Отличительной особенностью физических свойств спиртов по сравнению с углеводородами с тем же числом атомов углерода являются их более высокие температуры кипения, что связано с высокой полярностью связи О-Н и легкостью образования водородной связи между молекулами спирта:

… О – Н… О – Н… О – Н…

│ │ │

Низшие спирты хорошо растворимы в воде вследствие образования водородной связи с молекулами воды. Увеличение углеводородного радикала снижает способность к образованию водородных связей и тем самым приводит к снижению растворимости. Закономерности изменения свойств спиртов в гомологическом ряду аналогичны таковым в ряду углеводородов.

Реакционная способность спиртов определяется наличием функциональной группы О-Н , полярность которой обуславливает слабую тенденцию диссоциировать с образованием алкоксид-аниона и протона:

R – OH R – O - + H +

Кислотность атома водорода гидроксильной группы примерно такая же, как у атомов водорода в молекуле воды (К Н20 = 1,8*10 -16 , К СН3ОН » 10 -17). Это означает, что по отношению к сильным основаниям, какими являются щелочные металлы, спирты проявляют кислотные свойства , обуславливающие реакции спиртов с разрывом связи RO – H . Кислотные свойства спиртов уменьшаются в ряду: первичные> вторичные >третичные.

Другой тип реакций обусловлен разрывом связи R–OH (основные свойства) . Первой стадией таких реакций обычно является протонирование атома кислорода, приводящее к ослаблению связи R–OH . Например, реакция этанола с иодистоводородной кислотой начинается с переноса протона:

С 2 Н 5 ОН + НI C 2 H 5 OH 2 + I -

Затем алкилоксоний-катион теряет молекулу воды, превращаясь в галогеналкан. Спирты растворяются в сильных кислотах вследствие протонирования атома кислорода и образуют неустойчивые оксониевые соли (аналоги значительно более устойчивых аммониевых солей), которые растворяются в избытке этих кислот:

оксониевая соль

Основные свойства наиболее сильны у третичных спиртов и падают в ряду: третичные > вторичные> первичные. Это объясняется +I-эффектом алкильных групп, которые стабилизируют оксоний-катион.

Спирты, таким образом, являются амфотерными соединениями и в этом отношении напоминают воду.

Наиболее характерные химические свойства спиртов .

1. Взаимодействие с щелочными металлами:

2ROH + 2Na = 2RONa + H 2

2. Реакция этерификации – образование сложных эфиров карбоновых и минеральных кислот:

ROH + R*COOH R*COOR + H 2 O

ROH + HONO 2 ® RONO 2 + H 2 O – алкилнитратов;

ROH + HOSO 2 OH ® ROSO 2 OR + 2H 2 O – диалкилсульфатов;

ROH + (HO) 3 PO ® (RO) 3 PO +3 H 2 O – триалкилфосфатов

ROH + HX ® RX + H 2 O – алкилгалогенидов

В случае многоосновных кислот могут образовываться кислые эфиры, в которых не все атомы водорода заменены алкильными группами, например, RSO 2 OH – алкилсерная кислота, ROPO(OH) 2 – алкилфосфорная кислота, (RO) 2 PO(OH) – диалкилфосфорная кислота. Алкилэфиры минеральных кислот, прежде всего диалкилсульфаты и алкилгалогениды, служат важными алкилирующими реагентами, эфиры фосфорной кислоты – важными компонентами ряда метаболических процессов в организме, некоторые из них обладают свойствами пестицидов и вследствие своей токсичности потенциально являются химическими боевыми веществами.

3. Замена гидроксила на галоген легко осуществляется с помощью галогенидов фосфора PCI 3 , PCI 5 , PBr 3 , PI 3 или хлористого тионила SOCI 2 :

ROH + PCI 5 ® R – CI + POCI 3

ROH + SOCI 2 ® R – CI + SO 2 + HCI

Действие галогеноводородов на спирты также приводит к образованию галогеналканов. Легче всего реагирует HI , при проведении реакции с HBr требуется нагревание, а при использовании HCI необходимо присутствие катализатора, например, ZnCI 2 . Алкилгалогениды можно считать эфирами галогеноводородных кислот.

4. Дегидратация спиртов может протекать по двум направлениям:

а) межмолекулярная в присутствии каталитических количеств серной кислоты и избытке спирта при 140 о С с образованием простых эфиров через промежуточное образование алкилгидросульфата

ROH + HOSO 2 OH ® ROSO 2 OH + H 2 O

ROSO 2 OH + HOR® R–O-R + H 2 SO 4

б) внутримолекулярная при температуре выше 160 о С и избытке серной кислоты с образованием алкенов

R-СН 2 -СН 2 OH + HOSO 2 OH® R–СН 2 -СН 2 OSO 2 OH + H 2 O

R–СН 2 -СН 2 OSO 2 OH ® R–CH=CH 2 + H 2 SO 4

5. Окисление и дегидрирование с образованием альдегидов, кетонов и даже карбоновых кислот в зависимости от того, первичный или вторичный спирт участвует в реакции в соответствии со схемой:

RCH 2 OH ® RCHO ® RCOOH

R 2 CHOH ® R 2 CO

В качестве окислителей используют бихромат калия или перманганат калия в кислой среде, кислород в присутствии катализаторов на основе солей органических кислот.

Окисление спиртов можно проводить и с помощью каталитического дегидрирования на Сu , Ag , Ni , Pd , Pt :

RCH 2 OH ® RCHO + H 2

R 2 CHOH ® R 2 CO

Третичные спирты окисляются в более жестких условиях (KMnO 4 + H 2 SO 4 ) с разрывом углеродной цепи и образованием кетонов и кислот.

Многоатомные спирты по химическим свойствам сходны с одноатомными, однако, имеют ряд отличий, связанных с наличием нескольких гидроксигрупп, что и позволяет их отличить от одноатомных. Качественной реакцией на многоатомные спирты является реакция образования растворимых комплексных соединений с гидроксидом меди (II).

Экспериментальная часть

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:

Чтобы решить вопрос о том, какая из формул соответствует спирту в действительности, обратимся к опыту.

Поместим в пробирку со спиртом кусочек натрия. Тотчас начнётся реакция, сопровождающаяся выделением газа. Нетрудно установить, что этот газ - водород.

Теперь поставим опыт так, чтобы можно было определить, сколько атомов водорода выделяется при реакции из каждой мо­лекулы спирта. Для этого в колбу с мелкими кусочками натрия (рис. 1) прибавим по каплям из воронки определённое количе­ство спирта, например 0,1 грамм-молекулы (4,6 грамма). Выделяю­щийся из спирта водород вытесняет воду из двугорлой склянки в измерительный цилиндр. Объём вытесненной воды в цилиндре соответствует объёму выделившегося водорода.

Рис.1. Количественный опыт получения водорода из этилового спирта.

Так как для опыта была взята 0,1 грамм-молекулы спирта, то водорода удаётся получить (в пересчёте на нормальные условия) около 1,12 литра. Это означает, что из грамм-молекулы спирта нат­рий вытесняет 11,2 литра , т.е. половину грамм-молекулы, иначе го­воря 1 грамм-атом водорода. Следовательно, из каждой молекулы спирта натрием вытесняется только один атом водорода.

Очевидно, в молекуле спирта этот атом водорода находится в особом положе­нии по сравнению с осталь­ными пятью атомами водо­рода. Формула (1) не даёт объяснения такому факту. Согласно ей, все атомы водо­рода одинаково связаны с атомами углерода и, как нам известно, не вытесняются ме­таллическим натрием (нат­рий хранят в смеси углеводородов - в керосине). Наоборот, формула (2) отражает наличие одного атома, находя­щегося в особом положении: он соединён с углеродом через атом кислорода. Можно заключить, что именно этот атом водорода связан с атомом кислорода менее прочно; он оказывается более подвижным и вытесняется натрием. Следовательно, структурная формула этилового спирта:

Несмотря на большую подвижность атома водорода гидроксильной группы по сравнению с другими атомами водорода, этиловый спирт не является электролитом и в водном растворе не диссоциирует на ионы.

Чтобы подчеркнуть, что в молекуле спирта содержится гидроксильная группа - ОН, соединённая с углеводородным радика­лом, молекулярную формулу этилового спирта пишут так:

Химические свойства спирта . Выше мы видели, что этиловый спирт реагирует с натрием. Зная строение спирта, мы можем эту реакцию выразить уравнением:

Продукт замещения водорода в спирте натрием носит назва­ние этилата натрия. Он может быть выделен после реакции (пу­тём испарения избытка спирта) в виде твёрдого вещества.

При поджигании на воздухе спирт горит синеватым, еле за­метным пламенем, выделяя много тепла:

Если в колбе с холодильником нагревать этиловый спирт с галогеноводородной кислотой, например с НВг (или смесью NаВг и Н 2 SО 4 , дающей при реакции бромистый водород), то будет от­гоняться маслянистая жидкость - бромистый этил С 2 Н 5 Вг:

Эта реакция подтверждает наличие гидроксильной группы в молекуле спирта.

При нагревании с концентрированной серной кислотой в каче­стве катализатора спирт легко дегидратируется, т. е. отщепляет воду (приставка «де» указывает на отделение чего-либо):

Эта реакция используется для получения этилена в лаборатории. При более слабом нагревании спирта с серной кислотой (не выше 140°) каждая молекула воды отщепляется от двух молекул спирта, вследствие чего образуется диэтиловый эфир - летучая легко воспламеняющаяся жидкость:

Диэтиловый эфир (иногда называемый серным эфиром) при­меняется в качестве растворителя (чистка тканей) и в медицине для наркоза. Он относится к классу простых эфиров - органи­ческих веществ, молекулы которых состоят из двух углеводород­ных радикалов, соединённых посредством атома кислорода: R - О - R1

Применение этилового спирта . Этиловый спирт имеет большое практическое значение. Много этилового спирта расходуется на получение синтетического каучука по способу академика С. В. Лебедева. Пропуская пары этилового спирта через специальный катализатор, получают дивинил:

который затем может полимеризоваться в каучук.

Спирт идёт на выработку красителей, диэтилового эфира, раз­личных «фруктовых эссенций» и ряда других органических ве­ществ. Спирт как растворитель применяется для изготовления парфюмерных продуктов, многих лекарств. Растворяя в спирте смолы, готовят различные лаки. Высокая теплотворная способность спирта обусловливает применение его в качестве горючего (автомобильного топлива = этанола).

Получение этилового спирта . Мировое производство спирта измеряется миллионами тонн в год.

Распространённым способом получения спирта является бро­жение сахаристых веществ в присутствии дрожжей. В этих низ­ших растительных организмах (грибках) вырабатываются особые вещества - ферменты, которые служат биологическими катали­заторами реакции брожения.

В качестве исходных материалов в производстве спирта берут семена злаков или клубни картофеля, богатые крахмалом. Крах­мал с помощью солода, содержащего фермент диастаз, сперва превращают в сахар, который затем сбраживают в спирт.

Учёные много работали над тем, чтобы заменить пищевое сырьё для получения спирта более дешёвым непищевым сырьём. Эти по­иски увенчались успехом.

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.

Гомологический ряд спиртов

Кроме этилового спирта, известны и другие спирты, сходные с ним по строению и свойствам. Все они могут рассматриваться как производные соответствующих предельных углеводородов, в молекулах которых один атом водорода заменён гидроксильной группой:

Таблица

Углеводороды	Спирты	Температура кипения спиртов в º С
Метан СН 4	Метиловый СН 3 ОН	64,7
Этан С 2 Н 6	Этиловый С 2 Н 5 ОН илиСН 3 - СН 2 - ОН	78,3
Пропан С 3 Н 8	Пропиловый С 4 Н 7 ОН или СН 3 - СН 2 - СН 2 - ОН	97,8
Бутан С 4 Н 10	Бутиловый С 4 Н 9 ОН илиСН 3 - СН 2 - СН 2 - ОН	117

Будучи сходны по химическим свойствам и отличаясь друг от друга по составу молекул на группу атомов СН 2 , эти спирты со­ставляют гомологический ряд. Сравнивая физические свойства спиртов, мы в этом ряду, так же как и в ряду углеводородов, на­блюдаем переход количественных изменений в изменения качест­венные. Общая формула спиртов данного ряда R - ОН (где R - углеводородный радикал).

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

Группы атомов, обусловливающие характерные химические свойства соединений, т. е. их химическую функцию, называются функциональными группами.

Спиртами называются органические вещества, моле­кулы которых содержат одну или несколько функциональных гидроксильных групп, соединённых с углеводородным радикалом .

По своему составу спирты отличаются от углеводородов, соот­ветствующих им по числу углеродных атомов, наличием кисло­рода (например, С 2 Н 6 и С 2 Н 6 О или С 2 Н 5 ОН). Поэтому спирты можно рассматривать как продукты частичного окисления угле­водородов.

Генетическая связь между углеводородами и спиртами

Произвести непосредственное окисление углеводорода в спирт довольно трудно. Практически проще это сделать через галогенопроизводное углеводорода. Например, чтобы получить этиловый спирт, исходя из этана С 2 Н 6 , можно сначала получить бромистый этил по реакции:

а затем бромистый этил превратить в спирт нагреванием с водой в присутствии щёлочи:

Щёлочь при этом нужна, чтобы нейтрализовать образующийся бромистый водород и устранить возможность реакции его со спиртом, т.е. сдвинуть эту обратимую реакцию вправо.

Подобным же образом метиловый спирт может быть получен по схеме:

Таким образом, углеводороды, их галогенопроизводные и спирты находятся между собой в генетической связи (связи по происхождению).

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ

УГЛЕВОДОРОДОВ

При замещении в молекулах углеводородов атомов водорода на функциональные (характеристические) группы получаются различные производные: галогено-, окси- (спирты и фенолы), оксопроизводные (альдегиды и кетоны), карбоновые кислоты, амины и др.

Бывают моно- и полифункциональные соединения. Содержащие один вид функциональных групп, они называются соединениями с однородными функциями; с различными – гетерофункциональными.

Глава 7. ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ

Производные углеводородов, содержащие вместо одного или нескольких атомов водорода атомы галогена (фтор, хлор, бром, йод), называются галогенопроизводными (галогенидами).

Классифицировать их можно: (а) по виду галогенов : хлор-, бром- или йодсодержащие; фторпроизводные соединения очень специфичны и рассматриваются отдельно (см. п. 7.5); (б) по виду углеводородов , в молекулах которых замещены атомы водорода: насыщенные, ненасыщенные, циклические, ароматические; (в) по числу галогенов в молекуле : моно-, ди-, полигалогениды.

7.1. Номенклатура. Изомерия

По рациональной номенклатуре (р.н.) названия галогенопроизводных образуют от названий радикала и галогена:

C 2 H 5 Br CH 3 –CH–CH 2 –CH 3 H 2 C=CHF

этилбромид втор-бутилхлорид винилфторид

По международной номенклатуре (м.н.) название начинается с «адреса» и названия галогена. Нумерация углеродной цепи – со стороны галогена

2-бром-4,5-диметилгексен-4

Источников изомерии – три: (а) изомерия С-скелета; (б) положение галогена в С-цепи; (в) положение галогена в пространстве (оптическая изомерия). Здесь С 2 é – асимметрический – см. 13.1.

7.2. Физические свойства

Свойства галогенопроизводных зависят от строения радикала, вида и количества атомов галогена в молекуле. С увеличением длины С-цепи и с переходом от фтора к йоду температура кипения и плотность моногалогенидов возрастают. Все галогениды практически нерастворимы в воде, хорошо – в органических растворителях; имеют резкий запах и раздражающее действие на слизистые оболочки.

7.3. Химические свойства

Галогениды – весьма реакционноспособные соединения, широко применяемые в разнообразных синтезах. Наибольшее значение для этого класса соединений имеют реакции замещения, отщепления и синтеза.

7.3.1. Реакции замещения

Примерами такого типа реакций являются:

(1) взаимодействия галогеналкилов с различными металлопроизводными:

Таким способом атомы галогена могут быть замещены на самые различные группы: OH; CN; NH 2 ; NO 2 ; OR и др., т.е. через галогениды могут быть получены соединения самых различных классов – спирты, нитрилы, амины, нитросоединения, эфиры и др.

(2) алкилирование различных классов соединений:

(а) реакция Ш. Вюрца

(б) синтез Вюрца–Фиттига

(от реакции Вюрца синтез В.–Ф. отличается условиями проведения);

(в) синтезы Фриделя–Крафтса

(г) алкилирование аминов

Способность атомов галогена к замещению падает в ряду I>Br>Cl>F.

Различна также способность к замещению галогенов, находящихся в различных положениях. Если атом галогена находится у ненасыщенного атома углерода или связан с углеродом бензольного ядра, то в результате сопряжения между свободными электронами атома галогена и p-электронами двойной связи или ароматического секстета бензольного ядра подвижность атома галогена резко снижается (+ М-эффект) (а ); если же атом галогена находится в a-положении к двойной связи
(СH 2 = СH–СH 2 Br) или к углероду бензольного ядра (C 6 H 5 CH 2 Br), то он обладает повышенной подвижностью (б )

1,4 – дихлорбутан циклобутан

7.3.3. Восстановление галогенидов водородом

в момент выделения

Эта группа превращений галогенидов осуществляется использованием повышенной активности атомарного водорода, который способен замещать галоген

R – Сl + (Zn + HCl aq) R – H + ZnCl 2

7.3.4. Образование металлоорганических соединений

Некоторые металлы (Mg, Zn, Pb и др.) взаимодействуют с галоген-алкилами в неполярных растворителях (эфир, тетрагидрофуран) с образованием металлоорганических соединений (например, тетраэтилсвинец Pb(C 2 H 5) 4 , используемый в качестве антидетонационной присадки к моторным топливам).

Наибольшее значение для синтетической органической химии имеют реактивы В. Гриньяра (Нобелевская премия, 1912 г.)

(Применение см., например, п. 8.1.4).

7.4. Получение

Галогенопроизводные углеводородов получаются самыми различными способами.

1. Замещение атомов водорода в углеводородах на галоген:

(а) в результате галогенирования алканов, цикланов, аренов, алкенов в различных условиях получаются различные галогениды. Промышленным хлорированием метана, в зависимости от условий, получают CH 3 Cl, CH 2 Cl 2 , CHCl 3 , CCl 4 . Прямое хлорирование алканов обычно дает трудноразделимую смесь галогенопроизводных;

(б) бензол и его гомологи хлорируются легче, чем алканы. В зависимости от условий проведения реакций получаются разные галогенопроизводные:

(в) возможно замещение водорода в боковой цепи алкенов при высокой температуре

2. Присоединение галогенов и галогеноводородов к ненасыщенным углеводородам:

(Правило Марковникова и пероксидный эффект Караша – см. п. 3.4.2).

3. Получение галогенидов из спиртов может быть реализовано замещением спиртовой группы на галоген при действии различных галогенирующих агентов: PCl 5 , SOCl 2 или галогеноводорода

В последнем случае CaCl 2 используется в качестве водоотнимающего средства для повышения выхода галогенида.

7.5. Специфика фторопроизводных

Фторопроизводные алканов по свойствам, способам получения и использованию резко отличаются от других галогенопроизводных.

Из-за очень высокой химической активности фтора его взаимодействие с алканами происходит со взрывом и сопровождается разрушением С-скелета. Поэтому для получения фторидов используют особые методы.

1. Действие MeF на Cl-, Br- и I-производные углеводородов

C 2 H 5 I + AgF C 2 H 5 F + AgI

2. Перфторсоединения – продукты полного замещения атомов водорода на атомы фтора (например, C 2 F 6 – перфторэтан, C 2 F 4 – перфтор-этилен и т.п.) – получают взаимодействием соединений, легко отдающих фтор (CoF 3 ; MnF 4 ; SbF 5), с парами углеводородов

Непредельные перфториды получают действием металлического цинка на смешанные галоид-фторпроизводные

3. Прямое фторирование углеводородов может быть осуществлено в атмосфере азота

Свойства фторидов тоже значительно отличаются от свойств других галогенидов. Температуры кипения перфторуглеродов почти такие же, как у соответствующих алканов, но резко отличаются от температур кипения других галогенидов.

Монофториды, особенно третичные и вторичные, очень неустойчивы и легко отщепляют HF

Дифторпроизводные более устойчивы и малотоксичны.

Перфторсоединения отличаются исключительно высокой химической и термической устойчивостью (большинство их выдерживают нагрев до 500 °С), устойчивы к действию кислот, щелочей, окислителей; неток-сичны.

7.6. Использование галогенопроизводных

В лабораторной практике хлор-, бром- и йодпроизводные очень широко используются для синтеза органических соединений почти всех классов.

В химической промышленности многие галогениды являются исходными для разнообразных превращений (хлорбензол ® фенол; хлор-этил ® тетраэтилсвинец; хлораллил ® глицерин и др.).

В больших количествах на основе галогенопроизводных получают разнообразные полимеры – пластмассы (поливинилхлорид, фторопласты и др.) и каучуки (хлоропреновые и др.).

Разнообразно практическое применение галогенидов:

– органические растворители (CCl 4 ; дихлорэтан; CCl 2 = CCl 2 ; хлорбензол и парадихлорбензол и др.);

– фторхлорпроизводные метана и этана (фреоны) используются как инертные хладоагенты в холодильных машинах;

– многие галогенопроизводные обладают сильным физиологическим действием и используются как инсектициды (например, гексахлоран, ДДТ) и средства защиты растений, а также в медицине (хлороформ, йодоформ, хлорэтил и др.);

– негорючие и неокисляющиеся смазочные масла – перфторуглеводороды – тысячи часов работают в чрезвычайно жестких условиях;

– перфторсоединения используются как пламегасящие вещества и гидравлические жидкости.

Глава 8. ОКСИПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ
(спирты и фенолы)

Оксисоединениями называются производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильную (окси) группу ОН, являющуюся функциональной для двух классов органических соединений – спиртов и фенолов.

Классифицируют оксисоединения:

– по количеству гидроксилов (атомности):

(в) фенолы и нафтолы , ;

(г) ароматические спирты ;

– по типу углеродного атома , с которым связан гидроксил, спирты делятся:

(а) на первичные R – CH 2 – OH; (б) вторичные

(г) третичные ;

(д) фенолы;

(е) ароматические спирты

8.1. Спирты одноатомные (алкоголи)

Спирты R–OH могут рассматриваться как производные воды, в молекуле которой один атом водорода замещен на алкил, или как производные углеводородов C n H 2 n +1 OH – продукт замещения в молекуле алкана C n H 2 n +2 одного атома водорода на гидроксил.

8.1.1. Изомерия и номенклатура

Изомерия спиртов связана со строением радикала (изомерия С-скелета) и с положением гидроксила в С-цепи. Возможна также стереоизомерия спиртов (различное пространственное расположение атомов).

По правилам ИЮПАК (м.н.) наличие гидроксила указывается окончанием «ол», добавляемым к полному названию углеводорода длинной цепи с указанием номера углерода, с которым связана оксигруппа. Нумерация цепи – со стороны гидроксила.

По рациональной номенклатуре (р.н.) спирты рассматриваются как производные простейшего спирта CH 3 OH – карбинола, в радикале которого атомы водорода замещены на алкилы.

Допускаются также названия спиртов, образованные от названия радикалов:

8.1.2. Физические свойства

Спирты нормального строения с числом углеродов до С 11 – жидкости, с С 12 – твердые вещества. Легче воды. До С 3 с резким «спиртовым» запахом, хорошо растворимы в воде; С 4 ¸С 6 имеют резкий неприятный «сивушный» запах, ограниченно растворимы в воде.

Низшие спирты значительно менее летучи, имеют более высокие температуры кипения и плавления и лучше растворимы в воде, чем близкие по молекулярной массе углеводороды или их галогенопроизводные

Т кип., °С

СH 3 –CH 2 –OH (этиловый спирт)............. + 78,3

СH 3 –CH 2 –Cl (этилхлорид)...................... + 12,4

СH 3 –O– СH 3 (диметиловый эфир)......... – 23,7

СH 3 –CH 2 – СH 3 (пропан)......................... – 42,2

По мере увеличения молекулярной массы различия в свойствах уменьшаются (табл.12).

Определяются эти отличия спиртов высокой полярностью оксигруппы: молекулы спирта ассоциированы водородными связями

Многие спирты ядовиты , 10–20 мл метилового спирта вызывают слепоту; большие количества – смерть.

Т а б л и ц а 12

Физические свойства спиртов

Название	Формула	Т пл., °С	Т кип.,°С	d , г/см 3
Метиловый	CH 3 OH	–97,8	+64,7	0,793
Этиловый	CH 3 CH 2 OH	–117,3	+78,3	0,790
Пропиловый	CH 3 CH 2 CH 2 OH	–127	+97,2	0,804
Изопропиловый	CH 3 CH(OH)CH 3	–88	+82,2	0,785
н-Бутиловый	CH 3 (CH 2) 3 –OH	–80	+117,7	0,809
изо-Бутиловый	(CH 3) 2 CH–CHOH	–108	+108,4	0,801
Третбутиловый	(CH 3) 3 COH	+25	+82,9	0,789
Амиловый	CH 3 (CH 2) 4 –OH	–78,5	+138	0,814
Изоамиловый	(CH 3) 2 CHCH 2 CH 2 OH	–117,2	+132,2	0,812
Гептиловый	CH 3 (CH 2) 6 –OH	–34,1	+176	0,822
Дециловый	CH 3 (CH 2) 9 –OH	+7,6	+228	0,830
Этиленгликоль	CH 2 (OH)– CH 2 (OH)	–12,3	+197,6	1,113
Глицерин	CH 2 (ОН)CH(ОН)CH 2 (ОН)	+17,9	+290	1,264

8.1.3. Химические свойства

Химические свойства спиртов можно классифицировать по видам разрывающихся в их молекуле связей

на три группы: А, Б и В.

А. Реакции, протекающие с разрывом связи О–Н.

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 – разнообразный и обширный класс химических соединений.

Спирты – это химические соединения, молекулы которых содержатся гидроксильные группы ОН, соединённые с углеводородным радикалом.

Углеводородный радикал состоит из атомов углерода и водорода. Примеры углеводородных радикалов - СН 3 - метил, С 2 Н 5 – этил. Часто углеводородный радикал обозначают просто буквой R. Но если в формуле присутствуют разные радикалы, их обозначают R", R ", R """ и т.д.

Названия спиртов образуются путём добавления суффикса –ол к названию соответствующего углеводорода.

Классификация спиртов

Спирты бывают одноатомные и многоатомные. Если в молекуле спирта только одна гидроксильная группа, то такой спирт называется одноатомным. Если же количество гидроксильных групп 2, 3, 4 и т.д., то это многоатомный спирт.

Примеры одноатомных спиртов: СН 3 -ОН – метанол или метиловый спирт, СН 3 СН 2 -ОН – этанол или этиловый спирт.

Соответственно, в молекуле двухатомного спирта присутствуют две гидроксильные группы, в молекуле трёхатомного – три и т.д.

Одноатомные спирты

Общую формулу одноатомных спиртов можно представить как R-OH.

По типу свободного радикала, входящего в молекулу, одноатомные спирты делятся на предельные (насыщенные), непредельные (ненасыщенные) и ароматические спирты.

В насыщенных углеводородных радикалах атомы углерода соединены простыми связями С – С. В ненасыщенных радикалах присутствуют одна или несколько пар атомов углерода, соединённых двойными С = С или тройными С ≡ С связями.

В состав предельных спиртов входят предельные радикалы.

CH 3 CH 2 CH 2 -OH – предельный спирт пропанол-1 или пропиленовый спирт.

Соответственно, непредельные спирты содержат непредельные радикалы.

CH 2 = CH - CH 2 - OH – непредельный спирт пропенол 2-1 (аллиловый спирт)

А в молекулу ароматических спиртов входит бензольное кольцо C 6 H 5.

C 6 H 5 -CH 2 -OH – ароматический спирт фенилметанол (бензиловый спирт).

В зависимости от типа атома углерода, связанного с гидроксильной группой, спирты делятся на первичные ((R-CH 2 -OH), вторичные (R-CHOH-R") и третичные (RR"R""C-OH) спирты.

Химические свойства одноатомных спиртов

1. Спирты горят, образуя углекислый газ и воду. При горении выделяется тепло.

C 2 H 5 OH + 3O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O

2. При реакции спиртов со щелочными металлами образуется алкоголят натрия и выделяется водород.

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

3. Реакция с галогеноводородом. В результате реакции образуется галогеноалкан (бромэтан и вода).

C 2 H 5 OH + HBr → C 2 H 5 Br + H 2 O

4. Внутримолекулярная дегидратация происходит при нагревании и под воздействием концентрированной серной кислоты. В результате получается непредельный углеводород и вода.

Н 3 – СН 2 – ОН → СН 2 = СН 2 + Н 2 О

5. Окисление спиртов. При обычной температуре спирты не окисляются. Но при помощи катализаторов и при нагревании окисление происходит.

Многоатомные спирты

Как вещества, содержащие гидроксильные группы, многоатомные спирты имеют химические свойства, схожие со свойствами одноатомных спиртов, но реакция у них идёт сразу по нескольким гидроксильным группам.

Многоатомные спирты вступают в реакцию с активными металлами, с галогеноводородными кислотами, с азотной кислотой.

Получение спиртов

Рассмотрим способы получения спиртов на примере этанола, формула которого С 2 Н 5 ОН.

Наиболее старый из них – отгонка спирта из вина, где он образуется в результате брожения сахаристых веществ. Сырьём для получения этилового спирта служат также крахмалосодержащие продукты, которые с помощью процесса брожения превращают в сахар, который затем сбраживают в спирт. Но производство этилового спирта таким способом требует большого расхода пищевого сырья.

Гораздо совершеннее синтетический способ получения этилового спирта. В этом случае проводят гидратацию этилена водяным паром.

С 2 Н 4 + Н 2 О → С 2 Н 5 ОН

Среди многоатомных спиртов наиболее известен глицерин, который получают расщеплением жиров или синтетическим способом из пропилена, который образуется при высокотемпературной переработке нефти.