Спирты СПИРТЫ – органические соединения содержащие гидроксильную группу -ОН. МОУ лицей 18 учитель химии Калинина Л.А.

Строение Спиртами (или алканолами) называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько гидроксильных групп (групп - ОН), соединённых с углеводородным радикалом.

По числу гидроксильных групп (атомности) спирты делятся на: Одноатомные, например: СН 3 - ОН СН 3 – СН 2 - ОН метанол этанол метиловый спирт этиловый спирт Двухатомные (гликоли), например: НО – СН 2 – СН 2 – ОН НО – СН 2 – СН 2 – ОН этандиол- 1,2 пропандиол-1,3 этиленгликоль Трёхатомные, например: СН 2 – СН – СН 2 ОН ОН ОН пропантриол- 1,2,3 глицерин

По характеру углеводородного радикала выделяют следующие спирты: предельные, содержащие в молекуле лишь предельные углеводородные радикалы, например: СН 3 – СН 2 – ОН СН 3 СН 3 – С – ОН СН 3 этанол 2- метилпропанол- 2 непредельные, содердащие в молекуле кратные (двойные и тройные) связи между атомами углерода, например: СН 2 = СН - СН 2 – ОН пропен-2-ол-1 аллиловый спирт ароматические, т.е спирты, содержащие в молекуле бензольное кольцо и гидроксильную группу, связанные друг с другом не непосредственно, а через атомы углерода

Органические вещества, содержащие в молекуле гидроксильные группы, связанные непосредственно с атомом углерода бензольного кольца, существенно отличаются по химическим свойствам от спиртов и поэтому выделяются в самостоятельный класс органических соединений – фенолы.

Номенклатура и изометрия При образовании названий спиртов к названию углеводорода, соответствующего спирту, добавляют (родовой) суффикс –ол. Цифрами после суффикса указывают положение гидроксильной группы в главной цепи, а префиксами ди-, три-, тетра- и т.д. – их число. С 6 Н 5 - СН 2 - СН 2 - ОН 2-фенилэтанол

В нумерации атомов углерода в главной цепи положение гидроксильной группы приоритетно перед положением кратных связей: НС= С – СН - СН 3 ОН Бутил- 3-ол-2

Начиная с третьего члена гомологического ряда, у спиртов появляется изометрия положения функциональной группы (пропанол-1 и пропанол-2), а с четвёртого- изометрия углеродного скелета (бутанол-1; 2- метилпропанол-1). Для них характерна и межклассовая изомерия- спирты изомерны простым эфирам: СН 3 - СН 2 – ОН и СН 3 – О - СН 3 этанол диметиловый эфир

Физические свойства спиртов В молекуле спирта R-O-H химическая связь между атомом водорода и более электроотрицательным атомом кислорода полярна. Водород имеет частичный положительный заряд (d+), а кислород - частичный отрицательный (d-): R - углеводородный радикал (CH 3, C 2 H 5 и т.п.)

Следовательно, возможно образование водородных связей между молекулами спирта: Это приводит к ассоциации молекул и объясняет относительно высокую т.кип. спиртов. В присутствии воды возникают водородные связи между молекулами спирта и воды:

АГРЕГАТНОЕ СОСТОЯНИЕ Низшие и средние члены ряда предельных одноатомных спиртов, содержащие от одного до одиннадцати атомов углерода,- жидкие. Высшие спирты( начиная с С 12 Н 25 ОН) при комнатной температуре- твёрдые вещества. Низшие спирты имеют характерный алкогольный запах и жгучий вкус и хорошо растворяются в воде. По мере увеличения углеводородного радикала растворимость спиртов в воде понижается.

Химические свойства 1. Взаимодействие спиртов со щелочными и щелочноземельными металлами. Водород гидроксильной группы молекул спиртов и молекул воды способен восстанавливаться щелочными и щелочноземельными металлами(замещаться на них): 2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 2Na + 2C 2 H 5 OH = 2C 2 H 5 ONa + H 2 2Na + 2ROH = 2RONa + H 2

С водой это взаимодействие идёт значительно активнее, чем со спиртом, сопровождается большим выделением тепла, может приводить к взрыву. Это различие объясняется электроно - донорными свойствами ближайшего к гидроксильной группе радикала. Обладая свойствами донора электронов (+I - эффектом), радикал несколько повышает электронную плотность на атоме кислорода, «насыщает» его за свой счёт, уменьшая тем самым популярность ОН-связи и «кислотный» характер атома водорода гидроксильной группы в молекулах спиртов по сравнению с молекулами воды.

2. Взаимодействие спиртов с галагеноводородами. Замещение гидроксильной группы на галоген приводит к образованию галогеналканов. Например: C 2 H 5 OH + HBr C 2 H 5 Br + H 2 O Данная реакция обратима.

3. Межмолекулярная дегидратация спиртов - отщепление молекулы воды от двух молекул спирта при нагревании в присутствии водоотнимающих средств: R – OH + HO – R R – O – R + H 2 O В результате межмолекулярной дегидратации спиртов образуются простые эфиры. Так, при нагревании этилового спирта с серной кислотой до температуры от 100 до 140 °С образуется диэтиловый (серный) эфир. C 2 H 5 OH + НОC 2 H 5 C 2 H 5 – О - C 2 H 5 +H 2 O

4. Взаимодействие спиртов с органическими и неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров (реакция этерификации): O O R 1 – OH + R 2 R 2 – C + H 2 O HO O - R 1 спирт карбоновая кислота сложный эфир Реакция этерификации катализируется сильными неорга­ ническими кислотами. Например, при взаимодействии этилового спирта и уксус­ной кислоты образуется уксусноэтиловый эфир этилацетат: О О С 2 Н 5 ОН + СН 3 С н+ СН 3 – С + H 2 O ОН О - С 2 Н 5 Этиловый спирт уксусной кислоты, уксусноэтиловый эфир

5. Внутримолекулярная дегидратация спиртов происходит при нагревании спиртов в присутствии водоотнимающих средств до более высокой температуры, чем температура межмолекулярной дегидратации. В результате ее образуются алкены. Эта реакция обусловлена наличием атома водорода и гидроксиль­ной группы при соседних атомах углерода. В качестве примера можно привести реакцию получения этена (этилена) при нагревании этанола выше 140 °С в присутствии концентрированной серной кислоты: Н 2 SO 4 (конц.) t> 140°C СН 3 – СН 2 – ОН СН 2 = СН 2 + H 2 O

6. Окисление спиртов обычно проводят сильными окислителями, например дихроматом калия или перманганатом калия в кислой среде. При этом действие окислителя направляется на тот атом углерода, который уже связан с гидроксильной группой. В зависимости от природы спирта и условий проведения реакции могут образовываться различные продукты. Так, первичные спирты окисляются сначала в альдегиды, а затем в карбоновые кислоты.

7. Дегидрирование спиртов. При пропускании паров спирта при °С над металлическим катализатором, например медью, серебром или платиной, первичные спирты превращаются в альдегиды, а вторичные в кетоны :

O R - СН 2 – OH Cu, t R – C + H 2 H альдегид R – СН – R Cu, t R – C – R + H 2 OH O кетон

Присутствием в молекуле спирта одновременно нескольких гидроксильных групп обусловлены специфические свойства многоатомных спиртов, которые способны образовывать растворимые в воде ярко-синие комплексные соединения при взаимодействии со свежеполученным осадком гидроксида меди(II).

Алкоголяты щелочных и щелочноземельных металлов подвергаются гидролизу при взаимодействии с водой. Например, при растворении этилата натрия в воде протекает обратимая реакция С 2 Н 5 ONa + НОН С 2 Н 5 ОН + NaOH,

Спирты могут проявлять основные свойства при взаимодейст­вии с сильными кислотами, образуя соли благодаря наличию неподеленной электронной пары на атоме кислорода гид­роксильной группы: R – O – H + HBr R – O + - H Br - Н При нагревании соли алкилоксония отщепляют воду, образуя галогеналканы. Так, при разложении бромида этилоксония обра­зуется бромэтан: С 2 Н 5 – O + - H Br - С 2 Н 5 Br + H 2 O

равновесие которой практически полностью смещено вправо. Это также подтверждает, что вода по своим кислотным свойствам («кислотному» характеру водорода в гидроксильной группе) превосходит спирты. Таким образом, взаимодействие алкоголятов с водой можно рассматривать как взаимодействие соли очень слабой кислоты (в данном случае в этом качестве выступает спирт, образовавший алкоголят) с кислотой более сильной (эту роль здесь играет вода).

Внутримолекулярная дегидратация спиртов протекает в соответствии с правилом Зайцева: при отщеплении воды от вторичного или третичного спирта атом водорода отрывается от наименее гидрированного атома углерода. Так, дегидратация бутанола-2 приводит к бутену-2, а не бутену-1. Н 2 SO 4 (конц.) t> 170°C CH 3 – CH – CH 2 - CH 3 CH 3 – CH= CH- CH 3 +H 2 O OH Наличие в молекулах спиртов углеводородных радикалов не может не сказаться на химических свойствах спиртов.

Химические свойства спиртов, обусловленные углеводородным радикалом, различны и зависят от его характера. Так, все спирты горят; непредельные спирты, содержащие в молекуле двойную С=С связь, вступают в реакции присоединения, подвергаются гидрированию, присоединяют водород, реагируют с галогенами, например, обесцвечивают бромную воду, и т. д.

Отдельные представители спиртов и их значение Метанол (метиловый спирт СН 3 ОН) бесцветная жидкость с характерным запахом и температурой кипения 64,7 °С. Горит чуть голубоватым пламенем. Историческое название метанола древесный спирт объясняется одним из способов его получения перегонкой твердых пород дерева. Метанол очень ядовит! Он требует осторожного обращения при работе с ним. Под действием фермента алкогольдегидрогеназы он превращается в организме в формальдегид и муравьиную кислоту, которые повреждают сетчатку глаза, вызывают гибель зрительного нерва и полную потерю зрения. Попадание в организм более 50 мл метанола вызывает смерть.

Этанол (этиловый спирт С 2 Н 5 ОН) бесцветная жидкость с характерным запахом и температурой кипения 78,3 °С. Горюч. Смешивается с водой в любых соотношениях. Концентрацию (крепость) спирта обычно выражают в объемных процентах. «Чистым» (медицинским) спиртом называют продукт, полученный из пищевого сырья и содержащий 96% (по объему) этанола и 4% (по объему) воды. При получения безводного этанола «абсолютного спирта», этот продукт обрабатывают веществами, химически связывающими воду (оксид кальция, безводный сульфат меди(II) и др.).

Для того чтобы сделать спирт, используемый в технических целях, непригодным для питья, в него добавляют небольшие количества трудноотделимых ядовитых, плохо пахнущих и имеющих отвратительный вкус веществ и подкрашивают. Содержащий такие добавки спирт называют денатурированным или денатуратом. Этанол широко используется в промышленности для производства синтетического каучука, лекарственных препаратов, применяется как растворитель, входит в состав лаков и красок, парфюмерных средств. В медицине этиловый спирт важнейшее дезинфицирующее средство. Используется для приготовления алкогольных напитков.

Небольшие количества этилового спирта при попадании в организм человека снижают болевую чувствительность и блокируют процессы торможения в коре головного мозга, вызывая состояние опьянения. На этой стадии действия этанола увеличивается водоотделение в клетках и, следовательно, ускоряется мочеобразование, в результате чего происходит обезвоживание организма.

Примене ние этанола: Топлив о Бутадиен- 1,3 Каучук

ДЕЙСТВИЕ НА ОРГАНИЗМ Кроме того, этанол вызывает расширение кровеносных сосудов. Усиление потока крови в кожных капиллярах приводит к покраснению кожи и ощущению теплоты. В больших количествах этанол угнетает деятельность головного мозга (стадия торможения), вызывает нарушение координации движений. Промежуточный продукт окисления этанола в организме ацетальдегид крайне ядовит и вызывает тяжелое отравление. Систематическое употребление этилового спирта и содержащих его напитков приводит к стойкому снижению продуктивности работы, гибели головного мозга клеток печени и замене их соединительной тканью циррозу печени.

Этандиол-1,2 (этиленгликоль) бесцветная вязкая жидкость. Ядовит. Неограниченно растворим в воде. Водные растворы не кристаллизуются при температурах, значительно ниже О °С, что позволяет применять его как компонент незамерзающих охлаждающих жидкостей антифризов для двигателей внутреннего сгорания.

Пропантриол-1,2,3 (глицерин) Вязкая, сиропообразная жидкость, сладкая на вкус. Неограниченно растворим в воде. Нелетуч. В качестве составной части сложных эфиров входит в состав жиров и масел. Широко используется в косметике, фармацевтической и пищевой промышленности.

применение В косметических средствах глицерин играет роль смягчающего и успокаивающего средства. Его добавляют к зубной пасте, чтобы предотвратить ее высыхание. К кондитерским изделиям глицерин добавляют для предотвращения их кристаллизации. Им опрыскивают табак, в этом случае он действует как увлажнитель, предотвращающий высыхание табачных листьев. Его добавляют к клеям, чтобы предохранить их от слишком быстрого высыхания, и к пластикам, особенно к целлофану. В последнем случае глицерин выполняет функции пластификатора, действуя наподобие смазки между полимерными молекулами и таким образом придавая пластмассам необходимую гибкость и эластичность.