Тема 9 (частина 2). Класифікація, номенклатура та властивості органічних сполук.

Стирол. З ароматичних вуглеводнів важливе промисло­ве значення має стирол (вінілбензол). Молекула стиролу містить вініл (радикал етилену), який заміщує атом Гідрогену в бензольному ядрі:  

Стирол – рідина з приємним запахом. Температура кипіння 145°С. У воді розчиняється дуже мало.  

Стирол добувають дегідруванням етилбензолу з участю платинових або нікелевих каталізаторів:  

Завдяки наявності подвійного зв'язку в бічному ланцюгу стирол дуже легко полімеризується з утворенням полістиролу:

Полістирол – біла тверда речовина. З нього виготовляють електроізоляційні матеріали, різні побутові пластмасові вироби, використовують як декоративний матеріал при обладнанні приладів, машин.

Здійснюючи полімеризацію стиролу в умовах спінення реакційної маси, добувають пінополістирол, або пінопласт. Цей полімер – злегка пориста речовина, є хорошим тепло- і звукоізолятором. Недоліком полістиролу є його мала механічна міцність. Продукт співполімеризації стиролу і бутадієну – удароміцний полістирол. Цей полімер є важливим конструкційним матеріалом, служить замінником металів і деревини.

ПРИРОДНИЙ ГАЗ І НАФТА

ГОРЮЧІ ГАЗИ

Важливими природними джерелами вуглеводнів є газоподібні речовини – горючі природні гази, попутні гази, гази переробки нафти і кам'яного вугілля.

Склад. Природ­ний газ – це суміш різних алканів, головним компонен­том є метан, об'ємна частка якого може досягати 98 %. Крім метану в природному газі можуть міститися етан, пропан, бутан, пентан. Обов'язковими компонентами природного газу є азот, Карбон (IV) оксид, водяна пара, інертні гази.

Попутні, або нафтові, гази розчинені в нафті. Рід час її добування ці гази відділяються. Переважним компонентом цих газів також є метан, проте в них містить­ся набагато більше, ніж у природних газах, етану, пропану, бутану. Раніше попутні гази спалювали під час їх виділен­ня. У наш час розроблені методи уловлювання цих газів, які використовують як паливо і сировину хімічної промис­ловості.

Під час переробки нафти виділяються гази нафто­переробки. Це суміш вуглеводнів, переважно пропа­ну, бутану і етану. Метан також міститься в газах нафто­переробки, проте в невеликих кількостях.

Під час переробки кам'яного вугілля на кокс виділяється коксовий газ, що містить водень, оксиди Карбону, метан, етилен та інші ненасичені і ароматичні вуглеводні.

У наш час у зв'язку із зменшенням природних запасів газів і нафти все ширше використовуються продукти газифікації кам'яного вугілля. При здійсненні цього процесу кам'яне вугілля взаємодіє при високих температу­рах з різними окислювачами: повітрям, водяною парою, Карбон (IV) оксидом. В результаті утворюються різні газоподібні суміші, які крім неорганічних компонентів містять метан та інші вуглеводні.

Застосування. Горючі гази – високоефективне паливо. В деяких країнах до 30 % усієї одержуваної енергії вироб­ляється за рахунок спалювання природного та інших горючих газів. Важливою особливістю газоподібного пали­ва порівняно з рідким і твердим є менше забруднення навколишнього середовища продуктами горіння.

З газів нафтопереробки і попутних газів виділяють рідкі вуглеводні (пентан, гексан тощо), які утворюють газо­вий бензин, що використовується як рідке паливо. Горючі гази є також цінною сировиною хімічної про­мисловості. Природні і попутні гази, які використовуються в хімічному синтезі, як правило, розділяють на окремі компоненти, кожен з яких переробляють окремо.

При нагріванні природного газу з киснем (окислюваль­ний піроліз) можна добути два продукти: ацетилен і син­тез-газ.

Етан і пропан, які виділяються з природних і попутних газів і газів нафтопереробки, використовуються для добування етилену, пропілену і продуктів їх полімеризації.

З коксового газу виділяють ароматичні вуглеводні та етилен, який застосовують у виробництві поліетилену.

НАФТА

Властивості і склад. Нафта – оліїста рідина, колір якої залежно від родовища цієї природної копалини змінюється від світло-коричневого до темно-коричневого. Густина нафти звичайно становить 0,80–0,95 г/см3. У воді нафта практично не розчиняється.

До складу будь-якої нафти входять алкани (парафіни) циклоалкани (нафтени) і ароматичні вуглеводні. Співвід­ношення цих сполук різне в нафтах різних родовищ Крім того, нафта містить різноманітні домішки, масова частка яких може досягати 4–5 %.

Дистиляція, або пряма перегонка нафти. Дистиляція або перегонка, – метод первинної переробки нафти До проведення перегонки від нафти відділяють гази – пропан і бутан.

Перегонку нафти здійснюють у ректифікаційній уста­новці. В результаті перегонки нафти виділяються такі основні нафтопродукти: а) бензинова фракція, що містить легкий бензин і лігроїн; б) гасова фракція, що містить гас і газойль; в) мазут, який піддається додатковій перегонці. При дистиляції мазуту утворюються солярові масла, мастила і залишок – гудрон. Основні фракції нафти і деякі їх властивості наведено в табл.2.

Таблиця 2. Фракції дистиляції нафти

У найбільших кількостях народному господарству потрібні більш легкі нафтопродукти. Для їх добування різні фракції перегонки нафти піддають додатковій пере­робці.

ПЕРЕРОБКА НАФТОПРОДУКТІВ

Найціннішими нафтопродуктами є легкі (бензинові) фракції нафти.. Для підвищення виходу бензинових фрак­цій і поліпшення їх якості більш тяжкі нафтопродукти піддають додатковій переробці. Найважливіші способи переробки нафтопродуктів – крекінг, піроліз, риформінг.

Крекінг. Крекінг – це розкладання вуглеводнів нафти на більш легкі. Під час крекінгу відбуваються, наприклад, такі процеси:

Як видно, під час крекінгу поряд з алканами утворю­ються алкени.

Застосовують термічний і каталітичний крекінг. Термічний крекінг здійснюють при високій температурі, звичайно 450–600°С, і підвищеному тиску
(2–7 МПа). Процес термічного крекінгу розробив російський інженер В.Г.Шухов у 1891 р. Термічним крекінгом добувають автомобільний бензин, технічний вуглець, газоподібні вуглеводні.

Каталітичний крекінг проводять при більш низькому тиску при наявності каталізаторів. Звичайно як каталіза­тор використовують суміш алюміній оксиду, силіцій (IV) оксиду, ферум (III) оксиду, кальцій оксиду. Темпера­тура під час каталітичного крекінгу становить 450–525°С.

В результаті каталітичного крекінгу утворюються цінні продукти: вуглеводневий горючий газ (основні компоненти – пропан і бутан), бензин, газойль.

НАЙВАЖЛИВІШІ НАФТОПРОДУКТИ

Паливні нафтопродукти. Найважливішим паливним нафтопродуктом є бензин. Паливний бензин – це суміш насичених, ненасиченнгх, ароматичних вуглеводнів. Число атомів Карбону у вуглеводнях паливного бензину становить від 4 до 12. Бензин добувають, змішуючи окремі фракції первинної переробки нафти (бензинова, лігроїнова) з продуктами крекінгу і риформінгу. Викорис-товується як паливо для двигунів внутрішнього згоріяния в автомобілях і літаках.

Важливою характеристикою бензину є октанове число, яке характеризує стійкість проти детонації (вибуху) палива під час займання від іскри. Октанове число ізооктану прийняте за 100, н-гептану – за 0. Звичай­но октанове число автобензинів дорівнює 66–98, авіабен­зинів – 91–100.

Дизельне паливо – це суміш гасу, газойлю з добавкою продуктів каталітичного крекінгу. Це паливо використовується в дизельних двигунах.

Котельне паливо, що використовується як па­ливо промислових печей і котельних установок, – це суміш мазуту, залишку при крекінгу, кам'яновугільних смол та інших речовин.

Зріджені гази – пропан і бутан, які виділяють при переробці нафти, використовують як паливо в побуті.

ГАЛОГЕНОПОХІДНІ ВУГЛЕВОДНІВ

Галогенопохідні вуглеводнів – це продукти заміщення одного або кількох атомів Гідрогену в молекулах вуглеводнів на атоми флуору, хлору, брому або йоду. Галогенопохідні можна добути для вуглеводнів різних типів: насичених, ненасичених, ароматичних.

НОМЕНКЛАТУРА ТА ІЗОМЕРІЯ ГАЛОГЕНОПОХІДНИХ

Номенклатура. За замісниковою номенклатурою ІUРАК, назви галогенопохідних складають так, як і назви відповідних вуглеводнів, але при цьому поряд із замісниками, що утворюють бічні ланцюги, зазначають також галогени (фтор-, хлор-, бром-, йод-), їх положення і число атомів у молекулі. Всі вуглеводневі радикали ї галогени записують на початку назви в алфавітному порядку. Приклади:

Для багатьох галогенопохідних використовуються три­віальні назви, наприклад ССl4 – чотирихлористий вуглець.

ВЛАСТИВОСТІ, ДОБУВАННЯ І ЗАСТОСУВАННЯ

ГАЛОГЕНПОХІДНИХ АЛКАНІВ

Властивості. Характерні реакції галогенопохідних алканів:

1. Гідроліз. Гідроліз галогенопохідних алканів відбувається за механізмом нуклеофільного заміщення. Ця реакція звичайно відбувається при наявності лугу, наприклад:

СН3–СН2І + Н2О (КОН) ® СН3–СН2ОН + НІ.

 Етиловий спирт

2. Взаємодія з натрієм і магнієм. Гало­генопохідні алканів реагують з металічним натрієм (реак­ція Вюрца), наприклад:

2СН3Сl +2Nа ® СН3–СН3 + 2NаСl.

Галогенопохідні алканів реагують також з магнієм, утворюючи магнійорганічні сполуки, які широко викори­стовуються в органічному синтезі, наприклад:

С2Н5Вr +Мg ® С2Н5МgВr.

3. Дегідрогалогенування. Дією на гало­генопохідні алканів спиртовим розчином лугу можна добу­ти ненасичені сполуки в результаті відщеплення молекул галогеноводню, наприклад:

СН3–СН2Сl + КОН ® СН2=СН2 + КСl + Н2О.

4. Алкілування. Галогеналкани використовують для введення алкільних замісників (вуглеводневих радика­лів) у різні органічні сполуки. Наприклад, процес алкілування толуолу відбувається відповідно до такої схеми:  

Добування. Галогенопохідні можна добути прямим галогенуванням алканів. Реакцію хлорування метану на світлі вже було розглянуто. Цей процес приводить до утворення чотирьох галогенопохідних метану:

Зручним способом добування галогенопохідних алканів є приєднання галогенів і галогеноводнів до ненасичених сполук.

Галогенопохідні можна також добути, використовуючи спирти. Цей спосіб розглянуто далі при викладенні властиво­стей спиртів.

Застосування. Багато галогенопохідних алканів вико­ристовуються в промисловому органічному синтезі як алкілуючі агенти. Рідкі галогенопохідні алканів є хорошими розчинниками. Найважливіші з них дихлорметан СН2Сl2. хлороформ СНСl3, тетрахлорид вуглецю ССl4, 1,2-дихлоретан СН2Сl–СН2Сl.

ФТОРПОХIДНІ ВУГЛЕВОДНІВ І ПОЛІМЕРИ НА ЇХ ОСНОВІ

Фторовмісні органічні сполуки знаходять широке застосування, тому їх виробництво постійно зростає.

З фторпохідних вуглеводнів велике практичне значення мають фреони; це фторпохідні метану і етану. Ряд фреонів добувають з тетрахлорметану:  

Фреони використовують як холодоагенти в холодиль­никах.

Фторпохідні ненасичених сполук застосовують для добування різноманітних полімерів.

Тетрафторетилен F2С==СF2 добувають під час нагрі­вання дифторхлорметану:

2СНСlF2 ® СF2=СF2 + 2НСl.

Під час полімеризації тетрафторетилену утворюється політетрафторетилен, технічні назви якого тефлон, або фторопласт-4:

nСF2=СF2 ® (–СF2–СF2–)n

Політетрафторетилен має виключно високу хімічну стійкість. З тефлону виготовляють труби, підшипники, різні деталі хімічної апаратури.

СПИРТИ. ФЕНОЛИ. ПРОСТІ ЕФІРИ (ЕТЕРИ)

Спирти і феноли – органічні речовини, молекули яких містять гідроксильні групи –ОН, сполучені з вуглевод­невими радикалами. Загальна назва спиртів і фенолів – гідроксильні сполуки.

Відмінність спиртів і фенолів полягає в тому, що у фено­лах гідроксильні групи сполучені безпосередньо з бензоль­ним ядром. Приклади спиртів і фенолів:

Залежно від числа гідроксильних груп, що містяться в молекулі, розрізняють одноатомні, двохатомні, трьох­атомні спирти і феноли.

Спирти поділяють також на первинні, в яких гідро­ксильна група сполучена з первинним карбоновим атомом, вторинні – група –ОН приєднана до вторинного атома Карбону і третинні – група –ОН знаходиться біля третинного Карбону.

До простих ефірів належать сполуки, в яких атом Оксигену сполучений з двома вуглецевими радикалами, наприклад СН3–О–С2Н5.

НОМЕНКЛАТУРА ТА ІЗОМЕРІЯ ГІДРОКСИЛЬНИХ СПОЛУК

Номенклатура. За міжнародною номенклатурою назви спиртів утворюють від назв відповідних алканів з додаван­ням закінчення -ол. Після закінчення зазначають номер атома Карбону, біля якого знаходиться гідроксильна група.

Приклади:

Ізомерія. Ізомерія спиртів пов'язана як з розгалужен­ням вуглецевого ланцюга, так і з різним положенням гідроксильної групи.

НАСИЧЕНІ ОДНОАТОМНІ СПИРТИ

До насичених одноатомних спиртів нале­жать аліфатичні спирти, молекули яких містять одну гідроксильну групу, сполучену з алкільним радикалом.

Гомологічний ряд. Члени гомологічного ряду наси­чених одноатомних спиртів мають загальну формулу СnН2n+1ОН, де n = 1, 2, 3, 4 .... Першими членами цього ряду є СН3ОН – метанол, С2Н5ОН – етанол, С3Н7ОН – пропанол, С4Н9ОН – бутанол.

Властивості. За звичайних умов насичені одноатомні спирти з нормальною будовою ланцюга, що містять від 1 до 11 атомів Карбону, – це безбарвні рідини. Зі збіль­шенням молекулярної маси спиртів їх розчинність у воді зменшується: метанол, етанол і пропанол змішуються з водою в будь-яких співвідношеннях, бутанол та інші рідкі за звичайних умов спирти розчиняються у воді мало, а вищі спирти практично не розчиняються у воді.

Хімічні властивості спиртів обумовлені переважно на­явністю гідроксильної групи в молекулі.

1. Взаємодія з лужними металами. Під дією лужних металів на спирти утворюються алкого­ляти:

2С2Н5–ОН +2Nа ® 2С2Н5–ОNа + Н2.

Етилат натрію

2. Взаємодія з галогеноводнями та ін­шими галогеновмісними речовинами. Під дією галогеноводнів або хлоридів фосфору РСl5, РСl3 на насичені одноатомні спирти відбувається замі­щення групи ОН у спиртах на галоген, наприклад:

С2Н5ОН + НВr ® С2Н5Вr + Н2О.

Н2SО4  

3. Дегідратація. При наявності фосфорної або концентрованої сірчаної кислоти при нагріванні від спиртів відщеплюється вода і утворюються ненасичені вуглеводні, наприклад:

СН3–СН(ОН)–СН3 ––® СН3–СН=СН2 + Н2О

4. Взаємодія з кисневмісними кисло­тами. Спирти реагують з кислотами, утворюючи складні ефіри, які розглянуто далі. Наприклад, під час взаємо­дії метанолу з азотною кислотою утворюється складний ефір азотної кислоти – метилнітрат:

СН3ОН + НNО3 ® СН3–О–NО2 + Н2О.

Складні ефіри (естери) утворюються також при взаємодії спиртів з органічними кислотами.

5. Окислення. Під час спалювання спиртів (окислення киснем повітря) утворюються Карбон (IV) оксид і вода:

2СН3ОН + 3О2 ® 2СО2 + 4Н2О.  

6. Дегідрування. Під час каталітичного дегідру­вання первинних спиртів утворюються альдегіди, вторин­них спиртів – кетони:

Каталізатором дегідрування спиртів звичайно є мідь (температура 300°С).

Добування. Насичені спирти можна добути гідролізом галогенопохідних відповідних алканів водним розчином лугу, наприклад:  

Спирти утворюються також при гідратації алкенів:  

Спирти можна добути відновленням інших кисневміс­них сполук – альдегідів і кетонів.

Метанол. Метанл, або метиловий спирт, СН3ОН – безбарвна рідина з характерним запахом спиртів. Дуже отруйний.

Найважливіший промисловий метод добування мета­нолу грунтується на використанні синтез-газу (суміш СО з Н2), який добувають конверсією метану з водяною парою. Для добування метанолу синтез-газ пропускають над каталізатором (сумішшю оксидів Купруму, Цинку і Алюмінію) при температурі
200–300°С і тиску 6–8 МПа:

СО + 2Н2 ® СН3ОН.

Старий метод промислового добування метанолу поля­гає в сухій перегонці деревини, внаслідок чого спирт дістав назву деревного.

Метанол застосовують як розчинник у лакофарбовій промисловості, як компонент пального для автомобілів (добавка метанолу до бензину підвищує октанове число пального).

Етанол. Етанол, або етиловий спирт, С2Н5ОН – без­барвна рідина з характерним запахом. Тривіальна назва етанолу – винний спирт.

Основним промисловим методом добування етанолу є каталітична гідратація етилену. Реакція відбувається над каталізатором на основі фосфорної кислоти при температурі 260–300°С і тиску 7–8 МПа:

Н3РО4  

С2Н4 + Н2О –––® С2Н5ОН.

Етанол утворюється під час бродіння продуктів, що містять крохмаль і цукристі речовини (зерна, фруктів, овочів). Бродіння – складний процес. Сумарну реакцію, яка відбувається під час бродіння поширеної цукристої речовини – глюкози С6Н12О6, можна виразити рівнянням:

С6Н12О6 ® 2С2Н5ОН + 2СО2.

Недоліком цього методу добування спирту е викори­стання харчової сировини.

Як сировину для добування етанолу можна використа­ти деревину, що містить целюлозу. Під час гідролізу целюлози утворюється глюкоза, зброджуванням якої добу­вають етанол.

Етанол є одним з великотоннажних продуктів промис­лового органічного синтезу. Він застосовується у вироб­ництві оцтової кислоти, бутадієну-1,3, ефірів. Як розчинник етанол застосовують у лакофарбовій промисловості. У ве­ликих кількостях його використовують у виробництві ліків і в харчовій промисловості. З технічною метою часто застосовують денатурований спирт – етанол з домішкою речовин, шкідливих для організму.

НАСИЧЕНІ БАГАТОАТОМНІ СПИРТИ

Багатоатомні спирти містять у молекулі кілька гідроксильних груп.

Двохатомні спирти називають діолами, або гліко­лями. Назви двохатомних спиртів за міжнародною номен­клатурою складають з назви відповідного алкану з дода­ванням закінчення -діол і цифр, які означають положення гідроксильної групи в ланцюгу.  

Трьохатомні спирти називають тріолами, або глі­церинами. Їх назви будують аналогічно до назв двохатом­них спиртів, але з додаванням закінчення
-тріол.

Найпростіші представники двох- і трьохатомних спиртів:

Властивості. Хімічні властивості багатоатомних спиртів багато в чому подібні до властивостей одноатомних спир­тів.

1. Взаємодія з лужними металами. Лужні метали витісняють водень з гідроксильних груп з утво­ренням гліколятів або гліцератів:

2СН2ОН–СН2ОН + Nа ® 2СН2ОН–СН2ОNа + Н2;

 Моногліколят натрію

СН2ОН–СН2ОН + 2Nа ® 2СН2ОNа–СН2ОNа + Н2.

 Дигліколят натрію

2. Взаємодія з галогеноводнями. Бага­тоатомні спирти реагують з галогеноводнями (НСl, НВr, НІ):

СН2ОН–СН2ОН + НВr ® СН2ОН–СН2Вr + Н2О,

 2 Брометанол

або СН2ОН–СН2ОН + 2НВr ® СН2Вr–СН2Вr + Н2О.

 1,2-Диброметан

3. Взаємодія з кислотами. З кислотами багатоатомні спирти утворюють складні ефіри (естери), наприклад:

СН2ОН–СНОН–СН2ОН + 3НNО3 ® СН2ОNО2–СНОNО2–СН2ОNО2 + 3Н2О

Гліцерин Нітрогліцерин

Складні ефіри гліцерину з органічними кислотами нази­вають жирами.

4. Взаємодія з Купрум (II) гідроксидом. Ця реакція характерна тільки для багатоатомних спиртів. Осад Купрум (II) гідроксиду розчиняється в етиленгліколі та гліцерині з утворенням розчину яскраво-синього кольору:

У записаних формулах гліколяту і гліцерату міді (II) стрілками показані донорно-акцепторні зв'язки (Сu – акцептор). Сполуки такого типу належать до комп­лексних.

Добування і застосування етиленгліколю і гліцерину. Етиленгліколь добувають у промисловості гідратацією (приєднання води) етиленоксиду:

Н2С–СН2 + Н2О ® СН2ОН–СН2ОН.

 \ /

 О

 Етиленоксид

Гліцерин добувають синтетично з пропілену за такою схемою:

Гліцерин входить до складу природних сполук – жирів рослинного і тваринного походження– і може бути виділений з них.

Етиленгліколь і гліцерин використовуються в промис­ловому органічному

Водні розчини етиленгліколю і гліцерину замерзають при низьких температурах, тому їх використовують як антифризи – рідини з низькою температурою замер­зання, які застосовуються для охолодження двигунів внутрішнього згоряння.

ФЕНОЛИ

Феноли – це гідроксильні сполуки, в яких гідроксильна група сполучена безпосередньо з атомом Карбону бензольного ядра. Найпростішим представником фенолів є гідроксибензол, або фенол, який має одну гідроксильну групу в бензольному ядрі: 

або С6Н5–ОН .

За кількістю гідроксильних груп розрізняють одно­атомні, двохатомні та трьохатомні феноли, Двохатомні феноли мають три ізомери – орто-, мета- і пара-, що розрізняються розміщенням гідроксильних груп одна відносно одної.

Фенол. Фенол – це безбарвна кристалічна речовина з характерним запахом, температура плавлення становить 40,9°С. На повітрі фенол частково окислюється, внаслідок чого набуває рожевого забарвлення. При потраплянні на шкіру викликає подразнення. Тривіальна назва фенолу – карболова кислота.

У хімічному відношенні фенол виявляє ряд особливих властивостей, що пояснюється впливом бензольного ядра на рухливість атома водню гідроксильної групи.

Нижче розглядаються найважливіші хімічні властиво­сті фенолу.

1. Взаємодія з лужними металами. Лужні метали реагують з фенолом з утворенням фенолятів і водню:

2С6Н5ОН + 2Nа ® 2С6Н5ОNа + Н2.

Феноляти є солями слабкої кислоти – фенолу. Вони розкладаються з утворенням фенолу під час пропускання крізь їх розчини Карбон диоксиду і Сульфур диоксиду, наприклад:

С6Н5ОNа + СО2 + Н2О ® С6Н5ОН + NаНСО3.

2. Взаємодія з лугами. Як слабка кислота фе­нол вступає до реакції нейтралізації з лугами, утворюючи феноляти:

С6Н5ОН + NаОН ® С6Н5ОNа + Н2О.

КОН  

3. Взаємодія з галогенопохідними алканів приводить до утворення простих ефірів, наприклад:

С6Н5ОН + С2Н5І –––® С6Н5–О–С2Н5 + НІ.

4. Реакція заміщення в бензольному ядрі. Фенол дуже легко бромується бромною водою, нітрується азотною кислотою:

Існує багато методів добування фенолу.

1.

Найважливішим промисловим методом добування фенолу є кумольний метод. Він складається а двох стадій:

2. Фенол можна добути гідролізом галогенопохідних бензолу з участю

СuСl2  

каталізатора при високій температурі, наприклад:

С6Н5Сl + Н2О –––® С6Н5ОН + НСl.

 Хлорбензол

3. Фенол добувають також сульфонатним мето­дом, сплавляючи солі бензолсульфокислоти з лугом і роз­кладаючи фенолят натрію оксидом Сульфуру (IV) у водному розчині:

С6Н5–SО2ОNа + 2NаОН ® С6Н5ОNа + Nа2SО3;

2С6Н5ОNа + SО2 + Н2О ® 2С6Н5ОН + Nа2SО3.

Фенол – важливий продукт промислового органічного синтезу. Він застосовується у виробництві барвників, лікарських речовин. Водний розчин фенолу ("карболку") використовують як дезинфікуючий засіб. Широке застосу­вання знаходить фенол для добування полімерів і пластмас на їх основі.

ПРОСТІ ЕФІРИ (ЕТЕРИ)

Прості ефіри – органічні сполуки складу R–О–R', де R і R' – однакові або різні вуглеводневі радикали. Назви простих ефірів складаються переважно з назв вуглеводневих радикалів та слова "ефір". Якщо вуглеводневі радикали однакові, то на початку назви ефіру ставлять префікс ди- (ді-). Наприклад:

СН3–О–С2Н5, С2Н5–О–С2Н5

Метилетиловий ефір Діетиловий ефір

Прості ефіри утворюються від час нагрівання спиртів з концентрованою сірчаною кислотою. Так, етанол під час нагрівання з сірчаною кислотою при 140–150°С дає діетиловий ефір:

С2Н5ОН –––® С2Н5–О–С2Н5 + Н2О.

При вищій температурі утворюється етилен.

Під час нагрівання з сірчаною кислотою суміші двох спиртів можливе утворення суміші ефірів. Наприклад, суміш метанолу та етанолу дає такі ефіри:

СН3–О–СН3, СН3–О–С2Н5 та С2Н5–О–С2Н5.

КАРБОНІЛЬНІ СПОЛУКИ

Карбонільні сполуки містять у молекулі карбоніль­ну групу =С=О. Карбонільні сполуки поділяють на альдегіди і кетони.

АЛЬДЕГІДИ. НОМЕНКЛАТУРА, ВЛАСТИВОСТІ І ДОБУВАННЯ

У молекулах альдегідів карбонільна група сполучена з вуглеводневим радикалом і атомом гідрогену (або з двома атомами гідрогену), тобто загальна формула цих сполук  

Номенклатура. Назви альдегідів за замісниковою но­менклатурою згідно з правилами ІUРАК будують з назви відповідного вуглеводню з додаванням закінчення -аль. У табл.3 наве­дено назви за замісниковою номенклатурою та тривіальні назви деяких насичених альдегідів.

Як видно з табл.3, починаючи з четвертого члена ряду насичених альдегідів, існують ізомери, які різняться розгалуженістю вуглецевого ланцюга.

Таблиця 3. Деякі насичені альдегіди

Властивості. Перший член гомологічного ряду насичених альдегідів НСНО – безбарвний газ, кілька наступних альдегідів – рідини. Вищі альдегіди – тверді речовини.

1. Реакції приєднання. При наявності нікелевих або платинових каталізаторів альдегіди приєднують водень і відновлюються до первин­них спиртів, наприклад:  

2. Реакції полімеризації і конденсації. Ці реакції характерні для альдегідів і обумовлені реакційною здатністю карбонільної групи. Процеси полі­меризації розглядаються далі, при вивченні властивостей формальдегіду і ацетальдегіду.

3. Окислення. Під час окислення альдегідів, яке відбувається дуже легко, утворюються органічні кислоти або їхні солі. Наприклад, під час окислення оцтового альдегіду утворюється оцтова кислота:  

Якісною реакцією на альдегіди є реакція срібного дзеркала – окислення їх аміачним розчином оксиду срібла при нагріванні:  

Металічне срібло, яке виділяється, вкриває стінки по­судини тонким блискучим шаром.

Альдегіди окислюються також Купрум (II) гідроксидом, який відновлюється до червоно-коричневого Купрум (I) оксиду:  

4. Заміщення Оксигену карбонільної групи. Атом Оксигену в молекулі альдегіду може бути заміще­ний на галоген під дією галогенідів фосфору РСl5 або РВr5, наприклад:  

Добування. 1. Альдегіди утворюються під час окислення або каталітичного дегідрування (відщеплення водню) первинних спиртів:  

Каталітичне дегідрування спиртів відбувається при наявності металічної міді.

2. Альдегіди можна добути гідролізом дигалогенопохідних алканів, наприклад:  

ФОРМАЛЬДЕГІД, АЦЕТАЛЬДЕГІД, БЕНЗАЛЬДЕГІД

Формальдегід.

Першим членом гомологічного ряду насичених альдегідів є формальдегід  

Його називають також метаналем (міжнародна номенклатура) та мурашиним альдегідом.

Формальдегід – це безбарвний газ з характерним різким запахом. Добре розчиняється у воді, утворюючи гідрат НСНО·Н2О. Водний розчин з масовою часткою формальдегіду 30–40 % називається формаліном. Формалін є добрим дезинфікуючим та консервуючим засобом.

Формальдегід є важливим продуктом хімічної промис­ловості. Його добувають переважно окисленням метанолу киснем повітря при наявності каталізаторів:

2СН3ОН + О2 ® 2НСНО + 2Н2О.

Формальдегід виявляє загальні властивості альдегідів. Крім того, має і свої особливості. Так, він може самовільно тримеризуватися (сполучення трьох молекул), утворюючи параформальдегід (триоксиметилен);  

Під дією лугів формальдегід окислюється і віднов­люється одночасно, утворюючи метиловий спирт та сіль мурашиної кислоти:

2НСНО + КОН ® СН3ОН + НСООК.

Формальдегід є сировиною для синтезу ізопрену, з якого добувають штучний каучук.

Важлива галузь застосування формальдегіду – вироб­ництво полімерів. Формальдегід полімеризується з утво­ренням поліформальдегіду, або поліоксиметилену:

пНСНО ® (–СН2–О–)n.

Поліформальдегід належить до гетероланцюгових полімерів, оскільки головний ланцюг його макро­молекули містить атоми двох типів: Карбону та Оксигену.

Поліформальдегід – безбарвна кристалічна речовина. Він має механічну міцність, є добрим діелектриком. Його використовують у машинобудуванні для виготовлення різних деталей, для добування міцних синтетичних волокон і плівок.

Фенолоформальдегідні полімери. Формальдегід при наявності кислот реагує з фенолом. Реакція відбувається за такою схемою:  

Молекули фенолоспирту, який утворюється, сполучаються між собою з утворенням макромолекул:<  

Продукт, що утворюється, називається фенолоформальдегідним полімером. Реакції утворення полімерів, які супроводжуються виділенням низькомолекулярного продукту, називаються реакціями поліконденсації. Під час полімеризації формальдегіду з фенолом, взятим у надлишку, як правило, утворюються лінійні полі­мери, які називаються новолачною смолою. Ця смола добре розчиняється в органічних розчинниках, використовується для приготування лаків.

Якщо поліконденсація йде при надлишку формальдегі­ду, то утворюється резит – полімер, що має складну просторову структуру.

Під час добування резиту до реакційної суміші добав­ляють різні наповнювачі (скловолокно, азбест тощо), які надають полімеру необхідних властивостей. Загальна назва пластмас, які добувають з фенолоформальдегідного полімеру, – фенопласти.

Фенопласти є термореактивними полімерами, вони не плавляться при нагріванні, їх застосовують як конструкційний матеріал. На основі фенопластів добува­ють легкі пористі матеріали – пінопласти.

Ацетальдегід (етаналь, оцтовий– це безбарвна, рідина з різким запахом.  

Добре розчиняється у воді.

Ацетальдегід у великих кількостях виробляє хімічна промисловість. Основний метод його промислового добу­вання заснований на гідратації ацети-лену. Для цього ацетилен з водяною парою пропускають над каталізато­ром (НgSО4 з сірчаною кислотою).  

Для ацетальдегіду характерні всі хімічні властивості альдегідів. У промисловості основну кількість ацетальдегіду, який виробляють, окислюють до оцтової кислоти. Ацетальдегід використовують і для добування інших органічних продук­тів, у тому числі полімерів.

Бензальдегід. Бензальдегід – це безбарвна рідина з запахом гіркого мигдалю, мало розчинна у воді.  

Бензальдегід добувають лужним гідролізом дихлорпохідної толуолу:  

Бензальдегід застосовують у виробництві фарб, парфюмерних виробів і в харчовій промисловості.

КЕТОНИ

У молекулах кетонів карбонільна група сполучена з двома однаковими або різними вуглеводневими радикалами .

Найпростішим кетоном є ацетон

 

Номенклатура. Згідно з міжнародною номенклату­рою назви кетонів будують з назв відповідного вуглеводню з додаванням закінчення -он. У кінці назви ставлять цифру, що зазначає положення в ланцюгу атома Карбону, з яким сполучений карбонільний кисень. Назви кетонів за раціональною номенклатурою, які також ви­користовуються, будують з назв радикалів, сполучених з карбонільною групою з додаванням слова "кетон". Приклади:  

Для деяких кетонів поширені тривіальні назви, наприк­лад ацетон.

Властивості. Простіші кетони є безбарвними рідинами, які розчиняються у воді. Вищі кетони – тверді речовини. Багато які хімічні властивості, характерні для альдегідів, виявляються і у кетонів.

1. Реакції приєднання.

Гідрування кетонів при наявності каталізаторів приводить до утворення вторинних спиртів:  

На відміну від альдегідів кетни не взаємодіють із спиртами, не вступають у реакції конденсації і полімеризації.

2. Окислення. Кетони окислюються значно важче, ніж альдегіди, і тільки сильними окислювачами. Під час окислення кетонів відбувається розрив (деструкція) вуглеводневого ланцюга і утворюється суміш продуктів. Кетони не вступають у реакцію срібного дзеркала.

3. Заміщення Оксигену карбонільної групи. Так само, як і в альдегідах, атом Оксигену в молекулі кетону може бути заміщений дією галогенідів фосфору (РСl5, РВr5) або гідроксиламіну NН2ОН:  

У першій реакції утворюється дигалогенопохідна алкану, в другій – оксим.

Добування. 1. Кетони утворюються під час окислення або каталітичного дегідрування вторинних спиртів, наприклад:  

Каталітичне дегідрування проводять з використанням мідних каталізаторів.

2. Як і альдегіди, кетони можна добути гідролізом дигалогенопохідних алканів. Щоб утворився кетон, обидва атоми галогену у вихідній сполуці повинні знаходитись біля одного (не кінцевого) атома Карбону:  

Ацетон. Ацетон (пропанон, диметилкетон) – безбарвна рідина з характерним запахом. Температура кипіння ацетону 56,2°С. Добре розчиняється у воді і сам є розчинником органічних сполук. Ацетон – важливий продукт хімічної промисловості. Його добувають разом з фенолом кумольним методом.