С чем реагируют многоатомные спирты таблица. Многоатомные спирты, глюкоза. Химические свойства спиртов
Напомним, что многоатомные спирты – это органические соединения, в молекулах которых содержится несколько гидроксильных групп. Общая формула многоатомных спиртов — C n H 2n+1 (OH) k , где n и k – целые числа более 2. Классификация, строение, изомерия и номенклатура спиртов рассмотрены раннее в . В настоящем разделе рассмотрим свойства и получение многоатомных спиртов.
Важнейшие представители многоатомных спиртов содержат от двух до шести гидроксильных групп. Двухатомные спирты (гликоли) или алкандиолы, содержащие две гидроксильные группы в своей молекуле, трехатомные спирты (алкантриолы) – три гидроксильные группы. Четырех-, пяти- и шестиатомные спирты (эритриты, пентиты и гекситы) содержат 4, 5 и 6 ОН-групп соответственно.
Физические свойства многоатомных спиртов
Многоатомные спирты хорошо растворяются в воде и спиртах, хуже в других органических растворителях. Спирты с небольшим числом углеродных атомов представляют собой вязкие сладковатые на вкус жидкости. Высшие члены ряда — твердые вещества. По сравнению с одноатомными спиртами они имеют более высокие плотности и температуры кипения. Тривиальные названия, названия по и физические свойства некоторых спиртов представлены в таблице:
Получение многоатомных спиртов
Получение гликолей
Гликоли могут быть получены практически всеми Выделим основные:
- Гидролиз дигалогенпроизводных алканов :
- Гидролиз хлоргидринов
протекает следующим образом:
- Восстановление сложных эфиров
двухосновных кислот по методу Буво:
- по Вагнеру:
- Неполное восстановление кетонов
под действием магния (в присутствии йода). Таким образом получают пинаконы:
Получение глицерина
- Хлорирование пропилена
по Львову:
- Способ Береша и Якубовича
состоит в окислении пропилена в акролеин, который затем восстанавливают до аллилового спирта с последующим его гидроксилированием:
- Каталитическое гидрирование глюкозы
приводит к восстановлению альдегидной группы и одновременно разрыв С3-С4 связи:
За счет разрыва С2-С3 связи образуется небольшое количество этиленгликоля и треита (стереоизомер эритрита).
Помимо глюкозы каталитическому гидрированию можно подвергнуть и другие полисахариды, содержащие глюкозные звенья, например, целлюлозу.
4.
Гидролиз жиров
щелочью проводят с целью получения мыла (калиевые или натриевые соли сложных карбоновых кислот):
Такой процесс называется омылением
.
Получение четырехатомных спиртов (эритритов)
В природе эритрит (бутантетраол-1,2,3,4) содержится как в свободном виде, так и виде сложных эфиров в водорослях и некоторых плесневых грибах.
Искусственно его получают из бутадиена-1,4 в несколько стадий:
Пентаэритрит (тетраоксинеопентан)
в природе не встречаются. Синтетически можно получить при взаимодействии формальдегида с водным раствором ацетальдегида в щелочной среде:
Химические свойства многоатомных спиртов
Химические свойства многоатомных спиртов сходны со . Однако наличие в молекулах многоатомных спиртов нескольких гидроксильных групп увеличивает их кислотность . Поэтому они могут вступать в реакции с щелочами и с гидроксидами тяжелых металлов, образуя соли.
Замещение второй гидроксогруппы этиленгликоля происходит труднее (под действием РСl5 или SOCl2 – замещение происходит легче).
- Взаимодействие с кислотами ведет к образованию сложных эфиров:
Взаимодействие с азотной кислотой
Данные соединения являются взрывчатыми веществами. Тринитроглицерин, кроме этого, используют в медицине в качестве лечебного препарата.
Взаимодействие с уксусной кислотой
Если в реакции этерификации этиленгликоля участвует двухосновная кислота
, то возможно получение полиэфира (реакция поликонденсации)
:
Обычно в качестве R выступает терефталевая кислота. Продуктом такой реакции является терилен, лавсан :
При дегидратации этиленгликоля получается соединение, имеющее 2 таутомерные формы (кето-енольная таутомерия):
Дегидратация этиленгликоля может происходить с одновременной его димеризацией:
При дегидратации 1,4-бутандиола
можно получить тетрагидрофуран (оксолан):
Дегидратация других гликолей сопровождается процессом пинаколиновой перегруппировки
:
- Окисление многоатомных спиртов приводит к образованию альдегидов или кетонов.
При окислении этиленгликоля
вначале получается гликолевый альдегид, далее глиоксаль, который при дальнейшем окислении переходит в дикарбоновую кислоту:
При окислении глицерина
образуется смесь соответствующего альдегида и кетона:
Лекция № 3.
Многоатомные спирты, их строение и свойства.
Представители многоатомных спиртов - этиленгликоль и глицерин. Двухатомные спирты, содержащие две гидроксильные группы-ОН, называются гликолями, или диолами, трехатомные спирты, содержащие три гидроксильные группы, - глицеринами, или триолами.
Положение гидроксильных групп указывается цифрами в конце названия.
Физические свойства
Многоатомные спирты - бесцветные сиропообразные жидкости сладковатого вкуса, хорошо растворимы в воде, плохо - в органических растворителях; имеют высокие температуры кипения. Например, tкип этиленгликоля 198°С, плотность () 1,11 г/см3; tкип (глицерин) = 290°С, глицерин = 1,26 г/см3.
Получение
Двух- и трехатомные спирты получают теми же способами, что и одноатомные. В качестве исходных соединений могут быть использованы алкены, галогенопроизводные и другие соединения.
1. Этиленгликоль (этандиол-1,2) синтезируют из этилена различными способами:
3CH 2 =CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O ® 3HO–CH 2 –CH 2 –OH + 2MnO 2 + 2KOH
2. Глицерин (пропантриол -1,2,3) получают из жиров, а также синтетическим путем из газов крекинга нефти (пропилена), т.е. из непищевого сырья.
Химические свойства
Многоатомные спирты по химическим свойствам сходны с одноатомными спиртами. Однако в химических свойствах многоатомных спиртов есть особенности, обусловленные присутствием в молекуле двух и более гидроксильных групп.
Кислотность многоатомных спиртов выше, чем одноатомных, что объясняется наличием в молекуле дополнительных гидроксильных групп, обладающих отрицательным индуктивным эффектом. Поэтому многоатомные спирты, в отличие от одноатомных, реагируют со щелочами, образуя соли. Например, этиленгликоль реагирует не только с щелочными металлами, но и с гидроксидами тяжелых металлов.
По аналогии с алкоголятами соли двухатомных спиртов называются гликолятами, а трехатомных - глицератами.
При взаимодействии этиленгликоля с галогеноводородами (НСl, HBr) одна гидроксильная группа замещается на галоген:
Вторая гидроксогруппа замещается труднее, под действием РСl5.
При взаимодействии гидроксида меди (II) с глицерином и другими многоатомными спиртами происходит растворение гидроксида и образуется комплексное соединение ярко-синего цвета.
Эта реакция используется для обнаружения многоатомных спиртов, имеющих гидроксильные группы при соседних атомах углерода -СH(ОН)-СН(ОН)-:
В отсутствие щелочи многоатомные спирты не реагируют с |гидроксидом меди (II) - их кислотность для этого недостаточна.
Многоатомные спирты взаимодействуют с кислотами, образуя сложные эфиры (см. §7). При взаимодействии глицерина с азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты образуется нитроглицерин (тринитрат глицерина):
Для спиртов характерны реакции, в результате которых образуются циклические структуры:
Применение
Этиленгликоль используется главным образом для производства лавсана и для приготовления антифризов - водных растворов, замерзающих значительно ниже 0°С (использование их для охлаждения двигателей позволяет автомобилям работать в зимнее время).
Глицерин широко используется в кожевенной, текстильной промышленности при отделке кож и тканей и в других областях народного хозяйства. Наиболее важной областью применения глицерина является производство тринитрата глицерина (неверно называемого нитроглицерином) - это сильное взрывчатое вещество, которое взрывается от удара, а также лекарство (сосудорасширяющее средство). Сорбит (шестиатомный спирт) используется как заменитель сахара для больных диабетом.
Тест № 4.
Свойства многоатомных спиртов
1. С какими из перечисленных ниже веществ будет реагировать глицерин?
1) HBr 2) HNO 3 3) H 2 4) H 2 O 5)Cu(OH) 2 6) Ag 2 O/NH 3
2. Глицерин не реагирует с 1)HNO 3 2)NaOH 3)CH 3 COOH 4)Cu(OH) 2
3. Этиленгликоль не реагирует с 1)HNO 3 2)NaOH 3)CH 3 COOH 4)Cu(OH) 2
4. Со свежеосажденным гидроксидом меди (II) не будет взаимодействовать: 1) глицерин;
2) бутанон 3) пропаналь 4) пропандиол-1,2
5. Свежеприготовленный осадок Сu(ОН) 2 растворится, если к нему добавить
1)пропандиол-1,2 2)пропанол-1 3) пропен4)пропанол-2
6. Глицерин в водном растворе можно обнаружить с помощью
1) хлорной извести 2) хлорида железа (III) 3) гидроксида меди (II) 4) гидроксида натрия
7. Какой из спиртов реагирует с гидроксидом меди (II)?
1)СН 3 ОН 2) СН 3 СН 2 ОН 3) С 6 Н 5 ОН 4)НО-СН 2 СН 2 -ОН
8. Характерной реакцией для многоатомных спиртов является взаимодействие с
1) H 2 2) Сu 3) Ag 2 O (NH 3 р-р) 4) Cu(OH) 2
9. Вещество, реагирующее с Na и Cu(OH) 2 – это:
1) фенол; 2) одноатомный спирт; 3) многоатомный спирт 4) алкен
10. Этандиол-1,2 может реагировать с
1) гидроксидом меди (II)
2) оксидом железа (II)
3) хлороводородом
4)водородом
6) фосфором
Лекция № 4.
Фенолы, их строение. Свойства фенола, взаимное влияние атомов в молекуле фенола. Орто-, паро-ориентирующее действие гидроксильной группы. Получение и применение фенола
ФЕНОЛЫ – класс органических соединений. Содержат одну или несколько группировок С–ОН, при этом атом углерода входит в состав ароматического (например, бензольного) кольца.
Классификация фенолов . Различают одно-, двух-, трехатомные фенолы в зависимости от количества ОН-групп в молекуле (рис.1)
Рис. 1. ОДНО-, ДВУХ- И ТРЕХАТОМНЫЕ ФЕНОЛЫ
В соответствии с количеством конденсированных ароматических циклов в молекуле различают (рис. 2) сами фенолы (одно ароматическое ядро – производные бензола), нафтолы (2 конденсированных ядра – производные нафталина), антранолы (3 конденсированных ядра – производные антрацена) и фенантролы (рис. 2).
Рис. 2. МОНО- И ПОЛИЯДЕРНЫЕ ФЕНОЛЫ
Номенклатура фенолов
Для фенолов широко используют тривиальные названия, сложившиеся исторически. В названиях замещенных моноядерных фенолов используются также приставки орто-, мета- и пара -, употребляемые в номенклатуре ароматических соединений. Для более сложных соединений нумеруют атомы, входящие в состав ароматических циклов и с помощью цифровых индексов указывают положение заместителей (рис. 3).
Рис. 3. НОМЕНКЛАТУРА ФЕНОЛОВ. Замещающие группы и соответствующие цифровые индексы для наглядности выделены различными цветами.
Химические свойства фенолов
Бензольное ядро и ОН-группа, объединенные в молекуле фенола, влияют друг на друга, существенно повышая реакционную способность друг друга. Фенильная группа оттягивает на себя неподеленную электронную пару от атома кислорода в ОН-группе (рис. 4). В результате на атоме Н этой группы увеличивается частичный положительный заряд (обозначен значком d+), полярность связи О–Н возрастает, что проявляется в увеличении кислотных свойств этой группы. Таким образом, в сравнении со спиртами, фенолы представляют собой более сильные кислоты. Частичный отрицательный заряд (обозначен через d–), переходя на фенильную группу, сосредотачивается в положениях орто- и пара- (по отношению к ОН-группе). Эти реакционные точки могут атаковаться реагентами, тяготеющими к электроотрицательным центрам, так называемыми электрофильными («любящими электроны») реагентами.
Рис. 4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ПЛОТНОСТИ В ФЕНОЛЕ
В итоге для фенолов возможны два типа превращений: замещение атома водорода в ОН-группе и замещение Н-атомобензольном ядре. Пара электронов атома О, оттянутая к бензольному кольцу, увеличивает прочность связи С–О, поэтому реакции, протекающие с разрывом этой связи, характерные для спиртов, для фенолов не типичны.
1. Обладает слабыми кислотными свойствами, при действии щелочей образует соли - феноляты (например, фенолят натрия - C6H6ONa):
C 6 H 5 OH + NaOH = C 6 H 5 ONa + H 2 O
Вступает в реакции электрофильного замещения по ароматическому кольцу. Гидрокси-группа, являясь одной из самых сильных донорных групп, увеличивает реакционную способность кольца к этим реакциям, и направляет замещение в орто- и пара-положения. Фенол с лёгкостью алкилируется, ацилируется, галогенируется, нитруется и сульфируется.
Реакция Кольбе-Шмидта.
2. Взаимодействие с металлическим натрием:
C 6 H 5 OH + Na = C 6 H 5 ONa + H 2
3. Взаимодействие с бромной водой (качественная реакция на фенол):
C 6 H 5 OH + 3Br 2 (водн.) → C 6 H 2 (Br) 3 OH + 3HBr образуется 2,4,6 трибромфенол
4. Взаимодействие с концентрированной азотной кислотой:
C 6 H 5 OH + 3HNO 3 конц → C 6 H 2 (NO 2) 3 OH + 3H 2 О образуется 2,4,6 тринитрофенол
5. Взаимодействие с хлоридом железа (III)(качественная реакция на фенол):
C 6 H 5 OH + FeCl 3 → 2 +(Cl)2- + HCl образуется дихлоридфенолят железа (III)(фиолетовое окрашивание)
Способы получения фенолов.
Фенолы выделяют из каменноугольной смолы, а также из продуктов пиролиза бурых углей и древесины (деготь). Промышленный способ получения самого фенола С6Н5ОН основан на окислении ароматического углеводорода кумола (изопропилбензол) кислородом воздуха с последующим разложением получающейся гидроперекиси, разбавленной H3SO4 (рис. 8А). Реакция проходит с высоким выходом и привлекательна тем, что позволяет получить сразу два технически ценных продукта – фенол и ацетон. Другой способ – каталитический гидролиз галогензамещенных бензолов (рис. 8Б).
Рис. 8. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕНОЛА
Применение фенолов.
Раствор фенола используют в качестве дезинфицирующего средства (карболовая кислота). Двухатомные фенолы – пирокатехин, резорцин (рис. 3), а также гидрохинон (пара-дигидроксибензол) применяют как антисептики (антибактериальные обеззараживающие вещества), вводят в состав дубителей для кожи и меха, как стабилизаторы смазочных масел и резины, а также для обработки фотоматериалов и как реагенты в аналитической химии.
В виде отдельных соединений фенолы используются ограниченно, зато их различные производные применяют широко. Фенолы служат исходными соединениями для получения разнообразных полимерных продуктов – феноло-альдегидных смол (рис. 7), полиамидов, полиэпоксидов. На основе фенолов получают многочисленные лекарственные препараты, например, аспирин, салол, фенолфталеин, кроме того, красители, парфюмерные продукты, пластификаторы для полимеров и средства защиты растений.
Тест № 5 Фенолы
1. Сколько существует фенолов состава С 7 Н 8 О? 1)Один 2) Четыре 3) Три 4) два
2. Атом кислорода в молекуле фенола образует
1) одну σ-связь 2) две σ-связи 3) одну σ- и одну π-связи 4) две π-связи
3. Фенолы - более сильные кислоты, чем алифатические спирты потому, что...
1) между молекулами спирта образуется прочная водородная связь
2) в молекуле фенола больше массовая доля ионов водорода
3) в фенолах электронная система смещена в сторону атома кислорода, что приводит к большей подвижности атомов водорода бензольного кольца
4) в фенолах электронная плотность связи О-Н уменьшается из-за взаимодействия неподеленной электронной пары атома кислорода с бензольным кольцом
4. Выберите верное утверждение:
1) фенолы диссоциируют в большей степени, чем спирты;
2) фенолы проявляют основные свойства;
3) фенолы и их производные не обладают токсическим действием;
4) атом водорода в гидроксильной группе фенола не может быть замещен на катион металла под действием оснований.
Свойства
5. Фенол в водном растворе является
1) сильной кислотой 2) слабой кислотой 3) слабым основанием 4) сильным основанием
1. Вещество, реагирующее с Na и NaOH, дающее фиолетовое окрашивание с FeCl 3 – это:
1) фенол; 2) спирт 3) простой эфир; 4) алкан
6. Влияние бензольного кольца на гидроксильную группу в молекуле фенола доказывает реакция фенола с
1) гидроксидом натрия 2) формальдегидом 3) бромной водой 4) азотной кислотой
7. Химическое взаимодействие возможно между веществами, формулы которых:
1) С 6 Н 5 OH и NaCl 2) С 6 Н 5 OH и HCl 3) С 6 Н 5 OH и NaOH 4) С 6 Н 5 ONa и NaOH.
8. Фенол не взаимодействует с
1) метаналем 2) метаном 3) азотной кислотой 4) бромной водой
9. Фенол взаимодействует c
1) соляной кислотой 2) этиленом 3) гидроксидом натрия 4) метаном
10. Фенол не взаимодействует с веществом, формула которого
1)HBr 2)Br 2 3)HNO 3 4)NaOH
11. Фенол не реагирует с 1) НNO 3 2) KОН 3) Вr 2 4) Сu(OH) 2
12. Кислотные свойства наиболее выражены у 1)фенола 2)метанола 3)этанола 4)глицерина
13. При взаимодействии фенола с натрием образуются
1) фенолят натрия и вода 2) фенолят натрия и водород
3) бензол и гидроксид натрия 4) бензоат натрия и водород
14. Установите соответствие между исходными веществами и продуктами, которые преимущественно образуются при их взаимодействии.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
А) С 6 Н 5 ОН + К 1) 2,4,6-трибромфенол + НВr
Б) С 6 Н 5 ОН + КОН 2) 3,5-дибромфенол + НВr
В) С 6 Н 5 ОН + НNО3 3) фенолят калия + Н 2
Г) С 6 Н 5 ОН + Вr 2 (р-р) 4) 2,4,6-тринитрофенол + H 2 O
5) 3,5-динитрофенол + НNO 3
6) фенолят калия + Н 2 О
15. Установите соответствие между исходными веществами и продуктами реакции.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ
А) С 6 Н 5 ОН + Н 2 1) С 6 Н 6 + Н 2 О
Б) С 6 Н 5 ОН + К 2) С 6 Н 5 ОК + Н 2 О
В) С 6 Н 5 ОН + КОН 3) С 6 Н 5 ОН + КНСО 3
Г) С 6 Н 5 ОК + Н 2 О + СО 2 4) С 6 Н 11 ОН
5) С 6 Н 5 ОК + Н 2
6) С 6 Н 5 СООН + КОН
16. Фенол взаимодействует с растворами
3) [Аg(NH 3) 2 ]OH
17. Фенол реагирует с
1) кислородом
2)бензолом
3) гидроксидом натрия
4) хлороводородом
5) натрием
6) оксидом кремния (IV)
Получение
18. При замещении водорода в ароматическом кольце на гидроксильную группу образуется:
1) сложный эфир; 2) простой эфир; 3) предельный спирт; 4) фенол.
19. Фенол может быть получен в реакции
1) дегидратации бензойной кислоты 2) гидрирования бензальдегида
3) гидратации стирола 4) хлорбензола с гидроксидом калия
Взаимосвязь, качественные реакции.
20. Метанол. этиленгликоль и глицерин являются:
1)гомологами; 2)первичным, вторичным и третичным спиртами;
32)изомерами; 4) одноатомным, двухатомным, трехатомным спиртами
21. Вещество, не реагирующее ни с Na, ни с NaOH, получаемое при межмолекулярной дегидратации спиртов - это: 1) фенол 2) спирт 3) простой эфир; 4) алкен
22.Взаимодействуют между собой
1)этанол и водород 2)уксусная кислота и хлор
3)фенол и оксид меди (II) 4)этиленгликоль и хлорид натрия
23.Вещество Х может реагировать с фенолом, но не реагирует с этанолом. Это вещество:
1)Na 2) O 2 3)HNO 3 4)бромная вода
24. Ярко-синий раствор образуется при взаимодействии гидроксида меди (II) с
1)этанолом 2) глицерином 3) этаналем 4) толуолом
25. Гидроксид меди (II) может быть использован для обнаружения
1) ионов Аl 3+ 2)этанола 3) ионов NO 3 - 4) этиленгликоля
26. В схеме превращений C 6 H 12 O 6 à X à C 2 H 5 -O- C 2 H 5 веществом «Х» является
1) C 2 H 5 OH 2) C 2 H 5 COOH 3) CH 3 COOH 4) C 6 H 11 OH
27.В схеме превращений этанол à Х à бутан веществом Х является
1)бутанол-1 2)бромэтан 3)этан 4)этилен
28. В схеме превращений пропанол-1 à Х à пропанол-2 веществом Х является
1) 2-хлорпропан 2) пропановая кислота 3) пропин 4) пропен
29.Водные растворы этанола и глицерина можно различить с помощью:
1)бромной воды 2)аммиачного раствора оксида серебра
4) металлического натрия 3)свежеприготовленного осадка гидроксида меди (II);
30. Отличить этанол от этиленгликоля можно с помощью:
31. Отличить фенол от метанола можно с помощью:
1) натрия; 2) NaOH; 3) Cu(OH) 2 4) FeCl 3
32. Отличить фенол от простого эфира можно с помощью:
1) Cl 2 2) NaOH 3) Cu(OH) 2 4) FeCl 3
33. Отличить глицерин от пропанола-1 можно с помощью:
1) натрия 2)NaOH 3) Cu(OH) 2 4) FeCl 3
34. Какое вещество надо использовать для того, чтобы в лабораторных условиях отличить друг от друга этанол и этиленгликоль?
1) Натрий 2) Соляную кислоту 3) Гидроксид меди (II) 4) Гидроксид натрия
Видеоурок 2:
Фенол: Химические свойства
Лекция: Характерные химические свойства предельных одноатомных и многоатомных спиртов, фенола
Спирты и фенолы
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.
Существует подразделение органических соединений на спирты и фенолы. За основу данного деления берется тип углеводородного радикала и особенности прикрепления к нему -ОН-групп.
Спирты (алканолы) - производные предельных и непредельных углеводородов, в которых ОН-группа соединена с углеводородным радикалом без непосредственного присоединения к ароматическому кольцу.
Фенолы - органические вещества, имеющие в структуре ОН-группы, непосредственно присоединенные к ароматическому кольцу.
Названные особенности положения ОН-групп, существенно влияют на различие свойств спиртов и фенолов. В соединениях фенола связь О-Н более полярна в сравнении со спиртами. Это повышает подвижность атома водорода в ОН-группе. У фенолов значительно ярче, чем у спиртов, выражены кислотные свойства.
Классификация спиртовСуществует несколько классификаций спиртов. Так, по характеру углеводородного радикала спирты подразделяются на:
- Предельные , содержащие только предельные углеводородные радикалы. В их молекулах один или несколько атомов водорода замещены ОН-группой, к примеру:
Этандиол-1,2 (этиленгликоль)
- Непредельные , содержащие между атомами углерода двойные или тройные связи, к примеру:
Пропен-2-ол-1 (аллиловый спирт)
- Ароматические , содержащие в молекуле бензольное кольцо и ОН-группу, которые связаны друг с другом через атомы углерода, к примеру:
Фенилметанол (бензиловый спирт)
По атомности, т.е. числу ОН-групп , спирты делятся на:
- Одноатомные , к примеру:
- Двухатомные (гликоли) , к примеру:
Трехатомные , к примеру:
Многоатомные , содержащие более трех ОН-групп, к примеру:
По характеру связи атома углерода и ОН-группы спирты подразделяются на:
- Первичные , в которых ОН-группа связана с первичным атомом углерода, к примеру:
- Вторичные , в которых ОН-группа связана со вторичным атомом углерода, к примеру:
Третичны е , в которых ОН-группа связана с третичным атомом углерода, к примеру:
Кодификатор ЕГЭ по химии требует от вас знания химических свойств предельных одноатомных и многоатомных спиртов, рассмотрим их.
Химические свойства предельных одноатомных спиртов
1. Реакции замещения
Взаимодействие с щелочными, щелочноземельными металлами , в результате образуются алкоголяты металлов и выделяется водород. К примеру, при взаимодействии этилового спирта и натрия образуется этилат натрия:
2C 2 H 5 OH+ 2Na→ 2C 2 H 5 ONa+ H2
Важно помнить следующее правило для данной реакции: спирты не должны содержать воду, иначе образование алкоголятов станет невозможным, поскольку они легко гидролизуются.
Реакция этерификации , т.е. взаимодействие спиртов с органическими и кислородсодержащими неорганическими кислотами приводит к образованию сложных эфиров. Данная реакция катализируется сильными неорганическими кислотами. К примеру, взаимодействие этанола с уксусной кислотой образует этилацетат (уксусно-этиловый эфир):
Механизм реакции этерификации выглядит так:
Это обратимая реакция, поэтому для смещения равновесия в сторону образования сложного эфира, реакцию проводят при нагревании, а также в присутствии концентрированной серной кислоты как водоотнимающего вещества.
Взаимодействие спиртов с галогеноводородами . При действии на спирты галогеноводородных кислот происходит замещение гидроксильной группы на атом галогена. В результате такой реакции образуются галогеналканы и вода. К примеру:
C 2 H 5 OH+ HCl → C 2 H 5 Cl+ H 2 O.
Это обратимая реакция.
2. Реакции элиминирования (отщепления)
Дегидратация спиртов бывает межмолекулярной и внутримолекулярной.
При межмолекулярной одна молекула воды образуется в результате отщепления атома водорода от одной молекулы спирта и гидроксильной группы - от другой молекулы. В результате образуются простые эфиры (R-O-R). Условиями реакции являются присутствие концентрированной серной кислоты и нагревание 140 0 C:
С 2 Н 5 ОC 2 H 5 → C 2 H 5 -O-C 2 H 5 +H 2 O
Дегидратация этанола с этанолом привела к образованию диэтилового эфира (этоксиэтана) и воды.
СН 3 ОC 2 H 5 → CH 3 -O-C 2 H 5 +H 2 O
Дегидратация метанола с этанолом привела к образованию метилэтилового эфира (метоксиэтана) и воды.
Внутримолекулярная дегидратация спиртов в отличии от межмолекулярной протекает следующим образом: одна молекула воды отщепляется от одной молекулы спирта:
Для проведения данного типа дегидратации требуется сильное нагревание. В результате 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 межмолекулярной дегидратации метанола возможно образование только простого эфира (CH 3 -O-CH 3):
2CH 3 OH → CH 3 -O-CH 3 + H 2 O.
Необходимо помнить, что в случае дегидратации несимметричных спиртов внутримолекулярное отщепление воды будет протекать в соответствии с правилом Зайцева, то есть 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 к образованию кетонов:
в) Третичные спирты дегидрированию не подвергаются.
3. Реакции окисления
Горение . Спирты легко вступают в реакцию горения. При этом образуется большое количество тепла:
2СН 3 - ОН + 3O 2 → 2CO 2 + 4H 2 O + Q.
Окисление спиртов происходит в присутствии катализаторов Cu, Cr и др. при нагревании. Окисление происходит и в присутствии хромовой смеси (H 2 SO 4 + K 2 Cr 2 O 7) или перманганата магния (KMnO 4). Первичные спирты образуют альдегиды, к примеру:
C 2 H 5 OH+ CuO → CH 3 COH + Cu + + H 2 O.
В результате получили уксусный альдегид (этаналь, ацетальдегид), медь, воду. Если образовавшийся альдегид не удалить из реакционной среды, образуются соответствующая кислота.
Вторичные спирты в этих же условиях образуют кетоны:
Для третичных спиртов реакция окисления не характерна.
Химические свойства многоатомных спиртов
Многоатомные спирты являются более сильными кислотами, чем одноатомные.
Для многоатомных спиртов характерны такие же, как и для одноатомных, реакции с щелочными, щелочноземельными металлами. При этом в молекуле спирта замещается разное число атомов водорода ОН-групп. В результате образуются соли. К примеру:
Поскольку многоатомные спирты обладают кислотными свойствами больше одноатомных, то они охотно реагируют не только с металлами, но и с их гидроксидами тяжелых металлов. Реакция с гидроксидом меди 2 является качественной реакцией на многоатомные спирты. Голубой осадок при взаимодействии с многоатомным спиртом переходит в ярко синий раствор.
- Реакция этерификации, т.е. взаимодействие с органическими и кислородсодержащими неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров:
C 6 H 5 ONa + CH 3 COCl → C 6 H 5 OCOCH 3 + NaCl
Спирты являются производными углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода возле насыщенного атома углерода замещен на гидроксигруппу - ОН. Экспериментально доказано, что количество гидроксилов в молекуле спирта не может превышать количество углеводородных атомов. В зависимости от природы радикала, различают ациклические (алифатического ряда) и циклические спирты; по количеству гидроксильных групп - одно-, двух-, трех- и многоатомные спирты; по насыщенности - насыщенные и ненасыщенные; месту локализации гидроксильной группы в углеводородной цепи - первичные, вторичные и третичные спирты.
Многоатомные спирты - производные алканов, в молекулах которых более трех атомов водорода замещены на гидроксигруппы - ОН. Для многоатомных спиртов как производных моносахаридов характерна оптическая изомерия и изомерия положения в углеводородной цепи ОН-группы. Оптическая изомерия связана со способностью некоторых групп органических веществ в растворах проявлять оптическую активность. Оптическая активность веществ определяется с помощью поляриметра.
На многоатомные спирты
Наиболее распространенной качественной реакцией на многоатомные спирты является их взаимодействие с В процессе реакции гидроксид растворяется, при этом образуется хелатный комплекс фиолетового цвета.
Четырехатомные спирты С4Н6(ОН)4 называются тетритами, пятиатомные С5Н7(ОН)5 - пентитами, шестиатомные спирты С6Н8(ОН)6 - гекситами. В каждой такой группе различают отдельные спирты, которые имеют исторические названия: эритрит, арабит, сорбит, ксилит, дульцит, манит и т.д.
Получение многоатомных спиртов
Эти спирты синтезируют путем восстановления моносахаридов, конденсации альдегидов с формальдегидом в щелочной среде. Очень часто многоатомные спирты получают из природного сырья. Некоторые спирты экстрагируют из плодов рябины.
Многоатомные спирты - оптически активные соединения, хорошо растворимые в воде. В ИК- и УФ-спектрах имеют полосы поглощения, типичные для ОН-групп обусловлены наличием ОН-группы. При взаимодействии этих веществ с образуются алкоголяты - сахараты. При окислении гидроксила, который локализуется возле первого атома углерода (С1) образуются моносахариды.
Многоатомные спирты: основные представители
Эритрит НОСН2(СНОН)2СН2ОН - кристаллическое вещество, плавится при 121,5 °С. Указанный спирт содержится в лишайниках и мхах. Эритрит можно получить вследствие восстановления 1,3-бутадиена и эритрозы. Указанный спирт используют при изготовлении взрывчатых соединений, быстросохнущих красок, эмульгаторов.
Ксилит НОСН2(СНОН)3СНОН - сладкие кристаллы, хорошо растворимые в воде, плавятся при температуре 61,5 градусов. Указанный спирт можно синтезировать путем восстановления ксилозы. Ксилит используется в пищевой индустрии при изготовлении продуктов питания для диабетиков, а также при производстве алкидных смол, олиф и поверхностно-активных веществ.
Пентаэритрит С(СН2ОН)4 - твердое вещество, плохо растворимое в воде. Получают при взаимодействии формальдегида с ацетальдегидом в присутствии Са(ОН)2. Используется при производстве полиэфиров, алкидных смол, тетрапентаэритрита, поверхностно-активных веществ, пластификаторов для получения поливинилхлорида, синтетических масел. Проявляет наркотические свойства.
Манит НОСН2(СНОН)4СН2ОН - сладкое на вкус вещество, плавится при температуре 165 градусов. Содержится в мхах, грибах, водорослях, высших растениях. Применяют в качестве диуретика и как компонент косметических изделий (мазей).
Д-Сорбит НОСН2(СНОН)4СН2ОН - плавится при температуре 96 градусов. Этим спиртом богаты плоды рябины. Сорбит получают при восстановлении глюкозы. Указанный спирт является промежуточным продуктом в синтезе витамина С, проявляет мочегонное действие, используется в качестве заменителя сахарозы для диабетиков.
Важнейшие из многоатомных спиртов — этиленгликоль и глицерин:
Этиленгликоль глицерин
Это - вязкие жидкости, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде и плохо растворимые в органических растворителях.
Получение. />
1. Гидролиз алкилгалогенидов (аналогично одноатомным спиртам):
ClCH 2 — CH 2 Cl + 2 NaOH → НОСН 2 -СН 2 ОН + 2 NaCl .
2. Этиленгликоль образуется при окислении этилена водным раствором перманганата калия:
СН 2 =СН 2 + [О] + Н 2 О → Н O СН 2 -СН 2 ОН.
3. Глицерин получают гидролизом жиров.
Химические свойства. />Для двух- и трехатомных спиртов характерны основные реакции одноатомных спиртов. В реакциях могут участвовать одна или две гидроксильные группы. Взаимное влияние гидроксильных групп проявляется в том, что многоатомные спирты - более сильные кислоты, чем одноатомныеспирты. Поэтому многоатомные спирты, в отличие от одноатомных, реагируют со щелочами, образуя соли. По аналогии с алкоголятями соли двухатомных спиртов называют гликолятами, а трехатомных - глицератами.
Качественной реакцией на многоатомные спирты, содержащие группы ОН при соседних атомах углерода, является ярко, синее окрашивание при действии свежеосажденного гидроксида меди (II ). Цвет раствора обусловлен образованием комплексного гликолята меди:
Для многоатомных спиртов характерно образование сложных эфиров. В частности, при реакции глицерина с азотной кислотой в присутствии каталитических количеств серной кислоты образуется тринитрат глицерина, известный под названием нитроглицерин (последнее название неверно с химической точки зрения, поскольку в нитросоединениях группа — NO 2 непосредственно связана с атомом углерода):
Применение . Этиленгликоль применяют для синтеза полимерных материалов и в качестве антифриза. В больших количествах он используется также для получения диоксана, важного (хотя и токсичного) лабораторного растворителя. Диоксан получают межмолекулярной дегидратацией этиленгликоля:
диоксан
Глицерин находит широкое применение в косметике, пищевой промышленности, фармакологии, производстве взрывчатых веществ. Чистый нитроглицерин взрывается даже при слабом ударе; он служит сырьем для получения бездымных порохов и динамита ― взрывчатого вещества, которое в отличие от нитроглицерина можно безопасно бросать. Динамит был изобретен Нобелем, который основал известную всему миру Нобелевскую премию за выдающиеся научные достижения в области физики, химии, медицины и экономики. Нитроглицерин токсичен, но в малых количествах служит лекарством, так как расширяет сердечные сосуды и тем самым улучшает кровоснабжение сердечной мышцы.