Получение бензола и его гомологов.

1. Ароматизация предельных углеводородов (дегидроциклизация):

.

2. Дегидрирование циклоалканов:

.

3. Тримеризация ацетилена:

.

4. Получение гомологов бензола (реакция Фриделя-Крафтса):

.

 

ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ ГРУППАМИ

Функциональная группа - это группа, которая определяет принадлежность органического соединения к классу и его химические свойства. В зависимости от числа и характера функциональных групп можно выделить:

Монофункциональные соединения, которые имеют одну функциональную группу: спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, простые и сложные эфиры, фенолы, амины.

Многофункциональные соединения, которые имеют несколько одинаковых функциональных групп (многоатомные спирты, многоосновные кислоты и др.).

Полифункциональные соединения, содержащие несколько функциональных групп различного типа: аминокислоты, углеводы.

В состав функциональных групп входят атомы азота, кислорода, серы.

АМИНЫ

Амины – это органические производные аммиака, в которых один или несколько атомов водорода замещены на углеводородный радикал:

CH3–NH2	CH3–NH–CH2–CH3
метиламин	метилэтиламин	триметиламин
(первичный амин)	(вторичный амин)	(третичный амин)

В ароматических аминах атом азота соединен с бензольным кольцом:

фениламин	метилфениламин	диметилфениламин	трифениламин
(анилин)	(N-метиланилин)	(N,N-диметиланилин)

Физические свойства. При обычных условиях низшие амины – газы или легко летучие жидкости с характерным аммиачным запахом. Температуры кипения аминов выше, чем температуры кипения неполярных соединений с теми же молярными массами, что связано с существованием межмолекулярных водородных связей. Алифатические амины хорошо растворимы в воде, бензоле и эфире.

Анилин – бесцветная маслянистая жидкость со слабым запахом. В воде малорастворим.

Химические свойства

1. Основные свойства. Атом азота в аммиаке и аминах имеет неподеленную пару электронов, способную присоединять ионы водорода за счет донорно-акцепторного взаимодействия. Амины, как и аммиак, обладают свойствами оснований, их растворы имеют щелочную реакцию:

CH₃–NH₂ + Н₂О ® CH₃–NH₃⁺ ОН^–

метиламин гидроксид метиламмония

CH₃–NH₂ + НСl ® CH₃–NH₃⁺ Cl^–

метиламин хлорид метиламмония (соль)

Предельные амины – более сильные основания, чем аммиак; вторичные амины сильнее первичных. Соли аминов разлагаются при действии сильных неорганических оснований:

CH₃–NH₃Cl + NaOH ® CH₃–NH₂ + NaСl + H₂O.

Ароматические амины (анилин) гораздо слабее аммиака и алифатических аминов. Это связано с тем, что неподеленная пара электронов атома азота частично смещена к ароматическому кольцу за счет сопряжения с p-электронами бензольного кольца и поэтому менее доступна для взаимодействия с протоном:

С₆H₅NH₂ + H₂O ¹; C₆H₅NH₂ + HCl ® C₆H₅NH₃⁺ Cl^–

анилин хлорид фениламмония

2. Горение аминов. Горение аминов не сопровождается выделением оксидов азота, а лишь азота в виде простого вещества:

4CH₃NH₂ + 9O₂ ® 4CO₂ + 10H₂O + 2N₂ или

C_nH_2n+3N + (1,5n+0,75)O₂ ® nCO₂ + (n+1,5)H₂O + 0,5N₂.

3. Взаимодействие аминогруппы анилина с бензольным кольцом. Аминогруппа – заместитель I рода, облегчающий реакции электрофильного замещения атомов водорода бензольного кольца и ориентирующий их в орто- и пара- положения. Анилин обесцвечивает бромную воду. При этом образуется белый осадок триброманилина – качественная реакция на ароматические амины:

 

Получение аминов

Амины чаще всего получают восстановлением нитросоединений:

(реакция Зинина)

С₆H₅NO₂ + 3Fe + 7HCl ® C₆H₅NH₃⁺ Cl^– + 3FeCl₂ + 2H₂O

C₆H₅NH₃⁺ Cl^– + NaOH ® C₆H₅NH₂ + NaСl + H₂O

или в общем виде R–NO₂ + 6[H] ® R–NH₂ + 2H₂O

Амины в природе

Этаноламин (коламин) HOCH ₂CH₂NH₂ является структурным компонентом сложных липидов. Холин HOCH₂CH₂N⁺(CH₃)₂ – структурный компонент фосфолипидов; витаминоподобное вещество, регулирующее жировой обмен; предшественник в биосинтезе ацетилхолина. Ацетилхолин CH₃COOCH₂CH₂N⁺(CH₃)₂ - посредник при передаче нервных импульсов (нейромедиатор). Накопление ацетилхолина в организме приводит к непрерывной передаче нервных импульсов и сокращению мускульной ткани. На этом основано действие нервнопаралитических ядов (зарин,табун), которые ингибируют действие фермента ацетилхолинэстеразы, катализирующего расщепление ацетилхолина. Катехоламины – дофамин, норадреналин, адреналин – биогенные амины, продукты метаболизма аминокислоты фенилаланина.

СПИРТЫ

Спирты – органические соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом. Функциональная группа – ОН. Число гидроксильных групп определяет атомность спирта.

 

Одноатомные предельные спирты

 

Одноатомные предельные спирты содержат одну гидроксильную группу, соединенную с предельным углеводородным радикалом. Общая формула: R–OH, C_nH_2n+1OH, C_nH_2n+2O. Для спиртов характерны изомерия положения функциональной группы и изомерия углеродного скелета.

Спирты, в которых гидроксильная группа находится в положении 1 (присоединена к первичному атому углерода), называются первичными. Если гидроксильная группа расположена в середина цепи (присоединена к вторичному атому углерода), то спирт называется вторичным. Присоединение гидроксильной группы к третичному атому углерода приводит к образованию третичных спиртов.

метанол (метиловый спирт)	этанол (этиловый спирт)	пропанол-1 (н -пропиловый спирт)
(п е р в и ч н ы е)
пропанол-2 (изопропиловый спирт)	бутанол-1 (н -бутиловый спирт)	метилпропанол-1 изобутиловый спирт)
(вторичный)	(п е р в и ч н ы е)
бутанол-2 (втор -бутиловый спирт)	метилпропанол-2 (трет -бутиловый спирт)
(вторичный)	(третичный)

Физические свойства. Низшие спирты, содержащие менее 12 атомов углерода, – жидкости, температуры кипения которых значительно выше температур кипения соответствующих алканов. Причиной этого является образование водородных связей за счет полярности связи О–Н и наличия собственных (неподеленных) пар электронов атомов кислорода. За счет образования водородных связей спирты с небольшим числом атомов углерода в цепи хорошо растворимы в воде.

Химические свойства. Особенности химических свойств спиртов определяются наличием функциональной группы ОН. Электроотрицательный атом кислорода оттягивает на себя общие электронные пары, приобретая при этом отрицательный заряд, а соседние атомы углерода и водорода получают положительные заряды. Смещение электронных пар приводит к образованию полярных связей, менее прочных и более реакционноспособных.

Основные химические реакции предельных одноатомных спиртов:

Реакции, протекающие с разрывом связи RО–Н

а). Кислотные свойства спиртов:

2С₂H₅OH + 2Na ® H₂­+ 2C₂H₅ONa

этилат натрия (алкоголят);

С₂H₅ONa + Н₂O ® С₂H₅OH + NaOH

(гидролиз алкоголятов);

С₂H₅OH + NaОН ¹ (одноатомные спирты не реагируют со щелочами).

б). Образование сложных эфиров с органическими и неорганическими кислотами:

С₂H₅OH + СН₃СООН Н₂О + СН₃СООС₂Н₅

(этилацетат);

С₂H₅OH + HNO₃ (HO–NO₂) Н₂О + С₂Н₅ОNO₂.

Реакции, протекающие с разрывом связи R–ОН

а). Замещение гидроксильной группы на галоген (проявление слабых основных свойств): С₂H₅OH + HCl ® C₂H₅Cl + H₂O ;

б). Внутримолекулярная дегидратация:

СH₃–СН₂–OH H₂O + СН₂=СН₂

(получение алкенов);

СH₃–СН₂–СН(OH)–СН₃ СH₃–СН=СН–СH₃ + H₂O

(реакция протекает по правилу Зайцева – водород уходит от наименее гидрированного атома углерода).

 

в). Межмолекулярная дегидратация (получение простых эфиров):

^{(диметиловый эфир).}

Простые эфиры образуют самостоятельный класс органических соединений общей формулы C_nH_2n+2O, который изомерен классу предельных одноатомных спиртов (межклассовая изомерия).

Реакции окисления одноатомных спиртов

а). Горение: С_nH_2n+2O + (1,5n +0,5)O₂ ® nCO₂ + (n +1)H₂O.

б). Окисление кислородом воздуха в присутствии катализаторов:

^{(первичный спирт) (альдегид)}

^{(вторичный спирт) (кетон)}

в). Окисление оксидом меди (II):

^{(первичный спирт) (альдегид)}

г). Окисление перманганатом калия или дихроматом калия при комнатной температуре (первичные спирты окисляются до карбоновых кислот; вторичные спирты – до кетонов; третичные спирты в указанных условиях не окисляются):

5СH₃OH+6KMnO₄+9H₂SO₄ ® 5CO₂+6MnSO₄+3K₂SO₄+19H₂O;

5СH₃–СН(OH)–СН₃+2KMnO₄+3H₂SO₄®

5СH₃–СO–СН₃+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O.

 

Одноатомные непредельные спирты

 

Непредельные спирты (алкенолы и алкинолы) — производные непредельных углеводородов, в молекулах которых водородный атом замещен на гидроксильную группу.

Например,

пропенол-1 (аллиловый спирт)	пропинол-1 (пропаргиловый спирт)	3-фенилпропенол-1 (коричный спирт)

Структурная изомерия непредельных спиртов связана со строением углеродной цепи и положением в ней кратной связи и гидроксильной группы.

Непредельные спирты, в которых гидроксильная группа находится непосредственно при углеродном атоме с двойной связью (этиленовые спирты или енолы), неустойчивы и в свободном состоянии не встречаются. В растворах они могут существовать непродолжительное время, изомеризуясь затем в более стабильную форму — альдегиды или кетоны:

виниловый спирт этаналь

 

Непредельные спирты, имея в молекуле кратную связь и гидроксильную группу, проявляют свойства спиртов и непредельных соединений.