ALDEHIDE. mim ACIZI CARBOXILICI. ESTERI

ALDEHIDE. mim ACIZI CARBOXILICI. ESTERI (pentru profilul umanist) 1.1. Aldehidele *• D upă studierea acestui subcapitol, veţi fi capabili: • să definiţi noţiunea de aldehide; • să descrieţi com poziţia şi structura grupei aldehidice, să deduceţi form ula generală a aldehidelor, să identificaţi om ologii lor, să aplicaţi nom enclatura; • să explicaţi m etodele de sinteză a etanalului şi m etanalului; • să caracterizaţi proprietăţile etanalului şi ale m etanalului corelate cu utilizarea lor, să ştiţi care sunt probele de identificare; • să rezolvaţi exerciţii şi problem e ce ţin de caracterizarea aldehidelor; • să exem plificaţi legătura genetică dintre alcani, alchene, alchine, alcooli, aldehide. t Compuşii organici ce conţin în moleculă grupa funcţională aldehidică —c t ° legată de un rest de hidrocarbură R se numesc aldehide H (cu excepţia aldehidei formice H-CH=O, în molecula căreia R reprezintă un atom de hidrogen). După natura restului de hidrocarbură, deosebim aldehide saturate, nesaturate, aromatice. Vom examina aldehidele saturate. Noţiuni- clieie • Compuşi carbonilici • Aldehide • Alcanali 1.1.1. Caracterizarea generală. M etodele de obţinere Seria omoloagă, nomenclatura. Aldehidele saturate provin de la alcani prin înlocuirea a doi atomi de hidrogen cu unul de oxigen. Astfel, formula generală a aldehidelor saturate este CnH2nO (n > 1). Seria omoloagă a alcanilor începe cu CH4, iar cea a aldehidelor (vezi tabelul 1.1). cu CH20 sau H— H Tabelul 1.1. Primii reprezentanţi ai seriei omoloage a aldehidelor Formula Denumirea Tf , oC moleculară structurală sistematică istorică C H 2O O X O ^ / 1 X Metanal Aldehidă formică -2 1 C 2H4O c h 3- c; ° Etanal Aldehidă acetică +20 Aldehide. Acizi carboxilici. Esteri 16 Conform nomenclaturii sistematice, numele aldehidelor se formează de la numele alcanilor cu acelaşi număr de atomi de carbon, la care se adaugă sufixul al. Deseori sunt utilizate şi denumirile istorice, formate din termenul aldehidă şi numele acidului care provine de la această aldehidă (tabelul 1.1). Obţinerea. Oxidarea alcoolilor. Aldehidele se obţin prin oxidarea alcoolilor cu oxid de cupru sau cu oxigenul din aer în prezenţa catalizatorului. De exemplu, la trecerea unui curent de vapori de metanol şi aer peste o plasă incandescentă de cupru, se obţine metanal: H 2 H -C -O -H + O2 u' ► 2 H -C f + 2H2O I 2 H 2 H metanol metanal La încălzirea alcoolului etilic cu oxid de cupru, se formează etanal. Modele ale moleculei de metanal Să încingem o spirală de cupru în flacăra spirtierei (ea se înnegreşte de la formarea oxidului de cupru (II) CuO), apoi, fierbinte, să o introducem într-o eprubetă cu puţin etanol. Observăm că spirala îşi recapătă luciul şi culoarea galben-roşiatică, iar din eprubetă se simte un miros plăcut de mere verzi, ceea ce indică prezenţa aldehidei acetice. CH3-CH2-OH + CuO alcool etilic (negru) ch3- c v *O H + Cu + H,0 aldehidă acetică (roşiatic) Hidratarea alchinelor. Tratarea cu apă a acetilenei (etinei) în condiţiile reacţiei Kucerov permite obţinerea etanalului: CH^CH etină + H2O Hg2+> ch3- < O H etanal EVALUARE 1. Definiţi noţiunea de aldehide. 2. Scrieţi formula generală a aldehidelor. Daţi exemple de aldehide. 3. Scrieţi formulele electronice şi de structură ale primilor doi reprezentanţi ai seriei omoloage a aldehidelor. 4. Caracterizaţi metodele de obţinere a aldehidelor, exemplificând cu metanalul şi etanalul. 5. Realizaţi transformările, arătaţi condiţiile de efectuare, denumiţi produşii: C H 3 - C H 3 — - C H 2 = C H 2 — - C H 3 - C H 2OH — ► C H 3 - CH = O 6. Obţineţi etanal din compuşi anorganici. Indicaţi tipul fiecărei reacţii. 7. Calculaţi masa şi cantitatea de substanţă de etanal, care se obţine din alcoolul corespunzător cu masa de 69 g. 1.1.2. Proprietăţile aldehidelor şi utilizarea lor Proprietăţile fizice. Să examinăm ultima coloniţă a tabelului 1.1. Din valorile punctelor de fierbere pentru aldehide rezultă că metanalul este un gaz, iar etanalul - un lichid volatil. Ambele aldehide au miros înţepător, sunt solubile în apă şi în dizolvanţi organici. Soluţia apoasă de aldehidă formică de 40% este cunoscută sub numele de formalină sau formol. Proprietăţile chimice. Prezenţa grupei aldehidice determină proprietăţile chimice ale aldehidelor; acestea pot da reacţii de adiţie a hidrogenului la legătura dublă C=O, la fel ca alchenele, şi se pot oxida. Reducerea. Reacţia de adiţie a hidrogenului la legătura dublă C =0 se mai numeşte reducere. La reducerea aldehidelor se formează alcooli. De exemplu: ch3- C ^ ^ ^ hh Ni' ^ CH3-CH2-OH Noţiuni-clieie • Adiţie • Reducere • Oxidare • Formalină • Răşini fenolformaldehidice • Reactiv Tollens etanal etanol 17 Să ne amintim că la oxidarea alcoolilor se formează aldehide. Astfel, cele două clase de compuşi - alcoolii şi aldehidele - sunt legate genetic între ele. De exemplu: Aldehide C H -C ''H reducere oxidare Alcooli CH3—CH2_ OH Oxidarea. Aldehidele se oxidează uşor cu diferiţi agenţi de oxidare sau chiar cu oxigenul din aer, transformându-se în acizi carboxilici conform schemei: R-C [O] R-C^O ""O-H aldehidă acid carboxilic R - rest de hidrocarbură Fig. 1.1. Reacţia oglinzii de argint Drept agenţi de oxidare mai pot servi oxidul de argint şi hidroxidul de cupru (II), care sunt agenţi de oxidare blândă. a) Reacţia oglinzii de argint. Întrucât Ag20 este, practic, insolubil în apă, el este folosit sub formă de soluţie amoniacală, care se numeşte reactiv Tollens. Aldehida acetică se oxidează cu reactivul Tollens până la acidul acetic (fig. 1.1): CH3 - < O + aldehidă acetică Ag2O — ► (soluţie amon iacală) CH3-C ^ 0 ,, + 2A gi 3 OH acid acetic Experienţele cu reactivul Tollens şi Cu(OH)2 servesc la identificarea aldehidelor. Aldehide. Acizi carboxilici. Esteri V 18 3 O ■i—» Q_ ro U b) Reacţia de oxidare cu hidroxid de cupru (II) decurge conform schemei: CH3-C C u + 2Cu(OH)2i H albastru ch3—c ^O s oh + 2CuOH4. + H2O galben 2CuOH Cu2O + H2O roşiatic Aceste două reacţii decurg cu efect vizibil: în prima se formează oglinda de argint, iar în a doua - sedimentul de Cu(OH)2 albastru, prin reducere, ajunge până la Cu20 roşiatic. Ambele probe decurg doar în cazul aldehidelor, de aceea servesc la identificarea aldehidelor (vezi şi Experienţa de laborator nr. 1 de mai jos). Utilizarea. Dintre compuşii aldehidici, cea mai vastă utilizare o au metanalul şi etanalul. Aceasta se datorează atât accesibilităţii lor ca materie primă în industria chimică, cât şi proprietăţilor chimice mai pronunţate. Metanalul, alături de fenol, serveşte ca materie primă în sinteza răşinilor fenolformaldehidice. Prin amestecarea masei vâscoase de răşini fenolformaldehidice în stare fierbinte cu rumeguş de lemn (deşeuri provenite din industria lemnului), se formează un material ce imită lemnul, folosit la fabricarea mobilei. În mod similar, se produc materiale cu adaosuri de sticlă, textile, strujituri de metale, din care se produc întrerupătoare, prize electrice, calculatoare, telefoane, diverse detalii tehnice rezistente la temperaturi înalte şi la medii agresive. Asemenea detalii au duritate avansată şi proprietăţi electroizolante. Prin dizolvarea în acetonă a răşinilor fenolformaldehidice se obţin cleiuri, lacuri şi vopsele. Cantităţi mari de metanal se consumă la pregătirea formalinei, aceasta având proprietatea de a coagula proteinele. Formalina este folosită la dubirea pieilor şi a blănurilor, la conservarea preparatelor anatomice (fig. 1.2), la dezinfectarea încăperilor şi instrumentelor medicinale, la tratarea seminţelor etc. Etanalul se utilizează ca materie primă în sinteza organică, în special, la producerea acidului acetic. Fig. 1.2. Conservarea în formalina a preparatelor anatomice EXPERIENŢA DE LABORATOR nr.1 Oxidarea aldehidelor Studiaţi „Normele de lucru cu substanţele chimice", pag. 20. Utilaj: stativ cu clemă şi eprubete, pipetă, bec de gaz sau spirtieră. Reactivi: formalină, soluţii de CuSO4, NaOH, NH4OH, AgNO3. a) Într-o eprubetă curată amestecaţi 0,5 ml soluţie de AgNO3, 0,5 ml soluţie de NaOH, apoi, cu picătura, adăugaţi soluţie de NH4OH până la dizolvarea sedimentului. S-a format reactivul Tollens. Peste acesta turnaţi 0,5 ml soluţie de formalină şi încălziţi conţinutul la o flacără slabă, fără a-l agita. După puţin timp, când observaţi formarea unei oglinzi pe pereţii eprubetei, încetaţi încălzirea. b) Adăugaţi într-o eprubetă trei picături de soluţie de sulfat de cupru, câteva picături de soluţie de NaOH şi trei picături de formalină, agitându-le până la formarea unui sediment albastru (NaOH trebuie să fie în exces). Încălziţi amestecul la o flacără slabă, fără a-l agita. Veţi observa perindarea unor culori de la albastru spre galben până la roşu. Când pe pereţii eprubetei se depune un sediment fin sub formă de oglindă roşiatică, încetaţi încălzirea. Completaţi tabelul. Descrieţi mersul lucrării, notaţi observaţiile, scrieţi ecuaţiile reacţiilor. 19 Utilaj şi reactivi Modul de lucru Observaţii Concluzii. Ecuaţiile reacţiilor EVALUARE 1. Masele moleculare relative ale metanolului şi metanalului sunt aproape identice (32 şi, respectiv, 30), dar aceste substanţe se deosebesc mult după starea de agregare (metanolul este un lichid cu temperatura de fierbere 64°C, iar metanalul este un gaz). Explicaţi din ce cauză. 2. Scrieţi ecuaţiile reacţiilor de reducere a aldehidelor cunoscute. Numiţi alcoolii formaţi. 3. Scrieţi ecuaţia reacţiei dintre etanal şi: a) oxid de argint; b) hidroxid de cupru (II). Indicaţi oxidantul şi reducătorul. 4. Ce au în comun şi prin ce se deosebesc legăturile duble C=C (din alchene) şi C=O (din aldehide)? Argumentaţi, luând ca exemplu etena şi etanalul. 5. Indicaţi afirmaţiile adevărate: a) Aldehidele există doar sub formă de lichide. b) Hidroxidul de cupru (II) serveşte la identificarea aldehidelor. c) Aldehidele sunt mai active chimic decât alcanii. d) La reducerea aldehidelor se formează acizi. 6. Încercuiţi compuşii care interacţionează cu hidrogenul: a) etanol; c) etină; e) metanal; g) propenă. b) but-1,3-dienă; d) benzen; f) butan; 7. În trei eprubete numerotate se află: a) formalină; b) etanol; c) glicerol. Propuneţi un singur reactant de identificare a conţinutului acestor eprubete. Indicaţi efectul vizibil pentru fiecare caz (acolo unde el este posibil). 8. Numiţi domeniile de utilizare a aldehidelor: a) formică; b) acetică. 9. Efectuaţi transformările, scriind ecuaţiile reacţiilor: ? ? ? ? CH4 —:—► C2H2 ch3- c h = o —^ ch3—ch2—OH —:—► ? ? —^ ch2= ch2 —■—► CH3-CH 2-Cl 10. Printr-un litru de apă a fost barbotat metanal cu volumul de 11,2 l (c.n). Care este masa soluţiei formate? 11. Stabiliţi masa etanolului necesar la obţinerea aldehidei acetice cu cantitatea de substanţă de 2,5 mol. ^ Să reţinem! | Aldehidele: ! • provin genetic din alcooli; | • se oxidează uşor până la acizii carboxilici; ! • pot fi identificate cu ajutorul oxidului de argint şi al hidroxidului de cupru (II); | • se utilizează în sinteza organică, la producerea de răşini, cleiuri, lacuri. Aldehide. Acizi carboxilici. Esteri V 20 Normele de lucru cu substanţele chimice Experienţele sau lucrările practice le efectuaţi purtând halate albe din bumbac (în buzunarul halatului trebuie să aveţi întotdeauna o bucată de pânză naturală şi o cutie cu chibrituri). Strângeţi părul, pentru a nu vă incomoda în procesul de lucru şi a nu lua foc! Se interzice ca în laborator să lucreze o singură persoană. Nu încercaţi gustul substanţelor chimice şi nu le luaţi cu mâna, ci cu anumite linguriţe (pentru substanţele solide) sau cu pipete (pentru substanţele lichide). Dizolvanţii organici sunt inflamabili. Experienţele care necesită folosirea unei surse de încălzire cer o atenţie sporită! Gura eprubetei nu trebuie să fie îndreptată spre voi sau spre colegi. În cazul asamblării unei instalaţii, verificaţi mai întâi ca recipientele să fie curate, fără fisuri, iar dopurile să corespundă dimensiunilor acestora. Pentru experienţe se folosesc cantităţi mici de substanţe (până la 0,5 g de substanţe solide şi până la 1 - 2 ml de lichide). Înainte de a lua o substanţă din vas, citiţi atent eticheta de pe el. În lichidele ce urmează a fi încălzite, introduceţi 1 - 2 bucăţele de porţelan sau nisip pentru fierberea lentă. Pentru a verifica mirosul unei substanţe, fluturaţi mâna dinspre probă spre voi şi mirosiţi cu atenţie. Întotdeauna se adaugă acizii în apă şi nu invers. Nu aruncaţi resturile de reactivi sau am estecurile reactante în chiuvete, ci adunaţi-le în vase speciale, la indicaţia profesorului. La sfârşitul lucrărilor, spălaţi recipientele, lăsaţi locul de lucru în ordine. Toate lucrările în laborator se efectuează cu precauţie, iar dacă e nevoie, se folosesc ochelari de protecţie. Elevii la Olimpiada Republicană de chimie, turul experimental (în laboratoarele Facultăţii de chimie şi Tehnologie chimică, USM) 1.2. Acizii monocarboxilici saturaţi (alcanoici) 21 D upă studierea acestui subcapitol, veţi fi capabili: • să definiţi noţiunea de acizi carboxilici; • să descrieţi com poziţia şi structura grupei carboxil, să deduceţi form ula generală a acizilor m onocarboxilici saturaţi, să identificaţi primii om ologi, să explicaţi denum irea lor; • să descrieţi m etodele de obţinere a acidului acetic; • să caracterizaţi proprietăţile fizice şi chim ice ale acizilor form ic şi acetic; • să rezolvaţi exerciţii şi problem e la tem a dată; • să deduceţi şi să exem plificaţi legătura genetică dintre hidrocarburi, alcooli, aldehide şi acizi carboxilici; • să studiaţi experim ental proprietăţile acidului acetic. 1.2.1. Caracterizarea generală. M etodele de obţinere Următoarea clasă de compuşi organici, legată genetic de aldehide, este reprezentată de acizii carboxilici. t Compuşii ce conţin în moleculă o grupă funcţională carboxil —C '"OH sau -C O O H , legată de un rest de hidrocarbură saturată sau de un atom de hidrogen, sunt acizi monocarboxilici saturaţi sau acizi alcanoici. Noţiuni- clieie • Acizi carboxilici • Acizi alcanoici • Grupă carboxil • Fermentarea vinului • Oxidarea compuşilor organici Seria omoloagă. Acizii alcanoici au în moleculă cu un atom de oxigen mai mult decât aldehidele, de la care provin. Prin urmare, formula generală a acizilor monocarboxilici saturaţi rezultă din cea a aldehidelor (CnH2nO), la care se adaugă un atom de oxigen: CnH2n02 (n>1). Seria omoloagă a acizilor alcanoici începe cu CH20 2. Tabelul 1.2 conţine primii trei reprezentanţi ai seriei omoloage a acizilor monocarboxilici saturaţi inferiori şi un exemplu de acid superior, Q 8H360 2, din aceeaşi serie omoloagă a acizilor alcanoici. Tabelul 1.2. Reprezentanţii mai importanţi ai seriei omoloage a acizilor alcanoici Formula (CnH2nO2) Denumirea Tf, oC moleculară structurală sistematică istorică C H 2O 2 H—C O O H Acid metanoic Acid formic +101 C 2H4O 2 C H 3- C O O H Acid etano/c Acid acetic +119 C 3H6O 2 C H 3—C H 2—C O O H Acid propanoic Acid propionic +141 C 18H36O 2 C H 3- ( C H 2)i6- C O O H Acid octadecanoic Acid stearic +376 4 , Modele ale moleculei de acid formic Aldehide. Acizi carboxilici. Esteri 22 Modele ale moleculei de acid acetic emarcă Conform nomenclaturii istorice, acidul descoperit întâi ca secreţie a furnicilor a fost numit acid formic (în latină, formica înseamnă furnică) (HCOOH). Acidul acetic (CH3COOH) îşi datorează denumirea faptului că este prezent în oţet (în latină, acetum - oţet). La fel, acidul valerianic (C4HgCOOH) a fost detectat iniţial în rădăcinile de valeriană, iar cel stearic (C17H35COOH) în stearină ş.a.m.d. n Ştiaţi că... | 1 Egiptenii cunoşteau procedeul 1 i de obţinere a oţetului din vin i ' cu două mii de ani î.H. ' Nomenclatura. Conform nomenclaturii sistematice, acizii monocarboxilici saturaţi poartă numele aleanului cu acelaşi număr de atomi de carbon, la care se adaugă sufixul oic: 0 X H -C O O H c h 3—c h 3 C H 3—C O O H metan acid metano/c etan acid etan o/c Nomenclatura sistematică este uşor aplicabilă la toate clasele de compuşi organici; denumirea poate fi stabilită după formulă şi invers. Cu toate acestea, în cazul acizilor carboxilici, mai frecvent este utilizată nomenclatura istorică (vezi tabelul 1.2). Metodele de obţinere. Acizii carboxilici (sub formă de săruri sau derivaţi) au o largă răspândire în natură, întâlnindu-se, mai ales, în fructe, legume. Dar cantitatea acizilor carboxilici în aceste produse este relativ mică, de aceea ei nu pot fi obţinuţi din surse naturale. Cel mai rentabil procedeu de sinteză a acizilor carboxilici este oxidarea. Toate tipurile de hidrocarburi şi clasele de compuşi organici studiate până aici se pot oxida în condiţii mai blânde sau mai rigide (în funcţie de structura lor), cu formare de acizi. 1) Oxidarea aldehidelor decurge în condiţii blânde (cu soluţie apoasă de KMnO4, Cu(OH)2 sau cu oxigenul din aer pe catalizator). De exemplu: 2CH3- C f ° + 02 cat- to!» 2CH3- C f ° H OH aldehidă acetică acid acetic 2) Una dintre căile oxidative de obţinere a acidului acetic este fermentarea aerobă a vinului (oţetirea vinului), care decurge sub acţiunea unor bacterii ce se găsesc în aer (Mycoderma aceti): c h 3- c h 2- o h + o2 enzime - c h 3- c t + h 2o OH alcool etilic acid acetic Acidul acetic produs pe această cale este utilizat în industria alimentară. EVALUARE 1. Definiţi acizii carboxilici. Specificaţi corelaţia lor cu aldehidele. Daţi exemple. 2. Evidenţiaţi grupele funcţionale şi numiţi clasele de compuşi la care pot fi referite substanţele: a) CH3-O H c) CH3- C H - C H 2- ( / 3 I 2 X OH e) CH2—CH —CH2 H OH OH OH b) d) CH3- C H 2- C ; f) c h 3- c h 2- c : OH 3. Specificaţi denumirea seriei de hidrocarburi sau a clasei de compuşi din care face parte fiecare substanţă dintre cele enumerate mai jos. Scrieţi primul reprezentant al seriei omoloage corespunzătoare. a) propan; c) propină; e) cloroetan; g) etanal; b) but-1 -enă; d) aminoetan; f) propan-1 -ol; h) acid propanoic. 4. Indicaţi formula generală a acizilor alcanoici. Scrieţi formulele de structură ale primilor trei reprezentanţi ai seriei omoloage şi denumiţi-i după nomenclatura sistematică şi cea istorică. 5. Examinaţi toate metodele de sinteză a acidului acetic. Care dintre ele sunt mai rentabile pentru obţinerea acidului acetic: a) tehnic; b) alimentar (acidul acetic tehnic poate conţine cantităţi nesemnificative de impurităţi, nocive pentru organismul uman)? 6. Selectaţi oxidanţii cu ajutorul cărora etanalul se transformă în acid acetic. Care dintre aceşti oxidanţi ar fi mai potrivit pentru: a) obţinerea acidului în laborator; b) producerea la scară industrială; c) identificarea aldehidelor? Scrieţi ecuaţiile reacţiilor. 7. Ce masă va avea acidul acetic format la oxidarea etanalului cu cantitatea de substanţă de 0,2 mol? 8. Calculaţi volumul (c.n.) de etenă din care se poate forma etanolul necesar pentru a obţine, prin oxidare, 2 kg de acid acetic. 23 1.2.2. Proprietăţile acizilor alcanoici şi utilizarea lor Proprietăţile fizice. Primii trei reprezentanţi ai seriei omoloage a acizilor alcanoici sunt lichide cu miros înţepător, solubile în apă şi în dizolvanţi organici. Odată cu mărirea masei moleculare, scade solubilitatea în apă a acizilor şi cresc temperaturile de fierbere (tabelul 1.2). După proprietăţile lor fizice, acizii se deosebesc considerabil de aldehidele de la care provin. De exemplu, aldehida formică este un gaz, iar acidul formic - un lichid cu temperatura de fierbere înaltă. Aceasta se explică prin faptul că între moleculele de acizi se realizează legături de hidrogen în baza atomilor de hidrogen electropozitivi şi a celor de oxigen electronegativi. De obicei, legătura de hidrogen se produce între două molecule, formându-se asociaţi numiţi dimeri: Noţiuni-clieie • Legături de hidrogen • Disociere • Aciditate • Neutralizare CH3- c r 5+ x O-H H-Ox 8+ 6-^C-CH ■■ o * 3 Proprietăţile chimice. Acizii carboxilici se aseamănă mult cu acizii minerali, dar sunt mai slabi ca aceştia. 1. Disocierea. Acizii carboxilici solubili în apă colorează turnesolul şi metiloranjul în roşu. Ei disociază cu formare de protoni: (HzO) + HCOOH ^— - HCOO' + H 2. Formarea de săruri. Acizii carboxilici, la fel ca acizii minerali, interacţionează cu metalele active, cu oxizii bazici, cu alcaliile, cu sărurile acizilor mai slabi, formând sărurile corespunzătoare. De exemplu: Sărurile acidului formic se numesc formiaţi (sau metanoaţi), sărurile acidului acetic - acetaţi (sau etanoaţi), ale acidului propionic - propionaţi (sau propanoaţi) etc. Aldehide. Acizi carboxilici. Esteri 2 4 2 CH3COOH + Mg - (CH3COO)2 Mg + H2t acetat de magneziu Aceeaşi sare se formează şi în reacţia acidului acetic cu oxidul de magneziu: 2 C H 3C O O H + MgO ----► (C H 3C O O )2Mg + H2O Interacţiunea acizilor carboxilici cu alcaliile este o reacţie de neutralizare. Ecuaţia moleculară: HCOOH + NaOH ----► HCOONa + H20 acid formic formiat de sodiu Ecuaţia ionică: HCOO' + H+ + Na+ + OH" — >► HCOO'+ Na+ + H20 Fig. 1.3. Acidul formic este secretat de furnici (a) şi este prezent în perii urticanţi ai urzicii (b). sau H+ + OH" — ► H20 Acizii carboxilici elimină acizii minerali mai slabi sau instabili din sărurile acestora: 2 HCOOH + Na2C03 ----- 2 HCOONa + H20 + CO J n Ştiaţi că... | ; Consumul global de acid ' acetic constituie 3,5 milioa1 ne tone/an, iar cel de acid ! formic - 200 mii tone/an. Răspândirea în natură şi utilizarea. Acidul formic se găseşte în secreţiile furnicilor, în acele de pin, în urzică (fig. 1.3). Prezenţa lui o simţim uşor, deoarece are acţiune iritantă asupra pielii. Acidul formic este folosit pe larg în lucrările de vopsitorie, în dubălărie, la sinteza pesticidelor şi a diferitor esteri (utilizaţi în parfumerie). În medicină, acidul formic serveşte ca preparat antireumatic (soluţie alcoolică de 1,25%), ca remediu de combatere a bolilor la albine, precum şi ca agent de conservare a sucurilor, a masei verzi furajere. Acidul acetic este prezent în plante sub formă de esteri. Soluţia apoasă de 70-80% poartă denumirea de esenţă de oţet. Soluţia de 3-5% de acid acetic este folosită în alimentaţie drept condiment. Fiind un agent bactericid, acidul acetic alimentar este utilizat la producerea medicamentelor, la conservarea ciupercilor, legumelor, maselor furajere. Acidul acetic tehnic serveşte ca materie primă în sinteza fibrelor acetat, a coloranţilor, a pesticidelor etc. EXPERIENŢA DE LABORATOR nr. 2 Studierea proprietăţilor acidului acetic (Amintiţi-vă „Normele de lucru cu substanţele chimice", pag. 20) Utilaj: stativ cu clemă şi cu eprubete, dop cu tub de evacuare a gazelor, tampon de vată, pipetă. Reactivi: turnesol, două granule de zinc sau praf de magneziu, soluţie de 8% de NaOH, carbonat de calciu (marmură), soluţie de 3% de acid acetic, apă de var (Ca(OH)2). a) Acţiunea asupra indicatorilor. Într-o eprubetă cu 0,5 ml de acid acetic 25 adăugaţi o picătură de turnesol. Ce observaţi? Adăugaţi apoi prin picurare soluţie de NaOH până la schimbarea culorii, adică până la neutralizarea deplină a acidului. Ce produs s-a format? Cum se numeşte această reacţie? b) Interacţiunea cu zincul (sau cu magneziul). Într-o eprubetă cu 0,5 ml de acid acetic adăugaţi o granulă de zinc. Ce observaţi? c) Interacţiunea cu carbonatul de calciu. Montaţi o instalaţie ca în figura 1.4. În eprubeta A introduceţi o granulă de marmură, iar în eprubeta B - apă de var. În eprubeta A turnaţi 0,5 ml de soluţie de acid acetic şi puneţi imediat dopul cu tub. Urmăriţi ca tubul de evacuare să se afle în apa de var. Ce observaţi? Când nu se mai elimină gazul, scoateţi imediat capătul tubului din apa de var. V3COOH apă de var Fig. 1.4. instalaţie pentru studierea interacţiunii acidului acetic cu carbonatul de calciu Transcrieţi în caiete şi completaţi tabelul de mai jos, descrieţi mersul experienţelor, notaţi efectele observate, scrieţi ecuaţiile reacţiilor în formele moleculară şi ionică. Utilaj şi reactivi Modul de lucru Observaţii Concluzii. Ecuaţiile reacţiilor EVALUARE 1. Se dau câteva substanţe cu acelaşi număr de atomi de carbon, dar care au temperaturi de fierbere diferite: a) etan (-88oC); b) etanol (78oC); c) etanal (20oC); d) acid etanoic (119oC). Pentru fiecare compus, indicaţi structura, starea de agregare şi temperatura de fierbere. Stabiliţi corelaţia între structura şi proprietăţile fizice ale acestor substanţe. 2. Alcătuiţi ecuaţiile reacţiilor moleculare şi ionice ale acidului formic cu: a) MgO b) NaOH ’ c) NaHCO3 3. Demonstraţi, în temeiul unor anumite proprietăţi, că cele două substanţe din fiecare pereche de mai jos se aseamănă sau se deosebesc: 1) etenă şi etină; 3) acid formic şi acid acetic; 2) etanol şi etanal; 4) alcool etilic şi acid acetic. 4. Scrieţi formulele de structură ale compuşilor: a) etan; c) etină; e) etanol; g) etanal; b) etenă; d) 2-clorobutan; f) fenol; h) acid formic. Pentru fiecare compus, arătaţi câte o ecuaţie a reacţiei caracteristice. 5. Alcătuiţi o schemă de transformări, prin care din etenă se poate obţine acid acetic (două sau trei etape). Calculaţi masa acidului acetic obţinut din 2,5 mol de etenă. 6. Carbonatul de calciu a fost tratat cu o soluţie de acid acetic în exces. În urma reacţiei s-au degajat 3,584 l de CO2 (c.n.). Ce masă de acetat de calciu s-a format? Aldehide. Acizi carboxilici. Esteri V 26 Lucru în echipă 7. Se dă schema legăturii genetice dintre alcani, alchene, alcanoli, alcanali şi acizii monocarboxilici saturaţi. Completaţi schema cu formule generale şi exemple concrete: 8. Folosind reprezentanţi ai hidrocarburilor şi claselor de compuşi organici studiaţi până acum, scrieţi câte o ecuaţie a reacţiilor de: a) adiţie; b) descompunere; c) substituţie; d) schimb. ^ Să reţinem! ! Acizii carboxilici: II i • se obţin prin oxidarea compuşilor organici (alcooli, aldehide); | | • sunt acizi relativ slabi; j ! • după proprietăţile lor, se aseamănă cu acizii minerali: disociază, interacţionează cu agenţii bazici ! | (metalele, oxizii de metale, bazele, sărurile). ' o -t—' Q_ ro U TEST DE EVALUARE SUMATIVĂ TEMA: ALDEHIDELE ŞI ACIZII CARBOXILICI Profil umanist Timp de lucru - 30 min. 1. Alegeţi formula generală a: I - aldehidelor; II - acizilor monocarboxilici saturaţi: a) C nH2n+2C O O H c) C nH2n+1O 2 b) CnH2nO2 d) CnH2nO 2. Acidul acetic se obţine prin: a) hidratarea acetilenei; c) oxidarea etanalului; b) fermentarea vinului; d) adiţia apei la etenă. 3. Continuaţi doar ecuaţiile reacţiilor ce pot decurge: a) H C O O H + Cu c) C H 3C O O H + IS ^ C O a -------- t0 b) C H 3C O O H + H2O ------ - d) C H 3C H 2OH + C u O — 4. Scrieţi ecuaţia reacţiei de neutralizare a acidului formic cu KOH în formele moleculară şi ionică. 5. Indicaţi asemănările dintre alcanoli şi acizii alcanoici: a) primii reprezentanţi sunt gaze; c) conţin legături de hidrogen; b) în soluţii apoase disociază; d) se oxidează în aer. 6. Calculaţi masa acidului acetic ce va interacţiona cu 0,5 mol de MgO. 1.3. Esterii 27 D upă studierea acestui subcapitol, veţi fi capabili: • să definiţi noţiunile de ester, reacţie de esterificare, hidroliză; • să descrieţi răspândirea în natură, com poziţia, structura şi denum irea esterilor; • să caracterizaţi proprietăţile chim ice şi să exem plificaţi utilizarea esterilor; • să apreciaţi rolul esterilor arom atizanţi în sporirea calităţii produselor; • să rezolvaţi exerciţii şi problem e în baza legăturii genetice. Caracterizarea generală. Esterii sunt derivaţi ai acizilor carboxilici. Formula generală a esterilor saturaţi este identică cu cea a acizilor alcanoici CnH2n0 2. Denumirea esterului este alcătuită din numele alcoolului şi al acidului ce îl formează. Conform nomenclaturii sistematice, denumirea esterului include numele sistematic al acidului, în care sufixul -oic este înlocuit prin -oat, urmat de prepoziţia de şi denumirea restului alcoolic. De exemplu, CH3—CO—O—CH3 se numeşte etanoat de metil. Deseori este folosită denumirea istorică, de exemplu, acetat de metil. H — C* ° CH3- c f o - c h 2- c h 3 o - c h 3 metanoat de etil (formiat de etil) etanoat de metil (acetat de metil) Obţinerea. Esterii se obţin la interacţiunea acizilor carboxilici cu alcooli. un asemenea proces se numeşte reacţie de esterificare. Aceasta decurge la încălzire în prezenţa catalizatorilor (acizi tari) şi este reversibilă. De exemplu: Noţiuni- clieie 1 • Ester • Esterificare • Reversibilitate • Hidroliză acidă • Hidroliză bazică • Aromatizanţi c h 3- c x xOH acid etanoic + h o - c h - c h 3 etanol [H+] P C H 3- c r + h 2o O - C H - C H 3 etanoat de etil Echilibrul chimic al reacţiei poate fi deplasat spre dreapta (formarea esterului) prin eliminarea continuă a apei din mediul reactant. Proprietăţile. Esterii sunt substanţe lichide sau solide, insolubile în apă, dar solubile în dizolvanţi organici. Unii esteri inferiori sunt plăcut mirositori, ceea ce le sporeşte valoarea practică. Cea mai importantă transformare a esterilor este hidroliza. Cu ajutorul acestei reacţii, din esterii accesibili se obţin alcoolii şi acizii carboxilici corespunzători. Hidroliza cu apă în prezenţa acizilor tari este reacţia inversă esterificării: Aldehide. Acizi carboxilici. Esteri 28 Aroma perelor o asigură acetatul de izoamil (CH3COOCsHn) Aroma de vişine se datorează formiatului de amil (Hcooc5Hn) Butiratul de etil (c3H7cooc2H5) are miros de ananas CH3- C , + HOH 0 - C H 3 etanoat de metil hidroliză - I U ** | esterificare f *0 CH3- C , + c h 3- o h no h acid etanoic metanol Condiţiile de deplasare a echilibrului chimic spre dreapta, în cazul hidrolizei acide, sunt aceleaşi ca la reacţia de esterificare (eliminarea continuă din mediul reactant a unuia dintre produşi). Esterii interacţionează şi cu alcaliile (hidroliză bazică). De exemplu: *0 p CH3- C , + NaOH ------ ► CH3- C , + CH3-OH O -C H 3 ONa alcool metilic acetat de metil acetat de sodiu 3 o Q. ro U Salicilatul de metil CO-OCH3 OH are miros de iasomie Acetatul de sodiu format nu interacţionează cu alcoolul metilic şi, astfel, procesul este ireversibil. Răspândirea în natură şi utilizarea. Esterii inferiori se formează în fructe şi în flori, conferindu-le o aromă specifică. Dat fiind că diversele industrii (alimentară, cosmetică, textilă etc.) necesită cantităţi mari de esteri aromatizanţi, unii dintre ei sunt obţinuţi din surse naturale prin extragere, volatilizare, iar o bună parte - pe cale chimică, fie ca aromatizanţi identici cu cei naturali, fie ca aromatizanţi sintetici ce nu există în natură. Din esterii inferiori nenocivi se produc diferite esenţe de fructe (pere, ananas, vişine, prune, mere etc.). De exemplu, acetatul de izoamil (CH3C ooC 5H11) are miros de pere, butiratul de etil (C3H7C ooC 2H5) - de ananas ş.a. Esenţele servesc ca aditivi (adaosuri) obligatorii la parfumuri, creme, săpunuri, şampoane, băuturi răcoritoare, produse de patiserie şi de cofetărie. Să ne închipuim că fructele, băuturile, copturile etc. nu ar avea miros. S-ar diminua capacitatea nutritivă a acestora? Nu. Rolul esterilor, ca aromatizanţi inconfundabili, este de a asigura atractivitatea şi calitatea sporită a produselor în care se conţin. 29 EVALUARE 1 . Denumiţi esterii: a) 0 - C H 3 c) C H 3- < ° 0 - C H 3 CO 0 X CM 1 0 X 1 0 0 ^ / 0 1 X d) X B [Q] > Hg LtVNU o +D w -H20 +Oz (enzime) +LO * +HZ0 H* C + D NaOH -1-1,0 ' 6. Examinaţi acasă etichetele de pe diverse flacoane sau cutii cu sucuri, parfumuri, creme, de pe ambalajele copturilor etc. Descrieţi în caiete informaţia despre componenţii aromatizanţi, calificând-o cu una dintre categorii: a) generală (de exemplu, aromă, parfum, aromatizant); b) specifică (aromatizant natural sau sintetic); c) concretă (ester al acidului lactic, din lapte, acetat de izoamil etc.). ASă reţinem! • Esterii sunt derivaţi ai acizilor carboxilici cu formula generală CnH2nO2. • Esterii se obţin prin interacţiunea acizilor carboxilici cu a