Глава 17. КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ. СОЕДИНЕНИЯ

§ 17.1. Предельные спирты

К числу кислородсодержащих органических соединений, со­стоящих из атомов углерода, водорода и кислорода, относятся спирты, фенолы, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, про­стые и сложные эфиры, углеводороды и др. Их химические свой­ства определяются наличием в молекулах различных функцио­нальных групп.

Спирты — это органические соединения, в молекулах которых содержится одна или несколько гидроксильных групп, соединен­ных с углеводородным радикалом.

Их можно рассматривать как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замеще­ны на гидроксильные Группы.

Номенклатура и изомерия спиртов. Названия спиртов произ­водятся от названий радикалов, а также из названий углеводо­родов прибавлением окончания -ол (международные названия): СНзОН — метиловый спирт, или метанол, С2Н5ОН — этиловый спирт, или этанол, С3Н7ОН — пропиловый спирт, или пропанол, и т. д. Эти спирты образуют гомологический ряд, так как они по составу молекул отличаются друг от друга на гомологическую разность. Общая формула гомологического ряда CnH2n+1OH, или R—ОН, где R — углеводородный радикал.

Начиная с третьего представителя гомологического ряда — пропанола, у спиртов появляются изомеры:

ch3-ch2-choh он,-ch3
пропиловый спирт,
или пропанол-1
изопропиловый спирт,
или пропанол-2

В соответствии с международной номенклатурой цифрой пос­ле названия спирта обозначают, с каким по счету углеродным ато­мом связана гидроксильная группа, например:

12 3 4 5 6

CH3-CH2-Ch-CH2-CH2-CH3

ОН

Гексанол-3

У спиртов всегда больше изомеров, чем у соответствующих пре­дельных углеводородов. Например, бутан имеет два изомера (нор­мальный бутан и изобутан, § 15.3), бутиловый спирт — четыре:

— 1) CH3-CH2-CH2-CH2-OH 2) CH3-CH-CH2-OH CH3

первичный бутиловый спирт, или бутанол-1 (т. кип. 118’с)Первичный изобутиловый
спирт, или 2-метилпропанол-]
(т. кип. 108 ’С)

h3
3) ch3-ch2-ch-ch3 4) ch1-с—ch1

он
третичный бутиловый спирт,
или 2-метилпропанол-2
(т. кип. 85 0c)
Он

Вторичный бутиловый спирт или бутанол-2 (т. кип, 100 *С)

Здесь словами «первичный», «вторичный» и «третичный» опре­деляется место гидроксильной группы. Как видим, число изоме­ров у спиртов зависит от строения радикалов и от положения гид­роксильной группы.

Если в молекуле спирта содержится одна гидроксильная груп­па, то он называется одноатомным, две — двухатомным, три — трехатомным и т. д. Простейшими представителями одноатомных, двухатомных и трехатомных спиртов соответственно являются

Метанол, этиленгликоль и глицерин:

H3C-OH

H2C-OH

H2C-OH

H2C-OH

HC-OH

H2C-OH

Метанол

Этиленгликоль

Глицерин

Свойства спиртов. Низшие спирты — жидкости, высшие с чис­лом углеродных атомов больше 12 — твердые вещества. Все спир­ты легче воды. Растворимость их в воде уменьшается с ростом мо­лекулярной массы. Метиловый и этиловый спирты смешиваются с водой в любых отношениях.

Молекулы спиртов ассоциированы вследствие возникновения между ними водородных связей (§ 3.6):

О—Н…О—Н…О—Н… или (R-OH)n

Этим объясняется то, что уже первые члены гомологического ряда спиртов — жидкости, которые имеют сравнительно высо­кие температуры кипения. Образованием водородных связей между молекулами спирта и воды объясняется их хорошая ра­створимость в воде. Уменьшение же растворимости у последую­щих членов гомологического ряда вызывается увеличением числа атомов углерода в углеводородном радикале. Водородные свя-

Зи — непрочные (17—22 кДж/моль) и при испарении спиртов легко разрываются.

Химические свойства спиртов обусловлены наличием в их мо­лекулах полярных ковалентных связей C—О и О—Н. Спирты вступают в химические реакции с разрывом одной из этих связей. Так как обе связи полярны, то их разрыв происходит по ионному (гетеролитИческому) механизму с образованием органических анионов или катионов:

R-O-H R — O" + H+ или R—O—H R+ + 0Н~

Диссоциация спиртов на ионы происходит в незначительной степени, поэтому спирты дают нейтральную реакцию — в их при­сутствии не изменяется окраска лакмуса или фенолфталеина.

Как можно заключить из электронной формулы, например, этилового спирта

НИ

Н:С:С;О:Н

Й Й "

Электронная пара, связывающая атом кислорода с атомом водо­рода, смещена к атому кислорода как к более электроотрица­тельному атому. Этот атом водорода отличается от остальных атомов водорода в молекуле спирта, у него связь с атомом кис­лорода менее прочная по сравнению со связью между углерод­ными и водородными атомами. Поэтому водород гидроксиль­ной группы может легко замещаться металлом.

Действительно, спирты энергично взаимодействуют с метал­лическим натрием или калием с выделением водорода и образо­ванием так называемых Алкоголятов:

2C2HsOH + 2Na 2C2H5ONa + H2 этилат натрия

Алкоголяты — вещества непрочные и водой разлагаются на спирт и щелочь:

C2H5ONa + H2O ~-→ C2H5OH + NaOH

Со шелочами одноатомные спирты обратимо взаимодействуют:

C2H5OH + NaOH C2H5ONa + H2O

При этом равновесие сильно смещено в сторону спирта и щело­чи. Однако при определенных условиях (например, при удале­
нии воды) его можно сместить в сторону алкоголята. На этом основано промышленное получение этилата натрия.

Спирты сравнительно легко окисляются такими окислителя­ми, как KMnO4, K2Cr2O7, кислородом воздуха в присутствии ка­тализаторов (платины, меди). При этом сказывается влияние гид­роксильной группы, а именно: кислород присоединяется к атому углерода, связанному с группой ОН:

ch3-c< +h2o
h3c—c-oh + [о] →

Промежуточным продуктом является спирт с двумя гидроксиль­ными группами при одном атоме углерода. Такие спирты не­устойчивы и распадаются на альдегид и воду.

Спирты, как и большинство других органических соединений, горят. Например:

2CH3OH + 3O2 → 2CO2 + 4H2O

Горение можно представить как предельное окисление. Тогда окисление метилового спирта можно выразить схемой

h2o+ co2
√0
h~c<oh
но—c
ч ∕,
н—с
ch3oh

Спирты взаимодействуют с галогеноводородами:

С? н Joh + Н|Вг c2h5Bγ + н2о

В этой реакции функциональная группа замещается на бром. Ре­акция обратима: в присутствии щелочи равновесие смещается в сторону исходных веществ, в избытке кислоты — в сторону ко­нечных веществ.

Важное свойство спиртов — их способность к Дегидратации (потере воды). Дегидратация происходит при нагревании спирта (>140 °C) с водоотнимающими веществами, например с концент­рированной серной кислотой:

H2SO4

H2^H2 CH2=CH2 +H2O

[н он|

В этом случае молекула воды отщепилась от одной молекулы спир­та. В других условиях (при избытке спирта и при более низкой температуре) молекула воды отщепляется от двух молекул спир­та, в результате чего образуется простой эфир:

C2H5-О—C2H5+ H2O диэтиловый эфир

Простые эфиры

Простые эфиры — это органические вещества, молекулы кото­рых состоят из углеводородных радикалов, соединенных атомом кислорода: R’—O—R", где R’ и R" — радикалы, которые могут быть различными или одинаковыми.

Диэтиловый, или серный, эфир[‡‡‡‡‡‡‡‡‡‡‡‡] — хороший растворитель многих органических Веществ, применяется для чистки тканей, А в медицине — при хирургических операциях, так как обладает анестезирующим действием.

Из отдельных представителей одноатомных спиртов рассмот­рим метанол и этанол, двухатомных — этиленгликоль, трехатом­ных — глицерин.

§ 17.2. Метанол и этанол

Метиловый спирт. Метиловый спирт (другие названия: мета­нол, карбинол, древесный спирт) — простейший одноатомный спирт, бесцветная жидкость. Сильный яд (прием внутрь вызыва­ет слепоту, при больших дозах — смерть). Современный метод по­лучения — каталитический синтез из оксида углерода (И) и водо­рода [температура 250 ”С, давление 7 МПа, катализатор — смесь оксидов цинка и меди (II)]:

∞ + ¾⅛⅛→CH, OH

Ранее метанол получали при сухой перегонке дерева (отсюда его название «древесный спирт»). Он применяется как раствори­тель и для различных органических синтезов — получение фор­мальдегида, некоторых красителей, фотореактивов, фармацевти­ческих препаратов.

Этиловый спирт. Этиловый спирт, или этанол, — бесцветная жидкость. Кипит при 78,3 °C, замерзает при —114 ‘С. Горит слабо светящимся пламенем.

Этиловый спирт получают брожением сахаристых веществ в присутствии дрожжей. Сущность брожения заключается в том, что получаемая из крахмала глюкоза, или виноградный сахар СбНпОб, под действием ферментов распадается на спирт и оксид углерода (ΓV). Суммарный результат этого сложного многоста­дийного процесса выражается уравнением

C6Hj2O6 → 2C2H5OH+2CO2

Исходным материалом в производстве спирта служат природ­ные продукты, богатые крахмалом; картофель, хлебные злаки и др. В настоящее время этиловый спирт получают не только из пи­щевых продуктов. Широко развито получение его из отходов дре­весины: она превращается в глюкозу (см. § 17.18), а последняя — в спирт.

Наиболее современный способ получения этилового спирта ос­нован на реакции гидратации этилена, получаемого в больших ко­личествах при крекинге нефти:

CH2=CH2 + H2O ~→ CH3 — CH2OH

Реакция протекает при температуре 260—300 βC, давлении 7,5— 10 МПа и в присутствии кислотных катализаторов (фосфорная кислота на алюмосиликате с добавками солей кадмия, меди, ко­бальта). Заводы по прямой гидратации этилена в спирт имеются как в России, так и за рубежом. В будущем будет осуществлен полный переход на производство спирта из непищевого сырья — древесины и газов нефтепереработки.

Этиловый спирт — очень важный для нужд народного хозяй­ства продукт. В больших количествах он расходуется для получе­ния синтетического каучука и в производстве пластмасс. Этанол используется как растворитель при изготовлении одеколонов, ду­хов, лекарств, лаков, а также для консервирования анатомичес­ких препаратов. Он применяется для получения многих органи­ческих веществ: диэтилового эфира, красителей, уксусной кисло­ты, бездымного пороха и др. Этиловый спирт в смеси с бензином может использоваться в качестве горючего для двигателей внут­реннего сгорания. Очень часто его денатурируют, т. е. к спирту прибавляют другие вещества и красители, чтобы сделать его не­пригодным для употребления внутрь.

§ 17.3. Этиленгликоль и глицерин

Этиленгликоль, Этиленгликоль — представитель предельных двухатомных спиртов — Гликолей. Общая формула рада гликолей CnH2n(OH)2. Название гликоли получили вследствие сладкого вку­са многих представителей ряда (греч. «гликос» — сладкий).

Этиленгликоль (по заместительной номенклатуре — этанди — ол-1,2) — сиропообразная жидкость сладкою вкуса, без запаха, ядовит. Хорошо смешивается с водой и спиртом, гигроскопичен. Его структурная формула

H H

H—C—j:—H или CH2OH-CH2OH

Он он

Химические свойства этиленгликоля в основном соответству­ют свойствам одноатомных спиртов. Только реакции протекают Как по одной, так и по двум гидроксильным группам. Так, в ре­акции со щелочными металлами этиленгликоль образует непол­ный и полный гликоляты:

CH2OH

CH2ONa

I + 2Na

— H

CH2OH

CH2OH

CH2ONa

CH2ONa

J + 2Na

→ 2| ‘

CH2OH

CH2ONa

В Отличие от одноатомных спиртов этиленгликоль легко взаимо­действует с гидроксидом меди (И), образуя ярко-синий гликолят меди:

н\
ch2-oχ ^>о ch2
,i ʌ i
ch2-o^ 4o—-ch;
ch2oh
2 i + cu(oh)2
ch2oh
+ 2h3o

Гликолят Меди

Гликолят меди — сложное (комплексное) соединение (стрелкой показано возникновение химических связей по донорно-акцеп­
торному механизму). Этиленгликоль реагирует также с едкими ще­лочами:

CH2OH CH2ONa

I + 2NaOH → I + 2H2O

CH2OH CH2ONa

Этиленгликоль получают при окислении этилена раствором перманганата калия;

CH2=CH2+ H2O + [О] → CH2-CH2 ОН ОН

Его можно получить также при обработке дигалогенопроизвод — ных углеводородов водным раствором щелочи:

CH2-CH2 + 2NaOH -→ CH2-CH2 +2NaCl

I l I l

Cl Cl он он

Водные и спиртовые растворы этиленгликоля применяются как не замерзающие при низких температурах растворы, заме­няющие воду в радиаторах автомобильных и авиационных мо­торов в зимних условиях, — Антифризы. Во многих случаях он может служить заменителем глицерина. В последнее время при­меняется также для получения лавсана — ценного синтетичес­кого волокна.

Глицерин. Глицерин — простейший представитель трехатом­ных предельных спиртов — глицеринов. Это бесцветная, вязкая, гигроскопичная жидкость, сладкая на вкус. Смешивается с водой в любых отношениях. Хорошо растворяет многие вещества.

По химическим свойствам глицерин (по заместительной но­менклатуре пропантриол-1,2,3) очень близок к этиленгликолю. Так, с гидроксидом меди (II) глицерин образует ярко-синий гли — церат меди:

Н\

^h2oh
2 choh + cu(oh)2 ch2oh
CFh-O4 >0 CH2

I У I

CH-OC х° CH +2H2O

I 4H I

CH2-OH HO-CH2 глицерат меди

Это качественная реакция на многоатомные спирты — этиленгли­коль, глицерин и их гомологи.

Большое значение имеет реакция взаимодействия глицерина с азотной кислотой с образованием нитроглицерина;

CH2OH CH2-ONO2

I I

CHOH + 3HN0, → CH-ONO2 + 3H2O

I l

CH2OH CH2-ONO2

Нитроглицерин[§§§§§§§§§§§§] — тяжелая маслянистая жидкость, взрывча­тое вещество (взрывается от легкого сотрясения и нагревания). Однако спиртовые растворы его Не взрываются.

C карбоновыми кислотами глицерин образует сложные эфи­ры — жиры и масла (§ 17.14).

Получают глицерин из жиров, а также синтетическим путем — из газов крекинга нефти (пропилена), т. е. из Непищевого сырья. В последнем случае его промышленное производство можно пред­ставить схемой

+О, — X +H2

CH2=CH-CH3 ∖,hi0→ CH2=CH-C ————————— >

4H

Пропилен акролеин

—- > CH2=CH-CH2OH Ch2OH-CHOH-CH2OH

Аллиловый спирт глицерин

Глицерин применяется для производства нитроглицерина (взрывчатое вещество), приготовления антифризов, в косметике (смягчает кожу), в кожевенной промышленности. Однопроцентный спиртовой раствор нитроглицерина используется как лекарство при сердечных заболеваниях (расширяет кровеносные сосуды).

§ 17.4. Фенолы

Фенолы — это органические соединения, в молекулах которых гидроксильные группы связаны с бензольным ядром.

Они являются производными ароматических углеводородов, например:

Фенолы с одной гидроксильной группой называются одноатом­ными, с двумя — двухатомными, с тремя — трехатомными. При построении номенклатуры фенолов принято обозначать атомы уг­лерода в бензольном кольце цифрами от 1 до 6, начиная с атома углерода, связанного с гидроксильной группой, например:

Простейший фенол CeHsOH называется Фенолом или карбо­ловой кислотой. Фенол — бесцветное кристаллическое вещество с резким характерным запахом. При хранении он постепенно окисляется кислородом воздуха, приобретая розовую окраску. Фенол плавится при 42,3 "С, кипит при 182 °C; частично раство­рим в воде (6 г в IOO г воды); обладает сильными антисептически­ми свойствами, т. е. способностью убивать многие микроорганиз­мы, весьма ядовит. При действии на кожу обжигает ее, образуя волдыри и язвы.

По химическим свойствам фенолы отличаются от спиртов. Эго отличие вызвано взаимным влиянием в молекуле фенола гид­роксильной группы и бензольного ядра, называемого Фенилом (CeHs—). Сущность этого влияния сводится к тому, что л-элек­троны бензольного ядра частично вовлекают в свою сферу непо — деленные электронные пары атома кислорода гидроксильной группы, в результате чего уменьшается электронная плотность у атома кислорода. Это в свою очередь вызывает дополнительное смещение электронной плотности связи О—H от водорода к кис­лороду, водород приобретает кислотные свойства, становится по­движным и реакционноспособным.

Таким образом, под действием фенида связь атома водорода с кислородом в гидроксильной группе ослабевает, что приводит к частичному отщеплению ионов водорода. Фенол проявляет свой­ства слабой кислоты (слабее угольной). Поэтому он легко взаимодей­ствует не только с металлическими натрием и калием, но и с едкими щелочами*, образуя феноляты, устойчивые в водных растворах:

2C6H5OH + 2Na → 2C6H5ONa + H2 фенолят натрия

C6H5OH + NaOH → C6H5ONa + H2O

Поскольку кислотные свойства фенола выражены очень сла­бо, то феноляты (соли фенола) легко разлагаются‘минеральными кислотами, в том числе и угольной:

C6H5ONa ÷ CO2 ÷ H2O → C6H5OH + NaHCO3

Влияние атомов в молекуле взаимно. Гидроксильная группа в свою очередь оказывает влияние на бензольное кольцо, в ре­зультате чего водородные атомы бензола становятся более по­движными и легко замещаются на другие атомы или радикалы. Так, например, фенол без нагревания и без катализаторов энер­гично взаимодействует с бромом и азотной кислотой, образуя. трехзамещенные производные (в положениях 2, 4 и 6):

NO2

2,4,6-трин итрофенол

♦ В этих же условиях одноатомные предельные спирты практически не взаимодействуют со щелочами — равновесие смещено в сторону ис­ходных веществ (§ 17.1).

Бензол же с бромом и азотной кислотой взаимодействует лишь при нагревании и в присутствии катализаторов.

Под влиянием гидроксильной группы облегчается взаимодей­ствие фенола с формальдегидом (см. § 17.8).

В больших количествах фенол получается двумя способами: из каменноугольной смолы, образующейся при сухой перегонке угля, и — основная масса — синтетическим путем из бензола и пропи­лена («кумольный способ»).

Сначала из бензола и пропилена получают изопропилбензол

■+ ch2=ch—ch3

Кумол — бесцветная жидкость, легче воды, т, кип. 152 βC. Затем кумол подвергается жидкофазному каталитическому окислению кислородом воздуха:

<fh3
c-ch3
+ оз^H3

O-CH3

образующееся соединение (гидропероксид кумола) под действием серной кислоты расщепляется на фенол и ацетон:,1,таким образом, из бензола и пропилена получают два ценных продукта — фенол и ацетон. этот метод разработан русским химиком п. г. сергеевым. кумол служит также исходным веществом для получения а-метилстирола, который используют для получения каучуков.

О—он

Фенол как сильный антисептик применяется в качестве дезин­фицирующего вещества. Особенно много его расходуется для про­изводства пластических масс — фенопластов. Фенол применяет­ся для производства лекарственных веществ, фотографических проявителей и красителей.

§ 17.5. Альдегиды

Альдегидами называются органические вещества, в молекулах

Которых содержится функциональная группа —C∖tτ *

H

Их можно рассматривать как продукты окисления спиртов. Так, например, простейший альдегид получается окислением ме­тилового спирта оксидом меди (И):

—о—с—h
cu о+h
cu + h2o + н—с,×h

В этой реакции молекула оксида меди (II) отнимает два атома во­дорода от молекулы спирта.

Названия альдегидов производятся от названий тех кислот, в которые они превращаются при окислении. Их также можно давать и в зависимости от числа атомов в углеродной цепи (по названию углеводорода) с добавлением суффикса -аль. Напри­мер:

ch3-ch2-с<н
h-c,xh
ch3-c,xh

формальдегид, или муравьиный альдегид,
или метаналь
уксусный альдегид,
иди этаналь
пропионовый альдегид,
иди пропаналь

Общая формула гомологического ряда предельных альдегидов

r-c(у первого гомолога вместо R — атом водорода Н).

Изомерия альдегидов зависит только от изомерии радикалов, соединенных с альдегидной группой. Например, формулу С4Н8О могут иметь два альдегида:

ch3-ch-c,хн
ch3- ch2-ch2- c,xh

бутанальCH3

З-метилпропаналь

Группа атомов ^C=O называется Карбонильной группой или Кар­бонилом.

Химические свойства альдегидов объясняются их электронным строением, которое можно выразить формулами:

⅛o
• r`"
,r-c
r=cno:
h

В молекуле альдегида связь между атомами углерода и кисло­рода осуществляется двумя парами электронов. Электронное об­лако связи смещено к кислороду как более электроотрицательно­му атому, в результате чего он приобретает частичный отрицатель­ный заряд (δ-). В то же время карбонильный углерод в результате оттягивания от него электронов приобретает частичный положи — ∖δL-δ∙

Тельный заряд (δ+). Обычно это изображают схемами; χzC-О

∖ z^^v \________________________________

ICin zχC—О .Таким образом, группа zX,-0 сильно поляризо­вана, что обусловливает большую реакционную способность ор­ганических соединений, содержащих карбонильную группу, с од­ной стороны, атом кислорода оказывает влияние на атом водоро­да, соединенный с карбонильной группой, в результате чего он легко окисляется; с другой стороны, для карбонильной группы

^С=0 характерны реакции присоединения и полимеризации.

Свойства альдегидов рассматриваются на примере их первых двух гомологов: формальдегида и ацетальдегида

§ 17.6. Формальдегид

Строение молекулы и свойства. Формальдегид — бесцветный газ с резким удушливым запахом, ядовит. Он хорошо растворим в воде. Водный 40%-ный раствор формальдегида называется Формалином.

По химическим свойствам формальдегид — весьма реакцион­носпособное вещество. Для него характерны реакции окисления и присоединения (в том числе и поликонденсации).

Реакции окисления протекают очень легко — альдегиды спо­собны отнимать кислород от многих соединений. Так, при нагре­вании формальдегида с аммиачным раствором оксида серебра Ag2O (в воде оксид серебра нерастворим) происходит окисление формальдегида в муравьиную кислоту HCOOH и восстановление серебра:

Н—С< +Ag2O → н—C< + 2Ag

XH 2 Х)Н

Серебро выделяется на стенках сосуда в виде тонкого зеркально­го налета — так называемая Реакция «серебряного зеркала*. Обра­зование -«серебряного зеркала» служит качественной реакцией на альдегидную группу.

Альдегиды восстанавливают гидроксид меди (II) до гидроксида меди (I), который затем превращается в оранжевый оксид меди (I). Реакция протекает при нагревании:

Н—C + 2Oj(0H)2 → Н—C<5 + 2CuOH + H2O

H он

2CuOH → Cu2O+ H2O

Эта реакция также может быть использована для обнаружения аль­дегидов.

Реакции присоединения протекают за счет разрыва двойной связи карбонильной группы альдегида. Присоединение водоро­да, которое происходит при пропускании смеси формальдегида и водорода над нагретым катализатором — порошком Никеля, при­водит к восстановлению альдегида в спирт:

Н—C∖^ + H2 ‘даание4 CH3OH

Формальдегид присоединяет также аммиак, гидросульфит на­трия и другие соединения. При этом к кислороду карбонильной группы всегда присоединяется атом водорода, а остальная часть Молекулы присоединяется к атому углерода.

Присоединение гидросульфитов можно выразить уравнением ОН

r-c+ hso1na→ R—C-SO3Na

H

Эта реакция служит для выделения альдегидов из смесей с други­ми веществами и для получения их в чистом виде.

Присоединение синильной кислоты к альдегидам можно изо­бразить уравнением

r-c,< +hcn
r-c-cn

ОН

Полимеризация формальдегида протекает с образованием мак­ромолекул линейной структуры:

« , О → … — CH2-O-CH2-O-… → (—CH2-О—)„

H

Изделия из полиформальдегида служат заменителями метал­лических деталей.

О реакции поли конденсации см. § 17.8.

Получение. В Промышленности формальдегид получают из ме­

Танола, пропуская пары спирта вместе с воздухом над нагретым до 300 0C медным катализатором:

2CH iOH + O2 cl1,3°q С > 2HCHO + 2H2O

Важным промышленным способом является также окисление метана воздухом при 400—600 oC в присутствии небольшого ко­личества оксидов азота в качестве катализатора;

400—600 0c,+ ch2o+h2o
chd + θɔ

Применение. Формальдегид в больших количествах применя­ется для производства фенолоформальдегидных смол (см. § 17.8). Он служит исходным веществом для производства красителей, синтетического каучука, лекарственных веществ, взрывчатых ве­ществ и др.

Действуя на белок, формалин делает его плотным, нераство­римым в воде и, главное, предохраняет от гниения. Поэтому его применяют для выделки кож, а также для консервирования ана­томических препаратов. Формалин употребляется в сельском хо­зяйстве для протравливания семян с целью уничтожения личинок вредителей. Он применяется также для дезинфекции помещений, хирургических инструментов.

§ 17.7. ЛцетальдегиА

Ацетальдегид, или уксусный альдегид, или этаналь, — бес­цветная жидкость с резким запахом, хорошо растворим в воде. Т. кип. 21 °C.

По химическим свойствам ацетальдегид аналогичен формаль­дегиду: для него также характерны реакции окисления и присо­единения. Реакции «серебряного зеркала» и образования оксида меди (I) можно выразить уравнениями:

CH3-C< +Ag2O → CH3-Cv + 2Agj xH 3 xOH

+ 2cu(oh)2
ch3-c,×h ch3-c,xoh + cu2o∣ + !h2o

Присоединение водорода к ацетальдегиду протекает в тех же усло­виях, что и к формальдегиду:

ch3-c ch3-ch2oh

При действии кислот или при длительном стоянии ацетальдегид легко полимеризуется, переходя в тример — паральдегид:

CH1

ch
о" "о
3ch3-с
"so,h1c
ch:

Паральдегид — жидкость, застывает в кристаллическую мас­су при 12 °C, а при нагревании в присутствии разбавленных ми­неральных кислот переходит в ацетальдегид. Паральдегид обла­дает сильным снотворным действием.

В промышленности ацетальдегид получают из ацетилена по ре­акции Кучерова (§ 16.8). Освоен также метод прямого окисления этилена в уксусный альдегид: реакция протекает в присутствии ка­тализатора — смеси PdCb и СизСЬ, при давлении 1 МПа и темпе­ратуре 100 °C:

CH2-CH2 — l-l* CHa-С< xH

Уксусный альдегид применяется главным образом для получе­ния уксусной ю! слоты, а также при некоторых органических син­тезах.

Высшие альдегиды, содержащие в молекуле от 7 до 16 атомов углерода, широко применяются в парфюмерии, так как обладают приятным запахом.

§ 17.8. Реакции поликонденсации

Поликонденсация — это процесс образования высокомолеку­лярных соединений из низкомолекулярных, сопровождающий­ся выделением побочного вещества (воды, аммиака, хлорово­дорода и др.).

Как известно, при полимеризации в отличие от поликонден­сации выделения побочных веществ не происходит. Продукты по­ликонденсации (исключая побочные вещества) так же, как и про­дукты полимеризации, называются полимерами.

При реакциях поликонденсации цепь растет постепенно: сна­чала взаимодействуют между собой исходные мономеры, затем об­разовавшееся соединение поочередно реагирует с молекулами тех же мономеров, образуя в итоге полимерное соединение. Приме­ром реакции поликонденсации может служить образование фе — нолоформальдегидных смол, употребляемых-для изготовления пластических масс. Реакция протекает при нагревании в присут­ствии катализатора (кислоты или щелочи). Поскольку в молекуле фенола атомы водорода подвижны (особенно в положениях 2, 4 и

6), а карбонильная группа альдегида /C=O способна к реакци­ям присоединения, то сначала фенол и формальдегид взаимодей­ствуют между собой:

Образовавшееся соединение взаимодействует далее с фенолом с выделением молекулы воды:

7hoh÷h) )н
+ h2o

Новое соединение взаимодействует с формальдегидом:

Это соединение конденсируется с фенолом, затем снова с фор­мальдегидом и т. д.

В результате поликонденсации фенола с формальдегидом в присутствии катализаторов образуются фенолоформальдегидные смолы, из которых Получают пластмассы — фенопласты (бакели — Ты). Фенопласты — важнейшие заменители цветных и черных металлов во многих отраслях промышленности. Из них изготов­ляются большое количество изделий широкого потребления, элек­троизоляционные материалы и строительные детали.

§ 17.9, Кетоны

Кетонами называются органические соединения, молекулы ко­торых содержат карбонильную группу О, связанную с дву­

Мя углеводородными радикалами.

Их можно рассматривать как производные углеводородов, в которых два атома водорода у вторичного атома углерода заме­щены на атом кислорода. Например:

CH-CH-CH3 Сн3—с<

— 3 xCH3

Пропан дпметилкетон

Общая формула кетонов: R-C-Rz. Радикалы R к Rz могут быть различными и одинаковыми.

Названия кетонов производятся от названий радикалов, вхо­дящих в их молекулу, с прибавлением слова Кетон или от назва­ний соответствующих углеводородов с прибавлением суффикса -он. Например:

СНз—СО—CH3 — диметил кетон, или пропанон, или ацетон

С’Нз—СО—CH2—CH2—СНз — метил пропил кетон, или пентанон-2

Свойства кетонов рассматриваются на примере их первого го­молога — ацетона.

Ацетон. Ацетон (диметилкетон, пропанон) — бесцветная горю­чая жидкость с характерным запахом. Т. кип. 56,2 °C. Хорошо рас­творим в воде, спирте и эфире. Наиболее широко используемый органический растворитель, хорошо растворяет жиры, смолы и многие другие органические вещества.

Ацетон, как и все кетоны, не дает реакции «серебряного зерка­ла», не полимеризуется. В этом его отличие от альдегидов. При тех же условиях, что и формальдегид, ацетон присоединяет водород:

о
il
ch3-c—ch3 +h2
он
i
ch3-c-ch3
1
h
ni,нагревание

И в этом случае водород присоединяется вследствие разрыва двой­ной связи карбонильной группы. Ацетон присоединяет также гид­росульфит натрия и синильную кислоту.

Как растворитель ацетон применяется во многих отраслях про­мышленности (производство искусственного шелка, бездымного пороха, кинопленки, лаков, лекарств и др.). Он служит исходным веществом для синтеза многих органических соединений.

Ацетон получают в больших количествах различными метода­ми: при сухой перегонке дерева, разложением ацетата кальция, «кумольным» способом (§ 17.4), окислением изопропилового спирта, гидратацией ацетилена водяным паром. В последнем спо­собе реакция протекает при 400—460 0C над катализатором, со­держащим оксиды железа и марганца:

2CH≡≡CH + 3H2O → CH3-СО—CH3 + 2H3 + CO2

Из перечисленных последние два способа наиболее экономи­чески выгодны.

§ 17,10. Карбоновые кислоты

Карбоновыми кислотами называются органические соединения, в молекулах которых содержится функциональная карбоксиль-

√>

Пая группа (карбоксил) —

ОИ

Название карбоксил произошло от слов карбонил и гидро/ссыл. Если в молекуле содержится одна карбоксильная группа, то кис­лота называется одноосновной, две — двухосновной и т. д.

Приведем примеры представителей Гомологического ряда предельных одноосновных карбоновых кислот и их тривиальные названия:

H—COOH — муравьиная кислота

CH3—COOH — уксусная кислота

CH3—CH2—COOH — пропионовая кислота

CH3—CH2—CH2—COOH — масляная кислота

CH3—CH2—CH2—CH2—COOH — валериановая кислота

CH3—(CH2)4—COOH — капроновая кислота

CH3—(CH2)3—COOH — энантовая кислота

CH3—(CH2)14—COOH — пальмитиновая кислота

CH3-(CH2) 16—COOH — стеариновая кислота

Как видно из примеров, карбоновые кислоты можно рассмат­ривать как производные углеводородов, в которых атомы водо­рода замещены на карбоксильные группы. Общая формула го­мологического ряда C, H2⅛+ι COO H или R—COOH (у первого го­молога вместо R — атом водорода).

По заместительной номенклатуре названия кислот произво­дят от названий соответствующих углеводородов с прибавлением окончания -овая и слова кислота. Например:

HCOOH — метановая кислота

CH3COOH — этановая кислота

СН3СН2СООН — Пропановая кислота

5 4 3 2 1

CH3-CH-CH-CII2-COOH

I I — 4-метил — 3-этилпентановая кислота

CH3 C2H5

Изомерия кислот зависит от строения радикала. Изомеры по­являются, начиная с масляной кислоты C3H7COOH:

З 2 1

CH-Ch2-CH2-COOH CH3- CH-COOH

CH3

Масляная, или бутановая иэомасляная, или

Кислота 2-метилпропановая кислота

Свойства карбоновых кислот. Многие свойства карбоновых кислот обусловлены наличием в их молекулах карбоксильных групп. Электронное строение карбоновых кислот можно предста­вить схемой

.0:

R:C’*‘

:6:Н

Атом кислорода, связанный с углеродом двойной связью, оттяги­вает электроны в свою сторону. Углерод приобретает некоторый положительный заряд и притягивает электроны второго атома кис­лорода из группы —ОН, что приводит к сдвигу электронного об­лака связи О—H в направлении кислорода. Взаимное влияние атомов в карбоксильной группе можно изобразить схемой

_.р-

K°7-H

В результате взаимного Ьлияния атомов в карбоксильной группе связь C=O более прочная, чем в карбонильной группе, а связь О—H менее прочная, чем в спиртах.

Карбоновые кислоты обладают высокими температурами ки­пения, что связано с образованием водородных связей между мо­лекулами, например:

… o=ψ-Он… O=<p~-OH… о—он… RRR

В водных растворах карбоновые кислоты Диссоциируют на ионы подобно минеральным кислотам с образованием ионов гид — роксония:

RCOOH + H3O <=⅛ H3O+ + RCOO

Все карбоновые кислоты — слабые электролиты (HCOOH — сред­ней силы). Карбоновые кислоты проявляют все свойства мине­ральных кислот (см. § 6.2).

У карбоновых кислот под влиянием карбоксильной группы увеличивается подвижность атомов водорода, стоящих при атоме углерода, соседнем с карбоксильной группой. Поэтому они могут быть легко замещены на атомы хлора или брома:

CH3COOH + Ci2 → CH2CICOOh + HCl 2-хлорэтановая (хлоруксусная)

Кислота

CH3CH2COOH + Br2 → CH3CHBrCOOH + HBr 2-бромпропановая

Кислота

Очевидно, радикалы, содержащие хлор или бром, должны вли­ять на кислотность карбоксильной группы. И действительно, сте­пень диссоциации хлоруксусной кислоты примерно в 10 раз боль­ше, чем уксусной, а трихлоруксусная кислота по силе близка к соляной или серной. В этом случае ослабление связи водорода в гидроксильной группе можно изобразить схемой

H

H

Характерным свойством карбоновых кислот является взаимо­действие их со спиртами с образованием сложных эфиров (см. §17.13).

Важное значение имеют кислоты: пальмитиновая CjsH3; COOH и стеариновая Ci2H3SCOOH — твердые вещества, а также жидкая непредельная олеиновая кислота CjzH33COOH. Остатки этих од­ноосновных кислот входят в состав жиров и масел (см. § 17.14).

Общим способом получения карбоновых кислот является окисление первичных спиртов и альдегидов.

Более детально рассмотрены свойства кислот на примере му­равьиной и уксусной.

§ 17.11. Муравьиная кислота

Муравьиная кислота HCOOH — бесцветная жидкость с рез­ким запахом, кипит при IOl 0C. Растворяется в воде в любых ко­личествах. Вызывает ожоги на коже. Содержится в выделениях желез муравьев, а также в некоторых растениях (например, в лис­тьях крапивы).

Химические свойства. По химическим свойствам муравьиная кислота наиболее реакционноспособная из всех карбоновых кис­лот. Это объясняется тем, что ее карбоксильная группа связана с водородом, а не углеводородным радикалом. Благодаря присут­ствию в молекуле альдегидной группы муравьиная кислота обла­дает свойствами альдегида т. е. проявляет восстановгггельные свойства (дает реакцию «сереб­ряного зеркала»):

,√>
но—
н—
он

карбоксильная группа
альдегидная группа

KCOOH + Ag2O → 2Ag I + CO2 + H2O При нагревании она разлагается на оксид углерода (H) и воду:

HCOOH → СО + H2O

Получение. Раньше муравьиную кислоту получали, вымачивая муравьев в воде с последующей перегонкой раствора. В настоя­щее время ее получают из оксида углерода (II) и гидроксида на­трия:

СО + NaOH -→ H—C-H-ONa

Из образующейся соли действием серной кислоты вытесняют, а потом отгоняют муравьиную кислоту:

HCOONa + H2SO4 → HCOOH + NaHSO4

Ввиду легкой окисляемости муравьиной кислоты общие спо­собы получения кислот для нее мало применимы.

Применение. Муравьиная кислота широко применяется в хи­мической промышленности в качестве восстановителя при син­тезе органических веществ, а также для получения щавелевой кислоты; в пищевой промышленности — в качестве дезинфи­цирующего и консервирующего средства; в текстильной промыш­ленности — при крашении тканей; в медицине — как средство для растирания при ревматизме.

§ 17.12. Уксусная кислота

Уксусная кислота при обычной температуре — бесцветная жид­кость с резким характерным запахом. При температуре ниже + 16,6 oC она затвердевает в виде кристаллов, похожих на лед, вследствие чего получила название ледяной уксусной кислоты. Уксусная кислота растворяется в воде в любых количествах. 3— 9%-ный водный раствор ее известен под названием уксуса, кото­рый применяется как приправа к пище. 70—80%-ная уксусная кислота называется Уксусной эссенцией.

Химические свойства. По химическим свойствам уксусная кис­лота Подобна минеральным кислотам. В водных растворах она диссоциирует на ионы:

CH3COOH CH3COO- + H+

Кислотный остаток CH3COO" называется Ацетат-ионом. По­скольку уксусная кислота относится к слабым электролитам, то ионов водорода и ацетат-ионов образуется мало.

Как и минеральные кислоты, уксусная кислота взаимодейству­ет с основаниями, основными оксидами и солями, что использу­ется для получения ее солей — ацетатов.

Получение. Современный синтетический способ получения ук­сусной кислоты основан на окислении уксусного альдегида, ко­торый в свою очередь получается из ацетилена по реакции М. Г. Кучерова (ацетилен получается из очень доступного сырья — метана):

„ Hg2+ [О]

CH≡CH + H2O ~jl→ CH3-С< → CH3-СС

4H х>н

Большое значение приобретает новый способ получения уксус­ной кислоты, основанный на окислении бутана:

2CH3-CH2-*-CH2—CH3 + 5O2 → 4CH3~C< + 2H2O

! X)H

В то время как процесс получения уксусной кислоты из ме­тана является многостадийным (метан —* ацетилен → уксусный альдегид —* уксусная кислота), ее получение окислением бутана сокращает число стадий, что дает большой экономический эф­фект.

Применение. Применение уксусной кислоты весьма разнооб­разно. В химической промышленности она используется для по­лучения пластических масс, различных красителей, лекарствен­ных веществ, искусственного волокна (ацетатного шелка), не вос­пламеняющейся кинопленки и т, д. В качестве протравы для крашения тканей применяются соли уксусной кислоты — алю­миниевые, хромовые и железные. Соли уксусной кислоты исполь­зуются также для борьбы с вредителями сельского хозяйства. Ук­сусная кислота применяется как приправа к пище, а также для консервирования овощей.

§ 17.13. Сложные эфиры. Реакции этерификации
и омыления

ch3-c<Γjo-c2h5Получение сложных эфиров. При взаимодействии карбоновых кислот со спиртами образуются сложные эфиры. Например, из ук­сусной кислоты и этилового спирта в присутствии катализатора (концентрированной серной или соляной кислоты) получают сложный эфир — этилацетат:

CH3—C—О—C2H5 + H2O этилацетат

Общая формула сложных эфиров R-—C—О—R’, где RhR’ угле­водородные радикалы. Сложные эфиры можно рассматривать как производные кислот, у которых водород в гидроксиде замещен на радикал. Однако в сложных эфирах муравьиной кислоты вместо радикала R стоит атом водорода.

Реакция образования сложного эфира из кислоты и спирта на­зывается реакцией этерификации («этер» — эфир).

Реакции этерификации характерны не только для карбоновых, но и для минеральных кислот. Например, при взаимодействии этилового спирта с серной кислотой образуется сложный эфир — диэтилсульфат:

HOχ C2H5Ox

2C2H5OH + .SO2 → ^SO2 +H2O HO^ C2H5Ox

Диэтилсульфат

Из азотной кислоты и спирта образуется этилнитрат:

C⅛0[h + HOl-NO7 → C2H5-O-NO2 + H2O

Этилнитрат

Номенклатура. Чаще всего названия сложных эфиров произ­водят от названий кислот и спиртов, остатки которых входят в их состав, с добавлением слова эфир; их также образуют по типу на­званий солей. Например:

ch3-c-o-c2h5
уксусноэтиловый эфир (этилацетат)
ch3—c—о—c5h11
уксусноамиловый эфир (амилацетат)
h-c-o-ch3
муравьиномети-
ловый эфир
(метилформиат)

Свойства. Многие сложные эфиры карбоновых кислот — жид­кости, мало растворимые в воде, но хорошо растворимые в спир­те. Особое строение молекул сложных эфиров (у них нет, напри­мер, гидроксильных групп) приводит к отсутствию водородных связей, а значит, и к отсутствию ассоциированных молекул, ха­рактерных для спиртов и кислот. Поэтому сложные эфиры ки­пят при более низких температурах, чем соответствующие им кислоты.

Многие сложные эфиры обладают приятным фруктовым за­пахом. Так, муравьиноамиловый эфир обладает запахом вишни, муравьиноэтиловый — рома, уксусноамиловый — бананов, мас­ляно-этиловый — абрикосов, маслянобутиловый — ананасов, изовалерианоэтиловый — запахом яблок.

Сложный эфир, взаимодействуя с водой, снова превращается в кислоту и спирт. Например:

ch3- <oh+c2h5oh
ch3-c-o-c2h5 + hoh

Реакция взаимодействия сложного эфира с водой, приводящая к образованию спирта и кислоты, называется омылением или Пи­Ролизом. Она обратна реакции этерификации.

Очевидно, процесс этерификации обратимый:

О

√> → II

CH3-Cxoh + HO-C2H5 ÷± CH3-C-O-C2H5 + H2O

И при наступлении химического равновесия в реагирующей сме­си будут находиться как исходные, так и конечные вещества. Ка­тализатор — ионы водорода (минеральные кислоты) — одинако­во ускоряет прямую и обратную реакции (этерификации и гидро­лиза), т. е. ускоряет достижение равновесия. Чтобы сместить его в сторону образования эфира, исходные кислоту или спирт сле­дует брать в избытке. Тот же результат будет достигнут, если уда­лять один из продуктов реакции из сферы взаимодействия: отго­нять эфир или связывать воду водоотнимающими веществами. Ионы 0Н“ усиливают гидролиз сложных эфиров: равновесие смещается в сторону кислоты и спирта, и реакция становится практически необратимой, так как получающаяся карбоновая кис­лота с щелочью образует соль:

О О

CH3-C-O-C2H5 + NaOH → CH3-C-ONa +C2H5OH

Взаимодействие сложных эфиров с водой — их важнейшее хи­мическое свойство (простые эфиры гидролизу не подвергаются).

Применение. Многие сложные эфиры находят применение как хорошие растворители органических веществ. Их широко приме­няют для приготовления фруктовых эссенций. Некоторые слож­ные эфиры используются в медицине: изоамилнитрит ослабляет приступы при стенокардии, этилнитрит расширяет периферичес­кие кровеносные сосуды.

§ 17.14. Жиры

Жиры являются сложными эфирами, образованными высши­ми одноосновными карбоновыми кислотами, главным образом пальмитиновой, стеариновой (насыщенные кислоты) и олеино­вой (ненасыщенная кислота) и трехатомным спиртом — глице­рином. Общее название таких соединений — Триглицериды.

Природные жиры представляют собой не индивидуальное ве­щество, а смесь различных триглицеридов.

Образование одного из триглицеридов, например триглицерида стеариновой кислоты, можно изобразить уравнением

ch2-o-
i
ун—o- ch2-o-
,h но
h+но
h но
,глицерин стеариновая кислота
ch2-o-co-ci7h35 ch -o-co-c17h35+ 3h2o ch2-o-co-cj7h35,стеариновый триглицерид

В состав молекул триглицеридов могут входить разнородные кислотные радикалы, что особенно характерно для природных жиров, однако остаток глицерина является составной частью всех жиров:

CH2-O-CO-Ci5H31

CH — O-CO-C17H35

CH2-O-CO-C17H33

Все жиры легче воды и в ней нерастворимы. Они хорошо растворяются в бензине, эфире, тетрахлориде углерода, серо­углероде, дихлорэтане и других растворителях. Хорошо впиты­ваются бумагой и кожей. Жиры содержатся во всех растениях и животных. Жидкие жиры обычно называются Маслами. Твер­дые жиры (говяжий, бараний и др.) состоят Главным образом из триглицеридов предельных (твердых) кислот, жидкие (под­солнечное масло и др.) — из триглицеридов непредельных (жид­ких) кислот.

Жидкие жиры превращаются в твердые путем реакции гидро­генизации. Водород присоединяется по месту разрыва двойной связи в углеводородных радикалах молекул жиров:

ni
нагревание
CM2-0-~C0- (CH2)7-CH=CH- (СИ 2)7-CH3

CH -O-CO-(CM2)7-CM==CH-(CH2)7-CH3+ 3H2

CH2-О—CO-(CM2)7-CM=CH-(CM2)7-CH3

Нагревание О СО C17H33

CH2-O-CO-C17H35

Реакция протекает при нагревании под давлением и в присут­ствии катализатора — ,мелко раздробленного никеля. Продукт гид­рогенизации — твердый жир (искусственное сало), называется Са­ломасом, идет на производство мыла, стеарина и глицерина. Мар­гарин — пищевой жир, состоит из смеси гцдрогенизованных масел (подсолнечного, хлопкового и др.), животных жиров, молока и не­которых других веществ (соли, сахара, витаминов и др.).

Важное химическое свойство жиров, как и всех сложных эфи­ров, — способность подвергаться гидролизу (омылению). Гидро­лиз легко протекает при нагревании в присутствии катализато­ров — кислот, щелочей, оксидов магния, кальция, цинка;

CH2-O-CO-R HOH CH2OH

I I

CH-O-CO-R + HOH CHOH +3RCOOH

CH2—O-CO-R HOH — CH2OH

Реакция гидролиза жиров обратима. Однако при участии ще­лочей она доходит практически до конца — щелочи превраща­ют образующиеся кислоты в соли и тем самым устраняют воз­можность взаимодействия кислот с глицерином (обратную ре­акцию).

Жиры — необходимая составная часть пищи. Они широко ис­пользуются в промышленности (получение глицерина, жирных кислот, мыла).

§ 17.15. Мыла и другие моющие средства

Мыла — это соли высших карбоновых кислот. Обычные мыла состоят главным образом из смеси солей пальмитиновой, стеа­риновой и Олеиновой кислот. Натриевые соли образуют твердые мыла, калиевые соли — жидкие мыла.

Мыла получаются при гидролизе жиров в присутствии ще­лочей:

CH2 О СО C17H35

CH2OH

CjH —О—СО—C17H35 + 3NaOH

→ CHOH

I

+ 3C17H35COONa

CH2-O-CO-C17H35

CH2OH

Триглицерид стеариновой

Глицерин

Стеарат натрия

Кислоты (тристеарин)

(мыло)

Отсюда реакция, обратная этерификации, получила название реакции омыления. Омыление жиров может протекать и в при­сутствии серной кислоты (кислотное омыление). При этом полу­чаются глицерин и высшие карбоновые кислоты. Последние дей­ствием щелочи или соды переводят в мыла. Исходным сырьем для получения мыла служат растительные масла (подсолнечное, хлоп­ковое и др.), животные жиры, а также гидроксид натрия или каль­цинированная сода. Растительные масла предварительно подвер­гаются гидрогенизации, т. е. их превращают в твердые жиры. При­меняются также заменители жиров — синтетические карбоновые жирные кислоты с большой молекулярной массой. Производство мыла требует больших количеств сырья, поэтому поставлена за­дача получения мьша из непищевых продуктов. Необходимые для производства мыла карбоновые кислоты получают окислением па­рафина. Нейтрализацией кислот, содержащих от 10 до 16 углерод­ных атомов в молекуле, подучают туалетное мыло, а из кислот, содержащих от 17 до 21 атома углерода, — хозяйственное мыло и мыло для технических целей. Как синтетическое мыло, так и мыло, получаемое из жиров, плохо моет в жесткой воде (см. § 13.9). Поэтому наряду с мылом из синтетических кислот производят моющие средства из других видов сырья, например из алкилсуль — фатов — солей сложных эфиров высших спиртов и серной кисло­ты. В общем виде образование таких содей можно изобразить уравнениями:

HOx

R-CH2-OH + .S0⅛ ÷± R-CH2-O-SO2-OH + H2O

UO

Сложный эфир серной
кислоты

R-CH2—O-SO2-OH + NaOH → R-CH2-O-SO2-ONa+ H2O алкилсульфат натрия

Эти соли содержат в молекуле от 12 до 14 углеродных атомов и обладают очень хорошими моющими свойствами. Кальциевые и магниевые соли растворимы в воде, а потому такие мыла моют и в жесткой воде. Алкилсульфаты содержатся во многих стираль­ных порошках.

Синтетические моющие средства высвобождают сотни тысяч тонн пищевого сырья — растительных масел и жиров.

§ 17.16. Углеводы[*************]

Углеводы — оргавнческне соединения, состав которых обычно выражается общей формулой Cn (HχO‰ (н и ш > 4).

Известны также соединения, относящиеся к углеводам, состав которых не соответствует общей формуле, например сахар рам — ноза CfiHuOs.

Углеводы являются очень распространенными природными соединениями, входят в состав растений и живых организмов. В растениях они образуются в результате Фотосинтеза:

RtCC>2 + WH2O— ► Cλ(H20)∕)1 + Л/О2

Содержание углеводов в растениях составляет до 80% массы сухого вещества, в организмах человека и животных — до 20%. Они играют важную роль в физиологических процессах. Пища че­ловека состоит примерно на 70% из углеводов.

Углеводы обычно подразделяют на моносахариды, олигосаха­риды (продукты конденсации двух или нескольких молекул мо­носахаридов) и полисахариды. Среди олигосахаридов наибольшее значение имеют дисахариды (диозы) — продукты конденсации двух молекул моносахаридов.

§ 17.17. Моносахариды и дисахариды

Глюкоза. Важнейшим из моносахаридов является глюкоза C6Hj2O6, которую иначе называют Виноградным сахаром. Это бе­лое кристаллnι(ccκoc вещество, сладкое на вкус, хорошо раство­римое в воде. Глюкоза содержится в растительных и живых орга­низмах, в особенности велико ее содержание в виноградном соке
(отсюда и название — виноградный сахар), в меде, а также в спе­лых фруктах и ягодах.

Строение глюкозы выведено на основе изучения ее химиче­ских свойств. Так, глюкоза проявляет свойства, присущие спир­там: образует с металлом алкоголяты (сахараты), сложный уксус­нокислый эфир, содержащий пять кислотных остатков (по числу гидроксильных групп). Следовательно, глюкоза — многоатомный спирт. C аммиачным раствором оксида серебра она дает реак­цию «серебряного зеркала», что указывает на присутствие альде­гидной группы на конце-углеродной цепи. Следовательно, глю­коза — Альдегидоспирт. ее молекула может иметь строение

ch2,он— choh-choh-choh- choh-c или
ch2oh-(choh)4-c,j3
xh

Однако не все свойства согласуются с ее строением как альде — гидоспирта. Так, глюкоза не дает некоторых реакций альдегидов. Один гидроксид из пяти характеризуется наибольшей реакцион­ной способностью, и замещение в нем водорода на метильный радикал приводит к исчезновению альдегидных свойств вещества. Все это дало основание сделать вывод, что наряду с альдегидной формой существуют циклические формы молекул глюкозы (а-циклическая и р-циклическая), которые отличаются положе­нием гидроксильных групп относительно плоскости кольца. Цик­лическое строение молекулы глюкоза имеет в кристаллическом со­стоянии, в водных же растворах она существует в различных фор­мах, взаимно превращающихся друг в друга:

р-циклическая форма■с€

Ih

Н—С—он

HO-jC-H н— ОН н—5 ОН

6CH2OH

a-циклическая формаАльдегидная форма

Как видим, в циклических формах альдегидная группа отсут­ствует. Гидроксильная группа, стоящая у первого углеродного ато­ма, наиболее реакционноспособная. Циклической формой угле­водов объясняются их многие химические свойства.

В промышленном масштабе глюкозу получают гидролизом крахмала (в присутствии кислот). Освоено также ее производство из древесины (целлюлозы).

Глюкоза — ценное питательное вещество. При окислении ее в тканях освобождается энергия, необходимая для нормальной жиз­недеятельности организмов. Реакцию окисления можно выразить суммарным уравнением:

C6H12O6 + 6CO2 → 6CO2 + 6H2O

Глюкоза применяется в медицине для приготовления лечеб­ных препаратов, консервирования крови, внутривенного влива­ния и т. д. Она широко применяется в кондитерском производ­стве, в производстве зеркал и игрушек (серебрение). Ею пользу­ются при крашении и аппретировании тканей и кож.

Фруктоза — изомер глюкозы, содержится вместе с глюкозой в сладких плодах и меде. Она слаще глюкозы и сахарозы (см. ниже).

Фруктоза является кетоноспиртом. Строение ее молекулы можно выразить формулой

Он

IC-O

3I

HO-2C — H
4 I

Н—с—он

Н—С—ОН 61

CH1OH

Имея гидроксильные группы, фруктоза, как и глюкоза, спо­собна образовывать сахараты и сложные эфиры. Однако вслед­ствие отсутствия альдегидной группы она в меньшей степени под­вержена окислению, чем глюкоза. Фруктоза, так же как и глюко­за, не подвергается гидролизу.

Сахароза. Из группы дисахаридов наибольшее значение имеет сахароза, которая иначе называется Свекловичным или Тростни­ковым сахаром. Эмпирическая формула сахарозы Ci2H22Ou.

Велико содержание сахарозы в сахарной свекле и в стеблях сахарного тростника. Она имеется также в соке березы, клена, во многих плодах и овощах.

Сахароза (обыкновенный сахар) — белое кристаллическое вещество, более сладкое, чем глюкоза, хорошо растворимое в воде.

Важное химическое свойство сахарозы — способность подвер­гаться гидролизу (при нагревании в присутствии ионов водоро­да). При этом из одной молекулы сахарозы образуется молекула глюкозы и молекула фруктозы:

C12H22On + H2O-*

сахарозаC6H12O6 + C6Hi2O6 глюкоза фруктоза

Ионы водорода катализируют процесс гидролиза.

Сахароза не дает реакции «серебряного зеркала» и не обладает

Восстановительными свойствами. В этом ее отличие от глюкозы. Молекула сахарозы состоит из остатков молекул глюкозы и фрук­тозы в их циклической форме; они соединены между собой через атом кислорода.

В России сахарозу получают из сахарной свеклы, содержащей ее до 20%.

§ 17.18. Полисахариды

Крахмал. Крахмал, а также целлюлоза (см. ниже) относятся к третьей группе углеводов — полисахаридам.

Молекулярная масса этого вещества точно не установлена, но известно, что она очень велика (порядка IOO ООО) и для разных образцов может быть различна. Поэтому формулу крахмала, как и других полисахаридов, изображают в виде (C6HioOs)rt. Для каж­дого полисахарида « имеет различные значения.

Крахмал представляет собой безвкусный белый порошок, не­растворимый в холодной воде. В горячей воде набухает, образуя клейстер.

Крахмал широко распространен в природе. Он является для различных растений запасным питательным материалом и содер­жится в них в виде крахмальных зерен. Наиболее богато крахма­лом зерно злаков: риса (до 86%), пшеницы (до 75%), кукурузы (до 72%), а также клубни картофеля (до 24%). В клубнях картофеля крахмальные зерна плавают в клеточном соке, в злаках они плот­но склеены белковым веществом клейковиной. Крахмал являет­ся одним из продуктов фотосинтеза.

Из растений извлекают крахмал, разрушая клетки и отмывая его водой. В промышленном масштабе его получают главным образом из клубней картофеля (в виде картофельной муки), а также кукурузы.

При действии фермента или при нагревании с кислотами (ионы водорода служат катализатором) крахмал, как и все слож­ные углеводы, подвергается гидролизу. При этом сначала образу­ется растворимый крахмал, затем менее сложные вещества — дек­стрины. Конечным продуктом гидролиза является глюкоза. Сум­марное уравнение реакции можно выразить так;

(C6HioO5)rt + «Н2О → /IC6Hj2O6

Гидролиз крахмала — его важное химическое свойство.

Крахмал не дает реакции «серебряного зеркала», однако ее дают продукты его гидролиза. Макромолекулы крахмала состоят из многих молекул циклической сх-глюкозы. Отсюда процесс об­разования крахмала можно представить так;

Как видно, соединение молекул глюкозы происходит с участием наиболее реакционноспособных гидроксильных групп, а исчезно­вение последних исключает возможность образования альдегид­ных групп, и они в молекуле крахмала отсутствуют. Так химичес­кие свойства крахмала объясняются его строением.

Раствор иода окрашивает крахмал в синий цвет. При нагрева­нии это окрашивание исчезает, при охлаждении вновь появляет­ся. Раствор иода используется для обнаружения крахмала, а ра­створ крахмала (клейстер) — для обнаружения иода.

Применение крахмала разнообразно. Он является основным углеводом пищи человека — хлеба, круп, картофеля. В значитель­на ных количествах перерабатывается на декстрины, патоку и глю­козу, используемые в кондитерском производстве. Из крахмала, содержащегося в картофеле и зерне злаков, получают этиловый спирт. Крахмал используется как клеящее средство, применяется для отделки тканей, крахмаления белья. В медицине на основе крахмала готовятся мази, присыпки и т, д.

Целлюлоза. Целлюлоза, или клетчатка, — еще более распро­страненный углевод, чем крахмал. Из него состоят в основном стенки растительных клеток. В древесине содержится до 60% цел­люлозы, в вате и фильтровальной бумаге — до 90%.

Чистая целлюлоза -~ белое твердое вещество, нерастворимое в воде и в обычных органических растворителях, но хорошо рас­творимое в аммиачном растворе гидроксида меди (П) (реактив Швейцера). Из этого раствора кислоты осаждают целлюлозу в виде волокон (гидратцеллюлоза).

Состав целлюлозы, так, же как и крахмала, выражается фор­мулой (C6Hi0O5),. Значение П в некоторых видах целлюлозы до­стигает 40 тыс., а молекулярная масса доходит до нескольких мил­лионов. Молекулы ее имеют линейное (неразветвленное) строе­ние, вследствие чего целлюлоза легко образует волокна. Молекулы же крахмала имеют как линейную, так и разветвленную структу­ру. В этом основное отличие крахмала от целлюлозы.

Имеются различия и в строении этих веществ: макромоле­кулы крахмала состоят из остатков молекул глюкозы, а макро­молекулы целлюлозы — из остатков молекул Р-глюкозы. Про­цесс образования макромолекулы целлюлозы можно изобразить схемой

h,h он h он h он,он

h,он,h,он,h,он

Небольшие различия в строении молекул обусловливают зна­чительные различия в свойствах полимеров: крахмал — продукт питания, целлюлоза для этой цели непригодна.

Целлюлоза также не дает реакции «серебряного зеркала» (нет альдегидной группы), но с кислотами вступает в реакции этери­фикации. Это дает основание рассматривать каждое звено CeHioOs как остаток глюкозы, содержащий три гидроксильные группы. Последние в формуле целлюлозы часто выделяют:

или ic6h7o2(oh)3lR χ0H C6H7O2-OH

Он;

За счет гидроксильных групп целлюлоза может образовывать простые и сложные эфиры.

При взаимодействии целлюлозы с концентрированной азот­ной кислотой в присутствии концентрированной серной кисло­ты в качестве водоотнимающего средства образуется сложный эфир — тринитрат целлюлозы:

χ0-no2' c6h7o2-o no2
o-no2j"
χ0h
c6h7o2-oh
он.
+ зй hono2 + зй h2o

Это взрывчатое вещество, применяемое для изготовления по — рохов.

При обычной температуре целлюлоза взаимодействует лишь с концентрированными кислотами.

Подобно крахмалу, целлюлоза при нагревании с разбавленны­ми кислотами подвергается гидролизу с образованием глюкозы:

(CeHjoOs),, + л H2O -** л C6Hi2O6

Гидролиз целлюлозы, иначе называемый осахариванием, — очень важное свойство целлюлозы, он позволяет получить из древесных опилок и стружек глюкозу, а сбраживанием последней — этило­вый спирт. Этиловый спирт, полученный из древесины, называ­ется Гидролизным.

На гидролизных заводах из 1 т древесины получают до 200 л этилового спирта, что позволяет заменить 1,5 т картофеля или 0,7 т зерна.

Сырая глюкоза, полученная из древесины, может служить кор­мом для скота.

Эго только отдельные примеры применения целлюлозы. Цел­люлоза в виде хлопка, льна и пеньки идет на изготовление тка­ней — хлопчатобумажных и льняных. Большие количества ее расходуются на производство бумаги. Дешевые сорта бумаги из­готовляют из древесины хвойных пород, лучшие сорта — из льня­ного и хлопчатобумажного тряпья. Подвергая целлюлозу хими­ческой переработке, получают несколько видов искусственного шелка, пластмассы, кинопленку, бездымный порох, лаки и мно­гое другое.

§17.19. Непредельные, двухосновные
и гетерофункциональные кислоты

Непредельные карбоновые кислоты. В молекулах Непредельных карбоновых кислот карбоксильная группа соединена с непредель­ным углеводородным радикалом. Простейшей непредельной кис­лотой является CH2=CH—COOH. Ее название по международ­ной номенклатуре — проленовая кислота, тривиальное — Акрило­вая кислота.

Важное практическое значение имеет также другая непредель­ная кислота — Метакриловая (или метилпропеновая по междуна­родной номенклатуре):

ch,cooh,ch3

Из высших непредельных кислот следует отметить Олеиновую кислоту, остаток которой входит в состав некоторых жиров (глав­ным образом, растительных). Молекула олеиновой кислоты име­ет неразветдленное строение:

Ci7H33COOH или CH3-(CH2)7-CH-CH-(CH3)7-COOH

Непредельные кислоты проявляют свойства, характерные для предельных карбоновых кислот (взаимодействуют со щелочами, образуют сложные эфиры и т. д.) и Непредельных углеводородов (участвуют в реакциях присоединения и окисления). Особеннос­тью реакций присоединения к непредельным кислотам является нарушение правила Марковникова, что связано с влиянием на двойную связь карбоксильной группы. Например, присоединение бромоводорода к акриловой кислоте будет протекать против пра­вила Марковникова:

CH2=CH-COOH + HBr → CH2Br-CH2-COOH

Непредельные кислоты легко полимеризуются. Акриловая и метакриловая кислоты и их производные являются исходным сырьем для получения многих важных полимерных материалов. При полимеризации метилового эфира метакриловой кислоты об­разуется Полиметилметакрилатг

cx)och3>
i
-ch2-c-
ch2=c—cooch3

CH3

Листовой полиметилметакрилат прозрачен, его называют Органи­ческим стеклом.

К непредельным относятся и ароматические карбоновые кис­лоты, простейшей из которых является бензойная кислота:

Двухосновные карбоновые кислоты. Молекулы Двухосновных карбоновых кислот содержат две карбоксильные группы. Простей­шая двухосновная кислота — Щавелевая — представляет собой со­единение двух карбоксильных групп: HOOC—COOH (название по международной номенклатуре этандиовая кислота).

Щавелевая кислота — — бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Натриевую соль щавелевой кислоты получают, нагревая формиат натрия:

2 HCOONa -> NaOOC-COONa + H3

Как двухосновная, щавелевая кислота образует два вида солей: кислые и средние. Соли щавелевой кислоты называются Оксала­тами, Со многими катионами металлов оксалат-ионы образуют прочные комплексные соединения.

Одним из гомологов щавелевой кислоты является Адипино­вая кислота HOOC—(CH3N—COOH. Адипиновая кислота вступает в реакцию поликонденсации с гсксаметилендиамином H3N-(CH3)6-NH2:

NIOOC-(CH3)4-COOH + /!H3N-(CH3)6-NH3 ∙→

→ [-CO-(CH3)4-CO-NH-(CH2)6-NH-Jfl + 2яН3О полиамид-6,6

Из полиамида-6,6 изготовляют синтетическое волокно — Анид, Или Найлон.

К двухосновным относятся ароматические кислоты, которые имеют состав C6H4(COOH)2. Этой формуле соответствуют три изо­мера:

COOH

COOH

COOH

I

J∖.COOH

У

COOH

Ф

Фталевая кислота

Изофталевая кислота

COOH

Терефталевая кислота

Из терефталевой кислоты получают различные полимеры, в част­ности Нолиэтилентерефталат — сополимер терефталевой кисло­ты с этиленом. Из полиэтилентерефталата получают синтетичес­кое волокно — Лавсан.

ГсгерофуНкцканальные карбоновые кислоты. Молекулы Гетеро — функциональных карбоновых кислот помимо карбоксильных групп (одной или нескольких) содержат другие функциональные груп­пы, например гидроксо-группы (оксикарбоновые кислоты) или карбонильные группы (оксокарбоновые кислоты).

Простейшей оксикарбоновой кислотой является Гликолевая (гидроксиэтановая) Кислота CH2(OH)—COOH. Она представляет собой бесцветное вещество с запахом жженого сахара. Входит в состав некоторых растений.

Молочная (2-гидроксипропановая) Кислота — одноосновная оксикарбоновая кислота: CHj—CH(OH)—COOH. Это белое кри­сталлическое вещество, растворимое в воде. Образуется в процессе молочнокислого брожения углеводов, например глюкозы:

C6H12O6 → 2 Ch3-CH(OH)-COOH

Такой процесс протекает при скисании молока, квашении капус­ты, созревании сыра и т. д. Молочная кислота содержится в мы­шечных тканях животных. Соли молочной кислоты — Лактаты.

Яблочная кислота является двухосновной оксикарбоновой кис­лотой: HOOC—CH2—CH(OH)—COOH. Она входит в состав яб­лок, рябины и других фруктов и ягод. Соли яблочной кислоты (средние и кислые) называются Малатами.

Винная кислота HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH содер­жится в винограде и других Плодах. Соли винной кислоты (сред­Ние и кислые) — Тартраты. Многие соли винной кислоты имеют важное прикладное значение. Например, тартрат натрия-калия NaOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOK ∙ 4H2O называется Сегне — товой солью, которая входит в состав реактива Феллинга, приме­няемого для определения альдегидов и углеводов.

Молекула Лимонной кислоты содержит три карбоксильных группы и одну гидроксо-группу:

HOOC-CH2-С—CH2-COOH

I

COOH

Лимонная кислота представляет собой растворимое в воде бе­лое кристаллическое вещество. Она содержится в цитрусовых и некоторых других растениях. Она может быть получена в реак­ции лимоннокислого брожения глюкозы (при воздействии спе­циальных микроорганизмов):

<j>H

C<⅛θ6+3fθl → HOOC-CH2-С— CH2-COOH+2H2O COOH

Лимонная кислота является трехосновной кислотой. Она мо­жет образовывать средние соли (за счет трех карбоксильных групп) и два вида кислых солей (за счет двух и одной карбоксильных групп). Соли лимонной кислоты называются Цитратами. Со мно­гими катионами металлов лимонная кислота образует прочные комплексные соединения.

Пировиноградная кислота представляет собой одноосновную оксокислоту (простейшая кетонокислота), ее молекула содержит карбонильную и карбоксильную группы:

CH3-C-COOH

Соли пировиноградной кислоты называются Пируватами. Щавелевоуксусная кислота — двухосновная кетонокислота:

Fi

HOOC — CH2-C-COOH

Соли щавелевоуксусной кислоты — Оксалоацетаты.

Многие гетерофункциональные кислоты и их соли играют важную роль в биохимических процессах, протекающих в расте­ниях и животных. Так, многие из них участвуют в так называе­мом «цикле лимонной кислоты», в ходе которого происходит превращение углеводов в оксид углерода (IV) и воду. Этот цикл является поставщиком энергии и ряда важных веществ для орга­низма.

§ 17.20. Решение типовых задач

Задача 1. Этанол объемом 30 мл (плотность 0,79 г/мл) Нагрели С Избытком бромида натрия и серной кислоты. Из реакционной сме­си выделили бромэтан массой 42,3 г. Определите массовую долю вы­хода бромэтана.

Решение, При нагревании смеси этанола с бромидом калия и серной кислотой происходят реакции:

2KBr + H2SO4 τ=s 2HBr + K2SO4 (а)

C2H5OH + HBr T=S C2H5Br + H2O (б)

Бромэтаи

Вычисляем массу и количество вещества этанола, взятого, для реакции:

Т (C2H5OH) =» /(C2H5OH) ■ р (C2H5OH);
Т (C2H5OH) = 30 • 0,79 г — 23,7 г;

It(C3H5OH)= ; W(C2HsOH)= — моль» О,515 м<иь.

Из уравнения реакции (б) следует:

П (C2H5Br) = я (C2H5OH); я (C2H5Br) = 0,515 моль.

Рассчитываем массу бромэтана, который мог бы образоваться при 100%-ном выходе:

Т(C2H5Br)=w(C2H5Br)*M(C2H5Br); ot(C2HsBγ>0,515∙ 109r≈56,1 г

Вычисляем массовую долю выхода бромэтана:

__ ____ mp(C2H5Br) • 100 _ ____ __ 42,3 • 100 _

от (c2h5br)56,1η (C2H5Br) =—» 1I (C2H5Br) =————————————— % ≈ 75,4%

Задача 2. Как, исходя из этана, получить этилацетат? Ffanu шите уравнения соответствующих реакций,

Решение. Бромированием этана вначале получаем бромэтан: C2H6 + Br2 → C2H5Br + HBr

Проводя гидролиз бромэтана в присутствии щелочи, получа­ем этанол:

C2H5Br + H2O → C2H5OH + H Вт

(щелочь необходима для смещения равновесия в сторону спирта),

Из спирта можно получить альдегид двумя путями:

А) дегидрированием спирта

C2H5OH нагревание * ɑɪɜ +∏2

Б) окислением спирта

Cn Xf0

2C2H5OH + O2 нагреваниеy ^CH3 Cs^ +2H2O H

Окисляя альдегид (любым окислителем), можно получить ук­сусную кислоту:

5CH3CHO + 2 К MnO4 + 3H2SO4 →

→ 5CH3COOH + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O

Сложный эфир — этилацетат — получаем из этанола и уксус­ной кислоты по реакции этерификации в присутствии катализа­тора — концентрированной серной кислоты:

H+

C2H5OH + CH3COOH ÷± C2H5OCOCH3 + H2O

Задача 3. Массовая доля крахмала в картофеле составляет 20%. Рассчитайте массу глюкозы, которая может быть получена Из Кар­тофеля массой 405 кг. Выход продукта равен 70%.

Решение. Составляем уравнение реакции гидролиза крахмала, в результате которой образуется глюкоза:

(C6HioO5)jv + xH2O → xC6Hι2O6 крахмал глюкоза

Рассчитываем массу крахмала в картофеле:

w (крахмала) • т (картофеля)
100
т (крахмала) ~

20-405

Т (крахмала) = ——— kf = 81 кг.

Определяем количество вещества крахмала:

п (крахмала) =

л/(крахмала) ’

Т (крахмала)

И (крахмала) = -~- кмоль = —— кмоль. 162.v

Из уравнения реакции гидролиза Крахмала следует Л (крахмала) _ 1 П (глюкозы) Х

Откуда получаем

И (глюкозы) = х * й (крахмала);

Л (глюкозы) = Х ~ кмоль = 0,5 кмоль.

Вычисляем массу глюкозы, которую можно получить при ко­личественном выходе:

Т (глюкозы) = л (глюкозы) ∙ M(глюкозы);

Т (глюкозы) = 0,5-180 кг = 90 кг.

Учитывая массовую долю выхода продукта, рассчитываем мас­су реально полученной глюкозы:

, т (глюкозы) • п (глюкозы)

/Пр (глюкозы) =—————— ~——————- ;

Ч 90’70 КЗ

/Ир (глюкозы) = —TTT — кг = 63 кг.

1UU

Задача 4. Одноосновная карбоновая кислота имеет следующий со­став: углерод (массовая доля 4(3,0%), кислород (53,3%), водород (6,7%). Определите формулу этой кислоты. Рассчитайте объем рас­твора гидроксида натрия (массовая доля NaOH 15%, Плотность 1,16 г/мл), Который потребуется для нейтрализации образца этой кислоты массой 12 г.

Решение. Формулу одноосновной карбоновой кислоты мож­но представить в виде CxHzCOOH или Cx+1Hz+jO2. Выбираем для

Расчетов образец кислоты массой 100 г. Вычисляем массы и ко­личества веществ C, H и О в этом образце:

/я (c) =,т (кислоты) ∙ w(c),и (c) =,100
w(c)
,100 - 40,0 /я (c) = — г = 40 г;,100,40,a ,/г’ч > «(c) = тт- моль ≈ 3,33 моль. jw(c) 12

Аналогично получаем, что я (H) = 6,7 моль, П (О) = 3,33 моль. Коэффициенты в формуле кислоты будут равны:

(x+ l):(ʃ + 1):2 = л(С);л(Н):и(О);

(x+ 1): (у + 1): 2 = 3,33:6,7: 3,33^2:4:2.

Отсюда следует, что х + 1 = 2, Х = 1; У + 1 = 4, У = 3, т. е. формула кислоты CH3COOH. Это уксусная кислота.

Записываем уравнение реакции нейтрализации этой кислоты гидроксидом натрия:

CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O

Из условия задачи следует, что для нейтрализации взят обра зец кислоты массой 12 г, т. е. Т (CHjCOOH) = 12 г.

Определяем количество вещества кислоты:

т (ch3cooh) Λ∕(ch3cooh)
п (ch3cooh) =

12

Я (CH3COOH) = — TT моль = 0,2 моль.
оО

Из уравнения реакции следует

Я (NaOH) = я (CH3COOH); л (NaOH) = 0,2 моль.

Вычисляем массу гидроксида натрия, которая реагирует с кис лотой: Т (NaOH) = л (NaOH) ∙ M(NaOH); Т (NaOH) = 0,2 • 40 г = 8 Г.

Рассчитываем массу и объем раствора NaOH, который потре­буется для нейтрализации кислоты:

m (naoh)- 100
w(naoh)
8-100г ≈ 53,3 г;и=53,3
1,16
мл ≈ 46 мл.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *