Кислородосодержащие органические соединения. Видеоурок 18. Химия 9 класс

Екатерина объясняет, что органические соединения построены на углеродных цепочках, которые служат лишь каркасом, в то время как функциональные группы придают им необходимые свойства. Она подчеркивает, что включение таких элементов, как кислород, а иногда и азот, сера или фосфор, преобразует эти соединения химически и физически. Расположение этих функциональных групп имеет решающее значение для определения отличного поведения и реакционной способности органических молекул.

Органическая химия включает в себя широкий спектр кислородсодержащих соединений, включая спирты и менее известные вещества, такие как альдегид ханифа. В обсуждении рассматриваются карбоновые кислоты, подчеркивается особая роль уксусной кислоты и ее солей, которые представлены в таблицах растворимости. Эти соединения иллюстрируют ключевые принципы органического синтеза и демонстрируют разнообразную функциональность насыщенных кислородом молекул.

Молекулы спиртов всегда содержат по крайней мере одну специфическую группу, связанную с углеродом, что отличает их от типичных неорганических гидроксидов. Связь между кислородом и углеродом характеризуется умеренной разницей в электроотрицательности, что означает, что сильные основные характеристики не наблюдаются. Эта уникальная связь приводит к тому, что спирты проявляют ряд других интересных и отличных друг от друга химических свойств.

Молекулярная структура Раскрывает уникальную природу этанола Этанол, известный как этиловый спирт с формулой C2H5OH, определяется его подробным структурным представлением, которое показывает точный порядок расположения атомов. Эта структурная формула выходит за рамки простой эмпирической формулы, раскрывая точное расположение, ответственное за его специфические свойства. Молекулярная архитектура подчеркивает, как взаимосвязь атомов углерода, водорода и кислорода определяет поведение и реакционную способность, характерные для органических соединений.

Этанол в ферментации, метаболизме и безопасности Микроорганизмы превращают сахара в этанол в процессе ферментации, выделяя углекислый газ в качестве побочного продукта. Этанол широко используется в пищевой промышленности и может даже в незначительных количествах содержаться в напитках, которые не считаются алкогольными. Человеческий организм перерабатывает этанол с помощью таких ферментов, как алкогольдегидрогеназа, эффективно справляясь с низкими концентрациями, в то время как более высокие уровни могут оказывать токсическое воздействие, что контрастирует с опасной природой аналогичных соединений, таких как метанол.

Гидратация позволяет осуществлять прямой синтез спиртов из углеводородов путем присоединения воды к ненасыщенным связям, таким как в алкенах. Добавление воды к двойной связи превращает структуру в спирт, обеспечивая простой процесс конверсии. Аналогичная картина наблюдается и при превращении альдегидов в спирты, что подчеркивает тесную структурную взаимосвязь между этими соединениями.

Спирты вступают в реакцию с концентрированной серной кислотой и подвергаются дегидратации, удаляя воду и образуя алкены, как это наблюдается при производстве этилена из этанола. Они также окисляются при определенных условиях с образованием альдегидов. Их высокая воспламеняемость и летучие пары требуют бережного обращения и хранения, что исторически приводило к их использованию в специализированных горелках. Кроме того, эффективность этанола в качестве растворителя делает его идеальным для дезинфекции, экстракции и приготовления лекарственных препаратов.

Альдегиды определяются уникальной карбонильной группой, в которой кислород соединяется с углеродом двойной связью, а к углероду присоединяется дополнительный водород. Такое точное расположение отличается от более гибкой спиртовой группы, которая обладает дополнительными водородными связями, повышающими растворимость в воде. Возможность замены карбонильной группы другим элементом, таким как галоген, подчеркивает, насколько эта жесткая структурная особенность определяет свойства соединения.

Простая молекула, в которой один атом углерода связан с кислородом и соединен с двумя атомами водорода, образует формальдегид. Его низкая растворимость в воде и летучесть приводят к его выделению в таких условиях, как высокотемпературное горение или разложение пластмасс. Присущая этому соединению летучесть и неприятные свойства подчеркивают проблемы, связанные с окружающей средой и здоровьем человека. Стабилизированный водный раствор, называемый формалином, находит широкое применение при хранении медицинских образцов и музейных экспонатов.

Альдегиды синтезируются путем окисления спиртовых групп путем селективного удаления водорода, который превращает эти группы в реакционноспособные карбонильные соединения. Различные методы окисления позволяют получать такие соединения, как формальдегид, в котором кислород соединяется с атомом водорода в точном порядке. Этот процесс основан на целенаправленной перестройке химических связей, которая преобразует структуру спирта в альдегид. Кроме того, контролируемая гидратация алкинов предлагает альтернативный способ получения карбонильных соединений, демонстрирующий универсальность, присущую органическому синтезу.

Альдегиды обладают особой реакционной способностью, обусловленной их карбонильной группой, которая позволяет им подвергаться как окислительным, так и восстановительным реакциям. Их можно окислять с образованием карбоновых кислот или восстанавливать до спиртов путем контролируемого добавления или удаления водорода. Хотя они горят менее интенсивно, чем спирты, они все же горят и могут быть дополнительно окислены с помощью мягких окислителей, таких как бромная вода. Это обратимое взаимопревращение подчеркивает гибкий и динамичный характер их карбонильной химии.

Когда два атома кислорода присоединяются к одному углероду — один образует двойную связь, а другой — с водородом, - образуется карбоксильная группа, придающая молекуле кислотные свойства. Двойная связь с кислородом увеличивает поляризацию водородной связи, облегчая высвобождение иона водорода. Эта характерная структура связей отличает карбоновые кислоты от спиртов, которые не проявляют заметного кислотного или основного поведения. Понимание того, как эти связи влияют на распределение электронов и степень окисления, является основополагающим для освоения органической химии.

Уксус - это привычная уксусная кислота, обычно используемая на кухне, обычно в виде 9%-ного раствора, который придает блюду более выраженный вкус. Уксус служит ярким примером органических кислот, аналогичных тем, которые содержатся в лимонах, яблоках и других кислых продуктах. Его жидкая, растворимая природа и характерный запах отражают свойства, присущие неорганическим веществам, связывая молекулярную структуру с сенсорными ощущениями.

Карбоновые кислоты, в частности уксусную кислоту, можно получить путем окисления альдегидов и с помощью методов гидролиза. Органический синтез использует различные подходы, включая реакции с оксидами и процессы ионного обмена, для получения этих соединений. Практичный метод заключается в преобразовании ацетата натрия в уксусную кислоту с использованием более сильной кислоты, что является простой и основополагающей концепцией в данной области.

Кислотно–карбонатная реакция: Заметный выброс CO2 Углекислоты, такие как уксусная кислота, вступают в реакцию с карбонатными соединениями с образованием соответствующей соли и выделением видимого газообразного диоксида углерода. Реакция, проявляющаяся в заметном шипении, демонстрирует, что для эффективного взаимодействия с основаниями или оксидами металлов более слабым кислотам требуется образование осадка или газа. Простая смесь пищевой соды и уксуса является примером этого восьмиэтапного процесса, демонстрирующего практичность и качество химических веществ.

Основополагающие концепции для уравнений органических реакций Написание точных уравнений реакций для органических соединений требует глубокого понимания молекулярной структуры, включая изомерию и номенклатуру. Это теоретическое понимание имеет решающее значение для правильного представления взаимодействий, связанных с кислородсодержащими соединениями и другими органическими веществами. Овладение этими понятиями стимулирует к дальнейшему изучению и подготавливает учащихся к изучению более сложных тем органической химии.