Элементоорганические соединения

Металлоорганические соединения всё шире применяются в промышленности. Очень многие металлы могут занимать место углерода в органических молекулах или связывать эти молекулы в более сложные соединения, например тетраэтилсвинец (С₂Н₅)₄Рb, который улучшает антидетонационные свойства бензина.

Большое будущее принадлежит силикону – каучуку из кремнезёма.

Вместо этильных групп могут быть и другие радикалы, что придаёт синтезируемым продуктам специфические свойства.

Силикон сохраняет эластичность от –60 до 200°С, устойчив к действию органических растворителей, масел, озону, ультрафиолетовому свету. Он может быть получен и в виде масел, вязкость которых очень мало зависит от температуры.

Элементоорганические соединения чаще всего в своём составе содержат фосфор и являются сильными отравляющими веществами.

хлорофос V-газы

Но есть и фосфорорганические соединения, применяемые как лекарственные препараты.

СПИРТЫ

Спирты – это производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильную группу –ОН. По числу гидроксильных групп в молекуле спирты делятся на одноатомные, двухатомные и т. д.

Различают первичные, вторичные, третичные одноатомные спирты (изомерия положения гидроксильных групп). Для спиртов существует и структурная изомерия.

2-бутанол; вторичный бутиловый спирт

2-метил-2-пропанол; третичный бутиловый спирт

По международной (систематической) номенклатуре в названии спирты имеют окончание «ол» – метанол, этанол, однако низшим спиртам дают и тривиальные названия (винный спирт).

Представителями многоатомных спиртов являются этиленгликоль, глицерин.

этиленгликоль глицерин

1,2-этандиол 1,2,3-пропантриол

Спирты могут быть предельными (СН₃–СН₂ОН, этиловый спирт) и непредельными (СН₂=СН–СН₂–ОН, аллиловый спирт). Ароматические спирты в своем составе имеют бензольное кольцо и боковую цепь.

бензиловый спирт

Получают спирты гидролизом галогенопроизводных, присоединением воды к алкенам, восстановлением альдегидов и кетонов, спиртовым брожением глюкозы, полученной гидролизом крахмала и целлюлозы или синтезом из смеси газов СО + Н₂.

Физические свойства. Первые представители гомологического ряда спиртов – жидкости, высшие спирты – твёрдые вещества. Метанол, этанол и пропанол смешиваются с водой в любых соотношениях. С ростом молекулярной массы растворимость спиртов в воде резко падает.

Многоатомные спирты – этиленгликоль и глицерин – хорошо растворимые в воде жидкости.

Химические свойства.

1. Взаимодействие спиртов со щелочными металлами (образование алкоголятов).

2СН₃–СН₂–ОН + 2Na2СН₃–СН₂–ONa+H₂↑

этилат натрия

2. Образование простых эфиров (межмолекулярная дегидратация спиртов).

2СН₃–СН₂–ОНС₂H₅–O–C₂Н₅+ Н₂О

этанол диэтиловый эфир

3. Образование сложных эфиров (реакция этерификации).

этанол уксусная кислота уксусно-этиловый эфир

(этилацетат)

4. Окисление спиртов:

а) Мягкое окисление.

Первичные спирты окисляются в альдегиды, а вторичные – в кетоны.

этанол уксусный альдегид

2-пропанол ацетон

б) Жесткое окисление.

горение

СН₃–СН₂–ОН + 3О₂2СО₂+ ЗН₂О

этанол

5. Внутримолекулярная дегидратация спиртов (образование ал-кенов).

этилен

Многоатомные спирты со щелочными металлами образуют полные и неполные гликоляты, с минеральными и органическими кислотами – полные и неполные эфиры.

Процесс окисления гликолей идет ступенчато:

глиоксаль

этиленгликоль щавелевая кислота

Глицерин – представитель трёхатомных спиртов, получают его из жиров или синтетически из пропилена или ацетилена.

Химические свойства глицерина близки к свойствам гликолей. Взаимодействие глицерина с неорганическими и органическими кислотами:

нитроглицерин

триацетат глицерина

Глицерин подвергается дегидратации с образованием акролеина.

акролеин

Качественной реакцией на многоатомные спирты, с помощью |которой их отличают от одноатомных, является реакция с Cu(ОН)₂:

глицерат меди

Глицерат меди хорошо растворяется в воде и имеет ярко-синий цвет.

Многоатомные (сахарные) спирты, ксилит, сорбит, маннит, получают восстановлением ксилозы, глюкозы, маннозы.

Ксилит образуется при восстановлении ксилозы, которую получают из отрубей, шелухи подсолнечника:

D-ксилозаD-ксилит

Сорбит получают восстановлением глюкозы:

D-глюкозаD-сорбит

Сорбит является исходным веществом для получения аскорбиновой кислоты.

ФЕНОЛЫ

Фенолами называются производные ароматических углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода бензольного ядра замещены гидроксильными группами.

В зависимости от числа гидроксильных групп фенолы делятся на:

а) одноатомные

фенол

б) двухатомные

пирокатехин резорцин гидрохинон

в) трёхатомные

пирогаллол

Физические свойства. Все фенолы – твёрдые вещества. Одноатомные фенолы имеют сильный специфический запах, очень ядовиты, при попадании на кожу вызывают сильные химические ожоги.

Фенолы растворимы в спирте, эфире, бензоле, плохо растворимы в воде. Растворимость фенолов зависит от температуры, от числа гидроксильных групп в молекуле фенола и их расположения.

Химические свойства фенолов определяются наличием в молекуле как гидроксильной группы, так и бензольного кольца.

1. Кислотные свойства – фенолы реагируют с водными раство­рами щелочей с образованием фенолятов, которые хорошо раство­ряются в воде:

С₆Н₅ОН +NaOHC₆H₅ONa+ Н₂О.

фенолят натрия

2. Образование простых эфиров:

С₆Н₅ОН + Вr–СН₃С₆Н₅–О–СН₃+ КBr.

метилфениловый эфир

3. Образование сложных эфиров (ацилирование):

хлорангидрид фениловый эфир

уксусной кислоты уксусной кислоты

4. Цветная реакция фенолов с FeCl₃(качественная реакция) даёт интенсивное сине-фиолетовое или бурое окрашивание.

5. Реакции электрофильного замещения: гидроксильная группа, являясь ориентантом первого рода, направляет новый заместитель (электрофильную частицу) в орто-, параположение:

а) Реакция бромирования:

2,4,6-трибромфенол

б) Реакция нитрования:

о-нитрофенол

п-нитрофенол

Фенолы легко окисляются даже кислородом воздуха, при этом изменяют свой цвет. Фенолы обладают антисептическими свойствами, например, карболовая кислота; эти свойства определяются способностью фенолов денатурировать белки. Гомологи фенола – крезолы – обладают более сильным бактерицидным действием, чем сам фенол.

Фенол (карболовая кислота) используется в медицине в не­больших количествах, большое же количество фенола идёт на из­готовление красителей, пикриновой кислоты, салициловых препа­ратов и других лекарственных веществ, инсектицидов, а также для производства синтетических смол – фенолоформальдегидных смол (бакелитов).

Пикриновая кислота (тринитрофенол) применяется как взрыв­чатое и как красящее вещество (жёлтый цвет). Производное соединение – хлорпикрин применяют для борьбы с некоторыми видами насекомых.

Фенолоформальдегидные смолы, применяемые с наполнителя­ми, называются фенопластами: карболит (смола + древесная мука), текстолит (смола + хлопчатобумажная ткань), гетинакс (смола + бумага), стеклотекстолит (смола + стекловолокно) и т.д.

Применяют смолы и для изготовления ионитов, которые используются для умягчения воды, для выделения из смесей различных органических веществ, например витаминов, и как лекарственные препараты.

Получение фенолоформальдегидных смол основано на реакции поликонденсации фенола и формальдегида.

Многие алкилфенолы благодаря лёгкой окисляемости приме­няются в качестве антиоксидантов (ингибиторов). Прекрасным консервантом являются эфиры п-оксибензойной кислоты.

Гидрохинон легко окисляется и поэтому используется в фото­графии. Пирокатехин содержится в дубильных веществах, а его производным является гормон адреналин (сужает кровеносные сосуды). Пирогаллол очень легко окисляется и поэтому используется при анализе газов, при синтезе красителей.

Нафтолы – вещества, аналогичные фенолам, обладают дезин­фицирующими свойствами и применяются для производства красителей.

нафталин α-нафтол

Хинонами называются шестичленные циклические дикетоны с двумя двойными связями, например:

(парабензохинон)

Витамин К является производным нафтохинона, содержится в зелёных травах, листьях, овощах; представляет собой жёлтое масло, нерастворимое в воде; препятствует кровоизлиянию сосудов.

Ароматические спирты – соединения, у которых гидроксильная группа связана с бензольным кольцом через атомы углерода:

бензиловый спирт

2-фенилэтиловый спирт

Некоторые из ароматических спиртов входят в состав розового и других цветочных масел и используются в парфюмерии. Их химические свойства аналогичны алифатическим спиртам, но они способны проявлять и свойства ароматических соединений.