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-СН_2-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 + Cl₂ → 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: 

m_ост.(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) = m_ост.(Na₂CO₃)/m(p-pa) = 0,7949/80 = 0,0099 = 0,994%.

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