Спирты.
Спирты – это производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены гидроксильными группами (ОН).
Так метиловый спирт СН 3 -ОН представляет собой гидроксильное производное метана СН 4 , этиловый спирт С 2 Н 5 -ОН – производное этана .
Название спиртов образуется добавлением окончания «-ол » к названию соответствующего углеводорода (метанол, этанол и т.д)
Производные ароматических углеводородов с группой ОН в бензольном ядре называются фенолами .
Свойства спиртов.
Подобно молекулам воды, молекулы низших спиртов связываются между собой водородными связями. По этой причине температура кипения спиртов выше, чем температура кипения соответствующих углеводородов.
Общим свойством спиртов и фенолов является подвижность водорода гидроксильной группы. При действии на спирт щелочного метала этот водород вытесняется металом и получаются твёрдые, растворимые в спирте соединения, называемые алкоголятами .
Спирты взаимодействуют с кислотами, образуя сложные эфиры .
Спирты значительно легче окисляются, чем соответствующие углеводороды. При этом образуются альдегиды и кетоны .
Спирты практически не являются электролитами, т.е. не прводят электрический ток.
Метиловый спирт.
Метиловый спирт (метанол) СН 3 ОН – бесцветная жидкость. Весьма ядовит: приём небольших его доз вутрь вызывает слепоту, а больших – смерть.
Метиловый спирт получают в больших количествах синтезом из окиси углерода и водорода при высоком давлении (200-300 атм. ) и высокой температуре (400 град С ) в присутствии катализатора.
Метиловый спирт образуется при сухой перегонке дерева; поэтому его также называют древесным спиртом.
Он применяется как растворитель, а также для получения других органических веществ.
Этиловый спирт.
Этиловый спирт (этанол) С 2 Н 5 ОН – одно из важнейших исходных веществ в современной промышленности органического синтеза.
Для получения его издавна пользуются различными сахаристыми веществами, которые путём брожения превращаются в этиловый спирт. Брожение вызывается действием ферментов (энзимов), вырабатываемых дрожжевыми грибками.
В качестве сахаристых веществ используют виноградный сахар или глюкозу:
Глюкоза в свободном виде содержится, например, в виноградном соке , при брожении которого получается виноградное вино с содержанием спирта от 8 до 16%.
Исходным продуктом для получения спирта может служить полисахарид крахмалл , cодержащийся, например в клубнях картофеля , зерна ржи , пшеницы, кукурузы . Для превращения в сахаристые вещества (глюкозу) крахмал предварительно подвергают гидролизу.
В настоящее время осахариванию подвергается также другой полисахарид – целюлозу (клетчатку), образующую главную массу древесины . Целюлозу (например, древесные опилки ) также предварительно подвергают гидролизу в присутствии кислот. Полученный таким образом продукт также содержит глюкозу и сбраживается на спирт при помощи дрожжей.
Наконец, этиловый спирт может быть получен синтетическим путём из этилена . Суммарная реакция заключается в присоединении воды к этилену.
Реакция протекает в присутствии катализаторов.
Многоатомные спирты.
До сих пор мы рассматривали спирты с одной гидроксильной группой (ОН ). Такие спирты называются алкоголями.
Но также известны спирты, молекулы которых содержат несколько гидроксильных групп. Такие спирты называются многоатомными.
Примерами таких спиртов могут служить двухатомный спирт этиленгликоль и трёхатомный спирт глицерин:
Этиленгликоль и глицерин – жидкости сладковатого вкуса, смешивающиеся с водой в любых соотношениях.
Использование многоатомных спиртов.
Этиленгликоль применяется в качестве составной части, так называемых антифризов , т.е. веществ с низкой температурой замерзания, заменяющих воду в радиаторах автомобильных и авиационных моторов в зимнее время.
Также, этиленгликоль используют в производстве целлофана, полиуретанов и ряда других полимеров, как растворитель красящих веществ, в органическом синтезе.
Область применения глицерина разнообразна: пищевая промышленность, табачное производство, медицинская промышленность, производство моющих и косметических средств, сельское хозяйство, текстильная, бумажная и кожевенная отрасли промышленности, производство пластмасс, лакокрасочная промышленность, электротехника и радиотехника.
Глицерин относится к группе стабилизаторов . При этом, он обладает свойствами сохранять и увеличивать степень вязкости различных продуктов, и таким образом менять их консистенцию. Зарегистрирован как пищевая добавка Е422 , и используется в качестве эмульгатора , при помощи которого смешиваются различные несмешиваемые смеси.
Спирты растворимы в большинстве органических растворителей, первые три простейших представителя - метанол, этанол и пропанол, а также третичный бутанол (Н 3 С) 3 СОН - смешиваются с водой в любых соотношениях. При увеличении количества атомов С в органической группе начинает сказываться гидрофобный (водоотталкивающий) эффект, растворимость в воде становится ограниченной, а при R, содержащем свыше 9 атомов углерода, практически исчезает.
Благодаря наличию ОН-групп между молекулами спиртов возникают водородные связи.
Рис. 5.
В результате у всех спиртов более высокая температура кипения, чем у соответствующих углеводородов, например, Т. кип. этанола +78° С, а Т. кип. этана -88,63° С; Т. кип. бутанола и бутана соответственно +117,4° С и -0,5° С.
Химические свойства спиртов
Спирты отличаются разнообразными превращениями. Реакции спиртов имеют некоторые общие закономерности: реакционная способность первичных одноатомных спиртов выше, чем вторичных, в свою очередь, вторичные спирты химически более активны, чем третичные. Для двухатомных спиртов, в том случае, когда ОН-группы находятся у соседних атомов углерода, наблюдается повышенная (в сравнении с одноатомными спиртами) реакционная способность из-за взаимного влияния этих групп. Для спиртов возможны реакции, проходящие с разрывом как С-О, так и О-Н - связей.
1). Реакции, протекающие по связи О-Н.
При взаимодействии с активными металлами (Na, K, Mg, Al) спирты проявляют свойства слабых кислот и образуют соли, называемые алкоголятами или алкоксидами:
2CH 3 OH + 2Na ® 2CH 3 OK + H 2
Алкоголяты химически не стабильны и при действии воды гидролизуются с образованием спирта и гидроксида металла:
C 2 H 5 OК + H 2 O ® C 2 H 5 OH + КOH
Эта реакция показывает, что спирты в сравнении с водой представляют собой более слабые кислоты (сильная кислота вытесняет слабую), кроме того, при взаимодействии с растворами щелочей спирты не образуют алкоголяты. Тем не менее, в многоатомных спиртах (в том случае, когда ОН-группы присоединены к соседним атомам С) кислотность спиртовых групп намного выше, и они могут образовывать алкоголяты не только при взаимодействии с металлами, но и со щелочами:
HO-CH 2 -CH 2 -OH + 2NaOH ® NaO-CH 2 -CH 2 -ONa + 2H 2 O
Когда в многоатомных спиртах НО-группы присоединены к не соседствующим атомам С, свойства спиртов близки к одноатомным, поскольку взаимовлияние НО-групп не проявляется.
При взаимодействии с минеральными или органическими кислотами спирты образуют сложные эфиры - соединения, содержащие фрагмент R-O-A (А - остаток кислоты). Образование сложных эфиров происходит и при взаимодействии спиртов с ангидридами и хлорангидридами карбоновых кислот (рис. 6).
1. Горение с выделением тепла:
С 2 Н 5 ОН+ 3О 2 2С 2 +3Н 2 О +а
- 2. Взаимодействие с активными металлами:
- 2С 2 Н 5 ОН+ Na 2С 2 Н 5 О Na +Н 2 - алкоголяты
- 3. Взаимодействие с водородами.
Се СН 3 -Се+Н 2 О
Н 2 SO 4 - хлорметан
4. При повышении температуры в присутствии водоотчищающих веществ не предельные у.в.
С 2 Н 5 ОН t>140 0 C C 2 H 4 +H 2 O - этилен
Реакция, в которой проходит отщепление воды, называется реакцией детратации.
5. Взаимодействие друг с другом с образованием простых эфиров.
СН 3 -О - СН 3 - диметиловвый эфир
Взаимодействует с кислотами, образуют сложные эфиры.
Рис. 6.
При действии окислителей (К 2 Cr 2 O 7 , KMnO 4) первичные спирты образуют альдегиды, а вторичные - кетоны (рис.7)
Рис. 7.
Восстановление спиртов приводит к образованию углеводородов, содержащих то же количество атомов С, что молекула исходного спирта (рис.8).
Рис. 8.
2) Реакции, протекающие по связи С-О
В присутствии катализаторов или сильных минеральных кислот происходит дегидратация спиртов (отщепление воды), при этом реакция может идти в двух направлениях:
- а) межмолекулярная дегидратация с участием двух молекул спирта, при этом связи С-О у одной из молекул разрываются, в результате образуются простые эфиры - соединения, содержащие фрагмент R-О-R (рис. 9А).
- б) при внутримолекулярной дегидратации образуются алкены - углеводороды с двойной связью. Часто оба процесса - образование простого эфира и алкена - протекают параллельно (рис. 9Б).
В случае вторичных спиртов при образовании алкена возможны два направления реакции, преимущественное направление то, при котором в процессе конденсации отщепляется водород от наименее гидрогенизированного атома углерода (отмечен цифрой 3), т.е. окруженного меньшим количеством атомов водорода (в сравнении с атомом 1).
Общая формула гомологического ряда предельных одноатомных спиртов - C n H 2n+1 OH. В зависимости от того, при каком углеродном атоме находится гидроксильная группа, различают спирты первичные (RCH 2 -OH), вторичные (R 2 CH-OH) и третичные (R 3 С-ОН). Простейшие спирты:
Первичные:
СН 3 -ОН СН 3 -СН 2 -ОН СН 3 -СН 2 -СН 2 -ОН
метанол этанол пропанол-1
Вторичные Третичный
пропанол-2 буганол-2 2-метилпропанол-2
Изомерия одноатомных спиртов связана со строением углеродного скелета (например, бутанол-2 и 2-метилпропанол-2) и с положением группы ОН (пропанол-1 и пропанол-2).
Номенклатура .
Названия спиртов образуют, добавляя окончание -ол к названию углеводорода с самой длинной углеродной цепью, включающей гидроксильную группу. Нумерацию цепи начинают с того края, ближе к которому расположена гидроксильная группа. Кроме того, широко распространена заместительная номенклатура, по которой название спирта производится от соответствующего углеводородного радикала с добавлением, слова "спирт", например: C 2 H 5 OH - этиловый спирт.
Строение:
Молекулы спиртов имеют угловое строение. Угол R-О-Н в молекуле метанола равен 108,5 0 . Атом кислорода гидроксильной группы находится в sp 3 -гибридизации.
Получение. Свойства
Получение.
1. Самый общий способ получения спиртов, имеющий промышленное значение, - гидратация алкенов. Реакция идет при пропускании алкена с парами воды над фосфорнокислым катализатором:
СН 2 =СН 2 + Н 2 О → СН 3 -СН 2 -ОН.
Из этилена получается этиловый спирт, из пропена - изопропиловый. Присоединение воды идет по правилу Марковникова, поэтому из первичных спиртов по данной реакции можно получить только этиловый спирт.
2. Другой общий способ получения спиртов - гидролиз алкилгалогенидов под действием водных растворов щелочей:
R-Br + NaOH → R-OH + NaBr.
По этой реакции можно получать первичные, вторичные и третичные спирты.
3. Восстановление карбонильных соединений. При восстановлении альдегидов образуются первичный спирты, при восстановлении кетонов - вторичные:
R-CH=O + Н 2 → R-CH 2 -OH, (1)
R-CO-R" + Н 2 → R-CH(OH) -R". (2)
Реакцию проводят, пропуская смесь паров альдегида или кетона и водорода над никелевым катализатором.
4. Действие реактивов Гриньяра на карбонильные соединения.
5. Этанол получают при спиртовом брожении глюкозы:
С 6 Н 12 О 6 → 2С 2 Н 5 ОН + 2СО 2 .
Химические свойства спиртов определяются присутствием в их молекулах гидроксильной группы ОН. Связи С-О и О-Н сильно полярны и способны к разрыву. Различают два основных типа реакций спиртов с участием функциональной группы -ОН:
1) Реакции с разрывом связи О-Н: а) взаимодействие спиртов с щелочными и щелочноземельными металлами с образованием алкоголятов; б) реакции спиртов с органическими и минеральными кислотами с образованием сложных эфиров; в) окисление спиртов под действием дихромата или перманганата калия до карбонильных соединений. Скорость реакций, при которых разрывается связь О-Н, уменьшается в ряду: первичные спирты > вторичные > третичные.
2) Реакции сопровождающиеся разрывом связи С-О: а) каталитическая дегидратация с образованием алкенов (внутримолекулярная дегидратация) или простых эфиров (межмолекулярная дегидратация): б) замещение группы -ОН галогеном, например при действии галогеноводородов с образованием алкилгалогенидов. Скорость реакций, при которых разрывается связь С-О, уменьшается в ряду: третичные спирты > вторичные > первичные. Спирты являются амфотерными соединениями.
Реакции с разрывом связи О-Н.
1. Кислотные свойства спиртов выражены очень слабо. Низшие спирты бурно реагируют со щелочными металлами:
2С 2 Н 5 -ОН + 2K→ 2С 2 Н 5 -ОK + Н 2 , (3)
но не реагируют с щелочами. С увеличением длины углеводородного радикала скорость этой реакции замедляется.
В присутствии следов влаги соли спиртов (алкоголяты) разлагаются до исходных спиртов:
С 2 Н 5 ОK + Н 2 О → С 2 Н 5 ОН + KОН.
Это доказывает, что спирты - более слабые кислоты, чем вода.
2. При действии на спирты минеральных и органических кислот образуются сложные эфиры. Образование сложных эфиров протекает по механизму нуклеофильного присоединения-отщепления:
С 2 Н 5 ОН
+ СН 3 СООН
СН 3 СООС 2 Н 5
+ Н 2 О
Этилацетат
C 2 H 5 OH
+
HONO 2
C 2 H 5 ONO 2
+ Н 2 O
Этилнитрат
Отличительной особенностью первой из этих реакций является то, что атом водорода отщепляется от спирта, а группа ОН - от кислоты. (Установлено экспериментально методом "меченых атомов").
3. Спирты окисляются под действием дихромата или перманганата калия до карбонильных соединений. Первичные спирты окисляются в альдегиды, которые, в свою очередь, могут окисляться в карбоновые кислоты:
R-CH 2 -OH → R-CH=O → R-COOH.
Вторичные спирты окисляются в кетоны:
Третичные спирты могут окисляться только с разрывом С-С связей.
Реакции с разрывом связи С-О.
1) Реакции дегидратации протекают при нагревании спиртов с водоотнимающими веществами. При сильном нагревании происходит внутримолекулярная дегидратация с образованием алкенов:
H 2 SO 4 ,t >150°С
СН 3 -СН 2 -СН 2 -ОН → СН 3 -СН=СН 2 + Н 2 О.
При более слабом нагревании происходит межмолекулярная дегидратация с образованием простых эфиров:
H 2 SO 4 ,t< 150°С
2CH 3 -CH 2 -OH → C 2 H 5 -O-C 2 H 5 + H 2 O.
2) Спирты обратимо реагируют с галогеноводородными кислотами (здесь проявляются слабые основные свойства спиртов):
ROH
+
HCl
RCl +
Н 2 О
Третичные спирты реагируют быстро, вторичные и первичные - медленно.
Применение. Спирты главным образом используют в промышленности органического синтеза. Этанол - важное сырье пищевой промышленности. Используется в качестве растворителя, в медицине.
Метанол используется для получения формальдегида, пластмасс на основе акриловой кислоты, в качестве растворителя для лаков и красок.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Спирты – соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп –ОН, связанных с углеводородным радикалом.
В зависимости от числа гидроксильных групп спирты делят на одно- (CH 3 OH — метанол, 2 H 5 OH — этанол), двух- (CH 2 (OH)-CH 2 -OH — этиленгликоль) и трехатомные (CH 2 (OH)-CH(OH)-CH 2 -OH — глицерин). В зависимости от того, при каком углеродном атоме находится гидроксильная группа, различают первичные (R-CH 2 -OH), вторичные (R 2 CH-OH) и третичные спирты (R 3 C-OH). В названии спиртов присутствует суффикс – ол.
Одноатомные спирты
Общая формула гомологического ряда предельных одноатомных спиртов C n H 2 n +1 OH.
Изомерия
Для предельных одноатомных спиртов характерна изомерия углеродного скелета (начиная с бутанола), а также изомерия положения гидроксильной группы (начиная с пропанола) и межклассовая изомерия с простыми эфирами.
СН 3 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -ОН (бутанол – 1)
СН 3 -СН(СН 3)- СН 2 -ОН (2-метилпропанол – 1)
СН 3 -СН(ОН)-СН 2 -СН 3 (бутанол – 2)
СН 3 -СН 2 -О-СН 2 -СН 3 (диэтиловый эфир)
Физические свойства
Низшие спирты (до С 15) – жидкости, высшие – твердые вещества. Метанол и этанол смешиваются с водой в любых соотношениях. С ростом молекулярной массы растворимость спиртов в оде падает. Спирты имеют высокие температуры кипения и плавления за счет образования водородных связей.
Получение спиртов
Получение спиртов возможно с помощью биотехнологического (брожение) способа из древесины или сахара.
К лабораторным способам получения спиртов относятся:
— гидратация алкенов (реакция протекает при нагревании и в присутствии концентрированной серной кислоты)
СН 2 =СН 2 + Н 2 О → СН 3 ОН
— гидролиз алкилгалогенидов под действием водных растворов щелочей
СН 3 Br + NaOH → CH 3 OH + NaBr
СН 3 Br + Н 2 О → CH 3 OH + HBr
— восстановление карбонильных соединений
CH 3 -CH-O + 2[H] → CH 3 – CH 2 -OH
Химические свойства
1. Реакция, протекающие с разрывом связи О-Н:
— кислотные свойства спиртов выражены очень слабо. Спирты реагируют с щелочными металлами
2C 2 H 5 OH + 2K → 2C 2 H 5 OK + H 2
но не реагируют с щелочами. В присутствии воды алкоголяты полностью гидролизуются:
C 2 H 5 OK + Н 2 О → C 2 H 5 OH + KOH
Это означает, что спирты – более слабые кислоты, чем вода
— образование сложных эфиров под действием минеральных и органических кислот:
CH 3 -CO-OH + H-OCH 3 ↔ CH 3 COOCH 3 + H 2 O
— окисление спиртов под действием дихромата или перманганата калия до карбонильных соединений. Первичные спирты окисляются в альдегиды, которые, в свою очередь, могут окисляться в карбоновые кислоты.
R-CH 2 -OH + [O] → R-CH=O + [O] → R-COOH
Вторичные спирты окисляются в кетоны:
R-CH(OH)-R’ + [O] → R-C(R’)=O
Третичные спирты более устойчивы к окислению.
2. Реакция с разрывом связи С-О.
— внутримолекулярная дегидратация с образованием алкенов (происходит при сильном нагревании спиртов с водоотнимающими веществами (концентрированная серная кислота)):
CH 3 -CH 2 -CH 2 -OH → CH 3 -CH=CH 2 + H 2 O
— межмолекулярная дегидратация спиртов с образованием простых эфиров (происходит при слабом нагревании спиртов с водоотнимающими веществами (концентрированная серная кислота)):
2C 2 H 5 OH → C 2 H 5 -O-C 2 H 5 + H 2 O
— слабые основные свойства спиртов проявляются в обратимых реакциях с галогеноводородами:
C 2 H 5 OH + HBr →C 2 H 5 Br + H 2 O
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Определите молярную массу и строение спирта, если известно, что при взаимодействии 7,4 г этого спирта с металлическим натрием выделяется 1,12 л газа (н.у.), а при окислении оксидом меди(II) образуется соединение, которое дает реакцию «серебряного зеркала». |
| Решение | Составим уравнения реакций спирта ROH с: а) натрием; б) окислителем CuO:
Из уравнения (а) методом отношений определим молярную массу неизвестного спирта: 7,4/2х = 1,12/22,4, х = М (ROH) = 74 г/моль. Такую молярную массу имеют спирты С 4 Н 10 О. Причем согласно условию задачи [уравнение (б)] это могут быть первичные спирты – бутанол-1 СН 3 СН 2 СН 2 СН 2 ОН или 2-метилпропанол-1 (СН 3) 2 СНСН 2 ОН. |
| Ответ | М(С 4 Н 10 О) = 74 г/моль, это бутанол-1 или 2-метилпропанол-1 |
ПРИМЕР 2
| Задание | Какой объем (в л) кислорода (н.у.) потребуется для полного сгорания 31,25 мл этилового спирта (плотность 0,8 г/мл) и сколько граммов осадка получится при пропускании продуктов реакции через известковую воду? |
| Решение | Найдем массу этанола:
m = ×V = 0,8×31,25 = 25 г. Количество вещества, соответствующее такой массе: (С 2 Н 5 ОН) = m/М = 25/46 = 0,543 моль. Запишем уравнение реакции горения этанола: Объем кислорода, расходуемого при сгорании этанола: V (O 2) = 25×3×22,4/46 = 36,5 л. Согласно коэффициентам в уравнении реакции: (О 2) = 3 (С 2 Н 5 ОН) = 1,63 моль, (СО 2) = 2 (С 2 Н 5 ОН) = 1,09 моль. |
В зависимости от типа углеводородного радикала, а также в некоторых случаях особенностей прикрепления группы -ОН к этому углеводородному радикалу соединения с гидроксильной функциональной группой разделяют на спирты и фенолы.
Спиртами называют соединения, в которых гидроксильная группа соединена с углеводородным радикалом, но не присоединена непосредственно к ароматическому ядру, если таковой имеется в структуре радикала.
Примеры спиртов:
Если в структуре углеводородного радикала содержится ароматическое ядро и гидроксильная группа, при том соединена непосредственно с ароматическим ядром, такие соединения называют фенолами .
Примеры фенолов:
Почему же фенолы выделяют в отдельный от спиртов класс? Ведь, например, формулы
очень похожи и создают впечатление веществ одного класса органических соединений.
Однако непосредственное соединение гидроксильной группы с ароматическим ядром существенно влияет на свойства соединения, поскольку сопряженная система π-связей ароматического ядра сопряжена также и с одной из неподеленных электронных пар атома кислорода. Из-за этого в фенолах связь О-Н более полярна по сравнению со спиртами, что существенно повышает подвижность атома водорода в гидроксильной группе. Другими словами, у фенолов значительно ярче, чем у спиртов выражены кислотные свойства.
Химические свойства спиртов
Одноатомные спирты
Реакции замещения
Замещение атома водорода в гидроксильной группе
1) Спирты реагируют со щелочными, щелочноземельными металлами и алюминием (очищенным от защитной пленки Al 2 O 3), при этом образуются алкоголяты металлов и выделяется водород:
Образование алкоголятов возможно только при использовании спиртов, не содержащих растворенной в них воды, так как в присутствии воды алкоголяты легко гидролизуются:
CH 3 OK + Н 2 О = СН 3 ОН + KOH
2) Реакция этерификации
Реакцией этерификации называют взаимодействие спиртов с органическими и кислородсодержащими неорганическими кислотами, приводящее к образованию сложных эфиров.
Такого типа реакции являются обратимыми, поэтому для смещения равновесия в сторону образования сложного эфира, реакцию желательно проводить при нагревании, а также в присутствии концентрированной серной кислоты как водоотнимающего агента:
Замещение гидроксильной группы
1) При действии на спирты галогеноводородных кислот происходит замещение гидроксильной группы на атом галогена. В результате такой реакции образуются галогеналканы и вода:
2) При пропускании смеси паров спирта с аммиаком через нагретые оксиды некоторых металлов (чаще всего Al 2 O 3) могут быть получены первичные, вторичные или третичные амины:
Тип амина (первичный, вторичный, третичный) будет в некоторой степени зависеть от соотношения исходного спирта и аммиака.
Реакции элиминирования (отщепления)
Дегидратация
Дегидратация, фактически подразумевающая отщепление молекул воды, в случае спиртов различается на межмолекулярную дегидратацию и внутримолекулярную дегидратацию.
При межмолекулярной дегидратации спиртов одна молекула воды образуется в результате отщепления атома водорода от одной молекулы спирта и гидроксильной группы — от другой молекулы.
В результате этой реакции образуются соединения, относящиеся к классу простых эфиров (R-O-R):
Внутримолекулярная дегидратация спиртов протекает таким образом, что одна молекула воды отщепляется от одной молекулы спирта. Данный тип дегидратации требует несколько более жестких условий проведения, заключающихся в необходимости использования заметно более сильного нагревания по сравнению с межмолекулярной дегидратацией. При этом из одной молекулы спирта образуется одна молекула алкена и одна молекула воды:
Поскольку молекула метанола содержит только один атом углерода, для него невозможна внутримолекулярная дегидратация. При дегидратации метанола возможно образование только простого эфира (CH 3 -O-CH 3).
Нужно четко усвоить тот факт, что в случае дегидратации несимметричных спиртов внутримолекулярное отщепление воды будет протекать в соответствии с правилом Зайцева, т.е. водород будет отщепляться от наименее гидрированного атома углерода:
Дегидрирование спиртов
а) Дегидрирование первичных спиртов при нагревании в присутствии металлической меди приводит к образованию альдегидов:
б) В случае вторичных спиртов аналогичные условия приведут у образованию кетонов:
в) Третичные спирты в аналогичную реакцию не вступают, т.е. дегидрированию не подвергаются.
Реакции окисления
Горение
Спирты легко вступают в реакцию горения. При этом образуется большое количество тепла:
2СН 3 -ОН + 3O 2 = 2CO 2 + 4H 2 O + Q
Неполное окисление
Неполное окисление первичных спиртов может приводить к образованию альдегидов и карбоновых кислот.
В случае неполного окисления вторичных спиртов возможно образование только кетонов.
Неполное окисление спиртов возможно при действии на них различных окислителей, например, таких, как кислород воздуха в присутствии катализаторов (металлическая медь), перманганат калия, дихромат калия и т.д.
При этом из первичных спиртов могут быть получены альдегиды. Как можно заметить, окисление спиртов до альдегидов, по сути, приводит к тем же органическим продуктам, что и дегидрирование:
Следует отметить, что при использовании таких окислителей, как перманганат калия и дихромат калия в кислой среде возможно более глубокое окисление спиртов, а именно до карбоновых кислот. В частности, это проявляется при использовании избытка окислителя при нагревании. Вторичные спирты могут в этих условиях окислиться только до кетонов.
ПРЕДЕЛЬНЫЕ МНОГОАТОМНЫЕ СПИРТЫ
Замещение атомов водорода гидроксильных групп
Многоатомные спирты так же, как и одноатомные реагируют со щелочными, щелочноземельными металлами и алюминием (очищенным от пленки Al 2 O 3 ); при этом может заместиться разное число атомов водорода гидроксильных групп в молекуле спирта:
2. Поскольку в молекулах многоатомных спиртов содержится несколько гидроксильных групп, они оказывают влияние друг на друга за счет отрицательного индуктивного эффекта. В частности, это приводит к ослаблению связи О-Н и повышению кислотных свойств гидроксильных групп.
Бо льшая кислотность многоатомных спиртов проявляется в том, что многоатомные спирты, в отличие от одноатомных, реагируют с некоторым гидроксидами тяжелых металлов. Например, нужно запомнить тот факт, что свежеосажденный гидроксид меди реагирует с многоатомными спиртами с образованием ярко-синего раствора комплексного соединения.
Так, взаимодействие глицерина со свежеосажденными гидроксидом меди приводит к образованию ярко-синего раствора глицерата меди:
Данная реакция является качественной на многоатомные спирты. Для сдачи ЕГЭ достаточно знать признаки этой реакции, а само уравнение взаимодействия уметь записывать необязательно.
3. Так же, как и одноатомные спирты, многоатомные могут вступать в реакцию этерификации, т.е. реагируют с органическими и кислородсодержащими неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров. Данная реакция катализируется сильными неорганическими кислотами и является обратимой. В связи с этим при осуществлении реакции этерификации образующийся сложный эфир отгоняют из реакционной смеси, чтобы сместить равновесие вправо по принципу Ле Шателье:
Если в реакцию с глицерином вступают карбоновые кислоты с большим числом атомов углерода в углеводородном радикале, получающиеся в результате такой реакции, сложные эфиры называют жирами.
В случае этерификации спиртов азотной кислотой используют так называемую нитрующую смесь, представляющую собой смесь концентрированных азотной и серной кислот. Реакцию проводят при постоянном охлаждении:
Сложный эфир глицерина и азотной кислоты, называемый тринитроглицерином, является взрывчатым веществом. Кроме того, 1%-ный раствор данного вещества в спирте обладает мощным сосудорасширяющим действием, что используется при медицинских показаниях для предотвращения приступа инсульта или инфаркта.
Замещение гидроксильных групп
Реакции данного типа протекают по механизму нуклеофильного замещения. К взаимодействиям такого рода относится реакция гликолей с галогеноводородами.
Так, например, реакция этиленгликоля с бромоводородом протекает с последовательным замещением гидроксильных групп на атомы галогена:
Химические свойства фенолов
Как уже было сказано в самом начале данной главы, химические свойства фенолов заметно отличаются от химических свойств спиртов. Связано это с тем, что одна из неподеленных электронных пар атома кислорода в гидроксильной группе сопряжена с π-системой сопряженных связей ароматического кольца.
Реакции с участием гидроксильной группы
Кислотные свойства
Фенолы являются более сильными кислотами, чем спирты, и в водном растворе в очень небольшой степени диссоциированы:
Бо льшая кислотность фенолов по сравнению со спиртами в плане химических свойств выражается в том, что фенолы, в отличие от спиртов, способны реагировать со щелочами:
Однако, кислотные свойства фенола выражены слабее, чем даже у одной из самых слабых неорганических кислот – угольной. Так, в частности, углекислый газ, при пропускании его через водный раствор фенолятов щелочных металлов, вытесняет из последних свободный фенол как еще более слабую, чем угольная, кислоту:
Очевидно, что любой другой более сильной кислотой фенол также будет вытесняться из фенолятов:
3) Фенолы являются более сильными кислотами, чем спирты, а спирты при этом реагируют с щелочными и щелочноземельными металлами. В связи с этим очевидно, что и фенолы будут реагировать с указанными металлами. Единственное, что в отличие от спиртов, реакция фенолов с активными металлами требует нагревания, так как и фенолы, и металлы являются твердыми веществами:
Реакции замещения в ароматическом ядре
Гидроксильная группа является заместителем первого рода, и это значит, что она облегчает протекание реакций замещения в орто- и пара- положениях по отношению к себе. Реакции с фенолом протекают в намного более мягких условиях по сравнению с бензолом.
Галогенирование
Реакция с бромом не требует каких-либо особых условий. При смешении бромной воды с раствором фенола мгновенно образуется белый осадок 2,4,6-трибромфенола:
Нитрование
При действии на фенол смеси концентрированных азотной и серной кислот (нитрующей смеси) образуется 2,4,6-тринитрофенол – кристаллическое взрывчатое вещество желтого цвета:
Реакции присоединения
Поскольку фенолы являются ненасыщенными соединениями, возможно их гидрирование в присутствии катализаторов до соответствующих спиртов.
