Страница 124 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

3.214. В чём разница между насыщенными и ненасыщенными жирами? Как можно из ненасыщенных жиров получить насыщенные? Как называют полученные насыщенные жиры?

В чём разница между насыщенными и ненасыщенными жирами?

Разница между насыщенными и ненасыщенными жирами заключается в химическом строении остатков высших карбоновых (жирных) кислот, которые входят в состав молекул жиров. Жиры являются сложными эфирами трёхатомного спирта глицерина и жирных кислот.

Насыщенные жиры образованы остатками насыщенных жирных кислот. В углеводородных цепях таких кислот все связи между атомами углерода являются одинарными ($C-C$). Они максимально "насыщены" атомами водорода. Примерами насыщенных кислот являются стеариновая ($C_{17}H_{35}COOH$) и пальмитиновая ($C_{15}H_{31}COOH$). Жиры, содержащие преимущественно такие остатки, обычно твердые при комнатной температуре и имеют животное происхождение (например, сливочное масло, сало).

Ненасыщенные жиры образованы остатками ненасыщенных жирных кислот. В их углеводородных цепях присутствует как минимум одна двойная ($C=C$) или тройная ($C \equiv C$) связь между атомами углерода. Наличие этих кратных связей означает, что цепь не насыщена водородом до предела. Примерами ненасыщенных кислот являются олеиновая ($C_{17}H_{33}COOH$, одна двойная связь) и линолевая ($C_{17}H_{31}COOH$, две двойные связи). Жиры на их основе, как правило, жидкие (растительные масла) и имеют растительное происхождение.

Ответ: Основное различие состоит в наличии или отсутствии кратных (двойных или тройных) углерод-углеродных связей в остатках жирных кислот. В насыщенных жирах все связи одинарные, в ненасыщенных — есть одна или более кратных связей.

Как можно из ненасыщенных жиров получить насыщенные?

Превращение ненасыщенных жиров в насыщенные осуществляется с помощью реакции гидрогенизации (или гидрирования). Суть этого процесса заключается в присоединении водорода ($H_2$) к молекулам ненасыщенного жира по месту нахождения кратных связей.

Реакцию проводят в присутствии катализатора (чаще всего используют никель, платину или палладий), при повышенной температуре и давлении. В этих условиях двойные связи $C=C$ в углеводородных хвостах жирных кислот разрываются, и к атомам углерода присоединяются атомы водорода, образуя одинарные связи $C-C$. В результате жидкий растительный жир превращается в твёрдый.

Пример реакции гидрогенизации триолеата глицерина (основной компонент многих растительных масел):

$(C_{17}H_{33}COO)_3C_3H_5 + 3H_2 \xrightarrow{катализатор, t, p} (C_{17}H_{35}COO)_3C_3H_5$

триолеат глицерина (жидкий) + водород $\rightarrow$ тристеарат глицерина (твёрдый)

Ответ: Насыщенные жиры из ненасыщенных получают путём каталитической гидрогенизации — реакции присоединения водорода.

Как называют полученные насыщенные жиры?

Твёрдые жиры, полученные в промышленности путём гидрогенизации растительных масел и других жидких жиров, называют саломасом или гидрогенизированными жирами.

Саломас является основным компонентом для производства маргарина, кулинарных жиров, спредов и используется в кондитерской промышленности. В зависимости от степени гидрогенизации можно получать жиры различной консистенции.

Ответ: Полученные в результате гидрогенизации насыщенные жиры называют саломасом или гидрогенизированными жирами.

3.215. Изобразите структурные формулы следующих сложных эфиров: а) метилацетат; б) пропилформиат; в) бутилпропионат; г) изопропилбензоат; д) диметилоксалат; е) изобутилацетат.

Решение

Сложные эфиры — это производные карбоновых кислот, в которых атом водорода в гидроксильной группе ($\ce{-OH}$) замещен на углеводородный радикал ($R'$). Общая формула сложных эфиров — $R-COO-R'$, где $R-COO-$ — остаток карбоновой кислоты, а $R'$ — радикал, пришедший от спирта.

Название сложного эфира строится из названия спиртового радикала (например, метил, этил, пропил) и названия кислотного остатка, которое образуется от названия соответствующей кислоты с заменой суффикса «-овая» на «-ат» (например, ацетат от уксусной кислоты, бензоат от бензойной кислоты).

а) метилацетат

Название "метилацетат" указывает на то, что этот сложный эфир образован остатками метилового спирта ($\ce{CH3OH}$) и уксусной кислоты ($\ce{CH3COOH}$). Часть "метил" соответствует радикалу $\ce{-CH3}$, а часть "ацетат" — остатку уксусной кислоты $\ce{CH3COO-}$. Соединяя их, получаем структурную формулу.

Ответ: $ \ce{CH3-C(=O)-O-CH3} $

б) пропилформиат

Название "пропилформиат" указывает на то, что эфир образован остатками пропилового спирта (пропанола-1, $\ce{CH3CH2CH2OH}$) и муравьиной кислоты ($\ce{HCOOH}$). Часть "пропил" соответствует радикалу $\ce{-CH2CH2CH3}$, а часть "формиат" — остатку муравьиной кислоты $\ce{HCOO-}$.

Ответ: $ \ce{H-C(=O)-O-CH2CH2CH3} $

в) бутилпропионат

Название "бутилпропионат" указывает на то, что эфир образован остатками бутилового спирта (бутанола-1, $\ce{CH3CH2CH2CH2OH}$) и пропионовой (пропановой) кислоты ($\ce{CH3CH2COOH}$). Часть "бутил" соответствует радикалу $\ce{-CH2CH2CH2CH3}$, а часть "пропионат" — остатку пропионовой кислоты $\ce{CH3CH2COO-}$.

Ответ: $ \ce{CH3CH2-C(=O)-O-CH2CH2CH2CH3} $

г) изопропилбензоат

Название "изопропилбензоат" указывает на то, что эфир образован остатками изопропилового спирта (пропанола-2, $\ce{(CH3)2CHOH}$) и бензойной кислоты ($\ce{C6H5COOH}$). Часть "изопропил" соответствует радикалу $\ce{-CH(CH3)2}$, а часть "бензоат" — остатку бензойной кислоты $\ce{C6H5COO-}$.

Ответ: $ \ce{C6H5-C(=O)-O-CH(CH3)2} $

д) диметилоксалат

Название "диметилоксалат" указывает на то, что это сложный диэфир, образованный двумя молекулами метилового спирта ($\ce{CH3OH}$) и одной молекулой щавелевой кислоты ($\ce{HOOC-COOH}$), которая является двухосновной. Часть "диметил" указывает на два метильных радикала ($\ce{-CH3}$), а часть "оксалат" — на остаток щавелевой кислоты $\ce{-OOC-COO-}$.

Ответ: $ \ce{CH3-O-C(=O)-C(=O)-O-CH3} $

е) изобутилацетат

Название "изобутилацетат" указывает на то, что эфир образован остатками изобутилового спирта (2-метилпропанола-1, $\ce{(CH3)2CHCH2OH}$) и уксусной кислоты ($\ce{CH3COOH}$). Часть "изобутил" соответствует радикалу $\ce{-CH2CH(CH3)2}$, а часть "ацетат" — остатку уксусной кислоты $\ce{CH3COO-}$.

Ответ: $ \ce{CH3-C(=O)-O-CH2CH(CH3)2} $

3.216. Назовите следующие сложные эфиры:

а) Сложный эфир $CH_3COOCH_2CH_2CH_3$ образован остатком уксусной (этановой) кислоты ($CH_3COOH$) и остатком спирта пропанола-1 ($CH_3CH_2CH_2OH$). Название спиртового радикала (пропил) ставится на первое место. Название кислотного остатка (ацетат, от лат. acetum – уксус, или этаноат) ставится на второе место. Таким образом, название соединения – пропилацетат или пропилэтаноат. Также его можно назвать пропиловым эфиром уксусной кислоты.

Ответ: пропилацетат (пропилэтаноат).

б) Сложный эфир $CH_3CH_2COOCH_3$ образован остатком пропановой (пропионовой) кислоты ($CH_3CH_2COOH$) и остатком спирта метанола ($CH_3OH$). Название спиртового радикала (метил) ставится на первое место. Название кислотного остатка (пропаноат или пропионат) ставится на второе место. Таким образом, название соединения – метилпропаноат или метилпропионат. Также его можно назвать метиловым эфиром пропановой кислоты.

Ответ: метилпропионат (метилпропаноат).

в) Сложный эфир $HCOOCH(CH_3)_2$ образован остатком муравьиной (метановой) кислоты ($HCOOH$) и остатком спирта пропанола-2 (изопропилового спирта, $(CH_3)_2CHOH$). Название спиртового радикала (изопропил) ставится на первое место. Название кислотного остатка (формиат, от лат. formica – муравей, или метаноат) ставится на второе место. Таким образом, название соединения – изопропилформиат или изопропилметаноат. Также его можно назвать изопропиловым эфиром муравьиной кислоты.

Ответ: изопропилформиат (изопропилметаноат).

г) Сложный эфир $(COOCH_3)_2$ является полным эфиром двухосновной щавелевой (этандиовой) кислоты ($HOOC-COOH$) и спирта метанола ($CH_3OH$). Поскольку в образовании эфира участвуют две метильные группы, используется приставка "ди-". Название спиртового радикала (диметил) ставится на первое место. Название кислотного остатка (оксалат, от лат. oxalis – щавель, или этандиоат) ставится на второе место. Таким образом, название соединения – диметилоксалат или диметилэтандиоат. Также его можно назвать диметиловым эфиром щавелевой кислоты.

Ответ: диметилоксалат (диметилэтандиоат).

д) Сложный эфир $C_6H_5COOCH_2CH_3$ образован остатком бензойной кислоты ($C_6H_5COOH$) и остатком спирта этанола ($CH_3CH_2OH$). Название спиртового радикала (этил) ставится на первое место. Название кислотного остатка (бензоат) ставится на второе место. Таким образом, название соединения – этилбензоат. Также его можно назвать этиловым эфиром бензойной кислоты.

Ответ: этилбензоат.

е) Сложный эфир $CH_3COOC_6H_5$ образован остатком уксусной (этановой) кислоты ($CH_3COOH$) и остатком фенола ($C_6H_5OH$). Название радикала, образованного от фенола (фенил), ставится на первое место. Название кислотного остатка (ацетат или этаноат) ставится на второе место. Таким образом, название соединения – фенилацетат или фенилэтаноат. Также его можно назвать фениловым эфиром уксусной кислоты.

Ответ: фенилацетат (фенилэтаноат).

3.217. Изобразите структурные формулы всех сложных эфиров состава ${\mathrm{С}}_3{\mathrm{Н}}_6{\mathrm{О}}_2$ и назовите их.

Общая формула для насыщенных сложных эфиров одноосновных карбоновых кислот — $C_nH_{2n}O_2$. Молекулярная формула $C_3H_6O_2$ соответствует этой общей формуле при $n=3$, что указывает на отсутствие кратных связей C=C и циклов в углеводородных частях молекулы.

Общая структурная формула сложных эфиров — R-COO-R', где R и R' — углеводородные радикалы, а радикал R также может быть атомом водорода. Суммарное число атомов углерода в молекуле равно 3. Для нахождения всех изомеров необходимо рассмотреть все возможные варианты распределения атомов углерода между кислотным остатком (R-COO) и спиртовым остатком (R').

Вариант 1: Кислотный остаток содержит один атом углерода.

В этом случае эфир образован муравьиной кислотой (HCOOH), где R = H. На спиртовой радикал R' остаются $3 - 1 = 2$ атома углерода, что соответствует этильному радикалу ($-C_2H_5$ или $-CH_2-CH_3$).
Структурная формула: H-COO-CH₂-CH₃
Название этого эфира — этилформиат (этиловый эфир муравьиной кислоты).

Вариант 2: Кислотный остаток содержит два атома углерода.

В этом случае эфир образован уксусной кислотой ($CH_3COOH$), где R = $-CH_3$. На спиртовой радикал R' остается $3 - 2 = 1$ атом углерода, что соответствует метильному радикалу ($-CH_3$).
Структурная формула: CH₃-COO-CH₃
Название этого эфира — метилацетат (метиловый эфир уксусной кислоты).

Если кислотный остаток будет содержать три атома углерода (остаток пропановой кислоты), то на спиртовой радикал R' не останется атомов углерода. Такой эфир невозможен, так как в этом случае мы получим саму пропановую кислоту, а не сложный эфир.

Таким образом, существует только два изомерных сложных эфира с формулой $C_3H_6O_2$.

Ответ:

Существует два сложных эфира состава $C_3H_6O_2$, их структурные формулы и названия:

1. Этилформиат:
H-COO-CH₂-CH₃

2. Метилацетат:
CH₃-COO-CH₃

3.218. Изобразите структурные формулы всех сложных эфиров состава ${\mathrm{С}}_4{\mathrm{Н}}_8{\mathrm{О}}_2$ и назовите их.

Дано:

Молекулярная формула сложных эфиров: $C_4H_8O_2$.

Найти:

Структурные формулы и названия всех изомерных сложных эфиров данного состава.

Решение:

Общая формула сложных эфиров – $R-COO-R'$, где $R$ и $R'$ – это углеводородные радикалы (при этом радикал $R$ может быть также и атомом водорода). Молекулярная формула $C_4H_8O_2$ соответствует насыщенным сложным эфирам. Функциональная группа $-COO-$ содержит один атом углерода, следовательно, на радикалы $R$ и $R'$ в сумме приходится 3 атома углерода ($C_4 - C_1 = C_3$).

Рассмотрим все возможные комбинации распределения этих трех атомов углерода между кислотным остатком ($R-COO-$) и спиртовым остатком ($-R'$).

1. Сложные эфиры муравьиной кислоты (R = H)

Если эфир образован муравьиной кислотой ($HCOOH$), то кислотный остаток $H-COO-$ содержит 1 атом углерода. Следовательно, спиртовой радикал $-R'$ должен содержать 3 атома углерода. Углеводородный радикал состава $-C_3H_7$ имеет два изомера: н-пропил и изопропил. Это дает нам два изомерных сложных эфира.

а) Пропилформиат (пропиловый эфир муравьиной кислоты). Образован муравьиной кислотой и пропанолом-1.

Структурная формула: $\text{H-COO-CH}_2\text{-CH}_2\text{-CH}_3$

б) Изопропилформиат (изопропиловый эфир муравьиной кислоты). Образован муравьиной кислотой и пропанолом-2.

Структурная формула: $\text{H-COO-CH(CH}_3)_2$

2. Сложные эфиры уксусной кислоты (R = CH₃)

Если эфир образован уксусной кислотой ($CH_3COOH$), то кислотный остаток $CH_3-COO-$ содержит 2 атома углерода. Следовательно, спиртовой радикал $-R'$ должен содержать 2 атома углерода ($C_4 - C_2 = C_2$). Существует только один радикал состава $-C_2H_5$ – этил. Это дает нам один сложный эфир.

Этилацетат (этиловый эфир уксусной кислоты). Образован уксусной кислотой и этанолом.

Структурная формула: $\text{CH}_3\text{-COO-CH}_2\text{-CH}_3$

3. Сложные эфиры пропановой (пропионовой) кислоты (R = C₂H₅)

Если эфир образован пропановой кислотой ($CH_3CH_2COOH$), то кислотный остаток $CH_3CH_2-COO-$ содержит 3 атома углерода. Следовательно, спиртовой радикал $-R'$ должен содержать 1 атом углерода ($C_4 - C_3 = C_1$). Существует только один радикал состава $-CH_3$ – метил. Это дает нам еще один сложный эфир.

Метилпропионат (метиловый эфир пропановой кислоты). Образован пропановой кислотой и метанолом.

Структурная формула: $\text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-COO-CH}_3$

Если кислотный остаток будет содержать 4 атома углерода (остаток масляной кислоты), то для спиртового радикала не останется атомов углерода, что невозможно для сложного эфира. Таким образом, существует всего 4 изомерных сложных эфира состава $C_4H_8O_2$.

Ответ:

Существует 4 изомерных сложных эфира состава $C_4H_8O_2$:

1. Пропилформиат: $\text{H-COO-CH}_2\text{-CH}_2\text{-CH}_3$
2. Изопропилформиат: $\text{H-COO-CH(CH}_3)_2$
3. Этилацетат: $\text{CH}_3\text{-COO-CH}_2\text{-CH}_3$
4. Метилпропионат: $\text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-COO-CH}_3$

3.219. Для определения в растворе ацетат-ионов используют следующий метод: к анализируемому раствору добавляют этанол и концентрированную серную кислоту, после чего реакционную смесь нагревают и выливают в холодную воду. О наличии ацетат-ионов судят по образованию вещества X с характерным запахом. Определите вещество X и запишите уравнения реакций, использующихся в данном методе.

Решение

Описанный метод является качественной реакцией на ацетат-ионы ($CH_3COO^-$), основанной на реакции этерификации. Присутствие ацетат-ионов в анализируемом растворе приводит к образованию сложного эфира с характерным запахом.

Процесс протекает в два этапа:

1. Концентрированная серная кислота ($H_2SO_4$) является сильной кислотой и, при добавлении к раствору, содержащему соль уксусной кислоты (например, ацетат натрия $CH_3COONa$), вытесняет из нее более слабую уксусную кислоту ($CH_3COOH$).

Уравнение реакции (на примере ацетата натрия):
$2CH_3COONa + H_2SO_4 \rightarrow 2CH_3COOH + Na_2SO_4$
Или в сокращенном ионном виде:
$CH_3COO^- + H^+ \rightarrow CH_3COOH$

2. Образовавшаяся уксусная кислота реагирует с добавленным этанолом ($C_2H_5OH$). Эта реакция, называемая этерификацией, катализируется концентрированной серной кислотой и ускоряется при нагревании. В результате образуется сложный эфир — этилацетат ($CH_3COOC_2H_5$) — и вода. Этилацетат и есть искомое вещество X. Он обладает характерным резким фруктовым запахом.

Уравнение реакции этерификации:
$CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons_{H_2SO_4 (конц.), t} CH_3COOC_2H_5 + H_2O$

Роль концентрированной серной кислоты в этой реакции двойная: она служит катализатором и водоотнимающим агентом, связывая образующуюся воду и смещая равновесие реакции в сторону образования продукта (эфира). Выливание смеси в холодную воду необходимо, так как этилацетат плохо растворим в воде, и при этой процедуре он выделяется, а его запах становится более отчетливым.

Ответ: Вещество X — этилацетат ($CH_3COOC_2H_5$). Уравнения реакций, использующихся в данном методе:
1. $CH_3COO^- + H^+ \rightarrow CH_3COOH$
2. $CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons_{H_2SO_4 (конц.), t} CH_3COOC_2H_5 + H_2O$

3.220. Запишите уравнения реакций метилпропионата со следующими реагентами:

а) NaOH (водн.); $\mathrm{б}) {\mathrm{H}}_2{\mathrm{SO}}_4 (\mathrm{водн}.);$ $\mathrm{в}) {\mathrm{NH}}_3;$ $\mathrm{г}) {\mathrm{Н}}_2, \mathrm{Pt}, p, t.$

Решение

Метилпропионат – это сложный эфир пропановой (пропионовой) кислоты и метанола. Его химическая формула: $CH_3CH_2COOCH_3$. Рассмотрим его реакции с предложенными реагентами.

а) NaOH (водн.)

Реакция метилпропионата с водным раствором гидроксида натрия представляет собой щелочной гидролиз сложного эфира, также известный как реакция омыления. В ходе этой необратимой реакции образуются соль карбоновой кислоты (пропионат натрия) и спирт (метанол).

Уравнение реакции:

$CH_3CH_2COOCH_3 + NaOH \rightarrow CH_3CH_2COONa + CH_3OH$

Продукты реакции: пропионат натрия и метанол.

Ответ: $CH_3CH_2COOCH_3 + NaOH \rightarrow CH_3CH_2COONa + CH_3OH$.

б) H₂SO₄ (водн.)

Реакция метилпропионата с водой в присутствии сильной кислоты, такой как серная кислота, является кислотным гидролизом. Это обратимая реакция, которая приводит к образованию исходной карбоновой кислоты (пропановой) и спирта (метанола). Серная кислота выполняет роль катализатора.

Уравнение реакции:

$CH_3CH_2COOCH_3 + H_2O \rightleftharpoons_{H_2SO_4, t} CH_3CH_2COOH + CH_3OH$

Продукты реакции: пропановая кислота и метанол.

Ответ: $CH_3CH_2COOCH_3 + H_2O \rightleftharpoons_{H_2SO_4, t} CH_3CH_2COOH + CH_3OH$.

в) NH₃

Взаимодействие метилпропионата с аммиаком (реакция аммонолиза) приводит к замене алкоксигруппы ($–OCH_3$) на аминогруппу ($–NH_2$). В результате реакции образуются амид пропановой кислоты (пропанамид) и метанол.

Уравнение реакции:

$CH_3CH_2COOCH_3 + NH_3 \rightarrow CH_3CH_2CONH_2 + CH_3OH$

Продукты реакции: пропанамид и метанол.

Ответ: $CH_3CH_2COOCH_3 + NH_3 \rightarrow CH_3CH_2CONH_2 + CH_3OH$.

г) H₂, Pt, p, t

Реакция метилпропионата с водородом в присутствии катализатора (например, платины), при повышенном давлении и температуре, является реакцией каталитического гидрирования (восстановления). В жестких условиях сложные эфиры восстанавливаются до двух спиртов. Карбонильная группа ($C=O$) восстанавливается до спиртовой группы, а связь $C–O$ в сложноэфирном мостике разрывается.

Уравнение реакции:

$CH_3CH_2COOCH_3 + 2H_2 \xrightarrow{Pt, p, t} CH_3CH_2CH_2OH + CH_3OH$

Продукты реакции: пропанол-1 и метанол.

Ответ: $CH_3CH_2COOCH_3 + 2H_2 \xrightarrow{Pt, p, t} CH_3CH_2CH_2OH + CH_3OH$.

3.221. Почему сложные эфиры обычно более летучие соединения, чем соответствующие им карбоновые кислоты?

Решение

Летучесть вещества — это его способность переходить в газообразное (парообразное) состояние. Она обратно пропорциональна силе межмолекулярных взаимодействий: чем слабее молекулы связаны друг с другом в жидком или твердом состоянии, тем меньше энергии требуется для их разделения и перехода в газ. Следовательно, вещества с более слабыми межмолекулярными силами более летучи и имеют более низкую температуру кипения.

Сравним межмолекулярные взаимодействия в карбоновых кислотах и сложных эфирах.

1. Карбоновые кислоты имеют общую формулу $R-COOH$. Их молекулы содержат карбоксильную группу $-COOH$, в состав которой входит гидроксильная группа $-OH$. Атом водорода в гидроксильной группе связан с очень электроотрицательным атомом кислорода, что делает связь $O-H$ сильно полярной. Благодаря этому между молекулами карбоновых кислот образуются прочные межмолекулярные водородные связи. Более того, эти связи настолько сильны, что карбоновые кислоты существуют преимущественно в виде димеров (сдвоенных молекул), где две молекулы кислоты прочно связаны друг с другом двумя водородными связями. Для разрыва этих ассоциатов требуется значительное количество энергии.

2. Сложные эфиры имеют общую формулу $R-COO-R'$. Они являются производными карбоновых кислот, в которых "кислотный" атом водорода гидроксильной группы замещен на углеводородный радикал ($R'$). Таким образом, в молекулах сложных эфиров отсутствует атом водорода, непосредственно связанный с атомом кислорода. Это означает, что молекулы сложных эфиров не могут образовывать водородные связи между собой. Основными силами притяжения между ними являются значительно более слабые диполь-дипольные и дисперсионные (Ван-дер-Ваальсовы) взаимодействия.

В итоге, для того чтобы "оторвать" молекулу карбоновой кислоты от соседних, нужно затратить гораздо больше энергии (чтобы разрушить прочные водородные связи), чем для разделения молекул сложного эфира, связанных лишь слабыми силами. Именно поэтому при близких значениях молярной массы карбоновые кислоты имеют значительно более высокие температуры кипения и, как следствие, меньшую летучесть по сравнению со сложными эфирами.

Например, пропановая кислота ($CH_3CH_2COOH$, молярная масса $74,08$ г/моль) кипит при температуре $141$ °C, в то время как изомерный ей сложный эфир метилацетат ($CH_3COOCH_3$, молярная масса $74,08$ г/моль) кипит при значительно более низкой температуре $57$ °C, что свидетельствует о его гораздо большей летучести.

Ответ: Сложные эфиры обычно более летучие соединения, чем соответствующие им карбоновые кислоты, поскольку в их молекулах отсутствует гидроксильная группа $(-OH)$. Из-за этого молекулы сложных эфиров не способны образовывать между собой прочные межмолекулярные водородные связи, в отличие от молекул карбоновых кислот. Более слабые межмолекулярные взаимодействия в сложных эфирах (диполь-дипольные) легче преодолеваются, что приводит к их более низким температурам кипения и высокой летучести.

3.222. Почему первичные амиды обычно легко кристаллизуются и достаточно хорошо растворяются в воде?

Свойства первичных амидов, такие как легкая кристаллизация и хорошая растворимость в воде, объясняются строением их функциональной амидной группы. Общая формула первичных амидов — $R-CONH_2$, где ключевую роль играет группа $-CONH_2$.

Амидная группа очень полярна. В карбонильной группе $C=O$ из-за большей электроотрицательности кислорода на нем возникает частичный отрицательный заряд $(δ-)$, а на атоме углерода — частичный положительный $(δ+)$. Аналогично, в аминогруппе $-NH_2$ связи $N-H$ полярны: на атоме азота есть частичный отрицательный заряд, а на атомах водорода — частичные положительные $(δ+)$.

Легкая кристаллизация обусловлена способностью молекул амидов образовывать между собой прочные межмолекулярные водородные связи. Каждая молекула первичного амида имеет два атома водорода при азоте (доноры водородной связи) и атом кислорода с неподеленными электронными парами (акцептор водородной связи). Это позволяет молекулам амидов связываться друг с другом в обширную и прочную трехмерную сеть. Такие сильные межмолекулярные взаимодействия приводят к тому, что молекулы выстраиваются в упорядоченную структуру — кристаллическую решетку. Поэтому большинство первичных амидов при стандартных условиях являются твердыми кристаллическими веществами с высокими температурами плавления.

Хорошая растворимость в воде также является следствием способности амидной группы образовывать водородные связи. Вода — полярный растворитель, молекулы которого связаны между собой водородными связями. Чтобы вещество растворилось в воде, его молекулы должны быть способны разрывать связи между молекулами воды и образовывать новые, не менее прочные связи с ними. Первичные амиды отлично с этим справляются: их группы $N-H$ образуют водородные связи с атомами кислорода молекул воды, а карбонильный кислород $C=O$ образует водородные связи с атомами водорода молекул воды. Благодаря этим сильным взаимодействиям молекулы амида могут эффективно встраиваться в структуру воды, что и определяет их хорошую растворимость (особенно для амидов с небольшим углеводородным радикалом $R$).

Ответ: Легкая кристаллизация и хорошая растворимость в воде первичных амидов обусловлены наличием в их молекулах полярной амидной группы $(-CONH_2)$. Эта группа способна образовывать прочные межмолекулярные водородные связи. Эти связи как удерживают молекулы амида в упорядоченной кристаллической решетке (что объясняет легкую кристаллизацию), так и позволяют им эффективно взаимодействовать с молекулами воды (что объясняет хорошую растворимость).