Свойства первичных спиртов. Химические свойства спиртов одноатомных и многоатомных. Изомерия одноатомных спиртов

Этиловый спирт или винный является широко распространённым представителем спиртов. Известно много веществ, в состав которых наряду с углеродом и водородом входит кислород. Из числа кислородсодержащих соединений мне интересен прежде всего класс спиртов.

Этиловый спирт

Физические свойства спирта . Этиловый спирт С 2 Н 6 О - бес­цветная жидкость со своеобразным запахом, легче воды (удель­ный вес 0,8), кипит при температуре 78°,3, хорошо растворяет многие неорганические и органические вещества. Спирт «ректи­фикат» содержит 96% этилового спирта и 4% воды.

Строение молекулы спирта .Согласно валентности элементов, формуле С 2 Н 6 О соответствуют две структуры:

В последнее время в связи с тем, что при крекинге нефти образуется много этилена, стали

Реакция гидратации этилена (в присутствии серной кислоты) была изучена ещё А. М. Бутлеровым и В. Горяиновым (1873), который предсказал и её промышленное значение. Разработан и внедрен в промышленность также метод прямой гидратации этилена пропусканием его в смеси с парами воды над твердыми катализаторами. Получение спирта из этилена очень экономично, так как этилен входит в состав газов крекинга нефти и других промышленных газов и, следовательно, является широкодоступным сырьем.

Другой способ основан на использовании в качестве исходного продукта ацетилена. Ацетилен подвергается гидратации по реакции Кучерова, а образующийся уксусный альдегид каталитически восстанавливают водородом в присутствии никеля в этиловый спирт. Весь процесс гидратации ацетилена с последующим восстановлением водородом на никелевом катализаторе в этиловый спирт может быть представлен схемой.

Известны спирты, в молекулы которых входит несколько гидроксильных групп, например:

Это производные углеводородов, в которых один атом водорода замещен на гидрокси- группу. Общая формула спиртов - CnH 2 n +1 OH .

Классификация одноатомных спиртов.

В зависимости от положения, где расположена ОН -группа, различают:

Первичные спирты:

Вторичные спирты:

Третичные спирты:

.

Изомерия одноатомных спиртов.

Для одноатомных спиртов характерна изомерия углеродного скелета и изомерия положения гидрокси-группы.

Физические свойства одноатомных спиртов.

Реакция идет по правилу Марковникова, поэтому из первичных алкенов можно получить только певичный спирт.

2. Гидролиз алкилгалогенидов при воздействии водных растворов щелочей:

Если нагрев слабый, то происходит внутримолекулярная дегидратация, в результате чего образуются простые эфиры:

Б) Спирты могут реагировать с галогенводородами, причем третичные спирты реагируют очень быстро, а первичные и вторичные - медленно:

Применение одноатомных спиртов.

Спирты используют преимущественно в промышленном органическом синтезе, в пищевой промышленности, в медицине и фармации.

Спирты не обладают ярко выраженными кислотными или основными свойствами. Как сами спирты, так и их водные рас­творы не проводят электрический ток в заметной степени. Так как алкильная группа является донором электронов, то элек­тронная плотность на атоме кислорода повышена и диссоци­ация связи О-Н проходит еще в меньшей степени, чем в моле­куле воды:

Благодаря доступности и способности вступать в многочис­ленные химические реакции спирты играют громадную роль в различных, в том числе в промышленных, синтезах.

Реакции, в которые вступают спирты, можно разбить на следующие группы.

1. Реакции, идущие с участием атома водорода гидроксиль­ной группы.

2. Реакции, происходящие с замещением или отщеплением всей гидроксильной группы.

3. Реакции окисления, в которых одновременно принимают участие гидроксильная группа, α-водородные атомы или даже соседние связи углерод - углерод.

1. Реакции, идущие с участием атома водорода гидроксильной группы

Атом водорода гидроксила обладает определенной подвиж­ностью и способен к легкому замещению.

А) Замещение атома водорода в гидроксиле метал лом.

Вещества, получающиеся в результате такого замеще­ния называются алкоголятами:

Алкоголяты, образуемые метиловым спиртом, называют метилатами, образуемые этиловым спиртом - этилатами и т. д.

Алкоголяты - твердые вещества, легко растворимые в спирте. Алкоголяты натрия - нестойкие соединения, быстро темнеют (осмоляются) на воздухе, особенно при нагревании. Наиболее устойчив метилат натрия. В присутствии следов вла­ги алкоголяты натрия разлагаются, и вновь образуется спирт:

Реакция образования алкоголята иллюстрирует сходство спиртов с водой. Низшие спирты (СН 3 ОН, С 2 Н 5 ОН) реагируют с натрием бурно, средние - слабо, а высшие реагируют лишь при нагревании. Алкоголяты образуются при действии на спирты и других активных металлов, например магния, алю­миния. В реакции образования алкоголята спирт проявляет свойства слабой кислоты.

Б) Замещение атома водорода в гидроксиле ацильной группой с образованием сложных эфиров.

При взаимо­действии спиртов с органическими кислотами (лучше в при­сутствии следов сильных кислот) получаются сложные эфиры:

Реакция образования сложных эфиров называется реакцией этерификации. Реакция этерификации обратима: вода в при­сутствии кислот или щелочей разлагает сложные эфиры с обра­зованием исходных веществ - кислоты и спирта. Такое гидролитическое разложение сложных эфиров называется реакцией гидролиза. Реакция этерификации, а также образующиеся в результате ее эфиры имеют очень важное промышленное значение.

2. Реакции, идущие с замещением или отщеплением всей гидроксильной группы

Гидроксильная группа спирта в некоторых реакциях облада­ет известной подвижностью и может замещаться или отщеп­ляться.

А) Замещение гидроксила на галоген с образованием гадогенопроизводных углеводородов.

Обычно реакция осуществляется при действии на спирты галогенидов фосфора или серы, а также галогеноводородов:

Реакция взаимодействия спирта с галогенопроизводными кислотами обратима. Чтобы добиться большего выхода, т. е. сдвинуть равновесие вправо, необходимо удалять из реакцион­ной смеси воду. Поэтому реакцию ведут в присутствии водоотнимающих веществ, например концентрированной серной кислоты, или же в безводный спирт пропускают газообразный галогеноводород. Чтобы уменьшить количество присутствующей воды, удобнее брать не галогеноводородную кислоту, а ее соль и вы­делять из нее сухой галогеноводород действием концентриро­ванной серной кислоты.

Б) Образование олефинов путем отщепления воды

При нагревании спирта с большим коли­чеством крепкой серной кислоты или хлоридом цинка, а так же при пропускании паров спирта при 350-500 °С через трубку с оксидом алюминия происходит реакция дегидратации (отня­тие воды) и образуются этиленовые углеводороды. Так, напри­мер, из этилового спирта получается этилен:

Образование молекулы воды происходит за счет гидроксила и атома водорода у соседнего атома углерода (реакция β-элиминирования).

Легче всего дегидратируются третичные, потом вторичные и затем уже первичные спирты. В спиртах сложного строения преимущественно отщепляется третичный (3-водородный атом, гораздо в меньшей степени - вторичный, и практически не отщепляется первичный (правило Зайцева):

В) Межмолекулярная дегидратация.

При нагревании избытка спирта с серной кислотой или при пропускании паров спирта через порошкообразный безводный сульфат алюминия при 200°С наряду с этиленовыми углеводородами получаются и простые эфиры:

Г) Замена гидроксида на аминогруппу. В жестких ус­ловиях (300 °С, оксид алюминия) гидроксильная группа спир­тов может быть заменена на аминогруппу с образованием пер­вичных аминов:

Реакция осложняется образованием вторичных (R 2 NН) и тре­тичных (R 3 N) аминов в результате взаимодействия спирта с уже образовавшимися аминами.

Реакции окисления, в которых одновременно принимают участие гидроксильная группа, α -водородные атомы или даже соседние связи углерод - углерод

А) Отщепление водорода (дегидрогенизация, дегидри­рование ).

При пропускании паров спирта при 200-300°С над мелко раздробленной медью или серебром первичные спирты превращаются в альдегиды, а вторичные - в кетоны. Реакция идет с выделением водорода:

Б) Окисление спиртов.

Окисление обычно проводят сильны­ми окислителями, например К 2 Сг 2 0 7 + Н 2 SО 4 или КМп0 4 + + Н 2 SО 4 . При окислении спиртов действие окислителя направ­ляется на тот углеродный атом, который уже связан с гидроксильной группой. Следовательно, в зависимости от того, какой спирт окисляется - первичный, вторичный или третичный, получаются различные продукты окисления.

При окислении вторичных спиртов образуются кетоны:

Окисление первичных спиртов происходит аналогично, но так как в первичных спиртах у углеродного атома, связанного с гидроксилом, на один атом водорода больше, чем во вторич­ных, то продуктами окисления в этом случае являются альде­гиды:

Эту реакцию трудно осуществить с высоким выходом из-за легкой окисляемости образовавшегося альдегида до соответст­вующей карбоновой кислоты.

Видеоурок 2: Фенол: Химические свойства

Лекция: Характерные химические свойства предельных одноатомных и многоатомных спиртов, фенола

В зависимости от типа углеводородного радикала, а также в некоторых случаях особенностей прикрепления группы -ОН к этому углеводородному радикалу соединения с гидроксильной функциональной группой разделяют на спирты и фенолы.

Существует подразделение органических соединений на спирты и фенолы. За основу данного деления берется тип углеводородного радикала и особенности прикрепления к нему -ОН-групп.

Спирты (алканолы) - производные предельных и непредельных углеводородов, в которых ОН-группа соединена с углеводородным радикалом без непосредственного присоединения к ароматическому кольцу.

Фенолы - органические вещества, имеющие в структуре ОН-группы, непосредственно присоединенные к ароматическому кольцу.

Названные особенности положения ОН-групп, существенно влияют на различие свойств спиртов и фенолов. В соединениях фенола связь О-Н более полярна в сравнении со спиртами. Это повышает подвижность атома водорода в ОН-группе. У фенолов значительно ярче, чем у спиртов, выражены кислотные свойства.

Существует несколько классификаций спиртов. Так, по характеру углеводородного радикала спирты подразделяются на:

• Предельные , содержащие только предельные углеводородные радикалы. В их молекулах один или несколько атомов водорода замещены ОН-группой, к примеру:

Этандиол-1,2 (этиленгликоль)

• Непредельные , содержащие между атомами углерода двойные или тройные связи, к примеру:

Пропен-2-ол-1 (аллиловый спирт)

• Ароматические , содержащие в молекуле бензольное кольцо и ОН-группу, которые связаны друг с другом через атомы углерода, к примеру:

Фенилметанол (бензиловый спирт)

По атомности, т.е. числу ОН-групп , спирты делятся на:

• Одноатомные , к примеру:

• Двухатомные (гликоли) , к примеру:

Трехатомные , к примеру:

Многоатомные , содержащие более трех ОН-групп, к примеру:

По характеру связи атома углерода и ОН-группы спирты подразделяются на:

• Первичные , в которых ОН-группа связана с первичным атомом углерода, к примеру:

• Вторичные , в которых ОН-группа связана со вторичным атомом углерода, к примеру:

Третичны е , в которых ОН-группа связана с третичным атомом углерода, к примеру:

Кодификатор ЕГЭ по химии требует от вас знания химических свойств предельных одноатомных и многоатомных спиртов, рассмотрим их.
Химические свойства предельных одноатомных спиртов

1. Реакции замещения

Взаимодействие с щелочными, щелочноземельными металлами , в результате образуются алкоголяты металлов и выделяется водород. К примеру, при взаимодействии этилового спирта и натрия образуется этилат натрия:

2C 2 H 5 OH+ 2Na→ 2C 2 H 5 ONa+ H2

Важно помнить следующее правило для данной реакции: спирты не должны содержать воду, иначе образование алкоголятов станет невозможным, поскольку они легко гидролизуются.

Реакция этерификации , т.е. взаимодействие спиртов с органическими и кислородсодержащими неорганическими кислотами приводит к образованию сложных эфиров. Данная реакция катализируется сильными неорганическими кислотами. К примеру, взаимодействие этанола с уксусной кислотой образует этилацетат (уксусно-этиловый эфир):

Механизм реакции этерификации выглядит так:

Это обратимая реакция, поэтому для смещения равновесия в сторону образования сложного эфира, реакцию проводят при нагревании, а также в присутствии концентрированной серной кислоты как водоотнимающего вещества.

Взаимодействие спиртов с галогеноводородами . При действии на спирты галогеноводородных кислот происходит замещение гидроксильной группы на атом галогена. В результате такой реакции образуются галогеналканы и вода. К примеру:

C 2 H 5 OH+ HCl → C 2 H 5 Cl+ H 2 O.

Это обратимая реакция.

2. Реакции элиминирования (отщепления)

Дегидратация спиртов бывает межмолекулярной и внутримолекулярной.

При межмолекулярной одна молекула воды образуется в результате отщепления атома водорода от одной молекулы спирта и гидроксильной группы - от другой молекулы. В результате образуются простые эфиры (R-O-R). Условиями реакции являются присутствие концентрированной серной кислоты и нагревание 140 0 C:

С 2 Н 5 ОC 2 H 5 → C 2 H 5 -O-C 2 H 5 +H 2 O

Дегидратация этанола с этанолом привела к образованию диэтилового эфира (этоксиэтана) и воды.

СН 3 ОC 2 H 5 → CH 3 -O-C 2 H 5 +H 2 O

Дегидратация метанола с этанолом привела к образованию метилэтилового эфира (метоксиэтана) и воды.

Внутримолекулярная дегидратация спиртов в отличии от межмолекулярной протекает следующим образом: одна молекула воды отщепляется от одной молекулы спирта:

Для проведения данного типа дегидратации требуется сильное нагревание. В результате из одной молекулы спирта образуется одна молекула алкена и одна молекула воды.

Поскольку молекула метанола содержит только один атом углерода, для него невозможна внутримолекулярная дегидратация. При межмолекулярной дегидратации метанола возможно образование только простого эфира (CH 3 -O-CH 3):

2CH 3 OH → CH 3 -O-CH 3 + H 2 O.

Необходимо помнить, что в случае дегидратации несимметричных спиртов внутримолекулярное отщепление воды будет протекать в соответствии с правилом Зайцева, то есть водород будет отщепляться от наименее гидрированного атома углерода.

Дегидрирование спиртов:

а) Дегидрирование первичных спиртов при нагревании в присутствии металлической меди приводит к образованию альдегидов:

б) В случае вторичных спиртов аналогичные условия приведут к образованию кетонов:

в) Третичные спирты дегидрированию не подвергаются.

3. Реакции окисления

Горение . Спирты легко вступают в реакцию горения. При этом образуется большое количество тепла:

2СН 3 - ОН + 3O 2 → 2CO 2 + 4H 2 O + Q.

Окисление спиртов происходит в присутствии катализаторов Cu, Cr и др. при нагревании. Окисление происходит и в присутствии хромовой смеси (H 2 SO 4 + K 2 Cr 2 O 7) или перманганата магния (KMnO 4). Первичные спирты образуют альдегиды, к примеру:

C 2 H 5 OH+ CuO → CH 3 COH + Cu + + H 2 O.

В результате получили уксусный альдегид (этаналь, ацетальдегид), медь, воду. Если образовавшийся альдегид не удалить из реакционной среды, образуются соответствующая кислота.

Для третичных спиртов реакция окисления не характерна.

Химические свойства многоатомных спиртов

Многоатомные спирты являются более сильными кислотами, чем одноатомные.

Для многоатомных спиртов характерны такие же, как и для одноатомных, реакции с щелочными, щелочноземельными металлами. При этом в молекуле спирта замещается разное число атомов водорода ОН-групп. В результате образуются соли. К примеру:

Поскольку многоатомные спирты обладают кислотными свойствами больше одноатомных, то они охотно реагируют не только с металлами, но и с их гидроксидами тяжелых металлов. Реакция с гидроксидом меди 2 является качественной реакцией на многоатомные спирты. Голубой осадок при взаимодействии с многоатомным спиртом переходит в ярко синий раствор.

• Реакция этерификации, т.е. взаимодействие с органическими и кислородсодержащими неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров:

C 6 H 5 ONa + CH 3 COCl → C 6 H 5 OCOCH 3 + NaCl

Вещества, образованные от предельных углеводородов и содержащие гидроксильную группу (-ОН), называются насыщенными или предельными одноатомными спиртами. Названия спиртов совпадают с названиями алканов в гомологическом ряду с суффиксом «-ол».

Строение

Общая формула предельных одноатомных спиртов - C n H 2n+1 -OH. Гидроксил является функциональной группой и определяет физические и химические свойства спиртов.

Основные одноатомные спирты (гомологический ряд метанола):

• метанол или метиловый спирт - CH 3 OH;
• этанол или этиловый спирт - C 2 H 5 OH;
• пропанол - C 3 H 7 OH;
• бутанол - C 4 H 9 OH;
• пентанол - C 5 H 11 OH.

Рис. 1. Гомологический ряд одноатомных спиртов.

Насыщенным спиртам свойственна структурная и межклассовая изомерия. В зависимости от расположения гидроксильной группы в молекуле вещества различают:

• первичные спирты - гидроксил прикреплён к первому атому углерода;
• вторичные спирты - гидроксил находится у второго атома углерода;
• третичные спирты - гидроксил соединён с третьим атом углерода.

Начиная с бутанола, наблюдается изомерия углеродного скелета. В этом случае название спирта записывается с двумя цифрами: первая указывает на положение метильной группы, вторая - гидроксила.

Рис. 2. Изомерия углеродного скелета насыщенных спиртов.

Одноатомные спирты образуют межклассовые изомеры с простыми эфирами - этиловый спирт (CH 3 CH 2 -OH), диметиловый эфир (CH 3 -O-CH 3).

Несмотря на то, что пропанол содержит три атома углерода, он может образовывать только два изомера по гидроксильной группе - пропанол-1 и пропанол-2.

Свойства

В зависимости от количества атомов углерода меняется агрегатное состояние одноатомных спиртов. Если в молекуле до 15 атомов углерода, то это жидкость, больше 15 - твёрдое вещество. Хорошо смешиваются с водой первые два спирта из гомологического ряда - метанол и этанол, а также структурный изомер пропанол-2. Все спирты плавятся и кипят при высоких температурах.

Активность спиртов объясняется наличием О-Н и С-О связей, которые легко разрываются. Основные химические свойства одноатомных спиртов приведены в таблице.

Рис. 3. Качественная реакция одноатомных спиртов.

Одноатомные спирты имеют широкое применение в промышленности. Наиболее активно применяется этанол. Его используют для изготовления парфюмерии, уксусной кислоты, лекарств, лаков, красителей, растворителей и других веществ.

Что мы узнали?

Из урока химии узнали, что предельные или насыщенные одноатомные спирты являются производными предельных углеводородов с одной гидроксильной группой (гидроксилом). Это жидкости или твёрдые вещества в зависимости от количества атомов углерода. Одноатомные спирты образуют изомеры по гидроксильной, метильной группе и с простыми эфирами. Предельные одноатомные спирты реагируют со щелочными металлами, кислотами, оксидами. Используются для изготовления лекарств, растворителей, кислот.

Тест по теме

Оценка доклада

Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 65.