КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ

 

СПИРТЫ И ФЕНОЛЫ

 

Спиртами называются соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп (√ОН), связанных с углеводородным радикалом. Вещества, у которых гидроксил находится непосредственно у бензольного кольца, называются фенолами.

В зависимости от числа гидроксильных групп спирты делят на одно-, двух- и трёхатомные.

В зависимости от того, при каком углеродном атоме находится гидроксильная группа, различают спирты:

первичные
RCH2OH,

вторичные 

R
 I
CH√OH
,
 I
R▓

 

и третичные R▓√

R
 I
C√OH
.
 I

R▓▓

 

Физические свойства

 

Низшие спирты (до С12) √ жидкости, температуры кипения которых значительно выше, чем у соответствующих алканов из-за образования водородных связей за счёт полярной связи О√Н

┘┘.. :

O√H ┘.. :
 I
R

O√H ┘┘
 I
R

 

Метанол и этанол смешиваются с водой в любых соотношениях; с увеличением молекулярной массы растворимость спиртов в воде уменьшается.

 

Таблица. Физические свойства спиртов и фенолов

 

Название

Формула

d420

tплC

tкипC

Спирты

 

 

 

 

метиловый

СН3OH

0, 792

-97

64

этиловый

С2Н5OH

0,79

-114

78

пропиловый

СН3СН2СН2OH

0,804

-120

92

изопропиловый

СН3√СН(ОH)√СH3

0,786

-88

82

бутиловый

CH3CH2CH2CH2OH

0,81

-90

118

вторбутиловый

CH3CH2CH(CH3)OH

0,808

-115

99

третбутиловый

(СН3)3С√OH

0,79

+25

83

циклогексанол

С6Н11OH

0,962

-24

161

бензиловый

C6H5CH2OH

1,046

-15

205

этиленгликоль

HOCH2CH2OH

1,113

-15,5

198

глицерин

НО√СН2CH(ОН)√СН2OH

1,261

-18,2

290

Фенолы

 

 

 

 

фенол

С6Н5OH

1,05(43╟)

43

180

пирокатехин

о - С6Н4(OH)2

105

245

резорцин

м - С6Н4(OH)2

110

281

гидрохинон

n - С6Н4(OH)2

170

285

 

Одноатомные спирты

 

Общая формула гомологического ряда предельных одноатомных спиртов √ CnH2n+1OH.

 

Изомерия

1.      Изомерия углеродного радикала (начиная с C4H9OH).

2.      Изомерия положения гидроксильной группы, (начиная с С3Н7ОН).

3.      Межклассовая изомерия с простыми эфирами (СН3√СН2√ОН и СН3√О√СН3).

 

Название спиртов включает в себя наименование соответствующего углеводорода с добавлением суффикса -ол (положение гидроксильной группы указывают цифрой) или к названию углеводородного радикала добавляется слово "спирт"; также часто встречаются тривиальные (бытовые) названия:

СН3√ОН метанол, метиловый спирт;
СН3√СН2√ОН этанол, этиловый спирт;
СН3√СН√СН3 пропанол-2, изопропиловый спирт.
           I
          OH

 

Получение

 

В промышленности.

1.      Метанол синтезируют из синтез-газа на катализаторе (ZnO, Сu) при 250C и давлении 5-10 МПа:

СО + 2Н2 СН3ОН

 

Ранее метанол получали сухой перегонкой древесины без доступа воздуха.

 

2.      Этанол получают:

a)     гидратацией этилена (Н3РО4; 280C; 8 МПа)

 

СН2=СН2 + Н2О СН3√СН2√ОН

 

b)     брожением крахмала (или целлюлозы):

 

крахмал С6Н12О6(глюкоза) √√ферменты 2Н5ОН + 2СО2
(источник крахмала √ зерно, картофель)

 

В лаборатории.

1.      Гидратация алкенов (согласно правилу Марковникова):

 

СH3√СH=CH2 + H2O ═√√H+═ СH3

CH√ СH3
 
I
OH

 

2.      Гидролиз галогенопроизводных углеводородов:

 

СH3√СH2√Br + H2O СH3√CH2√OH + HBr

 

Чтобы сдвинуть равновесие вправо, добавляют щёлочь, которая связывает образующийся HBr.

 

3.      Восстановление карбонильных соединений:
Альдегиды образуют первичные спирты, а кетоны √ вторичные.

 

   СH3√СH2-

 O
 II
-C
 I
 H

  √√2[H] ═СH3√CH2-

-CH2OH

 

СH3-

-C-
II
O

-CH3√√2[H] ═CH3-

-CH-
I
OH

-СH3

 

Химические свойства

 

Свойства спиртов ROH определяются наличием полярных связей Od-Hd+ и Cd+Od-, и неподеленных электронных пар на атоме кислорода.

 

 

При реакции спиртов возможно разрушение одной из двух связей: COH (с отщеплением гидроксильной группы) или OH (с отщеплением водорода). Это могут быть реакции замещения, в которых происходит замена OH или H, или элиминирование (отщепление), когда═ образуется двойная связь. На реакционную способность спиртов большое влияние оказывает строение радикалов, связанных с гидроксильной группой.

 

I. Реакции с разрывом связи RO√H

 

1.      Спирты реагируют с щелочными и щелочноземельными металлами, образуя солеобразные соединения √ алкоголяты. Со щелочами спирты не взаимодействуют.

 

2СH3CH2CH2OH + 2Na 2СH3CH2CH2ONa + H2

2СH3CH2OH + Сa (СH3CH2O)2Ca + H2

 

В присутствии воды алкоголяты гидролизуются:

 

H3)3С√OK + H2O ═ (СH3)3COH + KOH

 

Это означает, что спирты √ более слабые кислоты, чем вода.

2.      Взаимодействие с органическими кислотами (реакция этерификации) приводит к образованию сложных эфиров.

 

 

O
II

 

 

O
II

 

CH3

C-

-OH + H -

-OC2H5H2SO4CH3

C

OC2H5(уксусноэтиловый эфир (этилацетат)) + H2O

 

В общем виде:

 

 

O
 II

 

 

H+

 

O
II

 

R√

C-

-OH + H-

-OR▓

    

R√

C

√O√R▓ + H2O

 

II. Реакции с разрывом связи R√OH.

 

1.      С галогеноводородами:

 

R√OH + HBr R√Br + H2O

 

2.      С концентрированной серной кислотой:

 

C2H5O-

-H + H√O

 

O

 

C2H5O

   O

 

 

\ //
S
/ \\

 

    

 

\ //
S  (этилсерная кислота)═ + H2O
/ \\

 

H√O

 

O

 

H√O

   O

 

 

C2H5√O

 

O

 

C2H5O

   O

 

 

\ //
S
/ \\

 

    

 

\ //
S  (диэтилсерная кислота(диэтилсульфат))═ + H2O
/ \\

C2H5O-

-H + H√O

 

O

 

C2H5O

   O

 

III. Реакции окисления

 

1.      Спирты горят:

3H7ОH + 9O2 O2 + 8H2O

 

2.      При действии окислителей:

a)     первичные спирты превращаются в альдегиды (или в карбоновые кислоты)

 

 

 

 

 

O
II

 

 

═ O
  II

 

R-

-CH2√OH

(первичный спирт)  √√[O]  

R-

-C 

(альдегид)  √√[O]  

R-

-C

(карбоновая к-та)

 

 

 

 

I
H

 

 

I
OH

 

 

 

K2Cr2O7

O
II

K2Cr2O7

O  
II  

CH3√CH2√OH

  √√√√  

CH3√C

  √√√√  

CH3√C  

 

H2SO4


H

H2SO4

I   
OH

 

O
II 
CH3OH + CuO  √√t
  H√C

H

 + Cu + H2O

 

b)     вторичные спирты окисляются до кетонов

 

R-

-CH-

-R(вторичный спирт)  √√[O]  

R-

-C-

-R'(кетон)

 

I   
OH

 

 

II
O

 

 

CH3

CH√CH2√CH3
 I
OH

  √√K2Cr2O7,H2SO4  

CH3

C√CH2√CH3
 II
O

 

c)      третичные спирты устойчивы к действию окислителей.

 

IV. Дегидратация

 

Протекает при нагревании с водоотнимающими реагентами.

1.      Внутримолекулярная дегидратация приводит к образованию алкенов

 

CH3√CH2√OH═ √√t>140C,H2SO4═ CH2=CH2 + H2O

 

CH3
\    

 

 

 

CH3
 I

CH3√C√

CH√CH3

  √√t,H2SO4  

CH3√═

C=CH√CH3 + H2O

I   
HO  

 I
H

 

 

 

 

При отщеплении воды от молекул вторичных и третичных спиртов атом водорода отрывается от соседнего наименее гидрогенизированного атома углерода; образующийся алкен содержит наибольшее число заместителей при двойной связи (правило Зайцева).

 

2.      Межмолекулярная дегидратация даёт простые эфиры

 

R-

-OH + H-

-O√R  √√ t,H2SO4  R√O√R(простой эфир) + H2O

 

CH3√CH2-

-OH + H-

-O√CH2√CH3  √√t<140C,H2SO4  CH3√CH2√O√CH2√CH3(диэтиловый эфир) + H2O

 

Обе реакции конкурируют между собой. Увеличение температуры и разбавление инертным растворителем благоприятствуют внутримолекулярному процессу.

 

Многоатомные спирты

 

Получение

 

1.      Этиленгликоль (этандиол-1,2) синтезируют из этилена различными способами:

 

 

3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O 3HO√CH2√CH2√OH + 2MnO2 + 2KOH

 

2.      Глицерин (пропантриол -1,2,3) получают гидролизом жиров (см. "Жиры") или из пропилена по схемам:

 

 

Физические свойства

 

Этиленгликоль и глицерин √ бесцветные, вязкие жидкости, хорошо растворимые в воде, имеют высокие температуры кипения.

 

Химические свойства

 

Для многоатомных спиртов характерны основные реакции одноатомных спиртов. В отличие от них, они могут образовывать производные по одной или по нескольким гидроксильным группам, в зависимости от условий проведения реакций.

Многоатомные спирты, как и одноатомные, проявляют свойства кислот при взаимодействии с активными металлами, при этом происходит последовательное замещение атомов водорода в гидроксильных группах.

 

CH2√OH
 I
CH2√OH

Na
  
√√√  
-1/2H2

CH2√ONa
 I
CH2√OH

Na
  
√√√  
-1/2H2

CH2√ONa
 I
CH2√ONa

 

Увеличение числа гидроксильных групп в молекуле приводит к усилению кислотных свойств многоатомных спиртов по сравнению с одноатомными.

Так, они способны растворять свежеосаждённый гидроксид меди (II) с образованием внутрикомплексных соединений:

 

   CH2√OH
2  I        + Cu(OH)2
(голубой осадок)
   CH2√OH

 

(гликолят меди (ярко-синий раствор))

 

(одноатомные спирты с Cu(OH)2 не реагируют).

Глицерин легко нитруется, давая тринитроглицерин √ сильное взрывчатое вещество (основа динамита):

 

CH2√O-

-H

 

HO-

-NO2

 

CH2√O√NO2

 

 I

 

 

 

 

H2SO4

═I

 

CH √O-

-H ═══

 + 

HO-

-NO2

  √√√  

CH√O√NO2

 + 3H2O

 I

 

 

 

 

 

═I

 

CH2√O-

-H

 

HO-

-NO2

 

CH2√O√NO2

 

 

При его взрыве выделяется большое количество газов и тепла:

 

  CH2√O√NO2
    I
4CH√O√NO2   
  12CO2 + 6N2 + 10H2O + O2═ + Q
    I
  CH2√O√NO2

 

Применение

 

Этиленгликоль применяют:

1)     в качестве антифриза;

2)     для синтеза высокомолекулярных соединений (например, лавсана).

 

Глицерин применяют:

1)     в парфюмерии и в медицине (для изготовления мазей, смягчающих кожу);

2)     в кожевенном производстве и в текстильной промышленности;

3)     для производства нитроглицерина.

 

Фенолы

 

Фенолы содержат гидроксил непосредственно связанный с атомом углерода ароматического кольца. По числу гидроксильных групп, присоединенных к кольцу, фенолы подразделяются на одно-, двух- и многоатомные.

Изомерия фенолов обусловлена взаимным положением заместителей в бензольном кольце.

 

орто-крезол           мета-крезол           пара-крезол 

 

Получение

 

Фенол в промышленности получают:

1)     окислением изопропилбензола (кумола) в гидроперекись с последующим разложением её серной кислотой.

 

CH3
I    

 

         CH3
          I