Основные свойства органических веществ

органическими кислотами, образуя сложные эфиры. Реакция обратима

(обратный процесс – гидролиз сложных эфиров). 

Реакционная способность одноатомных спиртов в этих реакциях

убывает от первичных к третичным. Фенолы не образуют сложные

эфиры в реакциях с кислотами. 

При межмолекулярной дегидратации спиртов также происходит

нуклеофильное замещение: ОН-группа в одной молекуле спирта заме-

щается на группу OR другой молекулы.

Реакции отщепления водорода при окислении и дегидрировании.

Реакции дегидратации спиртов. Отщепление воды от молекул спирта

(дегидратация спиртов) в зависимости от условий происходит как

внутримолекулярная или межмолекулярная реакция. Внутримолеку-

лярная дегидратация спиртов с образованием алкенов идет в присутст-

вии концентрированной серной кислоты при повышенной температу-

ре. 57

В тех случаях, когда возможны 2 направления реакции, например:

Дегидратация идет преимущественно в направлении I, т.е. по пра-

вилу Зайцева – с образованием более замещенного алкена (водород

отщепляется от менее гидрогенизированного атома углерода).

Взаимное влияние атомов в молекуле фенола проявляется не толь-

ко в особенностях поведения гидроксигруппы, но и в большей реакци-

онной способности бензольного ядра. Гидроксильная группа повышает

электронную плотность в бензольном кольце, особенно, в орто- и пара-

положениях:

Поэтому фенол значительно активнее бензола вступает в реакции

замещения в ароматическом кольце. Нитрование. Под действием 20%

азотной кислоты HNO3 фенол легко превращается в смесь орто- и па-

ра-нитрофенолов: 

При использовании концентрированной HNO3 образуется 2,4,6-

тринитрофенол (пикриновая кислота): 

Галогенирование. Фенол легко при комнатной температуре взаи-58

модействует с бромной водой с образованием белого осадка 2,4,6-

трибромфенола (качественная реакция на фенол): 

Реакции окисления. Окислители – KMnO4, K2Cr2O7+H2SO4, O2 + ка-

тализатор. Легкость окисления спиртов уменьшается в ряду: 

первичные ≥ вторичные >> третичные. Первичные спирты при окис-

лении образуют альдегиды, которые затем легко окисляются до карбо-

новых кислот. 

При окислении вторичных спиртов образуются кетоны. 

Третичные спирты более устойчивы к действию окислителей. Они

окисляются только в жестких условиях (кислая среда, повышенная

температура), что приводит к разрушению углеродного скелета моле-

кулы и образованию смеси продуктов (карбоновых кислот и кетонов с

меньшей молекулярной массой). Процесс идет через стадию дегидра-

тации спирта с последующим деструктивным (жестким) окислением

алкена. Например: 

Предельное окисление гидроксисоединений до CO2 и Н2О проис-59

ходит при их горении, например: 2CH3OH + 3O2 → 2CO2 + 4H2O

Полное окисление метанола идет схеме: 

При сгорании спиртов выделяется большое количество тепла. 

C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O + 1370 кДж

Благодаря высокой экзотермичности реакции горения этанола, он

считается перспективным и экологически чистым заменителем бензи-

нового топлива в двигателях внутреннего сгорания. В лабораторной

практике этанол применяется как горючее для "спиртовок".

Альдегиды. Систематические названия альдегидов строят по назва-

нию соответствующего углеводорода с добавлением суффикса -аль.

Нумерацию цепи начинают с карбонильного атома углерода. Триви-

альные названия производят от тривиальных названий тех кислот, в

которые альдегиды превращаются при окислении.

H2C=O метаналь, муравьиный альдегид (формальдегид)

CH3CH=O этаналь, уксусный альдегид (ацетальдегид)

Систематические названия кетонов несложного строения произво-

дят от названий радикалов (в порядке увеличения) с добавлением сло-

ва кетон (радикально-функциональная номенклатура ИЮПАК). 

В более общем случае название кетона строится по названию соот-

ветствующего углеводорода и суффикса -он; нумерацию цепи начи-

нают от конца цепи, ближайшего к карбонильной группе (замести-

тельная номенклатура ИЮПАК). Примеры: CH3–CO–CH3 – диметил-

кетон, пропанон (ацетон); CH3CH2CH2–CO–CH3 – метилпропилкетон,

пентанон-2. 

Для альдегидов и кетонов характерна структурная изомерия.

Изомерия альдегидов: изомерия углеродного скелета, начиная с С4

межклассовая изомерия с кетонами, начиная с С3

Свойства альдегидов и кетонов определяются строением карбо-

нильной группы >C=O. Атомы углерода и кислорода в карбонильной 60

группе находятся в состоянии sp2-гибридизации. Углерод своими sp

гибридными орбиталями образует 3 σ-связи (одна из них – связь С–О),

которые располагаются в одной плоскости под углом около 120° друг

к другу. Одна из трех sp2-орбиталей кислорода участвует в σ-связи С–

О, две другие содержат неподеленные электронные пары. 

π-Связь образована р-электронами атомов углерода и кислорода. В

молекулах альдегидов и кетонов отсутствуют атомы водорода, спо-

собные к образованию водородных связей. Поэтому их температуры

кипения ниже, чем у соответствующих спиртов. Метаналь (формаль-

дегид) – газ, альдегиды С2-C5 и кетоны С3-С4 – жидкости, высшие –

твердые вещества. Низшие гомологи растворимы в воде, благодаря

образованию водородных связей между атомами водорода молекул

воды и карбонильными атомами кислорода. С увеличением углеводо-

родного радикала растворимость в воде падает.

Получение альдегидов и кетонов. 

Окисление спиртов. Первичные спирты при окислении образуют

альдегиды, которые затем легко окисляются до карбоновых кислот. 

При окислении вторичных спиртов образуются кетоны. 

Гидратация алкинов (реакция Кучерова). Присоединение воды к

ацетилену в присутствии солей ртути (II) приводит к образованию аце-

тальдегида:  61

Кетоны получают при гидратации других гомологов ряда алкинов:

Окисление алкенов (катализаторы - хлориды Pd и Cu)

Этот способ более перспективен, чем гидратация алкинов, при ко-

торой используются токсичные ртутные катализаторы. 

Химические свойства альдегидов на примере 

формальдегида

1. Восстановление.               НСОН +Н2 → СН3ОН метанол

2. Присоединение НСN.      НСОН + НСN → NС ─СН2─ОН 

оксинитрил

3. Присоединение гидросульфита натрия.

    НСОН + NaНSO3→ NaO3S ─СН2─ОН

4. Присоединение спиртов.

    НСОН + 2НОСН3 → Н3СО ─СН2─ОСН3

  диметилацеталь

5. Тримеризация. 3НСОН → С3Н6О3

триоксиметилен

6. Окисление – реакция серебряного зеркала.

НСОН + Ag2О→ НСООН  + 2Ag

7. С гидроксиламином. НСОН + НОNН2 → Н─СН═N─ОН  +

Н2О оксим

8. С гидразином. НСОН + NН2─NН2 → Н─СН═N─NН2  + Н2О

гидразон

9. С пятихлористым фосфором НСОН + PCl5 → Н─СНCl2  +

POCl3

Карбоновые кислоты – органические соединения, содержащие од-

ну или несколько карбоксильных групп –СООН. Карбоксильная груп-

па содержит две функциональные группы - карбонил >С=О и гидро-

ксил -OH, непосредственно связанные друг с другом: 62

Систематические названия кислот даются по названию соответст-

вующего углеводорода с добавлением суффикса -овая и слова кислота.

Часто используются также тривиальные названия. 

HCOOH – метановая, муравьиная

CH3COOH – этановая, уксусная

C2H5COOH – пропановая, пропионовая

C3H7COOH – бутановая, масляная

C4H9COOH – пентановая, валерьяновая

C5H11COOH – гексановая, капроновая

C15H31COOH – пальмитиновая

C17H35COOH – стеариновая. 

Кислотные свойства карбоновых кислот обусловлены смещением

электронной плотности к карбонильному кислороду и вызванной этим

дополнительной (по сравнению со спиртами) поляризации связи О–Н. 

В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы: 

RCOOH ↔RCOO

–

+ H

+

Растворимость в воде и высокие температуры кипения кислот обу-

словлены образованием межмолекулярных водородных связей. С уве-

личением молекулярной массы растворимость кислот в воде уменьша-

ется.

Химические свойства карбоновых кислот

Карбоновые кислоты проявляют высокую реакционную способ-

ность. Они вступают в реакции с различными веществами и образуют

разнообразные соединения, среди которых большое значение имеют

функциональные производные, т.е. соединения, полученные в резуль-

тате реакций по карбоксильной группе.

1. Образование солей

а) при взаимодействии с металлами: 2RCOOH + Mg → (RCOO)2Mg

+ H2

б) в реакциях с гидроксидами металлов: RCOOH +

NaOH→RCOONa+H2O

2. Образование амидов:

3. Образование сложных эфиров R'–COOR": 63

реакция образования сложного эфира из кислоты и спирта называ-

ется реакцией этерификации (от лат. ether – эфир). Катализаторами

являются минеральные кислоты. 3. 

Обратный процесс – расщепление сложного эфира при действии

воды с образованием карбоновой кислоты и спирта – называют гидро-

лизом сложного эфира. Гидролиз в присутствии щелочи протекает не-

обратимо 

Эта реакция называется омылением сложного эфира. 

Жиры – сложные эфиры глицерина и высших одноосновных кар-

боновых кислот.

Общее название таких соединений – триглицериды или триацилг-

лицерины, где ацил – остаток карбоновой кислоты -C(O)R. В состав

природных триглицеридов входят остатки насыщенных кислот (паль-

митиновой C15H31COOH, стеариновой C17H35COOH и др.) и ненасы-

щенных (олеиновой C17H33COOH, линолевой C17H31COOH, линолено-

вой C15H29COOH). 

Жиры содержатся во всех растениях и животных. Животные жиры

(бараний, свиной, говяжий и т.п.), как правило, являются твердыми

веществами с невысокой температурой плавления (исключение – ры-

бий жир). Жиры состоят главным образом из триглицеридов предель-

ных кислот.  Растительные жиры – масла (подсолнечное, соевое, хлоп-

ковое и др.) – жидкости (исключение – кокосовое масло). В состав

триглицеридов масел входят остатки непредельных кислот.

Жидкие жиры превращают в твердые путем реакции гидрогениза-

ции (гидрирования). При этом водород присоединяется по двойной

связи, содержащейся в углеводородном радикале молекул масел.  64

Продукт гидрогенизации масел – твердый жир (искусственное сало,

саломас). Маргарин – пищевой жир, состоит из смеси гидрогенизиро-

ванных масел (подсолнечного, кукурузного, хлопкого и др.), животных

жиров, молока и вкусовых добавок (соли, сахара, витаминов и др.). 

Жирам как сложным эфирам свойственна обратимая реакция гид-

ролиза, катализируемая минеральными кислотами. При участии щело-

чей гидролиз жиров происходит необратимо. Продуктами в этом слу-

чае являются мыла – соли высших карбоновых кислот и щелочных

металлов.

Углеводы (сахара) – органические соединения, имеющие сходное

строение и свойства, состав большинства которых отражает формула

Cx(H2O)y, где x, y ≥ 3. Общеизвестные представители: глюкоза (вино-

градный сахар) С6Н12О6, сахароза (тростниковый, свекловичный сахар)

С12Н22О11, крахмал и целлюлоза [С6Н10О5]n. Углеводы содержатся в

клетках растительных и животных организмов и по массе составляют

основную часть органического вещества на Земле. Эти соединения

образуются растениями в процессе фотосинтеза из углекислого газа и

воды при участии хлорофилла. Животные организмы не способны

синтезировать углеводы и получают их с растительной пищей. Фото-

синтез можно рассматривать как процесс восстановления СО2 с ис-

пользованием солнечной энергии. Эта энергия освобождается в жи-

вотных организмах в результате метаболизма углеводов, который за-

ключается, с химической точки зрения, в их окислении.

Углеводы объединяют разнообразные соединения – от низкомоле-65

кулярных, состоящих из нескольких атомов (x = 3), до полимеров

[Cx(H2O)y]n с молекулярной массой в несколько миллионов (n >

10000).  Для большинства углеводов приняты тривиальные названия с

суффиксом -оза (глюкоза, рибоза, сахароза, целлюлоза и т.п.). По чис-

лу входящих в их молекулы структурных единиц (остатков простей-

ших углеводов) и способности к гидролизу углеводы подразделяют на

моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Моносахариды не

гидролизуются с образованием более простых углеводов. Олиго- и

полисахариды расщепляются при гидролизе до моносахаридов. В мо-

лекулах олигосахаридов содержится от 2 до 10 моносахаридных остат-

ков, в полисахаридах – от 10 до 3000-5000.

Моносахариды: глюкоза С6Н12О6, фруктоза С6Н12О6, рибоза

С5Н10О5

Олигосахариды(дисахариды): сахароза С12Н22О11, лактоза – молоч-

ный сахар С12Н22О11

Полисахариды: целлюлоза (С6Н10О5)n, крахмал  (С6Н10О5)n

Химические свойства моносахаридов обусловлены наличием в мо-

лекуле функциональных групп трех видов (карбонила, спиртовых гид-

роксилов и полуацетального гидроксила). Например, глюкоза как мно-

гоатомный спирт образует простые и сложные эфиры, комплексное

соединение с гидроксидом меди (II); как альдегид она окисляется ам-

миачным раствором оксида серебра, а также бромной водой, в глюко-

новую кислоту COOH-(CHOH)4-COOH и восстанавливается водоро-

дом в шестиатомный спирт - сорбит CH2OH-(CHOH)4-CH2OH; в полу-

ацетальной форме глюкоза способна к нуклеофильному замещению

полуацетального гидроксила на группу -OR (образование гликозидов,

олиго- и полисахаридов). Аналогично ведут себя в таких реакциях и

другие моносахариды.Важнейшим свойством моносахаридов является

их ферментативное брожение, т.е. распад молекул на осколки под дей-

ствием различных ферментов. Брожению подвергаются в основном

гексозы в присутствии ферментов, выделяемых дрожжевыми грибка-

ми, бактериями или плесневыми грибками. В зависимости от природы

действующего фермента различают реакции следующих видов:

а) спиртовое брожение C6H12O6 → 2 CO2+ 2 C2H5OH

                                                                               этанол

б) молочно-кислое брожение  C6H12O6 → 2CH3-CH(OH)-COOH