Одноатомные спирты.

Спиртами называются производные углеводородов, представляющие собой продукты замещения атома (атомов) водорода в углеводородной молекуле гидроксильной группой -ОН. В зависимости от того, какое количество атомов водорода замещено, спирты бывают одноатомными и многоатомными. Т.е. число групп -ОН в молекуле спирта характеризует атомность последнего.

Наибольшее значение имеют предельные одноатомные спирты. Состав членов ряда предельных одноатомных спиртов может быть выражен общей формулой -- СnH2n+1ОН или R-OH.

Несколько первых членов гомологического ряда спиртов и их названия по радикально-функциональной, заместительной и рациональной номенклатурам соответственно приведены ниже:

По радикально-функциональной номенклатуре название спиртов образуется из названия радикалов и слова «спирт», выражающего функциональное название класса.

Химические свойства

1. Спирты реагируют со щелочными металлами (Na, K и т.д.) с образованием алкоголятов:
2R--OH + 2Na ® 2R--ONa + H2
2. Замещение гидроксильной группы спиртов на галоген

R--ОН + Н--X « R--X + H2O

3. Взаимодействие спиртов с кислотами называют реакцией этерификации. В результате ее образуются сложные эфиры:

R--OH + HO--C--R1 « R--O--C--R1 + H2O

4. При высокой температуре кислород воздуха окисляет спирты с образованием СО2 или Н2О (процесс горения). Метанол и этанол горят почти несветящимся пламенем, высшие - более ярким коптящим. Это связано с увеличением относительного увеличением углерода в молекуле.

Растворы KMnO4 и K2Cr2O7 (кислые) окисляют спирты. Раствор KMnO4 обесцвечивается, раствор K2Cr2O7 становится зеленым .

Первичные спирты при этом образуют альдегиды, вторичные - кетоны, дальнейшее окисление альдегидов и кетонов приводит к получению карбоновых кислот.

5. При пропускании паров первичных и вторичных спиртов над поверхностью наколенных мелкораздробленных металлов (Cu, Fe) происходит их дегидрирование:

СН3--СН--Н CH3--C--H

Многоатомные спирты.

Двухатомные спирты называются гликолями, трехатомные - глицеринами. По международной заместительной номенклатуре двухатомные спирты называются алкандиолами, трехатомные - алкантриолами. Спирты с двумя гидроксилами при одном углеродном атоме обычно в свободном виде не существуют; при попытках получить их они разлагаются, выделяя воду и превращаясь в соединение с карбонильной группой - альдегиды или кетоны

Трехатомные спирты с тремя гидроксилами при одном углеродном атоме еще более неустойчивы, чем аналогичные двухатомные, и в свободном виде неизвестны:

Поэтому первым представителем двухатомных спиртов является производное этана состава С2Н4(ОН)2 с гидроксильными группами при различных углеродных атомах - 1,2-этандиол, или иначе - этиленгликоль (гликоль). Пропану соответствует уже два двухатомных спирта - 1,2-пропадиол, или пропиленгликоль, и 1,3-пропандиол, или триметиленгликоль:

Гликоли, в которых две спиртовые гидроксильные группы расположены в цепи рядом - при соседних атомах углерода, называются a-гликолями (например, этиленгликоль, пропиленгликоль). Гликоли со спиртовыми группами, расположенными через один углеродный атом, называются b-гликолями (триметиленгликоль). И так далее.

Среди двухатомных спиртов этиленгликоль представляет наибольший интерес. Он используется в качестве антифриза для охлаждения цилиндров автомобильных, тракторных и авиационных двигателей; при получении лавсана (полиэфир спирта с терефталевой кислотой).

Это бесцветная сиропообразная жидкость, не имеющая запаха, сладкая на вкус, ядовита. Смешивается с водой и спиртом. Ткип.=197 оС, Тпл.= --13 оС, d204=1,114 г/см3. Горючая жидкость.

Дает все реакции, характерные для одноатомных спиртов, причем в них может участвовать одна или обе спиртовые группы. Вследствие наличия двух ОН-групп гликоли обладают несколько более кислыми свойствами, чем одноатомные спирты, хотя и не дают кислой реакции на лакмус, не проводят электрического тока. Но в отличие от одноатомных спиртов они растворяют гидроксиды тяжелых металлов. Например, при приливании этиленгликоля к голубому студенистому осадку Cu(OH)2 образуется синий раствор гликолята меди:

При действии PCl5 хлором замещаются обе гидроксидьные группы, при действии HCl - одна и образуются так называемые хлоргидрины гликолей:

При дегидратации из 2-х молекул этиленгликоля образуется диэтиленгликоль:

Последний, может, выделяя внутримолекулярно одну молекулу воды, превращаться в циклическое соединение с двумя группами простого эфира - диоксан:

С другой сторон, диэтиленгликоль может реагировать со следующей молекулой этиленгликоля, образуя соединение тоже с двумя группами простого эфира, но с открытой цепью - триэтиленгликоль. Последовательное взаимодействие по такого рода реакции многих молекул гликоля приводит к образованию полигликолей - высокомелекулярных соединений, содержащих множество группировок простого эфира. Реакции образования полигликолей относятся к реакциям поликонденсации.

Полигликоли используются в производстве синтетических моющих средств, смачивателей, пенообразователей.

Химические свойства

Главной особенностью простых эфиров является их химическая инертность. В отличие от сложных эфиров они не гидролизуются и не разлагаются водой на исходные спирты. Безводные (абсолютные) эфиры в отличие от спиртов при обычных температурах не реагируют с металлическим натрием, т.к. в их молекулах нет активного водорода.

Расщепление простых эфиров происходит под действием некоторых кислот. Например, концентрированная (особенно дымящая) серная кислота поглощает пары простых эфиров, и при этом образуется сложный эфир серной кислоты (этилсерная кислота) и спирт.

Иодистоводородная кислота также разлагает простые эфиры, в результате получаются галогеналкил и спирт.

При нагревании металлический натрий расщепляет простые эфиры с образованием алкоголята и натрийорганического соединения.

Химические свойства одноатомных предельных спиртов.

I. Реакции замещения

1. Замещение атомов водорода гидроксильной группы вследствие разрыва связи O−H

Скорость реакций, при которых разрывается связь О−Н, уменьшается в ряду: первичные спирты → вторичные → третичные.

а) Взаимодействие с активными металлами с образованием алкаголятов (алканолятов) металлов :

2C 2 H 5 −OH + 2Na → C 2 H 5 −ONa + H 2

Алкоголяты похожи на соли очень слабой кислоты, а также они легко гидролизуются. Алкоголяты крайне неустойчивы и при действии воды - разлагаются на спирт и щелочь. Это доказывает, что спирты - более слабые кислоты, чем вода. Отсюда следует вывод, что одноатомные спирты не реагируют со щелочами!

C 2 H 5 −ONa + HOH → C 2 H 5 −OH + NaOH

б) Взаимодействие с органическими и неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров (реакция этерификации )

C 2 H 5 −OH + HO−NO 2 ↔ C 2 H 5 −O−NO 2 + HOH

Этиловый эфир азотной кислоты

CH 3 −COOH + HO−C 2 H 5 ↔ CH 3 COO−C 2 H 5 + HOH

Этиловый эфир уксусной кислоты

2. Замещение гидроксильной группы вследствие разрыва связи C−O

а) Растворы спиртов имеют нейтральную реакцию на индикаторы.

б) Взаимодействие с аммиаком с образованием первичных аминов (а при избытке спирта алькильными радикалами могут замещаться 2 или 3 атома водорода в NH3 и образовываться вторичные и третичные амины)

C 2 H 5 −OH + H−NH 2 → C 2 H 5 − NH 2 + H−OH.

Этиламин

C 2 H 5 −OH + H−NH−C 2 H 5 → NH−(C 2 H 5) 2 + H−OH.

Диэтиламин

в) Взаимодействие с галогенводородами с образованием галогеналканов

C 2 H 5 −OH + HCl → C 2 H 5 −Cl + HOH.

г) Взаимодействие с тионилхлоридом с образованием галогеналканов

C 4 H 9 −OH + SO 2 Cl 2 → C 4 H 9 −Cl + HCl + SO 2 .

д) Взаимодействие с хлоридом фосфора с образованием галогеналканов

C 4 H 9 −OH + PCl 5 → C 4 H 9 −Cl + POCl 3 + HCl.

II. Реакции отщепления

1. Реакция дегидратации, т.е. отщепление молекулы воды

а) Межмолекулярная дегидратация спиртов с образованием простых эфиров R−O−R"

C 2 H 5 −OH + HO−C 2 H 5 → C 2 H 5 −O− C 2 H 5 + H−OH.

Диэтиловый эфир

б) Внутримолекулярная дегидратация спиртов с образованием алкенов

H−CH 2 −CH 2 −OH → CH 2 =CH 2 + H−OH.

2. Реакция дегидрирования (разрыв связей O−H и C−H)

а) При дегидрировании первичных спиртов образуются альдегиды

CH 3 −CH−O−H → CH 3 −CH=O + H 2

б) При дегидрировании вторичных спиртов образуются кетоны

CH 3 −C−СH 3 → CH 3 −C−СH 3 + H 2

в) Третичные спирты не дегидрируются

III. Реакции окисления

а) Горение (полное окисление) спиртов

C 2 H 5 OH + 3O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O +Q.

При их горении выделяется много теплоты, которую часто используют в лабораториях (лабораторные горелки). Низшие спирты горят почти бесцветным пламенем, а у высших спиртов пламя имеет желтоватый цвет из-за неполного сгорания углерода.

б) Неполное окисление спиртов кислородом воздуха с образованием альдегидов или при дальнейшем окислении карбоновой кислоты (из первичных спиртов) и кетонов (из вторичных спиртов)

2CH 3 OH + O 2 → 2HCH=O + 2H 2 O,

CH 3 −CH 2 OH + O 2 → CH 3 −COOH + H 2 O,

2CH 3 −CH(OH)−CH 3 + O 2 → 2CH 3 −C(=O)−CH 3 + 2H 2 O.

в) Неполное окисление спиртов кислородом окислителя в присутствии катализатора с образованием альдегидов или при дальнейшем окислении карбоновой кислоты (из первичных спиртов) и кетонов (из вторичных спиртов)

CH 4 + [O] → HCH=O + H 2 O,

CH 3 −CH 2 OH + 2[O] → CH 3 −COOH + H 2 O,

CH 3 −CH(OH)−CH 3 + [O] → CH 3 −C(=O)−CH 3 + H 2 O.

Химические свойства многоатомных предельных спиртов

Химические свойства многоатомных спиртов такие же, как и у одноатомных спиртов , но при этом различие в том, что реакция идёт не по одной к гидроксильной группе, а по нескольким сразу. Одно из основных отличий − многоатомные спирты легко вступают в реакцию со свежеприготовленным раствором гидроксида меди (II) (осадком голубого цвета). При этом получается прозрачный раствор комплексной соли меди ярко сине-фиолетового цвета. Именно этой реакцией можно выявлять наличие многоатомного спирта в каком-либо растворе.

Применение спиртов.

Способность спиртов участвовать в разнообразных химических реакциях позволяет их использовать для получения всевозможных органических соединений: альдегидов, кетонов, карбоновых кислот простых и сложных эфиров, применяемых в качестве органических растворителей, при производстве полимеров, красителей и лекарственных препаратов.

Метанол СН 3 ОН используют как растворитель, а также в производстве формальдегида, применяемого для получения фенолформальдегидных смол, в последнее время метанол рассматривают как перспективное моторное топливо. Большие объемы метанола используют при добыче и транспорте природного газа. Метанол – наиболее токсичное соединение среди всех спиртов, смертельная доза при приеме внутрь – 100 мл.

Этанол С 2 Н 5 ОН – исходное соединение для получения ацетальдегида, уксусной кислоты, а также для производства сложных эфиров карбоновых кислот, используемых в качестве растворителей, лекарств, духов и одеколонов, каучуков, горючего для двигателей, красителей, лаков, растворителей и других веществ. Кроме того, этанол – основной компонент всех спиртных напитков, его широко применяют и в медицине как дезинфицирующее средство.

Бутанол используют как растворитель жиров и смол, кроме того, он служит сырьем для получения душистых веществ (бутилацетата, бутилсалицилата и др.). В шампунях он используется как компонент, повышающий прозрачность растворов.

Бензиловый спирт С 6 Н 5 –CH 2 –OH в свободном состоянии (и в виде сложных эфиров) содержится в эфирных маслах жасмина и гиацинта. Он обладает антисептическими (обеззараживающими) свойствами, в косметике он используется как консервант кремов, лосьонов, зубных эликсиров, а в парфюмерии - как душистое вещество.

Фенетиловый спирт С 6 Н 5 –CH 2 –CH 2 –OH обладает запахом розы, содержится в розовом масле, его используют в парфюмерии.

Этиленгликоль HOCH 2 –CH 2 OH используют в производстве пластмасс и как антифриз (добавка, снижающая температуру замерзания водных растворов), кроме того, при изготовлении текстильных и типографских красок. Динитроэтиленгликоль используют в качестве взрывчатых веществ

Диэтиленгликоль HOCH 2 –CH 2 OCH 2 –CH 2 OH используют для заполнения тормозных гидравлических приспособлений, а также в текстильной промышленности при отделке и крашении тканей.

Глицерин HOCH 2 –CH(OH)–CH 2 OH применяют для получения полиэфирных глифталевых смол, кроме того, он является компонентом многих косметических препаратов как консервант и как средство, предотвращающее замерзание и высыхание! Нитроглицерин используют в качестве взрывчатых веществ – как основной компонент динамита, применяемого в горном деле и железнодорожном строительстве в качестве взрывчатого вещества. Тринитроглицерин − ещё и в медицине, как сосудорасширяющее средство.

Пентаэритрит (HOCH 2) 4 С применяют для получения полиэфиров (пентафталевые смолы), в качестве отвердителя синтетических смол, как пластификатор поливинилхлорида, а также в производстве взрывчатого вещества тетранитропентаэритрита.

Многоатомные спирты ксилит НОСН2–(СНОH)3–CН2ОН и сорбит НОСН2– (СНОН)4–СН2OН имеют сладкий вкус, их используют вместо сахара в производстве кондитерских изделий для больных диабетом и людей страдающих от ожирения. Сорбит содержится в ягодах рябины и вишни.

Вопросы: (для контроля знаний)

Какие вещества относятся к спиртам и как образуются названия их соединений?
Какие виды изомерии характерны для спиртов? Приведите примеры.
При помощи каких реакций можно получить спирты?
Какие химические реакции характерны для предельных спиртов? Приведите уравнения реакций.
Где применяются спирты?

Список используемых источников.

Спирты - крупная группа органических химических веществ. Она включает подклассы одноатомных и многоатомных спиртов, а также все вещества комбинированного строения: альдегидоспирты, производные фенола, биологические молекулы. Эти вещества вступают в множество типов реакций как по гидроксильной группе, так и по атому углерода, несущему ее. Эти химические свойства спиртов следует изучить детально.

Виды спиртов

В веществах спиртов содержится гидроксильная группа, присоединенная к несущему углеродному атому. В зависимости от количества атомов углерода, с которыми соединен несущий С, спирты делятся на:

первичные (соединенные с концевым углеродом);
вторичные (соединены с одной гидроксильной группой, одним водородом и двумя углеродными атомами);
третичные (соединены с тремя углеродными атомами и одной гидроксильной группой);
смешанные (многоатомные спирты, в которых имеются гидроксильные группы у вторичных, первичных или третичных углеродных атомов).

Также спирты делятся в зависимости от количества гидроксильных радикалов на одноатомные и многоатомные. Первые содержат только одну гидроксильную группу у несущего углеродного атома, к примеру, этанол. Многоатомные спирты содержат две и более гидроксильные группы у разных несущих углеродных атомов.

Химические свойства спиртов: таблица

Наиболее удобно подать интересующий нас материал посредством таблицы, которая отражает общие принципы реакционной способности спиртов.

Реакционная связь, тип реакции	Реагент	Продукт
Связь О-Н, замещение	Активный металл, гидрид активного металла, щелочь или амиды активных металлов	Алкоголяты
Связь С-О и О-Н, межмолекулярная дегидратация	Спирт при нагревании в кислой среде	Простой эфир
Связь С-О и О-Н, внутримолекулярная дегидратация	Спирт при нагревании над концентрированной серной кислотой	Непредельный углеводород
Связь С-О, замещение	Галогеноводород, тионилхлорид, квазифосфониевая соль, галогениды фосфора	Галогеналканы
Связь С-О - окисление	Доноры кислорода (перманганат калия) с первичным спиртом	Альдегид
Связь С-О - окисление	Доноры кислорода (перманганат калия) с вторичным спиртом
Молекула спирта	Кислород (горение)	Углекислый газ и вода.

Реакционная способность спиртов

Благодаря наличию в молекуле одноатомного спирта углеводородного радикала - связи С-О и связи О-Н - данный класс соединений вступает в многочисленные химические реакции. Они определяют химические свойства спиртов и зависят от реакционной способности вещества. Последняя, в свою очередь, зависит от длины углеводородного радикала, присоединенного у несущему углеродному атому. Чем он больше, тем ниже полярность связи О-Н, из-за чего реакции, идущие с отщеплением водорода от спирта, будет протекать медленнее. Это же снижает константу диссоциации упомянутого вещества.

Химические свойства спиртов также зависят от количества гидроксильных групп. Одна смещает электронную плотность на себя вдоль сигма-связей, что увеличивает реакционную способность по О-Н группе. Поскольку это поляризует связь С-О, то реакции с ее разрывом идут активнее у спиртов, у которых имеется две и более О-Н групп. Потому многоатомные спирты, химические свойства которых более многочисленные, охотнее вступают в реакции. Также они содержат несколько спиртовых групп, из-за чего свободно могут вступать в реакции по каждой из них.

Типичные реакции одноатомных и многоатомных спиртов

Типичные химические свойства спиртов проявляются только в реакции с активными металлами, их основаниями и гидридами, кислотами Льюиса. Также типичными являются взаимодействия с галогенводородами, галогенидами фосфора и прочими компонентами с получением галогеналканов. Также спирты являются и слабыми основаниями, потому вступают в реакции с кислотами, образуя при этом галогенводороды и сложные эфиры неорганических кислот.

Простые эфиры образуются из спиртов при межмолекулярной дегидратации. Эти же вещества вступают в реакции дегидрирования с образованием альдегидов из первичного спирта и кетонов из вторичного. Третичные спирты в подобные реакции не вступают. Также химические свойства этилового спирта (и других спиртов) оставляют возможность полного их окисления кислородом. Это простая реакция горения, сопровождающаяся выделением воды с углекислым газом и некоторого количества тепла.

Реакции по атому водорода связи О-Н

Химические свойства одноатомных спиртов допускают разрыв связи О-Н и отщепление водорода. Эти реакции протекают при взаимодействии с активными металлами и их основаниями (щелочами), с гидридами активных металлов, а также с кислотами Льюиса.

Также спирты активно вступают в реакции со стандартными органическими и неорганическими кислотами. В данном случае продуктов реакции является сложный эфир или галогенуглеводород.

Реакции синтеза галогеналканов (по связи С-О)

Галогеналканы - это типичные соединения, которые могут быть получены из спиртов при протекании нескольких типов химических реакций. В частности, химические свойства одноатомных спиртов позволяют вступать во взаимодействие с галогенводородами, с галогенидами трех- и пятивалентного фосфора, квазифосфониевыми солями, тионилхлоридом. Также галогеналканы из спиртов могут быть получены промежуточным путем, то есть синтезом алкилсульфоната, который позже вступит в реакцию замещения.

Пример первой реакции с галогенводородом указан на графическом приложении выше. Здесь бутиловый спирт реагирует с хлоридом водорода с образованием хлорбутана. В общем, класс соединений, содержащих хлор и углеводородный насыщенный радикал, называется алкилхлоридом. Побочным продуктом химического взаимодействия является вода.

Реакции с получением алкилхлорида (йодида, бромида или фторида) достаточно многочисленные. Типичный пример - взаимодействие с трибромидом фосфора, пентахлоридом фосфора и прочими соединениями данного элемента и его галогенидов, перхлоридов и перфторидов. Они протекают по механизму нуклеофильного замещения. С тионилхлоридом спирты реагируют также с образованием хлоралкана и выделением SO 2 .

Наглядно химические свойства одноатомных предельных спиртов, содержащих насыщенный углеводородный радикал, представлены в виде реакций на иллюстрации ниже.

Спирты легко взаимодействуют с квазифосфониевой солью. Однако данная реакция наиболее выгодна при протекании у одноатомных вторичных и третичных спиртов. Они региоселективны, позволяют "имплантировать" галогеновую группу в строго определенное место. Продукты таких реакций получаются с высокой массовой долей выхода. А многоатомные спирты, химические свойства которых несколько отличаются от таковых у одноатомных, могут изомеризоваться в ходе реакции. Потому получение целевого продукта затрудняется. Пример реакции на изображении.

Внутримолекулярная и межмолекулярная дегидратация спиртов

Гидроксильная группа, расположенная у несущего углеродного атома, может отщепляться при помощи сильных акцепторов. Так протекают реакции межмолекулярной дегидратации. При взаимодействии одной молекулы спирта с другой в растворе концентрированной серной кислоты молекула воды отщепляется от обеих гидроксильных групп, радикалы которых соединяются в молекулу простого эфира. При межмолекулярной дегидратации этаналя можно получить диоксан - продукт дегидратации по четырем гидроксильным группам.

При внутримолекулярной дегидратации продуктом является алкен.

Содержание статьи

СПИРТЫ (алкоголи) – класс органических соединений, содержащих одну или несколько группировок С–ОН, при этом гидроксильная группа ОН связана с алифатическим атомом углерода (соединения, у которых атом углерода в группировке С–ОН входит в состав ароматического ядра, называются фенолами)

Классификация спиртов разнообразна и зависит от того, какой признак строения взят за основу.

1. В зависимости от количества гидроксильных групп в молекуле спирты делят на:

а) одноатомные (содержат одну гидроксильную ОН-группу), например, метанол СН 3 ОН, этанол С 2 Н 5 ОН, пропанол С 3 Н 7 ОН

б) многоатомные (две и более гидроксильных групп), например, этиленгликоль

HO–СH 2 –CH 2 –OH, глицерин HO–СH 2 –СН(ОН)–CH 2 –OH, пентаэритрит С(СН 2 ОН) 4 .

Соединения, в которых у одного атома углерода есть две гидроксильных группы, в большинстве случаев нестабильны и легко превращаются в альдегиды, отщепляя при этом воду: RCH(OH) 2 ® RCH=O + H 2 O

2. По типу атома углерода, с которым связана группа ОН, спирты делят на:

а) первичные, у которых ОН-группа связана с первичным атомом углерода. Первичным называют атом углерода (выделен красным цветом), связанный всего с одним углеродным атомом. Примеры первичных спиртов – этанол СH 3 –C H 2 –OH, пропанол СH 3 –CH 2 –C H 2 –OH.

б) вторичные, у которых ОН-группа связана с вторичным атомом углерода. Вторичный атом углерода (выделен синим цветом) связан одновременно с двумя атомами углерода, например, вторичный пропанол, вторичный бутанол (рис. 1).

Рис. 1. СТРОЕНИЕ ВТОРИЧНЫХ СПИРТОВ

в) третичные, у которых ОН-группа связана с третичным атомом углерода. Третичный углеродный атом (выделен зеленым цветом) связан одновременно с тремя соседними атомами углерода, например, третичный бутанол и пентанол (рис. 2).

Рис. 2. СТРОЕНИЕ ТРЕТИЧНЫХ СПИРТОВ

В соответствии с типом углеродного атома присоединенную к нему спиртовую группу также называют первичной, вторичной или третичной.

У многоатомных спиртов, содержащих две или более ОН-групп, могут присутствовать одновременно как первичные, так и вторичные НО-группы, например, в глицерине или ксилите (рис. 3).

Рис. 3. СОЧЕТАНИЕ В СТРУКТУРЕ МНОГОАТОМНЫХ СПИРТОВ ПЕРВИЧНЫХ И ВТОРИЧНЫХ ОН-ГРУПП .

3. По строению органических групп, связанных ОН-группой, спирты подразделяют на предельные (метанол, этанол, пропанол), непредельные, например, аллиловый спирт СН 2 =СН–СН 2 –ОН, ароматические (например, бензиловый спирт С 6 Н 5 СН 2 ОН), содержащие в составе группы R ароматическую группу.

Непредельные спирты, у которых ОН-группа «примыкает» к двойной связи, т.е. связана с атомом углерода, участвующим одновременно в образовании двойной связи (например, виниловый спирт СН 2 =СН–ОН), крайне нестабильны и сразу же изомеризуются (см .ИЗОМЕРИЗАЦИЯ) в альдегиды или кетоны :

CH 2 =CH–OH ® CH 3 –CH=O

Номенклатура спиртов.

Для распространенных спиртов, имеющих простое строение, используют упрощенную номенклатуру: название органической группы преобразуют в прилагательное (с помощью суффикса и окончания «овый ») и добавляют слово «спирт»:

В том случае, когда строение органической группы более сложное, используют общие для всей органической химии правила. Названия, составленные по таким правилам, называют систематическими. В соответствии с этими правилами, углеводородную цепь нумеруют с того конца, к которому ближе расположена ОН-группа. Далее используют эту нумерацию, чтобы указать положение различных заместителей вдоль основной цепи, в конце названия добавляют суффикс «ол» и цифру, указывающую положение ОН-группы (рис. 4):

Рис. 4. СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ НАЗВАНИЯ СПИРТОВ . Функциональные (ОН) и замещающие (СН 3) группы, а также соответствующие им цифровые индексы выделены различающимися цветами.

Систематические названия простейших спиртов составляют по тем же правилам: метанол, этанол, бутанол. Для некоторых спиртов сохранились тривиальные (упрощенные) названия, сложившиеся исторически: пропаргиловый спирт НСє С–СН 2 –ОН, глицерин HO–СH 2 –СН(ОН)–CH 2 –OH, пентаэритрит С(СН 2 ОН) 4 , фенетиловый спирт С 6 Н 5 –CH 2 –CH 2 –OH.

Физические свойства спиртов.

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. ВОДОРОДНЫЕ СВЯЗИ В СПИРТАХ (показаны пунктиром)

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).

При действии окислителей (К 2 Cr 2 O 7 , KMnO 4) первичные спирты образуют альдегиды, а вторичные – кетоны (рис.7)

Рис. 7. ОБРАЗОВАНИЕ АЛЬДЕГИДОВ И КЕТОНОВ ПРИ ОКИСЛЕНИИ СПИРТОВ

Восстановление спиртов приводит к образованию углеводородов, содержащих то же количество атомов С, что молекула исходного спирта (рис.8).

Рис. 8. ВОССТАНОВЛЕНИЕ БУТАНОЛА

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 (рис. 9В), 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). Показанные на рис. 10 реакции используют для получения алкенов и простых эфиров.

Разрыв связи С–О в спиртах происходит также при замещении ОН-группы галогеном, или аминогруппой (рис. 10).

Рис. 10. ЗАМЕНА ОН-ГРУППЫ В СПИРТАХ ГАЛОГЕНОМ ИЛИ АМИНОГРУППОЙ

Реакции, показанные на рис. 10, используют для получения галогенуглеводородов и аминов.

Получение спиртов.

Некоторые из показанных выше реакций (рис. 6,9,10) обратимы и при изменении условий могут протекать в противоположном направлении, приводя к получению спиртов, например при гидролизе сложных эфиров и галогенуглеводородов (рис.11А и Б, соответственно), а также гидратацией алкенов – присоединением воды (рис.11В).

Рис. 11. ПОЛУЧЕНИЕ СПИРТОВ ГИДРОЛИЗОМ И ГИДРАТАЦИЕЙ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Реакция гидролиза алкенов (рис. 11, схема В) лежит в основе промышленного производства низших спиртов, содержащих до 4 атомов С.

Этанол образуется и при так называемом спиртовом брожении сахаров, например, глюкозы С 6 Н 12 О 6 . Процесс протекает в присутствии дрожжевых грибков и приводит к образованию этанола и СО 2:

С 6 Н 12 О 6 ® 2С 2 Н 5 ОН + 2СО 2

Брожением можно получить не более чем 15%-ный водный раствор спирта, поскольку при более высокой концентрации спирта дрожжевые грибки погибают. Растворы спирта более высокой концентрации получают перегонкой.

Метанол получают в промышленности восстановлением монооксида углерода при 400° С под давлением 20–30 МПа в присутствии катализатора, состоящего из оксидов меди, хрома, и алюминия:

СО + 2 Н 2 ® Н 3 СОН

Если вместо гидролиза алкенов (рис. 11) проводить окисление, то образуются двухатомные спирты (рис. 12)

Рис. 12. ПОЛУЧЕНИЕ ДВУХАТОМНЫХ СПИРТОВ

Применение спиртов.

Метанол СН 3 ОН используют как растворитель, а также в производстве формальдегида, применяемого для получения фенолформальдегидных смол, в последнее время метанол рассматривают как перспективное моторное топливо. Большие объемы метанола используют при добыче и транспорте природного газа. Метанол – наиболее токсичное соединение среди всех спиртов, смертельная доза при приеме внутрь – 100 мл.

Этанол С 2 Н 5 ОН – исходное соединение для получения ацетальдегида, уксусной кислоты, а также для производства сложных эфиров карбоновых кислот, используемых в качестве растворителей. Кроме того, этанол – основной компонент всех спиртных напитков, его широко применяют и в медицине как дезинфицирующее средство.

Бутанол используют как растворитель жиров и смол, кроме того, он служит сырьем для получения душистых веществ (бутилацетата, бутилсалицилата и др.). В шампунях он используется как компонент, повышающий прозрачность растворов.

Бензиловый спирт С 6 Н 5 –CH 2 –OH в свободном состоянии (и в виде сложных эфиров) содержится в эфирных маслах жасмина и гиацинта. Он обладает антисептическими (обеззараживающими) свойствами, в косметике он используется как консервант кремов, лосьонов, зубных эликсиров, а в парфюмерии - как душистое вещество.

Фенетиловый спирт С 6 Н 5 –CH 2 –CH 2 –OH обладает запахом розы , содержится в розовом масле, его используют в парфюмерии.

Этиленгликоль HOCH 2 –CH 2 OH используют в производстве пластмасс и как антифриз (добавка, снижающая температуру замерзания водных растворов), кроме того, при изготовлении текстильных и типографских красок .

Диэтиленгликоль HOCH 2 –CH 2 OCH 2 –CH 2 OH используют для заполнения тормозных гидравлических приспособлений, а также в текстильной промышленности при отделке и крашении тканей.

Глицерин HOCH 2 –CH(OH)–CH 2 OH применяют для получения полиэфирных глифталевых смол, кроме того, он является компонентом многих косметических препаратов. Нитроглицерин (рис. 6) – основной компонент динамита, применяемого в горном деле и железнодорожном строительстве в качестве взрывчатого вещества.

Пентаэритрит (HOCH 2) 4 С применяют для получения полиэфиров (пентафталевые смолы), в качестве отвердителя синтетических смол, как пластификатор поливинилхлорида, а также в производстве взрывчатого вещества тетранитропентаэритрита.

Многоатомные спирты ксилит НОСН2–(СНОH)3–CН2ОН и сорбит НОСН2– (СНОН)4–СН2OН имеют сладкий вкус, их используют вместо сахара в производстве кондитерских изделий для больных диабетом и людей страдающих от ожирения. Сорбит содержится в ягодах рябины и вишни .

Михаил Левицкий

Цели:

Обучающие: ознакомить обучающихся с классификацией спиртов, их номенклатурой и изомерией. Рассмотреть влияние строения спиртов на их свойства. Развивающие: Закрепить навыки работы в группах, развивать умения для поиска взаимосвязи между новым и изученным материалом. Воспитательные: формирование навыков работы в коллективе Ученик – ученик, Ученик – учитель. Уметь анализировать полученную информацию.

Тип урока: Комбинированный

Организационная форма: фронтальный опрос, лабораторная работа, самостоятельная работа, беседа по проблемным вопросам, анализ полученной информации.

Оборудование :

1. Комплект слайдов (Приложение 1 ) таблицы, индивидуальные листы с заданием для самостоятельной работы, задание для лабораторной работы.
2. На ученических столах: склянки со спиртами (этиловым, изопропиловым, глицерином), натрий, оксид меди(2), уксусная кислота, фенолфталеин, перманганат калия, песок, гидроксид натрия, соляная кислота, водопроводная вода, химическая посуда, правила по ТБ.

План урока:

1. 1.Определение класса спиртов, строение молекулы одноатомных предельных спиртов.
2. Классификация спиртов по трем признакам.
3. Номенклатура спиртов.
4. Виды изомерии одноатомных предельных спиртов.
5. Физические свойства спиртов. Влияние водородной связи на физические свойства спиртов.

2. 6.Химические свойства.
7. Закрепление нового материала.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

Учитель: Мы закончили изучение большого класса органических соединений, состоящих только из двух химических элементов – углерода и водорода. Какие еще химические элементы наиболее часто входят в состав органических соединений?

Ученик: Кислород, азот , фосфор, сера и другие.

II. Изучение нового материала

Учитель: Мы начинаем изучение нового класса органических соединений, в состав которых, помимо углерода и водорода, входит кислород. Они называются кислородосодержащими. (Слайд №1).
Как видим органических соединений состоящих из углерода, водорода и кислорода несколько классов. Сегодня мы начинаем изучение класса который называется «Спирты». Молекулы спиртов содержат гидроксильную группу, которая является функциональной группой (ФГ) для этого класса. Что мы называем ФГ? (Слайд №1).

Ученик: Группа атомов (или атом) определяющих принадлежность соединения к определенному классу и обусловливающая его важнейшие химические свойства называется ФГ.

Учитель: Спирты большой по разнообразию и свойствам класс органических соединений которые широко применяются в различных областях народного хозяйства. (Слайды №2-8)
Как видим это фармацевтика, производство косметики, пищевая промышленность , а также как расстворитель, при производстве пластмасс, лаков, красок и др. Рассмотрим таблицу.

Таблица 1.

НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЕЙШИЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ КЛАССА СПИРТОВ

Учитель : Если говорить о действии на организм человека, то все спирты – яды. Молекулы спирта пагубно действуют на живые клетки. (Слайд№9) Спиты - алканы имеют устаревшее название алкоголи. Спирты это производные углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильные группы – ОН.
В самом простом случае строение спирта можно выразить следующей формулой:

R – OH ,

где R – углеводородный радикал.

Спирты можно классифицировать по трем признакам:

1. Числу гидроксильных групп (одноатомные, двухатомные, многоатомные).

Таблица 2.

КЛАССИФИКАЦИЯ СПИРТОВ ПО ЧИСЛУ ГИДРОКСИЛЬНЫХ ГРУПП (–ОН)

2. Характеру УВ радикала (предельные, непредельные, ароматические).

Таблица 3.

КЛАССИФИКАЦИЯ СПИРТОВ ПО ХАРАКТЕРУ РАДИКАЛА

3. Характеру атома углерода, с которым связана гидроксильная группа (первичные, вторичные, третичные)

Таблица 4.

КЛАССИФИКАЦИЯ СПИРТОВ ПО ХАРАКТЕРУ АТОМА УГЛЕРОДА СВЯЗАННОГО С ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ГРУППОЙ –ОН

Четвертичных спиртов не существует, т. к. четвертичный атом С связан с 4 другими атомами С, поэтому на связь с гидроксильной группой нет больше валентностей.

Рассмотрим основные принципы построения названий спиртов соответственно заместительной номенклатуре, используя схему:

Название спирта = название УВ + (префикс) + - ОЛ + (n1, n2 ..., nn), где префикс обозначает число групп –ОН в молекуле: 2 – «ди», 3 – «три», 4 – «тетра» и т. д.
n указывает положение гидроксильных групп в углеродной цепи, например:

Порядок построения названия:

1. Углеродная цепь нумеруется с конца к которому ближе находится группа –ОН.
2. Основная цепь содержит 7 атомов С, значит соответствующий УВ гептан.
3. Число групп –ОН равно 2, префикс – «ди».
4. Гидроксильные группы находятся при 2 и 3 атомах углерода, n = 2 и 4.

Название спирта гептандиол-2,4

Мы с вами в школьном курсе будем подробно изучать одноатомные предельные спирты с общей формулой: CnH2n+1OH

Рассмотрим модели молекул отдельных представителей этих спиртов (метилового, этилового, глицерина). (Слайды № 10-13)

Гомологический ряд этих спиртов начинается с метилового спирта:

CH3 – OH – метиловый спирт
CH3 – CH2 – OH – этиловый спирт
CH3 – CH2 – CH2 – OH – пропиловый спирт
CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – OH – бутиловый спирт
CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – OH – амиловый спирт или пентанол

Изомерия

Для предельных одноатомных спиртов характерны следующие виды изомерии :

1) положения функциональных групп

2) углеродного скелета.

Заметьте – нумерация атомов углерода начинается с конца, близкого к группе –ОН.

3) межклассовая изомерия (с простыми эфирами R – O – R)

Физические свойства спиртов

Первые десять членов гомологического ряда представителей одноатомных спиртов являются жидкостями, высшие спирты твердые вещества. (Слайды 14, 15)
Сильное влияние на физические свойства спиртов оказывает водородная связь образующаяся между молекулами спиртов. Вы знакомы с водородной связью по программе 9 класса , тема «Аммиак». Сейчас ваш одноклассник, получивший на прошлом уроке индивидуальное задание, напомнит нам что такое водородная связь.

Ответ ученика

Водородная связи это связь между атомами водорода одной молекулы и атомами очень электроотрицательных элементов другой молекулы. (F, O,N, CL). На письме обозначается тремя точками. (Слайды 16,17). Водородная связь это особый вид межмолекулярной связи, которая слабее обычной ковалентной связи в 10-20 раз, но она оказывает большое влияние на физические свойства соединений.
Два следствия водородной связи: 1) хорошая растворимость веществ в воде; 2) повышение температуры плавления и кипения. Например: зависимость температуры кипения некоторых соединений от наличия водородной связи.

Учитель: Какие выводы можем сделать о влиянии водородной связи на физические свойства спиртов?

Ученики: 1) При наличии водородной связи сильно возрастает температура кипения.
2) Чем больше атомность спирта, тем больше водородных связей образуется.

Это также способствует увеличению температуры кипения.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПИРТОВ

(Повторить ПТБ)

Горение спиртов.

2.Взаимодействие спиртов со щелочными металлами.

3. Окисление спиртов (качественная реакция) - получение альдегидов.

4. .Взаимодействие спиртов с кислотами с образованием сложных эфиров (реакция этерификации).

5. Внутримолекулярная дегидратация спиртов с образованием непредельных углеводородов.

6. Межмолекулярная дегидратация спиртов с образованием простых эфиров.

7. Дегидрирование спиртов – получение альдегидов.

Учитель: составить стих из пяти строчек (Синквейн)

1-я ключевое слово

2-я два прилагательных

3-я три глагола

4-я предложение

5-я слово ассоциирующее с ключевым словом.

Ученик. Спирты.

Ядовитые, жидкие

Поражают, разрушают, губят

Оказывают наркотическое воздействие на организм человека.

Наркотики.

IV. Домашнее задание: параграф № 9,стр.66-70 упр. № 13 б.

Индивидуальные задания. Используя дополнительную литературу: 1) рассказать о сферах применения глицерина и этиленгликоля; 2) рассказать о получении спиртов из целлюлозы и жиров; 3) как действуют эти спирты на организм человека?

V. Итог урока подведем в виде выполнения самостоятельной работы в двух варианта

Литература:

1. Химия 10 класс. Учебник для общеобразовательных учебных заведений. Дрофа Москва 2008 год. Базовый уровень.4-е изд. стереотипное.
2. Химия 100 класс рабочая тетрадь к учебнику. Базовый уровень. Дрофа, 2007 год.
3. Поурочные разработки по химии. К учебникам О. С Габриеляна, . 10 класс
4. , . Химия 9 класс Смоленск Ассоциация XXIвек 2006
5. . ХИМИЯ. Новое уч. пособие для поступающих в вузы. Изд. 4-е, исправленное и дополненное. Ростов-на-Дону. Феникс 2007.