Голушкова Е.Б. Химия органических соединений

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 7. Органические кислородсодержащие соединения

101

Уксусная кислота (метанкарбоновая, этановая) СН

-СООН широко распро-

странена в природе как в свободном состоянии, так и в виде производных (например,

сложных эфиров и солей). Она содержится в моче, поте, желчи человека и животных,

в растениях. Образуется при уксусно-кислом брожении жидкостей, содержащих

спирт (вино, пиво). Безводная уксусная кислота, замерзающая при 16,6 °С, называ-

ется ледяной (внешне она напоминает лед). Водный 70–80%-й раствор уксусной ки-

слоты называют уксусной эссенцией, а 5–7%-й раствор – столовым уксусом. Ис

пользуется в производстве различных полимеров, ядохимикатов, сложных эфиров

для парфюмерной и медицинской промышленности.

Акриловая кислота (пропеновая) СН

=Н-СООН – жидкость с резким запахом.

Смешивается с водой и другими органическими растворителями. Используется в производстве

полиакриловой кислоты, ионообменных смол, каучуков, эфиров.

Щавелевая кислота (этандиовая) НООС-СООН – кристаллическое бесцветное

вещество. Широко распространена в природе как в свободном виде, так и в виде со-

лей – оксалатов (например, в щавеле в значительном количестве содержится кислая

калиевая соль НООС-СООК; практически во всех растениях встречается оксалат

кальция). Используют для отбеливания тканей, удаления ржавчины и накипи. Она

входит в состав композиций для очистки алюминия, серебра, хрома и медных спла-

вов. Кислоту применяют в производстве красителей, в кожевенной и деревообраба-

тывающей промышленности.

Янтарная кислота (бутандиовая) НООС-СН

-СН

-СООН – кристаллическое

вещество. Встречается в растительном мире (салат, мак, незрелый виноград и т. д.).

Кислота содержится в мышечной ткани человека. В промышленности ее получают

гидрированием малеиновой кислоты, сухой перегонкой янтаря, при окислении угле-

водородов С

-С

(в этом синтезе образуется как побочный продукт). Применяют в

производстве инсектицидов, красителей, лекарственных препаратов, фотоматериа-

лов.

Карбоновые кислоты с большими алкильными радикалами используются при

производстве мыла и других моющих веществ.

102

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

О пользе органической химии писать излишне: своим почти двух-

сотлетним существованием она убедительно доказала свое верное слу-

жение человеку. Переоценить роль органической химии в жизни людей

трудно. Многие из органических веществ верно несут службу не один

десяток лет, другие находятся на стадии изучения, обещая раскрыть

свои удивительные свойства (например, синтетические кровезамените-

ли, чудодейственные катализаторы, лекарства от тяжелых болезней т. д.),

третьи вообще пока не нашли применения, но ждут своего часа.

К сожалению, органическая химия не только друг и добрый вол-

шебник. Случается, что по вине человека из химии созидающей она пре

вращается в свою противоположность – химию разрушающую. Человек

давно доказал, что он может спорить с природой, соперничать с ней, но

не всегда дружить. Об этом говорят те «успехи», которых достиг человек

в своей деятельности, успешно «покоряя» природу. Часто на природу

люди обрушивали мощь своих знаний и всю техническую вооружен-

ность. При этом такое наступление было не всегда разумным и оправ-

данным. В этой борьбе не было победителей. Побежденными были

и та, и другая стороны. Человечество не задумывалось о печальных по-

следствиях, которые ожидают его на пути такого «покорения».

Начав эксплуатацию месторождений нефти и газа, человек не сразу

понял, какие последствия ждут его на этом пути. Нефть – это благо для

людей, энергия и неисчерпаемость химических продуктов. Но в резуль-

тате слишком интенсивной добычи нефти, получения из нее разнообраз-

ных химических веществ начали проявляться негативные последствия,

которые могут стать роковыми для человечества. Любое химическое

производство не является сегодня «стерильным» по отношению к био-

сфере. Работа многих химических предприятий настолько экологически

вредна, что поднимается вопрос о закрытии некоторых из них. Угрозу

для здоровья людей представляют работающие на углях ТЭС. Самая

вредоносная составляющая их газовых выбросов – оксид серы (IV), ко-

торый выпадает на поверхность земли в виде кислотных дождей. Много

вреда приносят автомобили. Количество их непрерывно растет и уже се-

годня перешагнуло полумиллиардный рубеж. Выхлопные газы автомо-

билей – настоящее бедствие для человека и природы.

Еще одну экологическую проблему порождает использование поверх-

ностно-активных веществ и синтетических моющих средств, которые пло-

хо разлагаются биологическим путем. Поэтому задача химиков состоит в

103

том, чтобы производить только такие поверхностно-активные вещества,

которые могли бы разрушаться под воздействием природных факторов.

Глубокую озабоченность вызывает промышленность синтетиче-

ских полимерных материалов. Хорошо известно, как расширился в на-

стоящее время ассортимент изделий из пластмасс. Однако, приходя в не-

годность, эти изделия образуют горы «синтетического» мусора. В

отличие от природных и искусственных полимеров, для которых суще-

ствуют ферменты, способные их разлагать, синтетические полимеры

этими свойствами не обладают.

Основной причиной возникшего экологического кризиса является несо-

вершенство технологий и отсутствие безотходного производства необхо-

димых и полезных для человека органических веществ. Поэтому глав-

ной задачей современных ученых является не только развитие

наукоемких производств, но и прежде всего экологически безопасных.

104

ЗАДАНИЯ И УПРАЖНЕНИЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. По предлагаемым брутто-формулам привести структурные фор-

мулы всех возможных изомеров и назвать вещества: С

, С

Вr,

, С

, C

2. Для приведенных названий веществ составить структурные фор-

мулы всех возможных изомеров: 1,1-диметилциклопропан, 2-метилпро-

пен, 2,4,4-триметилпентен-2, 4-пропил-5-этил-пропан, 1,2-дихлорбу-

тен-2, 5-метилгексанол-3, циклогексен-2-он-1.

3. Указать гибридизацию каждого атома углерода и валентные углы

в молекулах: 5-метил-4-этилгексин-2, гексен-1-ин-5, 1,2-дихлорбутен-2,

3-гидрокси-2-метилпентаналь, пропантриол-1,2,3, гексадиен-1,5.

4. Написать уравнения реакций для осуществления следующих

превращений:

а)

COOH

(CH

CO)

COOH

COOC

CHClCHClCH

б)

/t, Cu2+

Ag[NH

]OH

в)

COH

B C

CHCHCH

BrCHCHBrCH

г)

C D E

(k)/t

NaOH, 300C

NaOH

I/t, kat

д)

(CH

)

COOH

COOC

е)

NH(CH

)

A B

5. Вещество состава С

О реагирует с натрием и гидроксидом на-

трия, а под действием бромной воды превращается в вещество состава

Вr

О. Назовите исходное вещество, приведите уравнения перечис-

ленных реакций.

6. К 1 л смеси этана и этилена добавили 1 л водорода. Полученную

смесь пропустили над никелевым катализатором. Объем смеси после

этого при тех же условиях составил 1,3 л. Установите состав исходной

смеси в процентах по объему.

7. Укажите, какие из перечисленных соединений могут проявлять

геометрическую (цис-, транс-) изомерию? Напишите структурные фор-

мулы изомеров: 1-пентен; 2-пентен; 2-бутин; 1,1-дихлорэтен; 1,2-ди-

хлорэтен.

105

8. Окислением пропанола-1 массой 7,2 г получили кислоту, на ней-

трализацию которой затратили раствор объемом 16,4 мл с массовой до-

лей гидроксида натрия 20 % и плотностью 1,22 г/мл. Определите выход

кислоты в реакции окисления.

9. Яблочная кислота (2-гидроксибутан-1,4-диовая кислота) содер-

жится в яблоках, крыжовнике, барбарисе, ягодах рябины. Ее использу-

ют в медицине. Приведите структурную формулу этой кислоты и напи-

шите уравнения реакций яблочной кислоты с гидроксидом калия, с

метанолом в кислой среде и с перманганатом калия в кислой среде.

10. При щелочном гидролизе 6 г некоторого сложного эфира полу-

чено 6,8 г натриевой соли предельной одноосновной кислоты 3,2 г

спирта. Установите возможную химическую формулу этого соединения

и назовите его.

106

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Хаускрофт К., Констебл Э. Современный курс общей химии: в 2-х т. –

М.: Мир, 2004. – Т. 1. – 539 с., – Т. 2 – 528 с.

2. Робертс Дж., Кассерио М. Основы органической химии: в 2-х т. – М.:

Мир, 1978. – Т. 1. – 842 с., – Т. 2. – 888 с.

3. Терней А. Современная органическая химия: в 2-х т. – М.: Мир,

1981.– Т. 1. – 678 с., – Т. 2. – 651 с.

4. Моррисон Р., Бойд Р. Органическая химия. – М.: Мир, 1974. – 1132 c.

5. Бенкс Дж. Названия органических соединений. – М.: Химия, 1980. –

302 c.

6. Ким А.М. Органическая химия: учебное пособие. – Новосибирск: Си-

бирское университетское издательство, 2004. – 844 с.

7. Артеменко А.И. Органическая химия: учебное пособие. – М.: Высшая

школа, 2004. – 605 с.

107

ПРИЛОЖЕНИЕ

Сокращения, используемые в названиях органических соединений:

· втор – вторичный, трет – третичный

· н – нормальный, то есть неразветвленный

· о – орто (положение заместителей в ароматическом цикле)

· м – мета (положение заместителей в ароматическом цикле)

· п – пара (положение заместителей в ароматическом цикле)

Таблица 1

Характеристики ковалентных связей в органических соединениях

Тип связи Длина,

нм

Прочность,

ккал/моль

Тип связи Длина,

нм

Прочность,

ккал/моль

С -H

1,1 100

С -N

1,47 70

sp sp

С -С

1,5 80

С =N

1,28 150

sp sp

С -С

1,3 150

С -O

1,43 85

sp sp

С -С

1,2 200

С =O

1,23 175

Таблица 2

Константы кислотности некоторых веществ

Вещество

HF CH

COOH H

O R-OH

рК

-9 3,4 4,75 15,7 16-18

Вещество NH

-NO

рК

30 10,2 36,5 25

108

Таблица 3

Умножающие префиксы

Умножающий

фактор

Префиксы

простых групп сложных групп систем циклов

2 ди- бис- би-

3 три- трис- тер-

4 тетра- тетракис- кватер-

5 пента- пентакис- квинки-

6 гекса- гексакис- секси-

7 гепта- гептакис- септи-

8 окта- октакис- окти-

9 нона- нонакис- нови-

10 дека- декакис- деци-

Таблица 4

Названия радикалов, используемые в названиях

органических соединений (в соответствии с правилами ИЮПАК)

Структура базового

соединения

Название Структура радикала

Название

радикала

1 2 3 4

Одновалентные радикалы

СН

Метан

СН-

Метил

СН -СН

Этан

СН -СН -

Этил

323

СН -СН -СН

Пропан

322

СН -СН -СН -

Пропил

СН -СН-СН

Изопропил

(втор-

пропил)

3223

СН -СН -СН -СН

Бутан

3222

СН -СН -СН -СН -

Бутил

323

СН -СН -СН-СН

втор-бутил

СН -СН-СН

СН

Изобутан

СН -СН-СН -

СН

Изобутил

СН -С-СН

СН

трет-Бутил

(

)

323

СН СН СН

Пентан

(

)

322

СН СН СН -

Пентил

(н-амил)

109

Продолжение табл. 4

1 2 3 4

Изопентан

3 22

СН -СН-СН -СН -

СН

Изопентан

(изоамил)

СН -С-СН

СН

Неопентан

СН -С-СН -

СН

Неопентил

Бензол Фенил

СН -СН=СН

Пропен

СН =СН-СН -

Аллил

СН -СН=СН-

Пропенил

СН =СН

Этилен

СН =СН-

Винил

СН -С=О

ОН

Уксусная

кислота

СН -С-О-

Ацетат

СН -С=О

Ацетил

СООН

Бензойная

кислота

С Н -С-О-

Бензоат

С Н -С-

Бензоил

ОН

Гидрокси

(окси)

-NH

Амин

СН

Толуол

СН-

Бензил

СН

о-Толил

СН

м-Толил

СН

п-Толил

110

Продолжение табл. 4

1 2 3 4

Двухвалентные радикалы

Метан

-CH-

Метилен

СН -СН

Этан

СН -СН

Этилиден

СН-СН-

Этилен

СН

Толуол

Бензилиден

Таблица 5

Возрастание старшинства заместителей

по правилу последовательности

№ Заместитель

название формула

1 2 3

1. Водород

-H

2. Метил

CH-

3. Этил

CH-

4. н-Пропил

н-СН-

5. н-Бутил

н-СН-

6. н-Пентил

5 11

н-СН-

7. н-Гексил

6 13

н-СН-

8. Изобутил

СН -СН-СН -

СН

9. Аллил

СН =СН-СН -

10. Бензил

652

СНСН-

11. Изопропил

СН -СН-СН

12. Винил

СН =СН-

13. втор-Бутил

323

СН СН СНСН

14. трет-Бутил

(

)

СН С-

15. Фенил

СН-

16. n-Толил

СН