І. СПИРТЫ ПРЕДЕЛЬНЫЕ ОДНОАТОМНЫЕ СПИРТЫ

1. Состав и номенклатура спиртов

Спирты - это органические соединения, в молекулах которых содержится одна или несколько гидроксильных групп, соединённых с углеводородным радикалом.

Их можно рассматривать как производные углеводородов, в молекулах которых атомы водорода замещены на гидроксильные группы.

Названия спиртов в международной номенклатуре производятся от названий радикалов, а также от названий углеводородов прибавлением суффикса-ол: СН 3 ОН - метиловый спирт или метанол, C2H5 ОH - этиловый спирт, или этанол, С 3 Н 7 ОН - пропиловый спирт, или пропанол, и т.д.

Эти спирты образуют гомологический ряд, общая формула которого СnH2n+OH, или R-OH,

где R - углеводородный радикал.

Начиная с третьего представителя гомологического ряда - пропанола - у спиртов появляются изомеры:

C2H5-CH2-ОН – пропанол – 1;

CH3-CHОН-СН 3 – пропанол – 2.

Изомерия по положению гидроксильной группы.

В соответствии с международной номенклатурой цифры после названия спирта обозначают положение гидроксильной группы.

У спиртов больше изомеров, чем у соответствующих предельных углеводородов. Например, бутан имеет два изомера (нормальный бутан и изобутан), а бутиловый спирт - четыре, так как число изомеров у спирта зависит от строения радикала и от положения гидроксильной группы:

Низшие спирты - жидкости; высшие, с числом углеродных атомов больше 12 - твердые вещества. Все спирты легче воды. Метиловый и этиловый спирты смешиваются с водой в любых соотношениях.

2. Получение спиртов

1. Гидратация алкенов. Реакция идет по правилу Марковникова.

С 2 Н 4 + Н 2 О → С 2 Н 5 ОН

2. Восстановление карбонильных соединений. В присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd, Co) альдегиды при восстановлении переходят в первичные спирта, а кетоны - во вторичные:

С 2 Н 4 О + Н 2 → С 2 Н 5 ОН

этаналь этанол

3. Восстановление карбоновых кислот и их производных:

СН 3-СООН + 2 Н 2 → С 2 Н 5 ОН + Н 2 О

уксусн. К-та этанол

4. Гидролиз алкилгалогенидов:

С 2 Н 5 Вr + Н 2 О → С 2 Н 5 ОН + НВr

3. Химические свойства спиртов

Молекулы спиртов ассоциированы вследствие возникновения между ними водородных связей. Водородная связь - это своеобразная химическая связь. Она может быть внутримолекулярной и межмолекулярной (в случае спиртов). Межмолекулярная водородная связь возникает между молекулами, в состав которых входят водород и сильно электроотрицательный элемент - фтор, азот, кислород.

Образованием водородных связей между молекулами спирта и воды объясняется их хорошая растворимость в воде. Химические свойства спиртов обусловлены наличием в их молекулах двух полярных ковалентных связей: С-О и О-Н. Спирты вступают в реакцию с разрывом одной из этих связей.

1. Спирты взаимодействуют с металлическим натрием или калием с выделением водорода и образованием так называемых алкоголятов:

С 2 Н 5 ОН + Na → C2H5ONa + Н 2

2. Со щелочами одноатомные спирты обратимо взаимодействуют:

С 2 Н 5 ОН + NaOH↔ С 2 Н 5ONa + Н 2 О

3. Спирты окисляются такими окислителями, как КМnО 4, К 2 Сr2 О 7, кислородом воздуха в присутствии катализаторов (Pt, Сu). При этом сказывается влияние гидроксильной группы, а именно: кислород присоединяется к атому углерода, связанному с группой ОН образуя альдегид и воду.

Pt

С 2 Н 5 ОН + О → С 2 Н 4 О + Н 2 О

КМnО 4 этаналь

4. Спирты горят.

2 СН 3 ОН + 3 О 2 → 2 СО 2+ 4 Н 2 О

5. Спирты взаимодействуют с галогеноводородами:

С 2 Н 5 ОН + НВr ↔С 2 Н 5 Вr + Н 2 О

6. Дегидратация спиртов. Дегидратация происходит при нагревании спирта (>140°С) с концентрированной серной кислотой:

С 2 Н 5 ОН → С 2 Н 4 + Н 2 О

При избытке спирта и при более низкой температуре молекула воды отщепляется от двух молекул спирта, в результате чего образуется простой эфир:

2 С 2 Н 5 ОН → С 2 Н 5 - О - С 2 Н 5 + Н 2 О

4. Применение спиртов

Спирты используются в качестве растворителей. Из метанола получают формальдегид, используемый в производстве пластмасс, а также в медицине.

Этанол применяют в пищевой промышленности, в синтезе уксусной кислоты, диэтилового эфира, бутадиена и других важных соединений.

ПРЕДЕЛЬНЫЕ МНОГОАТОМНЫЕ СПИРТЫ

1. Номенклатура. Физические свойства

Многоатомные спирты содержат две и более спиртовые гидроксильные группы. Двухатомные спирты называются гликолями или диолами, трехатомные – глицеринами или триолами. Положение гидроксильных групп указывают цифрами:

2. Отдельные представители (этиленгликоль, глицерин)

Этиленгликоль (этандиол-1,2) представитель предельных двухатомных спиртов – гликолей. Общая формула ряда гликолей - СnH2n (OH)2.

Название гликоли получили из-за сладкого вкуса многих представителей ряда (греч. “гликос”– сладкий).

Этиленгликоль (этандиол–1,2) – сиропообразная жидкость сладкого вкуса, без запаха, ядовит. Хорошо смешивается с водой и спиртом, гигроскопичен. Его структурная формула:

Химические свойства этиленгликоля в основном соответствуют свойствам одноатомных спиртов. Только реакции протекают как по одной, так и по двум гидроксильным группам.

1. Со щелочными металлами этиленгликоль образует неполный и полный гликоляты:

2. Этиленгликоль реагирует так же с едкими щелочами:

Этиленгликоль получают:

1. При окислении этилена раствором перманганата калия:

2. Из дигалогенопроизводных углеводородов водным раствором щелочи:

Применение этиленгликоля. Водные и спиртовые растворы этиленгликоля применяются как не замерзающие при низких температурах растворы, заменяющие воду в радиаторах – антифризы, для получения лавсана – ценного синтетического волокна.

Глицерин простейший представитель трехатомных предельных спиртов – глицеринов. Это бесцветная, вязкая, гигроскопичная жидкость, сладкая на вкус. Смешивается с водой в любых отношениях. Хорошо растворяет многие вещества. По химическим свойствам близок к этиленгликолю. Большое значение имеет реакция взаимодействия глицерина с азотной кислотой с образованием нитроглицерина:

Нитроглицерин – тяжелая маслянистая жидкость, взрывчатое вещество (взрывается от легкого сотрясения и нагревания). Получают глицерин из жиров, а также синтетическим путем – из газов крекинга нефти (пропилена), т. е. из непищевого сырья.

Глицерин применяется для производства нитроглицерина, приготовления антифризов, в косметике (смягчает кожу), в кожевенной промышленности. Однопроцентный спиртовой раствор нитроглицерина используется как лекарство при сердечных заболеваниях (расширяет кровеносные сосуды).

5. Фенолы

Особое место среди соединений с гидроксильной группой занимают фенолы. Фенолами называются вещества, в молекулах которых функциональная гидроксильная группа связана непосредственно с бензольным ядром. Если же гидроксил находится в боковой цепи, то такие соединения называются ароматическими спиртами. Первый представитель гомологического ряда фенолов - оксибензол C6H5OH называют обычно фенолом или карболовой кислотой.

Рис. 3. Фенолы

6. Получение фенолов

1. Фенол и его гомологи образуются при сухой перегонке дерева и в большем количестве - при сухой перегонке каменного угля.

2. Из синтетических способов получения фенолов следует отметить сплавление солей сульфокислоты с щелочами:

С 6 Н 5-SО 3Na + NaOH → С 6 Н 5 ОН + Na2SО 3

3. Фенолы можно получить по Ульману действием едких щелочей на ароматические галогенопроизводные соединения в присутствии тонкого порошка меди

С 6 Н 5-Br + NaOH → С 6 Н 5 ОН + NaBr

4. Фенолы образуются при нагревании ароматических оксикислот. Например:

НО-С 6 Н 4-СООН→ С 6 Н 5 ОН + СО 2

7. Химические свойства фенолов

По химическим свойствам фенолы отличаются от спиртов. Это отличие вызвано взаимным влиянием в молекуле фенола гидроксильной группы и бензольного ядра, называемого фенилом С 6 Н 5-. При этом водород приобретает кислотные свойства, становится подвижным и реакционноспособным.

1) Фенол проявляет свойства слабой кислоты (слабее угольной). Поэтому он легко взаимодействует не только с металлическими натрием и калием, но и с едкими щелочами, образуя феноляты, устойчивые в водных растворах:

2 С 6 Н 5 ОН + 2Na → 2 С 6 Н 5ONa + Н 2

фенолят натрия

С 6 Н 5 ОН + NaOH → С 6 Н 5ONa + Н 2 О

фенолят натрия

2) При нагревании фенола с цинковой пылью происходит восстановление гидроксильной группы и образуется углеводород:

С 6 Н 5 ОН + Zn → С 6 Н 6 + ZnО

3) Благодаря эффекту сопряжения гидроксильная группа сообщает водородным атомам бензольного ядра способность необыкновенно легко замещаться на галоген, нитрогруппу или сульфогруппу; по этой же причине фенолы легко вступают в реакции конденсации.

С 6 Н 5 ОН + HNO3 → NO2 - С 6 Н 4 ОН + H2

А бензол с бромом и азотной кислотой взаимодействует лишь при нагревании и в присутствии катализатора.

4) При действии на фенолы серной кислоты получают смесь о-и п-фенолсульфокислот:

8. Применение фенолов

Фенол - сильный антисептик. Поэтому фенолы применяются в качестве дезинфицирующих веществ. Особенно много их расходуется для производства пластических масс - фенопластов. В больших количествах фенолы используются для производства лекарственных веществ, фотографических проявителей и красителей.

Рис. 2. Применение фенола

ІІ. ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ

1. Состав и номенклатура простых эфиров

Простыми эфирами называют соединения, в которых атом кислорода связан с двумя углеводородными радикалами: R‒O‒R общ. формула пр. эфиров

СН 3−СН 2−СН 2‒О−СН 2−СН 3

пропилэтиловый эфир

Для простых эфиров возможна такая же изомерия радикалов, какая существует для спиртов и вообще для одноатомных производных парафиновых углеводородов.

Для класса простых эфиров кроме обычной изомерии радикалов возможна также особая изомерия. Так эфир С 2 Н 5-О-С 2 Н 5 изомерен эфиру СН 3-О-С 3 Н 7, поскольку оба они имеют эмпирическую формулу С 4 Н 10 О. Изомерия этого рода носит название метамерии.

Простые эфиры, содержащие два разных радикала, называются смешанными эфирами.

Названия эфиров производят от названий радикалов: диметиловый (метиловый) эфир, метилэтиловый эфир, диэтиловый эфир (этиловый), метилпропиловый, метилизопропиловый эфиры и т. д.

Согласно международной номенклатуре простые эфиры называют, прибавляя к названию старшего радикала в качестве префикса название алкоксигруппы (R-О-), а для эфиров фенолов - арилоксигруппы (Аr-О-):

CH3-O-C3H7 ‒ метилпропиловый эфир

C2H5-O-C2H5 ‒ диэтиловый эфир

С 3 Н 7-O-С 6 Н 5 ‒ фенилпропиловый эфир

2. Получение простых эфиров

1. Классическим способом получения простых эфиров является действие на спирты серной кислоты. При этом, например, из этилового спирта сначала образуется этилсерная кислота, которая при нагревании с избытком спирта образует простой эфир, причем выделяется молекула серной кислоты, т.е. она играет роль катализатора.

2. Второй способ получения простых эфиров состоит в действии галогеналкилов на алкоголяты.

С 2 Н 5ONa + С 2 Н 5I→ С 2 Н 5‒О‒С 2 Н 5 + NaI

С 2 Н 5ONa + CH3I → С 2 Н 5‒О‒СН 3+ NaI

3. Химические свойства простых эфиров

Простые эфиры - нейтральные вещества. Они довольно трудно вступают в реакции. Так, атомы водорода в них не могут замещаться на металл, но довольно легко замещаются на атомы хлора.

1. Йодистоводородная кислота может реагировать с простым эфиром, превращая его в спирт и йодистый алкил:

СН 3-О-С 2 Н 5+ HI→ CH3I + С 2 Н 5 ОН

2. Простые эфиры при стоянии медленно окисляются кислородом воздуха. При этом образуются гидроперекиси эфиров:

Эти вещества чрезвычайно взрывчаты и являются причиной сильных взрывов в лабораториях.

3. Натрий при низких температурах не действует на простые эфиры. При более высоких температурах последние расщепляются по уравнению:

R-O-R + 2Na → R-O-Na + R-Na

Еще легче реагирует калий и особенно легко - литий.

4. Применение простых эфиров

Первый представитель простых эфиров - диэтиловый эфир (С 2 Н 5-О-С 2 Н 5) используют в качестве растворителя в органическом синтезе, а также в медицине в качестве усыпляющего средства.

Полиэфирные смолы состава-RCH-CH2-О-CH2-CHR-О-широко используют для получения синтетических материалов, таких как искусственная кожа и т.д.