisi.

Karakteristična kemijska svojstva zasićenih monohidričnih i polihidričnih alkohola, fenola

Ograničiti monohidrične i polihidrične alkohole

Alkoholi (ili alkanoli) su organske tvari čije molekule sadrže jednu ili više hidroksilnih skupina ($—OH$ skupina) povezanih s ugljikovodičnim radikalom.

Prema broju hidroksilnih skupina (atomarnosti) alkoholi se dijele na:

- monoatomski, na primjer:

$(CH_3-OH)↙(metanol(metilni alkohol))$ $(CH_3-CH_2-OH)↙(etanol(etilni alkohol))$

— dvoatomni (glikoli), npr.:

$(OH-CH_2-CH_2-OH)↙(etandiol-1,2(etilenglikol))$

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

— troatomski, npr.:

Prema prirodi ugljikovodičnog radikala razlikuju se sljedeći alkoholi:

— rubni koji sadrže samo zasićene ugljikovodične radikale u molekuli, na primjer:

— neograničen koji sadrže višestruke (dvostruke i trostruke) veze između ugljikovih atoma u molekuli, na primjer:

$(CH_2=CH-CH_2-OH)↙(propen-2-ol-1 (alilni alkohol))$

— aromatičan, tj. alkoholi koji sadrže benzenski prsten i hidroksilnu skupinu u molekuli, međusobno povezani ne izravno, već preko atoma ugljika, na primjer:

Organske tvari koje sadrže hidroksilne skupine u molekuli koje su izravno povezane s ugljikovim atomom benzenskog prstena značajno se razlikuju po kemijskim svojstvima od alkohola i stoga se izdvajaju u neovisnu klasu organskih spojeva - fenola. Na primjer:

Postoje i polihidrični (polihidrični) alkoholi koji sadrže više od tri hidroksilne skupine u molekuli. Na primjer, najjednostavniji šesthidrični alkohol heksaol (sorbitol):

Nomenklatura i izomerija

Pri formiranju naziva alkohola, nazivu ugljikovodika koji odgovara alkoholu dodaje se generički sufiks. -ol. Brojevi iza sufiksa označavaju položaj hidroksilne skupine u glavnom lancu, a prefiksi di-, tri-, tetra- itd. - njihov broj:

U numeriranju atoma ugljika u glavnom lancu položaj hidroksilne skupine ima prednost pred položajem višestrukih veza:

Počevši od trećeg člana homolognog niza, alkoholi imaju izomerizam položaja funkcionalne skupine (propanol-1 i propanol-2), a od četvrtog - izomerizam ugljikovog kostura (butanol-1, 2-metilpropanol -1). Također ih karakterizira interklasna izomerija - alkoholi su izomerni eterima:

$(CH_3-CH_2-OH)↙(etanol)$ $(CH_3-O-CH_3)↙(dimetil eter)$

alkoholi

fizička svojstva.

Alkoholi mogu stvarati vodikove veze između molekula alkohola i između molekula alkohola i vode.

Vodikove veze nastaju međudjelovanjem djelomično pozitivno nabijenog atoma vodika jedne molekule alkohola i djelomično negativno nabijenog atoma kisika druge molekule. Zbog vodikovih veza između molekula alkoholi imaju abnormalno visoka vrelišta za svoju molekularnu težinu. Tako je propan relativne molekulske mase 44$ u normalnim uvjetima plin, a najjednostavniji alkohol je metanol relativne molekulske mase 32$, u normalnim uvjetima je tekućina.

Niži i srednji članovi niza zasićenih monohidričnih alkohola, koji sadrže od $1$ do $11$ ugljikovih atoma, su tekućine. Viši alkoholi (počevši od $C_(12)H_(25)OH$) su krutine na sobnoj temperaturi. Niži alkoholi imaju karakterističan alkoholni miris i gorući okus, dobro su topljivi u vodi. Kako se ugljikovodični radikal povećava, topljivost alkohola u vodi se smanjuje, a oktanol se više ne miješa s vodom.

Kemijska svojstva.

Svojstva organskih tvari određena su njihovim sastavom i strukturom. Alkoholi potvrđuju opće pravilo. Njihove molekule uključuju ugljikovodične i hidroksilne radikale, pa su kemijska svojstva alkohola određena međudjelovanjem i međusobnim utjecajem tih skupina. Svojstva karakteristična za ovu klasu spojeva posljedica su prisutnosti hidroksilne skupine.

1. Međudjelovanje alkohola s alkalijskim i zemnoalkalijskim metalima. Da bi se otkrio učinak ugljikovodičnog radikala na hidroksilnu skupinu, potrebno je usporediti svojstva tvari koja sadrži hidroksilnu skupinu i ugljikovodični radikal, s jedne strane, i tvari koja sadrži hidroksilnu skupinu, a ne sadrži ugljikovodični radikal. , na drugoj. Takve tvari mogu biti, na primjer, etanol (ili drugi alkohol) i voda. Vodik hidroksilne skupine molekula alkohola i molekula vode može se reducirati alkalijskim i zemnoalkalijskim metalima (njihovima zamijeniti):

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

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

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

2. Interakcija alkohola s halogenovodikom. Supstitucija halogena hidroksilnom skupinom dovodi do stvaranja haloalkana. Na primjer:

$C_2H_5OH+HBr⇄C_2H_5Br+H_2O$.

Ova reakcija je reverzibilna.

3. Intermolekulska dehidracija alkohola- cijepanje molekule vode od dvije molekule alkohola pri zagrijavanju u prisutnosti sredstava za uklanjanje vode:

Kao rezultat intermolekularne dehidracije alkohola, eteri. Dakle, kada se etilni alkohol zagrijava sa sumpornom kiselinom na temperaturu od $100$ do $140°C$, nastaje dietil (sumporni) eter:

4. Međudjelovanje alkohola s organskim i anorganskim kiselinama stvarajući estere ( reakcija esterifikacije):

Reakcija esterifikacije je katalizirana jakim anorganskim kiselinama.

Na primjer, kada etil alkohol i octena kiselina reagiraju, nastaje etil ester octene kiseline - etil acetat:

5. Intramolekularna dehidracija alkohola nastaje kada se alkoholi zagrijavaju u prisutnosti sredstava za dehidraciju na temperaturu višu od temperature međumolekularne dehidracije. Kao rezultat toga nastaju alkeni. Ova reakcija nastaje zbog prisutnosti atoma vodika i hidroksilne skupine na susjednim atomima ugljika. Primjer je reakcija dobivanja etena (etilena) zagrijavanjem etanola iznad $140°C$ u prisutnosti koncentrirane sumporne kiseline:

6. Oksidacija alkohola obično se provodi s jakim oksidacijskim sredstvima, na primjer, kalijevim dikromatom ili kalijevim permanganatom u kiselom mediju. U ovom slučaju, djelovanje oksidacijskog sredstva usmjereno je na atom ugljika koji je već povezan s hidroksilnom skupinom. Ovisno o prirodi alkohola i uvjetima reakcije, mogu nastati različiti proizvodi. Dakle, primarni alkoholi se prvo oksidiraju do aldehidi a zatim unutra karboksilne kiseline:

Kada se sekundarni alkoholi oksidiraju, nastaju ketoni:

Tercijarni alkoholi su prilično otporni na oksidaciju. Međutim, u teškim uvjetima (jako oksidacijsko sredstvo, visoka temperatura) moguća je oksidacija tercijarnih alkohola, koja se događa kidanjem veza ugljik-ugljik najbližih hidroksilnoj skupini.

7. Dehidrogenacija alkohola. Kada alkoholne pare prolaze na $200-300°C$ preko metalnog katalizatora, kao što je bakar, srebro ili platina, primarni alkoholi se pretvaraju u aldehide, a sekundarni alkoholi u ketone:

Prisutnost nekoliko hidroksilnih skupina u molekuli alkohola u isto vrijeme određuje specifična svojstva polihidrični alkoholi, koji su sposobni formirati u vodi topljive jarkoplave kompleksne spojeve u interakciji sa svježim talogom bakrovog (II) hidroksida. Za etilen glikol možete napisati:

Monohidrični alkoholi ne mogu ući u ovu reakciju. Dakle, to je kvalitativna reakcija na polihidrične alkohole.

Fenol

Struktura fenola

Hidroksilna skupina u molekulama organskih spojeva može biti povezana izravno s aromatskom jezgrom ili može biti od nje odvojena jednim ili više ugljikovih atoma. Može se očekivati ​​da će se, ovisno o tom svojstvu, tvari međusobno značajno razlikovati zbog međusobnog utjecaja skupina atoma. Doista, organski spojevi koji sadrže aromatski fenilni radikal $C_6H_5$—, izravno vezan na hidroksilnu skupinu, pokazuju posebna svojstva koja se razlikuju od onih alkohola. Takvi spojevi nazivaju se fenoli.

Fenoli su organske tvari čije molekule sadrže fenilni radikal povezan s jednom ili više hidrokso skupina.

Kao i alkoholi, fenoli se klasificiraju prema atomarnosti, tj. brojem hidroksilnih skupina.

Jednoatomni fenoli sadrže jednu hidroksilnu skupinu u molekuli:

Polihidrični fenoli sadrže više od jedne hidroksilne skupine u molekulama:

Postoje i drugi polihidrični fenoli koji sadrže tri ili više hidroksilnih skupina u benzenskom prstenu.

Upoznajmo se detaljnije sa strukturom i svojstvima najjednostavnijeg predstavnika ove klase - fenola $C_6H_5OH$. Naziv ove tvari bio je osnova za naziv cijele klase - fenoli.

Fizička i kemijska svojstva.

fizička svojstva.

Fenol je čvrsta, bezbojna, kristalna tvar, $t°_(pl.)=43°S, t°_(vrelište)=181°S$, oštrog karakterističnog mirisa. Otrovno. Fenol je slabo topljiv u vodi na sobnoj temperaturi. Vodena otopina fenola naziva se karbolna kiselina. U dodiru s kožom izaziva opekline, stoga s fenolom treba pažljivo rukovati!

Kemijska svojstva.

svojstva kiselina. Kao što je već spomenuto, vodikov atom hidroksilne skupine ima kiseli karakter. Kisela svojstva fenola su izraženija od vode i alkohola. Za razliku od alkohola i vode, fenol ne reagira samo s alkalijskim metalima, već i s alkalijama da bi se formirao fenolati:

Međutim, kiselinska svojstva fenola su manje izražena od anorganskih i karboksilnih kiselina. Na primjer, kisela svojstva fenola su oko 3000$ puta slabija od onih ugljične kiseline. Stoga se slobodni fenol može izolirati propuštanjem ugljičnog dioksida kroz vodenu otopinu natrijeva fenolata:

Dodavanje klorovodične ili sumporne kiseline u vodenu otopinu natrijevog fenolata također dovodi do stvaranja fenola:

Kvalitativna reakcija na fenol.

Fenol reagira sa željeznim(III) kloridom stvarajući kompleksni spoj intenzivno ljubičaste boje.

Ova reakcija omogućuje otkrivanje čak iu vrlo ograničenim količinama. Drugi fenoli koji sadrže jednu ili više hidroksilnih skupina u benzenskom prstenu također daju svijetlu plavo-ljubičastu boju kada reagiraju sa željeznim (III) kloridom.

Reakcije benzenskog prstena.

Prisutnost hidroksilnog supstituenta uvelike olakšava tijek reakcija elektrofilne supstitucije u benzenskom prstenu.

1. Bromiranje fenola. Za razliku od benzena, bromiranje fenola ne zahtijeva dodatak katalizatora (željezov(III) bromid).

Osim toga, interakcija s fenolom odvija se selektivno (selektivno): atomi broma se šalju u orto- i para položaje, zamjenjujući tamo smještene atome vodika. Selektivnost supstitucije objašnjena je značajkama elektroničke strukture molekule fenola o kojoj smo raspravljali gore.

Dakle, kada fenol reagira s bromnom vodom, nastaje bijeli talog 2,4,6-tribromfenol:

Ova reakcija, kao i reakcija sa željeznim (III) kloridom, služi za kvalitativno određivanje fenola.

2. Nitriranje fenolom također se događa lakše nego nitriranje benzena. Reakcija s razrijeđenom dušičnom kiselinom odvija se na sobnoj temperaturi. Rezultat je smjesa orto- i par- izomeri nitrofenola:

Kada se koristi koncentrirana dušična kiselina, nastaje eksploziv - 2,4,6-trinitrofenol(pikrinska kiselina):

3. Hidrogenacija aromatskog prstena fenola u prisutnosti katalizatora lako se događa:

4.Polikondenzacija fenola s aldehidima, osobito s formaldehidom, javlja se stvaranjem produkata reakcije - fenol-formaldehidnih smola i čvrstih polimera.

Interakcija fenola s formaldehidom može se opisati shemom:

Vjerojatno ste primijetili da su u molekuli dimera sačuvani “pokretni” atomi vodika, što znači da je daljnji nastavak reakcije moguć uz dovoljnu količinu reagensa:

Reakcija polikondenzacija, oni. reakcija proizvodnje polimera, koja se odvija oslobađanjem niskomolekularnog nusproizvoda (vode), može se nastaviti dalje (sve dok se jedan od reagensa potpuno ne potroši) uz stvaranje velikih makromolekula. Proces se može opisati ukupnom jednadžbom:

Formiranje linearnih molekula događa se na uobičajenoj temperaturi. Provođenje ove reakcije pri zagrijavanju dovodi do činjenice da dobiveni proizvod ima razgranatu strukturu, čvrst je i netopljiv u vodi. Kao rezultat zagrijavanja linearne fenol-formaldehidne smole s viškom aldehida dobivaju se čvrste plastične mase jedinstvenih svojstava. Polimeri na bazi fenolformaldehidnih smola koriste se za izradu lakova i boja, plastičnih proizvoda koji su otporni na zagrijavanje, hlađenje, vodu, lužine i kiseline te imaju visoka dielektrična svojstva. Polimeri na bazi fenol-formaldehidnih smola koriste se za izradu najkritičnijih i najvažnijih dijelova električnih uređaja, kućišta agregata i dijelova strojeva, polimerne baze tiskanih pločica za radio uređaje. Ljepila na bazi fenol-formaldehidnih smola mogu pouzdano spojiti dijelove različite prirode, održavajući najveću čvrstoću veze u vrlo širokom rasponu temperatura. Takvo se ljepilo koristi za pričvršćivanje metalne baze rasvjetnih svjetiljki na staklenu žarulju. Sada razumijete zašto se fenol i proizvodi koji se temelje na njemu široko koriste.

Karakteristična kemijska svojstva aldehida, zasićenih karboksilnih kiselina, estera

Aldehidi i ketoni

Aldehidi su organski spojevi čije molekule sadrže karbonilnu skupinu. , povezan s atomom vodika i radikalom ugljikovodika.

Opća formula za aldehide je:

U najjednostavnijem aldehidu, formaldehidu, drugi vodikov atom igra ulogu ugljikovodičnog radikala:

Karbonilna skupina vezana na atom vodika naziva se aldehid:

Organske tvari u čijim je molekulama karbonilna skupina vezana na dva ugljikovodična radikala nazivaju se ketoni.

Očito, opća formula za ketone je:

Karbonilna skupina ketona naziva se keto skupina.

U najjednostavnijem ketonu, acetonu, karbonilna skupina je vezana na dva metilna radikala:

Nomenklatura i izomerija

Ovisno o strukturi ugljikovodičnog radikala povezanog s aldehidnom skupinom, razlikuju se granični, nezasićeni, aromatski, heterociklički i drugi aldehidi:

U skladu s nomenklaturom IUPAC-a nazivi zasićenih aldehida tvore se od naziva alkana s istim brojem ugljikovih atoma u molekuli pomoću sufiksa -al. Na primjer:

Numeriranje ugljikovih atoma glavnog lanca počinje od ugljikovog atoma aldehidne skupine. Stoga se aldehidna skupina uvijek nalazi na prvom atomu ugljika i nije potrebno naznačiti njezin položaj.

Uz sustavnu nomenklaturu koriste se i trivijalni nazivi široko korištenih aldehida. Ovi nazivi se obično izvode iz imena karboksilnih kiselina koje odgovaraju aldehidima.

Za naziv ketona prema sustavnoj nomenklaturi keto skupina označava se sufiksom -je li on i broj koji označava broj ugljikovog atoma karbonilne skupine (numeriranje treba započeti od kraja lanca koji je najbliži keto skupini). Na primjer:

Za aldehide je karakteristična samo jedna vrsta strukturne izomerije - izomerija ugljikovog skeleta, koja je moguća iz butanala, a za ketone - također izomerija položaja karbonilne skupine. Osim toga, karakterizira ih i interklasna izomerija (propanal i propanon).

Trivijalni nazivi i vrelišta nekih aldehida.

Fizička i kemijska svojstva

fizička svojstva.

U molekuli aldehida ili ketona, zbog veće elektronegativnosti atoma kisika u usporedbi s atomom ugljika, veza $C=O$ je jako polarizirana zbog pomaka gustoće elektrona veze $π$ prema kisiku:

Aldehidi i ketoni su polarne tvari s viškom elektronske gustoće na atomu kisika. Niži članovi niza aldehida i ketona (formaldehid, acetaldehid, aceton) beskonačno su topljivi u vodi. Njihova su vrelišta niža nego kod odgovarajućih alkohola. To je zbog činjenice da u molekulama aldehida i ketona, za razliku od alkohola, nema mobilnih atoma vodika i ne tvore suradnike zbog vodikovih veza. Niži aldehidi imaju oštar miris; aldehidi koji sadrže od četiri do šest atoma ugljika u lancu imaju neugodan miris; viši aldehidi i ketoni imaju cvjetne mirise i koriste se u parfumeriji.

Kemijska svojstva

Prisutnost aldehidne skupine u molekuli određuje karakteristična svojstva aldehida.

reakcije oporavka.

Adicija vodika na molekule aldehida javlja se na dvostrukoj vezi u karbonilnoj skupini:

Aldehidi se hidrogeniraju kao primarni alkoholi, dok su ketoni sekundarni alkoholi.

Dakle, kada se acetaldehid hidrogenira na nikalnom katalizatoru, nastaje etilni alkohol, a kada se aceton hidrogenira, nastaje propanol-2:

Hidrogenacija aldehida reakcija oporavka, pri čemu se smanjuje oksidacijsko stanje atoma ugljika u karbonilnoj skupini.

Reakcije oksidacije.

Aldehidi se mogu ne samo oporaviti, već i oksidirati. Kada se oksidiraju, aldehidi stvaraju karboksilne kiseline. Shematski se ovaj proces može prikazati na sljedeći način:

Iz propionaldehida (propanal), na primjer, nastaje propionska kiselina:

Aldehidi se oksidiraju čak i atmosferskim kisikom i takvim slabim oksidacijskim sredstvima kao što je amonijačna otopina srebrnog oksida. U pojednostavljenom obliku, ovaj se proces može izraziti jednadžbom reakcije:

Na primjer:

Preciznije, ovaj proces se odražava jednadžbama:

Ako je površina posude u kojoj se odvija reakcija prethodno odmašćena, tada je srebro nastalo tijekom reakcije prekriva ravnomjerno tankim filmom. Stoga se ova reakcija naziva reakcija "srebrno ogledalo". Široko se koristi za izradu ogledala, posrebrenje ukrasa i božićnih ukrasa.

Svježe istaloženi bakrov (II) hidroksid također može djelovati kao oksidacijsko sredstvo za aldehide. Oksidacijom aldehida $Cu^(2+)$ se reducira u $Cu^+$. Bakrov (I) hidroksid $CuOH$ nastao tijekom reakcije odmah se raspada u crveni bakrov (I) oksid i vodu:

Ova reakcija, poput reakcije "srebrnog zrcala", koristi se za otkrivanje aldehida.

Ketoni se ne oksidiraju niti atmosferskim kisikom niti tako slabim oksidacijskim sredstvom kao što je amonijačna otopina srebrnog oksida.

Pojedini predstavnici aldehida i njihovo značenje

Formaldehid(metanal, mravlja aldehida$HCHO$ ) - bezbojni plin s oštrim mirisom i vrelištem od -21C ° $, lako ćemo se otopiti u vodi. Formaldehid je otrovan! Otopina formaldehida u vodi ($40%$) naziva se formalin i koristi se za dezinfekciju. U poljoprivredi, formalin se koristi za doradu sjemena, u industriji kože - za obradu kože. Formaldehid se koristi za dobivanje urotropina - ljekovite tvari. Ponekad se komprimirani u obliku briketa, urotropin koristi kao gorivo (suhi alkohol). U proizvodnji fenol-formaldehidnih smola i nekih drugih tvari troši se velika količina formaldehida.

Octeni aldehid(etanal, acetaldehid$CH_3CHO$ ) - tekućina s oštrim neugodnim mirisom i vrelištem od $ 21 ° C $, dobro ćemo otopiti u vodi. Octena kiselina i niz drugih tvari dobivaju se iz acetaldehida u industrijskim razmjerima, koristi se za proizvodnju raznih plastičnih masa i acetatnih vlakana. Acetatni aldehid je otrovan!

karboksilne kiseline

Tvari koje sadrže jednu ili više karboksilnih skupina u molekuli nazivaju se karboksilne kiseline.

skupina atoma nazvao karboksilna skupina, ili karboksil.

Organske kiseline koje sadrže jednu karboksilnu skupinu u molekuli su jednobazni.

Opća formula za ove kiseline je $RCOOH$, na primjer:

Karboksilne kiseline koje sadrže dvije karboksilne skupine nazivaju se dvobazični. To uključuje, na primjer, oksalnu i jantarnu kiselinu:

Postoje također višebazni karboksilne kiseline koje sadrže više od dvije karboksilne skupine. To uključuje, na primjer, trobazičnu limunsku kiselinu:

Ovisno o prirodi ugljikovodičnog radikala, karboksilne kiseline se dijele u granično, nezasićeno, aromatično.

Granične ili zasićene karboksilne kiseline su npr. propanska (propionska) kiselina:

ili nam već poznata jantarna kiselina.

Očito je da zasićene karboksilne kiseline ne sadrže $π$-veze u ugljikovodičnom radikalu. U molekulama nezasićenih karboksilnih kiselina, karboksilna skupina je vezana na nezasićeni, nezasićeni ugljikovodični radikal, na primjer, u akrilnoj (propenskoj) $CH_2=CH—COOH$ ili oleinskoj $CH_3-(CH_2)_7—CH=CH—( CH_2)_7—molekule COOH $ i druge kiseline.

Kao što se može vidjeti iz formule benzojeve kiseline, ona je aromatična jer sadrži aromatski (benzenski) prsten u molekuli:

Nomenklatura i izomerija

Opća načela za formiranje naziva karboksilnih kiselina, kao i drugih organskih spojeva, već su razmotrena. Zadržimo se detaljnije na nomenklaturi mono- i dibazičnih karboksilnih kiselina. Naziv karboksilne kiseline tvori se od naziva odgovarajućeg alkana (alkana s istim brojem ugljikovih atoma u molekuli) uz dodatak sufiksa -ov-, završetak - i ja a riječi kiselina. Obrojčavanje ugljikovih atoma počinje karboksilnom skupinom. Na primjer:

Broj karboksilnih skupina označen je u nazivu prefiksima di-, tri-, tetra-:

Mnoge kiseline također imaju povijesno razvijena ili trivijalna imena.

Nazivi karboksilnih kiselina.

Kemijska formula Sustavno ime kiseline Trivijalni naziv za kiselinu
$H—COOH$ metan Mravlja
$CH_3—COOH$ Etan Octena
$CH_3—CH_2—COOH$ propan propionski
$CH_3—CH_2—CH_2—COOH$ Butan uljasti
$CH_3—CH_2—CH_2—CH_2—COOH$ Pentan Odoljen
$CH_3-(CH_2)_4—COOH$ Heksan Najlon
$CH_3-(CH_2)_5—COOH$ Heptanoična Enanthic
$NEOS-UNSD$ Etandij loboda
$HOOS—CH_2—COOH$ Propandioik Malonić
$HOOS—CH_2—CH_2—COOH$ Butan jantar

Nakon što smo se upoznali s raznolikim i zanimljivim svijetom organskih kiselina, razmotrimo detaljnije ograničavajuće monobazične karboksilne kiseline.

Jasno je da se sastav ovih kiselina izražava općom formulom $C_nH_(2n)O_2$, ili $C_nH_(2n+1)COOH$, ili $RCOOH$.

Fizička i kemijska svojstva

fizička svojstva.

Niže kiseline, t.j. kiseline s relativno malom molekularnom težinom, koje sadrže do četiri ugljikova atoma u molekuli, tekućine su karakterističnog oštrog mirisa (sjetite se mirisa octene kiseline). Kiseline koje sadrže od $4$ do $9$ ugljikovih atoma su viskozne uljaste tekućine neugodnog mirisa; koji sadrže više od $9$ ugljikovih atoma u molekuli – čvrste tvari koje se ne otapaju u vodi. Vrelišta graničnih monobazičnih karboksilnih kiselina rastu s povećanjem broja ugljikovih atoma u molekuli i, posljedično, s povećanjem relativne molekulske mase. Na primjer, vrelište mravlje kiseline je 100,8°C$, octene kiseline 118°C$, a propionske kiseline 141°C$.

Najjednostavnija karboksilna kiselina, mravlja $HCOOH$, male relativne molekularne težine $(M_r(HCOOH)=46)$, u normalnim je uvjetima tekućina s vrelištem od $100,8°S$. Istovremeno, butan $(M_r(C_4H_(10))=58)$ pod istim je uvjetima plinovit i ima vrelište $-0,5°S$. Ova razlika između vrelišta i relativnih molekulskih masa objašnjava se stvaranjem dimera karboksilne kiseline, u kojima su dvije molekule kiseline povezane dvjema vodikovim vezama:

Pojava vodikovih veza postaje jasna kada se uzme u obzir struktura molekula karboksilne kiseline.

Molekule zasićenih monobazičnih karboksilnih kiselina sadrže polarnu skupinu atoma - karboksil i uglavnom nepolarni ugljikovodični radikal. Karboksilnu skupinu privlače molekule vode, stvarajući s njima vodikove veze:

Mravlja i octena kiselina beskonačno su topive u vodi. Očito, s povećanjem broja atoma u radikalu ugljikovodika, topljivost karboksilnih kiselina opada.

Kemijska svojstva.

Opća svojstva karakteristična za klasu kiselina (i organskih i anorganskih) posljedica su prisutnosti hidroksilne skupine u molekulama koja sadrži jaku polarnu vezu između atoma vodika i kisika. Razmotrimo ova svojstva na primjeru organskih kiselina topivih u vodi.

1. Disocijacija uz stvaranje vodikovih kationa i aniona kiselinskog ostatka:

$CH_3-COOH⇄CH_3-COO^(-)+H^+$

Preciznije, ovaj proces opisuje jednadžba koja uzima u obzir sudjelovanje molekula vode u njemu:

$CH_3-COOH+H_2O⇄CH_3COO^(-)+H_3O^+$

Ravnoteža disocijacije karboksilnih kiselina pomaknuta je ulijevo; velika većina njih su slabi elektroliti. Međutim, kiseli okus, na primjer, octene i mravlje kiseline posljedica je disocijacije na vodikove katione i anione kiselih ostataka.

Očito je prisutnost "kiselog" vodika u molekulama karboksilnih kiselina, tj. vodikova karboksilna skupina, zbog drugih karakterističnih svojstava.

2. Interakcija s metalima koji stoji u elektrokemijskom nizu napona do vodika: $nR-COOH+M→(RCOO)_(n)M+(n)/(2)H_2$

Dakle, željezo reducira vodik iz octene kiseline:

$2CH_3-COOH+Fe→(CH_3COO)_(2)Fe+H_2$

3. Interakcija s bazičnim oksidima uz stvaranje soli i vode:

$2R-COOH+CaO→(R-COO)_(2)Ca+H_2O$

4. Interakcija s metalnim hidroksidima uz stvaranje soli i vode (reakcija neutralizacije):

$R—COOH+NaOH→R—COONa+H_2O$,

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

5. Interakcija sa solima slabijih kiselina uz nastanak potonjeg. Tako octena kiselina istiskuje stearinsku kiselinu iz natrijeva stearata i ugljičnu kiselinu iz kalijevog karbonata:

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

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

6. Interakcija karboksilnih kiselina s alkoholima uz nastajanje estera - reakcija esterifikacije (jedna od najvažnijih reakcija karakterističnih za karboksilne kiseline):

Interakciju karboksilnih kiselina s alkoholima kataliziraju vodikovi kationi.

Reakcija esterifikacije je reverzibilna. Ravnoteža se pomiče prema stvaranju estera u prisutnosti sredstava za uklanjanje vode i kada se ester ukloni iz reakcijske smjese.

U obrnutoj reakciji esterifikacije, koja se naziva hidroliza estera (reakcija estera s vodom), nastaju kiselina i alkohol:

Očito, reagirati s karboksilnim kiselinama, tj. polihidrični alkoholi, poput glicerola, također mogu ući u reakciju esterifikacije:

Sve karboksilne kiseline (osim mravlje), uz karboksilnu skupinu, sadrže ugljikovodični ostatak u svojim molekulama. Naravno, to ne može utjecati na svojstva kiselina, koja su određena prirodom ostatka ugljikovodika.

7. Reakcije adicije višestrukih veza- u njih ulaze nezasićene karboksilne kiseline. Na primjer, reakcija adicije vodika je hidrogeniranje. Za kiselinu koja sadrži jednu $π$-vezu u radikalu, jednadžba se može napisati u općem obliku:

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

Dakle, kada se oleinska kiselina hidrogenira, nastaje zasićena stearinska kiselina:

$(C_(17)H_(33)COOH+H_2)↙(\text"oleinska kiselina")(→)↖(katalizator)(C_(17)H_(35)COOH)↙(\text"stearinska kiselina") $

Nezasićene karboksilne kiseline, poput drugih nezasićenih spojeva, dodaju halogene dvostrukoj vezi. Na primjer, akrilna kiselina dekolorizira bromnu vodu:

$(CH_2=CH—COOH+Br_2)↙(\text"akrilna (propenoična) kiselina")→(CH_2Br—CHBr—COOH)↙(\text"2,3-dibromopropanoična kiselina"),$

8. Reakcije supstitucije (s halogenima)- u njih mogu ući zasićene karboksilne kiseline. Na primjer, reakcijom octene kiseline s klorom mogu se dobiti različiti klor derivati ​​kiselina:

$CH_3COOH+Cl_2(→)↖(R(crveno))(CH_2Cl-COOH+HCl)↙(\text"kloroctena kiselina")$,

$CH_2Cl-COOH+Cl_2(→)↖(R(crveno))(CHCl_2-COOH+HCl)↙(\text"dikloroctena kiselina")$,

$CHCl_2-COOH+Cl_2(→)↖(R(crveno))(CCl_3-COOH+HCl)↙(\text"trikloroctena kiselina")$

Pojedini predstavnici karboksilnih kiselina i njihov značaj

Mravlja(metan) kiselina HCOOH— tekućina oštrog mirisa i vrelišta od $100,8°C$, visoko topljiva u vodi. Mravlja kiselina je otrovna Uzrokuje opekline u dodiru s kožom! Tekućina od žara koju luče mravi sadrži ovu kiselinu. Mravlja kiselina ima svojstvo dezinfekcije i stoga nalazi svoju primjenu u prehrambenoj, kožarskoj i farmaceutskoj industriji te medicini. Koristi se za bojanje tekstila i papira.

Octena (etan)kiselina $CH_3COOH$ je bezbojna tekućina karakterističnog oštrog mirisa, miješa se s vodom u bilo kojem omjeru. Vodene otopine octene kiseline prodaju se pod nazivom ocat ($3-5%$ otopina) i octena esencija ($70-80%$ otopina) i naširoko se koriste u prehrambenoj industriji. Octena kiselina je dobro otapalo za mnoge organske tvari i stoga se koristi u bojanju, u industriji kože te u industriji boja i lakova. Osim toga, octena kiselina je sirovina za proizvodnju mnogih tehnički važnih organskih spojeva: primjerice, od nje se dobivaju tvari za suzbijanje korova - herbicidi.

Octena kiselina je glavni sastojak vinski ocat, karakterističan miris koji duguje upravo tome. Produkt je oksidacije etanola i nastaje iz njega kada se vino čuva na zraku.

Najvažniji predstavnici najviših limitirajućih monobazičnih kiselina su palmitinska$C_(15)H_(31)COOH$ i stearinska$C_(17)H_(35)COOH$ kiseline. Za razliku od nižih kiselina, ove tvari su krute, slabo topljive u vodi.

No, njihove soli - stearati i palmitati - vrlo su topljive i imaju detergentni učinak, zbog čega se nazivaju i sapunima. Jasno je da se te tvari proizvode u velikim količinama. Od nezasićenih viših karboksilnih kiselina najvažnija je Oleinska kiselina$C_(17)H_(33)COOH$, ili $CH_3 - (CH_2)_7 - CH=CH -(CH_2)_7COOH$. To je tekućina slična ulju bez okusa i mirisa. Njegove soli imaju široku primjenu u tehnologiji.

Najjednostavniji predstavnik dibazičnih karboksilnih kiselina je oksalna (etandijeva) kiselina$HOOC—COOH$, čije se soli nalaze u mnogim biljkama, na primjer u kiselici i oksaliji. Oksalna kiselina je bezbojna kristalna tvar, vrlo topiva u vodi. Koristi se za poliranje metala, u drvnoj i kožarskoj industriji.

Esteri

Kada karboksilne kiseline stupaju u interakciju s alkoholima (reakcija esterifikacije), esteri:

Ova reakcija je reverzibilna. Produkti reakcije mogu međusobno djelovati i formirati početne tvari - alkohol i kiselinu. Stoga je reakcija estera s vodom - hidroliza estera - obrnuta reakcija esterifikacije. Kemijska ravnoteža, koja se uspostavlja kada su brzine izravnih (esterifikacija) i obrnutih (hidroliza) reakcija jednake, može se pomaknuti prema stvaranju etera prisutnošću sredstava za uklanjanje vode.

masti- derivati ​​spojeva koji su esteri glicerola i viših karboksilnih kiselina.

Sve masti, kao i drugi esteri, podliježu hidrolizi:

Kada se hidroliza masti provodi u alkalnom mediju $(NaOH)$ i u prisutnosti sode $Na_2CO_3$, ona se odvija nepovratno i dovodi do stvaranja ne karboksilnih kiselina, već njihovih soli, koje se nazivaju sapuni. Stoga se naziva hidroliza masti u alkalnoj sredini saponifikacija.

Supstituenti CH3, CH2R, CHR2, CR3, OH, OR, NH2, NHR, NR2, F, Cl, Br, I i dr. nazivaju se poslanici prve vrste. Oni su sposobni donirati elektrone su supstituenti koji doniraju elektron.

Supstituenti druge vrste sposobni povući i prihvatiti elektrone . To su supstituenti koji privlače elektron. Tu spadaju SO3H, NO2, COOH, COOR, CHO, COR, CN, NH3+ i drugi.

Sa svoje strane, napadačke (zamjenske) skupine može biti elektrofilni ili nukleofilni. Elektrofilni reagensi služe kao akceptori elektrona u reakciji. U konkretnom slučaju, ovo kationi. Nukleofilni reagensi u reakciji su donori elektrona. U konkretnom slučaju, ovo anioni.

Ako reagens djeluje na jezgru s jednim supstituentom, tada se može razlikovati nekoliko opcija za njihovu interakciju:

– zamjenik prve vrste; elektrofilni reagens.

Kao primjer, razmotrite reakciju nitracije toluena sa smjesom za nitriranje (mješavina dušične i sumporne kiseline).

Metilna skupina u toluenu je prvorazredni orijentant. Ovo je čestica donor elektrona.. Zato jezgra u cjelini zbog pomaka elektronske gustoće s metilne skupine dobiva djelomični negativni naboj. Atomi ugljika najbliži supstituentu također su negativno nabijeni.. Sljedeći ugljici ciklusa dobivaju izmjenične naboje(izmjenični učinak). Reakcija između dušične i sumporne kiseline smjese za nitriranje daje nekoliko čestica, među kojima je prisutna elektrofilna čestica NO 2 +(prikazano iznad strelice u zagradama na dijagramu), koji napada negativno nabijene atome ciklusa. Atomi vodika zamijenjeni su nitro skupinom u orto- i par- položaji u odnosu na metilnu skupinu. Budući da jezgra ima negativan naboj i čestica koja napada je elektrofilna(pozitivno nabijen), reakcija je olakšana i može se odvijati pod blažim uvjetima u usporedbi s nitriranjem benzena.

– Zamjenik druge vrste; elektrofilni reagens.

Sulfonska skupina (orijentant druge vrste, elektron-privlačna), zbog pomaka elektronske gustoće prema sebi, pozitivno nabije jezgru u cjelini i najbliže ugljike jezgre. Napadajuća čestica je elektrofilna. Orijentacija u meta-položaj. Supstituent sprječava djelovanje reagensa. Sulfiranje treba provoditi koncentriranom sumpornom kiselinom na povišenoj temperaturi.

– Zamjenik druge vrste; nukleofilni reagens.

U skladu s nabojima, nukleofilna čestica OK – napada orto- i par-položaj i supstituent olakšava djelovanje reagensa. Međutim, reakcije nukleofilne supstitucije moraju se provoditi u prilično teškim uvjetima. To se objašnjava energetskom nepovoljnošću prijelaznog stanja u reakciji i činjenicom da π Elektronski oblak molekule odbija napadajuću nukleofilnu česticu.

– Zamjenik prve vrste; nukleofilni reagens.

Supstituent sprječava djelovanje reagensa. Orijentacija u meta-položaj. Takve reakcije praktički se ne ostvaruju.

Ako postoji više različitih supstituenata u jezgri, tada prevladavajući učinak usmjeravanja ima onaj koji ima najveći orijentacijski učinak. Na primjer, u reakcijama elektrofilne supstitucije prema snazi ​​orijentacijskog djelovanja supstituenti se mogu poredati u sljedeći red:

OH > NH 2 > OR > Cl > I > Br > CH 3; Sposobnost orijentacije orijentanata druge vrste opada sljedećim redoslijedom: NO 2 > COOH > SO 3 H. Primjer je reakcija kloriranja orto-krezol (1-hidroksi-2-metilbenzen):

Oba supstituenta su orijentanti prve vrste, donori elektrona. Sudeći po nabojima atoma ugljika (u zagradama iz skupine –OH), orijentacija se ne podudara. Budući da je fenolni hidroksil jači orijentant, dobivaju se uglavnom proizvodi koji odgovaraju orijentaciji ove skupine. Oba supstituenta olakšavaju reakciju. Reakcija je elektrofilna zbog interakcije katalizatora s molekulskim klorom.

U praksi se pravila zamjene najčešće ne provode striktno. Supstitucijom se dobivaju svi mogući proizvodi. Ali uvijek postoji više proizvoda koji se moraju nabaviti prema pravilima. Na primjer, kada se toluen nitrira, 62% orto-, 33,5 % par- i 4,5% meta-nitrotolueni.

Promjena okoline (temperatura, tlak, katalizator, otapalo itd.) obično ima mali utjecaj na orijentaciju.

Prilikom objašnjavanja orijentacijskih pravila prikazan je niz reakcija zamjene. Pogledajmo još nekoliko reakcija.

- Kada klor ili brom djeluju na benzen u prisutnosti katalizatora - nosača halogenida, na primjer, FeCl3, AlCl3, SnCl4 i drugih, atomi vodika se sekvencijalno zamjenjuju na cikličkim ugljicima halogenom.

U posljednjoj elektrofilnoj reakciji klor kao orijentant prve vrste usmjerava drugi atom klora na orto- i par- odredbe(uglavnom u par-). Međutim, za razliku od drugih orijentanata prve vrste, to otežava reagiranje zbog svojih jako izraženih elektron-akceptorskih svojstava, pozitivno naelektrišući jezgru. U trenutku napada elektrofilne čestice, halogen početnog spoja vraća dio elektronske gustoće jezgri stvarajući na njezinim ugljicima naboje koji odgovaraju djelovanju orijentanta prve vrste (efekt dinamičke orijentacije).

– Halogeniranje alkil-supstituiranih benzena na svjetlu teče kroz radikalni mehanizam. i dolazi do zamjene
α-ugljikov atom bočnog lanca:

– Kada se nitrira po Konovalovu(razrijeđena vodena otopina dušične kiseline, ~140 °C), odvijajući se radikalskim mehanizmom, također dovodi do supstitucije u bočni lanac:

– Oksidacija benzena i njegovih homologa

benzenski prsten vrlo teško oksidira. Međutim, u prisutnosti katalizatora V 2 O 5 na temperaturi od 400 ° C ... 500 ° C, benzen tvori maleinsku kiselinu:

Homolozi benzena oksidacijom daju aromatske kiseline. Štoviše, bočni lanac daje karboksilnu skupinu na aromatskom prstenu, bez obzira na njegovu duljinu.

Odabirom oksidacijskih sredstava može se postići sekvencijalna oksidacija bočnih lanaca.

Hidroperoksidi nastaju iz alkilbenzena u prisutnosti katalizatora, čijom razgradnjom nastaju fenol i odgovarajući ketoni.