Лекция "Спирты"

Тема: Спирты

План лекции

1.Классификация спиртов.

2.Номенклатура и изомерия.

3.Методы получения.

4.Физические свойства. Водородная связь.

5.Химические свойства.

6.Многоатомные спирты.

7.Применение спиртов.

1.Классификация спиртов

Спирты – производные углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильную группу ОН.

В зависимости от числа гидроксильных групп спирты делятся на одноатомные (содержащие одну OH-группу) и многоатомные (содержащие две и более OH-групп). Количество гидроксильных групп определяет атомность спирта:

H₃C−CH₂−OH HO−CH₂−CH₂−OH HO−CH₂−CH−CH₂−OH

|

этанол этиленгликоль OH глицерин

(одноатомный) (двухатомный) (трехатомный)

В зависимости от того, при каком атоме углерода находится гидроксильная группа, различают спирты

R

|

R−CH₂−OH R−CH−OH R^/−C−OH

| |

R^/ R^//

первичные вторичные третичные

По характеру углеводородного радикала, связанного с гидроксильной группой, различают предельные, непредельные и ароматические спирты. Причем к ароматическим спиртам относят те, у которых гидроксогруппа отделена от бензольного кольца хотя бы одним углеродным атомом.

Практически не удается получить спирты, в которых OH-группа непосредственно соединяется с углеродом, участвующим в образовании двойной связи и спирты, содержащие две гидроксогруппы у одного углеродного атома.

2.Изомерия и номенклатура спиртов

Общая формула предельных одноатомных спиртов С_nН_2n+1ОН. Попробуем изобразить все возможные изомеры соединения состава C₄H₁₀O. Среди них четыре, относящиеся к классу спиртов:

CH₃−CH₂−CH₂−CH₂−OH CH₃−CH−CH₂−CH₃

|

бутанол-1 OH бутанол-2

CH₃

|

CH₃−CH−CH₂−OH CH₃− C−OH

| |

CH₃ CH₃

2-метилпропанол-1 2-метилпропанол-2

и три простых эфира:

СH₃−CH₂−O−CH₂−CH₃ CH₃−O−CH−CH₃ CH₃−O−CH₂−CH₂−CH₃

|

диэтиловый эфир CH₃ метилпропиловый эфир

метилизопропиловый эфир

Очевидно, что для предельных одноатомных спиртов характерны следующие виды изомерии:

а) углеродного скелета,

б) положения функциональной группы,

в) межклассовая.

Названия спиртов производят от названий соответствующих углеводородов добавлением окончания - ол: CH₃OH – метанол, C₂H₅OH – этанол и т. д. Положение OH-группы в цепи указывается цифрой. Нумерацию цепи начинают с того края, ближе к которому расположена гидроксильная группа:

1 2 3 4 1 2 3 4

HO−CH₂−CH₂−CH−CH₃ CH₃−CH−CH−CH₃

| | |

CH₃ OH CH3

3-метилбутанол-1 3-метилбутанол-2

3.Методы получения спиртов:

1.Гидратация алкенов

Н₃РО₄

R −CH=CH₂ + H₂O R−CH−CH₃

|

OH

Присоединение воды протекает по правилу Марковникова, поэтому из первичных спиртов по данной реакции можно получить только этанол.

1.Гидролиз галогенопроизводных водными растворами щелочей

R −Br + NaOH R−OH + NaBr

2.Восстановление карбонильных соединений. При восстановлении альдегидов образуются первичные спирты, при восстановлении кетонов – вторичные:

R−CH=O + H₂ R−CH₂−OH R−C−R^/ + H2 R−CH−R^/

^{альдегид} || |

O OH

Реакцию проводят, пропуская смесь паров альдегида или кетона и водорода над никелевым катализатором.

Этанол получают при спиртовом брожении глюкозы:

С ₆Н₁₂О₆ 2 С₂Н₅ОН + 2 СО₂

4.Физические свойства. Водородная связь

Среди веществ гомологического ряда спиртов нет газообразных. Сравним значения температур кипения низших спиртов и соответствующих им углеводородов:

Высокие температуры кипения спиртов свидетельствуют о значительном межмолекулярном взаимодействии. Причина его – водородная связь между молекулами:

δ+ δ− δ+ δ− δ+ δ−

H—O: [H—O . . . H—O

| | |

R R R

Низшие спирты хорошо растворимы в воде опять же вследствие образования водородных связей:

δ+ δ− δ+ δ− δ+ δ− δ+ δ−

H—O: [H—O . . . H—O . . . H—O

| | | |

R H R H

С увеличением количества атомов углерода в радикале R растворимость спиртов в воде уменьшается.

5.Химические свойства

Связи С − О и О − Н в спиртах сильно поляризованы и способны к разрыву. Различают два основных типа реакций одноатомных спиртов:

1.Реакции, идущие с разрывом связи. О−Н:

а) со щелочными и щелочноземельными металлами

Кислотные свойства спиртов выражены слабо. Низшие спирты активно реагируют со щелочными металлами:

2 C₂H₅OH + 2 Na 2 C₂H₅ONa + H₂↑,

этилат натрия

но не реагируют с щелочами. В присутствии следов влаги соли спиртов (алкоголяты) разлагаются до исходных спиртов:

C ₂H₅ONa + H₂O C₂H₅OH + NaOH

Это свидетельствует о том, что спирты – более слабые кислоты, чем вода.

б) с органическими и минеральными кислотами (этерификация)

O H₂SO₄ O

CH₃− C + C2H5OH CH₃− C + H₂O

OH O C₂H₅

этиловый эфир уксусной кислоты

C ₂H₅OH + HO−NO₂ C₂H₅O−NO₂ + H2O

азотная кислота этилнитрат

Скорость реакций, при которых разрывается связь O—H, уменьшается в ряду: первичные спирты вторичные третичные.

1.Реакции, идущие с разрывом связи С−О:

а) с галогеноводородами

C H₃−CH₂−OH + HBr CH₃−CH₂−Br + H₂O

б) внутримолекулярная дегидратация

t150º, H₂SO₄

C H₃−CH₂−OH H₂C=CH₂ + H₂O

В спиртах сложного строения атом водорода отщепляется от атома углерода, связанного с наименьшим количеством атомов водорода (правило Зайцева):

CH₃ CH₃

| H⁺ |

C H₃−C—CH−CH₃ CH₃−C=CH−CH₃ + H₂O

| |

OH H

в) межмолекулярная дегидратация

tH₂SO₄

2 CH₃−CH₂−OH CH₃−CH₂−O−CH₂−CH₃ + H₂O

диэтиловый эфир

Скорость реакций, при которых разрывается связь C—O, уменьшается в ряду: третичные спирты вторичные первичные.

2.Окисление спиртов

В качестве окислителей используются оксид меди, дихромат и перманганат калия в присутствии серной кислоты. При окислении первичных спиртов образуются альдегиды:

O

CH₃−CH₂−OH + [O] CH₃−C + H₂O,

H

этаналь

а вторичных – кетоны:

C H₃−CH−CH₃ + [O] CH₃−C−CH₃ + H₂O

| ||

OH O

пропанол-2 пропанон

Третичные спирты окисляются в более жестких условиях, при этом происходит разрыв ближайших к гидроксильной группе углерод - углеродных связей.

Спирты горят:

C ₂H₅OH + 3O₂ 2CO₂ + 3 H₂O

1. Многоатомные спирты

Простейшие представители многоатомных спиртов – этиленгликоль и глицерин:

СН₂ – СН₂ СН₂ – СН – СН₂

  | | | 

ОН ОН ОН ОН OH

этиленгликоль глицерин

(этандиол) (пропантриол)

Физические свойства. Этиленгликоль и глицерин – вязкие жидкости, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде. Многоатомные спирты имеют большее количество полярных гидроксильных групп, участвующих в образовании водородных связей, поэтому их Т. кип. значительно выше, чем одноатомных спиртов:

Химические свойства многоатомных спиртов сходны со свойствами одноатомных спиртов. В реакциях может участвовать либо одна, либо несколько гидроксильных групп. Однако −I-эффект дополнительных гидроксильных групп делает атомы водорода OH-групп более подвижными, поэтому многоатомные спирты, в отличие от одноатомных, реагируют с щелочами, образуя соли:

H O−CH₂−CH₂−OH + 2 NaOH NaO−CH₂−CH₂−ONa + 2 H₂O

полный гликолят натрия

СН₂− СН− CH₂ СН₂ − СН− CH₂

| | | + NaOH | | | + H₂O

ОН ОН OH OH ONa OH

моноглицерат натрия

Особенно легко идет замещение атома водорода гидроксильной группы на ионы тяжелых металлов в результате образования комплексов. Осадок гидроксида меди растворяется в глицерине с получением ярко-синего раствора комплексного соединения глицерата меди:

2−

CH₂−OH СН₂– О O – CH₂ 2 K⁺

| | Cu |

2 CH−OH + Cu(OH)₂ + 2 KOH СН – О O – CH + 4 H₂O

| | |

CH₂−OH CH₂−OH HO− CH₂

глицерат меди

Реакция с гидроксидом меди используется при качественном определении многоатомных спиртов, имеющих ОН - группы у соседних атомов углерода.

Этиленгликоль получают окислением этилена в водном растворе перманганата калия:

KMnO₄

С H₂ = CH₂ + H₂OHO−СH₂−CH₂−OH

Глицерин ранее получали гидролизом растительных или животных жиров. В настоящее время его получают из пропилена:

Cl₂, hν HOCl H₂O

C H₂=CH−CH₃ CH₂=CH−CH₂Cl CH₂−CH−CH₂Cl CH₂−CH−CH₂

| | | | |

OH Cl OH OH OH

Области применения спиртов

На многих производствах спирты применяются в качестве растворителей. В химической промышленности они используются для различных синтезов. Метиловый спирт в больших количествах ид т на получение формальдегида, используемого в производстве пластмасс уксусной кислоты и других органических веществ. В настоящее время разрабатывается много новых технологических процессов на основе использования метилового  спирта как исходного продукта, поэтому значение его в промышленном производстве нужных народному хозяйству , веществ и материалов будет все более возрастать .Перспективным считается использование метилового спирта в качестве моторного топлива т.к. добавка его к бензину повышает актановое число горючей смеси и снижает образование вредных веществ в выхлопных газах . Этиловый спирт в больших количествах

идет на производство синтетического каучука. Окислением спирта получают пищевую уксусную кислоту.  Путем его дигидратации готовят диэтиловый медицинский эфир , с взаимодействием с хлороводородом получают хлорэтан , для местной анестозии. Спирт применяется при изготовлении многих лекарств. В парфюмерии он идет на изготовление духов и одеколонов. Охрана окружающей среды. Спирты оказывают негативное воздействие на организм. Особенно ядовит метиловый спирт. Самое незначительное количество его при приеме внутрь разрушает зрительный  нерв и вызывает необратимую слепоту . 5-10 мл спирта вызывает сильное отравление организма, а 30 мл могут привести к смертельному исходу. Этиловый спирт-наркотик , применив внутрь он вследствие высокой растворимости быстро всасывает в кровь и сильно действует на организм. Под влиянием спиртного у человека ослабляется внимание затормаживается реакция, нарушается корреляция движения, появляется развязанность, грубость в поведни и т.д. все это делает его неприятным в обществе.

Вопросы для повторения:

1. Какова общая формула спиртов?

2.С каким классом органических соединений спирты изомерны?

3.Какова общая формула многоатомных спиртов?

4.Какие качественные реакции присущи спиртам?

5.Какая химическая связь между молекулами спиртов?

6.Перечислите области применения спиртов?