Низшие спирты – жидкости, высшие – твердые вещества.

Лекция №9.

КИСЛОРОДОСОДЕРЖАЩИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ.

ТЕМА: «ПРЕДЕЛЬНЫЕ СПИРТЫ».

 

I. Общая характеристика спиртов.

 

Спирты – это органические соединения, в молекулах которых содержится одна или несколько гидроксильных групп (гидроксогрупп), соединенных с углеводородным радикалом.

 

II. Номенклатура спиртов.

 

По международной номенклатуре ИЮПАК названия дают от названий радикалов, а также из названий углеводородов прибавлением окончания – ол.

Общая формула: С_nH_2n+1OH.

Спирты бывают: 1) первичные (гидроксогруппа у первичного атома углерода)

2) вторичные (гидроксогруппа у вторичного атома углерода)

3) третичные. (гидроксогруппа у третичного атома углерода)

Цифрой после названия спирта обозначают, с каким по счету атомом углерода) связана гидроксильная группа. Цифра впереди показывает местоположение боковых цепей.

1 2 3 4 5 6

Н₃С—СН₂—СН—СН₂—СН₂—СН₃ СН₃—СН—СН—СН—СН₂— СН3

│ │ │ │

ОН СН₃ ОН СН₃

гексанол-3 2,4-диметилгексанол-3

 

III. Изомерия спиртов.

 

1. Изомерия углеродного скелета:

СН₂—СН₂—СН₂—СН₂ОН СН₃—СН—СН₂ОН

бутанол-1 │

СН₃

2-метилпропанол-1

 

2. Изомерия положения гидроксогрупп:

СН₃—СН₂—СН₂ОН СН₃—СН—СН₃

пропанол-1 │

ОН

пропанол-2

 

IV. Физические свойства.

 

Низшие спирты – жидкости, высшие – твердые вещества.

Все спирты легче воды, растворимость в воде уменьшается с увеличением молекулярной массы. Метиловый и этиловый спирты смешиваются с водой в любых соотношениях.

Молекулы спиртов ассоциированы, т. к. между ними возникают водородные связи:

R R R

│ │ │

О—Н^δ+... O^δ——H... O—H или (R—OH)_n

Это объясняет то, что уже первые члены гомологического ряда спиртов – жидкости, имеющие высокие температуры кипения. Водородные связи не прочны (17-22 кДж/моль) и при испарении спиртов легко разрываются.

Спирты вступают в химическое взаимодействие с разрывом одной из полярных ковалентных связей: С—О или С—Н.

Т. к. обе связи полярны, то их разрыв происходит по ионному (гетеролитическому) механизму с образованием органических анионов или катионов::

R—O—H R—O^- + H⁺ или R—O—H R⁺ + OH^-

Диссоциация спиртов на ионы прооисходит в незначительной степени, поэтому спирты не изменяют окраску индикаторов.

Связь Н с О менее прочна, чем остальные.

 

V. Получение спиртов.

 

1. Из галогенопроизводных:

t

а) C₂H₅Br + NaOH —→ C₂H₅OH + NaBr

бромэтан водн. этанол

t, K

б) СН₃—СН₂Br + HOH ——→ CH₃—CH₂—OH

1-бромэтан - HBr пропанол

 

1. Из алкенов:

K=H₂SO₄, Al₂O₃, t

СН₃—СН ═ СН₂ + Н₂О —————————→ CH₃—CHOH—CH₃

пропен-1 НОН пропанол-2

└–┘

 

VI. Химические свойства.

 

1. 2С₂Н₅ОН + 2Na——→ 2C₂H₅ONa + H₂↑

этоксид натрия

этилат натрия

(алкоголят натрия)

C₂H₅ONa + H₂O C₂H₅OH + NaOH

Cо щелочами одноатомные спирты взаимодействуют обратимо. При этом равновесие смещено в сторону спирта и щелочи. При удалении воды из системы равновесие можно сместить в сторону алкоголятов.

 

1. Спирты легко окисляются (KMnO₄, K₂Cr₂O₇ кислородом воздуха) в присутствии катализатора(платина, медь):

 

O

t; K=Pt, Cu //

Н₃С—НСН—ОН + [ О ] ————→ Н₃С—НСОН ——→ СН₃ — С + Н₂О

│ \

ОН Н

этаналь

 

1. Горение:

t

2СН₃ОН + 3О₂ ——→ 2СО₂↑ + 4Н₂О

 

1. Окисление:

Первичный спирт окисляется до карбоновых кислот

О O О Н₂О

[ О ] // [ О ] // [ О ] //

СН₃ОН ——→ Н—С ——→ H— C ——→ НО—С

–Н₂О \ \ \

Н OH ОН СО₂ ↑

метанол метаналь муравьиная угольная

к-та

Вторичный спирт окисляется до кетонов:

t

Н₃С—СН—СН₃ + [ О ] —→ Н₃С—С—СН₃

│ –Н₂О ║

ОН О ацетон (диметилкетон)

пропанол-2 O

t //

а) 3С₂Н₅ОН + К₂Сr₂O₇ + 4H₂SO₄ ─→ 3CH₃—C + K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + 7H₂O

этанол этаналь \

H

O

t //

б) 5С₂Н₅ОН + 2К МnO₄ + 3H₂SO₄ —→ 5CH₃—C + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 8H₂O

этаналь \

H

1. Взаимодействие с галогеноводородами:

H⁺

С₂Н₅ОН + HBr C₂H₅Br + H₂O

бромэтан

В присутствии щелочи равновесие смещается в сторону исходных веществ, в избытке кислот – в сторону конечных веществ.

 

1. Дегидратация (элиминирование спиртов)

 

K=H₂SO₄(к), t=140ºC

а) Н₂С—СН₂ —————————→ CH₂ ═ CH₂ + H₂O

│ │ этилен

Н ОН

 

 

б) образование простых эфиров:

С₂Н₅ОН К=Н₂SO₄(к)t

+ └–┘ —————→ C₂H₅—O—C₂H₅ + H₂O

С₂Н₅ОН

└┘

спирт диэтиловый эфир

В общем виде образование простых эфиров можно записать так:

R— O H t; K=H₂SO₄(к)

+ ————→ R—O—R₁

R₁— OH –H₂O

 

1. Образование сложных эфиров (реакция этерификации):

О

// t H₂SO₄(k)

СН₃ — С + С₂Н₅ОН ————→ C₂H₅ — O — C — CH₃

\ └┘ – H₂O ║

ОН O

└┘

уксусная этанол уксусно-этиловый эфир

к-та (этилэтаноат)

В общем виде уравнение получения сложных эфиров можно записать так:

O O

// t H₂SO₄(к) //

R₁—C + R—OH ————→ R₁ — C

\ –H₂O \

OH O—R

кислота спирт

1. Взаимодействие с пятихлористым фосфором, тионилхлоридом, трёххлористым фосфором:

а) С₂Н₅ОН + РСl₅ ——→ HCl + C₂H₅Cl + POCl₃

└–┘ трихлороксид фосфора

б) СН₃ОН + SOCl₂ ——→ НCl + CH₃Cl + SO₂↑

└–┘ тионилхлорид хлорметан

 

в) PCl₃ + 3 C₂H₅OH ——→ H₃PO₃ + 3C₂H₅Cl

избыток

 

VII. Отдельные представители и их применение:

 

1. Простые эфиры – органические соединения, молекулы которых состоят из углеводородных радикалов, соединенных атомом кислорода R₁ — O — R₂.

Диэтиловый эфир – хороший растворитель многих органических веществ. Применяется для чистки тканей, а в медицине – при хирургических операциях (анестезирующее дей-

ствие). С₂Н₅—О—С₂Н₅.

 

2. Метанол (CH₃OH) – бесцветная жидкость, яд (вызывает слепоту, при больших дозах – смерть).

Получение:

Каталитический синтез из оксида углерода (II) и водорода:

t=250ºC, P=7мПа, к=смесь(ZnO+CuO)

СО + 2Н₂ ————————————————→ СН₃ОН

метанол

Применение:

Применяется как растворитель в органических синтезах, получения формальдегида, некоторых красителей, фотореактивов, фармацевтическитх препаратов.

 

3. Этанол (C₂H₅OH) – бесцветная жидкость, горит слабо светящимся пламенем.

Получение:

1) получают брожением сахаристых веществ в присутствии дрожжей. Получаемая из крахмала глюкоза, или виноградный сахар С₆Н₁₂О₆, под действием ферментов распадается:

К=ферменты

С₆Н₁₂О₆ ——————→ 2С₂Н₅ОН + 2СО₂↑

глюкоза этиловый спирт

 

2) Из этилена:

t=260-300ºC, P=7,5-10мПа

СН₂ = СН₂ + Н₂О ———————————→ СН₃—СН₂—ОН

к=Н₃РО₄, Сd²⁺, Cu²⁺, Co²⁺ этанол

 

3) из галогенопроизводных:

СН₃—СН₂—Br + KOH ——→ CH₃—CH₂—OH + KBr

1-бромэтан этанол

Качественная реакция на этанол (иодоформная проба)

С₂Н₅ОН + 4 J₂ + 6KOH ——→ CHJ₃↓ + HCOOK + 5KJ + 5H₂O

этанол иодоформ

желт. цвета

Применение:

В производстве каучука и пластмасс. Как растворитель в производстве духов, лекарств, для консервирования анатомических препаратов, для получения диэтилового эфира, красителей, уксусной кислоты, бездымного пороха. Этиловый спирт в смеси с бензином можно использовать в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания. В медицине – как раздражающее средство (компресс). 95,6% спирт называется ректификатом.

МНОГОАТОМНЫЕ СПИРТЫ.