Кислородсодержащие вещества: спирты (метанол, этанол, глицерин), карбоновые кислоты (уксусная и стеариновая)

Кислородсодержащие
органические соединения

Цели. Познакомить с большой группой органических веществ, генетически связанных между собой (строением, изомерией, номенклатурой, физическими свойствами, классификацией); сформировать общее представление о спиртах, альдегидах, карбоновых кислотах; продолжить развитие общеучебных навыков; воспитывать потребности в знаниях о тех веществах, с которыми мы соприкасаемся в быту – они находятся в пищевых продуктах, лекарствах.

Демонстрационный материал. Коллекция карбоновых кислот, спиртов, фенола, формалина.

Демонстрационный эксперимент. Изучение растворимости в воде спиртов (этанола, н-пропанола и н-бутанола), кислот (муравьиной, уксусной, пропионовой, масляной, стеариновой и пальмитиновой), альдегидов (40%-й раствор муравьиного альдегида – формалин).

Наглядное обеспечение. Таблицы «Образование водородной связи», «Спирты и альдегиды»; модели молекул; рисунки с формулами наиболее часто встречаемых кислот.

Раздаточный материал. Информационная карта к занятию.

Межпредметные и внутрипредметные связи. Неорганическая химия: минеральные кислоты, водородные связи между молекулами; органическая химия: углеводороды (общие формулы, строение, номенклатура, изомерия); математика: функция; физика: физические свойства веществ, константы.


Классификация кислородсодержащих
органических соединений

П р и м е р ы: муравьиная кислота, щавелевая кислота, лимонная, яблочная, молочная кислоты, «винный спирт» (этанол), формалин (40%-й раствор муравьиного альдегида в воде), глицерин, ацетон, эфир для наркоза (диэтиловый эфир), фенол.

Задание 1. Распределите следующие вещества на три группы – спирты, альдегиды, карбоновые кислоты:

Задание 2. По каким признакам классифицируют кислородсодержащие соединения? Назовите функциональные группы спиртов, альдегидов и карбоновых кислот.

Функциональные группы веществ разных классов

Задание 3. Как называют углеводородный фрагмент в формулах органических кислородсодержащих соединений? Например, в задании 1 (см. выше) – это фрагменты: СН3, С4Н9, С5Н11, С2Н5, С7Н15, С3Н7.

Обозначая углеводородный радикал буквой R, получаем общие формулы:

Классификацию спиртов, альдегидов и кислот можно проводить по числу функциональных групп в молекулах. Различают одно-, двух- и трехатомные спирты:

Альдегиды с двумя альдегидными группами СНО в молекуле называют следующим образом:

Карбоновые кислоты в зависимости от числа карбоксильных групп в молекуле бывают одно-, двух- и трехосновные:

Кислородсодержащие соединения различаются по строению углеводородного радикала. Они бывают предельные (насыщенные), непредельные (ненасыщенные), циклические, ароматические.

Примеры карбоновых кислот:

Мы будем изучать только предельные одноосновые карбоновые кислоты, одноатомные спирты и альдегиды.

Задание 4. Дайте определение насыщенных спиртов, альдегидов, карбоновых кислот.

Спирты бывают первичные, вторичные и третичные. В первичных спиртах при атоме С, связанном с гидроксильной группой ОН, один углеродный сосед; во вторичных спиртах при атоме С наряду с группой ОН два углеродных заместителя (соседа), а в третичных спиртах – три углеродных заместителя. Например:


Номенклатура
кислородсодержащих соединений

По международной номенклатуре ИЮПАК названия спиртов производят из названий соответствующих алканов с добавлением суффикса «ол».

Название по ИЮПАК Формула спирта Тривиальное название
Метанол СН3ОН Метиловый спирт
Этанол СН3СН2ОН Этиловый спирт
Пропанол СН3СН2СН2ОН Пропиловый спирт
Изопропанол (СН3)2СНОН Изопропиловый спирт

Задание 5. Напишите молекулярные формулы и названия четырех первичных спиртов с числом атомов углерода в молекуле 4 и более.

Особенность названий альдегидов – суффикс «аль».

Задание 6. Впишите в таблицу формулы и названия по ИЮПАК следующих четырех альдегидов.

Название по ИЮПАК Формула альдегида Тривиальное название
Метаналь Муравьиный альдегид
…………………………. …………………………. Уксусный альдегид
…………………………. …………………………. Пропионовый альдегид
…………………………. …………………………. Масляный альдегид
…………………………. …………………………. Валериановый альдегид

Названия по ИЮПАК карбоновых кислот производят из названий углеводородов с таким же числом атомов углерода в молекуле с добавлением окончания «овая» и слова «кислота».

Задание 7. Впишите в таблицу формулы и названия по ИЮПАК четырех следующих кислот.

Название по ИЮПАК Формула кислоты Тривиальное название
Метановая кислота Муравьиная кислота
…………………………. …………………………. Уксусная кислота
…………………………. …………………………. Пропионовая кислота
…………………………. …………………………. Масляная кислота
…………………………. …………………………. Валериановая кислота

Задание 8. Почему метаналь и метановую кислоту нельзя считать гомологами? Чем они отличаются от гомологов?


Физические свойства.
Водородная связь

1) А г р е г а т н о е с о с т о я н и е линейных соединений разных классов.

Число атомов С в молекуле Алканы Спирты Альдегиды Kарбоновые кислоты
1 г. ж. г. ж.
2 г. ж. ж. ж.
3 г. ж. ж. ж.
4 г. ж. ж. ж.
5 ж. ж. ж. ж.p

Задание 9. Почему среди алканов так много газов? Почему существует газообразный альдегид при нормальных условиях (0 °С, 1 атм)? С чем это может быть связано?

2) Т е м п е р а т у р ы к и п е н и я (°С) первых пяти гомологов веществ четырех классов.

Число атомов С в молекуле Алканы Спирты Альдегиды Kарбоновые кислоты
1 –162 +64,7 –19 +101
2 –89 +78,3 +21 +118
3 –42 +97,2 +50 +141
4 –0,5 +117,7 +75 +163
5 +36 +137,8 +120 +186

Задание 10. Сравните температуры кипения соответствующих (по числу атомов С) алканов, спиртов, альдегидов и карбоновых кислот. Какие особенности этой характеристики у веществ разных гомологических рядов?

3) В о д о р о д н а я с в я з ь в ряду рассматриваемых соединений – это межмолекулярная связь между кислородом одной молекулы и гидроксильным водородом другой молекулы.

Справочная информация – электроотрицательность атомов: С – 2,5; Н – 2,1; О – 3,5.

Распределение электронной плотности в молекулах спиртов и карбоновых кислот неравномерное:

Водородную связь в спиртах и кислотах изображают так:

В ы в о д. В гомологических рядах спиртов и карбоновых кислот отсутствуют газообразные вещества и температуры кипения веществ высокие. Это связано с наличием водородных связей между молекулами. За счет водородных связей молекулы оказываются ассоциированными (как бы сшитыми), поэтому, чтобы молекулы стали свободными и приобрели летучесть, необходимо затратить дополнительную энергию на разрыв этих связей.

4) Р а с т в о р и м о с т ь в в о д е демонстрируется экспериментально на примере растворимости в воде спиртов – этилового, пропилового, бутилового и кислот – муравьиной, уксусной, пропионовой, масляной и стеариновой. Демонстрируется также раствор муравьиного альдегида в воде.

Задание 11. Что можно сказать о растворимости спиртов, альдегидов и карбоновых кислот в воде? Чем объясняется растворимость этих веществ?

При ответе используйте схему образования водородных связей между молекулами кислоты и воды:

Необходимо отметить, что с увеличением молекулярной массы растворимость в воде спиртов и кислот уменьшается. Чем больше углеводородный радикал в молекуле спирта или кислоты, тем труднее группе ОН держать молекулу в растворе за счет образования слабых водородных связей.


Строение спиртов, альдегидов,
карбоновых кислот

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.

Кислородсодержащие вещества: спирты (метанол, этанол, глицерин), карбоновые кислоты (уксусная и стеариновая) – Первоначальные сведения об органических веществах

Спиртами называются органические соединения, в молекулах которых углеводородный радикал соединён с одной или несколькими гидроксогруппами, например:

Метанол (метиловый спирт) и этанол (этиловый спирт) относятся к одноатомным спиртам, т.к. их молекулы содержат одну гидроксогруппу. Глицерин относится к многоатомным спиртам, т.к. его молекула содержит три гидроксогруппы.

Метанол и этанол представляют собой бесцветные легко кипящие жидкости с характерным запахом, смешиваются с водой в любых соотношениях. Метанол (древесный спирт) чрезвычайно ядовит, небольшое количество его приводит к потере зрения и даже к смертельному исходу. В промышленности метанол получают из оксида углерода(Ii) и водорода:

Этиловый спирт получают различными способами, например — сбраживанием сахаристых веществ или гидратацией этилена:

Все спирты — вещества горючие, при их сгорании на воздухе выделяется большое количество теплоты:

При нагревании с водоотнимающими средствами спирты могут вступать в реакции дегидратации (отщепления воды). В случае этанола в ходе дегидратации могут образоваться или диэтиловый эфир, или этилен:

Метанол и этанол взаимодействуют с щелочными металлами с выделением водорода и с образованием солеобразных продуктов — алкоголятов:

В этой реакции спирты проявляют кислотные свойства.

Спирты могут также взаимодействовать с галогеноводородными кислотами, например:

В ходе этой реакции происходит замещение гидроксогруппы в молекуле спирта на атом галогена. Подобная реакция напоминает взаимодействие оснований с кислотами, что может указывать на основные свойства спиртов. С учётом предыдущей реакции можно говорить о химической двойственности спиртов.

Многоатомные спирты имеют свои особенности. Так, глицерин представляет собой очень вязкую сиропообразную жидкость с характерным сладким вкусом, хорошо растворяющуюся в воде. Характерным свойством глицерина является его способность растворять свежеосаждённый гидроксид меди(II) с образованием ярко-синего раствора (качественная реакция на многоатомные спирты). При взаимодействии глицерина с азотной кислотой образуется нитроглицерин:

Метанол применяется в качестве растворителя, добавки к автомобильному топливу, в химической промышленности для производства пластмасс, уксусной кислоты и др. Этанол используют как сырьё в органическом синтезе, в качестве растворителя, а также в качестве сырья в пищевой промышленности. Глицерин используется для приготовления антифризов (незамерзающих жидкостей), в кожевенной, пищевой, фармацевтической промышленности. На основе нитроглицерина готовят взрывчатые вещества (динамит) и лекарственные препараты.

Карбоновыми кислотами называют органические вещества, молекулы которых содержат карбоксильную группу —СООН.

Простейшими карбоновыми кислотами являются муравьиная и уксусная:

К карбоновым относятся и другие известные вам органические кислоты, например лимонная или щавелевая:

Если муравьиная и уксусная кислоты — летучие жидкости с резким и неприятным запахом, то лимонная и щавелевая кислоты — вещества кристаллические, без запаха. В воде все эти кислоты хорошо растворимы. Водный раствор уксусной кислоты с содержанием её 3-9% называют столовым уксусом, с содержанием 70% — уксусной эссенцией. Уксусная кислота используется в пищевой и химической промышленности.

При большом числе атомов углерода в молекулах кислот их относят к высшим карбоновым кислотам. Одной из высших карбоновых кислот является стеариновая кислота С17Н35—СООН. Стеариновая кислота — вещество твёрдое, без запаха, цвета и вкуса, в воде нерастворима. В промышленности получается гидролизом жиров.

По химическим свойствам карбоновые кислоты напоминают кислоты минеральные (неорганические). И те и другие изменяют окраску индикаторов, реагируют с металлами, основаниями, основными оксидами. Вот несколько типичных уравнений реакций с участием карбоновых кислот.

1. Диссоциация в водном растворе:

Знак обратимости указывает на слабые кислотные свойства карбоновых кислот. Так, укусная кислота слабее сернистой, азотистой, фтороводородной кислот, но сильнее таких кислот, как сероводородная или угольная.

2. Реакция нейтрализации:

В ходе реакции нейтрализации образуется соль и вода. Соли уксусной кислоты называются ацетатами, соли муравьиной кислоты — формиатами, соли стеариновой кислоты — стеаратами. Натриевые и калиевые соли стеариновой кислоты составляют основу мыла. Поскольку кислотные свойства карбоновых кислот слабы, их соли в водных растворах подвергаются гидролизу, обуславливая щелочную среду раствора, например:

или в ионном виде:

3. Взаимодействие с металлами:

Поскольку карбоновые кислоты относятся к слабым кислотам, то они могут взаимодействовать только с активными и средней активности металлами.

4. Взаимодействие с основными оксидами:

5. Взаимодействие с солями:

Эта реакция возможна, т.к. в ходе её уксусная кислота выделяет более слабую угольную из её соли (угольная кислота сразу же распадается на углекислый газ и воду).

В химии карбоновых кислот важное место занимает реакция этерификации — взаимодействие со спиртами, приводящее к получению сложных эфиров. Подробнее о протекании этой реакции вы узнаете в старших классах.

К каждому из заданий части 1 даны 4 варианта ответа, из которых только один правильный.

1. Формула метанола

2. Формула этанола

3. К спиртам относятся все вещества в группе

4. В состав карбоновых кислот входит функциональная группа

5. Уксусная кислота не взаимодействует с

1) оксидом кальция

2) гидроксидом натрия

3) оксидом серы(IV)

4) карбонатом натрия

6. Какие связи образует атом кислорода в молекуле метанола?

3) одну σ- и одну π-связи

7. Какие связи образует атом углерода в молекуле муравьиной кислоты?

3) одну σ- и одну π-связи

4) три σ- и одну π-связи

8. Свежеприготовленный осадок Сu(ОН)2 растворится, если к нему добавить

9. Характерной реакцией для многоатомных спиртов является их взаимодействие с

10. При взаимодействии муравьиной кислоты с магнием образуются

1) формиат магния и вода

2) формиат магния и водород

3) ацетат магния и вода

4) ацетат магния и водород

11. При взаимодействии уксусной кислоты с цинком образуются

1) формиат цинка и вода

2) формиат цинка и водород

3) ацетат цинка и вода

4) ацетат цинка и водород

12. При взаимодействии уксусной кислоты с оксидом цинка образуются

1) формиат цинка и вода

2) формиат цинка и водород

3) ацетат цинка и вода

4) ацетат цинка и водород

13. Уксусная кислота не взаимодействует с веществом, формула которого

14. Этанол можно получить из этилена в результате реакции

15. Глицерин в водном растворе можно определить с помощью

2) нитрата серебра

3) гидроксида меди(II)

4) гидроксида натрия

Библиотека образовательных материалов для студентов, учителей, учеников и их родителей.

Наш сайт не претендует на авторство размещенных материалов. Мы только конвертируем в удобный формат материалы из сети Интернет, которые находятся в открытом доступе и присланные нашими посетителями.

Если вы являетесь обладателем авторского права на любой размещенный у нас материал и намерены удалить его или получить ссылки на место коммерческого размещения материалов, обратитесь для согласования к администратору сайта.

Разрешается копировать материалы с обязательной гипертекстовой ссылкой на сайт, будьте благодарными мы затратили много усилий чтобы привести информацию в удобный вид.

© 2014-2021 Все права на дизайн сайта принадлежат С.Є.А.

Научная электронная библиотека

§ 2.1.9. Кислородсодержащие органические соединения

Органические вещества, молекулы которых включают, помимо углерода и водорода другие элементы периодической системы называют производными углеводородов.

Производные углеводородов, содержащие в своих молекулах кислород, называют кислородсодержащими органическими соединениями. Представителями кислородсодержащих органических соединений являются: спирты, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и некоторые другие вещества.

Спиртами называются производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены функциональными гидроксогруппами. Если гидроксогруппой замещён один атом водорода, то спирт называется одноатомным, если два и более атомов водорода, то многоатомным. Например:

Важно подчеркнуть, что при одном и том же атоме углерода не может находиться более одной гидроксогруппы.

Систематические названия спиртов производятся добавлением суффикса -ол к названию соответствующего углеводорода и при необходимости указанием номера атома углерода, при котором находится группа –ОН:

Спирты, в отличие от неорганических оснований, при растворении в воде не диссоциируют и не образуют аниона ОН–.

Альдегидами называются производные углеводородов, содержащие альдегидную функциональную группу:

Систематические названия альдегидов производятся добавлением суффикса – аль к названию соответствующего углеводорода.

Кетонами называются производные углеводородов, содержащие карбонильную группу

соединённую с двумя углеводородными радикалами. Например,

Систематические названия кетонов производятся добавлением суффикса -он к названию соответствующего углеводорода и при необходимости указанием номера атома углерода, при котором находится карбонильная группа.

Карбоновыми кислотами называются производные углеводородов, содержащие карбоксильную функциональную группу:

Следует подчеркнуть, что фрагмент

рассматривается в органической химии в качестве единой функциональной карбоксильной группы, хотя формально состоит из двух групп – карбонильной и гидроксогруппы.

Карбоновые кислоты, включающие в свой состав кратные углерод-углеродные связи называются непредельными кислотами[27], например:

СН2=СН–СООН СН2=СН–СH2–СООН СН3–СН=СН–СООН

акриловая кислота винилуксусная кислота кротоновая кислота

(пропеновая) (бутен-3-овая) (бутен-2-овая)

Непредельные кислоты относятся к органическим соединениям со смешанными функциями, то есть, включающими различные функциональные группы.

Систематические названия карбоновых кислот производятся добавлением окончания -овая к названию соответствующего углеводорода и слова «кислота».

Карбоновые кислоты, подобно неорганическим кислотам, при растворении в воде диссоциируют, отщепляя катион Н+:

Даже низшие спирты – метанол и этанол являются жидкостями при нормальных условиях, в то время как соответствующие углеводороды представляют собой газы. Низшие альдегиды, кетоны и кислоты также являются жидкостями за исключением метаналя, который кипит при –21 °С. Такое агрегатное состояние кислородсодержащих органических соединений объясняется наличием водородных связей[28] между молекулами веществ, объединяющих эти молекулы в одно единое целое.

Хотя водородные связи намного слабее ионных и ковалентных связей, однако, их прочность достаточна для того, чтобы существенно влиять на агрегатное состояние веществ.

Реакции соединения. Присоединение к органической молекуле возможно только в том случае, если она содержит двойную или тройную связь, включающую в себя непрочную, легко разрывающуюся π-связь.

Аналогично присоединяют водород и другие альдегиды и кетоны. Однако, для карбоновых кислот реакции присоединения водорода не характерны.

Кроме того, альдегиды способны соединяться со спиртами, образуя полуацетали:

(2.20)

Реакции разложения. При нагревании до температуры 140 °С и в присутствии концентрированной серной кислоты многие одноатомные спирты образуют алкены, отщепляя воду (реакция дегидратации):

Метанол в результате отщепления водорода (реакция дегидрирования) может образовать метаналь

Муравьиная кислота при нагревании и в присутствии концентрированной серной кислоты разлагается на воду и угарный газ

Реакции замещения. Подобно воде спирты реагируют с активными металлами

Благодаря наличию углеводородного радикала кислородсодержащие органические соединения могут вступать в реакции замещения с галогенами подобно алканам:

Реакции обмена. Спирты взаимодействуют с кислотми.

(2.21)

Обратите внимание, что механизм взаимодействия спиртов с карбоновой кислотой существенно отличается от механизма взаимодействия с неорганическими кислотами. Для образования воды карбоновая кислота предоставляет гидроксогруппу, в то время как неорганические кислоты предоставляют атомы водорода.

Реакции взаимодействия спиртов с карбоновыми кислотами называются реакциями этерификации (от лат. ester – эфир). Органические продукты реакции этерификации называются сложными эфирами.

Сложные эфиры, образованные в результате этерификации глицерина и карбоновых кислот называются жирами:

где R1 R2 R3 – различные углеводородные радикалы – насыщенные и ненасыщенные.

Процесс, обратный этерификации глицерина, называется гидролизом жиров. Природные жиры[29], входящие в состав клеток растений и животных включают R1, R2 и R3, содержащие от 3 до 25 атомов углерода. При гидролизе твёрдых природных жиров образуются только предельные карбоновые кислоты, наиболее распространёнными из которых являются пальмитиновая и стеариновая:

Кислоты с такими длинными углеводородными радикалами иногда относят к высшим жирным кислотам[30].

При гидролизе жидких (преимущественно растительных) природных жиров образуются главным образом непредельные карбоновые кислоты, наиболее распространёнными из которых являются олеиновая, линолевая и линоленовая кислоты:

С17Н33СООН С17Н31СООН С17Н29СООН

олеиновая кислота линолевая кислота линоленовая кислота

молекулы спирта могут взаимодействовать и друг с другом

(2.22)

(2.23)

Органические продукты взаимодействия молекул спирта друг с другом называются простыми эфирами.

Причём, дегидратация спирта, протекающая с образованием простого эфира проводится в аналогичных условиях, что и дегидратация спирта, протекающая с образованием алкена, но при меньшей температуре и большей концентрации спирта.

Взаимодействие альдегидов с аммиачным раствором оксида серебра до сих пор считается классической качественной реакцией, доказывающей наличие группы

в молекуле вещества. Реакция очень эффектна, так как выделяющееся в результате серебро покрывает стенки реакционной пробирки, делая её поверхность зеркальной, отчего сам процесс называют реакцией «серебряного зеркала». Проводят его в две стадии:

1. Растворяют оксид серебра в водном растворе аммиака

2. К полученному раствору добавляют альдегид и нагревают:

Если уравнения обеих стадий сложить, то суммарная схема процесса окажется следующей:

Однако, следует иметь в виду, что в реакцию «серебряного зеркала» вступает и метановая кислота,

К кислородсодержащим органическим соединениям со смешанными функциями, помимо непредельных кислот, относятся также углеводы – вещества, химический состав которых может быть представлен формулой Cn(H2O)m, например:

рибоза С5Н10О5 (C5(H2O)5)

Однако, известно, что альдегиды способны вступать в реакцию присоединения со спиртами (см. реакцию (2.20)). Поскольку в приведённых примерах альдегидная группа и гидроксогруппа находятся при одной молекуле, то они могут соединяться, образуя замкнутый цикл. В водных растворах рибозы альдегидная группа соединяется с гидроксогруппой четвёртого атома углерода. В водных растворах глюкозы с гидроксогруппой пятого атома углерода. В водных растворах фруктозы может происходить соединение карбонильной группы с шестым атомом углерода или с пятым. То есть, в этих условиях существуют обе формы молекул углеводов – циклическая и ациклическая. Но равновесие между ними смещено, всё-таки, в сторону циклических форм. Углеводы, циклическая форма молекул которых представляет собой один цикл, называются моносахаридами.

Подобно спиртам циклические формы молекул углеводов могут вступать в реакцию обмена между собой (см. реакции (2.22) и (2.23)), образуя углеводы с большей молекулярной массой. Например:

Более того, поскольку углеводы содержат несколько гидроксогрупп, то они способны соединяться друг с другом многократно, образуя макромолекулы с огромной молекулярной массой. Например,

или (при других условиях процесса)

Таким образом, крахмал и целлюлоза представляют собой полимеры (полисахариды), мономером которых является глюкоза. Но целлюлоза отличается значительно бόльшим значением молекулярной массы (m >> n) и отсутствием разветвлений в цепи, характерных для молекул крахмала. Очень близок к крахмалу гликоген (животный крахмал), который откладывается в печени и является резервным веществом в организме человека и животных. Но молекулы гликогена значительно крупнее молекул крахмала и имеют ещё более разветвлённую структуру.

Некоторые витамины – жизненно важные компоненты живых организмов – также относятся к кислородсодержащим соединениям со смешанными функциями. В частности, витамин С (аскорбиновая кислота) представляет собой циклический эфир, содержащий карбонильную и гидроксогруппы:

1. Дайте систематические названия следующим соединениям:

2. Охарактеризуйте химические свойства кислородсодержащих органических соединений, не являющихся углеводами. Что такое жиры? В чём состоит основное отличие химического состава жидких жиров от твёрдых жиров. Опишите реакцию серебряного зеркала.

3. Дайте определения следующим понятиям: углеводы, моносахариды, полисахариды. Приведите примеры этих веществ. Опишите разницу в строении молекул целлюлозы, крахмала и гликогена.

4. Пользуясь равенствами (2.6) и (2.7) расставьте коэффициенты в схеме реакции:

Кислородсодержащие органические соединения

Кислородсодержащие органические соединения

1. Классификация кислородсодержащих органических соединений

2. Спирты.

А) Классификация. Определение.

Б) Изомерия и номенклатура

В) Получение спиртов

Г) Физические и химические свойства. Качественные реакции спиртов.

Д) Применение. Влияние на окружающую среду и здоровье человека.

Классификация кислородсодержащих органических соединений

1. Спирты – это кислородсодержащие органические соединения, содержащие в своем составе гидроксильную группу.

2. Альдегиды характеризуются наличием альдегидной группы:

3. Кетоны содержат карбоксильную группу, связанную с двумя радикалами.

4. Карбоновые кислоты отличает от других кислородсодержащих органических соединений карбоксильная группа.

5. Эфиры: а) простые R-O-R` б) сложные

Химические свойства этих соединений определяются наличием в их молекулах различных функциональных групп.

Название функциональной группы

Спирты – это кислородсодержащие производные углеводородов, в которых гидроксигруппа присоединяется к углеводородному радикалу.

Спирты классифицируются:

Ø по характеру углеродного атома, связанного с гидроксигруппой

а) первичные спирты – ОН-группа в таких соединениях связана с первичным атомом углерода

б) вторичные спирты – гидроксигруппа связана с вторичным атомом углерода

в) третичные спирты – гидроксигруппа в третичных спиртах связана с третичным углеродным атомом.

Ø по числу гидроксигрупп в молекуле спирта

а) одноатомные спирты содержат в молекуле одну ОН-группу, все представленные выше соединения являются одноатомными.

б) двухатомные – в состав таких спиртов входит две гидроксигруппы, например этиленгликоль (входит в состав незамерзающих растворов – антифризов)

в) трехатомные – содержат три ОН-группы, например глицерин.

Ø по строению радикала, связанного с функциональной группой

а) насыщенные СН3-СН2-ОН (этанол)

б) ненасыщенные СН2=СН-СН2-ОН (2-пропен-1-ол)

в) ароматические (фенол)

Предельные одноатомные спирты.

Общая формула – СnH2n+2O или CnH2n+1OH

Изомерия и номенклатура.

Для предельных одноатомных спиртов характеры два типа структурной изомерии:

1) изомерия углеродного скелета

2) изомерия положения гидроксильной группы

Такие спирты можно называть, используются два типа номенклатуры, рассмотрим каждый тип по отдельности.

Рациональная (карбинольная) номенклатура.

По рациональной номенклатуре название спирта строится от первого члена ряда спиртов – метилового спирта, который называется карбинол. Название других спиртов образуется перечислением радикалов, замещающих атом водорода в метаноле, по их старшинству с прибавлением слова-основы карбинол.

Номенклатура ИЮПАК

Согласно номенклатуре ИЮПАК:

– в качестве главной цепи выбирают ту, в которой содержится наибольшее число гидроксигрупп и радикалов.

– нумерацию цепи начинают с того конца, ближе к которому находится старший заместитель – в нашем случае ОН-группа.

– название спирта строится от названия соответствующего алкана, с которым связана гидроксигруппа. Чтобы показать, что соединение относится к классу спиртов добавляется окончание –ол.

– т. к. спиртам характерна изомерия положения гидроксигруппы, то она обозначается цифрой.

-если в молекуле несколько гидроксигрупп, то их число обозначается греческими приставками (ди-, три-) Эта приставка ставится перед окончанием –ол цифрой показывается их расположение.

Например, спирты состава С4Н9ОН имеют следующее строение и названия по номенклатуре ИЮПАК.

1) соединения с нормальной цепью

2) соединения с разветвленной цепью

Таким способом называют и более сложные соединения:

В органической химии часто используют и тривиальные названия:

метиловый спирт (древесный) – СН3ОН (метанол)

этиловый спирт (винный) С2Н5ОН (этанол)

первичный пропиловый спирт СН3СН2СН2ОН (пропанол)

Получение

Существует много способов получения спиртов, рассмотрим основные.

Гидратация алкенов

Алкены присоединяют воду в присутствии сильных минеральных кислот (H2SO4 или H3PO4), реакция протекает в соответствии с правилом Марковникова.

Следует напомнить, что это промышленный способ получения спиртов и протекает реакция при повышенных температуре, давлении и использовании катализатора (например, этанол получают в присутствии силикагеля, обработанного H3PO4 и нагревании до 300°С).

Эту реакцию и ее механизм мы подробно изучили в I модуле.

Следующий промышленный способ получения спиртов – гидрирование СО.

Смесь оксида углерода (II) с водородом подвергается нагреванию. При использовании разных катализаторов продукты отличаются по составу, это иллюстрирует схема представленная ниже.

Гидролиз галогенпроизводных алканов.

Гидролиз осуществляется действием воды или водным раствором щелочей, при нагревании. Легче всего реакция проходит для первичных галогенпроизводных.

Восстановление карбонильных соединений

Альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и их производные (сложные эфиры) легко восстанавливаются до спиртов.

Восстановителем альдегидов и кетонов служит молекулярный водород, катализатором – никель, платина или палладий. Для восстановления эфиров используется атомарный водород, который получается при непосредственном взаимодействии натрия со спиртом.

Из уравнений видно, что из альдегидов и карбоновых кислот получаются первичные спирты, кетоны являются исходными веществами для вторичных спиртов. Так получают спирты в лабораторных условиях. Однако получить третичные спирты таким способом нельзя. Их получают способом, представленным ниже.

Взаимодействие реактивов Гриньяра с карбонильными соединениями.

Синтезы на основе реактивов Гриньяра являются надежным лабораторным способом получения спиртов.

При использовании в качестве карбонильного соединения муравьиного альдегида продуктом реакции будет первичный спирт.

Другие альдегиды приводят к образованию вторичных спиртов.

Из кетонов в таких синтезах получаются третичные спирты.

Чтобы понять, как осуществляются подобные превращения, необходимо рассмотреть электронные эффекты в реагирующих молекулах: за счет высокой электроотрицательности атома кислорода, электронная плотность смещается в сторону кислорода от углеродного атома карбонильной группы (-М-эффект). В молекуле реактива Гриньяра частично отрицательный заряд оказывается на атоме углерода, положительный – на магнии за счет положительного индуктивного эффекта (+I-эффект).

Ферментативный способ

Это сбраживание сахаристых веществ. Этанол получают брожением в присутствии дрожжей. Сущность брожения заключается том, что получаемая из крахмала глюкоза под действием ферментов распадается на спирт и СО2. результат этого процесса выражается схемой:

Физические свойства

Низкомолекулярные спирты (С1-С3) являются жидкостями с характерными запахом и вкусом и смешиваются с водой в любых соотношениях.

Температуры кипения спиртов не превышают 100°С, однако они выше чем температуры кипения эфиров или углеводородов, с такой же молекулярной массой.

Причиной этого являются межмолекулярные водородные связи, возникающие между водородными и кислородными атомами гидроксильных групп различных молекул спирта (происходит с участием неподеленных пар электронов кислорода).

Хорошая растворимость спиртов в воде объясняется образованием водородных связей между молекулами спирта и воды.

Спирты с С11 и выше – твердые вещества.

Химические свойства спиртов.

Химические свойства спиртов обусловлены присутствием гидроксигруппы. Поэтому для спиртов характерны реакции:

1) с разрывом связи –СО-Н

2) с разрывом связи С-ОН

3) реакции окисления

1. Кислотно-основные свойства спиртов.

Спирты являются амфотерными соединениями. Они способны выступать в роли как кислот, так и оснований.

Они проявляют кислотные свойства при взаимодействии со щелочными металлами и щелочами. Водород гидроксила замещается на металл с образованием алкоголятов (которые легко разлагаются водой).

2C2H5OH + 2Na = 2C2H5ONa + H2

Спирты более слабые кислоты, чем вода. Их кислотные свойства в убывают в следующем порядке: СН3ОН

Кислородсодержащие органические соединения. Спирты

Описание разработки

Цели урока: обобщить знания по разделу «углеводороды» и ознакомить учащихся с новым разделом – кислородсодержащие органические вещества на примере производных углеводородов – одноатомных спиртов, в молекулах которых содержится –ОН группа. Объяснить влияние функциональной группы на свойства спиртов, рассмотреть строение, влияние имеющихся между молекулами спиртов водородных связей на физические свойства спиртов, изомерию и номенклатуру спиртов, провести анализ взаимного влияния атомов в молекулах спиртов.

Оборудование и реактивы: Этанол, бутанол, Na, шаростержневые модели молекул метанола и этанола, интерактивная доска, презентация PowerPoint

Тип урока: комбинированный с элементами игры

Формы учебной работы: фронтальная, индивидуальная

Методы обучения: словесные, наглядные, практические, информационно-развивающие, репродуктивные

  1. Организационный момент
  2. Обобщение по разделу «Углеводороды»
  1. «Углеводородный марафон» – проводится по типу телевизионной игры «Своя игра». Учащийся выбирает вопрос из любого раздела и любой стоимости, за правильный ответ получает фишку со стоимостью вопроса. В конце опроса подсчитывается набранная сумма и выставляются оценки за фронтальный опрос.

20 – Под каким углом соединятся атомы в молекулах предельных углеводородов? (109 °28′)

30 – Как еще называют алканы и почему? (предельные, насыщенные, парафины)

40 – Почему метан часто называют природным и «болотным» газом? (Его содержание в природном газе достигает до 90-98%, образуется в природе в результате разложения остатков растительных и животных организмов без доступа воздуха. Этим объясняется появление пузырьков газа в заболоченных водоемах)

10- Как еще можно назвать циклоалканы? ( Циклопарафины или нафтены, они главным образом находятся в составе некоторых нефтей, поэтому нафтены)

30 – Назовите формулу циклопропана (С3Н6)

40 – этот циклоалкан – легкокипящая жидкость, применяется в медицине для наркоза (циклопропан)

50 – Как образуются названия циклоалканов? Приведите пример (Названия циклоалканов образуются путем добавления приставки цикло – к названию соответствующего алкана, например: пропан – циклопропан, бутан – циклобутан)

10 – Какие углеводороды называют алкенами? (Углеводороды, в молекулах которых имеется одна двойная связь)

20 – Связь, образующаяся вне плоскости атомных ядер, называют… (пи связью)

30 – Назовите три гомолога этилена (пропилен, бутилен, амилен)

40 – Алкен имеет следующее строение. Дайте ему название

50- Что получается при реакции полимеризации этилена? (Полиэтилен)

20 -Как еще называют алкадиены? (Диеновыми углеводородами, что говорит о двух двойных связях в молекуле)

30 – В алкадиенах взаимное расположение двойных связей может быть различным. Если две двойные связи расположены рядом, как называется такая связь? (Кумулированная – две двойные связи расположены рядом)

40 – диены легко вступают в реакции полимеризации. В результате реакции полимеризации бутадиена-1,3 (дивинила) что образуется? (Это мономер для получения синтетического каучука)

50 – Назовите фамилию ученого, который получил впервые синтетический каучук полимеризацией бутадиена -1,3 в 1928 году. (Лебедев Сергей Васильевич)

10- Чему равен валентный угол в молекулах алкинов? (180°)

30-Ацетилен можно получить карбидным способом. Запишите реакцию (СаС2 + 2Н2О → С2Н2 + Са (ОН)2)

40 – Гомолог ацетилена, имеющий 8 атомов водорода имеет формулу… 5Н8)

50 – При горении ацетилена выделяется большое количество тепла. Для чего используют это свойство? (Для резки и сварки металлов)

10 – Напишите молекулярную и структурную формулы бензола (С6Н6)

20 – Какие углеводороды называют аренами? (Углеводороды, в молекулах которых имеется бензольное кольцо)

40 – Назовите гомолог бензола, который идет на получение тротила? (толуол)

50 – Какие типы химических реакций характерны для бензола? (присоединения, замещения)

  1. Объяснение новой темы.

Вступительное слово учителя:

До сих пор мы изучали органические соединения, состоящие только из двух элементов – углерода и водорода. Теперь рассмотрим кислородсодержащие органические вещества, молекулы которых состоят из трех элементов – углерода, водорода, кислорода. Соединения, в составе которых имеются С-О- и С=О –связи, являются важными производными углеводородов. Они образуются в результате окисления углеводородов.

Определение в тетрадь:

Соединения, функциональные группы которых содержат кислород, называют кислородсодержащими органическими соединениями.

К кислородсодержащим органическим соединениям относятся спирты, фенолы, альдегиды и кетоны, карбоновые кислоты, простые и сложные эфиры, углеводы, жиры.

Схема № 1 (проецируется на доске) слайд №2

Сегодня мы начнем знакомство с первым классом кислородсодержащих веществ, с которыми люди знакомы с глубокой древности. Эти вещества образуются при ферментативном окислении винограда, сахара, крахмала. Название этого класса – спирты происходит от латинского слова «дух вина». А с XVIII века наряду со словом «спирт» употребляется и другое их название – «алкоголь» (по- арабски – «ал-кугул»), что означает «одурманивающий».

Это и есть тема сегодняшнего урока: Насыщенные одноатомные спирты, их состав, строение, изомеры.

После объявления темы урока и записи ее в тетради, учитель объявляет этап урока «Ожидание» (высвечивается на интерактивной доске) (слайд№3)

«Ожидание»- учитель предлагает учащимся сформулировать свои ожидания от заявленной темы, тем самым определятся цели урока. Учащиеся должны высказать свои предложения по поводу того, что они хотят узнать по данной теме. Высказывания записываются на доске. После чего вся информация обобщается и озвучиваются цели урока (выводятся на интерактивную доску)

Чтобы вывести формулу спирта, давайте решим задачу на вывод молекулярной формулы

Решение задачи у доски (1 учащийся)

Вывести молекулярную формулу кислородсодержащего органического соединения по следующим данным: массовая доля углерода-52,17%, массовая доля водорода -13,05%, массовая доля кислорода – 34,78%

Зная валентность химических элементов и пользуясь положением теории А.М. Бутлерова, что атомы в молекулах соединяются не беспорядочно, а в строгой последовательности, согласно их валентности, составим структурную формулу выведенного вещества. слайд №7

Н – С – С – О – Н Н – С – О – С – Н

Сопоставляя эти две формулы, задаемся вопросом, какая же из этих двух формул отвечает строению этилового спирта?

В 1 –ой формуле один атом водорода соединен с углеродом через атом кислорода, т.е. он находится в особом положении, он менее прочно связан с атомом углерода, следовательно, может легко отщепляться и замещаться другими атомами. Доказательством служит взаимодействие этилового спирта с натрием. Идет бурное выделение водорода. (Демонстрация реакции). Экспериментально доказано, что из 1 Моль спирта натрий может вытеснить 0,5 Моль водорода, или же из молекулы спирта металл вытесняет один атом водорода. Какой?

Во второй формуле все 6 атомов водорода равноценны, они непосредственно не соединены с кислородом.

А вот в первой формуле один из 6 атомов водорода вместе с кислородом образует гидроксильную –ОН группу. Такой атом весьма активен, следовательно, его может вытеснять атом металла. Поэтому истинной формулой для этилового спирта является первая формула. Эту формулу можно записывать следующим образом:

То есть мы вывели формулу кислородсодержащего органического вещества. Известно много веществ, в состав которых наряду с С и Н входит и О. Рассмотрим прежде всего класс спиртов.

Что же значит спирт с точки зрения химии? Какие органические вещества мы будем называть спиртами?

Определение в тетрадь

  1. Классификация спиртов слайды 9,10,11

Существует несколько видов делений спиртов:

1. В зависимости от количества гидроксильных групп спирты бывают одноатомные и многоатомные;

2. В зависимости от углеводородного радикала, связанного с гидроксильной группой, спирты делятся на насыщенные, ненасыщенные, ароматические.

3. В зависимости от природы атома углерода, связанного с гидроксильной группой, спирты делятся на первичные, вторичные, третичные.

2. Изомерия, номенклатура.

По систематической номенклатуре названия спиртов образуют от названий соответствующих предельных углеводородов с добавлением суффикса – ол. Составим гомологический ряд предельных одноатомных спиртов

Общая формула спиртов R- ОН или CxHy(OH)n.

Цифрой обозначают номер углеродного атома, который удерживает гидроксильную группу. Нумерацию углеродного скелета начинают с того конца, к которому ближе гидроксильная группа. Слайд №13

Изомерия спиртов обусловлена как углеродным скелетом, так и положением гидроксильной группы в углеродной цепи. Кроме того, для алканолов характерна межклассовая изомерия.

Пример межклассовой изомерии: слайд № 16

бутанол – 1 диэтиловый эфир (простой эфир)

Задание группе – Дайте названия следующим веществам слайд № 17

Задание группе – Напишите структурные формулы спиртов: слайд №18

А) 2,3 – диметилбутанол – 2

Б) 3,3- диметилбутанол – 2

В) 2,3,4 – триметилпентанол – 2

3. Физические свойства спиртов

Низшие и средние члены гомологического ряда (С111) – жидкости. Высшие спирты от С12 – мазеобразные вещества, С21 – твердые вещества. Метанол, этанол, пропанол смешиваются с водой в любых соотношениях. Низшие спирты имеют характерный алкогольный запах и жгучий вкус. Все спирты легче воды. Средние спирты (С46) имеют неприятный (удушливый) запах, высшие спирты лишены запаха. С возрастанием относительной молекулярной массы уменьшается растворимость жидких спиртов в воде, высшие спирты в воде практически не растворимы. Спирты линейной структуры кипят при более высокой температуре, чем спирты с разветвленным углеродным скелетом. То есть с увеличением числа атомов в углеводородном радикале и соответственно молекулярной массы изменяется и плотность, растворимость в воде, температура кипения и агрегатное состояние.

Например, жидкое состояние спиртов, высокие температуры кипения объясняются способностью молекул к ассоциации – объединению за счет возникновения между ними дополнительной ВОДОРОДНОЙ связи. Слайд № 22. Появление водородной связи обусловлено наличием полярной группы – ОН. Атом Н + одной молекулы притягивает О – другой молекулы. Водородная связь менее прочная в 10-15 раз. (по сравнению с сигма-свяью). Однако чтобы разорвать такую связь между молекулами, необходимо затратить дополнительную энергию. Это и обусловливает высокую температуру кипения спиртов.

Еще с увеличением молекулярной массы в гомологическом ряду спиртов усиливается токсичность одноатомных спиртов. Если сравнить этиловый и амиловый спирты, то молекулярная масса последнего возрастает в 2 раза. А токсичность – в 20 раз. Спирты, содержащие 3-5 атомов углерода, образуют сивушные масла, наличие которых в спиртных напитках увеличивает их ядовитые свойства. В этом ряду исключением является метанол – сильный яд, поражающий нервную систему. При попадании в организм 1-2 чайные ложки метилового спирта поражается зрительный нерв, что приводит к полной слепоте, 30-100 мл влечет за собой смертельный исход.

Растворимость спиртов зависит от углеводородного радикала: с увеличением его длины растворимость уменьшается, т.к. увеличивается неполярная часть молекулы.

Историческая справка! Историческое название метанола – древесный спирт. Получают перегонкой твердых пород дерева. При попадании в организм превращается в формальдегид и муравьиную кислоту. Повреждает сетчатку глаза, вызывает гибель зрительного нерва, что приводит к полной потере зрения. 50 мл метанола – вызывает смерть

  1. Какие органические вещества называют спиртами?
  2. Объясните, чем обусловлена высокая химическая активность атома водорода в гидроксильной группе?
  3. В чем отличие водородной связи от δ – связи?
  4. Какие виды изомерии характерны для спиртов?
  1. Рефлексия. Заполните листы рефлексии – смотри документ.
  2. Задание на дом:

§ 8.1, 8.2 стр.161- 163 по учебнику «Химия 11» А. Темирбулатова, Н. Нурахметов и др. Используя дополнительную литературу, подготовить материал об отдельных представителях спиртов и их применение.

Кислородсодержащие вещества: спирты (метанол, этанол, глицерин), карбоновые кислоты (уксусная и стеариновая)

Tомский государственный университет

кафедра органической химии

Кислородсодержащие соединения. Спирты

Строение и классификация спиртов

Спиртами называют производные углеводородов, содержащие вместо одного или нескольких атомов водорода одну или несколько гидроксигрупп (- OH ). Общая формула спиртов, таким образом, R – OH .

1. По числу гидроксильных групп в молекуле спирты разделяют на одноатомные , двухатомные , трехатомные и т.д. до многоатомных .

Многоатомные спирты

Среди многоатомных спиртов наиболее известен шестиатомный циклический спирт инозит :

Двухатомные спирты (диолы) с гидроксилами у одного атома углерода (геминальныедиолы) . Нестабильны в индивидуальном состоянии. Обнаруживаются в незначительных количествах только в водных растворах. Наиболее устойчивы двухатомные спирты (существует исключительно в растворе) хлоральгидрат CCl 3– C (OH)2 и гексафторацетонгидрат (CF 3) 2 C ( OH )2:

2. По строению углеводородной цепи спирты разделяют на предельные (насыщенные спирты) и непредельные .

3. По положению гидроксильной группы в цепи различают первичные, вторичные и третичные спирты:

Номенклатура спиртов

Номенклатура IUPAC

При наименовании спиртов по номенклатуре IUPAC находят самую длинную цепь атомов углерода, содержащую гидрокисльную группу, и нумеруют ее с края, к которому ближе гидроксильная группа. После перечисления заместителей добавляется название, соответствующее углеводороду главной цепи с добавлением окончания –о л и цифры, показывающей место гидроксильной группы в цепи (см. примеры выше).

Заместительная номенклатура используется достаточно редко. По ней спирты называют, как производные карбинола (метанола). Например, фенилкарбино л – бензиловый спирт (оксиметилбензол ), этилкарбинол – пропиловый спирт (или пропанол ), винилкарбинол – пропен-2-ол-1, или аллиловый спирт.

Тривиальная номенклатура , напротив, до сих пор широко применяется. Метанол (метиловый спирт, муравьиный спирт), пропиловый спирт, группа амиловых спиртов (С5) и т.д. Не говоря уже о непредельных спиртах, которые практически только и называются тривиальными названиям и- аллиловый и пропаргиловый спирты (см. выше).

Физические свойства

Одноатомные спирты-жидкости с характерным запахом, начиная с метанола (С 1 ) и до нонанола (С9). Высшие спирты запаха практически не имеют. Группа спиртов С4-С5 имеет характерный запах сивухи, а сами они носят неофициальное определение сивушных спиртов или масел. Двухатомные спирты с гидроксилами у разных атомов водорода обладают гораздо большей температурой кипения и вязкостью, чем одноатомные спирты. Этиленгликоль (Ткип=197 о С ), глицерин (Ткип=290 о С , разложением), бутандиол-1,4 (Ткип=213 о С ). Температуры кипения многоатомных спиртов гораздо выше, чем у одноатомных (а у одноатомных спиртов температуры кипения гораздо выше, чем у соответствующих алканов) по причине образования межмолекулярных водородных связей. Шестиатомный спирт инози т- твердое кристаллическое соединение.

Химические свойства спиртов

1. Реакции дегидратации спиртов (внутри- и межмолекулярная дегидратация)

При кипячении с кислотами спирты могут образовывать алкены и простые эфиры.


Как правило, получаются смеси продуктов. Преобладание того или иного соединения связано с условиями проведения реакции. Так, при повышении температуры выход алкенов увеличивается. Выходы алкенов также возрастают при переходе от первичных к третичным спиртам. Очень часто перечисленные реакции сопровождаются перестройками в углеродном скелете:

Образование простых эфиров (межмолекулярная дегидратация спиртов).


В присутствии серной кислоты:


Более предпочтительно получение простых эфиров по реакции Вильямсон а – (суть- нуклеофильные замещения у атома углерода).

Пример получения метил-третбутилового эфира (МТБЭ) реакциями:

При неправильном выборе сочетания реагентов в реакции Вильямсона вместо ожидаемого эфира можно получить алкен . Реакции нуклеофильного замещения с образованием эфира способствует реакция крупного основания и мелкого галогенида, неспособного к элиминированию:

2. Образование галоидных алкилов из спиртов происходит при реакции с различными реагентами:


Во всех случаях наиболее гладко протекают реакции с первичными спиртами, третичные спирты чаще дают различные побочные продукты.

Механизмы галогенирования спиртов тионилхлоридом ( SOCl 2 ) и галогенидами фосфора

Тионилхлорид образует со спиртами эфиры хлорсернистой кислоты (хлорсульфиты ):

При этом генерируется некоторое (заметное) количество анионов хлора.

Дальнейшее течение реакции зависит от типа растворителя, в котором она протекает. В случае диоксана , например, происходит сольватация хлорид-ионов и атака диоксаном :

Полученное промежуточное соединение атакуется повторно анионами Cl- с противоположной стороны, в результате чего не происходит обращения оптической конфигурации (если сравнивать с исходным спиртом):

Однако, в таких растворителях, как пиридин или гексаметилфосфотриамид (НМРТ), концентрация свободных ионов хлора достаточно велика, чтобы атаковать эфиры хлорсульфита с образованием галогенпроизводных спирта с обращенной конфигурацией:

Реакции с галогенидами фосфора протекают с обращением конфигурации согласно ниже приведенной схеме;

После чего хлорид ио н- замещает группировку с атомом фосфора:

3. Кислотные свойства спиртов

При взаимодействии с сильными основаниями и щелочными металлами спирты ведут себя как кислоты:

4. Окисление спиртов

Спирты окисляются различными окислителями до альдегидов (первичные спирты) и кетонов (вторичные спирты). Механизм окисления спиртов хромовой кислотой:

Образующиеся вначале эфиры хромовой кислоты претерпевают отщепление протона от атома углерода, при котором стояла гидроксильная группа (вследствие повышения его кислотности в результате образования эфира, он отщепляется даже таким слабым основанием, как вода):

Образуется продукт окисления и хромистая кислота ( Cr IV ). Хромистая кислота быстро диспропорционирует до гидроокиси хрома ( Cr III ) и хромовой кислоты ( Cr VI ):

Если таким образом окисляются вторичные спирты, то образующиеся кетоны сравнительно устойчивы, однако, при окислении первичных спиртов образуются альдегиды, которые легко окисляются дальш е- до карбоновых кислот (если не предпринимать меры предосторожности). Альдегиды с небольшим числом атомов углерода можно выделить из реакционной смеси отгонкой в процессе получения, однако, для более тяжелых альдегидов такой способ не помогает.

Окисление спиртов реагентом Саретта ( Sarett )- смесью хромового ангидрида и пиридина позволяет выделять альдегиды.

Третичные спирты в нейтральной и щелочной среде окисляются с трудом и с разрушением углеродного скелета. В кислой среде окисляется предварительно образовавшийся алкен , углерод-углеродная связь рвется по месту кратной связи (см. алкены ). Если не удалять из реакционной среды образовавшиеся альдегиды, окисление идет дальше и образуются карбоновые кислоты:

5. Образование сложных эфиров

Сложные эфиры образуются при реакции спиртов с минеральными и органическими кислотами.

(Реакции протекают при умеренном нагревании, кислотный катализ).

6. Образование ацеталей и полуацеталей


Спирты взаимодействуют с альдегидами и кетонами– с образованием полуацеталей и ацеталей (альдегиды) и полукеталей и кеталей (кетоны):

Реакции образования ацеталей и полуацеталей используются в синтетической практике для временной защиты альдегидных групп (чтобы не допустить их окисления). Ацетали и полуацетали широко распространены в природе. Альдегидные группы регенерируются в кислой среде. В нейтральной и щелочной среде ацетали устойчивы .

Ацетали представляют собой жидкости с приятным эфирным запахом.

Способы получения спиртов

1. Гидратация алкенов (правило Марковникова):

Алкены присоединяют воду в кислой среде по механизму электрофильного присоединения, по правилу Марковникова. (через промежуточное образование карбкатионов , см. химические свойства алкенов).

2. Гидролиз галоидных алкилов :

а) обратимый гидролиз в кислой среде;

б) необратимый гидролиз в щелочной среде:

3. Взаимодействие металлорганических соединений (реактивы Гриньяра ) с карбонильными группами (нуклеофильное присоединение по кратной связи С =О):

Взаимодействие с формальдегидом, альдегидами, кетонам и – получение первичных, вторичных и третичных спиртов.


Из кетонов получаются третичные спирты. Так, из метилэтилкетона (бутанон-2) получается 2-метилбутанол-2. Альдегиды в подобной реакции дают вторичные спирты. Из пропионового альдегида (пропаналь ) получается бутанол-2:


Из формальдегида образуются первичные спирты.

Взаимодействие реактивов Гриньяра со сложными эфирами карбоновых и муравьиной кислот ы- приводит к получению третичных и вторичных спиртов, соответственно.

4 . Восстановление альдегидов, кетонов

Менее распространены способы получения спиртов восстановлением альдегидов и кетонов.

5. Восстановление сложных эфиров ( каталитические и некаталитические).

Получение спиртов восстановлением сложных эфиров по Буво-Блану (кипячение с натрием).

6. Расщепление простых эфиров HJ и HBr

Реакция представляет собой нуклеофильное замещение в алкил оксонии :

который образуется в кислой среде из эфира в результате протонирования атома кислорода. В качестве эффективного нуклеофила в кислой среде с успехом выступает иодид-ион , который атакует соседний с кислородом стерически менее затрудненный вторичный атом углерода . В итоге образуются изопропанол и иодистый этил . Иодистый этил в водной среде легко превращается в этанол , регенерируя катализатор- HJ .

Реакции двухатомных спиртов (отличные от первичных спиртов реакции).

1. внутримолекулярная дегидратация :

г) пинакон-пинаколиновая перегруппировка

д ) дегидратация пинаконов в присутствии окиси алюминия приводит к диенам:

Межмолекулярная дегидратация :

а) образование спиртоэфиров

б) образование циклических эфиров:

Получение двухатомных спиртов

1. Гидролиз дигалогенпроизводных или хлоргидринов :

2. Гидратация альфа-окисей (эпоксидов ):

3. Окисление олефинов перекисью водорода или перманганатом (холодные растворы):

4. Каталитическое восстановление сложных эфиров дикарбоновых кислот:

Читайте также:
Биологически важные вещества: белки, жиры, углеводы
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: :???: :?: :!: