ЕГЭ по химии - задание 12 (часть 2)

ЕГЭ по химии задание 12 часть 2

План

• Характерные химические свойства предельных одноатомных и многоатомных спиртов, фенола
• Характерные химические свойства альдегидов, карбоновых кислот, сложных эфиров
• Основные способы получения органических кислородсодержащих соединений (в лаборатории)

Характерные химические свойства предельных одноатомных и многоатомных спиртов, фенола

Спирты

Химические свойства трехатомных спиртов (алкантриолей)

Фенол

Спирты и фенолы

Спирты  – это производные углеводородов, у которых один атом (или более) замещены на функциональную группу –ОН.Примеры спиртов: СН 3 ОН (метиловый спирт), СН 3 -СН 2 -ОН (этиловый спирт).

Фенолы  – это соединения, в которых содержится ароматическое ядро и непосредственно связанная с ним группа –ОН.Примеры фенолов: С 6 Н 5 -ОН (фенол), СН 3 -С 6 Н 4 -ОН (крезол).

Общая формула этих веществ – R-OH. 

спирты

Существует несколько классификаций спиртов по различным критериям. По характеру органических радикалов подразделяют на:

предельные – CnH2n+1OH;

непредельные – CnH2n-1OH и CnH2n-3OH;

ароматические – CnH2n-7OH;

циклические.

По числу функциональных групп –ОН:

одноатомные;

двухатомные;

многоатомные (трехатомные, четырехатомные, пятиатомные и шестиатомные).

А также по названию углеродного атома, связанного с группой –ОН:

первичные (R-CH2-OH);

вторичные (R-CH(R)-OH);

третичные (C(R)3-OH).

Органические соединения, которые содержат гидроксильные группы, непосредственно связанные с атомами углерода ароматического кольца называют фенолами, и это уже другой самостоятельный класс соединений.

Физические свойства одноатомных и многоатомных спиртов

Одноатомные спирты – это вещества, имеющие одну группу –ОН, а многоатомные – несколько. Физические свойства спиртов объясняются способностью образовывать межмолекулярные водородные свойства. Они имеют высокую температуру кипения, жидкое агрегатное состояние и растворимость в воде. С увеличением углеродной цепи температура возрастает, а растворимость уменьшается. Простые спирты характеризуются специфическим запахом.

Химические свойства одноатомных спиртов

Они определяются присутствием группы –ОН, а также участием α-углеродного атома первичных и вторичных спиртов. 

I. Кислотные свойства

Спирты проявляют кислотные свойства, но кислотами не являются, т.к. не реагируют с гидроксидами, оксидами и солями металлов. Константа кислот меньше константы воды. Разница обусловлена влиянием радикалов – чем больше частично отрицательный заряд на группе –ОН, тем сильнее кислород удерживает свой водород и тем меньше кислотные свойства. По гомологическому ряду кислотные свойства убывают.

1. Взаимодействие спиртов с щелочными и щелочноземельными металлами

2R-OH + 2Me → 2 R-OMe + H 2 2. Взаимодействие с карбоновыми кислотами

R-COOH + R’-OH → R-COOR’ + H 2 O 3. Взаимодействие с магнийорганическими соединениями

R-OH + CH 3 -MgCl → R-O-MgCl + CH 4   4. Взаимодействие с неорганическими кислотами

R-OH + HO-NO 2  → R-O-NO 2  + H 2 O

II. Основные свойства

Основные свойства проявляются себя в реакциях с сильными кислотами, образуя оксониевые соли с дальнейшими превращениями в галогенпроизводные. R-OH + HBr → R-Br + H 2 O

1. Взаимодействие с галогенпроизводными (фосфор)R-OH + PBr 3  → R-Br + H 3 PO 3  

2. Взаимодействие с галогенпроизводными (сера) R-OH + SOCl 2  → R-Cl + SO 2  + HCl

III. Реакции замещения

Для спиртов характерны реакции замещения атома водорода в функциональной группе –ОН. 

Этерификация Образование сложных эфиров провоцирует взаимодействие одноатомных спиртов с различными кислотами. Катализатором реакции служат сильные неорганические кислоты. СН 3 -С(О)-СН 2 -ОН + СН 3 -СН 2 -ОН → СН 3 -С(О)-О-СН 2 -СН 3  + Н 2 О

Эта реакция обратима и для смещения равновесия в сторону сложного эфира необходимо провести нагревание в присутствии концентрированной серной кислоты.  Взаимодействие спиртов с галогеноводородами Эта реакция также обратима.R-OH + HCl → R-Cl + H 2 O

IV. Реакции отщепления

Для спиртов характерны реакции отщепления группы –ОН или водорода этой группы и водорода соседнего углеродного атома. 

Дегидратация спиртов Данная реакция имеет два типа.  

•   Межмолекулярная дегидратация. Одна молекула воды образуется в результате отщепления атома водорода от одной молекулы спирта и гидроксильной группы от другой. В ходе данной реакции образуется простой эфир. Катализатор – концентрированная серная кислота. Реакция проводится при высоких температурах. 
•   Межмолекулярная дегидратация. Одна молекула воды образуется в результате отщепления атома водорода от одной молекулы спирта и гидроксильной группы от другой. В ходе данной реакции образуется простой эфир. Катализатор – концентрированная серная кислота. Реакция проводится при высоких температурах. 

R-OH + R’-OH → R-O-R’ + H 2 O 

• Внутримолекулярная дегидратация.Одна молекула отщепляется только от одной молекулы спирта. Эта реакция протекает в присутствии концентрированной серной кислоты и при нагревании. 
• Внутримолекулярная дегидратация.Одна молекула отщепляется только от одной молекулы спирта. Эта реакция протекает в присутствии концентрированной серной кислоты и при нагревании. 

CH 3 -CH 2 -OH → CH 2 =CH 2  + H 2 O 

• При дегидратации несимметричных спиртов действует правило Зайцева. 
• При дегидратации несимметричных спиртов действует правило Зайцева. 

Дегидрирование спиртов. Эта реакция зависит от типа одноатомного спирта. 

• Дегидрирование первичных спиртовПроводится в присутствии меди и при нагревании. Образуется альдегид. CH 3 -CH 2 -OH → CH 3 -CHO + H 2 Дегидрирование вторичных спиртовСН 3 -СН(ОН)-СН 3  → СН 3 -С(О)-СН 3  + Н 2 Дегидрирование третичных спиртовТретичные спирты не подвергаются данному типу реакций. 
• Дегидрирование первичных спиртовПроводится в присутствии меди и при нагревании. Образуется альдегид.
• CH 3 -CH 2 -OH → CH 3 -CHO + H 2
• Дегидрирование вторичных спиртовСН 3 -СН(ОН)-СН 3  → СН 3 -С(О)-СН 3  + Н 2
• Дегидрирование третичных спиртовТретичные спирты не подвергаются данному типу реакций. 

Дегидратация, подразумевает отщепление молекул воды.  

Различают:

1. межмолекулярную дегидратацию    При   межмолекулярной дегидратации   спиртов молекула воды образуется при отщеплении атома водорода от одной молекулы спирта и гидроксильной группы — от другой молекулы.

В результате этой реакции образуются соединения, относящиеся к классу простых эфиров (R-O-R): 

2 C 2 H 5 OH = C 2 H 5  – O – C 2 H 5  + H 2 O (в присутсвии серной кислоты при нагревании)

2. внутримолекулярную дегидратацию.   Внутримолекулярная дегидратация   спиртов происходит так, что одна молекула воды отщепляется от одной молекулы спирта. Реакции протекает при более жестких условиях, заключающихся в необходимости использования заметно более сильного нагревания по сравнению с межмолекулярной дегидратацией. При этом из одной молекулы спирта образуется одна молекула алкена и одна молекула воды:

  С 2 H 5 OH = C 2 H 4  + H 2

  Для молекулы метанола реакция дегидратации невозможно, потому что молекула содержит один атом углерода. При дегидратации метанола возможно образование только простого эфира (CH 3 -O-CH 3 ). 

В случае дегидратации несимметричных спиртов внутримолекулярное отщепление воды будет протекать в соответствии с правилом Зайцева, т.е. водород будет отщепляться от наименее гидрированного атома углерода:

  C 4 H 9 OH = C 4 H 8  + H 2 O (реакция протекает в присутствии серной кислоты при нагревании до образовании бутена – 1)

V. Окисление

1. Горение. Спирты хорошо горят и выделяют при этом тепло.

2СН 3 -ОН + 3 О 2  → 2 СО 2  + 4 Н 2 О + Q  2. Окисление. Эти реакции протекают в присутствии меди, хрома и других катализаторов. 

• Первичные спирты образуют альдегиды. 
• СН 3 -СН 2 -ОН + CuO → CH 3 CHO + Cu +  + H 2 O
• Вторичные спирты при таких же условиях образуют кетоны.
• СН 3 -СН 2 -СН(ОН)-СН 3  + CuO → CH 3 -CH 2 -C(O)-CH 3  + Cu +  + H 2 O 
• Третичные спирты не вступают в реакции окисления. 

Химические свойства двухатомных спиртов (гликолей)

I. Кислотные свойства

Кислотные свойства гликолей выше, чем у одноатомных, что обусловлено отрицательным индуктивным эффектом одной группы –ОН на другую. Они способны реагировать с щелочными металлами, их оксидами и гидроксидами, но не могут с солями.

Один или оба атома водорода могут замещаться на атом металла в зависимости от условий. 

II. Взаимодействие с гидроксидами тяжелых металлов 

Эта реакция служит качественной реакцией на многоатомность, т.е. она характерна и для трехатомных спиртов.  

III. Реакция этерификации

Сложные эфиры образуются при взаимодействии двухатомных спиртов с кислотами. 

C 6 H 5 -ONa + CH 3 COCl → C 6 H 5 -OCO-CH 3  + NaCl

Реакция обратима и катализируется сильными неорганическими кислотами. 

Химические свойства трехатомных спиртов (алкантриолей)

Главнейшим представителем является глицерин. Он входит в состав жиров и липидов. Кислотные свойства алкантриолей выше, чем у двухатомных спиртов. 

Взаимодействие глицерина с азотной кислотой:

HO-CH 2 -CH(OH)-CH 2 -OH + HO-NO 2  → NO 2 -O-CH 2 -CH(O-NO 2 )-CH 2 -O-NO 2  + 3 H 2 O

В результате реакции образуется тринитроглицерин – это масляная жидкость с большой взрывчатой силой. 

Спирты применяют в органическом синтезе, при изготовлении биотоплива, растворителей, как душистое вещество в парфюмерии, как основу в алкогольной продукции и т.д. 

Фенол 

Фенол  – это простейшее соединение класса фенолы, которое характеризуется непосредственно связью функциональной группы –ОН с бензольным кольцом. У атома кислорода есть неподеленная электронная пара, с помощью которой она проявляет положительный мезомерный эффект. 

Физические свойства фенолов

Фенолы – это кристаллические вещества. Имеют плохую растворимость в холодной и хорошую в горячей воде и водных растворах щелочей. Обладают специфическим запахом. Характерна высокая температура плавления и кипения из-за способности создавать водородные связи. 

Химические свойства фенолов

Электронная плотность на кислороде фенола уменьшается, а в ядре – увеличивается, вследствие строения соединения. Полярность связи О-Н увеличивается и возможны реакции замещения атома водорода под действием щелочей. 

I. Кислотные свойства

Кислотные свойства фенолов выше, чем у спиртов. Но в отличии от них, фенолы – это слабые кислоты. 

  Пропускание углекислого газа через соли фенолаC 6 H 5 -ONa + CO 2  + H 2 O → C 6 H 5 -OH + NaHCO 3

Образование сложных эфировC 6 H 5 -OH + CH 3 -COCl → C 6 H 5 -O-CO-CH 3  + HCl

II. Реакция галогенирования

Функциональная группа –ОН – заместитель первого рода, поэтому она обогащается бензольное кольцо электронной плотностью. Это значит, что заместители пойдут в орто- и параположения, относительно группы –ОН. 

III. Реакция нитрования

При взаимодействии фенола с азотной кислотой образуется смесь из орто- и паранитрофенолов. 

А при взаимодействии фенола с нитрующей смесью образуется 2,4,6 –тринитрофенола – это опасное взрывчатое вещество. 

IV. Реакция присоединения

Фенолы – это ненасыщенные соединения, поэтому для них характерны реакции присоединения. 

V. Качественные реакции

Качественной реакцией на фенолы служит взаимодействие его с кислотами Льюиса. В результате образуется комплекс фиолетового цвета.

Фенолы нашли широкое применение в получении фенилформальдегидных смол, синтетических волокон, красителей и лекарств. Пикриновая кислота – это опасное взрывчатое средство. 

Характерные химические свойства альдегидов, карбоновых кислот, сложных эфиров

Химические свойства альдегидов

Химические свойства карбоновых кислот

Химические свойства сложных эфиров

Химические свойства альдегидов

Альдегиды  – химические соединения, содержащие карбонильную группу. То есть для альдегидов характерна следующая формула:

R – радикал углеводорода, имеющий степень насыщения;

CHO – альдегидная группа.

Альдегиды подразделяются по числу карбонильных групп, их максимальное количество – не более 3. В зависимости от насыщенности углеводорода выделяют предельные, непредельные ароматические альдегиды.

Гидрирование

Для гидрирования добавляют водород. Чтобы действие прошло быстрее и качественнее, применяют катализатор. Реакция происходит под влиянием высокой температуры. Альдегид превращается во вторичный спирт. Окисление

Альдегиды окисляются под действием химических веществ. Для этого применимы мягкие соединения. Реакция происходит под действием высокой температуры. Во время реакции исчезает голубое окрашивание, появляется коричнево-красный оттенок. Выпадает мутный осадок.

Если использовать вместо гидроксида меди аммиачный раствор оксида серебра, образуется аммониевая соль.

Если использовать вместо гидроксида меди аммиачный раствор оксида серебра

Помимо мягких окислителей, на альдегид действуют сильные вещества, например, дихромат калия.

Химические свойства карбоновых кислот

Карбоновые кислоты  – органические вещества, содержащие карбоксильную группу . Они включают 1 или 2 карбоксильные группы, которые содержат карбонильную и гидроксильную группу. Так как эти вещества взаимодействуют между собой, связь OH обладает большей популярностью, чем фенолы и спирты. Поэтому карбоновые кислоты имеют сильные кислотные свойства. Но если используется водный раствор, образуются свойства слабых кислот.

Реакции образования солей

Реакция с металлами:

Взаимодействие карбоновой кислоты и аммиака:

Реакция взаимодействия с оксидами:

Реакция с гидроксидами металлов:

Взаимодействие с солями слабых и высших кислот:  2CH 3 —COOH + NA 2 S = 2CH 3 COONa + H 2 S↑ 

  CH 3 COOH + KHCO 3  = CH 3 COOK + H 2 O + CO 2 ↑ 

  C 17 H 35 COONa + CH 3 COOH = CH 3 COONa + C 17 H 35 COOH↓ 

Реакции с участием гидроксильной группы

Если происходит взаимодействие карбоновых кислот и спиртов, образуется реакция этерификации.

Так как реакция обратима, ее осуществляют при помощи нагревания. Равновесие смещается с образованием сложного эфира.

Если требуется необратимая реакция, добавляют щелочи, в осадок выпадает соль

Реакция замещения атомов водорода в углеводородном заместителе

Чтобы в карбоновых кислотах заместить атом водорода на галоген, требуется добавить хлор, бром, красный фосфор.

Реакция декарбоксилирования

Если взять карбоновую кислоту с добавлением кальция, воздействовать на нее температурой, образуется углекислый кальций. Схожая реакция образуется под воздействием гидроксида натрия.

Характеристика муравьиной кислоты

В отличие от других кетоновых кислот, муравьиная кислота содержит две группы:

• альдегидная;
• карбоксильная.

Из-за этого вещество проявляет свойства кислот и альдегидов.

При взаимодействии муравьиной и серной кислоты остается вода, выделяется углекислый газ

Химические свойства сложных эфиров

Сложные эфиры  – производные кислот с общей формулой:

Сложные эфиры делятся на 2 класса:

сложные эфиры карбоновых кислот (R1-COO-R2);

ортоэфиры карбоновых кислот (R1-C(OR*)2-R**).

В отдельную группу выделяют лактоны. Это циклические сложные эфиры.

Гидролиз

Омыление для сложных эфиров проходит легко. Образуется спирт и обратимая водная кислота или необратимая щелочь

Если сохраняются условия кислотного катализа, реакция обратима. Происходит расщепление сложного эфира при воздействии воды и температуры. Образуется карбоновая кислота, спирт.

Если эфир взаимодействует с щелочью, реакция необратима. Карбоксилат анион не вступает в реакцию со спиртом

Реакция гидрирования или восстановления

Если взаимодействуют сложные эфиры и водород, образуется два спирта

Реакция образования амидов

При взаимодействии сложного эфира и аммиака появляется амид кислоты, спирт

Реакция горения

При горении сложного эфира образуется оксид углерода и вода:

2СH 3 -COO-CH 3  + 7O 2  = 6CO 2  + 6H 2 O

Реакция присоединения

Если в эфире присутствует кислота или спирт, возможна реакция присоединения. То есть сложный эфир присоединяет водород.

Основные способы получения органических кислородсодержащих соединений (в лаборатории)

Получение одноатомных спиртов

Получение многоатомных спиртов

Получение фенола

Получение альдегидов и кетонов

Получение карбоновых кислот

Получение одноатомных спиртов

Одноатомные, содержащие одну гидроксильную группу, в лабораториях получают:

Методом гидролиза галогеналканов. Этиловый получают из хлорэтана, замещая водой или щелочью атом хлораC 2 H 5 CL +H 2 O = C 2 H 5 OH +HCL  С 2 Н 5 СL +KOH =C 2 H 5 OH +KCL 

Реакция ускоряется при нагревании раствора.

Методом восстановления альдегидов и кетонов. Воспользовавшись способностью спиртов к окислению, проводится обратная реакция – восстановление альдегидов. Катализаторами служат никель, платина или палладий. 

Получение многоатомных спиртов

Многоатомные  спирты – органические соединения нескольких гидроксильных групп с углеводородным радикалом.

Двухатомные  в лаборатории получают:

Гидролизом галогеналкана, если в молекуле содержится два и более атома галогена.

Окислением алкенов водным раствором пермангоната калия.

Получение  трехатомных  спиртов (глицерина) производится кислотным гидролизом животного или растительного жира.

Кроме кислотного гидролиза для получения трехатомного спирта применяют щелочной гидролиз триглицеридов и синтетический метод, основанный на синтезе из полипропилена. Последние два метода применяются в производственных и в лабораторных условиях.

Получение фенола

Фенолы  – кислородосодержащие соединения, производные ароматических углеводородов, в которых атомы водорода замещены гидроксильными группами.

В лабораторных условиях фенол   получают гидролизом солей диозония. Соли диозония получают методом воздействия на анилин раствора нитрата натрия в серной или соляной кислоте. Синтез фенола из соединения происходит при кипячении кислого раствора.

Получение альдегидов и кетонов

Альдегиды  и  кетоны  – это два вида карбонильных органических соединений, в молекулах которых содержится карбонильная группа - - С=O. У первых группа связана с атомом водорода и образует альдегидную группу, а у вторых – с двумя углеводородными радикалами образует кетонную группу.

Классическим способом получения альдегидов и кетонов считается окисление спиртов. В обоих случаях используются сильные окислители: перманганат калия, растворенный в серной кислоте, оксид меди. Синтез проходит под воздействием высоких температур.

В процессе окисления первичного спирта происходит синтез альдегида: 

Реакцией окисления вторичного спирта получают кетон:

В лаборатории получают карбонильные соединения методом щелочного гидролиза дигалогеналканов. Воздействием водных щелочных растворов на дигалогензамещенные углеводороды, в которых два атома галогена содержатся у одного атома углерода, образуются двухатомные спирты. Полученные вещества проявляют неустойчивость, и при отщеплении воды превращаются в карбонильные соединения.

Альдегиды образуются в случае связи двух атомов галогена с первичным атомом углерода:

При расположении атомов галогена у вторичного атома углерода в процессе гидролиза образуются кетоны

Получение карбоновых кислот

В лабораториях карбоновые кислоты получают:

Окислением первичных спиртов кислотными растворами калия перманганата и дихромата калия

Окислением альдегидов. Реакция проходит по методике и с использованием реагентов, примененных в окислении спиртов: R-CHO + [O] ⟶R-COOH

Аналогичная реакция проходит с окислением альдегида оксидом серебра или гидроксидом меди:

R-CHO + Ag 2 O ⟶R-COOH + 2Ag —

R-CHO + 2Cu(OH) 2  ⟶R-COOH + Cu 2 O —  + 2H 2 O

Опыт по получению органических кислородосодерожащих соединений в лабораторных условиях закрепляют теоретических навыки и создает необходимую базу для внедрения в производство новых технологий.  

Задания для подготовки к егэ

Из предложенного перечня выберите два вещества, которые могут вступить в реакцию поликонденсации между собой. 

• формальдегид
• пропанол
• фенол
• глицерин
• ацетон

Правильный ответ : 13

Домашняя работа

Вариант № 5509708

Ссылка - https:// chem-ege.sdamgia.ru/test?id=5509708