Спиртами называют производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены гидроксильными группами.
Простейший спирт -метанол
Номенклатура спиртов : систематические названия спиртов даются по названию углеводорода с добавлением суффикса -ол и цифры, указывающей положение гидроксигруппы (если это необходимо).
1 . По числу гидроксильных групп спирты подразделяются на одноатомные (одна группа -ОН) и многоатомные (две и более групп -ОН).
Современное название многоатомных спиртов - полиолы (диолы, триолы ит.д).
Примеры:
двухатомный спирт – этиленгликоль (этандиол)
HO –СH 2 –CH 2 –OH
трехатомный спирт – глицерин (пропантриол-1,2,3)
HO–СH 2 –СН(ОН)–CH 2 –OH
2 . По строению радикалов , связанных с атомом кислорода, различают
спирты:
предельные , или алканолы (например, СH 3 CH 2 –OH)
непредельные , или алкенолы (CH 2 =CH–CH 2 –OH)
ароматические (C 6 H 5 CH 2 –OH).
Спирты могут быть первичными, вторичными или третичными в зависимости от того, при каком атоме углерода находится гидроксильная группа.
- изомерия положения ОН - группы, (начиная с С 3) ;
- углеродного скелета, (начиная с С 4 );
- межклассовая изомерия с простыми эфирами.
Например, одну и ту же молекулярную формулу
С 2 H 6 O имеют:
СН 3 CH 2 –OH и CH 3 –O–CH 3
этиловый спирт диметиловый эфир
Следствием полярности связи О–Н и наличия неподеленных пар электронов на атоме кислорода является способность гидроксисоединений к образованию водородных связей
R R R
H O : - H + O : - H + O :
Это объясняет, почему даже низшие спирты - жидкости с относительно высокой температурой кипения (т.кип. метанола +64,5 С).
Реакции замещения водорода функциональной группы
Реакции замещения функциональной группы
Реакции элиминирования
Реакции окисления
Реакции этерификации
Одноатомные спирты реагируют с активными металлами (Na, K, Mg, Al и др), образуя соли - алкоголяты (алкоксиды):
2R–OH + 2 K 2RO– K + H 2
2C 2 H 5 OH + 2 Na 2C 2 H 5 O– Na + H 2
этилат натрия
Замещение гидроксила ОН на галоген происходит в реакции спиртов с галогеноводородами в присутствии катализатора – сильной минеральной кислоты (например, конц. H 2 SO 4 ).
( H + )
C 2 H 5 OH + H Br C 2 H 5 Br + H 2 O
этилбромид
Механизм реакции – нуклеофильное замещение ( S N ).
Нуклеофил – бромид-анион Br – – замещает группу ОН – .
Реакционная способность ROH возрастает в ряду:
CH 3 OH .
140 C H OH H 2 SO 4 CH 3 CH CH CH 3 CH 3 CH=CH CH 3 + H 2 O | | t 140 C бутен-2 H OH Межмолекулярная дегидратация с образованием простых эфиров (при нагревании ниже 140 С): C 2 H 5 OH + HOC 2 H 5 C 2 H 5 - O - C 2 H 5 + H 2 O" width="640"
Внутримолекулярная дегидратация спиртов с образованием алкенов
идет в присутствии концентрированной серной кислоты при нагревании
выше 140 С .
Например :
H 2 SO 4
CH 3 CH CH 2 CH 3 CH=CH 2 + H 2 O
| | t 140 C
H OH
H 2 SO 4
CH 3 CH CH CH 3 CH 3 CH=CH CH 3 + H 2 O
| | t 140 C бутен-2
H OH
Межмолекулярная дегидратация с образованием простых эфиров (при нагревании ниже 140 С):
C 2 H 5 OH + HOC 2 H 5 C 2 H 5 - O - C 2 H 5 + H 2 O
Спирты взаимодействуют с минеральными и органическими кислотами, образуя сложные эфиры:
( H + )
R – O – H + HO – C – R ' R – O – C – R ' + H 2 O
спирт
O O
кислота сложный эфир
Примеры:
CH 3 – O – H + HO –С O – CH 3 CH 3 – O С OCH 3 + H 2 O
метанол уксусная кислота метилацетат
C 2 H 5 – O – H + HO – NO 2 C 2 H 5 – O – NO 2 + H 2 O
этанол этилнитрат
С H –О–Н превращается в карбонильную группу С=О , а гидроксисоединение – в карбонильное соединение. Первичные спирты при окислении образуют альдегиды , которые затем легко окисляются до карбоновых кислот : [ O ] [ O ] R –СН 2 – OH R –СН= O R –С OOH - H 2 O альдегид карбоновая кислота Например, окисление этилового спирта K 2 Cr 2 O 7 / H 2 SO 4 : 3C 2 H 5 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 3CH 3 COOH + 2Cr 2 (SO 4 ) 3 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O При окислении вторичных спиртов образуются кетоны : [O] R CH R' R C R' | - H 2 O || OH O" width="640"
При действии окислителей ( KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7 +H 2 SO 4 , O 2 +катализатор)
группа С H –О–Н превращается в карбонильную группу С=О ,
а гидроксисоединение – в карбонильное соединение.
Первичные спирты при окислении образуют альдегиды , которые затем
легко окисляются до карбоновых кислот :
[ O ] [ O ]
R –СН 2 – OH R –СН= O R –С OOH
- H 2 O альдегид карбоновая кислота
Например, окисление этилового спирта K 2 Cr 2 O 7 / H 2 SO 4 :
3C 2 H 5 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 3CH 3 COOH + 2Cr 2 (SO 4 ) 3 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O
При окислении вторичных спиртов
образуются кетоны :
[O]
R CH R' R C R'
| - H 2 O ||
OH O
Метанола
Этанола
Многоатомных спиртов
Многоатомные спирты с ОН-группами у соседних атомов углерода
(этиленгликоль, глицерин и т.п.) вследствие взаимного влияния атомов
( - I - эффект ОН-групп) являются более сильными кислотами, чем
одноатомные спирты. Они образуют соли не только в реакциях с
активнымиметаллами, но и под действием их гидроксидов:
HO–CH 2 CH 2 –OH + 2NaOH NaO–CH 2 CH 2 –ONa + 2H 2 O
Многоатомные спирты с соседними ОН-группами взаимодействуют
с щелочным раствором гидроксида меди (II), образуя комплексные
соединения, окрашивающие раствор в ярко-синий цвет ( качественная
реакция ).
Многоатомные спирты с несоседними
ОН-группами подобны по свойствам
одноатомным спиртам (не проявляется
взаимное влияние групп ОН).
Пример
Реакция этерификации пропантриола и азотной кислоты
Этанол С 2 Н 5 ОН (этиловый спирт)
- производство ацетальдегида, уксусной кислоты, бутадиена,
простых и сложных эфиров;
- растворитель для красителей, лекарственных и парфюмерных средств;
- производство ликеро-водочных изделий;
- дезинфицирующее средство в медицине;
- горючее для двигателей, добавка к моторным топливам.
Метанол CH 3 OH
-производство формальдегида, муравьиной кислоты;
- растворитель.
Глицерин HOCH 2 - CH ( OH )- CH 2 OH
- фармацевтическая и парфюмерная промышленность;
- смягчитель кожи и тканей;
- производство взрывчатых веществ.
Этиленгликоль HOCH 2 - CH 2 OH
- производство пластмасс;
- компонент антифризов;
- сырье в органическом синтезе.
- Какие вещества относят к спиртам?
- На какие группы классифицируют спирты?
- Назовите виды изомерии у предельных одноатомных спиртов.
- Какую роль оказывают водородные связи на физические свойства спиртов?
- Какие химические свойства характерны для спиртов?
- Какова качественная реакция на многоатомные спирты?
- Перечислите способы получения спиртов.
- Назовите основные области применения спиртов.
ТЕСТ
Ответы к тесту:
Вопрос 1: 3
Вопрос 2: 3
Вопрос 3: 4
Вопрос 4: 2
Вопрос 5: 2