Одноатомні спирти, їх фізичні та хімічні властивості. Органічна хімія

Які у своєму складі містять одну або кілька гідроксильних груп. Залежно кількості груп ВІН ці діляться на одноатомні спирти, триатомні тощо. Найчастіше ці складні речовини розглядають як похідні вуглеводнів, молекули яких зазнали змін, т.к. один або кілька атомів водню замісилися на гідроксильну групу.

Найбільш простими представниками цього класу є одноатомні спирти, загальна формула яких виглядає так: R-OH або

Cn+ H 2n+1OH.

Спирти, що містять до 15 атомів вуглецю – рідини, 15 і більше – тверді речовини.
Розчинність у воді залежить від молекулярної маси, що вона вище, тим спирт гірше розчиняється у воді. Так, нижчі спирти (до пропанолу) поєднуються з водою в будь-яких пропорціях, а вищі практично не розчиняються в ній.
Температура кипіння також зростає із збільшенням атомної маси, наприклад, t кіп. СН3ОН = 65 ° С, а t кип. С2Н5ОН = 78 °С.
Що температура кипіння, тим нижче леткість, тобто. речовина погано випаровується.

Дані фізичні властивості насичених спиртів з однією гідроксильною групою можна пояснити виникненням міжмолекулярного водневого зв'язку між окремими молекулами самої сполуки або спирту та води.

Одноатомні спирти здатні вступати в такі хімічні реакції:

Розглянувши хімічні властивості алкоголів, можна дійти невтішного висновку, що одноатомні спирти - це амфотерні сполуки, т.к. вони можуть реагувати з лужними металами, виявляючи слабкі та з галогенводнями, виявляючи основні властивості. Усі хімічні реакції йдуть із розривом зв'язку О-Н чи С-О.

Таким чином, граничні одноатомні спирти - це складні сполуки з однією групою ВІН, які не мають вільних валентностей після утворення зв'язку С-С і виявляють слабкі властивості і кислот, і основ. За рахунок своїх фізичних та хімічних властивостей вони знайшли широке застосування в органічному синтезі, у виробництві розчинників, добавок до палива, а також у харчовій промисловості, медицині, косметології (етанол).

Спиртами(або алканолами) називаються органічні речовини, молекули яких містять одну або кілька гідроксильних груп (груп-ОН), з'єднаних із вуглеводневим радикалом.

Класифікація спиртів

За кількістю гідроксильних груп(атомності) спирти поділяються на:

Одноатомні, наприклад:

Двохтомні(Гліколі), наприклад:

Трихатомні, наприклад:

За характером вуглеводневого радикалувиділяють такі спирти:

Граничні, що містять в молекулі лише граничні вуглеводневі радикали, наприклад:

Ненасичені, що містять в молекулі кратні (подвійні та потрійні) зв'язки між атомами вуглецю, наприклад:

Ароматичні, Т. е. спирти, що містять в молекулі бензольне кільце і гідроксильну групу, пов'язані один з одним не безпосередньо, а через атоми вуглецю, наприклад:

Органічні речовини, що містять у молекулі гідроксильні групи, пов'язані безпосередньо з атомом вуглецю бензольного кільця, істотно відрізняються за хімічними властивостями від спиртів і тому виділяються в самостійний клас органічних сполук. феноли.

Наприклад:

Існують і поліатомні (багатоатомні спирти), що містять більше трьох гідроксильних груп у молекулі. Наприклад, найпростіший шестиатомний спирт гексаол (сорбіт)

Номенклатура та ізомерія спиртів

При утворенні назв спиртів до назви вуглеводню, відповідного спирту, додають (родовий) суфікс- ол.

Цифрами після суфікса вказують положення гідроксильної групи в головному ланцюзі, а префіксами ді-, три-, тетра-і т.д.-їх число:

У нумерації атомів вуглецю в головному ланцюгу положення гідроксильної групи пріоритетне перед положенням кратних зв'язків:

Починаючи з третього члена гомологічного ряду, у спиртів з'являється ізомерія становища функціональної групи (пропанол-1 і пропанол-2), а з четвертого - ізомерія вуглецевого скелета (бутанол-1, 2-метилпропанол-1). Для них характерна і міжкласова ізомерія - спирти ізомерні простим ефірам:

Давайте дамо назву спирту, формула якого вказана нижче:

Порядок побудови назви:

1. Вуглецевий ланцюг нумерується з кінця, до якого ближче знаходиться група –ОН.
2. Основний ланцюг містить 7 атомів С, отже, відповідний вуглеводень — гептан.
3. Число груп -ВІН дорівнює 2, префікс - «ді».
4. Гідроксильні групи знаходяться при 2 та 3 атомах вуглецю, n = 2 та 4.

Назва спирту: гептандиол-2,4

Фізичні властивості спиртів

Спирти можуть утворювати водневі зв'язки між молекулами спирту, так і між молекулами спирту і води. Водневі зв'язки виникають при взаємодії частково позитивно зарядженого атома водню однієї молекули спирту і частково негативно зарядженого атома кисню іншої молекули. Саме завдяки водневим зв'язкам між молекулами спирти мають аномально високі для своєї молекулярної маси температури кипіння. є газом, а найпростіший із спиртів-метанол,маючи відносну молекулярну масу 32, у звичайних умовах-рідина.

Нижчі та середні члени ряду граничних одноатомних спиртів, що містять від 1 до 11 атомів вуглецю-рідини. Вищі спирти (починаючи з C 12 H 25 OH)при кімнатній температурі – тверді речовини. Нижчі спирти мають алкогольний запах і пекучий смак, вони добре розчиняються у воді. У міру збільшення вуглецевого радикалу розчинність спиртів у воді знижується, а октанол вже не змішується з водою.

Хімічні властивості спиртів

Властивості органічних речовин визначаються їх складом та будовою. Спирти підтверджують загальне правило. Їх молекули включають в себе вуглеводневі і гідроксильні групи, тому хімічні властивості спиртів визначаються взаємодією один на одного цих груп.

Характерні для цього класу сполук властивості обумовлені наявністю гідроксильної групи.

Взаємодія спиртів із лужними та лужноземельними металами.Для виявлення впливу вуглеводневого радикалу на гідроксильну групу необхідно порівняти властивості речовини, що містить гідроксильну групу і вуглеводневий радикал, з одного боку, і речовини, що містить гідроксильну групу і не містить вуглеводневий радикал, з іншого. Такими речовинами можуть бути, наприклад, етанол (або інший спирт) та вода. Водень гідроксильної групи молекул спиртів і молекул води здатний відновлюватися лужними та лужноземельними металами (заміщатися на них)
Взаємодія спиртів із галогеноводородами.Заміщення гідроксильної групи на галоген призводить до утворення галогеналканів. Наприклад:
Ця реакція оборотна.
Міжмолекулярна дегідратаціяспиртів-відщеплення молекули води від двох молекул спиртів при нагріванні у присутності водовіднімних засобів:
Внаслідок міжмолекулярної дегідратації спиртів утворюються прості ефіри.Так, при нагріванні етилового спирту із сірчаною кислотою до температури від 100 до 140°С утворюється діетиловий (сірчаний) ефір.
Взаємодія спиртів з органічними та неорганічними кислотами з утворенням складних ефірів (реакція етерифікації)

Реакція етерифікації каталізується сильними неорганічними кислотами. Наприклад, при взаємодії етилового спирту та оцтової кислоти утворюється етилацетат:
Внутрішньомолекулярна дегідратація спиртіввідбувається при нагріванні спиртів у присутності водовіднімних засобів до вищої температури, ніж температура міжмолекулярної дегідратації. В результаті утворюються алкени. Ця реакція обумовлена наявністю атома водню та гідроксильної групи при сусідніх атомах вуглецю. Як приклад можна навести реакцію отримання етену (етилену) при нагріванні етанолу вище 140°С у присутності концентрованої сірчаної кислоти:
Окислення спиртівзазвичай проводять сильними окислювачами, наприклад дихроматом калію або перманганатом калію в кислому середовищі. При цьому дія окислювача спрямовується на атом вуглецю, який вже пов'язаний з гідроксильною групою. Залежно від природи спирту та умов проведення реакції можуть утворюватись різні продукти. Так, первинні спирти окислюються спочатку в альдегіди, а потім в карбонові кислоти:
При окисненні вторинних спиртів утворюються кетони:

Третичні спирти досить стійкі до окиснення. Однак у жорстких умовах (сильний окислювач, висока температура) можливе окислення третинних спиртів, що відбувається з розривом вуглець-вуглецевих зв'язків, найближчих до гідроксильної групи.
Дегідрування спиртів.При пропущенні парів спирту при 200-300 °С над металевим каталізатором, наприклад міддю, сріблом або платиною, первинні спирти перетворюються на альдегіди, а вторинні - на кетони:
Якісна реакція на багатоатомні спирти.
Присутністю в молекулі спирту одночасно кількох гідроксильних груп зумовлені специфічні властивості багатоатомних спиртів, які здатні утворювати розчинні у воді яскраво-сині комплексні сполуки при взаємодії зі свіжоотриманим осадом міді гідроксиду (II). Для етиленгліколю можна записати:

Одноатомні спирти не здатні вступати до цієї реакції. Тому вона є якісною реакцією на багатоатомні спирти.

Отримання спиртів:

Застосування спиртів

Метанол(метиловий спирт СН 3 ОН) - безбарвна рідина з характерним запахом та температурою кипіння 64,7 °С. Горить трохи блакитним полум'ям. Історична назва метанолу - деревний спирт пояснюється одним із шляхів його одержання способом перегонки твердих порід дерева (грец. methy - вино, сп'яніти; hule - речовина, деревина).

Метанол вимагає обережного поводження з ним. Під дією ферменту алкогольдегідрогенази він перетворюється в організмі на формальдегід та мурашину кислоту, які ушкоджують сітківку ока, викликають загибель зорового нерва та повну втрату зору. Попадання в організм понад 50 мл метанолу спричиняє смерть.

Етанол(етиловий спирт С 2 Н 5 ОН) - безбарвна рідина з характерним запахом та температурою кипіння 78,3 °С. Горючий. Змішується з водою у будь-яких співвідношеннях. Концентрацію (міцність) спирту зазвичай виражають у об'ємних відсотках. "Чистим" (медичним) спиртом називають продукт, отриманий з харчової сировини і містить 96% (за обсягом) етанолу та 4% (за обсягом) води. Для отримання безводного етанолу – «абсолютного спирту» цей продукт обробляють речовинами, що хімічно зв'язують воду (оксид кальцію, безводний сульфат міді (II) та ін.).

Для того щоб зробити спирт, що використовується в технічних цілях, непридатним для пиття, в нього додають невеликі кількості отруйних речовин, що важко поділити, погано пахнуть і мають огидний смак речовин і підфарбовують. Спирт, що містить такі добавки, називають денатурованим, або денатуратом.

Етанол широко використовується в промисловості для виробництва синтетичного каучуку, лікарських препаратів, застосовується як розчинник, що входить до складу лаків та фарб, парфумерних засобів. У медицині етиловий спирт - найважливіший дезінфікуючий засіб. Використовується для приготування алкогольних напоїв.

Невелика кількість етилового спирту при попаданні в організм людини знижує больову чутливість і блокує процеси гальмування в корі головного мозку, викликаючи стан сп'яніння. На цій стадії дії етанолу збільшується водовідділення у клітинах і, отже, прискорюється сечоутворення, внаслідок чого відбувається зневоднення організму.

З іншого боку, етанол викликає розширення кровоносних судин. Посилення потоку крові в шкірних капілярах призводить до почервоніння шкіри та відчуття теплоти.

У великих кількостях етанол пригнічує діяльність мозку (стадія гальмування), викликає порушення координації рухів. Проміжний продукт окиснення етанолу в організмі - ацетальдегід - вкрай отруйний і викликає тяжке отруєння.

Систематичне вживання етилового спирту і напоїв, що містять його, призводить до стійкого зниження продуктивності роботи головного мозку, загибелі клітин печінки та заміни їх сполучною тканиною - цирозу печінки.

Етандіол-1,2(етиленгліколь) - безбарвна в'язка рідина. Отруйний. Необмежено розчинний у воді. Водні розчини не кристалізуються при температурах значно нижче О °С, що дозволяє застосовувати його як компонент незамерзаючих рідин, що охолоджують, - антифризів для двигунів внутрішнього згоряння.

Пролактріол-1,2,3(гліцерин) - в'язка сироподібна рідина, солодка на смак. Необмежено розчинний у воді. Нелетючий. Як складова частина складних ефірів входить до складу жирів і масел.

Широко використовується в косметиці, фармацевтичній та харчовій промисловості. У косметичних засобах гліцерин грає роль пом'якшуючого та заспокійливого засобу. Його додають до зубної пасти, щоб запобігти її висиханню.

До кондитерських виробів гліцерин додають для запобігання їх кристалізації. Їм обприскують тютюн, у цьому випадку він діє як зволожувач, що запобігає висиханню тютюнового листя та їх розкришування до переробки. Його додають до клеїв, щоб захистити їх від занадто швидкого висихання, і до пластиків, особливо целофану. В останньому випадку гліцерин виконує функції пластифікатора, діючи на зразок мастила між полімерними молекулами і таким чином надаючи пластмасам необхідну гнучкість і еластичність.

ВИЗНАЧЕННЯ

Спирти– сполуки, що містять одну або кілька гідроксильних груп –ОН, пов'язаних із вуглеводневим радикалом.

Загальна формула гомологічного ряду граничних одноатомних спиртів CnH2n+1OH. У назві спиртів є суфікс – ол.

Залежно від числа гідроксильних груп спирти ділять на одно-(CH 3 OH - метанол, C 2 H 5 OH - етанол), двох- (CH 2 (OH)-CH 2 -OH - етиленгліколь) і триатомні (CH 2 (OH )-CH(OH)-CH 2 -OH - гліцерин). Залежно від того, при якому вуглецевому атомі знаходиться гідроксильна група, розрізняють первинні (R-CH 2 -OH), вторинні (R 2 CH-OH) та третинні спирти (R 3 C-OH).

Для граничних одноатомних спиртів характерна ізомерія вуглецевого скелета (починаючи з бутанолу), а також ізомерія положення гідроксильної групи (починаючи з пропанолу) та міжкласова ізомерія з простими ефірами.

СН 3 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -ВІН (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 (діетиловий ефір)

Хімічні властивості спиртів

1. Реакція, що протікають з розривом зв'язку О-Н:

кислотні властивості спиртів виражені дуже слабо. Спирти реагують із лужними металами

2C 2 H 5 OH + 2K → 2C 2 H 5 OK + H 2

але не реагують із лугами. У присутності води алкоголяти повністю гідролізуються:

C 2 H 5 OK + Н 2 О → C 2 H 5 OH + KOH

Це означає, що спирти – слабші кислоти, ніж вода

- утворення складних ефірів під дією мінеральних та органічних кислот:

CH 3 -CO-OH + H-OCH 3 ↔ CH 3 COOCH 3 + H 2 O

- Окислення спиртів під дією дихромату або перманганату калію до карбонільних сполук. Первинні спирти окислюються в альдегіди, які, своєю чергою, можуть окислюватися в карбонові кислоти.

R-CH 2 -OH + [O] → R-CH = O + [O] → R-COOH

Вторинні спирти окислюються в кетони:

R-CH(OH)-R' + [O] → R-C(R') = O

Третичні спирти стійкіші до окислення.

2. Реакція із розривом зв'язку С-О.

- внутрішньомолекулярна дегідратація з утворенням алкенів (відбувається при сильному нагріванні спиртів з водовіднімними речовинами (концентрована сірчана кислота)):

CH 3 -CH 2 -CH 2 -OH → CH 3 -CH = CH 2 + H 2 O

- міжмолекулярна дегідратація спиртів з утворенням простих ефірів (відбувається при слабкому нагріванні спиртів з водовіднімними речовинами (концентрована сірчана кислота)):

2C 2 H 5 OH → C 2 H 5 -O-C 2 H 5 + H 2 O

- слабкі основні властивості спиртів проявляються у оборотних реакціях з галогеноводородами:

C 2 H 5 OH + HBr →C 2 H 5 Br + H 2 O

Фізичні властивості спиртів

Нижчі спирти (до 15) – рідини, вищі – тверді речовини. Метанол та етанол змішуються з водою у будь-яких співвідношеннях. Зі зростанням молекулярної маси розчинність спиртів у одязі падає. Спирти мають високі температури кипіння та плавлення за рахунок утворення водневих зв'язків.