Кислородсодержащие органические вещества

Формула C3H6O подходит пропаналю и ацетону одновременно, а реакцию серебряного зеркала даёт только первый. Кто смотрит на состав, выбирает наугад. Кто ищет группу, отвечает сразу: альдегидная группа есть в пропанале, у ацетона вместо неё карбонил внутри цепи, и серебро он не восстанавливает.

В азотсодержащих веществах всё держалось на неподелённой паре азота. Здесь групп несколько: гидроксил, карбонил, карбоксил, сложноэфирная группа. Каждая задаёт свой класс, и между классами идёт цепочка окисления: спирт, альдегид, кислота, эфир. Поэтому цепочки превращений со второй части экзамена нередко строятся именно здесь. Ученику, у которого класс определён неверно, цепочка рассыпается на втором звене.

Группа, реактив, что видно в пробирке

Четыре качественных признака, которых хватает для большинства заданий на распознавание:

• спирт с одной гидроксильной группой: с натрием выделяет водород; многоатомный (глицерин, этиленгликоль) с гидроксидом меди даёт ярко-синий раствор
• альдегид: с аммиачным раствором оксида серебра даёт серебряный налёт, при нагревании со свежеосаждённым гидроксидом меди красный осадок Cu2O
• карбоновая кислота: красный лакмус, выделение CO2 при добавлении карбоната
• фенол: белый осадок трибромфенола с бромной водой и фиолетовое окрашивание с хлоридом железа(III)

Гидроксид меди для этих проб готовят из сульфата меди и щёлочи непосредственно перед опытом: осадок, простоявший долго, работает плохо, и красный осадок с альдегидом при нагревании может не появиться.

Спирт и фенол различаются тем, с чем реагируют. Гидроксил в спирте со щёлочью остаётся равнодушен; в феноле он реагирует, потому что бензольное кольцо делает его кислым. Из-за этого одна и та же формула ROH в двух разных классах ведёт себя противоположно, и на экзамене это не оговаривается: класс вещества нужно определить самому по тому, при каком атоме гидроксил, при углероде цепи или при бензольном кольце. Бензиловый спирт C6H5CH2OH с кольцом в формуле всё равно спирт, потому что гидроксил стоит при углероде цепи, и со щёлочью он не реагирует.

Альдегиды: коэффициент и среда

Реакции альдегидов с серебром и медью у учеников выглядят выученными, и в них продолжают ошибаться. В реакции серебряного зеркала для уксусного альдегида записывают CH3CHO + 2[Ag(NH3)2]OH = CH3COONH4 + 2Ag + 3NH3 + H2O. Среда там аммиачная, поэтому кислота в чистом виде в продуктах отсутствует: образуется её аммонийная соль. Пишут CH3COOH и теряют аммиак.

Формальдегид устроен иначе. При его карбонильной группе два атома водорода, и окисляется он глубже, до карбоната аммония: HCHO + 4[Ag(NH3)2]OH = (NH4)2CO3 + 4Ag + 6NH3 + 2H2O. Ученик, привыкший к коэффициенту два, ставит его и здесь, а правильный коэффициент четыре. С гидроксидом меди в щелочной среде: CH3CHO + 2Cu(OH)2 + NaOH = CH3COONa + Cu2O + 3H2O, и красный осадок это Cu2O, металлическая медь здесь не выпадает.

Получить альдегид можно разными способами, и задание обычно сообщает, каким. Гидратация ацетилена по Кучерову: C2H2 + H2O = CH3CHO, с солями ртути(II) как катализатором. Окисление первичного спирта оксидом меди: C2H5OH + CuO = CH3CHO + Cu + H2O. Вторичный спирт тем же путём даёт кетон: CH3-CH(OH)-CH3 + CuO = CH3-CO-CH3 + Cu + H2O, а третичный не окисляется вовсе. Это различие полезно держать рядом с серебряным зеркалом: кетон его не даёт, и пропанол-2 в цепочке заканчивается на ацетоне.

Спирты и фенол: температура решает

Этанол с концентрированной серной кислотой ведёт себя в зависимости от температуры. Выше 140 градусов отщепляется вода внутри молекулы, и получается этилен: C2H5OH = C2H4 + H2O. Около 140 и ниже идёт межмолекулярная реакция: 2C2H5OH = C2H5OC2H5 + H2O, простой эфир. В тексте задания температура указана, и невнимательный ученик выбирает продукт по привычке, а условие смотрит позже. Присоединение воды к алкену идёт по правилу Марковникова: пропен даёт пропанол-2, CH3-CH=CH2 + H2O = CH3-CH(OH)-CH3, потому что водород присоединяется к более гидрогенизированному атому углерода при двойной связи.

Изомеры спиртов перебирают по плану: сначала скелет, затем положение гидроксила, затем межклассовые изомеры. Для C4H10O получается четыре спирта (бутанол-1, бутанол-2, 2-метилпропанол-1, 2-метилпропанол-2) и три простых эфира, всего семь, и эфиры легко потерять, потому что задание на изомеры воспринимается как задание про спирты.

Гидроксил спирта можно заместить: C2H5OH + HBr = C2H5Br + H2O. Из бромэтана потом идут две разные реакции, и различает их растворитель щёлочи. Водный раствор возвращает спирт, C2H5Br + NaOH = C2H5OH + NaBr, спиртовой отщепляет бромоводород и даёт этилен, C2H5Br + NaOH = C2H4 + NaBr + H2O. Эту пару легко перепутать, и ключом в условии служит одно слово перед словом «раствор».

Сильные окислители не останавливаются на альдегиде: перманганат калия в кислой среде доводит первичный спирт до кислоты, 5C2H5OH + 4KMnO4 + 6H2SO4 = 5CH3COOH + 4MnSO4 + 2K2SO4 + 11H2O, и такую запись проверяют уже по электронному балансу. Если же окислитель мягкий, как оксид меди, остановка идёт на альдегиде.

Кислотные свойства выстраиваются в ряд, который стоит выучить целиком: карбоновая кислота сильнее угольной, угольная сильнее фенола, фенол сильнее воды, вода сильнее спирта. Из этого ряда следует много записей. Фенол реагирует со щёлочью: C6H5OH + NaOH = C6H5ONa + H2O. Его соль угольная кислота вытесняет обратно, C6H5ONa + CO2 + H2O = C6H5OH + NaHCO3, причём получается гидрокарбонат натрия, карбонат здесь не образуется. Сам фенол с гидрокарбонатом натрия не реагирует: слабее угольной кислоты он не может вытеснить её из соли. С натрием фенол реагирует так же, как спирт: 2C6H5OH + 2Na = 2C6H5ONa + H2. Фенол обесцвечивает бромную воду, спирт нет, потому что гидроксил активирует кольцо: C6H5OH + 3Br2 = C6H2Br3OH + 3HBr.

Кислоты, эфиры, жиры, глюкоза

Реакция этерификации обратима: CH3COOH + C2H5OH ⇄ CH3COOC2H5 + H2O, серная кислота здесь катализатор, и знак обратимости в записи нужен. Гидролиз эфира в кислой среде обратим по той же причине. В щёлочи он идёт необратимо: CH3COOC2H5 + NaOH = CH3COONa + C2H5OH, потому что кислота связывается в соль. Ученики ставят стрелку обратимости там, где стоит знак равенства, и наоборот; различить просто, достаточно посмотреть, есть ли щёлочь.

Кислотные свойства у карбоновых кислот выражены сильнее, чем у остальных кислородных веществ: они реагируют с металлами, 2CH3COOH + Mg = (CH3COO)2Mg + H2, и с карбонатами, 2CH3COOH + Na2CO3 = 2CH3COONa + H2O + CO2. Внутри класса сила разная. Муравьиная кислота сильнее уксусной, а хлор в углеводородном остатке усиливает кислоту: хлоруксусная сильнее уксусной, и чем больше атомов хлора при соседнем с карбоксилом углероде, тем сильнее кислота. На этом строится сравнение силы кислот.

Эфир межклассово изомерен кислоте: C2H4O2 принадлежит и уксусной кислоте, и метилформиату HCOOCH3. Метилформиат к тому же сам даёт серебряное зеркало, потому что у него сохраняется группа, похожая на альдегидную, и это ловушка для тех, кто решил, что эфиры серебра не дают. Так же ведёт себя муравьиная кислота: в отличие от уксусной, в ней есть та самая группа. Жир со щёлочью даёт мыло и глицерин: (C17H35COO)3C3H5 + 3NaOH = 3C17H35COONa + C3H5(OH)3. Простой эфир по свойствам ближе к алканам, чем к спиртам: диэтиловый эфир с натрием не реагирует, и по этому признаку его отличают от изомерного бутанола.

Глюкоза держит в молекуле две группы сразу, многоатомный спирт и альдегид: с гидроксидом меди на холоде она даёт синий раствор, при нагревании красный осадок, и серебро тоже восстанавливает. Спиртовое брожение записывается как C6H12O6 = 2C2H5OH + 2CO2, молочнокислое как C6H12O6 = 2CH3-CH(OH)-COOH: формула одна, продукты разные, и выбор определяет условие.

Цепочка из четырёх звеньев целиком

Типичная цепочка начинается с ацетилена и приходит к метанолу через альдегид, кислоту и эфир:

C2H2 + H2O = CH3CHO

CH3CHO + Ag2O = CH3COOH + 2Ag

CH3COOH + CH3OH ⇄ CH3COOCH3 + H2O

CH3COOCH3 + NaOH = CH3COONa + CH3OH

Во втором звене окислитель — аммиачный раствор оксида серебра: в упрощённой записи продуктом служит сама кислота, в полной аммиачной среде её аммонийная соль, как в уравнении выше, и какая запись нужна, показывает условие. В третьем звене важны обратимость и катализатор, в четвёртом то, что кислота получается в виде соли. Каждое звено повторяет одну из ошибок, разобранных выше, и поэтому цепочку полезно проверять так: на каждом шаге назвать класс исходного вещества, класс продукта и реактив, и только затем писать формулу.

Десятый класс, ширина и порядок повторения

Основная часть кислородсодержащих веществ приходится на десятый класс, и это самый объёмный блок органики: классов много, реакций ещё больше. К экзамену он забывается из-за ширины: запомнить десяток классов и множество реакций за один подход нельзя, а повторять приходится сразу всё. Место блока среди остальных тем предмета описано в статье о порядке изучения школьной химии, а то, как органика встроена в экзамен, — в разборе структуры ЕГЭ по химии и в статье о второй части экзамена. Какие задания экзамена 2027 года отданы органике, видно по демоверсии, и открыть её стоит до начала повторения.

Учить блок по группам веществ, по одной за раз, редко получается: пока дойдёшь до пятой, первая успевает забыться. Надёжнее держаться одной цепочки: от углеводородов к спирту, от спирта к альдегиду, от альдегида к кислоте, от кислоты к эфиру. Каждое звено — одна реакция с одним реактивом и одним признаком в пробирке. Когда цепочка из пяти веществ записывается без подсказки, остальные реакции вешаются на неё как ответвления: фенол, глюкоза, жир. До этого момента брать их по отдельности не стоит, они слипаются.

Начать поиск:

• репетиторы по химии
• подготовка к ЕГЭ по химии
• репетиторы для 9 класса
• репетиторы для 10–11 класса
• репетиторы с пробным занятием

Вопросы и ответы

Почему ацетон не даёт серебряного зеркала? У него нет альдегидного водорода: карбонильная группа стоит между двумя углеродами, и окислять в ней нечего.

Как отличить глицерин от этанола в пробирке? Свежеосаждённым гидроксидом меди: глицерин даёт ярко-синий раствор, этанол не меняет ничего. Реакция с натрием здесь не помощник, потому что с ним реагируют оба.

Зачем в уравнении гидролиза эфира в щёлочи нужен знак равенства? Потому что реакция необратима: образуется соль кислоты, и обратно собраться она не может. В кислой среде тот же гидролиз обратим.

Почему муравьиная кислота даёт серебряное зеркало? В её молекуле при карбоксиле остаётся альдегидный водород, поэтому она окисляется как альдегид и до углекислого газа.

Можно ли обойтись без аммиачного раствора серебра? Для распознавания альдегида да: гидроксид меди при нагревании даёт свой признак, красный осадок. Но если в условии реактив назван, уравнение пишется именно с ним, и менять его на другой нельзя.