Кислородсодержащие органические соединения

Учебниковая опора

• Оспанова М. К., Аухадиева К. С., Белоусова Т. Г. «Химия. 9 класс», часть 2, 9 класс, Мектеп, 2019, с. 151–154
• Оспанова М. К., Аухадиева К. С., Белоусова Т. Г. «Химия. 9 класс», часть 2, 9 класс, Мектеп, 2019, с. 155–160
• Оспанова М. К., Аухадиева К. С., Белоусова Т. Г. «Химия» (ОГН), 11 класс, Мектеп, 2019, с. 136–142
• Оспанова М. К., Аухадиева К. С., Белоусова Т. Г. «Химия» (ОГН), 11 класс, Мектеп, 2019, с. 145–157
• Оспанова М. К., Аухадиева К. С., Белоусова Т. Г. «Химия» (ОГН), 11 класс, Мектеп, 2019, с. 130–134, 150–151

Главное

Класс	Группа	Пример
Спирты	$-OH$	$CH_3OH$, $C_2H_5OH$
Альдегиды	$-CHO$	$HCHO$, $CH_3CHO$
Кетоны	$>C=O$ между двумя радикалами	$CH_3COCH_3$ (ацетон)
Карбоновые кислоты	$-COOH$	$HCOOH$, $CH_3COOH$
Сложные эфиры	$-COO-$	$CH_3COOC_2H_5$
Жиры	эфиры глицерина и высших кислот	триглицериды

Теория

Спирты $R{-}OH$. Одноатомные (метанол, этанол) и многоатомные (этиленгликоль $CH_2OH{-}CH_2OH$, глицерин $CH_2OH{-}CHOH{-}CH_2OH$).

• Метанол: $CO + 2H_2 \xrightarrow{Cu,\ ZnO,\ t,\ p} CH_3OH$; $t_{кип} = 64{,}5$ °C, очень ядовит.
• Этанол: брожение $C_6H_{12}O_6 \xrightarrow{дрожжи} 2C_2H_5OH + 2CO_2$; гидратация этилена $CH_2{=}CH_2 + H_2O \xrightarrow{H_3PO_4} C_2H_5OH$; $t_{кип} = 78{,}3$ °C.
• Горение: $C_2H_5OH + 3O_2 = 2CO_2 + 3H_2O$; дегидратация с конц. $H_2SO_4$ при нагревании → этилен.
• Этиленгликоль ($t_{кип} = 198$ °C) понижает температуру замерзания воды (60 % раствор — −49 °C) — антифриз, сырьё для лавсана. Глицерин ($t_{кип} = 290$ °C) — косметика, мази, нитроглицерин.
• Спирты на индикаторы не действуют.

Альдегиды и кетоны. Связь $C^{\delta+}{=}O^{\delta-}$ полярна → реакции нуклеофильного присоединения. Получение:

• окисление первичных спиртов: $C_2H_5OH + CuO \xrightarrow{t} CH_3CHO + Cu + H_2O$ (вторичные → кетоны);
• формальдегид: $2CH_3OH + O_2 \xrightarrow{Cu/Ag} 2HCHO + 2H_2O$;
• реакция Кучерова: $HC\equiv CH + H_2O \xrightarrow{HgSO_4} CH_3CHO$;
• окисление этилена: $2CH_2{=}CH_2 + O_2 \xrightarrow{PdCl_2,\ CuCl_2} 2CH_3CHO$. Свойства:
• восстановление: $CH_3CHO + H_2 \xrightarrow{Ni} C_2H_5OH$ (альдегид → первичный спирт, кетон → вторичный);
• «серебряное зеркало»: $CH_3CHO + Ag_2O \xrightarrow{NH_3} CH_3COOH + 2Ag\downarrow$;
• с $Cu(OH)_2$: $RCHO + 2Cu(OH)_2 \to RCOOH + Cu_2O\downarrow + 2H_2O$ (красный осадок);
• кетоны этих реакций не дают — так их отличают от альдегидов.

Карбоновые кислоты $R{-}COOH$. Кислота отдаёт $H^+$ легче спирта: заряд карбоксилат-иона распределён между двумя атомами O. Муравьиная — самая сильная из одноосновных карбоновых, содержится в муравьях, крапиве.

• $2CH_3COOH + Mg = (CH_3COO)_2Mg + H_2\uparrow$
• $2CH_3COOH + CaO = (CH_3COO)_2Ca + H_2O$; $CH_3COOH + NaOH = CH_3COONa + H_2O$
• $2CH_3COOH + Na_2CO_3 = 2CH_3COONa + H_2O + CO_2\uparrow$
• хлорирование: $CH_3COOH + Cl_2 \to ClCH_2COOH + HCl$
• $HCOOH$ даёт «серебряное зеркало» (есть альдегидная группа); с конц. $H_2SO_4$: $HCOOH \to CO + H_2O$. Соли: формиаты, ацетаты, пропионаты.

Этерификация — обратимая реакция кислоты и спирта в присутствии конц. $H_2SO_4$ (катализатор и водоотнимающее средство): $CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O.$ Вода образуется из OH кислоты и H спирта. Обратный процесс — гидролиз; в щелочи необратим (омыление): $RCOOR' + NaOH \to RCOONa + R'OH$. Сложные эфиры дают аромат фруктов и цветов; применяются как растворители и ароматизаторы. Название: этилацетат — этиловый эфир уксусной кислоты.

Жиры — сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот (триглицериды); строение установили Э. Шеврёль (гидролиз) и М. Бертло (синтез).

Кислота	Формула	Тип
стеариновая	$C_{17}H_{35}COOH$	предельная
пальмитиновая	$C_{15}H_{31}COOH$	предельная
олеиновая	$C_{17}H_{33}COOH$	непредельная
Непредельные кислоты → жидкие масла (растительные), предельные → твёрдые (животные); исключения: рыбий жир жидкий, пальмовое (кокосовое) масло твёрдое. Жиры нерастворимы в воде, плавятся в интервале температур; 1 г жира даёт около 39 кДж.

Фенол $C_6H_5OH$ — $OH$ связан прямо с бензольным кольцом. Кольцо делает водород $OH$ более подвижным, поэтому фенол, в отличие от спиртов, проявляет свойства слабой кислоты и реагирует со щелочами; с натрием: $2C_6H_5OH + 2Na \to 2C_6H_5ONa + H_2$. Группа $OH$ активирует положения 2, 4, 6 кольца. Бесцветные кристаллы, $t_{пл} = 40{,}9\,°C$, ядовит, вызывает ожоги. Основной промышленный способ — кумольный (из бензола и пропилена, побочно ацетон).

Простые эфиры $R{-}O{-}R'$ изомерны одноатомным спиртам. Симметричные получают межмолекулярной дегидратацией спирта: $2C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4,\,140°C} C_2H_5OC_2H_5 + H_2O$. Кипят ниже изомерных спиртов (нет водородных связей), малоактивны, хорошие растворители; диэтиловый эфир применяют для наркоза.

Примеры

1. Как отличить ацетальдегид от ацетона? Реакцией «серебряного зеркала» или с $Cu(OH)_2$ — даёт только альдегид.
2. Эфир имеет $D_{H_2} = 30$. Какой это эфир? $M = 60$ — метилформиат $HCOOCH_3$.
3. 4,8 г $CH_3OH$ и 7,2 г $CH_3COOH$ дали 7,4 г метилацетата. Выход? Кислота в недостатке (0,12 моль); $m_{теор} = 0{,}12 \cdot 74 = 8{,}88$ г; $\eta = 83{,}3\ \%$.
4. Сколько литров $H_2$ выделит 3 моль Na с уксусной кислотой? 1,5 моль, 33,6 л.

Типичные ошибки на ЕНТ

• Считают, что кетоны дают реакцию «серебряного зеркала».
• Забывают, что муравьиная кислота восстанавливает $Ag_2O$.
• Думают, что этерификация необратима.
• Путают продукты окисления первичного (альдегид) и вторичного (кетон) спирта.
• Связывают жидкое состояние масел с предельными кислотами — наоборот.

Самопроверка

1. Какой спирт используют как антифриз? — Этиленгликоль.
2. Продукт восстановления ацетона? — Пропанол-2 (изопропиловый спирт).
3. Цвет осадка в реакции альдегида с $Cu(OH)_2$ при нагревании? — Красный ($Cu_2O$).
4. Как называется щелочной гидролиз сложных эфиров? — Омыление.
5. Формула олеиновой кислоты? — $C_{17}H_{33}COOH$.