- •В.И. Вигдорович, с.В. Романцова, н.В. Шель, и.В. Зарапина
- •Оглавление
- •Предисловие
- •Часть I. Основы органической химии
- •Структура органических соединений
- •Теория строения органических соединений а.М. Бутлерова
- •Изомерия органических соединений
- •Индуктивный и мезомерный эффекты
- •Понятие о мезомерном эффекте
- •Типы реакций органических соединений. Понятие о механизме реакции
- •Типы реакций в органической химии
- •Направление и селективность химической реакции
- •Предельные (насыщенные) углеводороды
- •Изомерия алканов.Для алканов характерен один из видов структурной изомерии – изомерия углеродной цепи (строения углеродного скелета). Приведем примеры таких изомеров:
- •Физические свойства алканов
- •Физические характеристики некоторых нормальных углеводородов
- •Влияние разветвления молекул алканов на их физические характеристики
- •Химические свойства алканов
- •Некоторые отдельные представители
- •Экологическая характеристика алканов
- •Задачи по теме
- •Циклоалканы
- •Физические свойства циклоалканов
- •Получение циклоалканов
- •Химические свойства малых циклов
- •Применение циклоалканов
- •Экологическая оценка
- •Непредельные углеводороды Алкены (олефины)
- •Физические свойства олефинов
- •Получение олефиновых углеводородов
- •Химические свойства олефинов
- •Отдельные представители олефинов
- •Экологические характеристики
- •Задачи по теме
- •Алкадиены (диеновые углеводороды)
- •Методы получение диенов
- •Химические свойства диенов
- •Каучуки
- •Экологическая характеристика
- •Задачи по теме
- •Алкины (ацетиленовые углеводороды)
- •Методы получения алкинов
- •Физические свойства алкинов
- •Химические свойства алкинов
- •Экологическая характеристика
- •Задачи по теме
- •Предельные спирты
- •Предельные одноатомные спирты
- •Получение одноатомных спиртов
- •Физические свойства первичных спиртов
- •Химические свойства одноатомных спиртов
- •Отдельные представители
- •Предельные многоатомные спирты
- •Получение двухатомных спиртов
- •Получение трехатомных спиртов
- •Физические свойства многоатомных спиртов
- •Химические свойства многоатомных спиртов
- •Экологическая характеристика
- •Задачи по теме
- •Предельные оксосоединения
- •Альдегиды
- •Получение альдегидов
- •Физические свойства альдегидов
- •Химические свойства альдегидов
- •Отдельные представители
- •Экологическая характеристика
- •Получение кетонов
- •Химические свойства кетонов
- •Отдельные представители
- •Задачи по теме
- •Карбоновые кислоты
- •Электронное строение карбоксильной группы
- •Предельные карбоновые кислоты
- •Физические свойства кислот
- •Получение карбоновых кислот
- •Химические свойства карбоновых кислот
- •Свойства отдельных представителей гомологического ряда
- •Задачи по теме
- •Азотсодержащие органические соединения
- •Нитросоединения
- •Нитрилы и изоцианиды
- •Алифатические амины
- •Физические свойства аминов
- •Получение аминов
- •Химические свойства аминов
- •Отдельные представители
- •Экологическая характеристика
- •Задачи по теме
- •Аминокислоты
- •Физические свойства α-аминокислот
- •Способы получения -аминокислот
- •Способы получения -аминокислот
- •Химические свойства аминокислот
- •Отдельные представители
- •Простые и сложные эфиры Простые эфиры
- •Способы получения простых эфиров
- •Физические свойства простых эфиров
- •Химические свойства простых эфиров
- •Отдельные представители
- •Сложные эфиры карбоновых кислот Получение сложных эфиров карбоновых кислот
- •Химические свойства эфиров карбоновых кислот
- •Физические свойства жиров
- •Химические свойства жиров
- •Сложные липиды
- •Ароматические углеводороды, арены Бензол и его производные
- •Методы получения бензола и его гомологов
- •Получение гомологов бензола
- •Физические свойства аренов
- •Химические свойства
- •Экологиченские характеристики
- •Ароматические оксосоединения Фенолы
- •Некоторые физические и термодинамические характеристики ряда фенолов
- •Получение фенола
- •Некоторые химические свойства фенола
- •Задачи по теме
- •Гетероциклические соединения
- •Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом
- •Химические свойства пиридина
- •Диоксины
- •Физико-химические свойства ксенобиотиков типа диоксинов
- •Источники ксенобиотиков
- •Пестициды
- •Фуллерены. Синтез и свойства соединений на их основе
- •Методы получения гидридов фуллеренов
- •Кислотность фуллеренов
- •Применение фуллеренов
- •Высокомолекулярные соединения
- •Свойства высокомолекулярных соединений
- •Основные химические реакции высокомолекулярных соединений
- •Часть II основы химической термодинамики
- •Понятия и термины химической термодинамики
- •Внутренняя энергия
- •Первое началотермодинамики
- •Следствия из первого начала термодинамики
- •Теплоемкость при постоянном объеме, сv
- •Теплоемкость при постоянном давлении
- •Равновесные процессы. Максимальная работа
- •Термохимия
- •Закон Гесса
- •Следствия из закона Гесса
- •И окончательно
- •Связь h и u химических реакций
- •Зависимость тепловых эффектов от температуры. Закон Кирхгофа
- •Совершенно очевидно, что разности Сi можно выразить через уравнение
- •Средняя теплоемкость
- •Работа тепловой машины. Теорема и цикл Карно
- •Второе начало термодинамики
- •Энтропия как критерий самопроизвольного течения процесса
- •Следовательно, если такой процесс протекает в изолированной системе, то
- •Расчет энтропии
- •Расчет изменения энтропии идеального газа
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Принцип локального равновесия
- •Важно найти функции, определяющие зависимость deSиdiSот экспериментально измеряемых величин.
- •Статистическая интерпретация энтропии
- •Химический потенциал и химическое сродство
- •Химический потенциал
- •Химическое сродство
- •Уравнение Клапейрона-Клаузиуса
- •Термодинамические потенциалы
- •Свободная энергия Гиббса
- •Для чистого вещества
- •Условия самопроизвольного протекания процесса
- •Уравнение Гиббса-Гельмгольца
- •Тепловая теорема Нернста. Третий закон термодинамики
- •Некоторые аспекты, связанные с достижением химического равновесия
- •Изотерма химической реакции
- •Изобара химической реакции
- •Задачи для самостоятельного решения
- •Задача 7.Для реакции
- •Задача 8.Для реакции
- •Задача 10.Для реакции
- •Задача 11. Для реакции
- •Литература Основная литература
- •Дополнительная литература
Получение трехатомных спиртов
1. Гидролиз жиров.
2. Из пропилена.
СН2=СНСН3СН2=СНСН2ClСН2=СНСН2OH
аллиловый спирт
3. Гидролиз тригалогенпроизводных.
СН2ClСНClСН2Cl+ 3NaOHСН2OHСНOHСН2OH+ 3NaCl
водный р-р
Физические свойства многоатомных спиртов
Низшие гликоли – вязкие жидкости, высшие – кристаллические вещества. Гликоли хорошо растворимы в воде, сладковаты на вкус.
Глицерин – бесцветная вязкая жидкость, сладок, гигроскопичен, смешивается с водой в любых отношениях.
Химические свойства многоатомных спиртов
Химические свойства гликолей (двухатомных спиртов) аналогичны свойствам одноатомных спиртов.
1. Реакции, идущие с участием только Н-атома гидроксильной группы.
1.1. Со щелочными металлами.
Образуются полные и неполные гликоляты и глицераты.
1.2. С гидроксилами некоторых металлов.
1.3. С минеральными и органическими кислотами образуют сложные эфиры.
Такая же реакция возможна и с глицерином.
2. Реакции с участием всей группы ОН.
2.1. Взаимодействие с галогенводородами.
2.2. Дегидратация (внутримолекулярная).
3. Окисление.
4. Алкоголиз (метанолиз) глицеридов.
Основная на сегодня реакция получения биодизельного топлива из рапсового масла. Биотопливом являются сложные эфиры метанола и карбоновых кислот, как правило, преимущественно непредельных, с четным числом атомов углерода в молекуле.
Отметим, что биотопливо по целому ряду факторов гораздо перспективнее, чем углеводородное (нефтяное сырье). Некоторые из этих факторов следующие:
1. Имеется практически неиссякаемый сырьевой источник – возобновляемые растительные продукты.
2. Экологическая чистота, так как в сырье практически отсутствуют серу- и азотсодержащие соединения, а также вещества ароматического ряда. Следовательно, при сгорании топлив не выделяются известные загрязнители – SO2иNOxи не образуются канцерогенные полициклические ароматические углеводороды.
3. Низкая себестоимость производства.
4. Сохраняемость углеводородов для получения технически ценных продуктов.
Великий Д.И. Менделеев говорил, что топить углеводородами – все равно, что топить ассигнациями.
Сегодня основным компонентом биотоплива, конечно, является этанол. Его за рубежом широко добавляют в углеводородное топливо в количестве до 10 %. Такой бензин можно купить на очень многих заправочных станциях США и Канады под названием газохола. Процентное содержание этанола в таких бензинах будет постоянно возрастать. В нашей стране такой бензин для двигателей внутреннего сгорания называют бензанолом. Но успехи пока в этом отношении более скромные.
Экологическая характеристика
Критериальные величины ряда спиртов приведены ниже
Вещество |
ПДКр.з., мг/м3 |
ПДКм.р., мг/м3 |
ПДКв, мг/л |
БПК5, мгО2/мг в-ва |
ХПК, мгО2/мг в-ва |
СН3ОН |
5 |
1 |
3 |
0,77 |
1,5 |
С2Н5ОН |
1000 |
5 |
— |
— |
2,08 |
СН3СН2СН2ОН |
10 |
— |
— |
1,59 |
2,4 |
СН3СНОНСН3 |
980 |
— |
0,25 |
1,59 |
2,4 |
СН3СН2СН2СН2ОН |
10 |
— |
1 |
1,26 |
2,6 |
СН3СНОНСН2СН3 |
450 |
— |
— |
— |
— |
СН3(СН2)6СН2ОН |
10 |
— |
0,05 |
1,2 |
2,95 |
С2Н4(ОН)2 |
0,1 |
— |
1 |
0,54 |
15 |
ПДКс.с.(СН3ОН) = 0,5 мг/м3; ПДКс.с.(С2Н5ОН) = 5 мг/м3.
Метанол – сильный яд, действующий на зрительные нервы и сосуды сетчатки глаза. Критические показатели его определяются по санитарно-токсикологическому действию. 4-й класс опасности, что весьма странно и, вероятно, устарело. Острое отравление сопровождается раздражением слизистой оболочки глаз, верхних дыхательных путей: слезотечение, резь в глазах, першение в горле. Нарастает общая слабость, головная боль, чувство страха. При острых отравлениях выводится из организма в течение 5 – 8 дней, причем на 50 – 70 % через легкие без превращения. Главное противоядие – этанол. При попадании в водоемы окисляется, снижая содержание растворенного кислорода. При С > 4 мг/л уже оказывает влияние на экологическую ситуацию в водоеме, при С > 200 мг/л значительно снижает жизнедеятельность микроорганизмов биологически активного ила при очистке сточных вод.
С2Н5ОН при систематическом приеме внутрь действует на печень (церроз), желудочно-кишечный тракт, центральную нервную систему, железы внутренней секреции, снижает уровень тестостерона в крови и снижает половую функцию. У женщин вызывает нарушение менструального цикла, патологическое течение беременности. Этанол оказывает эмбриональное действие: вызывается умственная отсталость детей, врожденные пороки сердца. Метаболизм С2Н5ОН с образованием ацетальдегида протекает в печени за счет окисления ферментом алкогольдегидрогеназой.
Этиленгликоль. Основной путь поступления в организм человека – через желудочно-кишечный тракт, где быстро всасывается и сохраняется в течение 10 дней. Спирт высоко токсичен, действует преимущественно на центральную нервную систему, почти всегда вызывает гемолиз эритроцитов. Концентрация в крови 500 мг/л и более характеризует острое отравление.