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. |
Студент: Рэу Д.С. Курс: 2 Группы: №25
Агропромышленный лицей №45
Г. Вельск: 2011 год
Введение
Спиртами называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных гидроксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом.
Они могут рассматриваться поэтому как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода заменены на гидроксильные группы.
В зависимости от числа гидроксильных групп спирты подразделяются на одно-, двух-, трехатомные и т. д.
1. История открытия спиртов
Этиловый спирт, вернее, хмельной растительный напиток, его содержащий, был известен человечеству с глубокой древности.
Считается, что не менее чем за 8000 лет до нашей эры люди были знакомы с действием перебродивших фруктов, а позже - с помощью брожения получали хмельные напитки, содержащие этанол, из фруктов и мёда. Археологические находки свидетельствуют, что в Западной Азии виноделие существовало ещё в 5400-5000 годах до н. э., а на территории современного Китая, провинция Хэнань, найдены свидетельства производства «вина», вернее ферментированных смесей из риса, мёда, винограда и, возможно, других фруктов, в эпоху раннего неолита: от 6500 до 7000 гг. до н. э.
Впервые спирт из вина получили в VI-VII веках арабские химики, а первую бутылку крепкого алкоголя (прообраза современной водки) изготовил персидский алхимик Ар-Рази в 860 году. В Европе этиловый спирт был получен из продуктов брожения в XI-XII веке, в Италии.
В Россию спирт впервые попал в 1386 году, когда генуэзское посольство привезло его с собой под названием «аква вита» и презентовала царскому двору.
В 1660 году английский химик и богослов Роберт Бойль впервые получил обезвоженный этиловый спирт, а также открыл его некоторые физические и химические свойства, в частности обнаружив способность этанола выступать в качестве высокотемпературного горючего для горелок. Абсолютированный спирт был получен в 1796 году русским химиком Т. Е. Ловицем.
В 1842 году немецкий химик Я. Г. Шиль открыл, что спирты образуют гомологический ряд, отличаясь на некоторую постоянную величину. Правда, он ошибся, описав её как C2H2. Спустя два года, другой химик Шарль Жерар установил верное гомологическое соотношение CH2 и предсказал формулу и свойства неизвестного в те годы пропилового спирта. В 1850 году английский химик Александр Вильямсон, исследуя реакцию алкоголятов с иодистым этилом, установил, что этиловый спирт является производным от воды с одним замещенным водородом, экспериментально подтвердив формулу C2H5OH. Впервые синтез этанола действием серной кислоты на этилен осуществил в 1854 году французский химик Марселен Бертло.
Первое исследование метилового спирта было сделано в 1834 году французскими химиками Жаном-Батистом Дюма и Эженом Пелиго; они назвали его «метиловым или древесным спиртом», так как он был обнаружен в продуктах сухой перегонки древесины. Синтез метанола из метилхлорида осуществил французский химик Марселен Бертло в 1857 году. Им же, впервые был открыт в 1855 году изопропиловый спирт, действием на пропилен серной кислотой.
Впервые третичный спирт (2-метил-пропан-2-ол) синтезировал в 1863 году известный русский ученый А. М. Бутлеров, положив начало целой серии экспериментов в этом направлении.
Двухатомный спирт - этиленгликоль - впервые был синтезирован французским химиком А.Вюрцем в 1856 году. Трехатомный спирт - глицерин - был обнаружен в природных жирах ещё в 1783 году шведским химиком Карлом Шееле, однако его состав был открыт только в 1836 году, а синтез осуществлен из ацетона в 1873 году Шарлем Фриделем.
2. Нахождение в природе
Спирты имеют самое широкое распространение в природе, особенно в виде сложных эфиров, однако и в свободном состоянии их можно встретить достаточно часто.
Метиловый спирт в небольшом количестве содержится в некоторых растениях, например: борщевике (Heracleum).
Этиловый спирт - естественный продукт спиртового брожения органических продуктов, содержащих углеводы, часто образующийся в прокисших ягодах и фруктах без всякого участия человека. Кроме того, этанол является естественным метаболитом и содержится в тканях и крови животных и человека.
В эфирных маслах зеленых частей многих растений содержится «спирт листьев», придающий им характерный запах.
Фенилэтиловый спирт - душистый компонент розового эфирного масла.
Очень широко представлены в растительном мире терпеновые спирты, многие из которых являются душистыми веществами
3. Физические свойства
Этиловый спирт (этанол) С2Н5ОН - бесцветней жидкость, легко испаряющаяся (температура кипения 64, 7 ºС, температура плавления - 97, 8 ºС, оптическая плотность 0, 7930) . Спирт, содержащий 4-5 % воды, называют ректификатом, а содержащий только доли процента воды - абсолютным спиртом. Такой спирт получают химической обработкой в присутствии водоотнимающих средств (например, свежепрокаленного СаО).
4. Химические свойства
Как у всех кислородосодержащих соединений, химические свойства этилового спирта определяются, в первую очередь, функциональными группами и, в известной степени, строением радикала.
Характерной особенностью гидроксильной группы этилового спирта является подвижность атома водорода, что объясняется электронным строением гидроксильной группы. Отсюда способность этилового спирта к некоторым реакциям замещения, например, щелочными металлами. С другой стороны, имеет значение и характер связи углерода с кислородом. Вследствие большой электроотрицательности кислорода по сравнению с углеродом, связь углерод-кислород также в некоторой степени поляризована с частичным положительным зарядом у атома углерода и отрицательным – у кислорода. Однако, эта поляризация не приводит к диссоциации на ионы, спирты не являются электролитами, а представляют собой нейтральные соединения, не изменяющие окраску индикаторов, но они имеют определенный электрический момент диполя.
Спирты являются амфотерными соединениями, то есть могут проявлять как свойства кислот, так и свойства оснований.
Физико-химические свойства спиртов определяются в основном строением углеводородной цепи и функциональной группы −OH, а также их взаимным влиянием:
1) Чем больше заместитель, тем сильнее он влияет на функциональную группу, снижая полярность связи O-Н. Реакции, основанные на разрыве этой связи, протекают более медленно.
2) Гидроксильная группа −ОН уменьшает электронную плотность вдоль прилегающих связей углеродной цепи (отрицательный индуктивный эффект).
Все химические реакции спиртов можно разделить на три условных группы, связанных с определёнными реакционными центрами и химическими связями:
Разрыв связи O−H;
Разрыв или присоединение по связи С−OH;
Разрыв связи −СOH.
5. Получение и производство
До начала 30-х годов 20 века его получали исключительно сбраживанием пищи углеводсодержащего сырья, и при обработки зерна (рожь, ячмень, кукуруза, овёс, просо) . В 30-е по 50-е годы было разработано несколько способов синтеза из химического сырья
Реакция начинается с атаки ионом водорода того углеродного атома, который связан с большим числом водородных атомов и является поэтому более электроотрицательным, чем соседний углерод. После этого к соседнему углероду присоединяется вода с выбросом Н+. Этим методом в промышленном масштабе готовят этиловый, втор-пропиловый и трет-бутиловый спирты.
Для получения этилового спирта издавна пользуются различными сахаристыми веществами, например, виноградным сахаром, или глюкозой, которая путем "брожения", вызываемого действием ферментов (энзимов), вырабатываемых дрожжевыми грибками, превращается в этиловый спирт.
Спирты могут быть получены из самых разных классов соединений, таких как углеводороды, алкилгалогениды, амины, карбонильные соединения, эпоксиды. Существует множество методов получения спиртов, среди которых выделим наиболее общие:
реакции окисления - основаны на окислении углеводородов содержащих кратные или активированные C−H связи;
реакции восстановления - восстановление карбонильных соединений: альдегидов, кетонов, карбоновых кислот и сложных эфиров;
реакции гидратации - кислотно-катализируемое присоединение воды к алкенам (гидратация);
реакции присоединения;
реакции замещения (гидролиза) - реакции нуклеофильного замещения, при которых имеющиеся функциональные группы замещаются на гидроксильную группу;
синтезы с использованием металлорганических соединений;
6. Применение
Этиловый спирт широко используют в различных областях промышленности и прежде всего в химической. Из него получают синтетический каучук, уксусную кислоту, красители, эссенции, фотопленку, порох, пластмассы. Спирт является хорошим растворителем и антисептиком. Поэтому он находит применение в медицине.
Основным спиртом, используемых в медицинских целях, является этанол. Его используют в качестве наружного антисептического и раздражающего средства для приготовления компрессов и обтираний. Ещё более широко применяется этиловый спирт для приготовления различных настоек, разведений, экстрактов и прочих лекарственных форм.
Спирты довольно широко используются в качестве душистых веществ для составления композиций в парфюмерно-косметической промышленности.
В пищевой промышленности широкое применение спиртов общеизвестно: основой всех алкогольных напитков является этанол, который получается при сбраживании пищевого сырья - винограда, картофеля, пшеницы и прочих крахмало- или сахаросодержащих продуктов. Кроме того, этиловый спирт используется в качестве компонента (растворителя) некоторых пищевых и ароматических эссенций (ароматизаторов), широко используемых в кулинарии, при выпечке кондитерских изделий, производстве шоколада, конфет, напитков, мороженного, варений, желе, джемов, конфитюров и пр.
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.
Определение и классификация спиртов.
Спирты – это органические кислородосодержащие соединения, в молекулах которых имеется одна или несколько гидроксильных групп (–OH), связанных с углеводородным радикалом.
R – OH CH 3 – CH 2 – CH 2 – CH 2 – OH
бутанол -1 (1-бутиловый спирт)
HO – R – OH HO – CH 2 – CH 2 – OH
этандиол -1,2
Спирты – это органические соединения, производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода заменены на гидроксильную группу (–OH).
Классификации спиртов (параллельные) :
I. по углеводородному радикалу (R–):
· предельные (насыщенные) (CH 3 –CH 2 –)
· непредельные (ненасыщенные) (CH 2 =CH–, CH≡C– и т.д.)
· ароматические (C 6 H 5 –CH 2 −).
II. по атомности, т.е. по числу гидроксильных групп ( гидроксильные группы никогда не оказываются присоединёнными к одному и тому же атому углерода):
· одноатомные
· многоатомные:
Двухатомные (гликоли)
Трёхатомные и т.д.
III. Бывают первичные, вторичные и третичные спирты:
· первичные спирты (гидроксильная группа находится у атома углерода, соединённым только с ещё одним атомом углерода),
· вторичные спирты (гидроксильная группа находится у атома углерода, соединённым только с двумя соседними атомами углерода),
· третичные спирты (гидроксильная группа находится у атома углерода, соединённым только с тремя соседними атомами углерода).
Соединения, в которых у одного атома углеродаесть две гидроксильных группы, в большинстве случаев нестабильны и легко превращаются в альдегиды, отщепляя при этом воду:
RCH → RC + H 2 O
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:
а) первичные − в альдегиды
CH 3 −CH=CH–OH → CH 3 –CH 2 −CH=O
б) вторичные – в кетоны
CH 2 =C–OH → CH 3 –C=O
Номенклатура спиртов.
По международной номенклатуре в соответствии с номенклатурой ИЮПАК названия спиртов производят по названию соответствующего углеводорода с добавлением суффикса -ол к названию углеводорода самой длинной углеродной цепи, включающей гидроксильную группу, от которой начинают нумерацию цепи. Далее используют эту нумерацию, чтобы указать положение различных заместителей вдоль основной цепи, а после «ол» и цифру, указывающую положение ОН-группы. Количество гидроксильных групп указывают числом ди-, три- и т.д. (каждую из них нумеруют в конце). Или производят по названию углеводородного радикала с добавлением «-овый» и слова спирт (например, этиловый спирт ). Если спирт непредельный, то указывают после –ен или –ин цифру местоположения кратной связи (минимальную цифру). Как и в других гомологических рядах, каждый член ряда спиртов отличается по составу от предыдущего и последующего членов на гомологическую разность (-СН 2 -).
| ормула | Название | |
| систематическое (в соответствии ИЮПАК) | по радикалам, с которыми соединена гидроксильная группа | |
| CH 3 −OH | метанол | метиловый спирт |
| CH 3 CH 2 −OH | этанол | этиловый спирт |
| CH 3 CH 2 CH 2 −OH | пропанол-1 | пропил-1овый спирт |
| CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 −OH | бутанол-1 (первичный бутанол) | бутил-1овый спирт |
| CH 3 −CH 2 −CH(OH)–CH 3 | бутанол-1 (вторичный бутанол) | бутил-2овый спирт |
| (CH 3) 2 CHCH 2 −OH | 2-метилпропанол-1 | 2-метил-пропил-1овый спирт |
| CH 3 −(CH 3)C(OH) –CH 3 | 2-метилпропанол-2 (третичный бутанол) | 2-метил-пропил-2овый спирт |
| CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 −OH | пентанол-1 | пентил-1овый спирт |
| CH 2 =CH−OH | этенол | виниливый спирт |
| C 6 H 5 –CH 2 −OH | фенилметанол | бензиловый спирт |
| HO−CH 2 –CH 2 −OH | этандиол-1,2 | этиленгликоль |
| HO−CH 2 −CH(OH)–CH 2 −OH | пропантриол-1,2,3 | глицерин |
Изомерия спиртов.
- Изомерия углеродного скелета, начиная с C 3
CH 3 –CH 2 –CH 2 −OH CH 3 –CH–OH
пропанол 2-метилэтанол
- Изомерия положения
а. положения кратной связи (для непредельных спиртов)
CH 2 =CH–CH 2 –CH 2 −OH CH 3 –CH=CH–CH 2 −OH
бутен-3ол-1 бутен-2ол-1
б. положения заместителей
CH 2 –CH 2 –CH 2 −OH CH 3 –CH–CH 2 −OH
3-хлорпропанол-1 2-хлорпропанол-1
в. положения функциональной (гидроксильной) группы
CH 2 –CH 2 –CH 2 −OH CH 3 –CH–CH 3
пропанол-1(первичный пропанол) пропанол-2 (вторичный пропанол)
Изомерия двух- и трехатомных спиртов определяется взаимным расположением гидроксильных групп.
- Пространственная изомерия (для непредельных спиртов)
CH 3 –CH=CH–CH 2 −OH
H 3 C CH 2 −OH H CHO
цис-бутен-2ол-1 транс-бутен-2ол-1
- Межклассовая изомерия:
а) с простыми эфирами, начиная с C 2
CH 3 –CH 2 –CH 2 −OH CH 3 –O–CH 2 −CH 3
пропанол-1 метилэтиловый эфир
4. Физические свойства спиртов.
Одноатомные предельные первичные спирты с короткой цепью углеродных атомов – жидкости, а высшие (начиная с С 12 Н 25 ОН) – твёрдые вещества. Спирты растворимы в большинстве органических растворителей. При увеличении количества атомов С в органической группе влияние гидроксильной группы на свойства спиртов уменьшается, начинает сказываться гидрофобный (водоотталкивающий) эффект, растворимость в воде становится ограниченной (а при R, содержащем свыше 9 атомов углерода, практически исчезает), и увеличивается их растворимость в углеводородах. Физические свойства одноатомных спиртов с высокой молекулярной массой оказываются уже очень сходными со свойствами соответствующих углеводородов.
Метанол, этанол, пропанол, а также третичный бутанол – бесцветные жидкости, растворимы в воде в любых соотношениях, имеют спиртовой запах. Метанол – сильный яд. Все спирты ядовиты, обладают наркотическим действием.
Благодаря наличию ОН-групп между молекулами спиртов возникают водородные связи.
H─O - - - H─O - - - H─O - - -
В результате у всех спиртов более высокая температура кипения, чем у соответствующих углеводородов, например, t кип. этанола +78° С, а t кип. этана –88,63° С; t кип. бутанола и бутана соответственно +117,4° С и –0,5° С. И они значительно менее летучи, имеют более высокие температуры плавления и лучше растворимы в воде, чем соответствующие углеводороды; однако различие уменьшается с ростом молекулярной массы.
Таким образом, более высокие температуры кипения спиртов по сравнению с температурами кипения соответствующих углеводородов обусловлены необходимостью разрыва водородных связей при переходе молекул в газовую фазу, для чего требуется дополнительная энергия. С другой стороны, такого типа ассоциация приводит как бы к увеличению молекулярной массы, что естественно, обусловливает уменьшение летучести.
Двухатомные спирты ещё называют гликолями , так как они обладают сладким вкусом, − это характерно для всех многоатомных спиртов. Многоатомные спирты с небольшим числом атомов углерода - это вязкие жидкости, высшие спирты − твёрдые вещества. Некоторые из многоатомных спиртов ядовиты.
Спиртами (или алканолами) называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько гидроксильных групп (групп -ОН), соединенных с углеводородным радикалом.
Классификация спиртов
По числу гидроксильных групп (атомности) спирты делятся на:
Одноатомные
, например:
Двухатомные
(гликоли), например:
Трехатомные
, например:
По характеру углеводородного радикала выделяют следующие спирты:
Предельные
, содержащие в молекуле лишь предельные углеводородные радикалы, например:
Непредельные , содержащие в молекуле кратные (двойные и тройные) связи между атомами углерода, например:
Ароматические , т. е. спирты, содержащие в молекуле бензольное кольцо и гидроксильную группу, связанные друг с другом не непосредственно, а через атомы углерода, например:
Органические вещества,содержащие в молекуле гидроксильные группы, связанные непосредственно с атомом углерода бензольного кольца, существенно отличаются по химическим свойствам от спиртов и поэтому выделяются в самостоятельный класс органических соединений-фенолы.
Например:
Существуют и полиатомные (многоатомные спирты),содержащие более трех гидроксильных групп в молекуле. Например, простейший шестиатомный спирт гексаол (сорбит)
Номенклатура и изомерия спиртов
При образовании названий спиртов к названию углеводорода,соответствующего спирту,добавляют (родовой) суффикс-ол.
Цифрами после суффикса указывают положение гидроксильной группы в главной цепи, а префиксами ди-, три-,тетра- и т.д.-их число:
В нумерации атомов углерода в главной цепи положение гидроксильной группы приоритетно перед положением кратных связей:
Начиная с третьего члена гомологического ряда, у спиртов появляется изомерия положения функциональной группы (пропанол-1 и пропанол-2), а с четвертого — изомерия углеродного скелета (бутанол-1, 2-метилпропанол-1). Для них характерна и межклассовая изомерия- спирты изомерны простым эфирам:
Давайте дадим название спирту, формула которого указана ниже:
Порядок построения названия:
1. Углеродная цепь нумеруется с конца к которому ближе находится группа –ОН.
2. Основная цепь содержит 7 атомов С, значит соответствующий углеводород — 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
Физические свойства спиртов
Спирты могут образовывать водородные связи как между молекулами спирта, так и между молекулами спирта и воды. Водородные связи возникают при взаимодействии частично положительно заряженного атома водорода одной молекулы спирта и частично отрицательно заряженного атома кислорода другой молекулы.Именно благодаря водородным связям между молекулами спирты имеют аномально высокие для своей молекулярной массы температуры кипения.Так, пропан с относительной молекулярной массой 44 при обычных условиях является газом, а простейший из спиртов-метанол,имея относительную молекулярную массу 32, в обычных условиях-жидкость.
Низшие и средние члены ряда предельных одноатомных спиртов,содержащих от 1 до 11 атомов углерода-жидкости.Высшие спирты(начиная с C 12 H 25 OH) при комнатной температуре-твердые вещества. Низшие спирты имеют алкогольный запах и жгучий вкус,они хорошо растворимы в воде.По мере увеличения углеродного радикала растворимость спиртов в воде понижается, а октанол уже не смешивается с водой.
Химические свойства спиртов
Свойства органических веществ определяются их составом и строением. Спирты подтверждают общее правило. Их молекулы включают в себя углеводородные и гидроксильные группы, поэтому химические свойства спиртов определяются взаимодействием друг на друга этих групп.
Характерные для данного класса соединений свойства обусловлены наличием гидроксильной группы.
- Взаимодействие спиртов со щелочными и щелочноземельными металлами.
Для выявления влияния углеводородного радикала на гидроксильную группу необходимо сравнить свойства вещества, содержащего гидроксильную группу и углеводородный радикал,с одной стороны, и вещества,содержащего гидроксильную группу и не содержащего углеводородный радикал,-с другой. Такими веществами могут быть,например, этанол (или другой спирт) и вода. Водород гидроксильной группы молекул спиртов и молекул воды способен восстанавливаться щелочными и щелочноземельными металлами(замещаться на них)
- Взаимодействие спиртов с галогеноводородами.
Замещение гидроксильной группы на галоген приводит к образованию галогеналканов. Например:
Данная реакция обратима. - Межмолекулярная дегидратация
спиртов-
отщепление молекулы воды от двух молекул спиртов при нагревании в присутствии водоотнимающих средств:
В результате межмолекулярной дегидратации спиртов образуются простые эфиры. Так, при нагревании этилового спирта с серной кислотой до температуры от 100 до 140°С образуется диэтиловый (серный) эфир. - Взаимодействие спиртов с органическими и неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров(реакция этерификации)
Реакция этерификации катализируется сильными неорганическими кислотами. Например, при взаимодействии этилового спирта и уксусной кислоты образуется-этилацетат:
- Внутримолекулярная дегидратация спиртов
происходит при нагревании спиртов в присутствии водоотнимающих средств до более высокой температуры,чем температура межмолекулярной дегидратации. В результате образуются алкены. Эта реакция обусловлена наличием атома водорода и гидроксильной группы при соседних атомах углерода. В качестве примера можно привести реакцию получения этена (этилена) при нагревании этанола выше 140°С в присутствии концентрированной серной кислоты:
- Окисление спиртов
обычно проводят сильными окислителями, например, дихроматом калия или перманганатом калия в кислой среде. При этом действие окислителя направляется на тот атом углерода, который уже связан с гидроксильной группой. В зависимости от природы спирта и условий проведения реакции могут образовываться различные продукты. Так, первичные спирты окисляются сначала в альдегиды, а затем в карбоновые кислоты:
При окислении вторичных спиртов образуются кетоны:
Третичные спирты достаточно устойчивы к окислению. Однако в жестких условиях (сильный окислитель, высокая температура) возможно окисление третичных спиртов, которое происходит с разрывом углерод-углеродных связей, ближайших к гидроксильной группе. - Дегидрирование спиртов.
При пропускании паров спирта при 200-300 °С над металлическим катализатором, например медью, серебром или платиной, первичные спирты превращаются в альдегиды, а вторичные - в кетоны:
- Качественная реакция на многоатомные спирты.
Присутствием в молекуле спирта одновременно нескольких гидроксильных групп обусловлены специфические свойства многоатомных спиртов, которые способны образовывать растворимые в воде ярко-синие комплексные соединения при взаимодействии со свежеполученным осадком гидроксида меди (II). Для этиленгликоля можно записать:
Одноатомные спирты не способны вступать в эту реакцию. Поэтому она является качественной реакцией на многоатомные спирты.
Получение спиртов:
Применение спиртов
Метанол (метиловый спирт СН 3 ОН) - бесцветная жидкость с характерным запахом и температурой кипения 64,7 °С. Горит чуть голубоватым пламенем. Историческое название метанола - древесный спирт объясняется одним из путей его получения способом перегонки твердых пород дерева (греч. methy - вино, опьянеть; hule - вещество, древесина).
Метанол требует осторожного обращения при работе с ним. Под действием фермента алкогольдегидрогеназы он превращается в организме в формальдегид и муравьиную кислоту, которые повреждают сетчатку глаза, вызывают гибель зрительного нерва и полную потерю зрения. Попадание в организм более 50 мл метанола вызывает смерть.
Этанол (этиловый спирт С 2 Н 5 ОН) - бесцветная жидкость с характерным запахом и температурой кипения 78,3 °С. Горюч. Смешивается с водой в любых соотношениях. Концентрацию (крепость) спирта обычно выражают в объемных процентах. «Чистым» (медицинским) спиртом называют продукт, полученный из пищевого сырья и содержащий 96 % (по объему) этанола и 4 % (по объему) воды. Для получения безводного этанола - «абсолютного спирта» этот продукт обрабатывают веществами, химически связывающими воду (оксид кальция, безводный сульфат меди (II) и др.).
Для того чтобы сделать спирт, используемый в технических целях, непригодным для питья, в него добавляют небольшие количества трудноотделимых ядовитых, плохо пахнущих и имеющих отвратительный вкус веществ и подкрашивают. Содержащий такие добавки спирт называют денатурированным, или денатуратом.
Этанол широко используется в промышленности для производства синтетического каучука, лекарственных препаратов, применяется как растворитель, входит в состав лаков и красок, парфюмерных средств. В медицине этиловый спирт - важнейшее дезинфицирующее средство. Используется для приготовления алкогольных напитков.
Небольшие количества этилового спирта при попадании в организм человека снижают болевую чувствительность и блокируют процессы торможения в коре головного мозга, вызывая состояние опьянения. На этой стадии действия этанола увеличивается водоотделение в клетках и, следовательно, ускоряется мочеобразование, в результате чего происходит обезвоживание организма.
Кроме того, этанол вызывает расширение кровеносных сосудов. Усиление потока крови в кожных капиллярах приводит к покраснению кожи и ощущению теплоты.
В больших количествах этанол угнетает деятельность головного мозга (стадия торможения), вызывает нарушение координации движений. Промежуточный продукт окисления этанола в организме - ацетальдегид - крайне ядовит и вызывает тяжелое отравление.
Систематическое употребление этилового спирта и содержащих его напитков приводит к стойкому снижению продуктивности работы головного мозга, гибели клеток печени и замене их соединительной тканью - циррозу печени.
Этандиол-1,2 (этиленгликоль) - бесцветная вязкая жидкость. Ядовит. Неограниченно растворим в воде. Водные растворы не кристаллизуются при температурах значительно ниже О °С, что позволяет применять его как компонент незамерзающих охлаждающих жидкостей - антифризов для двигателей внутреннего сгорания.
Пролактриол-1,2,3 (глицерин) - вязкая сиропообразная жидкость, сладкая на вкус. Неограниченно растворим в воде. Нелетуч. В качестве составной части сложных эфиров входит в состав жиров и масел.
Широко используется в косметике, фармацевтической и пищевой промышленностях. В косметических средствах глицерин играет роль смягчающего и успокаивающего средства. Его добавляют к зубной пасте, чтобы предотвратить ее высыхание.
К кондитерским изделиям глицерин добавляют для предотвращения их кристаллизации. Им опрыскивают табак, в этом случае он действует как увлажнитель, предотвращающий высыхание табачных листьев и их раскрошивание до переработки. Его добавляют к клеям, чтобы предохранить их от слишком быстрого высыхания, и к пластикам, особенно к целлофану. В последнем случае глицерин выполняет функции пластификатора, действуя наподобие смазки между полимерными молекулами и, таким образом, придавая пластмассам необходимую гибкость и эластичность.