Предельные одноатомные спирты

Цели: 1.Изучить строение, свойства, получение и применение спиртов; 2.Уметь составлять уравнения химических реакций, характеризующих химические свойства спиртов. 3.Уметь применять теоретические знания в осуществлении цепочек превращений и в выполнении тестовых заданий по подготовке учащихся к ЕГЭ по химии.

План: 1.Классификация спиртов. 2.Гомологический ряд. Номенклатура. Изомерия. 3.Способы получения. 4.Строение молекулы спиртов. 5.Химические свойства спиртов. 6.Применение спиртов.

Спиртами называют производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены гидроксильными группами.

1. По числу гидроксильных групп (атомность) спирты подразделяются на одноатомные (одна группа -ОН) и многоатомные (две и более групп -ОН). Современное название многоатомных спиртов - полиолы (диолы, триолы ит.д). Примеры: двухатомный спирт – этиленгликоль (этандиол) HO–СH 2 –CH 2 –OH трехатомный спирт – глицерин (пропантриол-1,2,3) HO–СH 2 –СН(ОН)–CH 2 –OH ; HO–СH 2 –(СНОН) 4 –CH 2 –OH сорбит

2. По строению радикалов, связанных с атомом кислорода, различают спирты: предельные, или алканолы (например, СH 3 CH 2 –OH) непредельные, или алкенолы (CH 2 =CH–CH 2 –OH) аллиловый спирт. ароматические (C 6 H 5 CH 2 –OH). Бензиловый спирт. 3. Низшие и высшие спирты (от количества атомов углерода входящих в состав спирта) до С10 – низшие, свыше С10 – высшие. (С 12 H 25 –OH – лауриловый, С 16 H 33 –OH – цетиловый спирт.

Спирты могут быть первичными, вторичными или третичными в зависимости от того, при каком атоме углерода находится гидроксильная группа.

Гомологический ряд. С n H 2n+1 OH; С n H 2n+2 O; R-OH - общая формула CH 3 -OH – метанол, СH 4 O СH 3 - CH 2 - OH – этанол, С 2 H 6 O СH 3 - CH 2 -СH 2 - OH – пропанол, С 3 H 8 O СH 3 - CH 2 -СH 2 - СH 2 - OH- бутанол, С 4 H 10 O СH 3 - CH 2 -СH 2 - СH 2 - СH 2 - OH- пентанол, С 5 H 12 O (амиловый спирт). СH 3 - CH 2 -СH 2 - СH 2 - СH 2 - СH 2 - OH- гексанол. С 6 H 14 O

Номенклатура 1.Тривиальная 2. Рациональная 3. Систематическая 2.C 6 H 5 - CH-CH 2 -CH=CH2 1-фенилбутен-3-ол-1 OH аллилфенилкарбинол CH 3 -CH(CH 3 )-CH 2 -OH- изопропилкарбинол 1.CH 3 - CH-CH 2 -CH 3 метилэтилкарбинол. OH

изомерия положения ОН - группы, (начиная с С 3) ; углеродного скелета, (начиная с С 4 ); межклассовая изомерия с простыми эфирами. Например, одну и ту же молекулярную формулу С 2 H 6 O имеют: СН 3 CH 2 –OHиCH 3 –O–CH 3 этиловый спирт диметиловый эфир CH 3 - CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -OH CH 3 - CH-CH 2- CH 2 -CH 3 OH CH 3 - CH 2 -CH-CH 2 -OH CH 3

Способы получения предельных одноатомных спиртов. 1.Гидратацией алкенов. 2.Из природного газа. Смесь метана с водяным паром пропускают над катализатором.

3. Ферментативный синтез этанола. Этанол получают при брожении сахаров, вызываемом ферментами: Лабораторные способы: 1. Гидролиз галогеналканов – под действием водных растворов щелочей. СН 3 – СН 2 – Cl +NaOHCH 3 -CH 2 -OH+NaCl 2. Из сложных эфиров – при кипячении с разбавленной кислотой или щелочью образуется карбоновая кислота или её соль и спирт. СH 3 -COOC 2 H 5 + KOH CH 3 – COOK + C 2 H 5 OH

3. Восстановлением альдегидов, кетонов, карбоновых кислот. СН 3 – СО – СН 3 + Н 2 СН 3 – СНОН – СН 3 4.Взаимодействие альдегидов и кетонов с реактивом Гриньяра. Н – СОН + R – MgCl R – CH 2 – OMgCl + H 2 O R – CH 2 OH + MgOHCl

Следствием полярности связи О–Н и наличия неподеленных пар электронов на атоме кислорода является способность гидроксисоединений к образованию водородных связей R R R H O: - H + O: - H + O: Это объясняет, почему даже низшие спирты - жидкости с относительно высокой температурой кипения (т.кип. метанола +64,5 С). При испарении жидкости водородные связи между молекулами разрываются. Низшие спирты хорошо растворимы в воде. Поэтому молекулы спиртов образуют водородные связи с молекулами воды.

Спирты от С1 до С12 по агрегатному состоянию – жидкости, высшие спирты – твердые вещества. В отличие от углеводородов спиртов нет в газообразном состоянии. Это связано с образованием водородных связей. Спирты – растворители. С увеличением относительной молекулярной массы растворимость спиртов уменьшается. Твердые спирты в воде не растворимы. Температура кипения спиртов выше чем у углеводородов.

Строение молекулы спиртов CH 3 -CH 2 OH H-O-H Атом кислорода наиболее электроотрицателен по сравнению с углеродом и водородом, поэтому связи C-O и O-H ковалентные полярные. Более полярна связь в гидроксильной группе. При химических реакциях она может гетеролитический разрываться с отщеплением катиона водорода. Легкость разрыва связи кислород-водород в гидроксидах зависит от природы и степени окисления атома, связанного с группой OH. Чем выше элекроотрицательность и степень окисления этого атома, тем сильнее кислотные свойства.

Невысокая Э.О. углерода и положительный индуктивный эффект этильной группы приводят к тому, что спирты проявляют более слабые кислотные свойства даже по сравнению с водой. Вывод: спирты проявляют очень слабые кислотные свойства, способны вступать в реакции нуклеофильного замещения, элиминирования, окисления.

Общая характеристика: соединения реакционноспособны благодаря наличию двух ковалентных связей O-H; C-O. Можно выделить следующие типы реакции: с разрывом связи O-H и C-O.

Реакции замещения водорода функциональной группы Реакции замещения функциональной группы Реакции элиминирования Реакции окисления Реакции этерификации

Одноатомные спирты реагируют с активными металлами (Na, K, Mg, Al и др), образуя соли - алкоголяты (алкоксиды): 2R–OH + 2K 2RO– K + H 2 2C 2 H 5 OH + 2Na 2C 2 H 5 O– Na + H 2 этилат натрия

Реакции взаимодействия спиртов с щелочными и щелочноземельными металлами протекает медленно чем с водой т.к. кислотные свойства выражены очень слабо. С увеличением углеводородного радикала, скорость этой реакции замедляется. В присутствии воды алкаголяты подвергаются гидролизу. C 2 H 5 ONa + H 2 O C 2 H 5 OH + NaOH Это доказывает, что спирты более слабые кислоты, чем вода.

Спирты взаимодействуют с минеральными и органическими кислотами, образуя сложные эфиры: (реакция этерификации). (H+) R–O–H + HO–C–R' R–O–C–R' + H 2 O спирт O кислотасложный эфир Примеры: CH 3 –O–H + HO–СO–CH 3 CH 3 –OСOCH 3 + H 2 O метанол уксусная кислота метилацетат C 2 H 5 –O–H + HO–NO 2 C 2 H 5 –O–NO 2 + H 2 O этанол этилнитрат

Замещение гидроксила ОН на галоген происходит в реакции спиртов с галогеноводородами в присутствии катализатора – сильной минеральной кислоты (например, конц. H 2 SO 4 ). (H+) C 2 H 5 OH + HBr C 2 H 5 Br + H 2 O этилбромид Механизм реакции – нуклеофильное замещение (S N ). Нуклеофил – бромид-анион Br – – замещает группу ОН –. Реакционная способность ROH возрастает в ряду: CH 3 OH < первичные < вторичные < третичные.

2. Взаимодействие с галогенидами фосфора. C 2 H 5 OH + PCl 5 C 2 H 5 Cl + POCl 3 + HCl хлорокись фосфора 3C 2 H 5 OH + PBr 3 3C 2 H 5 Br +H 3 PO 3 C 2 H 5 OH + SOCl 2 C 2 H 5 Cl + SO 2 + HCl хлористый тионил

Окисление спиртов. 1.Горение спиртов. Спирты горят на воздухе бледно – голубым пламенем. Спирты с большей молекулярной массой горят светящимся пламенем и после сгорания остается черный налет. 2.C 2 H 5 OH + 3O 2 2CO 2 +3H 2 O + Q 3.Качественная реакция на спирты. 4.СH 3 -CH 2 -OH+CuOCH 3 -COH + Cu +H 2 O 5.CH 3 -CHOH-CH 3 +[O] CH 3 -CO-CH 3 +H 2 O

Иодоформная реакция Ее проводят с помощью раствора – реактива Люголя, который получают растворением иода в растворе иодида калия. На первой стадии происходит окисление этилового спирта до уксусного альдегида. CH 3 -CH 2 -OH + I 2 CH 3 -COH +2HI 2 cтадия. Замещение атомов водорода метильной группы на атомы иода: CH 3 -COH + 3I 2 I 3 C-COH +3HI 3.В щелочной среде трииодацетальдегид разлагается на иодоформ и формиат натрия: I 3 C-COH + NaOHCHI 3 + HCOONa Признак наличия этанола – помутнение смеси и характерный запах иодоформа CHI 3.

При действии окислителей (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7 +H 2 SO 4, O 2 +катализатор) группа >СH–О–Н превращается в карбонильную группу >С=О, а гидроксисоединение – в карбонильное соединение. Первичные спирты при окислении образуют альдегиды, которые затем легко окисляются до карбоновых кислот: [O] [O] R–СН 2 –OH R–СН=O R–СOOH -H 2 Oальдегидкарбоновая кислота Например, окисление этилового спирта K 2 Cr 2 O 7 / H 2 SO 4 : 3C 2 H 5 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 3CH 3 COOH + 2Cr 2 (SO 4 ) 3 + 2K 2 SO H 2 O При окислении вторичных спиртов образуются кетоны: [O] R CH R' R C R' | -H 2 O || OH O

Дописать уравнения реакции. CH 3 - CH 2 -OH + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 CH 3 - CH 2 -OH + KMnO 4 +H 2 SO 4

Внутримолекулярная дегидратация спиртов с образованием алкенов идет в присутствии концентрированной серной кислоты при нагревании выше 140 С. Например: H 2 SO 4 CH 3 CH CH 2 CH 3 CH=CH 2 + H 2 O | | t > 140 C H OH H 2 SO 4 CH 3 CH CH CH 3 CH 3 CH=CH CH 3 + H 2 O | | t > 140 C бутен-2 H OH Межмолекулярная дегидратация с образованием простых эфиров (при нагревании ниже 140 С):простых эфиров C 2 H 5 OH + HOC 2 H 5 C 2 H 5 -O-C 2 H 5 + H 2 O

Каталитическое дегидрирование спиртов. CH 3 -CH 2 -OHCH 3 -COH +H 2 CH 3 -CH-OH-CH 3 CH 3 -CO-CH 3 + H 2

Метанол CH 3 OH -производство формальдегида, муравьиной кислоты; - растворитель. Этанол С 2 Н 5 ОН (этиловый спирт) - производство ацетальдегида, уксусной кислоты, бутадиена, простых и сложных эфиров; - растворитель для красителей, лекарственных и парфюмерных средств; - производство ликеро-водочных изделий; - дезинфицирующее средство в медицине; - горючее для двигателей, добавка к моторным топливам.

Ядовитость спиртов. Метиловый спирт – сильный яд! Несколько граммов его, попав в организм человека, вызывает слепоту, а большее количество приводит к смерти. Поэтому метиловый спирт, используемый для технических нужд, объязательно должен носить название метанол – яд. Этиловый спирт(этанол) – бесцветная жидкость с характерным запахом. Спирт, содержащий 4-5% воды, называют ректификатом, а только доли процента – абсолютным спиртом. Этиловый спирт, получаемый брожением сахаристых веществ (в присутствии ферментов, например, дрожжей) называют пищевым или винным спиртом. Спирт, получаемый из глюкозы, которую получают гидролизом целлюлозы, называют гидролизным. Этиловый спирт – сильный наркотик. Спирт, применяемый для технических целей, специально загрязняют дурнопахнущими веществами. Такой спирт называют денатуратом.

Очень часто алкоголь является причиной смертельных отравлений. Особенно опасны всевозможные зарубежные и отечественные суррогаты (заменители) винно- водочного производства.