Которые в своем составе содержат одну или несколько гидроксильных группу. В зависимости от количества групп ОН эти делятся на одноатомные спирты, трехатомные и т.д. Чаще всего эти сложные вещества рассматривают как производные углеводородов, молекулы которых претерпели изменения, т.к. один или несколько атомов водорода заместились на гидроксильную группу.

Наиболее простыми представителями данного класса являются одноатомные спирты, общая формула которых выглядит так: R-OH или

Cn+ H 2n+1OH.

1. Спирты, содержащие до 15 атомов углерода - жидкости, 15 и более - твердые вещества.
2. Растворимость в воде зависит от молекулярной массы, чем она выше, тем спирт хуже растворяется воде. Так, низшие спирты (до пропанола) смешиваются с водой в любых пропорциях, а высшие практически не растворимы в ней.
3. Температура кипения также возрастает с увеличением атомной массы, например, t кип. СН3ОН= 65 °С, а t кип. С2Н5ОН =78 °С.
4. Чем выше температура кипения, тем ниже летучесть, т.е. вещество плохо испаряется.

Данные физические свойства насыщенных спиртов с одной гидроксильной группой можно объяснить возникновением межмолекулярной водородной связи между отдельными молекулами самого соединения или спирта и воды.

Одноатомные спирты способны вступать в такие химические реакции:

Рассмотрев химические свойства алкоголей, можно сделать вывод, что одноатомные спирты - это амфотерные соединения, т.к. они могут реагировать с щелочными металлами, проявляя слабые и с галогенводородами, проявляя основные свойства. Все химические реакции идут с разрывом связи О-Н или С-О.

Таким образом, предельные одноатомные спирты - это сложные соединения с одной группой ОН, не имеющие свободных валентностей после образования связи С-С и проявляющие слабо свойства и кислот, и оснований. За счет своих физических и химических свойств они нашли широкое применение в органическом синтезе, в производстве растворителей, добавок к топливу, а также в пищевой промышленности, медицине, косметологии (этанол).

Предельные одноатомные спирты

Номенклатура. Для названия спиртов используют рациональную и систематическую номенклатуры.

По рациональной номенклатуре названия спиртов образуются от названия соответствующего радикала, связанного с гидроксильной группой и добавлением слова «спирт».

По систематической номенклатуре название дается от названия углеводорода с добавлением суффикса –ол.

Изомерия в спиртах обусловлена изменениями в структуре углеводородного скелета и положением ОН- группы.

Способы получения спиртов. Существуют различныеспособы получения спиртов. Здесь приводятся лишь некоторые из них.

1. Ферментивный гидролиз и брожение углеводов. По этому способу этиловый спирт получают из продуктов, содержащих глюкозу или другие сахара. При брожении глюкозы под действием ферментов дрожжей образуется этанол:

Брожение фруктовых соков, особенно виноградного, дает спиртовые растворы с содержанием этанола 10 – 15 %, которые называют винами.

Для получения этанола в больших количествах в качестве исходного вещества берется более дешевый углевод – крахмал. Образование спирта из крахмалсодержащих продуктов складывается из следующих стадий:

а) осахаривание крахмала:

Процесс образования мальтозы протекает под действием фермента амилазы, содержащегося в солоде - проросших и высушенных зернах ячменя.

б) брожение осахаренного раствора. Этот процесс протекает под действием ферментов, которые содержатся в дрожжах:

Обе стадии являются результатом совместного действия самых различных ферментов, содержащихся в дрожжах. Эти ферменты называют еще энзимы. Полученный в результате брожения раствор содержит 18 % этанола. Эту смесь подвергают перегонке и получают спирт-сырец с содержанием этанола 90 %. Дополнительная перегонка дает спирт-ректификат с содержанием этанола 95,5 %. Абсолютный спирт (100% этанола) можно получить путем азеотропной перегонки с бензолом.

В процессе брожения наряду с этанолом получаются сивушные масла, которые понижают качество спирта. Они представляют собой смесь изомерных спиртов с числом углеродных атомов С 3 - С 5 .

Сивушные масла получаются за счет разложения белковых компонентов входящих в состав исходного крахмалсодержащего сырья.

Этанол, полученный по этой технологии, после дополнительной очистки, используется для изготовления алкогольной продукции. Если в качестве исходного сырья, вместо крахмала, использовать целлюлозу, то получают «гидролизный» спирт, который используют только для технических нужд. Процесс получения этанола из целлюлозы складывается из следующих стадий:

а) гидролиз целлюлозы:

б) брожение под действием ферментов дрожжей:

С 6 Н 12 О 6 ® 2С 2 Н 5 ОН + 2СО 2

В качестве исходного сырья используются отходы деревоперерабатывающей промышленности и гидролиз проводят в жестких условиях в присутствии H 2 SO 4 .

2. Гидратация алкенов. В присутствии катализаторов олифины присоединяют воду, образуя спирты. Присоединение воды к несимметричным алкенам происходит по правилу Морковникова с образованием вторичных и третичных спиртов.

3. Гидролиз галогенпроизводных:

4. Восстановление альдегидов и кетонов:

Восстановление альдегидов дает первичные спирты, восстановление кетонов – вторичные.

5. Восстановление сложных эфиров:

6. Гидролиз сложных эфиров. Реакция обратима и требует регулирования для повышения выхода спиртов:

7. Синтез альдегидов через металлоорганические соединения:

Химические свойства спиртов. Основным структурным элементом, определяющим реакционную способность спиртов является гидроксогруппа. Основными направлениями реакционной способности являются реакции с разрывом связей по направлениям I и II. Акцепторные свойства кислорода обеспечивают высокую полярность связей по этим направлениям.

I направление.

За счет полярности связи О-Н спирты обладают определенной кислотностью и диссоциируют по схеме:

Большей кислотностью обладают первичные спирты, меньшей – третичные и соблюдается последовательность:

Меньшая кислотность третичных спиртов обясняется положительными индукционными эффектами алкильных групп, которые увеличивают электронную плотность на углероде и кислороде.

1. Взаимодействие с металлами:

2. Реакция этерификации:

3. Реакции окисления. В зависимости от природы спирта реакции окисления протекают по-разному. Эти реакции могут проходить как реакции дегидрирования и как реакции окисления. Окисление первичных спиртов дает альдегиды:

Окисление вторичных спиртов дает кетоны:

Третичные спирты окисляются с разрывом углеводородной цепочки и образованием смеси кислот и кетонов:

II направление.

1. Гидрогалогенирование спиртов. Реакцию проводят в присутствии водоотнимающих веществ:

Реакционная способность спиртов изменяется в последовательности:

третичный > вторичный > первичный

2. Взаимодействие с галогенидами фосфора:

3. Внутримолекулярная и межмолекулярная дегидратация спиртов. В жестких условиях, при t > 180 0 С, проходит внутримолекулярная дегидратация в соответствии с правилом Зайцева:

В мягких условиях идет межмолекулярная дегидратация с образованием эфиров:

Физические свойства спиртов и их применение. Спирты с числом углеродных атомов С 1 – С 10 – жидкости, выше – твердые вещества. Растворимость спиртов с увеличением молекулярной массы понижается, температура кипения увеличивается. Аномально высокие температуры кипения для спиртов объясняяются возможностью образования ассоциатов за счет водородных связей

Спирты изостроения имеют более высокие температуры кипения, чем спирты нормального строения.

Метанол. Основное его количество получали путем сухой перегонки древесины. В настоящее время в промышленности метанол получают по следующей схеме:

Метанол имеет широкое и разностороннее применение. Значительные количества его потребляются для получения формальдегида, метиламина, красителей, фармакологических препаратов. Метанол – хороший растворитель и используется для растворения щелочи, употребляется для очистки бензинов, в лакокрасочной промышленности и др. Надо помнить, что метанол – сильнейший яд, вызывающий слепоту и паралич.

Коварность метилового спирта состоит в том, что он очень похож на этанол.

Этанол. Используется в пищевой промышленности для изготовления ликеро-водочной продукции, для получения сложных эфиров, применяемых в кондитерском производстве. В парфюмерии этанол используют как растворитель. Его содержание в кремах – 5-10 %, лосьонах – 10 – 60%, дезодорантах – до 80%).

Высокомолекулярные первичные спирты.

Цетиловый спирт (С 15 Н 31 СН 2 ОН) в составе сложного эфира входит в состав спермацета, выделяемого из черепных костей китов. Спермацет используется в парфюмерии и получении синтетических моющих средств.

Мирициловый спирт (С 30 Н 61 -СН-ОН) в связанном состоянии входит в состав пчелиного воска:

Двухатомные спирты (гликоли)

Двухатомные спирты содержат в своем составе две гидроксильные группы. Общая формула гликолей С n H 2 n (OH) 2 .

По систематической номенклатуре названия двухатомных спиртов образуются от названия соответствующих алканов с прибавлением окончания «диол», положение -ОН групп указывается цифрами

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Предельные одноатомные спирты можно рассматривать как производные углеводородов ряда метана, в молекулах которых один атом водорода замещен на гидроксильную группу.

Итак, предельные одноатомные спирты состоят из углеводородного радикала и функциональной группы -OH. В названиях спиртов гидроксильная группа обозначается суффиксом -ол.

Общая формула предельных одноатомных спиртов C n H 2 n +1 OH или R-OH или C n H 2 n +2 O. Молекулярная формула спирта не отражает строения молекулы, поскольку одной и той же брутто-формуле могут соответствовать два абсолютно разных вещества, например молекулярная формула C 2 H 5 OH является общей и для этилового спирта и для ацетона (диметилкетона):

CH 3 -CH 2 -OH (этанол);

CH 3 -O-CH 3 (ацетон).

Так же как и углеводороды ряда метана предельные одноатомные спирты образуют гомологический ряд метанола.

Составим этот ряд гомологов и рассмотрим закономерности изменения физических свойств соединений этого ряда в зависимости от увеличения углеводородного радикала (табл. 1).

Гомологический ряд (неполный) предельных одноатомных спиртов

Таблица 1. Гомологический ряд (неполный) предельных одноатомных спиртов.

Предельные одноатомные спирты легче воды, поскольку их плотность меньше единицы. Низшие спирты смешиваются с водой во всех отношениях, с увеличением углеводородного радикала эта способность уменьшается. Большинство спиртов хорошо растворимы в органических растворителях. Спирты имеют более высокие температуры кипения и плавления, чем соответствующие углеводороды или галогенпроизводные, что обусловлено возможностью образования ими межмолекулярных связей.

Важнейшими представителями предельных одноатомных спиртов являются метанол (CH 3 OH) и этанол (C 2 H 5 OH).

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

Спирты - крупная группа органических химических веществ. Она включает подклассы одноатомных и многоатомных спиртов, а также все вещества комбинированного строения: альдегидоспирты, производные фенола, биологические молекулы. Эти вещества вступают в множество типов реакций как по гидроксильной группе, так и по атому углерода, несущему ее. Эти химические свойства спиртов следует изучить детально.

Виды спиртов

В веществах спиртов содержится гидроксильная группа, присоединенная к несущему углеродному атому. В зависимости от количества атомов углерода, с которыми соединен несущий С, спирты делятся на:

• первичные (соединенные с концевым углеродом);
• вторичные (соединены с одной гидроксильной группой, одним водородом и двумя углеродными атомами);
• третичные (соединены с тремя углеродными атомами и одной гидроксильной группой);
• смешанные (многоатомные спирты, в которых имеются гидроксильные группы у вторичных, первичных или третичных углеродных атомов).

Также спирты делятся в зависимости от количества гидроксильных радикалов на одноатомные и многоатомные. Первые содержат только одну гидроксильную группу у несущего углеродного атома, к примеру, этанол. Многоатомные спирты содержат две и более гидроксильные группы у разных несущих углеродных атомов.

Химические свойства спиртов: таблица

Наиболее удобно подать интересующий нас материал посредством таблицы, которая отражает общие принципы реакционной способности спиртов.

Реакционная способность спиртов

Благодаря наличию в молекуле одноатомного спирта углеводородного радикала - связи С-О и связи О-Н - данный класс соединений вступает в многочисленные химические реакции. Они определяют химические свойства спиртов и зависят от реакционной способности вещества. Последняя, в свою очередь, зависит от длины углеводородного радикала, присоединенного у несущему углеродному атому. Чем он больше, тем ниже полярность связи О-Н, из-за чего реакции, идущие с отщеплением водорода от спирта, будет протекать медленнее. Это же снижает константу диссоциации упомянутого вещества.

Химические свойства спиртов также зависят от количества гидроксильных групп. Одна смещает электронную плотность на себя вдоль сигма-связей, что увеличивает реакционную способность по О-Н группе. Поскольку это поляризует связь С-О, то реакции с ее разрывом идут активнее у спиртов, у которых имеется две и более О-Н групп. Потому многоатомные спирты, химические свойства которых более многочисленные, охотнее вступают в реакции. Также они содержат несколько спиртовых групп, из-за чего свободно могут вступать в реакции по каждой из них.

Типичные реакции одноатомных и многоатомных спиртов

Типичные химические свойства спиртов проявляются только в реакции с активными металлами, их основаниями и гидридами, кислотами Льюиса. Также типичными являются взаимодействия с галогенводородами, галогенидами фосфора и прочими компонентами с получением галогеналканов. Также спирты являются и слабыми основаниями, потому вступают в реакции с кислотами, образуя при этом галогенводороды и сложные эфиры неорганических кислот.

Простые эфиры образуются из спиртов при межмолекулярной дегидратации. Эти же вещества вступают в реакции дегидрирования с образованием альдегидов из первичного спирта и кетонов из вторичного. Третичные спирты в подобные реакции не вступают. Также химические свойства этилового спирта (и других спиртов) оставляют возможность полного их окисления кислородом. Это простая реакция горения, сопровождающаяся выделением воды с углекислым газом и некоторого количества тепла.

Реакции по атому водорода связи О-Н

Химические свойства одноатомных спиртов допускают разрыв связи О-Н и отщепление водорода. Эти реакции протекают при взаимодействии с активными металлами и их основаниями (щелочами), с гидридами активных металлов, а также с кислотами Льюиса.

Также спирты активно вступают в реакции со стандартными органическими и неорганическими кислотами. В данном случае продуктов реакции является сложный эфир или галогенуглеводород.

Реакции синтеза галогеналканов (по связи С-О)

Галогеналканы - это типичные соединения, которые могут быть получены из спиртов при протекании нескольких типов химических реакций. В частности, химические свойства одноатомных спиртов позволяют вступать во взаимодействие с галогенводородами, с галогенидами трех- и пятивалентного фосфора, квазифосфониевыми солями, тионилхлоридом. Также галогеналканы из спиртов могут быть получены промежуточным путем, то есть синтезом алкилсульфоната, который позже вступит в реакцию замещения.

Пример первой реакции с галогенводородом указан на графическом приложении выше. Здесь бутиловый спирт реагирует с хлоридом водорода с образованием хлорбутана. В общем, класс соединений, содержащих хлор и углеводородный насыщенный радикал, называется алкилхлоридом. Побочным продуктом химического взаимодействия является вода.

Реакции с получением алкилхлорида (йодида, бромида или фторида) достаточно многочисленные. Типичный пример - взаимодействие с трибромидом фосфора, пентахлоридом фосфора и прочими соединениями данного элемента и его галогенидов, перхлоридов и перфторидов. Они протекают по механизму нуклеофильного замещения. С тионилхлоридом спирты реагируют также с образованием хлоралкана и выделением SO 2 .

Наглядно химические свойства одноатомных предельных спиртов, содержащих насыщенный углеводородный радикал, представлены в виде реакций на иллюстрации ниже.

Спирты легко взаимодействуют с квазифосфониевой солью. Однако данная реакция наиболее выгодна при протекании у одноатомных вторичных и третичных спиртов. Они региоселективны, позволяют "имплантировать" галогеновую группу в строго определенное место. Продукты таких реакций получаются с высокой массовой долей выхода. А многоатомные спирты, химические свойства которых несколько отличаются от таковых у одноатомных, могут изомеризоваться в ходе реакции. Потому получение целевого продукта затрудняется. Пример реакции на изображении.

Внутримолекулярная и межмолекулярная дегидратация спиртов

Гидроксильная группа, расположенная у несущего углеродного атома, может отщепляться при помощи сильных акцепторов. Так протекают реакции межмолекулярной дегидратации. При взаимодействии одной молекулы спирта с другой в растворе концентрированной серной кислоты молекула воды отщепляется от обеих гидроксильных групп, радикалы которых соединяются в молекулу простого эфира. При межмолекулярной дегидратации этаналя можно получить диоксан - продукт дегидратации по четырем гидроксильным группам.

При внутримолекулярной дегидратации продуктом является алкен.

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.