7.1. Спирты: Номенклатура, классификация, изомерия

Спирты — номенклатура, получение, химические свойства

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

Классификация спиртов

По числу гидроксильных групп (атомности) спир­ты делятся на:

Одноатомные, например:

Двухатомные (гликоли), например:

Трехатомные, например:

По характеру углеводородного радикала выде­ляют следующие спирты:

Предельные, содержащие в молекуле лишь пре­дельные углеводородные радикалы, например:

Непредельные, содержащие в молекуле крат­ные (двойные и тройные) связи между атомами углерода, например:

Ароматические, т. е. спирты, содержащие в мо­лекуле бензольное кольцо и гидроксильную группу, связанные друг с другом не непосредственно, а через атомы углерода, например:

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.

Существуют и полиатомные (многоатомные спирты),содержащие более трех гидроксильных групп в молекуле. Например, простейший шестиатомный спирт гексаол (сорбит)

Номенклатура и изомерия спиртов

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:

В нумерации атомов углерода в главной цепи положение гидроксильной группы приоритетно перед положением кратных связей:

Начиная с третьего члена гомологического ряда, у спиртов появляется изомерия положения функциональной группы (пропанол-1 и пропанол-2), а с четвертого — изомерия углеродного скелета (бутанол-1, 2-метилпропанол-1). Для них характерна и межклассовая изомерия- спирты изомерны простым эфирам:

Давайте дадим название спирту, формула которого указана ниже:

Порядок построения названия:

1. Углеродная цепь нумеруется с конца к которому ближе находится группа –ОН.
2. Основная цепь содержит 7 атомов С, значит соответствующий углеводород — гептан.
3. Число групп –ОН равно 2, префикс – «ди».
4. Гидроксильные группы находятся при 2 и 3 атомах углерода, n = 2 и 4.

Название спирта: гептандиол-2,4

Физические свойства спиртов

Спирты могут образовывать водородные связи как между молекулами спирта, так и между молекулами спирта и воды. Водородные связи возникают при взаимодействии частично положительно заряженного атома водорода одной молекулы спирта и частично отрицательно заряженного атома кислорода другой молекулы.Именно благодаря водородным связям между молекулами спирты имеют аномально высокие для своей молекулярной массы температуры кипения.Так, пропан с относительной молекулярной массой 44 при обычных условиях является газом, а простейший из спиртов-метанол,имея относительную молекулярную массу 32, в обычных условиях-жидкость.

Низшие и средние члены ряда предельных одноатомных спиртов,содержащих от 1 до 11 атомов углерода-жидкости.Высшие спирты(начиная с C12H25OH) при комнатной температуре-твердые вещества. Низшие спирты имеют алкогольный запах и жгучий вкус,они хорошо растворимы в воде.По мере увеличения углеродного радикала растворимость спиртов в воде понижается, а октанол уже не смешивается с водой.

Химические свойства спиртов

Свойства органических веществ определяются их составом и строением. Спирты подтверждают общее правило. Их молекулы включают в себя углеводородные и гидроксильные группы, поэтому химические свойства спиртов определяются взаимодействием друг на друга этих групп.

Характерные для данного класса соединений свойства обусловлены наличием гидроксильной группы.

  1. Взаимодействие спиртов со щелочными и щелочноземельными металлами. Для выявления влияния углеводородного радикала на гидроксильную группу необходимо сравнить свойства вещества, содержащего гидроксильную группу и углеводородный радикал,с одной стороны, и вещества,содержащего гидроксильную группу и не содержащего углеводородный радикал,-с другой. Такими веществами могут быть,например, этанол (или другой спирт) и вода. Водород гидроксильной группы молекул спиртов и молекул воды способен восстанавливаться щелочными и щелочноземельными металлами(замещаться на них)
  2. Взаимодействие спиртов с галогеноводородами. Замещение гидроксильной группы на галоген приводит к образованию галогеналканов. Например:
    Данная реакция обратима.
  3. Межмолекулярная дегидратацияспиртов- отщепление молекулы воды от двух молекул спиртов при нагревании в присутствии водоотнимающих средств:
    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.
  4. Взаимодействие спиртов с органическими и неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров( реакция этерификации)

    Реакция этерификации катализируется сильными неорганическими кислотами. Например, при взаимодействии этилового спирта и уксусной кислоты образуется-этилацетат:
  5. Внутримолекулярная дегидратация спиртов происходит при нагревании спиртов в присутствии водоотнимающих средств до более высокой температуры,чем температура межмолекулярной дегидратации. В результате 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:
  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: При окислении вторичных спиртов образуются кетоны:

    Третичные спирты достаточно устойчивы к окислению. Однако в жестких условиях (сильный окислитель, высокая температура) возможно окисление третичных спиртов, которое происходит с разрывом углерод-углеродных связей, ближай­ших к гидроксильной группе.
  7. Дегидрирование спиртов. При пропускании паров спирта при 200-300 °С над металлическим катализатором, например медью, серебром или платиной, первичные спирты превращаются в аль­дегиды, а вторичные — в кетоны:

  8. Качествен­ная реакция на многоатомные спирты.
    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). Для этиленгликоля можно записать:

    Одноатомные спирты не способны вступать в эту реакцию. Поэтому она является качествен­ной реакцией на многоатомные спирты.
Читайте также:
4.3. Алкадиены (диены): Химические свойства

Получение спиртов:

Применение спиртов

Метанол (метиловый спирт СН3ОН) — бесцветная жидкость с характерным запахом и температурой кипения 64,7 °С. Горит чуть голубоватым пламенем. Историческое название метанола — древесный спирт объясняется одним из путей его получения способом перегонки твердых пород дерева (греч. methy — вино, опьянеть; hule — вещество, древесина).

Метанол 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 С2Н5ОН) — 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. Для 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.

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.

Читайте также:
12.3. Амины: Химические свойства

Систематическое употребление этилового спир­та и содержащих его напитков приводит к стой­кому снижению продуктивности работы головного мозга, гибели 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.

Пролактриол-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 промышленностях. 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 и их раскрошивание до переработки. 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.

а) По атомности (т. е. числу гидроксильных групп в молекуле):

(гликоли, диолы) R(OH)2; например:

Двух-, трех- и т. д. спирты называются

б) По строению углеводородного радикала: – алифатические предельные и непредельные; например:

например, бензиловый спирт (см. выше).

в) Алифатические спирты делятся на первичные, вторичные и третичные:

RCH2OH: группа -ОН связана с первичным атомом углерода;

метанол; этанол; пропанол-1.

RR’CHOH: группа -ОН связана с вторичным атомом углерода;

RR’R’COH: группа -ОН связана с третичным атомом углерода.

Предельные одноатомные спирты (алканолы)

Общая формула гомологического ряда предельных одноатомных спиртов –

Изомерия и номенклатура

Изомерия

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: C2H5OH – этанол или этиловый спирт.

Электронное строение молекул алканолов

Молекулы алканолов содержат полярные связи С-Н, С-О, О-Н. Наиболее полярной является связь О-Н; поэтому электронная плотность на атоме водорода в группе ОН оказывается пониженной, а на атоме кислорода – повышенной. Тем не менее, в водных растворах ионизация этой связи не происходит, следовательно, спирты являются

Физические свойства

Первые десять членов гомологического ряда алканолов являются жидкостями, высшие спирты – твердые вещества. Таким образом, спирты обладают аномально высокими температурами кипения по сравнению с алканами. Это объясняется ассоциацией молекул спиртов вследствие образования межмолекулярных водородных связей:

Читайте также:
11.3. Карбоновые кислоты и их соли: Химические свойства

Все алканолы легче воды, бесцветны. Метанол, этанол и пропанол неограниченно растворяются в воде; с увеличением числа атомов углерода растворимость спиртов уменьшается.

Химические свойства алканолов

I. Реакции замещения

1. Замещение атомов водорода в группе -ОН атомами металлов (образуются алкоголяты)

этанол → этилат натрия (этоксид натрия)

Алкоголяты подвергаются практически необратимому гидролизу:

Необратимость этой реакции доказывает, что спирты не проявляют кислотных свойств (точнее, что кислотные свойства спиртов выражены слабее, чем у воды).

2. Реакции этерификации (образуются сложные эфиры органических и неорганических кислот)

3. Замещение гидроксильной группы на галоген (образуются галогеналканы)

Спирты можно превратить в галогеналканы также действием галогенидов фосфора и тионилхлорида:

4. Замещение гидроксильной группы на аминогруппу (образуются амины)

II. Реакции отщепления (элиминирования)

1. Межмолекулярная дегидратация (образуются простые эфиры)

2. Внутримолекулярная дегидратация (образуются апкены)

3. Дегидрирование (образуются альдегиды в случае первичных спиртов и кетоны – в случае вторичных спиртов)

Третичные спирты не дегидрируются.

III. Реакции окисления

(Реакция идет с выделением большого количества теплоты; на этом основано применение лабораторных спиртовок.)

2. Неполное окисление под действием различных окислителем (образуются альдегиды в случае первичных спиртов и кетоны в случае вторичных спиртов)

При неполном окислении спиртов образуются те же продукты, что и при их дегидрировании. Таким образом,

реакции дегидрирования по своей сути являются реакциями окисления.

Образующиеся при окислении первичных спиртов альдегиды далее легко окисляются до карбоновых кислот, поэтому можно записывать суммарные уравнения, например:

этанол → уксусная кислота

Способы получения алканолов

1. Гидратация алкенов

2. Щелочной гидролиз галогеналканов

(Обратите внимание на отличие этой реакции от взаимодействия галогеналканов со спиртовыми р-рами щелочей, в результате которого образуются алкены.)

3. Гидрирование альдегидов и кетонов

Гидрирование альдегидов и кетонов является их

4. Гидролиз сложных эфиров (кислотный и щелочной)

Специфические способы получениия СН3ОН и С2Н5ОН

Урок по теме “Спирты. Классификация, номенклатура, изомерия. Спирты в природе”

Разделы: Химия

Цели урока:

  • Дать понятие о кислородсодержащих веществах.
  • Изучить состав спиртов, классификацию, номенклатуру и изомерию спиртов.
  • Дать понятие о функциональной группе атомов.
  • Закрепить умения учащихся составлять эмпирические формулы веществ и называть вещества по международной номенклатуре.
  • Развитие наблюдательности, абстрактного мышления.

На демонстрационном столе – этанол, бутанол, таблица “Спирты”.

Ход урока

1.Изучение нового материала.

А) Понятие о кислородсодержащих органических веществах. Слайды 2,3,4

Свойства этих веществ значительно отличаются от свойств углеводородов потому, что в их состав входит атом кислорода, электроотрицательность которого намного больше, чем у углерода и водорода.

(ЭО (О) вторая, после ЭО(F)!)

Атом кислорода может входить в состав различных функциональных групп, а из этого следует, что существует много классов кислородсодержащих органических веществ.

(Спирты, альдегиды, кетоны, фенолы, карбоновые кислоты, сложные эфиры, амины, аминокислоты, углеводы и другие).

Б) Определение спиртов. (см. учебник с.81) слайд 5

Спирты можно рассматривать как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильную группу (-ОН).

Спиртами называют органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных гидроксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом.

Новое понятие – функциональная группа. Слайд 6

Функциональная группа (см. учебник) – это группа атомов, которая определяет свойства данных веществ. Приводим примеры по таблице: виды функциональных групп. (карбоксильная, альдегидная группы…)

Гидроксильная группа – ОН является функциональной группой спиртов.

В) Классификация спиртов. Несколько видов классификаций спиртов: слайд 7

  • Первичные, вторичные, третичные спирты.
  • Первичные спирты Вторичные спирты Третичные спирты
    Содержат одновалентную спиртовую группировку

    • По характеру углеводородного радикала: слайд 8
    Предельные спирты Непредельные спирты Ароматические спирты
    • По количеству гидроксильных групп: слайд 9

    Одноатомные, двухатомные, трёхатомные … многоатомные спирты.

    Одноатомные спирты Двухатомные спирты Трёхатомные спирты
    • По количеству атомов углерода в радикале: слайд 10
    Низшие спирты (С1 –С 10) Высшие спирты (С11 и выше)

    Г) Номенклатура спиртов. Слайд 11

    Более подробно изучим Предельные одноатомные спирты.

    Общая формула: CnH2n+1 OH или R-OH

    Гомологический ряд предельных одноатомных спиртов: слайд 12

    Название спирта = название алкана + ОЛ; например: метан + ол = метанол

    Нумерацию атомов углерода начинаем от гидроксильной группы (она главная!)

    Изомерия углеродного скелета: Изомерия положения группы –ОН

    Д) Спирты в природе: слайд 16

    Спирты имеют самое широкое распространение в природе, особенно в виде сложных эфиров, однако и в свободном состоянии их можно встретить достаточно часто.

    Метиловый спирт в небольшом количестве содержится в некоторых растениях, например: борщевике (Heracleum).

    Этиловый спирт — естественный продукт спиртового брожения органических продуктов, содержащих углеводы, часто образующийся в прокисших ягодах и фруктах без всякого участия человека. Кроме того, этанол является естественным метаболитом и содержится в тканях и крови животных и человека.

    В эфирных маслах зеленых частей многих растений содержится “спирт листьев”, придающий им характерный запах.

    Фенилэтиловый спирт — душистый компонент розового эфирного масла.

    Очень широко представлены в растительном мире терпеновые спирты, многие из которых являются душистыми веществами.

    Борнеол — в древесине борнеокамфорного дерева.

    Ментол — содержится в эфирном масле мяты и герани.

    Гераниол — содержится во многих эфирных цветочных маслах.

    Линалоол — содержится во многих цветочных эфирных маслах.

    Цитронеллол — содержится во многих эфирных маслах.

    Фарнезол — содержится во многих эфирных цветочных маслах.

    Терпинеол — содержится во многих эфирных маслах.

    Бисаболол — входит в состав эфирного масла ромашки, тополя.

    Санталол — входит в состав древесины сандалового дерева.

    Фенхол — содержится в смоле хвойных деревьев и плодах фенхеля.

    Нерол — содержится в эфирных маслах многих цветов.

    В природе находятся разнообразные многоатомные или сахарные спирты, например:

    Сорбит — содержится в ягодах вишни и рябины.

    Маннит — содержится в морских водорослях, грибах

    Задание 1: слайд 19

    Некоторые предельные одноатомные спирты встречаются в эфирных маслах ромашки и герани, например, гексиловый, октиловый, нониловый спирты. Додециловый спирт (12 атомов углерода в молекуле) содержится в бананах. Составьте молекулярные и эмпирические формулы этих веществ.

    Ответ:слайд 20

  • Гексиловыйспирт или гексанол -1 C6H13OH
  • Задание 2: слайд 21

    Записать формулы изомеров углеродного скелета для вещества состава C5H11OH с названиями. слайд 22

    Даны только углеродные скелеты молекул, атомы водорода надо дописать. Слайд 23

    Ответы: А. пентанол -1; Б. 3-метилбутанол – 1; В. 1-метилбутанол-1

    Г. 2-метилбутанол-1; Д. 2,2- диметилпропанол-1 Е. 1,1-диметилпропанол-1

    Задание 3. Слайды 24,25,26

    Что за вещества изображены на рисунках? К какому классу они относятся? Запишите их формулы. Какие вещества являются изомерами друг для друга?

    C7H15OH, гептанол – 1, первичный спирт. Класс спиртов.

    C7H15OH, гептанол – 4, вторичный спирт.

    Гептанол-1 и гептанол-4 являются изомерами друг для друга.

    (изомерия положения функциональной группы)

    C8H17OH, 4-метилгептанол -4, третичный спирт.

    Класс спиртов.

    3. Домашнее заданиеслайд 26

  • Читать § 20, выполнить задания 5-7 на стр. 88 (учебник Рудзитис)
  • Записать изомеры положения функциональной группы для вещества состава C5H11OH и назвать их.
  • Подготовить сообщения (по желанию) об истории открытия спиртов и их изучении человеком. Форма оформления любая (текст, презентация, видеофильм…)
  • Литература

    “Уроки химии 10-11 класс” – Р.Г. Иванова, А.А. Каверина, А.С. Корощенко. Издательство Просвещение.

    “Химия. 10 класс” – Л.М. Брейгер. Издательство Учитель.

    ЭТО ИНТЕРЕСНО!История открытия и изучения спиртов:

  • Этиловый спирт, вернее, хмельной растительный напиток, его содержащий, был известен человечеству с глубокой древности.
  • Считается, что не менее чем за 8000 лет до нашей эры люди были знакомы с действием перебродивших фруктов, а позже — с помощью брожения получали хмельные напитки, содержащие этанол, из фруктов и мёда. Археологические находки свидетельствуют, что в Западной Азии виноделие существовало ещё в 5400—5000 годах до н. э., а на территории современного Китая, провинция Хэнань, найдены свидетельства производства “вина”, вернее ферментированных смесей из риса, мёда, винограда и, возможно, других фруктов, в эпоху раннего неолита: от 6500 до 7000 гг. до н. э.

    • Впервые спирт из вина получили в VI—VII веках арабские химики, а первую бутылку крепкого алкоголя (прообраза современной водки) изготовил персидский алхимик Ар-Рази в 860 году. В Европе этиловый спирт был получен из продуктов брожения в XI—XII веке, в Италии.
    • В Россию спирт впервые попал в 1386 году, когда генуэзское посольство привезло его с собой под названием “аква вита” и презентовала царскому двору.
    • В 1660 году английский химик и богослов Роберт Бойль впервые получил обезвоженный этиловый спирт, а также открыл его некоторые физические и химические свойства, в частности обнаружив способность этанола выступать в качестве высокотемпературного горючего для горелок. Абсолютированный спирт был получен в 1796 году русским химиком Т. Е. Ловицем.
    • В 1842 году немецкий химик Я. Г. Шиль открыл, что спирты образуют гомологический ряд, отличаясь на некоторую постоянную величину. Правда, он ошибся, описав её как C2H2. Спустя два года, другой химик Шарль Жерар установил верное гомологическое соотношение CH2 и предсказал формулу и свойства неизвестного в те годы пропилового спирта.
    • В 1850 году английский химик Александр Вильямсон, исследуя реакцию алкоголятов с иодистым этилом, установил, что этиловый спирт является производным от воды с одним замещенным водородом, экспериментально подтвердив формулу C2H5OH. Впервые синтез этанола действием серной кислоты на этилен осуществил в 1854 году французский химик Марселен Бертло.
    • Первое исследование метилового спирта было сделано в 1834 году французскими химиками Жаном-Батистом Дюма и Эженом Пелиго; они назвали его “метиловым или древесным спиртом”, так как он был обнаружен в продуктах сухой перегонки древесины. Синтез метанола из метилхлорида осуществил французский химик Марселен Бертло в 1857 году. Им же, впервые был открыт в 1855 году изопропиловый спирт, действием на пропилен серной кислотой.
    • Впервые третичный спирт (2-метил-пропан-2-ол) синтезировал в 1863 году известный русский ученый А. М. Бутлеров, положив начало целой серии экспериментов в этом направлении.
    • Двухатомный спирт — этиленгликоль — впервые был синтезирован французским химиком А.Вюрцем в 1856 году. Трехатомный спирт — глицерин — был обнаружен в природных жирах ещё в 1783 году шведским химиком Карлом Шееле, однако его состав был открыт только в 1836 году, а синтез осуществлен из ацетона в 1873 году Шарлем Фриделем.

    Спирты

    Спирты – кислородсодержащие органические соединения, функциональной группой которых является гидроксогруппа (OH) у насыщенного атома углерода.

    Спирты также называют алкоголи. Первый член гомологического ряда – метанол – CH3OH. Общая формула их гомологического ряда – CnH2n+1OH.

    Классификация спиртов

    По числу OH групп спирты бывают одноатомными (1 группа OH), двухатомными (2 группы OH – гликоли), трехатомными (3 группы OH – глицерины) и т.д.

    Одноатомные спирты также подразделяются в зависимости от положения OH-группы: первичные (OH-группа у первичного атома углерода), вторичные (OH-группа у вторичного атома углерода) и третичные (OH-группа у третичного атома углерода).

    Номенклатура и изомерия спиртов

    Названия спиртов формируются путем добавления суффикса “ол” к названию алкана с соответствующим числом атомов углерода: метанол, этанол, пропанол, бутанол, пентанол и т.д.

    Для спиртов характерна изомерия углеродного скелета (начиная с бутанола), положения функциональной группы и межклассовая изомерия с простыми эфирами, которых мы также коснемся в данной статье.

    Получение спиртов
    • Гидролиз галогеналканов водным раствором щелочи

    Помните, что в реакциях галогеналканов со сПИртовым раствором щелочи получаются Пи-связи (π-связи) – алкены, а в реакциях с водным раствором щелочи образуются спирты.

    Присоединения молекулы воды (HOH) протекает по правилу Марковникова. Атом водорода направляется к наиболее гидрированному атому углерода, а гидроксогруппа идет к соседнему, наименее гидрированному, атому углерода.

    В результате восстановления альдегидов и кетонов получаются соответственно первичные и вторичные спирты.

    Синтез газом в промышленности называют смесь угарного газа и водорода, которая используется для синтеза различных химических соединений, в том числе и метанола.

    Получение этанола брожением глюкозы

    В ходе брожения глюкозы выделяется углекислый газ и образуется этанол.

    В результате такой реакции у атомов углерода, прилежащих к двойной связи, формируются гидроксогруппы – образуется двухатомный спирт (гликоль).

    Химические свойства спиртов

    Предельные спирты (не содержащие двойных и тройных связей) не вступают в реакции присоединения, это насыщенные кислородсодержащие соединения. У спиртов проявляются новые свойства, которых мы раньше не касались в органической химии – кислотные.

    Щелочные металлы (Li, Na, K) способны вытеснять водород из спиртов с образованием солей: метилатов, этилатов, пропилатов и т.д.

    Необходимо особо заметить, что реакция с щелочами (NaOH, KOH, LiOH) для предельных одноатомных спиртов невозможна, так как образующиеся алкоголяты (соли спиртов) сразу же подвергаются гидролизу.

    Реакция с галогеноводородами

    Реакция с галогеноводородами протекают как реакции обмена: атом галогена замещает гидроксогруппу, образуется молекула воды.

    В результате реакций спиртов с кислотами образуются различные эфиры.

    Дегидратация спиртов (отщепление воды) идет при повышенной температуре в присутствии серной кислоты (водоотнимающего) компонента.

    Возможен межмолекулярный механизм дегидратации (при t 140°С) механизм дегидратации становится внутримолекулярный – образуются алкены.

    Названия простых эфиров формируются проще простого – по названию радикалов, входящих в состав эфира. Например:

    • Диметиловый эфир – CH3-O-CH3
    • Метилэтиловый эфир – CH3-O-C2H5
    • Диэтиловый эфир – C2H5-O-C2H5

    Качественной реакцией на спирты является взаимодействие с оксидом меди II. В ходе такой реакции раствор приобретает характерное фиолетовое окрашивание.

    Замечу, что в обычных условиях третичные спирты окислению не подвергаются. Для них необходимы очень жесткие условия, при которых углеродный скелет подвергается деструкции.

    Вторичные и третичные спирты определяются другой качественной реакцией с хлоридом цинка II и соляной кислотой. В результате такой реакции выпадает маслянистый осадок.

    Первичные спирты окисляются до альдегидов, а вторичные – до кетонов. Альдегиды могут быть окислены далее – до карбоновых кислот, в отличие от кетонов, которые являются “тупиковой ветвью развития” и могут только снова стать вторичными спиртами.

    Такой реакцией является взаимодействие многоатомного спирта со свежеприготовленным гидроксидом меди II. В результате реакции раствор окрашивается в характерный синий цвет.

    Важным отличием многоатомных спиртов от одноатомных является их способность реагировать со щелочами (что невозможно для одноатомных спиртов). Это говорит об их более выраженных кислотных свойствах.

    © Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

    Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

    7.1. Спирты: Номенклатура, классификация, изомерия

    Спиртами называют соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп, непосредственно связанных с углеводородным радикалом.

    Классификация спиртов

    Спирты классифицируют по различным структурным признакам.

    1. По числу гидроксильных групп спирты подразделяются на

    одноатомные (одна группа -ОН) С H 3 – OH метанол, CH 3 – CH 2 – OH этанол

    многоатомные (две и более групп -ОН).

    Современное название многоатомных спиртов – полиолы (диолы, триолы и т.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

    Двухатомные спирты с двумя ОН-группами при одном и том же атоме углерода R–CH(OH)2 неустойчивы и, отщепляя воду, сразу же превращаются в альдегиды R–CH=O. Спирты R–C(OH)3 не существуют.

    2. В зависимости от того, с каким атомом углерода ( первичным, вторичным или третичным ) связана гидроксигруппа, различают спирты

    вторичные R2CH–OH,

    3. По строению радикалов, связанных с атомом кислорода, спирты подразделяются на

    предельные (например, СH 3 – CH 2 –OH)

    непредельные (CH 2 =CH–CH 2 –OH)

    Непредельные спирты с ОН-группой при атоме углерода, соединенном с другим атомом двойной связью, очень неустойчивы и сразу же изомеризуются в альдегиды или кетоны.

    Например, виниловый спирт CH2=CH–OH превращается в уксусный альдегид CH3–CH=O

    Предельные одноатомные спирты

    1. Определение

    ПРЕДЕЛЬНЫЕ ОДНОАТОМНЫЕ СПИРТЫ – кислородсодержащие органические вещества, производные предельных углеводородов, в которых один атом водорода замещён на функциональную группу (- OH )

    Общая формула:

    CnH 2 n +1 OH или R OH или CnH 2 n +2 O

    2. Гомологический ряд

    Простейшие спирты

    Метиловый спирт
    (метанол)

    3. Номенклатура спиртов

    Систематические названия даются по названию углеводорода с добавлением суффикса -ол и цифры, указывающей положение гидроксигруппы (если это необходимо). Например:

    Нумерация ведется от ближайшего к ОН-группе конца цепи.

    Цифра, отражающая местоположение ОН-группы, в русском языке обычно ставится после суффикса “ол”.

    По другому способу (радикально-функциональная номенклатура) названия спиртов производят от названий радикалов с добавлением слова “спирт“. В соответствии с этим способом приведенные выше соединения называют: метиловый спирт, этиловый спирт, н-пропиловый спирт СН3-СН2-СН2-ОН, изопропиловый спирт СН3-СН(ОН)-СН3.

    4. Изомерия спиртов

    Для спиртов характерна структурная изомерия:

    Например, формуле C4H9OH соответствует изомеры :

    • межклассовая изомерия с простыми эфирами

    этиловый спирт СН3CH2–OH и диметиловый эфир CH3–O–CH3

    Возможна также пространственная изомерия – оптическая.

    Например, бутанол-2 СH3 C H(OH)СH2CH3, в молекуле которого второй атом углерода (выделен цветом) связан с четырьмя различными заместителями, существует в форме двух оптических изомеров.

    5. Строение спиртов

    Строение самого простого спирта — метилового (метанола) — можно представить формулами:

    Из электронной формулы видно, что кислород в молекуле спирта имеет две неподеленные электронные пары.

    Свойства спиртов и фенолов определяются строением гидроксильной группы, характером ее химических связей, строением углеводородных радикалов и их взаимным влиянием.

    Связи О–Н и С–О – полярные ковалентные. Это следует из различий в электроотрицательности кислорода (3,5), водорода (2,1) и углерода (2,4). Электронная плотность обеих связей смещена к более электроотрицательному атому кислорода:

    Подвижность атома водорода в гидроксильной группе спирта несколько меньше, чем в воде. Более “кислым” в ряду одноатомных предельных спиртов будет метиловый (метанол).
    Радикалы в молекуле спирта также играют определенную роль в проявлении кислотных свойств. Обычно углеводородные радикалы понижают кислотное свойства. Но если в них содержатся, электроноакцепторные группы, то кислотность спиртов заметно увеличивается. Например, спирт (СF3)3С—ОН за счет атомов фтора становится настолько кислым, что способен вытеснять угольную кислоту из ее солей.

    Строение, изомерия и гомологический ряд спиртов

    Гидроксисоединения – это органические вещества, молекулы которых содержат, помимо углеводородной цепи, одну или несколько гидроксильных групп ОН.

    Гидроксисоединения делят на спирты и фенолы.

    Общая формула предельных нециклических спиртов: CnH2n+2Om, где m n.

    Классификация спиртов

    По числу гидроксильных групп:

    • одноатомные спирты — содержат одну группу -ОН. Общая формула CnH2n+1OH или CnH2n+2O.
    • двухатомные — содержат две группы ОН. Общая формула CnH2n(OH)2 или CnH2n+2O2.
    • трехатомные спирты — содержат три группы ОН. Общая формула CnH2n-1(OH)3 или CnH2n+2O3.

    Двухатомные спирты с двумя и тремя гидроксогруппами у одного атома углерода R‒CH(OH)2 или R-C(OH)3 неустойчивы, от них легко отрывается вода и образуется карбонильное соединение.

    Классификация по числу углеводородных радикалов у атома углерода при гидроксильной группе

    • Первичные спирты – группа ОН соединена с первичным атомом углерода. Например, этанол СН3–СН2–ОН.
    • Вторичные спирты – группа ОН соединена с вторичным атомом углерода. Например, пропанол-2: СН3–СН ( СН3)–ОН.
    • Третичные спирты – группа ОН соединена с третичным атомом углерода. Например, 2-метилпропанол-2: (СН3)3С–ОН.
    • Метанол не относится ни к первичным, ни к вторичным, ни к третичным спиртам.

    Классификация по строению углеводородного радикала

    • Предельные спирты – группа ОН соединена с предельным радикалом. Например, пропанол-1: СН3–СН2–СН2–ОН.
    • Непредельные спирты – группа ОН соединена с непредельным радикалом. Например, алкенолы: СН2=СН–СН2–ОН.

    Непредельные спирты, в которых гидроксильная группа соединена с атомом углерода при двойной связи (алкенолы), неустойчивы и изомеризуются в соответствующие карбонильные соединения.

    • Ароматические спирты – содержат в радикале ароматическое кольцо, не связанное непосредственно с группой ОН. Например, бензиловый спирт.

    Строение спиртов и фенолов

    В молекулах спиртов, помимо связей С–С и С–Н, присутствуют ковалентные полярные химические связи О–Н и С–О.

    Электроотрицательность кислорода (ЭО = 3,5) больше электроотрицательности водорода (ЭО = 2,1) и углерода (ЭО = 2,4).

    Электронная плотность обеих связей смещена к более электроотрицательному атому кислорода:

    Атом кислорода в спиртах находится в состоянии sp 3 -гибридизации.

    В образовании химических связей с атомами C и H участвуют две 2sp 3 -гибридные орбитали, а еще две 2sp 3 -гибридные орбитали заняты неподеленными электронными парами атома кислорода.

    Поэтому валентный угол C–О–H близок к тетраэдрическому и составляет почти 108 о .

    Водородные связи и физические свойства спиртов

    Спирты образуют межмолекулярные водородные связи. Водородные связи вызывают притяжение и ассоциацию молекул спиртов:

    Поэтому спирты – жидкости с относительно высокой температурой кипения (температура кипения метанола +64,5 о С). Температуры кипения многоатомных спиртов и фенолов значительно выше.

    Таблица. Температуры кипения некоторых спиртов и фенола.

    Название вещества Температура кипения
    Метанол 64
    Этанол 78
    Пропанол-1 92
    Бутанол-1 118
    Этиленгликоль 196
    Фенол 181,8

    Водородные связи образуются не только между молекулами спиртов, но и между молекулами спиртов и воды. Поэтому спирты очень хорошо растворимы в воде. Молекулы спиртов в воде гидратируются:

    Чем больше углеводородный радикал, тем меньше растворимость спирта в воде. Чем больше ОН-групп в спирте, тем больше растворимость в воде.

    Низшие спирты (метанол, этанол, пропанол, изопропанол, этиленгликоль и глицерин) смешиваются с водой в любых соотношениях.

    Номенклатура спиртов

    • По систематической номенклатуре к названию углеводорода добавляют суффикс «-ОЛ» и цифру, указывающую номер атома углерода, к которому присоединена гидроксильная группа.

    Нумерация ведется от ближайшего к ОН-группе конца цепи.

    • По радикально-функциональной номенклатуре названия спиртов составляют от названий углеводородных радикалов, соединенных с группой ОН, с добавлением слова «спирт».

    Например: СН3ОН – метиловый спирт, С2Н5ОН – этиловый спирт и т.д.

    • В названиях многоатомных спиртов количество групп ОН указывают суффиксами -диол в при наличии двух ОН-групп, -триол при наличии трех ОН-групп и т.д. После этого добавляют номера атомов углерода, связанных с гидроксильными группами.

    Например, пропандиол-1,2 (пропиленгликоль):

    Изомерия спиртов

    Структурная изомерия

    Для спиртов характерна структурная изомерия – изомерия углеродного скелета, изомерия положения гидроксильной группы и межклассовая изомерия.

    Структурные изомеры — это соединения с одинаковым составом, которые отличаются порядком связывания атомов в молекуле, т.е. строением молекул.

    Изомеры углеродного скелета характерна для спиртов, которые содержат не менее четырех атомов углерода.

    Например. Ф ормуле С4Н9ОН соответствуют четыре структурных изомера, из них два различаются строением углеродного скелета
    Бутанол-1 2-Метилпропанол-1

    Межклассовые изомеры — это вещества разных классов с различным строением, но одинаковым составом. Спирты являются межклассовыми изомерами с простыми эфирами. Общая формула и спиртов, и простых эфиров — CnH2n+2О.

    Например. Межклассовые изомеры с общей формулой С2Н6О: этиловый спирт СН3–CH2–OH и диметиловый эфир CH3–O–CH3
    Этиловый спирт Диметиловый эфир
    СН3–CH2–OH CH3–O–CH3

    Изомеры с различным положением группы ОН отличаются положением гидроксильной группы в молекуле. Такая изомерия характерна для спиртов, которые содержат три или больше атомов углерода.

    Например. Пропанол-1 и пропанол-2
    Пропанол-1 Пропанол-2

    Добавить комментарий Отменить ответ

    Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

    Классификация, строение, изомерия и номенклатура спиртов

    Спирты (алкоголи) – это углеводороды, строение которых отражается наличием по крайней мере одной гидроксильной группы –ОН, присоединенной к углеводородной цепи. Далее детально рассмотрим какова классификация, строение, изомерия и номенклатура спиртов.

    Классификация спиртов

    Классификация по строению связанной с ОН – группой углеводородной цепи:

    Предельные спирты. Гидроксильная группа связанна насыщенной углеродной цепью, например, этанол, изопропанол, третбутанол, вторбутанол:

    Непредельные спирты. Гидроксильная группа связанна с углеродной цепью, в составе которой имеется одна или несколько кратных связей, например, аллиловый и пропаргиловый спирты:

    Ароматические спирты. Группа – CH2OH связанна с ароматической структурой, например, бензиловый спирт, 1-фенилэтанол-1, 2-метил-2-фенилпропанол:

    Классификация по количеству ОН – групп в молекуле

    Одноатомные спирты. В молекуле присутствует только одна гидроксильная группа, например, третбутанол, пропинол, бензиловый спирт (структурные формулы представлены выше).

    Многоатомные спирты. В молекуле присутствует более двух гидроксильных групп, например, этиленгликоль (1,2-этандиол), глицерин (1,2,3-пропантриол), пинакон (2,3-диметилбутандиол-2,3):

    Многоатомные спирты, в молекуле которых каждая группа – ОН соединена с различными атомами углерода стабильны.

    Если две ОН – группы находятся у одного атома углерода, то такие соединения не отличаются стабильностью. В этом случае происходит отщепление молекулы воды и переход в более устойчивый альдегид.

    Молекул спиртов, в которых у одного атома углерода находятся одновременно три ОН – группы не существуют.

    Классификация спиртов по характеру связанного с гидроксильной группой углеродного атома

    Первичные. ОН — группа связана с первичным атомом углерода (т.е. связанным еще с одним атомом углерода), например, пентанол-1, 2-метилбутанол-1:

    Вторичные. ОН — группа связана со вторичным атомом углерода (атом углерода связан с двумя другими атомами углерода), например, втор-пропанол, втор-бутанол, 1,2-диметилбутанол-1:

    Третичные. ОН-группа связана с третичным атомом углерода (связанным с тремя другими атомами углерода), например, трет-бутанол, 1,1,2-триметилбутанол-1:

    Гидроксильные группы аналогично называют первичной, вторичной и третичной.

    Молекулы многоатомных спиртов одновременно могут содержать и первичные и вторичные группы ОН, например, в глицерине две ОН – группы – первичные и одна вторичная.

    Общая молекулярная формула спиртов:

    • Насыщенные одноатомные спирты — CnH2n+1OH
    • Ненасыщенные одноатомные спирты (одна двойная связь) – CnH2n-1OH
    • Многоатомные насыщенные спирты — CnH2n+1(OH)k, где k – целое число более 2.

    Строение спиртов

    В молекуле предельного спирта атомы углерода и кислорода находятся в состоянии sp 3 – гибридизации.

    Две гибридные орбитали атома кислорода заняты неподеленными электронными парами, две другие свободны для связывания с другими атомами:

    Для примера приведем строение этанола:

    Угол Н-С-Н составляет 109,5°, С-O-H – 108,9° (в молекуле воды угол Н-О-Н равен 104,5°).

    Изомерия и номенклатура спиртов

    Изомерия спиртов зависит от строения углеродной цепи (изомерия углеродного скелета) и положения —ОН в цепи (функциональная изомерия). Кроме этого, для них характерна межклассовая изомерия (спирты изомерны простым эфирам).
    Например, соединение состава С4Н10О имеет следующие изомеры:

    Как и другие органические соединения, спирты называют как по правилам рациональной номенклатуры (как замещенные метилового спирта — карбuнола), так и номенклатуры ИЮПАК. Для некоторых из них существуют тривиальные названия.

    Наиболее часто используется систематическая номенклатура ИЮПАК. В общем виде, используя правила этой номенклатуры, название можно построить в несколько этапов:

    • Назвать самую длинную углеродную цепь, содержащую атом углерода, несущий группу —OH.
    • Отбросить окончание -ан от названия соответствующего алкана и добавить суффикс -ол. Если гидроксильных групп несколько, до добавить числительное, показывающее количество ОН-групп (-диол, -триол и т.д.)
    • Найти и пронумеровать самую длинную углеродную цепь, начиная с конца, ближайшего к группе —OH.
    • При необходимости указать положение группы -OH.
    • Назвать заместители, указать их количество и положение.

    Например, назовем следующие соединения:

    Самая длинная цепочка состоит из девяти атомов углерода, поэтому название корня – нона, суффикс -ол.

    Группа —ОН находится у четвертого углеродного атома – нонанол — 4.

    Также в данном соединении присутствует метильная и этильная группы у четвертого и шестого атомов углерода соответственно, а также атом хлора у третьего атома углерода.

    Таким образом, полное название по системе IUPAC – 4-метил-6-этил-3-хлорнонанол-4

    Нумеруем самую длинную цепочку с ближайшего к гидроксильной группе конца.

    Она состоит из восьми атомов углерода, поэтому название корня – окта, суффикс -диол, т.к. в соединении содержится две ОН-группы.

    Группы —ОН находятся у третьего и пятого углеродных атомов, значит это – октандиол – 3,5.

    Также в данном соединении присутствуют две метильные группы у пятого и шестого атомов углерода.

    Итак, полное название по систематической номенклатуре IUPAC – 5,6-диметилоктандиол-3,5.

    В таблице ниже приведены тривиальные названия некоторых спиртов, названия по рациональной и систематической номенклатурам:

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: