Химические свойства бутанола и бутаналя


Задача 59.
Напишите реакции (где это возможно) для каждого из двух соединений - бутаналя и бутанола со следующими реагентами: хромовая смесь, реактив Фелинга, спиртом, реактивом Гриньяра.
Решение:

а) Реакции бутаналя

1. Альдегиды легко окисляются до соответствующих карбоновых кислот под действием разнообразных окислителей. Поэтому бутаналь легко окислится хромовой смесью до бутановой кислоты:

3СН3-СН2-СН2-СНО + K2Cr2O7 + 4H2SO4 →3СН3-СН2-СН2-СООН + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 4H2O

2. Реактив Фелинга - это раствор сульфата меди CuSО4 и тартрата калия-натрия KNa(C4H406) в 10%-м водном растворе гидроксида натрия NaOH. При действии реактивом Фелинга на пропаналь образуется бутановая кислота и выпадет красный осадок Cu2O - реакция "медного зеркала":

СН3-СН2-СН2-СНО + Сu(2+)[комплекс (реактив Фелинга] = Cu2O + СН3-СН2-СН2-СООН

3. При присоединении первой молекулы спирта образуются полуацетали. Реакция катализируется кислотами или основаниями:

СН3-СН2-СН2-СНО + СН3-ОН + (Н+, ОН-) = СН3-СН2-СН2-СН(О-СН3)ОН

Присоединение второй молекулы спирта приводит к образованию ацеталей. Образование ацеталей катализируется только в кислой среде:

СН3-СН2-СН2-СН(О-СН3)ОН + СН3-ОН +(Н+) = СН3-СН2-СН2-СН(О-СН3)2 + Н2О

Ацетали устойчивы в нейтральной и щелочной среде, поэтому могут быть использованы для временной защиты альдегидных групп. Ацетали широко распространены в природе.
Эта реакция "медного зеркала" служит качественной реакцией на обнаружение альдегидов, при наличии альдегида в растворе выпадает красный осадок.

4. Реактив Гриньяра (R-Mg-Х, здесь R – алкильный или арильный радикал; Х – это галоген.) получается при реакции металлического магния с соответствующими органическими галогенидами. Одно из наиболее важных использований реактивов Гриньяра — реакция с альдегидами и кетонами, приводящая к спиртам. Из пропаналя и метилмагнийбромида получаются вторичные спирт пентанол-2:

СН3-СН2-СН2-СНО + СН3-Мg-Br + H2O = СН3-СН2-СН2-СН(CH3)-ОH + Mg(OH)Br

б) Реакции бутанола

1. Первичные спирты 
Дихромат - сильный оксилитель и окислит спирт в соответствующий альдегид, т. е при окислении  таким образом батанола образуется бутаналь:

CH3CH2СН2CH2OH + K2Cr2O7 + H2O = CH3CH2СН2COH + Cr(OH)3 + KOH

Первичные и вторичные спирты легко окисляются хромовым ангидридом или бихроматом в водном растворе серной кислоты.
При проведении реакции в кислой среде образуется зеленый осадок Cr2(SO4)3, что может служить реакцией обнаружения спирта:

3СН3-СН2-СН2-СН2ОН + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → 3СН3-СН2-СН2-СНО + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O

Образовавшийся при окислении спирта альдегид окисляется до карбоновой кислоты. Общая схема реакции окисления спирта:

CH3CH2СН2CH2OH(K2Cr2O7) → СН3-СН2-СН2-СНО(K2Cr2O7) → СН3-СН2-СН2-СООН

2. Реактив Фелинга не вступает в реакцию с первичными спиртами

3. Спирты могут вступать в реакцию межмолекулярной дегидратации, так при при нагревании пропанола с этанолом в присутствии серной кислоты образуется этилбутират:

CH3CH2СН2CH2-OH + НО-С2Н5  = CH3CH2СН2CH2-O-С2Н5 + Н2О

Этот способ неприемлем для получение несимметричных эфиров из двух спиртов, так как при этом образуется смесь трех возможных продуктов ROR, R'OR, R'OR', в данном случае -

CH3CH2СН2CH2-O-С2Н5, CH3CH2СН2CH2-O-СН2СН2СН2СН3 или 5Н2С-O-С2Н5.

4. Реактивы Гриньяра с высокой скоростью и необратимо реагируют со всеми группами (OH-), что находит применение для количественного определения подвижного водорода в органических соединениях по объему выделившегося метана (метод Чугаева–Церевитинова):

CH3CH2СН2CH2-OH + CH3-MgI = CH3CH2СН2CH2-O-MgI + CH4
 


Превращения алллилового спирта

Задача 60.
Осуществить следующие превращения и назвать соединения:

аллиловый спирт + Cl→ A + 2NaOH(водный) → B + CH3-COOH(H+, t°) → C + 2CH3COOH(H+, t°) → Д
Решение:
1. Аллиловый спирт при реакции с хлором образует дихлорпропиловый спирт:

СН2=СН-СН2ОН + Cl2 →  CH2Cl-CHCl-CH2ОН

2. При омылении дихлорпропилового спирта получают глицерин:

CH2Cl-CHCl-CH2ОН + 2NaOH(водный) → CH2ОН-CHОН-CH2ОН + 2NaCl

3. Реакция глицерина с кислотами

При действии на глицерин разбавленным раствором уксусной кислотой в присутствии серной кислоты и при нагревании образуется моноацетат глицерина: 

CH2ОН-CHОН-CH2ОН + CH3-COOH(H+, t°) → CH2(О-СО-СН3)-CHОН-CH2ОН + Н2О

4. При реакции моноацетата глицерина с уксусной кислотой образуется триацетат глицерина:

CH2(О-СО-СН3)-CHОН-CH2ОН + 2CH3COOH(H+, t°) → CH2(О-СО-СН3)-CH(О-СО-СН3)-CH2(О-СО-СН3) + 2Н2О

А - 2,3-дихлорпропанол-1 - CH2Cl-CHCl-CH2OH;
B - 1,2,3-пропантриол (глицерин) - CH2OH-CHOH-CH2OH;
C - (2,3-дигидроксипропил)ацетат - CH2OH-CHOH-CH2O-CO-CH3;
D - (пропан-1,2,3-триил)триацетат (триацетин) - CH2(OCOCH3)-CH(OCOCH3)-CH2O-COCH3.
 


Алани́н (2-аминопропановая кислота) — алифатическая аминокислота


Задача 61.
К 80 г раствора аланина добавили 5,04г гидрокарбоната натрия, при этом выделилось 896 мл (н.у.) газа. Определите массовые доли веществ в образовавшемся растворе.
Решение:
m(p-pa) = 80 г; 
V(CO2) = 896 мл = 0,896 л;
m(Na2CO3) = 5,04 г;
М(NС3H6О2Na) = 101,09 г/моль;
М(Na2CO3) = 105,9888 г/моль.

Уравнение реакции имеет вид:

2NH2-СH(СН3)-СООН + Na2CO3 = 2NH2-СH(СН3)-СООNa + CO2 + H2O.

Из уравнения реакций вытекает, что при взаимодействии 1 моль Na2CO3 и 2 моль аланина выделяется 1 моль СО2 и 2моль соли, т.е. n(CO2) = n(Na2CO3) = 2n(NС3H6О2Na).

1. Рассчитаем количества веществ, получим:

n(CO2) = V(CO2)/Vm = 0,896/22,4 = 0,04 моль;
n(Na2CO3) = m(Na2CO3)/M(Na2CO3) = 5,04/105,9888 = 0,0475 моль;
n(NС3H6О2Na) = 2n(CO2) = (2 . 0,04) = 0,08 моль.

2. Рассчитаем массу соли, получим:

m(NС3H6О2Na) = M(NС3H6О2Na) . n(NС3H6О2Na) = (0,08 . 101,09) = 8,0872 г.

3. Рассчитаем массу оставшейся соли Na2CO3, получим: 

mост.(Na2CO3) = [n(Na2CO3) - n(CO2)] .  M(Na2CO3) = (0,0475 - 0,04) . 105,9888 = 0,7949 г.

4. Определение массовых долей веществ в образовавшемся растворе, получим:

w%(NС3H6О2Na) =  m(NС3H6О2Na)/m(p-pa) = 8,0872/80 = 0,00109 = 0,109%;
w%(Na2CO3) = mост.(Na2CO3)/m(p-pa) = 0,7949/80 = 0,0099 = 0,994%.

Ответ: w%(NС3H6О2Na) = 0,109%; w%(Na2CO3) = 0,994%.