Свойства одноатомных спиртов нормального строения

Химические свойства предельных одноатомных спиртов | Химия онлайн

Свойства одноатомных спиртов нормального строения

Химические свойства спиртовROH определяются наличием полярных связей , и неподеленных электронных пар на атоме кислорода. В химических реакциях спиртов возможно разрушение одной из двух связей: C–OH (с отщеплением гидроксильной группы)

O–H (с отщеплением водорода)

Это могут быть реакции замещения, в которых происходит замена ОН или Н, или реакция отщепления (элиминирования), когда образуется двойная связь.

Полярный характер связей С–О и О–Н способствует гетеролитическому их разрыву и протеканию реакций по ионному механизму. При разрыве связи О–Н с отщеплением протона (Н+) проявляются кислотные свойства гидроксисоединения, а при разрыве связи С–О — свойства основания и нуклеофильного реагента.

С разрывом связи О–Н идут реакции окисления, а по связи С–Овосстановления.

Различают два основных типа реакций спиртов с участием функциональной группы –ОН:

1) Реакции с разрывом связи О-Н:

а) взаимодействие спиртов со щелочными металлами с образованием алкоголятов;

б) реакции спиртов с органическими и минеральными кислотами с образованием сложных эфиров;

в) окисление спиртов под действием дихромата или перманганата калия до карбонильных соединений.

2) Реакции сопровождающиеся разрывом связи С-О:

а) каталитическая дегидратация с образованием алкенов (внутримолекулярная дегидратация) или простых эфиров (межмолекулярная дегидратация);

б) замещение группы –ОН галогеном, например при действии галогеноводородов с образованием алкилгалогенидов.

Спирты – амфотерные соединения.

Кислотные свойства

1. Взаимодействие со щелочными и щелочноземельными металлами (Li, Na, K, Ca, Ba, Sr)

Реакции с разрывом связи О-Н  

При действии на спирты активных металлов в безводной среде атом водорода гидроксильной группы замещается на металл:

Образующиеся соединения (соли спиртов) называются алкоголятами — производные метилового спирта – метилатами, производные этилового спирта – этилатами.

опыт «Взаимодействие спиртов с металлическим натрием»

Алкоголяты химически не стабильны и при действии воды они полностью гидролизуются с образованием исходного спирта и щелочи:

Эта реакция показывает, что спирты по сравнению с водой являются более слабыми кислотами (сильная кислота вытесняет слабую). При взаимодействии с растворами щелочей спирты не образуют алкоголяты.

Спирты не взаимодействуют с водными растворами щелочей.

Основные свойства

2.Взаимодействие с галогенводородными кислотами

Реакции с разрывом связи С-О

Замещение гидроксила ОН на галоген происходит в реакции спиртов с галогеноводородами в присутствии катализатора – сильной минеральной кислоты (например, конц. H2SO4). При этом спирты проявляют свойства слабых оснований:

опыт «Взаимодействие этилового спирта с бромоводородом»     

Реакции этерификации

Реакции с разрывом связи О-Н 

Спирты вступают в реакции с минеральными и органическими кислотами, образуя сложные эфиры. Реакция обратима (обратный процесс – гидролиз сложных эфиров).

Отличительной особенностью этой реакции является то, что атом Н отщепляется от спирта, а группа ОН – от кислоты: 

Реакционная способность одноатомных спиртов в этих реакциях убывает от первичных к третичным.

Реакции отщепления

1. Дегидратация (отщепление воды)

Реакции с разрывом связи С-О

При действии на спирты водоотнимающих реагентов, например, концентрированной серной кислоты, происходит отщепление воды – дегидратация.

Она может протекать по двум направлениям: с участием одной молекулы спирта (внутримолекулярная дегидратация, приводящая к образованию алкенов) или с участием двух молекул спирта (межмолекулярная дегидратация, приводящая к получению простых эфиров).

При переходе от первичных спиртов к третичным увеличивается склонность  к отщеплению воды и образованию алкенов и уменьшается способность образовывать простые эфиры.

а) Межмолекулярная дегидратация спиртов с образованием простых эфиров R-O-R'. Эти реакции могут протекать с участием одного спирта или смеси двух и более спиртов:

б) Внутримолекулярная дегидратация спиртов с образованием алкенов. Протекает при более высокой температуре. В отличие от межмолекулярной дегидратации в процессе этих реакций происходит отщепление молекулы воды от одной молекулы спирта:

Такие реакции отщепления называются реакциямиэлиминирования.

Первый член гомологического ряда алканолов – метанол СН3ОН – не вступает в реакции внутримолекулярной дегидратации.

Дегидратация вторичных и третичных спиртов происходит по правилу Зайцева:

2. Дегидрирование

Реакции с разрывомсвязей О-Н и С-Н

а) При дегидрировании первичных спиртов образуются альдегиды:

Реакция происходит при пропускании нагретых до 3000С паров спирта без доступа воздуха над металлическими катализаторами (Cu или металлы платиновой группы – Pd, Pt, Ni). Ni является типичным катализатором дегидрирования или гидрирования, т.е. отщепления или присоединения водорода.

В организме человека этот процесс происходит под действием (алкогольдегидрогеназы).

б) При дегидрировании вторичных спиртов образуются кетоны:

Третичные спирты не подвергаются дегидрированию.

Реакции окисления

Для спиртов характерны реакции горения с образованием углекислого газа и воды, а также реакции окисления, приводящие к получению альдегидов, кетонов и карбоновых кислот.

В лабораторных условиях для окисления спиртов обычно используют подкисленные растворы перманганата или дихромата калия, оксид меди и т.д.

1. Горение (полное окисление)

Спирты горят на воздухе с выделением большого количества тепла. С увеличением массы углеводородного радикала – пламя  становится всё более коптящим.

опыт «Горение спиртов»

При сгорании спиртов выделяется большое количество тепла:

Благодаря высокой экзотермичности реакции горения этанола, он считается перспективным и экологически чистым заменителем бензинового топлива в двигателях внутреннего сгорания. В этом случае энергия химических связей переходит в тепловую энергию, а затем в механическую, что позволяет двигаться автомобилям. В лабораторной практике этанол применяется как горючее для «спиртовок».

2. Неполное окисление

1). В присутствии окислителей [O] – K2Cr2O7 или KMnO4 спирты окисляются до карбонильных соединений:

Первичные спирты при окислении образуют альдегиды, которые затем легко окисляются до карбоновых кислот.

При окислении вторичных спиртов образуются кетоны.

Например:

опыт «Окисление этилового спирта раствором перманганата калия»

опыт «Окисление этилового спирта кристаллическим перманганатом калия»

опыт «Каталитическое окисление этанола»

опыт «Окисление этанола (тест на алкоголь)»

Третичные спирты более устойчивы к действию окислителей. Они окисляются только в жестких условиях (кислая среда, повышенная температура), что приводит к разрушению углеродного скелета молекулы и образованию смеси продуктов (карбоновых кислот и кетонов с меньшей молекулярной массой).

Качественные реакции на спирты

1. Окисление спиртов дихроматом (Na2Cr2O7) или перманганатом (КMnО4)

Качественная реакция на первичные и вторичные спирты!   

В кислой среде

Окисление Na2Cr2O7

Для первичных и вторичных одноатомных спиртов качественной реакцией является взаимодействие их с раствором дихромата натрия. Для повышения скорости реакции ее проводят при нагревании, для создания кислой среды добавляют серную кислоту.

Первичные спирты окисляются дихроматом натрия до альдегидов.

Растворы дихроматов имеют оранжевый цвет и содержат хром в степени окисления +6. В кислой среде они переходят в растворы солей хрома в степени окисления +3 и приобретают зеленый цвет.

На изменении цвета соединений хрома также основана работа алкотестеров, когда пары спирта, содержащиеся в выдыхаемом водителем воздухе, восстанавливают дихромат в стеклянной трубочке.

Вторичные спирты окисляются дихроматом натрия до кетонов.

Третичные спирты в реакции с дихроматами не вступают.

Окисление KМnO4

Т.к. перманганат калия в кислой среде более сильный окислитель, чем дихромат, то окисление спирта не останавливается на стадии альдегида и продолжается дальше до карбоновой кислоты.

Раствор перманганата калия содержит марганец в степени окисления +7 и имеет розово-фиолетовый цвет. Если спирт взять в достаточном количестве, то произойдет обесцвечивание раствора. В кислой среде марганец перейдет в степень окисления +2.

Также как и дихроматом натрия, перманганатом калия вторичные спирты могут окисляться до кетонов. Далее возможна деструкция, т.е. разрушение органической молекулы и получение смеси веществ, которые не имеют практического применения.

В жёстких условиях с перманганатом калия третичные спирты окисляются с расщеплением связей С-С и образованием смеси веществ.

Метиловый спирт окисляется перманганатом калия до углекислого газа.

2. Окисление спиртов оксидом меди (II)

Качественная реакция на первичные спирты!

Первичные спирты окисляются оксидом меди (II) до альдегидов.

опыт  «Окисление этилового спирта оксидом меди (II)»

опыт «Качественная реакция на этанол»

Вторичные спирты окисляются оксидом меди (II) до кетонов.

Третичные спирты оксидом меди (II) не окисляются.

Реакции неполного окисления спиртов по своим результатам аналогичны реакциям дегидрирования.

Предельные одноатомные спирты

Спирты

Свойства одноатомных спиртов нормального строения

Спиртами называются производные углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода заменены на гидроксильные группы -ОН.

(Устойчивыми являются спирты, в молекулах которых группы -ОН связаны с sр3-гибридизованными атомами углерода, причем с каждым атомом углерода связано не более одной группы -ОН).

— одноатомные R-OH; например:

— двухатомные (гликоли, диолы) R(OH)2; например:

— трехатомные (триолы) R(OH)3; например:

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

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

— алициклические; например:

— ароматические; например, бензиловый спирт (см. выше).

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

— первичные RCH2OH: группа -ОН связана с первичным атомом углерода;

СН3-ОН; СН3-СН2-ОН; СН3-СН2-СН2-ОН

метанол; этанол; пропанол-1.

— вторичные RR'CHOH: группа -ОН связана с вторичным атомом углерода;

— третичные RR'R'COH: группа -ОН связана с третичным атомом углерода.

Предельные одноатомные спирты (алканолы)

Общая формула гомологического ряда предельных одноатомных спиртов — CnH2n+1OH; CnH2n+2O или R-OH.

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 неэлектролитами.

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:

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

I. Реакции замещения

2C2H5O-H + 2Na → 22H6ONa + H2↑

этанол → этилат натрия (этоксид натрия)

Алкоголяты подвергаются практически необратимому гидролизу:

2C2H5ONa + H2O → 22H5OH + HOH

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)

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)

(Правило Зайцева!)

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

Третичные спирты не дегидрируются.

III. Реакции окисления

1. Горение

(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:

5С2Н5ОН + 4КМnO4 + 6H2SO4 → 5СН3СООН + 2K2SO4 + 4MnSO4 + 11Н2O

этанол → уксусная кислота

Способы получения алканолов

1. Гидратация алкенов

См. «Алкены»

2. Щелочной гидролиз галогеналканов

СН3СН2СН2Вг + КОН → СН3СН2СН2ОН + КВr

1-бромпропан → пропанол-1

(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 восстановлением.

4. Гидролиз сложных эфиров (кислотный и щелочной)

Специфические способы получениия СН3ОН и С2Н5ОН

1. Синтез из водяного газа

2. Спиртовое брожение глюкозы

3.5. Характерные химические свойства предельных одноатомных и многоатомных спиртов, фенола

Свойства одноатомных спиртов нормального строения

В зависимости от типа углеводородного радикала, а также в некоторых случаях особенностей прикрепления группы -ОН к этому углеводородному радикалу соединения с гидроксильной функциональной группой разделяют на спирты и фенолы.

Спиртами называют соединения, в которых гидроксильная группа соединена с углеводородным радикалом, но не присоединена непосредственно к ароматическому ядру, если таковой имеется в структуре радикала.

Примеры спиртов:

Если в структуре углеводородного радикала содержится ароматическое ядро и гидроксильная группа, при том соединена непосредственно с ароматическим ядром, такие соединения называют фенолами.

Примеры фенолов:

Почему же фенолы выделяют в отдельный от спиртов класс? Ведь, например, формулы

очень похожи и создают впечатление веществ одного класса органических соединений.

Однако непосредственное соединение гидроксильной группы с ароматическим ядром существенно влияет на свойства соединения, поскольку сопряженная система π-связей ароматического ядра сопряжена также и с одной из неподеленных электронных пар атома кислорода. Из-за этого в фенолах связь О-Н более полярна по сравнению со спиртами, что существенно повышает подвижность атома водорода в гидроксильной группе. Другими словами, у фенолов значительно ярче, чем у спиртов выражены кислотные свойства.

Замещение атома водорода в гидроксильной группе

1) Спирты реагируют со щелочными, щелочноземельными металлами и алюминием (очищенным от защитной пленки Al2O3), при этом образуются алкоголяты металлов и выделяется водород:

Образование алкоголятов возможно только при использовании спиртов, не содержащих растворенной в них воды, так как в присутствии воды алкоголяты легко гидролизуются:

CH3OK + Н2О = СН3ОН + KOH

2) Реакция этерификации

Реакцией этерификации называют взаимодействие спиртов с органическими и кислородсодержащими неорганическими кислотами, приводящее к образованию сложных эфиров.

Такого типа реакции являются обратимыми, поэтому для смещения равновесия в сторону образования сложного эфира, реакцию желательно проводить при нагревании, а также в присутствии концентрированной серной кислоты как водоотнимающего агента:

Замещение гидроксильной группы

1) При действии на спирты галогеноводородных кислот происходит замещение гидроксильной группы на атом галогена. В результате такой реакции образуются галогеналканы и вода:

2) При пропускании смеси паров спирта с аммиаком через нагретые оксиды некоторых металлов (чаще всего Al2O3) могут быть получены первичные, вторичные или третичные амины:

Тип амина (первичный, вторичный, третичный) будет в некоторой степени зависеть от соотношения исходного спирта и аммиака.

Дегидратация

Дегидратация, фактически подразумевающая отщепление молекул воды, в случае спиртов различается на межмолекулярную дегидратацию и внутримолекулярную дегидратацию.

При межмолекулярной дегидратации спиртов одна молекула воды образуется в результате отщепления атома водорода от одной молекулы спирта и гидроксильной группы — от другой молекулы.

В результате этой реакции образуются соединения, относящиеся к классу простых эфиров (R-O-R):

Внутримолекулярная дегидратация спиртов протекает таким образом, что одна молекула воды отщепляется от одной молекулы спирта.

Данный тип дегидратации требует несколько более жестких условий проведения, заключающихся в необходимости использования заметно более сильного нагревания по сравнению с межмолекулярной дегидратацией.

При этом из одной молекулы спирта образуется одна молекула алкена и одна молекула воды:

Поскольку молекула метанола содержит только один атом углерода, для него невозможна внутримолекулярная дегидратация. При дегидратации метанола возможно образование только простого эфира (CH3-O-CH3).

Нужно четко усвоить тот факт, что в случае дегидратации несимметричных спиртов внутримолекулярное отщепление  воды будет протекать в соответствии с правилом Зайцева, т.е. водород будет отщепляться от наименее гидрированного атома углерода:

Дегидрирование спиртов

а) Дегидрирование первичных спиртов при нагревании в присутствии металлической меди приводит к образованию альдегидов:

б) В случае вторичных спиртов аналогичные условия приведут у образованию кетонов:

в) Третичные спирты в аналогичную реакцию не вступают, т.е. дегидрированию не подвергаются.

Горение

Спирты легко вступают в реакцию горения. При этом образуется большое количество тепла:

2СН3-ОН + 3O2 = 2CO2 + 4H2O + Q

Неполное окисление

Неполное окисление первичных спиртов может приводить к образованию альдегидов и карбоновых кислот.

В случае неполного окисления вторичных спиртов возможно образование только кетонов.

Неполное окисление спиртов возможно при действии на них различных окислителей, например, таких, как кислород воздуха в присутствии катализаторов (металлическая медь), перманганат калия, дихромат калия и т.д.

При этом из первичных спиртов могут быть получены альдегиды. Как можно заметить, окисление спиртов до альдегидов, по сути, приводит к тем же органическим продуктам, что и дегидрирование:

Следует отметить, что при использовании таких окислителей, как перманганат калия и дихромат калия в кислой среде возможно более глубокое окисление спиртов, а именно до карбоновых кислот. В частности, это проявляется при использовании избытка окислителя при нагревании. Вторичные спирты могут в этих условиях окислиться только до кетонов.

Замещение атомов водорода гидроксильных групп

Многоатомные спирты так же, как и одноатомные реагируют  со щелочными, щелочноземельными металлами и алюминием (очищенным от пленки Al2O3); при этом может заместиться разное число атомов водорода гидроксильных групп в молекуле спирта:

2. Поскольку в молекулах многоатомных спиртов содержится несколько гидроксильных групп, они оказывают влияние друг на друга за счет отрицательного индуктивного эффекта. В частности, это приводит к ослаблению связи О-Н и повышению кислотных свойств гидроксильных групп.

Большая кислотность многоатомных спиртов проявляется в том, что многоатомные спирты, в отличие от одноатомных, реагируют с некоторым гидроксидами тяжелых металлов. Например, нужно запомнить тот факт, что свежеосажденный гидроксид меди реагирует с многоатомными спиртами с образованием ярко-синего раствора комплексного соединения.

Так, взаимодействие глицерина со свежеосажденными гидроксидом меди приводит к образованию ярко-синего раствора глицерата меди:

Данная реакция является качественной на многоатомные спирты. Для сдачи ЕГЭ достаточно знать признаки этой реакции, а само уравнение взаимодействия уметь записывать необязательно.

3. Так же, как и одноатомные спирты, многоатомные могут вступать в реакцию этерификации, т.е. реагируют с органическими и кислородсодержащими неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров.

Данная реакция катализируется сильными неорганическими кислотами и является обратимой.

В связи с этим при осуществлении реакции этерификации образующийся сложный эфир отгоняют из реакционной смеси, чтобы сместить равновесие вправо по принципу Ле Шателье:

Если в реакцию с глицерином вступают карбоновые кислоты с большим числом атомов углерода в углеводородном радикале, получающиеся в результате такой реакции, сложные эфиры  называют жирами.

В случае этерификации спиртов азотной кислотой используют так называемую нитрующую смесь, представляющую собой смесь концентрированных азотной и серной кислот. Реакцию проводят при постоянном охлаждении:

Сложный эфир глицерина и азотной кислоты, называемый тринитроглицерином, является взрывчатым веществом. Кроме того, 1%-ный раствор данного вещества в спирте обладает мощным сосудорасширяющим действием, что используется при медицинских показаниях для предотвращения приступа инсульта или инфаркта.

Замещение гидроксильных групп

Реакции данного типа протекают по механизму нуклеофильного замещения. К взаимодействиям такого рода относится реакция гликолей с галогеноводородами.

Так, например, реакция этиленгликоля с бромоводородом протекает с последовательным замещением гидроксильных групп на атомы галогена:

Химические свойства фенолов

Как уже было сказано в самом начале данной главы, химические свойства фенолов заметно отличаются от химических свойств спиртов. Связано это с тем, что одна из неподеленных электронных пар атома кислорода в гидроксильной группе сопряжена с π-системой сопряженных связей ароматического кольца.

Кислотные свойства

Фенолы являются более сильными кислотами, чем спирты, и в водном растворе в очень небольшой степени диссоциированы:

Большая кислотность фенолов по сравнению со спиртами в плане химических свойств выражается в том, что фенолы, в отличие от спиртов, способны реагировать со щелочами:

Однако, кислотные свойства фенола выражены слабее, чем даже у одной из самых слабых неорганических кислот – угольной. Так, в частности, углекислый газ, при пропускании его через водный раствор фенолятов щелочных металлов, вытесняет из последних свободный фенол как еще более слабую, чем угольная,  кислоту:

Очевидно, что любой другой более сильной кислотой фенол также будет вытесняться из фенолятов:

3) Фенолы являются более сильными кислотами, чем спирты, а спирты при этом реагируют с щелочными и щелочноземельными металлами. В связи с этим очевидно, что и фенолы будут реагировать с указанными металлами. Единственное, что в отличие от спиртов, реакция фенолов с активными металлами требует нагревания, так как и фенолы, и металлы являются твердыми веществами:

Реакции замещения в ароматическом ядре

Гидроксильная группа является заместителем первого рода, и это значит, что она облегчает протекание реакций замещения в орто- и пара-положениях по отношению к себе. Реакции с фенолом протекают в намного более мягких условиях по сравнению с бензолом.

Галогенирование

Реакция с бромом не требует каких-либо особых условий. При смешении бромной воды с раствором фенола мгновенно образуется белый осадок 2,4,6-трибромфенола:

Нитрование

При действии на фенол смеси концентрированных азотной и серной кислот (нитрующей смеси) образуется 2,4,6-тринитрофенол – кристаллическое взрывчатое вещество желтого цвета:

Реакции присоединения

Поскольку фенолы являются ненасыщенными соединениями, возможно их гидрирование в присутствии катализаторов до соответствующих спиртов:

Физические и химические свойства одноатомных спиртов

Свойства одноатомных спиртов нормального строения

Физические и химические свойства одноатомных спиртов отличаются от ранее рассмотренных органических соединений в связи с наличием гидроксильной группы в молекуле спирта.

Спирты с числом углеродных атомов С1 — С15 представляют собой жидкости, более С15 – твердые вещества. Имеют резкий запах. Первый член ряда – метанол очень токсичен (смертельная доза для человека — 30 г).

Температура кипения. Размер молекулы спирта определяет его температуры кипения и плавления. Обычно, чем больше размер спирта, тем выше температура кипения. Это связано с тем, что с увеличением размера молекул спирта растет сила Ван-дер-Ваальса между ними. Изменение температур кипения спиртов в гомологическом ряду составляет ~ 20°С.

Спирты и все органические гидроксилсодержащие соединения способны образовывать водородную связь и объединяться в ассоциаты: 

Поэтому точки их кипения выше, чем у их исходных молекул. Причем, чем меньше алкильных групп окружают гидроксильную группу, тем легче протекает ассоциация и тем выше температура кипения вещества. Поэтому, Ткип спиртов нормального строения выше, чем у их разветвленных изомеров.

Изменение температур кипения одноатомных спиртов нормального строения отражены на рисунке ниже:

Воспламеняемость спиртов уменьшается с увеличением размера и массы молекул.

При сгорании ковалентные связи молекул разрушаются, поэтому по мере того как размер и масса молекул увеличиваются, возрастает число ковалентных связей, которые нужно разрушить.

Следовательно, для разрыва связей требуется больше энергии, поэтому воспламеняемость спиртов уменьшается с увеличением размера и массы молекул.

Растворимость в воде и органических растворителях. Спирты растворимы в воде. Это связано с наличием гидроксильной группы в молекуле спирта, которая способна образовывать водородные связи с молекулами воды.

По мере увеличения длины углеводородной цепи спирта растворимость в воде снижается – проявляется так называемый гидрофобный эффект.

Так, метиловый, этиловый и пропиловые спирты смешиваются с водой в любых соотношениях, бутанол растворяется в воде лишь на 10 %, а спирты, содержащие более 9 углеродных атомов в воде нерастворимы.

Спирты хорошо растворимы во многих органических растворителях.

Химические свойства одноатомных спиртов

Спирты проявляют амфотерные свойства – являются и слабыми основаниями и слабыми кислотами, даже слабее, чем вода  (Кд(вода) = 10-16; Кд(метанол) = 10-17; Кд(этанол) = 10-18).

Кислотные свойства спиртов уменьшается в ряду: Первичные > Вторичные > Третичные

1) Взаимодействие с щелочными металлами (образование алкоголятов). Подобно воде, спирты взаимодействуют с щелочными металлами, образуя алкоголяты (по другому их называют алкоксиды). Под действием воды алкоголяты гидролизуются с образованием спирта и основания: 

Спирты не реагируют с водными растворами щелочей, однако взаимодействуют с их спиртовыми растворами, образуя также алкоголяты: 

Алкоголяты щелочных металлов имеют сильно полярную связь О – Ме и диссоциируют в спиртовом растворе на алкоксид – анионы и катионы металла, например, метилат (метоксид) натрия диссоциирует на метоксид – анион и катион натрия:

СH3ONa → СH3O— + Na+

2) Взаимодействие с минеральными и органическими кислотами (образование сложных эфиров). Такие реакции называются реакциями этерификации: 3) Взаимодействие с хлористым тионилом ведет к образованию галогеналканов: 

4) Взаимодействие с хлорангидридами минеральных (неорганических) и органических кислот (образование сложных эфиров). Реакции с первичными спиртами: 

При действии на первичные спирты PBr3 и PI3 может происходить обмен гидроксила на галоид: 

Реакции со вторичными и третичными спиртами сопровождаются в основном обменом гидроксила на галоид:

5) Внутримолекулярная дегидратация спиртов (образование алкенов) протекает при нагревании с кислотами или при пропускании спирта над окисью алюминия при ~375°С: 

Наиболее легко вода отщепляется от третичных спиртов.

6) Межмолекулярная дегидратация спиртов (образование простых эфиров) происходит при слабом нагревании с кислотами или другими водоотнимающими веществами:

Простые эфиры можно получить, используя синтез Вильямсона: 

7) Взаимодействие одноатомных спиртов с бихроматом или перманганатом калия приводит к их окислению. При окислении первичного спирта образуется альдегид, вторичного – кетон. При дальнейшем окислении альдегида можно получить карбоновую кислоту: 

Как и другие органические соединения спирты горят с образованием углекислого газа и воды.

Таковы основные физические и химические свойства одноатомных спиртов, а в предыдущем разделе рассмотрены Способы их получения и отрасли применения

Свойства одноатомных спиртов

Свойства одноатомных спиртов нормального строения

Большинство свойств спиртов обусловлены наличием в них гидроксильных групп.

Общие изменения физических свойств (плотность, температуры кипения и плавления и т.д.), характерные для углеводородов, проявляются и в спиртах. Но температуры кипения у них существенно выше, чем у алканов и галогеналканов с тем же количеством углеродных атомов. Это объясняется наличием водородных связей, способствующих существованию ассоциатов между молекулами спирта:

Рисунок 1.

В зависимости от строения первичные спирты имеют более высокую температуру кипения, чем вторичные, которые, в свою очередь, характеризуются большей температурой кипения по сравнению с третичными.

Спирты $C1-C10$ — жидкости, начиная с $C11$ — маслянистые или твердые тела, и их плотность меньше единицы. Спирты $C1-C3$ смешиваются с водой без ограничений, это объясняется образованием водородных связей с молекулами воды.

По суммарным дипольным моментом $mu$ = 1,5-1,9 $D$ — это полярные вещества, которые имеют слабые электронодонорные, или нуклеофильные, свойства, обусловленные неподеленной парой электронов атома кислорода.

Ничего непонятно?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

В УФ-области поглощения спирты считаются «прозрачными» (~ 180 нм), что связано переходом $pi$-электрона кислорода. Информацию о наличии $OH$-группы в соединении получают с помощью ИК-спектроскопии.

В ИК-диапазоне спектра наблюдаются сильные и средние валентные колебания при 3630-3590 см${-1}$ и 3630-3220 см${-1}$ соответственно для сильноразбавленных и концентрированных растворов.

Кроме того, $-OH$ группы проявляются при 1430-1320 см${-1}$, а фрагмент $-C-O-$ в спиртах — при 1225-1120 и 1095-1045 см${-1}$ в зависимости от их строения.

В ПМР-спектроскопии сигнал протона гидроксильной группы проявляется в широком диапазоне от 1,0 до 5,5 м.ч. Применяя в качестве растворителя диметилсульфоксид, в ПМР-спектрах различают первичные, вторичные и третичные спирты.

Свойства отдельных представителей

Метиловый спирт

Метиловый спирт (метанол, карбинол, или древесный спирт) $H_3C-OH$ известен с 1834 г. Он представляет собой прозрачную жидкость со специфическим запахом, напоминающим запах этилового спирта. Смешивается с водой во всех соотношениях.

Метиловый спирт широко применяется в промышленности для получения формальдегида, органических красителей, фармацевтических препаратов и в качестве растворителя лаков и политур. Его используют как исходное вещество для введения метательного группы в различные органические соединения.

При работе с метиловым спиртом следует помнить, что он чрезвычайно ядовит. Попадание в организм нескольких граммов (~ 10 мл) метилового спирта вызывает слепоту, а несколько большие количества (~ 30 мл) — смерть. В связи с этим метиловый спирт используют только для технических нужд. В стакане с веществом следует обязательно делать надпись «Метанол — яд».

Этиловый спирт

Этиловый спирт (этанол) $H_3C-CH_2OH$ — бесцветная жидкость с характерным спиртовым запахом. С водой этанол смешивается во всех соотношениях, с ней он образует азеотропную смесь состава: 95,57% спирта и 4,43% воды. Данную смесь невозможно разделить фракционной перегонкой.

В процессе очистки (ректификации), которую проводят тщательной фракционной перегонкой получают 95% -й спирт — ректификат. Для получения безводного (абсолютного) спирта водный спирт нагревают в течение длительного времени с $CaO$, с безводным $CuSO_4$ и другими веществами, которые химически связывают имеющуюся в епирти воду.

Обезводить этанол с помощью безводного $CaCl_2$ нельзя, поскольку спирт с хлоридом кальция образует комплекс состава ${CaCl_2} * 4C_2H_5OH$.

Этиловый спирт имеет широкое применение. Трудно назвать отрасль народного хозяйства, где бы не применялся этанол. Прежде всего, он используется для получения синтетического каучука, уксусной кислоты, органических красителей, диэтилового эфира, сложных эфиров, пахучих веществ (фруктовые эссенции), фармацевтических препаратов и тому подобное.

Этиловый спирт обладает антисептическими свойствами и используется в медицине, в частности в хирургии для обеззараживания хирургических инструментов, рук хирурга, операционного поля. Этанол -прекрасный растворитель. Для органической химии он имеет такое же значение, как для неорганической химии — вода.

Применяют этиловый спирт также в парфюмерии, пищевой промышленности.

Спирты, содержащие больше двух атомов углерода

  • Спирты $C_3$. (1-пропанол и 2-пропанол) применяются в качестве растворителей и для синтеза как алкилирующие вещества.
  • Спирты $C_4$. (бутиловый и его изомеры) используются как растворители и алкилирующие реагенты. Так, из н-бутилового спирта получают пластификаторы, с втор-бутилового добывают этилметилкетон, а из изобутилового — изобутилен.
  • Спирты $C_5$. Заслуживают внимания изоамиловый спирт (3-метил-1-бутанол) и 2-метилбутанол, или оптически активный амиловый, которые являются основными компонентами сивушного масла. Кроме них сивушное масло содержит 1-пропанол, 2-метнл-1-пропанол, примеси гексилового, гептилового спиртов. Упомянутые спирты $C_5$ применяют для производства соответствующих эфиров — пищевых эссенций.
  • Высшие спирты. Широкое значение приобретают высшие спирты (начиная с $C10$ и более) — цериловий, мирициловий т.д. в различных промышленных отраслях (поверхностно-активные вещества, или моющие средства, духи, ускорители вулканизации, пластификаторы, искусственный воск и т.д.). Основными методами их добычи служат процессы гидрирования соответствующих альдегидов, полученные с помощью оксосинтезом или каталитического окисления алканов.

Химические свойства, получение и применение предельных одноатомных спиртов

Свойства одноатомных спиртов нормального строения

  • Конохова Елена Дмитриевна, учитель химии и биологии

Разделы: Химия, Конкурс «Презентация к уроку»

Презентация к уроку

Загрузить презентацию (25,7 МБ)

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цель: сформировать представление учащихся о свойствах и способах получения спиртов, продолжить формировать умение составлять уравнения реакций с участием органических веществ на примере спиртов.

Оборудование: этанол, фенолфталеин, пробирки, спички, спиртовка, медная проволока (спираль).

Ход урока

Начнем наше занятие со стихотворения (под мелодию) (Слайд 2)

Человек рождается на свет. Чтоб творить, Дерзать – и не иначе, Чтоб оставить в жизни добрый след И решать все Трудные задачи… Человек рождается на свет…

Для чего? Ищите свой ответ!

На нашем уроке мы частично постараемся решить задачи и найти ответ на вопросы.

І. Проверка домашнего задания

Ученики у доски работают по карточкам.

Карточка 1. Назовите следующие соединения:

а)

б)

в)

г)

Карточка 2. Напишите структурные формулы следующих соединений:

а) 3-метилпентанол-3; б) 3,3-диметилбутанол-2; в) 2-метилпропанол-2;

г) 2,2-диметилпентанол-3.

Карточка 3. Сколько изомерных спиртов и простых эфиров отвечают общей формуле С4Н10О ?

Беседа по вопросам:

  1. Дайте определение предельных одноатомных спиртов и приведите примеры.
  2. Что такое функциональная группа? Дайте её определение.
  3. Назовите общую формулу спиртов.
  4. Какой суффикс указывает на класс спиртов?
  5. Дайте классификацию спиртов по разным признакам.
  6. Какие виды изомерии возможны для спиртов?
  7. Какие спирты являются вторичными?
  8. Как объяснить, что первые представители гомологического ряда углеводородов – вещества газообразные, а метанол и этанол – первые гомологи в ряду спиртов – жидкости?
  9. Почему с увеличением числа атомов углерода в молекуле спирта его температура кипения возрастает?
  10. Почему с повышением молекулярной массы предельных одноатомных спиртов растворимость их в воде понижается?
  11. Найдите на столе шаро-стержневую модель молекулы метанола.

Проверяем выполненные работы на доске. Ребята задают вопросы, оценивают работы.

ІІ. Объяснение нового материала

Вопрос классу: из каких групп атомов состоит молекула спирта?

Как вы думаете, чем будут обусловлены химические свойства спиртов?

Свойства спиртов зависят как от строения гидроксильной группы, так и углеводородного радикала. На нашем занятии выясним химические свойства спиртов.

Запишите тему урока: Химические свойства, получение и применение предельных одноатомных спиртов (Слайд 3.)

Сформулируем цель и задачи урока.

Цель: актуализировать знания о свойствах, получении и применении предельных одноатомных спиртов.

Задачи:

  1. Установить зависимость свойств предельных одноатомных спиртов от их строения;
  2. Обобщить способы получения спиртов;
  3. Выявить области применения. (Слайд 4)

План:

  1. Беседа по вопросам;
  2. Изучение нового материала;
  3. Выводы;
  4. Проверь себя;
  5. Итоги урока. (Слайд 5)

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРЕДЕЛЬНЫХ ОДНОАТОМНЫХ СПИРТОВ

Можно ли обнаружить гидроксильную группу у спиртов с помощью индикатора – фенолфталеина?

Ответить на этот вопрос мы сможем, посмотрев кинофрагмент[3]. (Слайды 8-9)

Ответ: водные растворы спиртов не изменяют цвета индикаторов, следовательно, не обладают ни ярко выраженными щелочными, ни кислотными свойствами.

Назовите общее свойство всех органических соединений.

Ответ: Реакции горения. Следовательно, спирты горят.

Какие вещества образуются при горении метанола и этанола? Посмотрим кинофрагмент и отметим, как горят спирты[3]. (Слайд 10)

Вывод: спирты, как и другие органические соединения, с высоким содержание углерода и водорода горят, выделяя тепло, а так же углекислый газ и воду.

Запишите самостоятельно уравнения реакций горения спиртов. Проверьте уравнения реакций. (Слайд 11)

2СН3ОН + 3О2 → 2СО2 + 4Н2О
С2Н5ОН + 3О2 → 2СО2 + 3Н2О

Главные специфические свойства спиртов обусловлены их функциональной группой.

Эти свойства вызваны в основном наличием в молекулах спиртов полярных связей Сδ+– Оδ- – Нδ+

Связи углерод– кислород и кислород – водород поляризованы. Следовательно, реакции могут протекать по разрыву связи Оδ- – Нδ+ и менее полярной связи Сδ+– Оδ-

Разрыв связи (Слайд 12)

Спирты взаимодействуют со щелочными и щелочно-земельными металлами[3]. (Слайды 13-14) Какой газ сгорает с характерным хлопком, если чистый – глухой, если с примесью кислорода – свистящий?

Запишите уравнение реакции, проверьте (Слайд 16)

В реакции с активными металлами проявляют слабые кислотные свойства. Но с растворами щелочей не взаимодействуют.

Вступают в реакцию с органическими кислотами с образованием сложных эфиров – реакцию этерификации. (Слайд 15)

Разрыв связи (Слайд 16)

  1. Взаимодействие с галогеноводородами, подобно взаимодействию щелочей с кислотами. (Слайд 17)
  2. Дегидратация А. Внутримолекулярная (Слайд 18) Б. Межмолекулярная (Слайд 19)

Вам хорошо знаком диэтиловый эфир, его применяют в медицине. В зубоврачебной практике его используют в качестве средства, осушающего полость рта.

Раньше его применяли и в хирургии для местного обезболивания.

Диэтиловый эфир – хороший растворитель жиров, смол, воска и других неполярных органических соединений, легко воспламеняется, поэтому при работе с ним нужно соблюдать меры предосторожности.

При каталитическом окислении спиртов образуются альдегиды, следовательно, его можно рассматривать и как один из способов получения альдегидов. Используя это химическое свойство спиртов, мы получим из этилового спирта важный продукт – уксусный альдегид.[2] (Слайд 21) [1]

«Химик должен во всём сомневаться, пока не убедится всеми способами в верности своего мнения»
Д.И. Менделеев

Мы тоже засомневаемся и сами проверим, выполнив химический эксперимент, соблюдая правила техники безопасности. Помним, что этанол легко воспламеняющаяся жидкость, должны проявлять должную осторожность при работе с ней.

Лабораторный опыт. В пробирку налейте 1см3 этилового спирта. Спираль из медной проволоки раскалите в пламени спиртовки до почернения. Какое вещество образовалось на поверхности меди? Нагретую медную спираль внесите в пробирку со спиртом (опыт повторите несколько раз). По правилам техники безопасности определите запах веществ после реакции.

Какой ощущается запах? Ответ: Похож на запах зеленого яблока. Какие изменения претерпела медная проволока после опыта? Ответ: Была черного цвета потом приобрела красный цвет. Какие выводы можно сделать из наблюдений? Ответ: этой реакцией можно воспользоваться для качественного определения спиртов. Запишите уравнение реакции, определите степень окисления меди.

Проверьте Слайд 22.

В этой реакции окисления роль катализатора играет медь: при нагревании медь окисляется кислородом воздуха в оксид, а затем, по ходу реакции, отдает этот кислород на процесс окисления спирта.

Каталитическое окисление спиртов используется в качестве промышленного способа получения альдегидов. Каталитическое окисление спиртов идет и в организме человека в случае попадания в него спирта. [2]

Получение предельных одноатомных спиртов Слайд 23

Промышленное получение тех или иных веществ связано с их значением в жизни человека, с широтой их применения и использования в качестве сырья для производства других нужух веществ и материалов. Наибольшее значение из предельных одноатомных спиртов имеют метанол и этанол. Слайд 24

Лабораторные

  1. Гидролиз галогеналканов
  2. Гидратация этиленовых углеводородов
  3. Гидрирование карбонильных соединений

Промышленные.

  1. Синтез метанола из синтез-газа
  2. Гидратация этилена
  3. Брожение

Непосредственно заменить атом водорода в молекуле углеводорода на гидроксильную группу довольно трудно. Проще достичь этого можно через галогенопроизводные углеводородов. [3]

Лабораторные:

Гидролиз галогеналканов Слайд 25

Гидратация этиленовых углеводородов Слайд 26

образуется вторичный спирт по правилу Марковникова. В чем заключается правило Марковникова?

Гидрирование карбонильных соединений Слайд 27

Промышленные:

Получение метанола из синтез-газа Слайд 28

Гидратация этилена Слайд 29

Брожение Слайд 30

Давно известно, что фруктовые соки, например виноградный, можно использовать для получения вина – напитка с характерным вкусом и запахом. В процессе его изготовления происходит выделение газа. Кожица винограда содержит дрожжи, которые производят ферменты, катализирующие ферментацию сахара, содержащегося в соке.

Применение спиртов. Слайд 32.

Получение лекарственных веществ.

Этанол используется для обеззараживания.

При производстве лаков и красок.

При проведении клинических лабораторных исследований крови.

Этанол можно использовать в качестве топлива для автомобилей.

Его добавляют в реактивное топливо.

Этанол – хороший растворитель для многих веществ, например йода.

Сырьё для органического синтеза: синтетический каучук, из которого делают резину.

Этанол – важное сырьё для органического синтеза: уксусной кислоты.

Этанол является компонентом вина.

Пива.

Слайд 33

ЗАПОМНИТЕ! ПО СВОЕМУ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОМУ ВОЗДЕЙСТВИЮ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА ЭТАНОЛ ОТНОСИТСЯ К НАИБОЛЕЕ ОПАСНЫМ НАРКОТИКАМ.

Какие выводы можно сделать исходя из темы урока?

ІІІ. Выводы:

  1. Водные растворы спиртов не изменяют цвета индикаторов .

    Одноатомные спирты не обладают ни ярко выраженными щелочными, ни кислотными свойствами;

  2. Химические реакции предельных одноатомных спиртов можно разделить на три группы:
    • Реакции, сопровождающиеся только замещением атома водорода гидроксильной группы;
    • Реакции сопровождающиеся замещением или отщеплением гидроксильной группы;
    • Окислительно-восстановительные;
  3. Физические и химические свойства спиртов обусловливают их применение и получение.

ІV. Проверь себя

А. ▲ (простые вопросы)

  1. Общая формула предельных одноатомных спиртов
    а) CnH2n+2
    б) CnH2n
    в) CnH2n-2
    г
    ) CnH2n+1OH (+)

  2. Функциональная группа предельных одноатомных спиртов
    а) — СНО
    б) — СООН
    в) — ОН (+)
    г)— СН3

Б. ■ (задания посложнее)

  1. Реакции по разрыву связи а) с галогенами; б) с кислородом; в) с активными металлами(+);

    г) с оксидом меди (ІІ);

  2. Реакции по разрыву связи а) окисление; б) гидрирование; в) гидратация;

    г) дегидратация (+)

В. ● (трудные задания)

  1. Лабораторный способ получения спиртов а) гидролиз галогеналканов(+); б) из синтез – газ; в) брожение;

    г) гидратация этилена

  2. Промышленный способ получения спиртов а) гидролиз галогеналканов; б) из синтез – газ(+);

    в)гидрирование этилена;

    г) гидролиз алкинов

VІ. Подведение итогов урока

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.