Добування карбонових кислот

С С

О О

С С

ФЕНОЛИ

Феноли — це органічні сполуки, у молекулах яких гідроксильні групи зв’язані з ароматичним (бензиновим) ядром. Феноли з однією гідроксильною групою називаються одноатомним и. Найпростіший фенол має формулу:

С₆Н₅ – ОН або

Радикал С₆Н₅ – називається фені л. У молекулі фенолу відбувається взаємний вплив гідроксильної групи і бензенового ядра, в результаті якого атом Гідрогену гідроксильної групи стає більш реакційноздатним, а фенол виявляє властивості слабкої кислоти (слабкішої за карбонатну).

Фізичні властивості фенолу.

Фенол – безбарвна кристалічна речовина з різким характерним запахом, частково розчинна у

воді (краще розчиняється в гарячій воді). Під час зберігання поступово набуває рожевого забарвлення (окиснюється киснем повітря). Розчин фенолу у воді називається ще карболовою кислотою.

Біологічна дія фенолу: отруйний, має сильні антисептичні властивості. У разі попадання на шкіру викликає хімічні опіки.

Хімічні властивості фенолу

І. Хімічні реакції за участю гідроксигрупи. Фенол слабкіша кислота ніж Н₂СО₃ та Н₂S, алесильнішаніж алканоли (спирти).

1. Взаємодія з активними металами: у результаті реакції утворюються феноляти (у даному випадку натрій фенолят):

2С₆Н₅ –ОН + 2Na → 2С₆Н₅ –ОNa + H₂↑.

2. Взаємодія з лугами:

С₆Н₅ –ОН + NaOH → С₆Н₅ –ОNa + H₂O.

ІІ. Хімічні реакції за участю бензенового ядра.

3. Взаємодія з бромом (без нагрівання і каталізаторів):

Фенол 2,4,6-Трибромфенол

(осад білого кольор)

Ця реакція є якісною для визначення фенолу.

4. Також якісною реакцією на фенол є взаємодія з розчином феруму(III), у результаті якої утворюється сполука фіолетового кольору:

3С₆Н₅ –ОН + FeCl₃ → [С₆Н₅ –О]₃Fe + 3HCl.

Фіолетовий розчин

фурум(ІІІ)феноляту

5. Взаємодія з нітратною кислотою:

2,4,6-тринітрофенол

(пікринова кислота – вибухова речовина)

ДОБУВАННЯ ФЕНОЛУ

1. Із галогенопохідних:

2. Кумольний метод (окиснення ізопропілбензену киснем повітря) — основний промисловий метод добування фенолу.

3. Із кам’яновугільної смоли, яка утворюється внаслідок сухої перегонки вугілля.

ЗАСТОСУВАННЯ ФЕНОЛУ

Фенол застосовується як антисептик, дезінфікуючий засіб, використовується у виробництві пластмас (фенопластів), лікарських речовин, барвників, синтетичних волокон, вибухових речовин.

3. АЛЬДЕГІДИ

Альдегідами або алканалями називають органічні сполуки, які складаються з карбонового ланцюга та функціональної групи – СОН, яка називається карбонільною.

Альдегіди або алканалі – це вуглеводні, в молекулах яких замість одного атома Гідрогену є функціональна група – СОН, яка називається карбонільною. Назва «альдегід» складається з частин іншомовних слів alcohol i dehyd rogenatum; її переклад: спирт, позбавлений Гідрогену.

Як і спирти молекули альдегідів мають у своєму складі три хімічних елемента: Карбон,Гідроген і Оксиген.

О ^δ-

//π

В молекулах альдегідів R─ C – подвійний зв’язок відтягує електронну густину,

\σ

H^δ+

впливає на сусідні атоми, що зумовлює хімічну активність альдегідів.

Загальна формула альдегідів: R–COH, а насичених альдегідів – С_nH_2n+1COH.

Для алканалів характерна ізомерія карбонового ланцюга та ізомерія з кетонами

(загальна формула кетонів R₁ – CO – R₂ ).

Наприклад, О О

׀׀ ׀׀

/ \ / \

R H R₁ R₂

Загальна формула Загальна формула

альдегідів кетонів

׀׀ ׀׀

/ \ / \

Н H СН₃ СН₃

Формальдегід (метаналь) Ацетон (кетон)

ГОМОЛОГІЧНИЙ РЯД АЛЬДЕГІДІВ

Назва насичених альдегідів утворюється при додаванні до назви алкану закінчення – аль. Крім того, для альдегідів характерні традиційні назви, які пояснюють їх застосування:

СПИРТИ:R –OH (CnH2n+1OH)	АЛЬДЕГІДИ:R –COH (CnH2n+1COH)
СН3ОН – метанол (деревний)	Н-СОН – метаналь(мурашиний альд.)
С2Н5ОН – етанол	СН3-СОН – етаналь(оцтовий альд.)
С3Н7ОН – пропанол	С2Н5-СОН – пропаналь(пропіоновий)
С4Н9Он – бутанол	С3Н7-СОН – бутаналь(масляний)
С5Н11ОН – пентанол	С4Н9-СОН – пентаналь(валеріановий)
С6Н13ОН – гексанол	С5Н11-СОН – гексаналь(капроновий)
С7Н15ОН – гептанол	С6Н13-СОН – гептаналь(енантовий)
С8Н17ОН – октанол	С7Н15-СОН - октаналь
С9Н19ОН – нонанол	С8Н17-СОН - нонаналь
С10Н21ОН – деканол	С9Н19-СОН - деканаль
Назва алкану + ~ ол	Назва алкану + ~ аль

Міжнародна номенклатура альдегідів

Карбоновий ланцюг в альдегідах нумерується з атома Карбону функціональної групи:

3 2 1 6 5 4 3 2 1

СН₃ – СН₂ – СОН; СН₃ – СН – СН₂ – СН₂ – СН –СОН

׀ ׀

СН₃ С₂Н₅

Етаналь або 2-етил -5-метилгексаналь або

оцтовий альдегід 2-етил -5-метилкапроновий альдегід

ВЛАСТИВОСТІ АЛЬДЕГІДІВ

Фізичні властивості

Метаналь (мурашиний альдегід) – це летка сполука. Мурашиний і оцтовий альдегіди (Н – СОН та СН₃ – СОН) добре розчинні у воді, завдяки утворенню водневих зв’язків між молекулами води та альдегіду, мають специфічний запах. Вищі алканалі нерозчинні у воді речовини. Температури кипіння карбонільних сполук нижчі, ніж у відповідних спиртів. Це пояснюється відсутністю водневих зв’язків між молекулами альдегіду, оскільки зв’язки С – Н у цих сполуках менш полярні, ніж зв’язки О – Н у спиртах.

Хімічні властивості

Реакційна здатність альдегідів визначається наявністю карбонільної групи - СОН, атом Карбону якої сполучений з трьома іншими атомами та перебуває в стані sp² – гібридизації. Всі вони розміщені в одній площині, а кути між напрямами зв’язків, тобто прямими, що з’єднують центри атомів, становлять приблизно 120⁰. Для них характерні реакції повного та часткового окиснення, відновлення та полімеризації.

1. Горіння або повне окиснення: при повному згоранні будь-яккого алкану утворюються Карбон(IV)оксид (вуглекислий газ) і вода:

АЛЬДЕГІД + О₂ → СО₂↑ + Н₂О + Q

2 СН₃СОН + 5 О₂ → 4 СО₂ ↑ + 4 Н₂О.

2. Окиснення до карбонових кислот:

R – COH + {O} → R – COOH.:

t⁰

СН₃СОН + Cu₂O → CH₃COOH + 2Cu↓

а) «РЕАКЦІЯ СРІБНОГО ДЗЕРКАЛА», яка є якісною реакцією на альдегіди, відбувається при дії на альдегід амоніачного розчину Аргентум оксиду:

2 AgNO₃ +2 NH₄OH → 2 NH₄NO₃ + Ag₂O + H₂O;

О О

// t⁰ //

СН₃ – С - H + Ag₂O → CH₃ – C - OH + 2 Ag ↓;

б) окиснення Купрум(ІІ)гідроксидом (свіжовиготовленим: NaOH + CuSO₄):

t⁰

CH₃COH + 2 Cu(OH)₂ → CH₃COOH + Cu₂O↓ + 2 H₂O.

3.Відновлення воднем (гідрогенізація) до спиртів або реакція приєднання (внаслідок розриву П-зв’язку):

t ⁰

R – COH + H₂ → R – OH;

kat

C₂H₅ – COH + H₂ ^t _kat→ C₃H₇ – OH

ДОБУВАННЯ АЛЬДЕГІДІВ

1. Окиснення спиртів:

R – OH + {O} → R – COH.

2. Реакція Кучерова (гідратація ацетилену):

СН≡СН + Н₂О → СН₃ – СОН.

3. Каталітичне окиснення етилену:

2СН₂ = СН₂ + О₂→2 СН₃ – СОН.

4. Окиснення метану:

СН₄ + О₂ → Н - СОН + Н₂О.

ЗАСТОСУВАННЯ АЛЬДЕГІДІВ І КЕТОНІВ

Метаналь (мурашиний альдегід або формальдегід) використовують як дезинфікуючий засіб і консервант для анатомічних препаратів (40%-ий водний розчин називається формаліном). Похідні формальдегіду – уротропін і кальцекс – у медицині. У промисловості метаналь є вихідною речовиною для виробництва фенолоформальдегідних смол, яких потребує машинобудування та електротехніка, а також добування поліформальдегіду (парафор м), з якого добувають полімери – замінники металів.

Оцтовий альдегід використовують для виробництва оцтової кислоти, етилового спирту, при лікуванні алкоголізму.

Бензальдегід С₆Н₅ – СОН має запах гіркого мигдалю (його похідні містяться в кісточках слив, персиків, абрикосів, вишні, в гіркому мигдалі). Його застосовують у кондитерському виробництві, парфумерії, для синтезу деяких ліків.

Ацетон – це найпростіший кетон (СН₃ – СО – СН₃) - чудовий розчинник. Його використовують у лакофарбовій промисловості, у виробництві ацетатного (штучного) шовку, фото- і кіноплівки, органічного скла.

4. КАРБОНОВІ КИСЛОТИ

Карбоновими кислотами називають органічні сполуки, які складаються з карбонового ланцюга та функціональної груп – СООН, яка називається карбоксильною.

Карбонові кислоти – це вуглеводні, в молекулах яких замість одного або декількох атомів Гідрогену є функціональна група (функціональні групи) – СООН, яка називається карбоксильною (карбоксильними).

О^δ-

//

R^δ+→C - це

\

О^δ-→Н^δ+

запис, який відображає склад карбонових кислот. Їх молекули містять дві функціональні групи: карбонільну (- С=О) і гідроксильну(-ОН). Ці групи сполучені одна з одною й утворюють нову функціональну групу - карбоксильну – СООН

У молекулах кислот карбонільна та гідроксильна групи впливають одна на одну: зміщення електронів в С=О-групі спричиняє зміщення електронів в ОН-групі і поляризує зв’язок О→Н. В результаті кислотні властивості виражені сильніше, ніж у спиртів (кислоти середньої сили); зростає міцність зв’язку С=О, тому реакції приєднання відсутні; за рахунок зміщення зв’язку С – ОН унеможливлює заміщення групи ОН галогеном при взаємодії з галогеноводнями.

Як і спирти, карбонові кислоти здатні утворювати водневі зв’язки між молекулами. Загальна формула одноосновних насичених карбонових кислот

С_nН_2n+1COOH.

Для карбонових кислот характерна ізомерія карбонового ланцюга та ізомерія з естерами (загальна формула естерів R₁-COO-R₂ ).

ГОМОЛОГІЧНИЙ РЯД ОДНООСНОВНИХ НАСИЧЕНИХ КАРБОНОВИХ КИСЛОТ

Назва насичених одноосновних карбонових кислот утворюється при додаванні до назви алкану закінчення – ова. Крім того, для карбонових кислот характерні традиційні назви, які пояснюють їх застосування.

АЛЬДЕГІДИ: R–COH(CnH2n+1COH)	КАРБОНОВІ КИСЛОТИ: R –COОH (CnH2n+1COОH)
Н-СОН–метаналь(мурашиний)	Н-СООН–метанова(мурашина кислота)
СН3-СОН–етаналь(оцтовий)	СН3-СООН – етанова (оцтова к-та.)
С2Н5-СОН–пропаналь(пропіоновий)	С2Н5-СООН –пропанова (пропіонова)
С3Н7-СОН – бутаналь(масляний)	С3Н7-СООН – бутанова (масляна)
С4Н9-СОН–пентаналь(валеріановий)	С4Н9-СООН –пентанова (валеріанова)
С5Н11-СОН–гексаналь(капроновий)	С5Н11-СООН –гексанова (капронова)
С6Н13-СОН – гептаналь(енантовий)	С6Н13-СООН – гептанова (енантова)
С7Н15-СОН - октаналь	С7Н15-СООН - октанова
С8Н17-СОН - нонаналь	С8Н17-СООН - нонанова
С9Н19-СОН - деканаль	С9Н19-СООН - деканова
Назва алкану + ~ аль	Назва алкану + ~ ова

Міжнародна номенклатура карбонових кислот

Карбоновий ланцюг в одноосновних карбонових кислотах нумерується з атома Карбону функціональної групи:

4 3 2 1 5 4 3 2 1

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СООН; СН₃ – СН – СН₂ – СН – СООН

| |

СН₃ С₃Н₇

бутанова кислота або 2-пропіл-4-метилпентанова кислота або

масляна кислота 2-пропіл-4 метилвалеріанова кислота

ВЛАСТИВОСТІ КАРБОНОВИХ КИСЛОТ

Фізичні властивості

Мурашина, оцтова, пропіонова кислоти за звичайних умов – рухливі рідини з гострим запахом, добре розчинні у воді.

Від масляної до нонанової кислот – це нерозчинні оліїсті рідини з неприємним запахом.

Вищі карбонові кислоти – тверді, нерозчинні у воді речовини без запаху. Температури кипіння карбонових кислот є вищі, ніж у відповідних спиртів, що свідчить про сильну міжмолекулярну взаємодію в кислотах. Якщо між молекулами спирту виникає один водневий зв’я зок, то між молекулами кислот – два (утворюються димери). Оцтова кислота при 16,6^оС твердне, нагадуючи кригу, тому і називається крижаною.

Хімічні властивості

Для одноосновних карбонових кислот характерні реакції неорганічних кислот (дисоціація, взаємодія з металами, їх оксидами, основами, солями більш слабких кислот), а також особливі властивості (взаємодія з спиртами, воднем, хлором, окиснення).:

1. Дисоціація

НСООН ↔Н⁺+НСОО^—(форміат-йон); лакмус червоніє,

СН₃СООН↔Н⁺+СН₃СОО^—(ацетат-йон); лакмус червоніє.

2. Взаємодія з металами (до Н), їх оксидами, основами, солями:

1) 2 СН₃СООН + Zn →(CH₃COO)₂Zn + H₂ ↑;

2) 2 СН₃СООН + СаО →(СН₃СОО)₂Са + Н₂О;

3) 2 СН₃СООН + Mg(OH)₂ →(CH₃COO)₂Mg + 2 H₂O;

4) 2 СН₃СООН + СаСО₃ → (СН₃СОО)₂Са + Н₂О + СО₂ ↑.

3. Взаємодія з спиртами з утворенням естерів (або складних ефірів). Реакція відбувається при нагріванні та наявності концентрованої сульфатної кислоти (H₂SO₄):

t⁰

R₁ – COOH + HO – R₂ → R – COO – R₂ + H₂O

H₂SO₄

CH₃ – СОOH + НО – CH₃ CH₃ – СОO – CH₃+ H₂O

Етанова кислота Метанол Диметиловий естер

4. Відновлення воднем до спиртів у жорстких умовах (за участю каталізатора):

t ⁰.kat

С₂Н₅СООН + 2 Н₂ → С₃Н₇ОН + Н₂О.

5. Взаємодія з хлором по карбоновому ланцюгу:

СН₃СООН + СІ₂ → СН₂СІСООН + НСІ.

6. Окиснення:

С₄Н₉СООН + 6,5 О₂ →5 СО₂ ↑ + 5 Н₂О;

НСООН + Аg₂O →2 Ag↓ + H₂CO₃ (CO₂ ↑+ H₂O).

Карбонові кислоти добувають реакціями окиснення алканів, ацетилену, спиртів, альдегідів.

Дата добавления: 2014-01-04