Но почему реакция идет именно так, каков ее механизм? Реакция этерификации протекает под действием иона водорода следующим образом:
Протон атакует гидроксильную группу кислоты. Разрывается связь гидроксила с углеродом и одновременно завязывается связь с подошедшим протоном, т. е. образуется вода. Молекула спирта атакует положительно заряженный углерод в остатке кислоты. При этом разрывается связь кислорода с водородом и "освободившаяся" пара электронов идет на образование новой связи с углеродом.
Реакция обратима, т. е. под действием воды и ионов Н+ сложный эфир омыляется с образованием спирта и кислоты. Для того чтобы понять, как проходит эта реакция, нужно написанное выше уравнение прочитать справа налево.
Но гидролиз сложного эфира можно провести и под действием ионов гидроксила. В этом случае первой стадией реакции будет атака отрицательно заряженного гидроксил-иона на углеродный атом, несущий частичный положительный заряд:
На этой схеме пунктирными стрелками обозначено смещение электронных пар, а в квадратные скобки заключен промежуточно образующийся комплекс.
Вторая реакция, о которой мы хотим упомянуть,- это реакция Кучерова (присоединение воды к ацетиленам). Реакция идет в присутствии солей ртути. Вода присоединяется по тройной связи в соответствии с правилом Марковникова. Получается спирт, в котором гидроксильная группа соседствует с двойной связью. Однако такое соединение неустойчиво и перегруппируется в кетон (в случае ацетилена в альдегид) :
И в заключение этого раздела отметим, что очень многие соединения производные углеводородов с кислородсодержащими функциональными группами имеют аналоги среди серу содержащих соединений. Например, замена кислорода в гидроксильной группе на атом серы приводит к тиоспиртам, или меркаптанам,- соединениям с очень сильным и крайне неприятным запахом. Известны и тиокислоты органические кислоты, в которых один или оба атома кислорода заменены на серу.
Те же и азот
Органические амины по свойствам похожи на аммиак. Они, как и аммиак, легко образуют соли:
При действии щелочей такие соли выделяют амин:
Растворяясь в воде, амины дают гидроксиды:
Получить амины можно из аммиака, действуя на него галогеналканами:
Взяв избыток галогеналкила, легко получить диалкиламин и триалкиламин.
Другой способ получения восстановление нитросоединений металлами в кислоте:
Нитросоединения еще один класс азотсодержащих органических соединений. Их можно получить прямо из углеводородов взаимодействием с разбавленной азотной кислотой (реакция Коновалова):
Как построены нитросоединения? Если нарисовать таким образом
то это будет означать, что атом азота пятивалентен и окружен десятью электронами, а валентная оболочка азота вмещает лишь 8 электронов. Поэтому нитрогруппу изображают так:
Однако в такой формуле два атома кислорода оказываются неравноценными, что противоречит действительности. Тут на помощь нам вновь может прийти обоюдоострая стрелка. Реальная структура нечто среднее между двумя структурами:
Аналогичным образом обстоит дело и с солями органических кислот. Оба атома кислорода в них совершенно равноценны. Для анионов таких солей это можно передать на бумаге разными способами:
или
Однако обычно пользуются более простой и более привычной формулой с неравноценными атомами кислорода, не забывая при этом о реальном положении вещей.
Несколько функциональных групп в одной молекуле
Один из самых простых примеров это глицерин, представляющий собой трехатомный спирт, т. е. спирт с тремя гидроксильными группами:
В 1854 г. Бертло, нагревая глицерин с органическими кислотами, имеющими длинный углеводородный остов, в частности со стеариновой кислотой, впервые получил искусственным путем жир, который оказался сложным эфиром глицерина и стеариновой кислоты.
Из природных жиров, действуя на них щелочами (щелочной гидролиз), получают глицерин и соли высших
кислот (стеариновой, пальмитиновой и других). Последние всем хорошо знакомы: они представляют собой мыло.
Известны органические кислоты, спирты, амины, содержащие по нескольку одинаковых функциональных групп. Еще интереснее такие производные углеводородов, которые содержат несколько функциональных групп разного вида. В молочной кислоте, например, имеются карбоксильная и гидроксильная группы. А в молекуле лимонной кислоты три карбоксильные группы и один гидроксил.
Весьма важны соединения, содержащие в молекуле одновременно гидроксильную и карбонильную группы или карбоксильную и аминогруппу. Но о них речь впереди.
Глава 5. Наша пища и одежда молекулы и зеркало
Одну формулу С4Н10 имеют два разных вещества нормальный бутан и изо-бутан. Атомы в этих молекулах соединены в различном порядке: в первой они образуют цепочку, во второй в середине имеется узел. В результате оба вещества, несмотря на одинаковый состав, имеют разные свойства (см. с. 13). Такие соединения, как мы уже говорили, называются изомерами.
Теперь обратимся к бутилену, его формула С4Н8. Для молекулы линейного строения можно представить две структуры, которые будут различаться положением двойной