Органическая химия. Химия кислородсодержащих соединений

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ 
__________________________________________________________________________ 
 
 
 
 
 
 
М.Н. ТИМОФЕЕВА, В.Н. ПАНЧЕНКО 
 
 
 
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ 
 
ХИМИЯ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ  
СОЕДИНЕНИЙ 
 
 
Учебно-методическое пособие  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НОВОСИБИРСК 
2020 

УДК 547(075.8) 
Т 415 
 
Рецензенты: 
канд. хим. наук, доцент В.Ю. Александров 
канд. хим. наук, ст. преп. П.А. Симонов 
 
Работа подготовлена на кафедре инженерных проблем экологии 
и утверждена Редакционно-издательским советом университета в качестве 
учебно-методического пособия для студентов заочной формы обучения, 
изучающих курс органической химии 
 
Тимофеева М.Н. 
Т 415  
Органическая химия. Химия кислородсодержащих соединений: учебное пособие / М.Н. Тимофеева, В.Н. Панченко. – Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2020. – 72 с.  
ISBN 978-5-7782-4096-4 
Учебное пособие является частью курса «Органическая химия», 
изучаемого студентами очной и заочной формы обучения. В пособии 
содержится теоретический материал, представляющий сложность при 
изучении студентами свойств кислородсодержащих соединений – 
спиртов, карбоновых кислот, жиров, углеводов и сахаров, а также даны практические задания для закрепления теоретического материала.    
 
УДК 547(075.8) 
 
Тимофеева Марина Николаевна 
Панченко Валентина Николаевна 
 
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ 

ХИМИЯ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИЙ 
 
Учебно-методическое пособие  
 
Редактор Л.Н. Ветчакова 
Выпускающий редактор И.П. Брованова 
Корректор Л.Н. Киншт 
Дизайн обложки А.В. Ладыжская 
Компьютерная верстка С.И. Ткачева 
Налоговая льгота – Общероссийский классификатор продукции 
Издание соответствует коду 95 3000 ОК 005-93 (ОКП) 

Подписано в печать 31.01.2020. Формат 60  84 1/16. Бумага офсетная. Тираж 50 экз.  
Уч.-изд. л. 4,18. Печ. л. 4,5. Изд. № 232/19. Заказ № 334. Цена договорная 

Отпечатано в типографии 
Новосибирского государственного технического университета 
630073, г. Новосибирск, пр. К. Маркса, 20 
 
ISBN 978-5-7782-4096-4 
© Тимофеева М.Н., Панченко В.Н., 2020 
 
© Новосибирский государственный 
 
технический университет, 2020 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
1. СПИРТЫ .............................................................................................................. 4 
Практические задания ............................................................................................ 8 
2. КАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫ И ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ  
ПРОИЗВОДНЫЕ............................................................................................... 15 
Практические задания .......................................................................................... 23 
3. ЖИРЫ. СТРОЕНИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА .................................. 31 
Практические задания .......................................................................................... 32 
4. УГЛЕВОДЫ И САХАРА ................................................................................. 37 
Практические задания .......................................................................................... 45 
ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ОСВОЕНИЯ МАТЕРИАЛА ........... 53 
Задание 1. Строение органических молекул, номенклатура и механизмы 
органических реакций .......................................................................................... 54 
Задание 2. Алканы, циклоалканы, алкены, алкадиены ...................................... 58 
Задание 3. Ароматические соединения и фенолы .............................................. 62 
Задание 4. Спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и эфиры .......... 66 
Расчетные задания ................................................................................................ 69 
Рекомендуемая литература .................................................................................. 72 
 

1. СПИРТЫ 
 
Спирты – органические вещества, молекулы которых содержат 
одну или несколько гидроксильных групп (-ОН групп), соединенных с 
углеводородным радикалом. Спирты можно классифицировать по различным характеристикам (табл. 1). 

Т а б л и ц а  1 

Классификация спиртов 

По числу  
-ОН групп 
Одноатомные 
спирты 
СН3ОН   
метанол 

Двухатомные 
спирты (гликоли) 
HO-CH2CH2-OH  
этандиол1,2 

Трехатомные 
спирты 
CH2-CH-CH2
OH
OH
OH
 
глицерин 

Полиатомные 
спирты 
HO
OH

OH

OH

OH

OH
 

сорбит 

По характеру  
углеводородного 
радикала 

Предельные 
СН3СН2ОН    
этанол 

Непредельные 
CH2=CH-CH2OH   
аллиловый 
спирт 

Ароматические 
CH2OH

 

бензиловый 
спирт 

 

Методы получения спиртов 

Существует несколько способов получения предельных спиртов, 
среди которых можно выделить следующие. 

Щелочной гидролиз галогеналканов позволяет получать спирты в 

результате гидролиза под действием водного концентрированного раствора щелочи при нагревании:  

CH3CH2Cl                       CH3CH2OH  +  NaCl

100 oC

NaOH/H2O

 
Гидратация алкенов (присоединение воды по кратным связям). 
Большую часть технического этанола получают гидратацией при 
250…300 oС и давлении 7…8 МПа в присутствии кислоты: 

H2C = CH2                       CH3CH2OSO3H                    CH3CH2OH
98%H2SO4
H2O

ToC
 
Синтез спиртов из альдегидов и кетонов. В качестве восстанавливающих реагентов используют алюмогидрид лития в эфире или боргидрид натрия в этаноле: 

CH3CH2CH2CH2C-H
O
1) NaBH4, C2H5OH

2) H3O+
CH3CH2CH2CH2CH2OH

 

Гидроксилирование по Вагнеру – мягкое окисление алкенов KMnO4 

в водном растворе, приводящее к образованию диолов. Чаще всего эту 
реакцию проводят при охлаждении: 

KMnO4, pH = 7.5-8.0

0 - 5oC

OH

OH  

Использование реакции Гриньяра: 

H - C = O  +  RMgX              H - C - OMgX                 RCH2OH  +  Mg(OH)X

H
H

R

H2O

 

°C
T

CH2 - CH2  +  RMgX              RCH2CH2OMgX                  RCH2CH2OH  +  Mg(OH)X

O

H2O

 

Синтез этанола ферментативным гидролизом углеводов. Для получения этилового спирта применяется ферментативное брожение сахаросодержащих продуктов: зерна, картофеля, отходов сахароварения, 
соков плодовых культур. Для технических целей используют целлюлозу и древесину: 

С6Н12О6 → 2 СН3СН2ОН + 2 СО2  

Синтез метилового спирта. Метанол получают из природного газа. Смесь метана и водяного пара пропускают над никелевым катализатором при повышенном давлении. Получается синтез-газ (смесь СО 
и Н2):  

СН4 + Н2О = СО + 3Н2  

Синтез-газ пропускают над оксидами хрома, цинка или меди при 
температуре около 350…400 °С и получают метанол: 

CO  +  2H2                          CH3OH

Cr2O3 + ZnO

350-400oC, 
210 aтм
 

Физические свойства спиртов 

Низшие спирты (до С15) – жидкости, высшие – твердые вещества. 

Метанол и этанол смешиваются с водой в любых соотношениях. С ростом молекулярной массы растворимость спиртов в воде падает. Спирты имеют высокие температуры кипения и плавления за счет образования водородных связей. 

Химические свойства спиртов 

Химические свойства спиртов определяются взаимодействием углеводородных и гидроксильных групп. Исходя из строения, в молекуле 
спирта можно выделить несколько реакционных центров (рис. 1). 





кислотные свойства
отщепление Н+

основные свойства
взаимодейсвие с электрофилом Е+

взаимодействие 
с нуклеофилом Nu
H
R - C  
O

  
Рис. 1. Основные реакционные центры  
в молекуле спирта 

Кислотные свойства 
Взаимодействие спиртов со щелочными и щелочно-земельными 
металлами:  

CH3CH2OH  + Na
CH3CH2ONa   +  

Основные свойства 
Взаимодействие спиртов с сильными кислотами с образованием 
солей оксония:  

CH3CH2OH  + HBr
CH3CH2O - H   
H

Br 
Бромид этилоксония

+

 

Реакции взаимодействия спиртов с нуклеофилом Nu– 

Реакции замещения 
Межмолекулярная дегидратация спиртов – отщепление молекулы 

воды от двух молекул спиртов при нагревании в присутствии водоотнимающих средств. В результате межмолекулярной дегидратации 
спиртов образуются простые эфиры. Так, при нагревании этилового 
спирта с серной кислотой образуется диэтиловый (серный) эфир: 

2 C2H5OH

H2SO4
C2H5-O-C2H5  

Nu

Взаимодействие спиртов с органическими и неорганическими кис
лотами с образованием сложных эфиров (реакция этерификации). Реакция этерификации катализируется сильными неорганическими кислотами. Например, при взаимодействии этилового спирта и уксусной 
кислоты образуется этилацетат: 

C2H5OH  +  CH3COOH

H2SO4
CH3C-O-C2H5

O

 

Замещение гидроксильной группы на галоген, приводящее к образо
ванию галогеналканов  

Взаимодействие спиртов с галогеноводородами: 

ROH  +  HX           RX  +  H2O  

Взаимодействие спиртов с тригалогенидами фосфора: 

3ROH  +  PX3              3RX  +  H3PO3   (PX3 = PBr3, PI3)  

Например, 3CH3CH2CH2CH2OH                    3CH3CH2CH2CH2Br  +  H3PO4
PBr3
 

Дегидратация в присутствии водоотнимающих агентов: 

CH3CH2OH                    H2C = CH2  +  H2O
H2SO4

 

Окисление спиртов: 

CH3CH3OH                 CH3C-H

O
[O]

CH3COOH
[O]
 

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ  

Цель предложенных работ – на практике изучить физико-химические свойства спиртов, а также освоить методы их идентификации. 
В табл. 2 приведен список спиртов, необходимых для выполнения лабораторной работы. 

Т а б л и ц а  2 

Названия и структуры спиртов, используемых в работе 

Название 
Структура 
Тип спирта 

Одноатомные спирты 

Этанол 
CH3CH2OH 
Первичный 

Пропан-1-ол 
CH3CH2CH2OH 
Первичный 

Пропан-2-ол (изопропиловый) 

CH3 CH

CH3
OH  

Вторичный 

Бутан-1-ол 
СН3CH2CH2CH2OH 
Первичный 

2-Метилпропан-2-ол (трет-бутиловый) 

CH3 C

CH3
OH

CH3
 

Третичный 

Трехатомные спирты 

Пропан-1,2,3-триол (глицерин) 
CH2 CH
CH2
OH
OH
OH  

 

1. Качественные реакции на спирты 

1.1. Качественная реакция на многоатомные спирты 

Качественный анализ основан на свойстве многоатомных спиртов, 
согласно которому с увеличением числа гидроксильных групп в спиртах возрастает подвижность атома водорода гидроксильной группы. 
Благодаря этому спирты могут взаимодействовать не только с щелочными металлами, но и с щелочами. Качественным реактивом на 
многоатомные спирты является щелочной раствор гидроксида меди(II), при взаимодействии с которым многоатомные спирты образуют 
комплексное соединение с медью ярко-синего цвета. 
Реактивы: этиловый спирт, глицерин, сульфат меди (0.1 М раствор), гидроксид натрия (0.1 М раствор).  

Приборы и материалы: пробирки, водяная баня, электрическая 
плитка.  

Ход работы 
Получите гидроксид меди(II). Для этого к 2 мл раствора медного 
купороса добавьте раствор гидроксида натрия до выпадения синего 
осадка:  

CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2 + Na2SO4  

Полученный осадок взболтайте и разделите на три части. К первую 
пробирку добавьте 0.5 мл глицерина, во вторую – 0.5 мл этанола. Третья пробирка является контрольной.  
В пробирке с глицерином должно наблюдаться растворение осадка 
и окрашивание раствора в ярко-синий цвет за счет образования хелатного комплексного соединения: 

CH2-OH

CH-OH

CH2-OH

+  Cu(OH)2

- H2O

CH2-O

CH-O

CH2-OH
H

Cu
O-CH2

O-CH

CH2OH

H

 

В пробирке с этиловым спиртом растворения осадка не будет 
наблюдаться.  

1.2. Качественная реакция на первичные, вторичные  
и третичные спирты (проба Лукаса)  

В одноатомных спиртах гидроксильная группа может быть связана 
с первичным, вторичным или третичным атомом углерода, что влияет 
на их реакционную способность. Для того чтобы определить место положения -ОН группы в одноатомных спиртах, используется реактив 
Лукаса (раствор ZnCl2 в концентрированной соляной кислоте).  
Реактивы: этиловый спирт, изопропиловый спирт, трет-бутиловый 
спирт, цинк, соляная кислота (конц.).  
Приборы и материалы: пробирки, пипетки, водяная баня.  

Ход работы 
К 1 мл соляной кислоты добавьте несколько кристалликов цинка и 
все перемешайте до его полного растворения:  

Zn + 2 HCl
ZnCl2 + H2  

В реакции Лукаса ZnCl2 выступает в роли катализатора. К полученному раствору прибавьте 3-4 капли трет-бутилового спирта. Пробирку энергично встряхните и поставьте в стакан с водой (25…35 °С) 
на 2 мин. На дне должен образоваться маслянистый слой жидкости. 
Зафиксируйте время появления маслянистой жидкости:  

ZnCl2
C

CH3
H3C

CH3

OH  + HCl
C

CH3
H3C

CH3

Cl  + H2O

 

Проделайте аналогичные эксперименты с изопропиловым (вторичным) и этиловым (первичным) спиртом. Результаты наблюдений запишите в табл. 3. 

Т а б л и ц а  3 

Результаты экспериментов 

Спирт 
Тип 
Наблюдения 
Время реакции, 
мин 
Продукт  
реакции 

Этанол 
Первичный 
 
 
 

Изопропанол 
Вторичный 
 
 
 

Трет-бутанол 
Третичный 
 
 
 

 

1.3. Качественная реакция на первичные, вторичные  
и третичные спирты (окисление спиртов бихроматом калия)  

Реактивы: этиловый спирт, изопропиловый спирт, трет-бутиловый 
спирт, бихромат калия (5 %-й раствор), серная кислота (конц.).  
Приборы и материалы: пробирки, пипетки, штатив с лапками, 
спиртовка.