Различают одно-, двух-, трехатомные фенолы в зависимости от количества ОН-групп в молекуле (рис.1)

Рис. 1. ОДНО-, ДВУХ- И ТРЕХАТОМНЫЕ ФЕНОЛЫ

В соответствии с количеством конденсированных ароматических циклов в молекуле различают (рис. 2) сами фенолы (одно ароматическое ядро – производные бензола), нафтолы (2 конденсированных ядра – производные нафталина), антранолы (3 конденсированных ядра – производные антрацена) и фенантролы (рис. 2).

Рис. 2. МОНО- И ПОЛИЯДЕРНЫЕ ФЕНОЛЫ

Номенклатура спиртов.

Для фенолов широко используют тривиальные названия, сложившиеся исторически. В названиях замещенных моноядерных фенолов используются также приставки орто- , мета- и пара -, употребляемые в номенклатуре ароматических соединений. Для более сложных соединений нумеруют атомы , входящие в состав ароматических циклов и с помощью цифровых индексов указывают положение заместителей (рис. 3).

Рис. 3. НОМЕНКЛАТУРА ФЕНОЛОВ . Замещающие группы и соответствующие цифровые индексы для наглядности выделены различными цветами.

Химические свойства фенолов.

Бензольное ядро и ОН-группа, объединенные в молекуле фенола, влияют друг на друга, существенно повышая реакционную способность друг друга. Фенильная группа оттягивает на себя неподеленную электронную пару от атома кислорода в ОН-группе (рис. 4). В результате на атоме Н этой группы увеличивается частичный положительный заряд (обозначен значком d+), полярность связи О–Н возрастает, что проявляется в увеличении кислотных свойств этой группы. Таким образом, в сравнении со спиртами, фенолы представляют собой более сильные кислоты. Частичный отрицательный заряд (обозначен через d–), переходя на фенильную группу, сосредотачивается в положениях орто- и пара- (по отношению к ОН-группе). Эти реакционные точки могут атаковаться реагентами, тяготеющими к электроотрицательным центрам, так называемыми электрофильными («любящими электроны») реагентами.

Рис. 4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ПЛОТНОСТИ В ФЕНОЛЕ

В итоге для фенолов возможны два типа превращений: замещение атома водорода в ОН-группе и замещение Н-атомобензольном ядре. Пара электронов атома О, оттянутая к бензольному кольцу, увеличивает прочность связи С–О, поэтому реакции, протекающие с разрывом этой связи, характерные для спиртов, для фенолов не типичны.

1. Реакции замещения атома водорода в ОН-группе. При действии на фенолы щелочей образуются феноляты (рис. 5А), каталитическое взаимодействие со спиртами приводит к простым эфирам (рис. 5Б), а в результате реакции с ангидридами или хлорангидридами карбоновых кислот образуются сложные эфиры (рис. 5В). При взаимодействии с аммиаком (повышенная температура и давление) происходит замена ОН-группы на NH 2 , образуется анилин, (рис. 5Г), восстанавливающие реагенты превращают фенол в бензол (рис. 5Д)

2. Реакции замещения атомов водорода в бензольном кольце.

При галогенировании, нитровании, сульфировании и алкилировании фенола атакуются центры с повышенной электронной плотностью (рис.4), т.е. замещение проходят преимущественно в орто- и пара- положениях (рис.6).

При более глубоком протекании реакции происходит замещение двух и трех атомов водорода в бензольном кольце.

Особое значение имеют реакции конденсации фенолов с альдегидами и кетонами, по существу, это алкилирование, проходящее легко и в мягких условиях (при 40–50° С, водная среда в присутствии катализаторов), при этом атом углерода в виде метиленовой группы СН 2 или замещенной метиленовой группы (CНR либо CR 2) встраивается между двумя молекулами фенола. Часто такая конденсация приводит к образованию полимерных продуктов (рис. 7).

Двухатомный фенол (торговое название бисфенол А, рис.7), используют в качестве компонента при получении эпоксидных смол. Конденсация фенола с формальдегидом лежит в основе производства широко применяемых феноло-формальдегидных смол (фенопласты).

Способы получения фенолов.

Фенолы выделяют из каменноугольной смолы, а также из продуктов пиролиза бурых углей и древесины (деготь). Промышленный способ получения самого фенола С 6 Н 5 ОН основан на окислении ароматического углеводорода кумола (изопропилбензол) кислородом воздуха с последующим разложением получающейся гидроперекиси, разбавленной H 2 SO 4 (рис. 8А). Реакция проходит с высоким выходом и привлекательна тем, что позволяет получить сразу два технически ценных продукта – фенол и ацетон. Другой способ – каталитический гидролиз галогензамещенных бензолов (рис. 8Б).

Рис. 8. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕНОЛА

Применение фенолов.

Раствор фенола используют в качестве дезинфицирующего средства (карболовая кислота). Двухатомные фенолы – пирокатехин, резорцин (рис. 3), а также гидрохинон (пара- дигидроксибензол) применяют как антисептики (антибактериальные обеззараживающие вещества), вводят в состав дубителей для кожи и меха, как стабилизаторы смазочных масел и резины, а также для обработки фотоматериалов и как реагенты в аналитической химии.

В виде отдельных соединений фенолы используются ограниченно, зато их различные производные применяют широко. Фенолы служат исходными соединениями для получения разнообразных полимерных продуктов – феноло-альдегидных смол (рис. 7), полиамидов, полиэпоксидов. На основе фенолов получают многочисленные лекарственные препараты, например, аспирин, салол, фенолфталеин, кроме того, красители, парфюмерные продукты, пластификаторы для полимеров и средства защиты растений.

Михаил Левицкий

Кислотно-основные свойства. Кислотность фенолов значительно выше (на 5-6 порядков), чем кислотность спиртов. Это определяется двумя факторами: большей полярностью связи О-Н из-за того, что неподеленная электронная пара атома кислорода вовлечена в сопряжение с бензольным кольцом (гидроксильная группа - сильный донор по +М-эффекту), и значительной стабилизацией образующегося фенолят-иона за счет делокализации отрицательного заряда с участием ароматической системы:

В отличие от алканолов фенолы при действии щелочей образуют соли - феноляты, растворимые в водных растворах щелочей (рН > 12). Однако фенолы плохо растворимы в водных растворах гидрокарбонатов щелочных металлов (рН = 8), так как в этих условиях феноляты подвергаются полному гидролизу.

Основные свойства фенола выражены значительно слабее (на 4-5 порядков), чем у спиртов. Это связано с тем, что сопряжение неподеленной электронной пары кислородного атома с π-электро-нами бензольного кольца в образующемся катионе нарушено:

Ацилирование. Этерификация карбоновыми кислотами в присутствии H2SO4, характерная для спиртов, в случае фенола идет медленно из-за низкой нуклеофильности его кислородного центра. Поэтому для получения сложных эфиров фенола применяют более сильные электрофилы - хлорангидриды RC0C1 или ангидриды [(RCO) 2 0] карбоновых кислот в безводных условиях:

Алкилирование фенола. Нуклеофильность кислородного центра в фенолятах значительно выше, чем в феноле. Так, при обработке фенолята натрия галоидными алкилами образуются простые эфиры фенолов:

Все рассмотренные реакции фенолов происходят по связи О-Н. Реакции с разрывом связи С-О в фенолах, т. е. реакции замещения гидроксильной группы в феноле, в организме не происходят.

Окислительно-восстановительные свойства. Фенол легко окисляется на воздухе, из-за чего его белые кристаллы быстро розовеют. Состав образующихся продуктов точно не установлен.

Фенолы имеют характерную цветную реакцию с FeCl3 в водных растворах с появлением красно-фиолетового окрашивания, которое исчезает после прибавления сильной кислоты или спирта. Предполагают, что интенсивная окраска связана с образованием комплексного соединения, содержащего во внутренней сфере фенолят-анион:

В этом комплексе из всех лигандов фенолят-анион - самый активный нуклеофил и восстановитель. Он способен передать один электрон электрофилу и окислителю - катиону железа(3) - с образованием во внутренней сфере ион-радикальной системы, содержащей феноксильный радикал (C6H5O*), что приводит к появлению интенсивной окраски:

Подобное образование радикалов во внутренней сфере комплексного соединения за счет внутрисферного окислительно-восстановительного процесса может происходить и в субстрат-ферментных комплексах организма. При этом радикальная частица может или оставаться связанной во внутренней сфере, или становиться свободной при выходе из этой сферы.

Рассмотренная реакция с FeCl3 свидетельствует о легкости окисления фенола, особенно его аниона. Еще легче окисляются многоатомные фенолы. Так, гидрохинон (особенно его дианион) легко окисляется за счет углеродных атомов в 1,4-бензохинон:

Гидрохинон используется в фотографии, поскольку он. восстанавливает AgBr в фотографической эмульсии на засвеченных участках быстрее, чем на незасвеченных.

Соединения, содержащие 1,4-хиноидную группировку, называют хинонами. Хиноны - типичные окислители, образующие с соответствующими гидрохинонами равновесную сопряженную окислительно-восстановительную пару (разд. 9.1). Такая пара в коферменте Q участвует в процессе окисления субстрата за счет дегидрирования (разд. 9.3.3) и переноса электронов по электронотранспортной цепи от окисляемого субстрата к кислороду (разд. 9.3.4). Витамины группы К, содержащие нафтохиноновую группировку, обеспечивают свертывание крови на воздухе.

Электрофильное замещение по бензольному кольцу. Благодаря электронодонорному эффекту гидроксильной группы фенол значительно легче вступает в реакции электрофильного замещения, чем бензол. Гидроксильная группа ориентирует атаку электрофила в о- и n-положения. Например, фенол обесцвечивает бромную воду при комнатной температуре с образованием 2,4,6-трибромфенола:

Активность фенола в реакциях электрофильного замещения настолько велика, что он реагирует даже с альдегидами. Эта реакция поликонденсации лежит в основе получения различных фенолоформальдегидных смол, широко используемых в промышленности. При проведении поликонденсации в кислой среде образуются бакелитовые полимеры, а в щелочной среде, где реакция идет глубже из-за высокой активности фенолят-аниона, - резольные полимеры:

Важнейшие представители спиртов и их практическое значение. Алканолы - физиологически активные вещества, обладающие наркотическим действием. Это действие возрастает с разветвлением и удлинением углеродной цепи, проходя через максимум при C6-C8, а также при переходе от первичных спиртов к вторичным. Продукты превращения спиртов в организме могут служить причиной их токсического действия.

Метанол СН 3 ОН - сильный яд, так как в пищеварительном тракте окисляется в формальдегид и муравьиную кислоту. Уже в небольших дозах (10 мл) может вызвать слепоту.

Этанол С2Н5ОН, обычно называемый просто спирт. Употребление этанола (алкогольных напитков) действует вначале возбуждающе, а затем угнетающе на центральную нервную систему, притупляет чувствительность, ослабляет функцию мозга и мышечной системы, ухудшает реакцию. Его длительное и неумеренное употребление приводит к алкоголизму. Механизм действия этанола на организм чрезвычайно сложен и окончательно еще не выяснен. Однако важной стадией его превращения в организме является образование ацетальдегида, который легко реагирует со многими важными метаболитами.

Этиленгликоль НОСН2СН2ОН - сильный яд, так как продуктами его превращения в организме являются щавелевая кислота и другие не менее ядовитые соединения. Обладает спиртовым запахом, в связи с чем может быть принят за этанол и явиться причиной тяжелых интоксикаций. Используется в технике как антиобледенитель и для приготовления антифризов -жидкостей с низкой температурой замерзания, применяемых для охлаждения двигателей зимой.

Глицерин НОСН 2 СН(ОН)СН 2 ОН - нетоксичная, вязкая, бесцветная жидкость сладкого вкуса. Он входит в состав большинства омыляемых липидов: животных и растительных жиров, а также фосфолипидов. Применяется для производства тринитрата глицерина, в качестве мягчителя в текстильной и кожевенной промышленности и как составная часть косметических препаратов для смягчения кожи.

Биологически активными спиртами являются многие метаболиты, относящиеся к разным классам органических соединений: ментол - класс терпенов; ксилит, сорбит, мезоинозит -многоатомные спирты; холестерин, эстрадиол - стероиды.

Вопрос 2.Фенол, его строение, свойства и применение.

Ответ. Фенолы – органические вещества, производные ароматических углеводородов, в которых гидроксильные группы (одна или несколько) связаны с бензольным кольцом.

Простейший представитель этой группы веществ – фенол, или карболовая кислота С 6 Н 5 ОН. В молекуле фенола π-электроны бензольного кольца оттягивают на себя неподеленные пары электронов атома кислорода гидроксильное группы, вследствие чего увеличивается подвижность атома водорода этой группы.

Физические свойства

Твердое бесцветное кристаллическое вещество, с резким характерным запахом, при хранении окисляется на воздухе и приобретает розовый цвет, плохо растворим в холодной воде, но хорошо растворяется в горячей воде. Температура плавления – 43 °C, кипения – 182 °C. Сильный антисептик, очень ядовит.

Химические свойства

Химические свойства обусловлены взаимным влиянием гидроксильной группы и бензольного кольца.

Реакции по бензольному кольцу

1. Бромирование:

C 6 H 5 OH + 3Br 2 = C 6 H 2 Br 3 OH + 3HBr.

2 , 4 ,6-трибромфенол (белый осадок)

2. Взаимодействие с азотной кислотой:

C 6 H 5 OH + 3HNO 3 = C 6 H 2 (NO 2) 3 OH + 3H 2 O.

2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота)

Эти реакции проходят в обычных условиях (без нагревания и катализаторов), тогда как для нитрования бензола требуется температура и катализаторы.

Реакции по гидроксигруппе

1. Как и спирты, взаимодействует с активными металлами:

2C 6 H 5 OH + 2Na = 2C 6 H 5 ONa + H 2 .

фенолят натрия

2. В отличие от спиртов взаимодействует со щелочами:

C 6 H 5 OH + NaOH = C 6 H 5 ONa + H 2 O.

Феноляты легко разлагаются слабыми кислотами:

а) C 6 H 5 ONa + H 2 O + CO 2 = C 6 H 5 OH + NaHCO 3 ;

б) C 6 H 5 ONa + CH 3 I + CO 2 = C 6 H 5 OСH 3 + NaI.

метилфениловый эфир

3. Взаимодействие с галогенопроизводными:

C 6 H 5 OH + C 6 H 5 I = C 6 H 5 OC 2 H 5 + HI

этилфениловый эфир

4. Взаимодействие со спиртами:

C 6 H 5 OH + HOC 2 H 5 = C 6 H 5 OC 2 H 5 + H 2 O.

5. Качественная реакция:

3C 6 H 5 OH + FeCl 3 = (C 6 H 5 O) 3 Fe↓+ 3HCl.

фенолят железа (III)

Фенолят железа (III) имеет коричнево-фиолетовый цвет с запахом туши (краски).

6. Ацелирование:

C 6 H 5 OH + CH 3 COOH = C 6 H 5 OCOCH 3 + H 2 O.

7. Сополиконденсация:

C 6 H 5 OH + СH 2 O + … → - n. –.

метаналь –Н 2 О фенолоформальдегидная смола

Получение

1. Из каменноугольной смолы.

2. Получение из хлорпроизводных:

C 6 H 5 Cl + NaOH = C 6 H 5 ONa + HCl,

2C 6 H 5 ONa + H 2 SO 4 = 2C 6 H 5 OH + Na 2 SO 4 .

3. Кумольный способ:

C 6 H 6 + CH 2 CHCH 3 C 6 H 5 CH(CH 3) 2 ,

C 6 H 5 CH(CH 3) 2 + O 2 С 6 H 5 C(CH 3) 2 OOH C 6 H 5 OH +CH 3 COCH 3.

фенол ацетон

Применение

1. Как антисептик используется в качестве дезинфицирующего средства.

2. В производстве пластмасс (фенолформальдегидная смола).

3. В производстве взрывчатых веществ (тринитрофенол).

4. В производстве фотореактивов (проявители для черно- белой бумаги).

5. В производстве лекарств.

6. В производстве красок (гуашь).

7. В производстве синтетических материалов.

Вопрос 3.Через 200г 40-% раствора КОН пропустили 1,12л СО 2 . Определите тип и массу образовавшейся соли.

Ответ.

Дано: Найти : тип и массу соли.

V(CO 2)= 1,12 л.

Решение

m(KOH безводн)= 200*0,4=80г.

х 1 г 1,12 л x 2 г

2KOH + CO 2 = K 2 CO 3 +H 2 O.

v: 2 моль 1 моль 1 моль

M: 56 г/моль – 138 г/моль

m: 112 г -- 138 г

x 1 = m(KOH) = (1,12* 112)/22,4=5,6 г,

x 2 =m(K 2 CO 3)=138*1,12/22,4=6,9 г.

Поскольку КОН взят в избытке, то образовалась средняя соль К 2 СО 3 , а не кислая КНСО 3 .

Ответ: m(K 2 CO 3)= 6,9 г.

БИЛЕТ №3

Вопрос 1 .Теория строения органических соединений. Значение теории для развития науки.

Ответ. В 1861 г. Русский учёный Александр Михайлович Бутлеров сформулировал основные положения теории строения органических веществ.

1.Молекулы органических соединений состоят из атомов, связанных между собой в определённой последовательности согласно их валентности (C-IV,H-I, O-II, N-III, S-II).

2.Физические и химические свойства вещества зависят не только от природы атомов и их количественного соотношения в молекуле, но и от порядка соединения атомов, то есть от строение молекулы.

3. Химические свойства вещества можно определить, зная его строение молекулы. И наоборот, строение молекулы вещества можно установить опытным путём, изучая химические превращения вещества.

4.В молекулах имеет место взаимное влияние атомов или групп атомов друг на друга:

CH 3 - CH 3 (t кип =88,6 0 С), CH 3 - CH 2 – CH 3 (t кип, = 42,1 0 С)

этан пропан

На основе своей теории Бутлеров предсказал существование изомеров соединений, например двух изомеров бутана (бутана и изобутана):

CH 3 -CH 2 - CH 2 -CH 3 (t кип. =0,5 0 C),

CH 3 -CH(CH 3)- CH 3 (t кип = -11,7 0 С).

2-метилпропан или изобутан

Изомеры – вещества, имеющий одинаковый состав молекулы, но различное химическое строение и по этому обладающие различными свойствами.

Зависимость свойств веществ от их структур- одна из идей, лежащих в основе теории строения органических веществ А.М. Бутлерова.

Значение теории А.М.Бутлерова

1.ответила на основные «Противоречия» органической химии:

а) Многообразие соединений углерода

б) кажущееся несоответствие валентности и органических веществах:

в) различные физические и химические свойства соединений, имеющих одинаковую молекулярную формулу (С 6 Н 12 O 6 – глюкоза и фруктоза).

2. Позволила предсказать существование новых органических веществ, и также указать пути их получения.

3. Дала возможность предвидеть различные случаи изомерии, предугадывать возможные направления реакций.

Вопрос 2.Виды Химической связи в органических и органических соединениях.

Ответ: Основная движущая сила, проводящая к образованию химической связи,- стремление атомов к завершению внешнего энергетического уровня.

Ионная связь – химическая связь, осуществляемая за счёт электростатического притяжения между ионами. Образование ионных связей возможно только между атомами, значения электроотрицательности которых очень сильно различаются.

К ионным соединениями относят галогениды и оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов (NAI, KF,CACI 2 ,K 2 O,LI 2 O).

Ионы могут состоять и из нескольких атомов, связи между которыми не ионные:

NаOH = Nа + + OH - ,

Nа 2 SO 4 = 2Nа + + SO 4 2- .

Следует отметить, что свойства ионов существенно отличаются от свойств соответствующих им атомов и молекул простых веществ: Na- металл бурно реагирующий с водой, ион Na + растворяется в ней; H 2 - растворяется в ней; H 2 - газ без цвета, вкуса и запаха, ион H + придает раствору кислый вкус, изменяет цвет лакмуса (на красный).

Свойства ионных соединений

1.Соединения с ионной связью являются электролитами. Электрический ток проводят только растворы и расплавы.

2. Большая хрупкость кристаллических веществ.

Ковалентная связь- химическая связь, осуществляемая за счет образования общих (связывающих) электронных пар.

Ковалентная неполярная связь- связь, образующаяся между атомами, проявляющими одинаковую электроотрицательность. При ковалентной неполярной связи электронная плотность общей пары электронов распределяется в пространстве симметрично относительно ядер общих атомов (H 2 ,I 2, O 2 ,N 2).

Ковалентная полярная связь- ковалентная связь между атомами с различной (но не сильно отличающейся друг от друга) электроотрицательностью (H 2 S, H 2 O,NH 3).

По донорно-акцепторному механизму образуется:NH + 4 , H 3 , O + , SO 3 , NO 2 . В случае возникновения иона NH + 4 атом азота-донор, предоставляющий в общее пользование не поделённую электронную пару, а ион водорода – акцептор, принимающий эту пару и предоставляющий для этого свою орбиталь. При этом образуется донорно-акцепторная (координационная) связь. Атом акцептора приобретает большой отрицательный заряд, а атом донора- положительный.

У Соединений с ковалентной полярной связью температуры кипения и плавления выше, чем к веществ с ковалентной неполярной связью.

В молекулах органический соединений связь атомов ковалентная полярная.

В таких молекулах происходит гибридизация (смешение орбиталей и выравнивание их по формуле и энергии) валентных (внешних) орбиталей атомов углерода.

Гибридные орбитали перекрываются, и образуются прочные химические связи.

Металлические связи- связь, осуществляемая относительно свободными электронами между ионами металлов в кристаллической решетке. Атомы металлов легко отдают электроны, превращаясь в положительно заряженные ионы. Оторвавшиеся электроны свободно перемещаются между положительными ионами металлов, т.е. они обобществлены ионами металлов, т.е. они обобществлены и передвигаются по всему куску металла, в целом электронейтрального.

Свойства металлов.

1. Электропроводимость. Обусловлено наличием свободных электронов, способных создавать электрический ток.

2. Теплопроводность. Обусловлена тем же.

3. Ковкость и пластичность. Ионы и атомы металлов в металлической решетке непосредственно не связаны друг с другом, и отдельные слои металла могут свободно перемещаться один относительно другого.

Водородная связь- может быть межмолекулярной и внутримолекулярной.

Межмолекулярная водородная связь образуется между атомами водорода одной молекулы и атомами сильноэлектроотрицательного элемента (F,O,N)другой молекулы. Такая связь определяет аномально высокие температуры кипения и плавления некоторых соединений (HF,H 2 O). При испарении этих веществ происходит разрыв водородных связей, что требует затрат дополнительной энергии.

Причина водородной связи: при отдаче единственного электрона «своему» атому электроотрицательного элемента водород приобретает относительно сильный положительный заряд, который затем взаимодействует с неподеленной электронной парой «чужого» атома электроотрицательного элемента.

Внутримолекулярная водородная связь осуществляется внутри молекулы. Эта связь определяет структуру нуклеиновых кислот (двойная спираль) и вторичную (спиралевидную) структуру белка.

Водородная связь гораздо слабее ионной или ковалентной, но сильнее, чем межмолекулярное взаимодействие.

Вопрос 3. Решить задачу. 20г нитробензола подвергли реакции восстановления. Найти массу образовавшегося анилина, если выход реакции составляет 50%.

Ответ.

Дано: Найти: m(C 6 H 6 NH 2).

m(C 6 H 6 NO 2) = 20г,

Решение

(C 6 H 6 NO 2) + 3H 2 = C 6 H 6 NH 2 +2H 2 0.

v: 1 моль 1 моль

M: 123г/моль 93 г /моль

х= m теор (C 6 H 6 NH 2) =20*93/123=15г,

m практ = 15*0,5=7,5 г.

Ответ: 7,5 г.

Билет № 4

Свойства Металл	Li, K, Rb, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb, (H), Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Восстановительная способность (отдавать электроны)	Возрастает
Взаимодействие с кислородом воздуха	Быстро окисляются при обычной температуре	Медленно окисляются при обычной температуре или при нагревании	Не окисляются
Взаимодействие с водой	Выделяется Н 2 и образуется гидроксид	При нагревании выделяется водород и образуется гидроксид	Не вытесняют водород из воды
Взаимодействие с кислотами	Вытесняют водород из разбавленных кислот	Не вытеснят водород из разбавленных кислот
Окислительная способность (присоединять электроны)	Возрастает

Вопрос 1.Общие свойства металлов. Особенности строение атомов .

Ответ . Атомы металлов сравнительно легко отдают валентные электроны и превращаются при этом в положительно заряженные ионы. Поэтому металлы являются восстановителями. В этом и состоит главная и наиболее общая химическая свойства металлов. Соединениях металлы проявляют только положительные степень окисления. Восстановительная способность разных металлов не одинакова и возрастает в электрохимическом ряду напряжений металлов от Au и до Li.

Физические свойства

1.Электропроводность. Обусловлена наличием в металлах свободных электронов, образующих электрический ток(направленное движение электронов).

2.Теплопроводность.

3.Ковкость и пластичность.

Металлы c ρ <5 г /см 3 – легкие, c ρ > 5 г/см 3 – тяжелые.

Легкоплавкие металлы: c t пл < 1000 0 C ,тугоплавкие – c t пл >1000 0 C.

Схемы взаимодействия металлов с серной кислотой.

Разбавленная H 2 SO 4 растворяет металлы расположенные в ряду стандартных электродных потенциалов (ряд активности металлов)до водорода:

M + H 2 SO 4 (разб.) → соль + H 2

(M = (Li →Fe) в ряду активности металлов).

При этом образуются соответствующая соль и вода.

С Ni разбавленная H 2 SO 4 реагирует очень медленно, с Ca, Mn, и Pb кислота не реагирует. При действии кислоты на поверхности свинца образуется пленка PbSO 4 , защищающая его от дальнейшего взаимодействия с кислотой.

Концентрированная H 2 SO 4 при обычной температуре со многими металлами не взаимодействует. Однако при нагревании концентрированная кислота реагирует почти со всеми металлами (кроме Pt ,Au и некоторых других). При этом кислота восстанавливается до H 2 S,или SO 2:

M + H 2 SO 4 (конц.) → соль + H 2 O + H 2 S (S ,SO 2).

Водород в этих реакциях не выделяется, а образуется вода.

Схемы взаимодействия металлов с азотной кислотой.

При взаимодействии металлов с HNO 3 водород не выделяется; он окисляется, образуя воду. В зависимости от активности металла кислота может восстанавливаться до соединений.

5 +4 +2 +1 0 -3 -3

HNO 3 →NO 2 → NO→ N 2 O→N 2 →NH 3 (NH 4 NO 3).

При этом образуется также и соль азотной кислоты.

Разбавленная HNO 3 реагирует со многими металлами (исключение: Ca ,Cr ,Pb, Au) чаще всего с образованием NH 3 ,NH 4 NO 3 ,N 2 или NO:

M + HNO 3 (разб.) → соль + H 2 O + NH 3 (NH 4 NO 3 , N 2 ,NO).

Концентрированная HNO 3 взаимодействует в основном с тяжелыми металлами с образованием N 2 O или NO 2:

M + HNO 3 (конц.) → соль + H 2 O + N 2 O(NO 2).

При обычной температуре эта кислота (сильный окислитель) не реагирует с Al ,Cr, Fe и Ni. Она легко переводит их в пассивное состояние (на поверхности металла образуется плотная защитная оксидная пленка, препятствующая контакту металла со средой.)

Вопрос 2. Крахмал и целлюлоза. Сравнить их строение и свойства. Их применение.

Ответ. Строение крахмала: структурное звено – остаток молекулы

α-глюкозы. Строение целлюлозы: структурное звено-остаток молекулы β-глюкозы.

Физические свойства

Крахмал-белый хрустящий порошок,нерастворимый в холодной воде. В горячей воде образует коллоидный раствор-клейстер.

Целлюлоза-твердое волокнистое вещество,нерастворимое в воде и органических растворителях.

Химические свойства

1. Крахмал целлюлоза подвергаются гидролизу:

(C 6 H 10 O 5) n + nH 2 O=nC 6 H 12 O 6 .

При гидролизе крахмала образуется альфа-глюкоза, при гидролизе целлюлоза бета-глюкоза.

2. Крахмал с йодом дает синие окрашивание(в отличие от целлюлозы).

3. Крахмал переваривается в пищеварительной системой человека,а целлюлоза не переваривается.

4. Для целлюлозы характерна реакция этерификации:

[(C 6 H 7 O 2)(OH) 3 ] n +3nHONO 2 (конц.) [(C 6 H 7 O 2)(ONO 2) 3 ] n +3nH 2 O.

тринитроцеллюлоза

5. Молекулы крахмала имеют как линейную, так и разветвленную структуру. Молекулы же целлюлоза имеет линейное (то есть не разветвленное) строение, благодаря чему целлюлоза легко образует волокна.Это основное различие крахмала и целлюлозы.

6.Горение крахмала и целлюлозы:

(C 6 H 10 O 5) n +O 2 =CO 2 +H 2 O+Q.

Без доступа воздуха происходит термическое разложение. Образуются CH 3 O, CH 3 COOH, (CH 3) 2 CO и др.

Применение

1. Путем гидролиза превращают в потоку и глюкозу.

2. Как ценный и питательный продукт(основной углевод пищи человека-хлеба,крупы,картофеля).

3. В производстве клейстера.

4. В производстве красок (загуститель)

5. В медицине (для приготовления мазей, присыпок).

6. Для накрахмаливания белья.

Целлюлоза:

1. В производстве ацетатного волокна,оргстекла, негорючей пленки(целлофан).

2. При изготовлении бездымного пороха(тринитроцеллюлоза).

3. В производстве целлулоида и колодита (динитроцеллюлоза).

Вопрос 3. К 500 грамм 10% раствора NACL прибавили 200 грамм 5% раствора того же вещества, потом еще 700 грамм воды. Найдите процентную концентрации полученного раствора.

Ответ. Найти:m 1 (NаCl)= 500г

Дано:

ω 1 (NаCl)=10%

m 2 (NаCl)=200г

Решение

m 1 (NaCl, безв.)=500 *10\100 = 50 г,

m 2 (NaCl, безв.)=200*5\100=10 г,

m (р-ра)=500+200+700=1400г,

m общ (NaCl)=50+10=60г,

ω 3 (NaCl)=60\1400 * 100 % = 4,3 %

Ответ: ω 3 (NaCl)=4,3 %

БИЛЕТ № 5

Вопрос 1. Ацетилен. Его строение, свойства, получение и применение.

Ответ. Ацетилен относится к классу алкинов.

Ацетеленовые углеводороды, или алкины, -непредельные (ненасыщенные) углеводороды с общей формулой , в молекулах которых между атомами углерода есть тройная связь.

Электронное строение

Углерод в молекуле ацетилена находится в состоянии sp – гибридизации. Атомы углерода в этой молекуле образуют тройную связь, состоящую из двух -связей и одной σ-связи.

Молекулярная формула: .

Графическая формула: H-C≡ C-H

Физические свойства

Газ, легче воздуха, малорастворим в воде, в чистом виде почти без запаха, бесцветный, = - 83,6 . (В ряду алкинов с увеличением молекулярной массы алкина температуры кипения и плавления увеличиваются.)

Химические свойства

1. Горение:

2. Присоединение:

а) водорода:

б) галогена:

C 2 H 2 + 2Cl 2 = C 2 H 2 Cl 4 ;

1,1,2,2-тетрохлорэтан

в) галогеноводорода:

HC≡CH + HCl = CHCl

винилхлорид

CH 2 =CHCl + HCl = CH 3 -CHCl 2

1,1-дихлорэтан

(по правилу Марковникова);

г) воды(реакция Кучерова):

HC=CH + H 2 O = CH 2 =CH-OH CH 3 -CHO

виниловый спирт уксусный альдегид

3. Замещение:

HC≡CH + 2AgNO 3 + 2NH 4 = AgC≡CAg↓+ 2NH 4 NO 3 + 2H 2 O.

ацетиленид серебра

4. Окисление:

HC≡CH + + H 2 O → HOOC-COOH ( -KMnO 4).

щавельная кислота

5. Тримеризация:

3HC≡CH t, кат

6. Димеризация:

HC≡CH + HC≡CH КАТ. HC≡C - HC=CH 2

винилацетилен

Получение

1. Дегидрирование алканов (крекинг жидких нефтяных фракций):

C 2 H 6 = C 2 H 2 + 2H 2 .

2. Из природного газа (термический крекинг метана):

2CH 4 C 2 H 2 + 3H 2

3. Карбидный способ:

CaC 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + C 2 H 2

Применение

1.В производстве винилхлорида, ацетальдегида, винилацетата, хлоропрена, уксусной кислоты и других органических веществ.

2.В синтезе каучука и поливинилхлоридных смол.

3.В производстве поливинилхлорида (кожзаменитель).

4.В производстве лаков, лекарств.

5.При изготовлении взрывчатых веществ (ацетилениды).

Данный урок проводится по учебнику под редакцией Г. Е. Рудзитиса «Органическая химия» в 10 классе в разделе: «Спирты и фенолы». Урок проводится с использованием традиционных методов обучения, демонстрационных опытов, а также современных мультимедийных форм обучения. Это позволяет более наглядно и доходчивее излагать материал; провести быструю оценку усвоения учащимися изученного на уроке (тест). Использование современных аудио/видео способов обучения расширяют возможности более прочного и осознанного усвоения учебного материала учащимися.

Образовательные задачи:

изучить состав, строение, свойства фенола и его соединений
на примере фенола конкретизировать знания учащихся об особенностях строения веществ, принадлежащих к классу фенолы, рассмотреть зависимость взаимного влияния атомов в молекуле фенола на его свойства
познакомить учащихся с физическими и химическими свойствами фенола и некоторых его соединений, изучить качественные реакции на фенолы
рассмотреть нахождение в природе, применение фенола и его соединений, их биологическую роль

Развивающие задачи:

совершенствовать умение учащихся прогнозировать свойства вещества на основе его строения
продолжать развивать умение наблюдать, анализировать, делать выводы при выполнении химического эксперимента

Воспитательные задачи:

продолжить формирование химической картины мира через химическую картину природы (познаваемость, управление химическими процессами)
расширить представление учащихся о влиянии фенолсодержащих промышленных отходов и строительных материалов на окружающую среду и здоровье человека
рассмотреть биологическую роль фенола и его соединений на организм человека (положительную и отрицательную)

Тип урока: урок - изучения новых знаний.

Методы обучения: словесный, наглядный, практический (химический эксперимент – ученический и демонстрационный)

Средства обучения: Компьютер, проектор, школьный химический эксперимент (демонстрационный и ученический), опорные конспекты, видеоролики.

Оборудование и реактивы: Демонстрационный эксперимент: растворы С 6 Н 5 ОН, NaOH, FeCl 3 , бромная вода, Na, пробирки, резиновые пробки.

План урока

1. Организационный момент

2. Актуализация знаний

3. Изучение новых знаний

Определение фенолов Соединения, в которых ароматический радикал фенил С6Н5- непосредственно связан с гидроксильной группой, отличаются по свойствам от ароматических спиртов, настолько, что их выделяют в отдельный класс органических соединений, называемый фенолами .

классификация и изомерия фенолов В зависимости от числа ОН-групп различают одноатомные фенолы (например, вышеприведенные фенол и крезолы) и многоатомные . Среди многоатомных фенолов наиболее распространены двухатомные:

Как видно из приведенных примеров, фенолам свойственна структурная изомерия (изомерия положения гидроксигруппы).

Физические свойства фенола (Приложение№2)

Следствием полярности связи О–Н и наличия неподеленных пар электронов на атоме кислорода является способность гидроксисоединений к образованию водородных связей

Это объясняет, почему у фенола довольно высокие температуры плавления (+43) и кипения (+182). Образование водородных связей с молекулами воды способствует растворимости гидроксисоединений в воде:

Способность растворяться в воде уменьшается с увеличением углеводородного радикала и от многоатомных гидроксисоединений к одноатомным. Метанол, этанол, пропанол, изопропанол, этиленгликоль и глицерин смешиваются с водой в любых соотношениях. Растворимость фенола в воде ограничена.

Строение молекулы фенола

Химические свойства фенола (проводится демонстрационный эксперимент)
а) Рассмотрим реакции фенола по ОН- группе:

Кислотные свойства у фенола выражены сильнее, чем у спирта С 2 Н 5 ОН. Фенол – слабая кислота (карболовая).

б) Реакции фенола по бензольному кольцу:

Какой вывод о взаимном влиянии атомов в молекуле фенола можно сделать?
Фенильная группа C6H5 – и гидроксил –ОН взаимно влияют друг на друга.

в) Качественная реакция на фенолы (видеоролик)

С 6 Н 5 ОН + FeCl 3 -> фиолетовое окрашивание

Получение фенола (приложение№1)

Физиологическое действие фенола и его применение

Фенол - ядовит!!! При попадании на кожу вызывает ожоги, при этом он всасывается через кожу и вызывает отравление. Раствор фенола используют в качестве дезинфицирующего средства (карболовая кислота). Двухатомные фенолы – пирокатехин, резорцин, а также гидрохинон (пара- дигидроксибензол) применяют как антисептики (антибактериальные обеззараживающие вещества), вводят в состав дубителей для кожи и меха, как стабилизаторы смазочных масел и резины, а также для обработки фотоматериалов и как реагенты в аналитической химии.

В виде отдельных соединений фенолы используются ограниченно, зато их различные производные применяют широко. Фенолы служат исходными соединениями для получения разнообразных полимерных продуктов – фенолоальдегидных смол, полиамидов, полиэпоксидов. На основе фенолов получают многочисленные лекарственные препараты, например, аспирин, салол, фенолфталеин, кроме того, красители, парфюмерные продукты, пластификаторы для полимеров и средства защиты растений.

Биологическая роль соединений фенола:

4. Закрепление изученного материала

Приложение №2 (видеоролик)

Приложение №3 (Flash анимация)

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

Реакции по гидроксильной группе

Фенолы, так же, как и алифатические спирты, обладают кислыми свойствами, т.е. способны образовывать соли – феноляты . Однако они более сильные кислоты и поэтому могут взаимодействовать не только со щелочными металлами (натрий, литий, калий), но и со щелочами и карбонатами:

Константа кислотности рК а фенола равна 10. Высокая кислотность фенола связана с акцепторным свойством бензольного кольца (эффект сопряжения ) и объясняется резонансной стабилизацией образующегося фенолят-аниона. Отрицательный заряд на атоме кислорода фенолят-аниона за счет эффекта сопряжения может перераспределяться по ароматическому кольцу, этот процесс можно описать набором резонансных структур:

Ни одна из этих структур в отдельности не описывает реального состояния молекулы, но их использование позволяет объяснять многие реакции.

Феноляты легко взаимодействуют с галогеналканами и галогенангидридами:

Взаимодействие солей фенола с галогеналканами – реакция О-алкилирования фенолов. Это способ получения простых эфиров (реакция Вильямсона, 1852 г.).

Фенол способен взаимодействовать с галогенангидридами и ангидридами кислот с получением сложных эфиров (О-ацилирование):

Реакция протекает в присутствии небольших количеств минеральной кислоты или при нагревании.

Реакции по бензольному кольцу

Гидроксил является электронодонорной группой и активирует орто - и пара -положения в реакциях электрофильного замещения:

Галогенирование

Галогенирование фенолов действием галогенов или галогенирующих агентов протекает с большой скоростью:

Нитрование

При действии азотной кислоты в уксусной кислоте (в присутствии небольшого количества серной кислоты) на фенол получается 2-нитрофенол:

Под действием концентрированной азотной кислоты или нитрующей смеси фенол интенсивно окисляется, что приводит к глубокой деструкции его молекулы. При использовании разбавленной азотной кислоты нитрование сопровождается сильным осмолением несмотря на охлаждение до 0°С и приводит к образованию о- и п- изомеров с преобладанием первого из них:

При нитровании фенола тетраоксидом диазота в инертном растворителе (бензол, дихлорэтан) образуется 2,4-динитрофенол:

Нитрование последнего нитрующей смесью протекает легко и может служить методом синтеза пикриновой кислоты:

Эта реакция идет с саморазогреванием.

Пикриновую кислоту получают также через стадию сульфирования. Для этого обрабатывают фенол при 100°С избыточным количеством серной кислоты, получают 2,4-дисульфопроизводное, которое не выделяя из реакционной меси обрабатывают дымящей азотной кислотой:

Введение двух сульфогрупп (также как и нитрогрупп) в бензольное ядро делает его устойчивым к окисляющему действию дымящей азотной кислоты, реакция не сопровождается осмолением. Такой метод получения пикриновой кислоты удобен для производства в промышленном масштабе.

Сульфирование . Сульфирование фенола в зависимости от температуры протекает в орто - или пара -положение:

Алкилирование и ацилирование по Фриделю-Крафтсу . Фенолы образуют с хлористым алюминием неактивные соли ArOAlCl 2 , поэтому для алкилирования фенолов в качестве катализаторов применяют протонные кислоты (H 2 SO 4) или металлооксидные катализаторы кислотного типа (Al 2 O 3). Это позволяет использовать в качестве алкилирующих агентов только спирты и алкены:

Алкилирование протекает последовательно с образованием моно-, ди- и триалкилфенолов. Одновременно происходит кислотно-катализируемая перегруппировка с миграцией алкильных групп:

Конденсация с альдегидами и кетонами . При действии щелочных или кислотных катализаторов на смесь фенола и альдегида жирного ряда происходит конденсация в о - и п -положениях. Эта реакция имеет очень большое практическое значение, так как лежит в основе получения важных пластических масс и лаковых основ. При обычной температуре рост молекулы за счет конденсации идет в линейном направлении:

Если реакцию проводить при нагревании, начинается конденсация с образованием разветвленных молекул:

В результате присоединения по всем доступным о - и п -положениям образуется трехмерный термореактивный полимер – бакелит. Бакелит отличается высоким электрическим сопротивлением и термостойкостью. Это один из первых промышленных полимеров.

Реакция фенола с ацетоном в присутствии минеральной кислоты приводит к получению бисфенола: