Кислородсодержащие органические вещества

Спирты

Цель: изучить строение, номенклатуру, способы получения, физические и химические свойства, применение одноатомных и многоатомных спиртов.

План лекции

1. Строение спиртов

2. Физические свойства

3. Способы получения одноатомных спиртов

4. Химические свойства одноатомных спиртов

5. Способы получения многоатомных спиртов

6. Химические свойства многоатомных спиртов

Спиртами называются производные углеводородов, в молекулах которых содержится одна или несколько гидроксильных групп (-ОН), связанных с насыщенными атомами углерода. Группа -ОН (гидроксильная, оксигруппа) является в молекуле спирта функциональной группой. Систематические названия даются по названию углеводорода с добавлением суффикса - ол и цифры, указывающей положение гидроксигруппы. Нумерация ведется от ближайшего к ОН-группе конца цепи. По числу гидроксильных групп спирты подразделяются на одноатомные (одна группа -ОН), многоатомные (две и более групп        -ОН).

Одноатомные спирты: метан ол СН₃ОН, этан ол С₂Н₅ОН;

двухатомный спирт: этиленгликоль (этан диол -1,2) HO–СH₂–CH₂–OH;

трехатомный спирт: глицерин (пропан триол -1,2,3) HO–СH₂–СН(ОН)–CH₂–OH.

В зависимости от того, с каким атомом углерода (первичным, вторичным или третичным) связана гидроксигруппа, различают спирты

первичные R–CH₂–OH,

вторичные R₂CH–OH,

третичные R₃C–OH.

 По строению радикалов, связанных с атомом кислорода, спирты подразделяются на

предельные, или алканолы (СH₃CH₂–OH),

 непредельные, или алкенолы (CH₂=CH–CH₂–OH),

ароматические (C₆H₅CH₂–OH).

        Виды изомерии (структурная изомерия):

       1) изомерия положения ОН-группы (начиная с С₃);

       2) углеродного скелета (начиная с С₄);

       3) межклассовая изомерия с простыми эфирами (например, этиловый спирт СН₃CH₂OH и диметиловый эфир CH₃–O–CH₃).

       Следствием полярности связи О–Н и наличия неподелённых пар электронов на атоме кислорода является способность спиртов к образованию водородных связей.

Физические свойства

Спирты, содержащие не более 11 атомов углерода, представляют собой жидкости, высшие гомологи (C₁₂ и более) - твёрдые вещества. Низшие спирты (С₁-С₃) имеют характерный алкогольный запах и жгучий вкус, обладают сильным физиологическим действием. С₄-С₆ имеют резкий, неприятный (сивушный) запах.

Первые гомологи хорошо растворяются в воде, по мере увеличения молекулярной массы растворимость падает. Жидкие спирты - хорошие растворители многих органических соединений. Температура кипения спиртов выше, чем температура кипения соответствующих углеводородов и галогенопроизводных. Это определяется главным образом наличием полярной гидроксильной группы и ее способностью обуславливать образование водородных связей (природа водородной связи имеет электростатический и донорно-акцепторный характер) молекулами спирта как между собой, так и с молекулами полярных растворителей.

Отдельные молекулы спиртов соединяются между собой с помощью водородных связей, возникающих между водородом и кислородом атомами гидроксильных групп различных молекул спирта (с участием неподелённой пары электронов кислорода). В многоатомных спиртах наличие нескольких гидроксильных групп приводит к увеличению числа межмолекулярных водородных связей. Такое межмолекулярное связывание ведёт к заметному увеличению вязкости и температуры кипения многоатомных спиртов по сравнению с одноатомными спиртами.

Способы получения

1. CH₂=CH₂ + H₂O/H⁺® CH₃-CH₂OH (гидратация алкенов)

2. CH₃-CHO + H₂ C₂H₅OH (восстановление альдегидов и кетонов)

3. C₂H₅Br + NaOH (водн.) ® C₂H₅OH + NaBr (гидролиз галогенопроизводных

ClCH₂–CH₂Cl + 2NaOH (водн.) ® HOCH₂–CH₂OH + 2NaCl

         4. СO + 2H₂ СH₃OH (получение метанола)

5. C₆H₁₂O₆ 2C₂H₅OH + 2CO₂ (брожение глюкозы)

Химические свойства

Химические свойства спиртов связаны с наличием в их молекуле группы –ОН. Для спиртов характерны два типа реакций: разрыв связи С-О и связи О-Н

1. 2C₂H₅OH + 2Na ®H₂ + 2C₂H₅ONa (образование алкоголятов металлов Na, K, Mg, Al)

2. а) C₂H₅OH + HBr ® C₂H₅Br + H₂O;

б) C₂H₅OH + PCl₅ ® C₂H₅Cl + POCl₃ + HCl;

в) C₂H₅OH + SOCl₂ ®C₂H₅Cl + SO₂ + HCl (замещение гидроксильной группы на галоген)

3. C₂H₅OH + HOC₂H₅ C₂H₅-O-C₂H₅ + H₂O (межмолекулярная дегидратация)

4. C₂H₅OH CH₂=СН₂ + H₂O (внутримолекулярная дегидратация)

5. СН₃-СН₂ОН + CuO → CH₃-CHO + Cu + 2H₂O (окисление до альдегидов)

 

Многоатомные спирты

   

Способы получения

1. 3СH₂=CH₂ + 2KMnO₄+ 4H₂O ®3CH₂OH-CH₂OH+ 2КОН+ 2MnO₂ (окисление в мягких условиях, реакция Вагнера), образуется этиленгликоль    

Химические свойства

1. Многоатомные спирты более сильные кислоты, чем одноатомные спирты (большее количество гидроксильных групп, кроме того, они оказывают взаимное влияние друг на друга).

Гликоли и глицерины образуют алкоголяты, аналогично одноатомным спиртам. Отличительным свойством является образование соединений типа хелатов с ионами тяжелых металлов. С Cu(ОН)₂ образуется раствор ярко-синего цвета (качественная реакция).

       

Реакция протекает с избытком реагентов                     

3. Реакция с HCl, HBr

Применение спиртов

Метиловый спирт (метанол) CH₃OH: а) производство формальдегида, муравьиной кислоты;     б) растворитель.

 Этиловый спирт (этанол) С₂Н₅ОН: а) производство ацетальдегида, уксусной кислоты, бутадиена-1,3, простых и сложных эфиров; б) растворитель для красителей, лекарственных и парфюмерных средств; в) производство ликёро-водочных изделий; г) дезинфицирующее средство в медицине; д) горючее для двигателей, добавка к моторным топливам.

Этиленгликоль HOCH₂–CH₂OH: а) производство пластмасс; б) компонент антифризов; в) сырьё в органическом синтезе.

Глицерин HOCH₂–CH(OH)–CH₂OH: а) фармацевтическая и парфюмерная промышленность;  б) смягчитель кожи и тканей; в) производство взрывчатых веществ.