Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах и улицах «Добрая дорога детства» 2
Скачать 1.27 Mb.
|
| Тема 8.СПИРТЫ И ФЕНОЛЫ 8.1. Спирты Спирты — вещества, содержащие в составе молекул гидроксильные группы —ОН, которые соединены с углеводородными радикалами. В зависимости от числа содержащихся в составе молекулы гидроксильных групп различают спирты: одноатомные (СН3—СН2ОН), двухатомные (СН2ОН—СН2ОН), трехатомные (СН2ОНСНОН—СН2ОН). Среди спиртов различают первичные, в которых гидроксильная группа соединена с первичным углеродным атомом (СН3—СН2ОН), вторичные (группа —ОН присоединена к вторичному атому углерода СН3—СНОН—СН3) и третичные (группа —ОН находится при третичном углероде, СН3 —СОН—СН3). | СН3 Одноатомные спирты образуют гомологический ряд: метанол (метиловый спирт) СН3ОН, этанол (этиловый спирт) С2Н5ОН, пропанол (пропиловый спирт) С3Н7ОН и т.д. Среди многоатомных спиртов имеют важное значение этиленгликоль СН2ОН—СН2ОН и глицерин СН2ОН—СНОН— СН2ОН. Номенклатура. Названия спиртов производят от названий соответствующих алканов с добавлением окончания -ол. После окончания указывают номер углеродного атома, при котором находится гидроксильная группа. Нумерацию углеродных атомов проводят таким образом, чтобы гидроксильная группа находилась ближе к началу основной углеродной цепи, например: 3 2 1 1 2 3 СН3–СН2–СН2 СН3–СН–СН3 | | ОН ОН пропанол-1 пропанол-2 5 4 3 2 1 СН3–СН2–СН–СН–СН3 | | ОН ОН3 2-метилпентанол-3 Получение. Получить предельный спирт можно гидролизом галогенпроизводных алканов водным раствором щелочи, например: КОН C3H7Br+H2O → C3H7OH+HBr. Спирты образуются также пои гидратации алкенов: С2Н4+Н2О→С2Н3ОН. Спирты можно получить восстановлением других кислородсодержащих соединений — альдегидов и кетонов. Метанол получают из синтез-газа (смесь СО и Н2) при высоких температуре и давлении и в присутствии катализатора: СО+2Н2→СН3ОН. Этанол образуется при брожении продуктов, содержащих крахмал и сахаристые вещества (зерна, фруктов, овощей), например: С6Н12О6→2С2Н5ОН+2СО2. глюкоза Этиленгликоль получают на основе следующих реакций: Н2О СН2Cl–СН2Cl+2КОН → СН2ОН–СН2ОН+2КCl, KMnО4 СН2=СН2+[О]+Н2О → СН2ОН–СН2ОН. Глицерин выделяют из природных соединений или получают из пропилена по схеме: О2, Н2О2 СН2=СН–СН3+2[О]+Н2О → СН2ОН–СНОН–СН2ОН. Свойства. Химические свойства спиртов обусловлены наличием в молекуле гидроксильной группы. 1. Взаимодействие со щелочными металлами приводит к выделению водорода и образованию алкоголята, например: 2С3Н7ОН+2Na→2С3Н7ONa+Н2. 2. При взаимодействии с галогенводородами (НС1, HBr, HI) или РС13, РС15 и другими галогенсодержащими соединениями фосфора спирты дают галогенпроизводные углеводородов: С2Н5ОН+HBr→С2Н5Br+Н2О. 3. Дегидратация спиртов осуществляется в присутствии концентрированных фосфорной или серной кислот (при нагревании свыше 150°С): Н3РО4, t СН3–СНОН–СН3 → СН3–СН=СН2+Н2О. 4. Спирты могут быть окислены кислородом в присутствии катализаторов, перманганатом калия, дихроматом калия до альдегидов, кетонов и органических кислот. Легче всего окисляются первичные и вторичные спирты, третичные наиболее устойчивы к окислению. Спирты сгорают на воздухе, образуя СО2 и Н2О. 5. Особым свойством многоатомных спиртов (этилен-гликоля, глицерина) является их способность образовывать растворимое соединение ярко-синего цвета с гидроксидом меди (II):  СН2–О НО–СН2\ ∕ 2СН2ОН–СН2ОН+Cu(ОН)2→ Cu +2Н2О ∕ \ СН2–ОН О – СН2 Простые эфиры — вещества, имеющие состав R1—О—R2, где R1 и R2 — углеводородные радикалы. Простые эфиры образуются при нагревании спиртов с концентрированной серной кислотой при температуре 140—150°С, например: Н2SO4, 140-1500С С2Н5ОН → С2Н5–О–С2Н5+Н2О. диэтиловый эфир При нагревании с серной кислотой смеси двух спиртов возможно образование смеси эфиров. Например, из смеси метанола и этанола образуются СН3—О—СН3, СНз—О—С2Н6 и С2 Н6—О—С2Н5. Простые эфиры образуют и многоатомные спирты, например эфир этиленгликоля — этиленоксид СН2—СН2 может быть получен по реакции: Ag 2СН2=СН2+О2 → 2СН2–СН2. \ ∕ О Этиленоксид реагирует с водой, образуя этиленгликоль. Простые эфиры получают также при взаимодействии алкоголятов с галогенпроизводными алканов, например: С4Н9ОNa+С2Н5Br→С4Н9–О–С2Н5+NaBr. бутилэтиловый эфир Простые эфиры одноатомных спиртов не разлагаются водой и щелочами. Они взаимодействуют с концентрированной йодоводородной кислотой, например: С2Н5–О–С2Н5+НI→С2Н5I+С2Н5ОН. Пример: 1.Рассчитайте массу алкоголята, который образуется при взаимодействии калия массой 5,85 г с пропанолом массой 7,2 г. Дано: m(С3Н7ОН)=7,2 г, m(К)=5,85 г ________________________________ m(С3Н7ОК)=? Решение. 1.1. Рассчитываем количество вещества пропанола С3Н7ОН, взятого для реакции:  1.2. Вычисляем количество вещества металлического калия:  1.3. Из уравнения реакции пропанола с калием 2С3Н7ОН+2К→2С3Н7ОК+Н2. следует, что для реакции с 0,12 моль С3Н7ОН требуется 0,12 моль К, следовательно, калий взят в избытке. Рассчитываем массу продукта, используя количество вещества, находящегося в недостатке (пропанол). 1.4. На основании уравнения реакции определяем количество вещества образующегося алкоголята: n(C3H7OK)=n(C3H7OH); n(C3H7OK)=0,12 моль. 1.5. Рассчитываем массу алкоголята: m(C3H7OK)=n(C3H7OK) ∙M(C3H7OK); m(С3Н7ОК)=0,12 моль ∙98 г/моль=11,76 г. Пример: 2.Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: С2Н4→А→Б→С2Н5–О–С2Н5. Укажите условия протекания реакций. Назовите вещества А и Б. Решение. Конечный продукт — диэтиловый эфир — получается из этилового спирта, следовательно, вещество Б — этанол. Перейти от этилена к этанолу можно через галогенпронзводиое этана, например С2Н5С1 (вещество А). Составляем уравнения реакций. 2.1. При взаимодействии этилена с хлороводородом образуется хлорэтан: С2Н4+НСl→С2Н5Cl. 2.2. Хлорэтан гидролизуется до спирта действием водного раствора щелочи: С2Н5Cl+КОН→С2Н5ОН+КCl. 2.3. При нагревании этанола до 140 - 150°С в присутствии каталитических количеств серной кислоты образуется диэтиловый эфир: 2С2Н5ОН→С2Н5–О–С2Н5+Н2О. Пример: В четырех пронумерованных пробирках находятся жидкости: толуол, гексен-1, бутанол-1, глицерин. При помощи, каких химических реакций можно различить эти вещества? Напишите уравнения соответствующих реакций. Решение. 3.1. К пробе каждого вещества добавляем гидроксид меди (II), с которым глицерин образует соединение, имеющее характерную ярко-синюю окраску: 2СН2ОН–СНОН–СН2ОН+Cu(ОН)2→ СН2–ОН О–СН2 | \ ∕ | | Cu | | ∕ \ | →СН–О НО–СН +2Н2О | | СН2ОН СН2ОН 3.2. К пробам трех оставшихся веществ добавляем бромную воду, которую обесцвечивает гексен-1: СН3–СН2–СН2–СН2–СН=СН2+Br2→СН3–СН2–СН2–СН2–СНBr. 3.3. В пробирки с двумя оставшимися веществами вносим по кусочку натрия. В пробирке с пропанолом-1 начнется реакция с выделением водорода: 2СН3–СН2–СН2–СН2ОН+2Na→2СН3–СН2–СН2–СН2ОNa+Н2. Задания для самостоятельного выполнения (выполнение в тетради) 138. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: С2Н5ОН→С2Н4→С2Н5Br→С2Н5ОН. Укажите условия протекания реакций. 139. Напишите структурные формулы следующих спиртов: а) 2-метилпропанола-2; б) З-хлоргексанола-1; в) 2,2-диметил-3-этилпентанола-1; г) 2,7-диметилоктанола-4. 140. Назовите по заместительной номенклатуре следующие соединения: а) СН3–СНОН–СН–СН2–СН3; б) СН3–СНCl–СН2ОН; | | СН3 СН3 в )СН3–СНОН–СН2–СН2–СН2–СН2–СН3; г) СН3–СН–СНОН–СН2–СН–СН–СН3. | | | СН3 С2Н5 СН3 141. В три пробирки налили следующие вещества: этиленгликоль, пропанол-1, циклогексан. Как при помощи химических реакций можно различить названные вещества? Составьте уравнения этих реакций. 142. Составьте структурные формулы изомерных спиртов, отвечающих составу С4Н9ОН. Сколько может быть таких спиртов? Назовите их по заместительной номенклатуре. 143. Сколько изомерных третичных спиртов могут иметь состав С6Н13ОН? Напишите формулы этих спиртов и назовите их по заместительной номенклатуре. 144. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: а) метан->-хлорметан->-метанол->-диметиловый эфир; б) этилен->-этанол->-диэтиловый эфир->-иодэтаи->бутан; в) иропанол-1->1 -хлорпропан->-н-гексан->-бензол. Укажите условия протекания реакций. 145. При взаимодействии пропанола с избытком металлического натрия выделяется водород, занимающий при нормальных условиях объем 14 л. Вычислите массу пропанола, вступившего в реакцию. 146. Сколько изомерных спиртов соответствует хлорпропанолу С3НвСЮН? Напишите структурные формулы изомеров и назовите их по заместительной номенклатуре. 147. Метанол количеством вещества 0,25 моль нагрели с избытком бромида натрия и серной кислоты, получив бромметан массой 19 г. Определите массовую долю выхода бромметана. 148. Этилен объемом 2,8 л (нормальные условия) пропустили через раствор перманганата калия. Рассчитайте массу этиленгликоля, который может быть выделен из реакционной смеси. 149. Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: а) пропанол-1->-А->пропанол-2---2-бромпропан; б) этанол->Б->-1,2-дихлорэтан->ацетилен; в) 2-метилпропанол-1~>-В->2-метилпропанол-2. Назовите вещества А, Б, В. Укажите условия протекания, реакций. 150. Составьте уравнения реакций между 3-метил-бутанолом-2 и следующими веществами: а) натрием; б) иодоводородом; в) серной кислотой (каталитические количества) при нагревании до 140 - 150°С; г) с азотной кислотой. 151. В пропанол-1 поместили металлический натрий. К реакционной смеси добавили бромэтан. Какое вещество при этом образуется? 152. Рассчитайте объем абсолютного этилового спирта (плотность 0,79 г/моль), который потребуется для получения диэтилового эфира массой 5,55 г. 153. Предельный одноатомный спирт массой 15 г прореагировал с металлическим натрием, образуя водород, объем которого при нормальных условиях составил 2,8 л. Определите формулу спирта. 154. Определите формулу предельного одноатомного спирта, если при дегидратации образца его объемом 37 мл и плотностью 1,4 г/мл получен алкен массой 39,2 г. 155. Составьте уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения: а) этанол->этилен->А---этиленгликоль; б) СН4->Б->СН3ОН->СН3—О—CH3->CH3I; в) пропанол- 1->В->Г->-2,3-диметилбутан. Назовите вещества А, Б, В и Г. При каких условиях возможно протекание реакций? 156. При дегидратации пропанола-2 получен пропилен, который обесцветил бромную воду массой 50 г. Массовая доля брома в бромной воде равна 3,2%. Определите массу пропанола-2, взятого для реакции. 157. С помощью, каких реакций можно осуществить превращения по схеме: НВг Н2О, NaOH Н2 200°С Н2О, катализатор С2Н4------► А-------:------> Б-------------► В-------------------------► Г. 158. При нагревании предельного одноатомного спирта с концентрированной иодоводородной кислотой образовалось соединение, в котором массовая доля иода равна 74,7%. Определите формулу исходного спирта. 159. При взаимодействии оксида углерода (II) объемом 14 л и водорода объемом 42 л (объемы приведены к нормальным условиям) получен метанол массой 16,4 г. Определите массовую долю выхода продукта. 160. При каталитической дегидратации этанола массой 0,92 г получен газ, который прореагировал с бромом массой 2 г. Определите массовую долю выхода продукта дегидратации спирта, если выход в реакции бромирования количественный. 161. Рассчитайте объем водорода, измеренный при нормальных условиях, который получен при взаимодействии металлического натрия (взят в избытке) со смесью метанола и этанола массой 37,2 г. Массовая доля метанола в смеси составляет 25,8%, этанола — 74,2%. 162. При взаимодействии бутанола-2 массой 14,8 г с избытком бромоводородной кислоты получено бром-производное, из которого получили 3,4-диметилгексан массой 7,98 г. Определите массовую долю выхода продукта реакции. Напишите уравнения соответствующих реакций. 163. Из пропанола-2 массой 36 г получен 2-бром-пропан, который использован для получения 2,3-диме-тилбутана по реакции Вюрца. Рассчитайте массу полученного 2,3-диметилбутана, если выход продуктов на обоих стадиях синтеза (массовая доля выхода) составил 60%. 164. Дегидратацией этанола (по Лебедеву) можно получить бутадиен-1,3 с выходом 80%. Для реакции взят этанол объемом 500 мл (плотность 0,8 г/мл, массовая доля С2Н5ОН 92%, остальное — вода). Рассчитайте массу полученного углеводорода. 165. Рассчитайте массу алкоголята натрия, полученного при взаимодействии металлического натрия массой 4,6 г с абсолютным этанолом объемом 40 мл (плотность 0,79 г/мл). 166. Смесь метанола с этанолом массой 14,2 г сожгли. Образовавшийся оксид углерода (IV) пропустили через раствор гидроксида кальция, получив осадок массой 50 г. Рассчитайте массовую долю метанола в исходной смеси. 8.2. Фенолы Фенолами называют органические соединения, в которых гидроксильная группа соединена с ароматическим ядром. Простейшим представителем этого класса соединений является гидроксилбензол или фенол: ОН  |Ближайшими гомологами фенола являются изомерные крезолы: ОН ОН ОН  | СН2 | |  СН3 | СН3 2-метилфенол 3-метилфенол 4-метилфенол (орто-резол) (мета-крезол) (пара-крезол) Свойства. Фенол проявляет свойства слабой кислоты (кислотные свойства выражены значительно сильнее, чем у спиртов). 1. Как слабая кислота фенол взаимодействует со щелочными металлами и щелочами: 2С6Н5ОН+2Na→2С6Н5ОNa+Н2 фенолят натрия С6Н5ОН+NaОН→С6Н5ОNa+Н2О. 2. В бензольном кольце фенола атомы водорода в положениях 2, 4, 6 легко замещаются на галогены, группы NO2, например:   ОН ОНBr Br бромная вода + 3Br2 → + 3HBr Br 2,4,6-трибромфенол ОН ОНO2N NO2 + 3HNO3 → + 3H2O NO2 2,4,6-тринитрофенол 3. При взаимодействии фенола с галогенпроизводными углеводородов образуются простые эфиры: КОН С6Н5ОН+СН3I → С6Н5–О–СН3+НI. 4. Фенол легко окисляется, например, дихроматом калия в кислой среде:  ООН + 2[О] → + Н2О О Пример: 1.Рассчитайте массу фенола, который может быть получен гидролизом бромбензола массой 47,1 г, если массовая доля выхода продукта равна 40%. Дано: m(C6H5Br)=47,1 г; η(С6Н5ОН)=40% ____________________________________ mр(С6Н5ОН)=? Решение. 1.1. Вычисляем количество вещества бромбензола, взятого для реакции:  1.2. Составляем уравнение реакции гидролиза бромбензола: С6Н5Br+Н2О→С6Н5+НBr. Из уравнения реакции следует, что n(C6H5OH)=n(C6H5Br); n(С6Н5ОН)=0,3 моль. 1.3. Рассчитываем массу фенола, который был бы получен при количественном выходе: m(C6H5OH)=n(C6H5OH) ∙M(С6Н5ОН); m(С6Н5ОН)=0,3 моль ∙94 г/моль=28,2 г. 1.4. Учитывая выход продукта, вычисляем массу фенола, который может быть получен:  Пример: 2.Предложите способ получения фенилэтилового эфира, используя бензол, этанол и неорганические вещества. Решение. 2.1. Хлорируем бензол в присутствии катализатора FeCl3: С6Н6+Cl2→С6Н5Cl+HCl. 2.2. Полученный хлорбензол подвергаем гидролизу: С6Н5Cl+Н2О→С6Н5ОН+НСl. 2.3. При действии на этанол бромоводородной кислоты образуется бромэтан: С2Н5ОН+НBr→С2Н5Br+Н2О. 2.4. При взаимодействии фенола с бромэтаном в присутствии щелочи получаем фенилэтиловый эфир: С6Н5ОН+С2Н5Br→С6Н5–О–С2Н5+НBr. Задания для самостоятельного выполнения (выполнение в тетради) 167. Рассчитайте массу фенолята калия, который может быть получен из фенола массой 3,29 г. 168. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:  Br OH OH Cl ClСН = СН→ → → → | Cl 169. Объясните, почему бромирование фенола протекает легче, чем бромирование бензола. 170. Напишите уравнения реакций 3,5-диметилфе-нола со следующими веществами: а) калием; б) гидроксидом калия; в) бромной водой; г) 2-бромпропаном (в присутствии щелочи). 171. Рассчитайте массу тринитрофенола, который образуется при взаимодействии фенола с раствором азотной кислоты объемом300мл (массовая доля HNO3 80%, плотность 1,45 г/мл). 172. К раствору фенола в бензоле массой 40 г добавили избыток бромной воды. При этом получено бром-производное массой 9,93 г. Определите массовую долю фенола в растворе. 173. К паракрезолу (4-метилфенолу) добавили гидроксид натрия. В реакционную смесь внесли хлорбензол. Какое вещество получится при этом? Напишите уравнения реакций. 174. Рассчитайте массу фенолята натрия, который может быть получен при взаимодействии фенола массой 4,7 г с раствором гидроксида натрия объемом 4,97 мл (плотность 1,38 г/мл, массовая доля NaOH 35%). 175. Напишите структурные формулы изомерных фенолов, которые соответствуют эмпирической формуле С8Н10О. Сколько может быть таких фенолов? 176. Изомерные фенолы имеют состав С6Н33Сl2ОН. Сколько фенолов соответствует этой формуле? Напишите формулы этих фенолов и назовите их. 177. Рассчитайте массу 2,4,6-трибромфенола, который образуется при действии раствора фенола массой 47 г (массовая доля фенола 10%) на бромную воду массой 1 кг (массовая доля Вг2 3,2%). |
