Спирты их строение. Классификация и виды водочных спиртов. Что такое этанол и какой питьевой спирт лучше для водки? Спирты в пищевой промышленности

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Спирты – соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп –ОН, связанных с углеводородным радикалом.

В зависимости от числа гидроксильных групп спирты делят на одно- (CH 3 OH — метанол, 2 H 5 OH — этанол), двух- (CH 2 (OH)-CH 2 -OH — этиленгликоль) и трехатомные (CH 2 (OH)-CH(OH)-CH 2 -OH — глицерин). В зависимости от того, при каком углеродном атоме находится гидроксильная группа, различают первичные (R-CH 2 -OH), вторичные (R 2 CH-OH) и третичные спирты (R 3 C-OH). В названии спиртов присутствует суффикс – ол.

Одноатомные спирты

Общая формула гомологического ряда предельных одноатомных спиртов C n H 2 n +1 OH.

Изомерия

Для предельных одноатомных спиртов характерна изомерия углеродного скелета (начиная с бутанола), а также изомерия положения гидроксильной группы (начиная с пропанола) и межклассовая изомерия с простыми эфирами.

СН 3 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -ОН (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 (диэтиловый эфир)

Физические свойства

Низшие спирты (до С 15) – жидкости, высшие – твердые вещества. Метанол и этанол смешиваются с водой в любых соотношениях. С ростом молекулярной массы растворимость спиртов в оде падает. Спирты имеют высокие температуры кипения и плавления за счет образования водородных связей.

Получение спиртов

Получение спиртов возможно с помощью биотехнологического (брожение) способа из древесины или сахара.

К лабораторным способам получения спиртов относятся:

— гидратация алкенов (реакция протекает при нагревании и в присутствии концентрированной серной кислоты)

СН 2 =СН 2 + Н 2 О → СН 3 ОН

— гидролиз алкилгалогенидов под действием водных растворов щелочей

СН 3 Br + NaOH → CH 3 OH + NaBr

СН 3 Br + Н 2 О → CH 3 OH + HBr

— восстановление карбонильных соединений

CH 3 -CH-O + 2[H] → CH 3 – CH 2 -OH

Химические свойства

1. Реакция, протекающие с разрывом связи О-Н:

— кислотные свойства спиртов выражены очень слабо. Спирты реагируют с щелочными металлами

2C 2 H 5 OH + 2K → 2C 2 H 5 OK + H 2

но не реагируют с щелочами. В присутствии воды алкоголяты полностью гидролизуются:

C 2 H 5 OK + Н 2 О → C 2 H 5 OH + KOH

Это означает, что спирты – более слабые кислоты, чем вода

— образование сложных эфиров под действием минеральных и органических кислот:

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

— окисление спиртов под действием дихромата или перманганата калия до карбонильных соединений. Первичные спирты окисляются в альдегиды, которые, в свою очередь, могут окисляться в карбоновые кислоты.

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

Вторичные спирты окисляются в кетоны:

R-CH(OH)-R’ + [O] → R-C(R’)=O

Третичные спирты более устойчивы к окислению.

2. Реакция с разрывом связи С-О.

— внутримолекулярная дегидратация с образованием алкенов (происходит при сильном нагревании спиртов с водоотнимающими веществами (концентрированная серная кислота)):

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

— межмолекулярная дегидратация спиртов с образованием простых эфиров (происходит при слабом нагревании спиртов с водоотнимающими веществами (концентрированная серная кислота)):

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

— слабые основные свойства спиртов проявляются в обратимых реакциях с галогеноводородами:

C 2 H 5 OH + HBr →C 2 H 5 Br + H 2 O

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Определите молярную массу и строение спирта, если известно, что при взаимодействии 7,4 г этого спирта с металлическим натрием выделяется 1,12 л газа (н.у.), а при окислении оксидом меди(II) образуется соединение, которое дает реакцию «серебряного зеркала».

Решение

Составим уравнения реакций спирта ROH с: а) натрием; б) окислителем CuO:

Из уравнения (а) методом отношений определим молярную массу неизвестного спирта:

7,4/2х = 1,12/22,4,

х = М (ROH) = 74 г/моль.

Такую молярную массу имеют спирты С 4 Н 10 О. Причем согласно условию задачи [уравнение (б)] это могут быть первичные спирты – бутанол-1 СН 3 СН 2 СН 2 СН 2 ОН или 2-метилпропанол-1 (СН 3) 2 СНСН 2 ОН.

Ответ

М(С 4 Н 10 О) = 74 г/моль, это бутанол-1 или 2-метилпропанол-1

ПРИМЕР 2

Задание

Какой объем (в л) кислорода (н.у.) потребуется для полного сгорания 31,25 мл этилового спирта (плотность 0,8 г/мл) и сколько граммов осадка получится при пропускании продуктов реакции через известковую воду?

Решение

Найдем массу этанола:

m = ×V = 0,8×31,25 = 25 г.

Количество вещества, соответствующее такой массе:

(С 2 Н 5 ОН) = m/М = 25/46 = 0,543 моль.

Запишем уравнение реакции горения этанола:

Объем кислорода, расходуемого при сгорании этанола:

V (O 2) = 25×3×22,4/46 = 36,5 л.

Согласно коэффициентам в уравнении реакции:

(О 2) = 3 (С 2 Н 5 ОН) = 1,63 моль,

(СО 2) = 2 (С 2 Н 5 ОН) = 1,09 моль.

Содержание статьи

СПИРТЫ (алкоголи) – класс органических соединений, содержащих одну или несколько группировок С–ОН, при этом гидроксильная группа ОН связана с алифатическим атомом углерода (соединения, у которых атом углерода в группировке С–ОН входит в состав ароматического ядра, называются фенолами)

Классификация спиртов разнообразна и зависит от того, какой признак строения взят за основу.

1. В зависимости от количества гидроксильных групп в молекуле спирты делят на:

а) одноатомные (содержат одну гидроксильную ОН-группу), например, метанол СН 3 ОН, этанол С 2 Н 5 ОН, пропанол С 3 Н 7 ОН

б) многоатомные (две и более гидроксильных групп), например, этиленгликоль

HO–СH 2 –CH 2 –OH, глицерин HO–СH 2 –СН(ОН)–CH 2 –OH, пентаэритрит С(СН 2 ОН) 4 .

Соединения, в которых у одного атома углерода есть две гидроксильных группы, в большинстве случаев нестабильны и легко превращаются в альдегиды, отщепляя при этом воду: RCH(OH) 2 ® RCH=O + H 2 O

2. По типу атома углерода, с которым связана группа ОН, спирты делят на:

а) первичные, у которых ОН-группа связана с первичным атомом углерода. Первичным называют атом углерода (выделен красным цветом), связанный всего с одним углеродным атомом. Примеры первичных спиртов – этанол СH 3 –C H 2 –OH, пропанол СH 3 –CH 2 –C H 2 –OH.

б) вторичные, у которых ОН-группа связана с вторичным атомом углерода. Вторичный атом углерода (выделен синим цветом) связан одновременно с двумя атомами углерода, например, вторичный пропанол, вторичный бутанол (рис. 1).

Рис. 1. СТРОЕНИЕ ВТОРИЧНЫХ СПИРТОВ

в) третичные, у которых ОН-группа связана с третичным атомом углерода. Третичный углеродный атом (выделен зеленым цветом) связан одновременно с тремя соседними атомами углерода, например, третичный бутанол и пентанол (рис. 2).

Рис. 2. СТРОЕНИЕ ТРЕТИЧНЫХ СПИРТОВ

В соответствии с типом углеродного атома присоединенную к нему спиртовую группу также называют первичной, вторичной или третичной.

У многоатомных спиртов, содержащих две или более ОН-групп, могут присутствовать одновременно как первичные, так и вторичные НО-группы, например, в глицерине или ксилите (рис. 3).

Рис. 3. СОЧЕТАНИЕ В СТРУКТУРЕ МНОГОАТОМНЫХ СПИРТОВ ПЕРВИЧНЫХ И ВТОРИЧНЫХ ОН-ГРУПП .

3. По строению органических групп, связанных ОН-группой, спирты подразделяют на предельные (метанол, этанол, пропанол), непредельные, например, аллиловый спирт СН 2 =СН–СН 2 –ОН, ароматические (например, бензиловый спирт С 6 Н 5 СН 2 ОН), содержащие в составе группы R ароматическую группу.

Непредельные спирты, у которых ОН-группа «примыкает» к двойной связи, т.е. связана с атомом углерода, участвующим одновременно в образовании двойной связи (например, виниловый спирт СН 2 =СН–ОН), крайне нестабильны и сразу же изомеризуются (см .ИЗОМЕРИЗАЦИЯ) в альдегиды или кетоны :

CH 2 =CH–OH ® CH 3 –CH=O

Номенклатура спиртов.

Для распространенных спиртов, имеющих простое строение, используют упрощенную номенклатуру: название органической группы преобразуют в прилагательное (с помощью суффикса и окончания «овый ») и добавляют слово «спирт»:

В том случае, когда строение органической группы более сложное, используют общие для всей органической химии правила. Названия, составленные по таким правилам, называют систематическими. В соответствии с этими правилами, углеводородную цепь нумеруют с того конца, к которому ближе расположена ОН-группа. Далее используют эту нумерацию, чтобы указать положение различных заместителей вдоль основной цепи, в конце названия добавляют суффикс «ол» и цифру, указывающую положение ОН-группы (рис. 4):

Рис. 4. СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ НАЗВАНИЯ СПИРТОВ . Функциональные (ОН) и замещающие (СН 3) группы, а также соответствующие им цифровые индексы выделены различающимися цветами.

Систематические названия простейших спиртов составляют по тем же правилам: метанол, этанол, бутанол. Для некоторых спиртов сохранились тривиальные (упрощенные) названия, сложившиеся исторически: пропаргиловый спирт НСє С–СН 2 –ОН, глицерин HO–СH 2 –СН(ОН)–CH 2 –OH, пентаэритрит С(СН 2 ОН) 4 , фенетиловый спирт С 6 Н 5 –CH 2 –CH 2 –OH.

Физические свойства спиртов.

Спирты растворимы в большинстве органических растворителей, первые три простейших представителя – метанол, этанол и пропанол, а также третичный бутанол (Н 3 С) 3 СОН – смешиваются с водой в любых соотношениях. При увеличении количества атомов С в органической группе начинает сказываться гидрофобный (водоотталкивающий) эффект, растворимость в воде становится ограниченной, а при R, содержащем свыше 9 атомов углерода, практически исчезает.

Благодаря наличию ОН-групп между молекулами спиртов возникают водородные связи.

Рис. 5. ВОДОРОДНЫЕ СВЯЗИ В СПИРТАХ (показаны пунктиром)

В результате у всех спиртов более высокая температура кипения, чем у соответствующих углеводородов, например, Т. кип. этанола +78° С, а Т. кип. этана –88,63° С; Т. кип. бутанола и бутана соответственно +117,4° С и –0,5° С.

Химические свойства спиртов.

Спирты отличаются разнообразными превращениями. Реакции спиртов имеют некоторые общие закономерности: реакционная способность первичных одноатомных спиртов выше, чем вторичных, в свою очередь, вторичные спирты химически более активны, чем третичные. Для двухатомных спиртов, в том случае, когда ОН-группы находятся у соседних атомов углерода, наблюдается повышенная (в сравнении с одноатомными спиртами) реакционная способность из-за взаимного влияния этих групп. Для спиртов возможны реакции, проходящие с разрывом как С–О, так и О–Н – связей.

1. Реакции, протекающие по связи О–Н.

При взаимодействии с активными металлами (Na, K, Mg, Al) спирты проявляют свойства слабых кислот и образуют соли, называемые алкоголятами или алкоксидами:

2CH 3 OH + 2Na ® 2CH 3 OK + H 2

Алкоголяты химически не стабильны и при действии воды гидролизуются с образованием спирта и гидроксида металла:

C 2 H 5 OК + H 2 O ® C 2 H 5 OH + КOH

Эта реакция показывает, что спирты в сравнении с водой представляют собой более слабые кислоты (сильная кислота вытесняет слабую), кроме того, при взаимодействии с растворами щелочей спирты не образуют алкоголяты. Тем не менее, в многоатомных спиртах (в том случае, когда ОН-группы присоединены к соседним атомам С) кислотность спиртовых групп намного выше, и они могут образовывать алкоголяты не только при взаимодействии с металлами, но и со щелочами:

HO–CH 2 –CH 2 –OH + 2NaOH ® NaO–CH 2 –CH 2 –ONa + 2H 2 O

Когда в многоатомных спиртах НО-группы присоединены к не соседствующим атомам С, свойства спиртов близки к одноатомным, поскольку взаимовлияние НО-групп не проявляется.

При взаимодействии с минеральными или органическими кислотами спирты образуют сложные эфиры – соединения, содержащие фрагмент R–O–A (А – остаток кислоты). Образование сложных эфиров происходит и при взаимодействии спиртов с ангидридами и хлорангидридами карбоновых кислот (рис. 6).

При действии окислителей (К 2 Cr 2 O 7 , KMnO 4) первичные спирты образуют альдегиды, а вторичные – кетоны (рис.7)

Рис. 7. ОБРАЗОВАНИЕ АЛЬДЕГИДОВ И КЕТОНОВ ПРИ ОКИСЛЕНИИ СПИРТОВ

Восстановление спиртов приводит к образованию углеводородов, содержащих то же количество атомов С, что молекула исходного спирта (рис.8).

Рис. 8. ВОССТАНОВЛЕНИЕ БУТАНОЛА

2. Реакции, протекающие по связи С–О.

В присутствии катализаторов или сильных минеральных кислот происходит дегидратация спиртов (отщепление воды), при этом реакция может идти в двух направлениях:

а) межмолекулярная дегидратация с участием двух молекул спирта, при этом связи С–О у одной из молекул разрываются, в результате образуются простые эфиры – соединения, содержащие фрагмент R–О–R (рис. 9А).

б) при внутримолекулярной дегидратации образуются алкены - углеводороды с двойной связью. Часто оба процесса – образование простого эфира и алкена – протекают параллельно (рис. 9Б).

В случае вторичных спиртов при образовании алкена возможны два направления реакции (рис. 9В), преимущественное направление то, при котором в процессе конденсации отщепляется водород от наименее гидрогенизированного атома углерода (отмечен цифрой 3), т.е. окруженного меньшим количеством атомов водорода (в сравнении с атомом 1). Показанные на рис. 10 реакции используют для получения алкенов и простых эфиров.

Разрыв связи С–О в спиртах происходит также при замещении ОН-группы галогеном, или аминогруппой (рис. 10).

Рис. 10. ЗАМЕНА ОН-ГРУППЫ В СПИРТАХ ГАЛОГЕНОМ ИЛИ АМИНОГРУППОЙ

Реакции, показанные на рис. 10, используют для получения галогенуглеводородов и аминов.

Получение спиртов.

Некоторые из показанных выше реакций (рис. 6,9,10) обратимы и при изменении условий могут протекать в противоположном направлении, приводя к получению спиртов, например при гидролизе сложных эфиров и галогенуглеводородов (рис.11А и Б, соответственно), а также гидратацией алкенов – присоединением воды (рис.11В).

Рис. 11. ПОЛУЧЕНИЕ СПИРТОВ ГИДРОЛИЗОМ И ГИДРАТАЦИЕЙ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Реакция гидролиза алкенов (рис. 11, схема В) лежит в основе промышленного производства низших спиртов, содержащих до 4 атомов С.

Этанол образуется и при так называемом спиртовом брожении сахаров, например, глюкозы С 6 Н 12 О 6 . Процесс протекает в присутствии дрожжевых грибков и приводит к образованию этанола и СО 2:

С 6 Н 12 О 6 ® 2С 2 Н 5 ОН + 2СО 2

Брожением можно получить не более чем 15%-ный водный раствор спирта, поскольку при более высокой концентрации спирта дрожжевые грибки погибают. Растворы спирта более высокой концентрации получают перегонкой.

Метанол получают в промышленности восстановлением монооксида углерода при 400° С под давлением 20–30 МПа в присутствии катализатора, состоящего из оксидов меди, хрома, и алюминия:

СО + 2 Н 2 ® Н 3 СОН

Если вместо гидролиза алкенов (рис. 11) проводить окисление, то образуются двухатомные спирты (рис. 12)

Рис. 12. ПОЛУЧЕНИЕ ДВУХАТОМНЫХ СПИРТОВ

Применение спиртов.

Способность спиртов участвовать в разнообразных химических реакциях позволяет их использовать для получения всевозможных органических соединений: альдегидов, кетонов, карбоновых кислот простых и сложных эфиров, применяемых в качестве органических растворителей, при производстве полимеров, красителей и лекарственных препаратов.

Метанол СН 3 ОН используют как растворитель, а также в производстве формальдегида, применяемого для получения фенолформальдегидных смол, в последнее время метанол рассматривают как перспективное моторное топливо. Большие объемы метанола используют при добыче и транспорте природного газа. Метанол – наиболее токсичное соединение среди всех спиртов, смертельная доза при приеме внутрь – 100 мл.

Этанол С 2 Н 5 ОН – исходное соединение для получения ацетальдегида, уксусной кислоты, а также для производства сложных эфиров карбоновых кислот, используемых в качестве растворителей. Кроме того, этанол – основной компонент всех спиртных напитков, его широко применяют и в медицине как дезинфицирующее средство.

Бутанол используют как растворитель жиров и смол, кроме того, он служит сырьем для получения душистых веществ (бутилацетата, бутилсалицилата и др.). В шампунях он используется как компонент, повышающий прозрачность растворов.

Бензиловый спирт С 6 Н 5 –CH 2 –OH в свободном состоянии (и в виде сложных эфиров) содержится в эфирных маслах жасмина и гиацинта. Он обладает антисептическими (обеззараживающими) свойствами, в косметике он используется как консервант кремов, лосьонов, зубных эликсиров, а в парфюмерии - как душистое вещество.

Фенетиловый спирт С 6 Н 5 –CH 2 –CH 2 –OH обладает запахом розы , содержится в розовом масле, его используют в парфюмерии.

Этиленгликоль HOCH 2 –CH 2 OH используют в производстве пластмасс и как антифриз (добавка, снижающая температуру замерзания водных растворов), кроме того, при изготовлении текстильных и типографских красок .

Диэтиленгликоль HOCH 2 –CH 2 OCH 2 –CH 2 OH используют для заполнения тормозных гидравлических приспособлений, а также в текстильной промышленности при отделке и крашении тканей.

Глицерин HOCH 2 –CH(OH)–CH 2 OH применяют для получения полиэфирных глифталевых смол, кроме того, он является компонентом многих косметических препаратов. Нитроглицерин (рис. 6) – основной компонент динамита, применяемого в горном деле и железнодорожном строительстве в качестве взрывчатого вещества.

Пентаэритрит (HOCH 2) 4 С применяют для получения полиэфиров (пентафталевые смолы), в качестве отвердителя синтетических смол, как пластификатор поливинилхлорида, а также в производстве взрывчатого вещества тетранитропентаэритрита.

Многоатомные спирты ксилит НОСН2–(СНОH)3–CН2ОН и сорбит НОСН2– (СНОН)4–СН2OН имеют сладкий вкус, их используют вместо сахара в производстве кондитерских изделий для больных диабетом и людей страдающих от ожирения. Сорбит содержится в ягодах рябины и вишни .

Михаил Левицкий

Определение и классификация спиртов.

Спирты – это органические кислородосодержащие соединения, в молекулах которых имеется одна или несколько гидроксильных групп (–OH), связанных с углеводородным радикалом.

R – OH CH 3 – CH 2 – CH 2 – CH 2 – OH

бутанол -1 (1-бутиловый спирт)

HO – R – OH HO – CH 2 – CH 2 – OH

этандиол -1,2

Спирты – это органические соединения, производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода заменены на гидроксильную группу (–OH).

Классификации спиртов (параллельные) :

I. по углеводородному радикалу (R–):

· предельные (насыщенные) (CH 3 –CH 2 –)

· непредельные (ненасыщенные) (CH 2 =CH–, CH≡C– и т.д.)

· ароматические (C 6 H 5 –CH 2 −).

II. по атомности, т.е. по числу гидроксильных групп ( гидроксильные группы никогда не оказываются присоединёнными к одному и тому же атому углерода):

· одноатомные

· многоатомные:

Двухатомные (гликоли)

Трёхатомные и т.д.

III. Бывают первичные, вторичные и третичные спирты:

· первичные спирты (гидроксильная группа находится у атома углерода, соединённым только с ещё одним атомом углерода),

· вторичные спирты (гидроксильная группа находится у атома углерода, соединённым только с двумя соседними атомами углерода),

· третичные спирты (гидроксильная группа находится у атома углерода, соединённым только с тремя соседними атомами углерода).

Соединения, в которых у одного атома углеродаесть две гидроксильных группы, в большинстве случаев нестабильны и легко превращаются в альдегиды, отщепляя при этом воду:

RCH → RC + H 2 O

а) первичные − в альдегиды

CH 3 −CH=CH–OH → CH 3 –CH 2 −CH=O

б) вторичные – в кетоны

CH 2 =C–OH → CH 3 –C=O

Номенклатура спиртов.

По международной номенклатуре в соответствии с номенклатурой ИЮПАК названия спиртов производят по названию соответствующего углеводорода с добавлением суффикса -ол к названию углеводорода самой длинной углеродной цепи, включающей гидроксильную группу, от которой начинают нумерацию цепи. Далее используют эту нумерацию, чтобы указать положение различных заместителей вдоль основной цепи, а после «ол» и цифру, указывающую положение ОН-группы. Количество гидроксильных групп указывают числом ди-, три- и т.д. (каждую из них нумеруют в конце). Или производят по названию углеводородного радикала с добавлением «-овый» и слова спирт (например, этиловый спирт ). Если спирт непредельный, то указывают после –ен или –ин цифру местоположения кратной связи (минимальную цифру). Как и в других гомологических рядах, каждый член ряда спиртов отличается по составу от предыдущего и последующего членов на гомологическую разность (-СН 2 -).

ормула	Название
систематическое (в соответствии ИЮПАК)	по радикалам, с которыми соединена гидроксильная группа
CH 3 −OH	метанол	метиловый спирт
CH 3 CH 2 −OH	этанол	этиловый спирт
CH 3 CH 2 CH 2 −OH	пропанол-1	пропил-1овый спирт
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 −OH	бутанол-1 (первичный бутанол)	бутил-1овый спирт
CH 3 −CH 2 −CH(OH)–CH 3	бутанол-1 (вторичный бутанол)	бутил-2овый спирт
(CH 3) 2 CHCH 2 −OH	2-метилпропанол-1	2-метил-пропил-1овый спирт
CH 3 −(CH 3)C(OH) –CH 3	2-метилпропанол-2 (третичный бутанол)	2-метил-пропил-2овый спирт
CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 −OH	пентанол-1	пентил-1овый спирт
CH 2 =CH−OH	этенол	виниливый спирт
C 6 H 5 –CH 2 −OH	фенилметанол	бензиловый спирт
HO−CH 2 –CH 2 −OH	этандиол-1,2	этиленгликоль
HO−CH 2 −CH(OH)–CH 2 −OH	пропантриол-1,2,3	глицерин

Изомерия спиртов.

Изомерия углеродного скелета, начиная с C 3

CH 3 –CH 2 –CH 2 −OH CH 3 –CH–OH

пропанол 2-метилэтанол

Изомерия положения

а. положения кратной связи (для непредельных спиртов)

CH 2 =CH–CH 2 –CH 2 −OH CH 3 –CH=CH–CH 2 −OH

бутен-3ол-1 бутен-2ол-1

б. положения заместителей

CH 2 –CH 2 –CH 2 −OH CH 3 –CH–CH 2 −OH

3-хлорпропанол-1 2-хлорпропанол-1

в. положения функциональной (гидроксильной) группы

CH 2 –CH 2 –CH 2 −OH CH 3 –CH–CH 3

пропанол-1(первичный пропанол) пропанол-2 (вторичный пропанол)

Изомерия двух- и трехатомных спиртов определяется взаимным расположением гидроксильных групп.

Пространственная изомерия (для непредельных спиртов)

CH 3 –CH=CH–CH 2 −OH

H 3 C CH 2 −OH H CHO

цис-бутен-2ол-1 транс-бутен-2ол-1

Межклассовая изомерия:

а) с простыми эфирами, начиная с C 2

CH 3 –CH 2 –CH 2 −OH CH 3 –O–CH 2 −CH 3

пропанол-1 метилэтиловый эфир

4. Физические свойства спиртов.

Одноатомные предельные первичные спирты с короткой цепью углеродных атомов – жидкости, а высшие (начиная с С 12 Н 25 ОН) – твёрдые вещества. Спирты растворимы в большинстве органических растворителей. При увеличении количества атомов С в органической группе влияние гидроксильной группы на свойства спиртов уменьшается, начинает сказываться гидрофобный (водоотталкивающий) эффект, растворимость в воде становится ограниченной (а при R, содержащем свыше 9 атомов углерода, практически исчезает), и увеличивается их растворимость в углеводородах. Физические свойства одноатомных спиртов с высокой молекулярной массой оказываются уже очень сходными со свойствами соответствующих углеводородов.

Метанол, этанол, пропанол, а также третичный бутанол – бесцветные жидкости, растворимы в воде в любых соотношениях, имеют спиртовой запах. Метанол – сильный яд. Все спирты ядовиты, обладают наркотическим действием.

Благодаря наличию ОН-групп между молекулами спиртов возникают водородные связи.

H─O - - - H─O - - - H─O - - -

В результате у всех спиртов более высокая температура кипения, чем у соответствующих углеводородов, например, t кип. этанола +78° С, а t кип. этана –88,63° С; t кип. бутанола и бутана соответственно +117,4° С и –0,5° С. И они значительно менее летучи, имеют более высокие температуры плавления и лучше растворимы в воде, чем соответствующие углеводороды; однако различие уменьшается с ростом молекулярной массы.

Таким образом, более высокие температуры кипения спиртов по сравнению с температурами кипения соответствующих углеводородов обусловлены необходимостью разрыва водородных связей при переходе молекул в газовую фазу, для чего требуется дополнительная энергия. С другой стороны, такого типа ассоциация приводит как бы к увеличению молекулярной массы, что естественно, обусловливает уменьшение летучести.

Двухатомные спирты ещё называют гликолями , так как они обладают сладким вкусом, − это характерно для всех многоатомных спиртов. Многоатомные спирты с небольшим числом атомов углерода - это вязкие жидкости, высшие спирты − твёрдые вещества. Некоторые из многоатомных спиртов ядовиты.

Общая формула гомологического ряда предельных одноатомных спиртов - C n H 2n+1 OH. В зависимости от того, при каком углеродном атоме находится гидроксильная группа, различают спирты первичные (RCH 2 -OH), вторичные (R 2 CH-OH) и третичные (R 3 С-ОН). Простейшие спирты:

Первичные:

СН 3 -ОН СН 3 -СН 2 -ОН СН 3 -СН 2 -СН 2 -ОН

метанол этанол пропанол-1

Вторичные Третичный

пропанол-2 буганол-2 2-метилпропанол-2

Изомерия одноатомных спиртов связана со строением углеродного скелета (например, бутанол-2 и 2-метилпропанол-2) и с положением группы ОН (пропанол-1 и пропанол-2).

Номенклатура .

Названия спиртов образуют, добавляя окончание -ол к названию углеводорода с самой длинной углеродной цепью, включающей гидроксильную группу. Нумерацию цепи начинают с того края, ближе к которому расположена гидроксильная группа. Кроме того, широко распространена заместительная номенклатура, по которой название спирта производится от соответствующего углеводородного радикала с добавлением, слова "спирт", например: C 2 H 5 OH - этиловый спирт.

Строение:

Молекулы спиртов имеют угловое строение. Угол R-О-Н в молекуле метанола равен 108,5 0 . Атом кислорода гидроксильной группы находится в sp 3 -гибридизации.

Получение. Свойства

Получение.

1. Самый общий способ получения спиртов, имеющий промышленное значение, - гидратация алкенов. Реакция идет при пропускании алкена с парами воды над фосфорнокислым катализатором:

СН 2 =СН 2 + Н 2 О → СН 3 -СН 2 -ОН.

Из этилена получается этиловый спирт, из пропена - изопропиловый. Присоединение воды идет по правилу Марковникова, поэтому из первичных спиртов по данной реакции можно получить только этиловый спирт.

2. Другой общий способ получения спиртов - гидролиз алкилгалогенидов под действием водных растворов щелочей:

R-Br + NaOH → R-OH + NaBr.

По этой реакции можно получать первичные, вторичные и третичные спирты.

3. Восстановление карбонильных соединений. При восстановлении альдегидов образуются первичный спирты, при восстановлении кетонов - вторичные:

R-CH=O + Н 2 → R-CH 2 -OH, (1)

R-CO-R" + Н 2 → R-CH(OH) -R". (2)

Реакцию проводят, пропуская смесь паров альдегида или кетона и водорода над никелевым катализатором.

4. Действие реактивов Гриньяра на карбонильные соединения.

5. Этанол получают при спиртовом брожении глюкозы:

С 6 Н 12 О 6 → 2С 2 Н 5 ОН + 2СО 2 .

Химические свойства спиртов определяются присутствием в их молекулах гидроксильной группы ОН. Связи С-О и О-Н сильно полярны и способны к разрыву. Различают два основных типа реакций спиртов с участием функциональной группы -ОН:

1) Реакции с разрывом связи О-Н: а) взаимодействие спиртов с щелочными и щелочноземельными металлами с образованием алкоголятов; б) реакции спиртов с органическими и минеральными кислотами с образованием сложных эфиров; в) окисление спиртов под действием дихромата или перманганата калия до карбонильных соединений. Скорость реакций, при которых разрывается связь О-Н, уменьшается в ряду: первичные спирты > вторичные > третичные.

2) Реакции сопровождающиеся разрывом связи С-О: а) каталитическая дегидратация с образованием алкенов (внутримолекулярная дегидратация) или простых эфиров (межмолекулярная дегидратация): б) замещение группы -ОН галогеном, например при действии галогеноводородов с образованием алкилгалогенидов. Скорость реакций, при которых разрывается связь С-О, уменьшается в ряду: третичные спирты > вторичные > первичные. Спирты являются амфотерными соединениями.

Реакции с разрывом связи О-Н.

1. Кислотные свойства спиртов выражены очень слабо. Низшие спирты бурно реагируют со щелочными металлами:

2С 2 Н 5 -ОН + 2K→ 2С 2 Н 5 -ОK + Н 2 , (3)

но не реагируют с щелочами. С увеличением длины углеводородного радикала скорость этой реакции замедляется.

В присутствии следов влаги соли спиртов (алкоголяты) разлагаются до исходных спиртов:

С 2 Н 5 ОK + Н 2 О → С 2 Н 5 ОН + KОН.

Это доказывает, что спирты - более слабые кислоты, чем вода.

2. При действии на спирты минеральных и органических кислот образуются сложные эфиры. Образование сложных эфиров протекает по механизму нуклеофильного присоединения-отщепления:

С 2 Н 5 ОН + СН 3 СООН СН 3 СООС 2 Н 5 + Н 2 О

Этилацетат

C 2 H 5 OH + HONO 2 C 2 H 5 ONO 2 + Н 2 O

Этилнитрат

Отличительной особенностью первой из этих реакций является то, что атом водорода отщепляется от спирта, а группа ОН - от кислоты. (Установлено экспериментально методом "меченых атомов").

3. Спирты окисляются под действием дихромата или перманганата калия до карбонильных соединений. Первичные спирты окисляются в альдегиды, которые, в свою очередь, могут окисляться в карбоновые кислоты:

R-CH 2 -OH → R-CH=O → R-COOH.

Вторичные спирты окисляются в кетоны:

Третичные спирты могут окисляться только с разрывом С-С связей.

Реакции с разрывом связи С-О.

1) Реакции дегидратации протекают при нагревании спиртов с водоотнимающими веществами. При сильном нагревании происходит внутримолекулярная дегидратация с образованием алкенов:

H 2 SO 4 ,t >150°С

СН 3 -СН 2 -СН 2 -ОН → СН 3 -СН=СН 2 + Н 2 О.

При более слабом нагревании происходит межмолекулярная дегидратация с образованием простых эфиров:

H 2 SO 4 ,t< 150°С

2CH 3 -CH 2 -OH → C 2 H 5 -O-C 2 H 5 + H 2 O.

2) Спирты обратимо реагируют с галогеноводородными кислотами (здесь проявляются слабые основные свойства спиртов):

ROH + HCl RCl + Н 2 О

Третичные спирты реагируют быстро, вторичные и первичные - медленно.

Применение. Спирты главным образом используют в промышленности органического синтеза. Этанол - важное сырье пищевой промышленности. Используется в качестве растворителя, в медицине.

Метанол используется для получения формальдегида, пластмасс на основе акриловой кислоты, в качестве растворителя для лаков и красок.

Содержание статьи

Классификация спиртов разнообразна и зависит от того, какой признак строения взят за основу.

1. В зависимости от количества гидроксильных групп в молекуле спирты делят на:

б) многоатомные (две и более гидроксильных групп), например, этиленгликоль

HO–СH 2 –CH 2 –OH, глицерин HO–СH 2 –СН(ОН)–CH 2 –OH, пентаэритрит С(СН 2 ОН) 4 .

2. По типу атома углерода, с которым связана группа ОН, спирты делят на:

Рис. 1. СТРОЕНИЕ ВТОРИЧНЫХ СПИРТОВ

Рис. 2. СТРОЕНИЕ ТРЕТИЧНЫХ СПИРТОВ

Рис. 3. СОЧЕТАНИЕ В СТРУКТУРЕ МНОГОАТОМНЫХ СПИРТОВ ПЕРВИЧНЫХ И ВТОРИЧНЫХ ОН-ГРУПП .

CH 2 =CH–OH ® CH 3 –CH=O

Номенклатура спиртов.

Физические свойства спиртов.

Благодаря наличию ОН-групп между молекулами спиртов возникают водородные связи.

Рис. 5. ВОДОРОДНЫЕ СВЯЗИ В СПИРТАХ (показаны пунктиром)

Химические свойства спиртов.

1. Реакции, протекающие по связи О–Н.

2CH 3 OH + 2Na ® 2CH 3 OK + H 2

C 2 H 5 OК + H 2 O ® C 2 H 5 OH + КOH

HO–CH 2 –CH 2 –OH + 2NaOH ® NaO–CH 2 –CH 2 –ONa + 2H 2 O

При действии окислителей (К 2 Cr 2 O 7 , KMnO 4) первичные спирты образуют альдегиды, а вторичные – кетоны (рис.7)

Рис. 7. ОБРАЗОВАНИЕ АЛЬДЕГИДОВ И КЕТОНОВ ПРИ ОКИСЛЕНИИ СПИРТОВ

Рис. 8. ВОССТАНОВЛЕНИЕ БУТАНОЛА

2. Реакции, протекающие по связи С–О.

Разрыв связи С–О в спиртах происходит также при замещении ОН-группы галогеном, или аминогруппой (рис. 10).

Рис. 10. ЗАМЕНА ОН-ГРУППЫ В СПИРТАХ ГАЛОГЕНОМ ИЛИ АМИНОГРУППОЙ

Реакции, показанные на рис. 10, используют для получения галогенуглеводородов и аминов.

Получение спиртов.

Рис. 11. ПОЛУЧЕНИЕ СПИРТОВ ГИДРОЛИЗОМ И ГИДРАТАЦИЕЙ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

С 6 Н 12 О 6 ® 2С 2 Н 5 ОН + 2СО 2

СО + 2 Н 2 ® Н 3 СОН

Если вместо гидролиза алкенов (рис. 11) проводить окисление, то образуются двухатомные спирты (рис. 12)

Рис. 12. ПОЛУЧЕНИЕ ДВУХАТОМНЫХ СПИРТОВ

Применение спиртов.

Михаил Левицкий