Первинні спирти приклади. Спирти
Будова
Спиртами (або алканолами) називаються органічні речовини, молекули яких містять одну або кілька гідроксильних груп (груп-ОН), з'єднаних із вуглеводневим радикалом.
За кількістю гідроксильних груп (атомності) спирти поділяються на:
Одноатомні
двоатомні (гліколі)
триатомні.
За характером виділяють такі спирти:
Граничні, що містять у молекулі лише граничні вуглеводневі радикали
ненасичені, що містять у молекулі кратні (подвійні та потрійні) зв'язки між атомами вуглецю
ароматичні, тобто спирти, що містять у молекулі бензольне кільце та гідроксильну групу, пов'язані один з одним не безпосередньо, а через атоми вуглецю.
Органічні речовини, що містять в молекулі гідроксильні групи, пов'язані безпосередньо з атомом вуглецю бензольного кільця, істотно відрізняються за хімічними властивостями від спиртів і тому виділяються в самостійний клас органічних сполук - феноли. Наприклад, гідроксибензол фенол. Докладніше з будовою, властивостями та застосуванням фенолів ми познайомимося пізніше.
Існують і поліатомні (багатоатомні), що містять більше трьох гідроксильних груп у молекулі. Наприклад, найпростіший шестиатомний спирт гексаол (сорбіт).
Слід зауважити, що спирти, що містять дві гідроксильні групи при одному атомі вуглецю, нестійкі і мимоволі розкладаються (перегруповуються атомів) з утворенням альдегідів і кетонів: 
Ненасичені спирти, що містять гідроксильну групу в атома вуглецю, пов'язаного подвійним зв'язком, називаються еколами. Неважко здогадатися, що назва цього класу сполук утворена з суфіксів -ен і -ол, що вказують на присутність у молекулах подвійного зв'язку та гідроксильної групи. Еноли, як правило, нестійкі і мимоволі перетворюються (ізомеризуються) на карбонільні сполуки - альдегіди і кетони. Ця реакція оборотна, сам процес називають кето-енольною таутомерією. Так, найпростіший енол - вініловий спирт надзвичайно швидко ізомеризується в оцтовий альдегід.
За характером атома вуглецю, з яким пов'язана гідроксильна група, спирти поділяються на:
Первинні, у молекулах яких гідроксильна група пов'язана з первинним атомом вуглецю
вторинні, у молекулах яких гідроксильна група пов'язана з вторинним атомом вуглецю
третинні, у молекулах яких гідроксильна група пов'язана з третинним атомом вуглецю, наприклад:
Номенклатура та ізомерія
При утворенні назв спиртів до назви вуглеводню, що відповідає спирту, додають (родовий) суфікс -ол. Цифрами після суфікса вказують положення гідроксильної групи в головному ланцюгу, а префіксами ді-, три-, тетра-і т. Д. - їх число: 
Починаючи з третього члена гомологічного ряду, у спиртів з'являється ізомерія становища функціональної групи (пропанол-1 і пропанол-2), а з четвертого - ізомерію вуглецевого скелета (бутанол-1; 2-метилпропанол-1). Їх характерна і міжкласова ізомерія - спирти ізомерні простим ефірам.
Роду, що входить у гідроксильну групу молекул спиртів, різко відрізняється від атомів водню та вуглецю за здатністю притягувати та утримувати електронні пари. Завдяки цьому в молекулах спиртів є полярні зв'язки С-О та О-Н.
Фізичні властивості спиртів
Враховуючи полярність зв'язку О-Н та значний частковий позитивний заряд, локалізований (зосереджений) на атомі водню, кажуть, що водень гідроксильної групи має "кислотний" характер. Цим він різко відрізняється від атомів водню, що входять до вуглеводневого радикалу.
Необхідно відзначити, що атом кисню гідроксильної групи має частковий негативний заряд і дві неподілені електронні пари, що дає можливість утворювати спиртам особливі, так звані водневі зв'язки між молекулами. Водневі зв'язки виникають при взаємодії частково позитивно зарядженого атома водню однієї молекули спирту та частково негативно зарядженого атома кисню іншої молекули. Саме завдяки водневим зв'язкам між молекулами спирти мають аномально високі для своєї молекулярної маси температури кипіння. Так, пропан з відносною молекулярною масою 44 при звичайних умовах є газом, а найпростіший спиртів - метанол , маючи відносну молекулярну масу 32, у звичайних умовах рідина.
Нижчі та середні члени ряду граничних одноатомних спиртів, що містять від одного до одинадцяти атомів вуглецю, – рідини. Вищі спирти (починаючи з 12 Н 25 ОН) при кімнатній температурі - тверді речовини. Нижчі спирти мають характерний алкогольний запах та пекучий смак, вони добре розчиняються у воді. У міру збільшення вуглеводневого радикалу розчинність спиртів у воді знижується, і октанол вже не змішується з водою.
Хімічні властивості
Властивості органічних речовин визначаються їх складом та будовою. Спирти підтверджують загальне правило. Їх молекули включають в себе вуглеводневі і гідроксильні радикали, тому хімічні властивості спиртів визначаються взаємодією і впливом один на одного цих груп. Характерні для цього класу сполук властивості обумовлені наявністю гідроксильної групи.
1. Взаємодія спиртів із лужними та лужноземельними металами. Для виявлення впливу вуглеводневого радикалу на гідроксильну групу необхідно порівняти властивості речовини, що містить гідроксильну групу і вуглеводневий радикал, з одного боку, і речовини, що містить гідроксильну групу і не містить вуглеводневий радикал, - з іншого. Такими речовинами можуть бути, наприклад, етанол (або інший спирт) та вода. Водень гідроксильної групи молекул спиртів і молекул води здатний відновлюватися лужними та лужноземельними металами (заміщатися на них).
З водою ця взаємодія йде значно активніше, ніж зі спиртом, що супроводжується великим виділенням тепла, може призводити до вибуху. Ця відмінність пояснюється електронодонорними властивостями найближчого до гідроксильної групи радикалу. Маючи властивості донора електронів (+I-ефектом), радикал дещо підвищує електронну щільність на атомі кисню, «насичує» його за свій рахунок, зменшуючи тим самим полярність О-Н-зв'язку та «кислотний» характер атома водню гідроксильної групи в молекулах спиртів порівняно з молекулами води.
2. Взаємодія спиртів із галогеноводородами. Заміщення гідроксильної групи на галоген призводить до утворення галогеналканів.
Наприклад:
С2Н5ОН + НВг<->С2Н5Вг + Н2O
Ця реакція оборотна.
3. Міжмолекулярна дегідратація спиртів – відщеплення молекули води від двох молекул спирту при нагріванні у присутності водовіднімних засобів.
Внаслідок міжмолекулярної дегідратації спиртів утворюються прості ефіри. Так, при нагріванні етилового спирту із сірчаною кислотою до температури від 100 до 140 °С утворюється діетиловий (сірчаний) ефір.
4. Взаємодія спиртів з органічними та неорганічними кислотами з утворенням складних ефірів (реакція етерифікації):
Реакція етерифікації каталізується сильними неорганічними кислотами.
Наприклад, при взаємодії етилового спирту та оцтової кислоти утворюється оцтовоетиловий ефір - етилацетат: 
5. Внутрішньомолекулярна дегідратація спиртів відбувається при нагріванні спиртів у присутності водовіднімних засобів до вищої температури, ніж температура міжмолекулярної дегідратації. В результаті її утворюються алкени. Ця реакція обумовлена наявністю атома водню та гідроксильної групи при сусідніх атомах вуглецю. Як приклад можна навести реакцію отримання етену (етилену) при нагріванні етанолу вище 140 °С у присутності концентрованої сірчаної кислоти.
6. Окислення спиртів зазвичай проводять сильними окислювачами, наприклад, дихроматом калію або перманганатом калію в кислому середовищі. При цьому дія окислювача спрямовується на атом вуглецю, який вже пов'язаний з гідроксильною групою. Залежно від природи спирту та умов проведення реакції можуть утворюватись різні продукти. Так, первинні спирти окислюються спочатку в альдегіди, а потім в карбонові кислоти: 
Третичні спирти досить стійкі до окиснення. Однак у жорстких умовах (сильний окислювач, висока температура) можливе окислення третинних спиртів, що відбувається з розривом вуглець-вуглецевих зв'язків, найближчих до гідроксильної групи.
7. Дегідрування спиртів. При пропущенні парів спирту при 200-300 °С над металевим каталізатором, наприклад міддю, сріблом або платиною, первинні спирти перетворюються на альдегіди, а вторинні - на кетони:
Присутністю в молекулі спирту одночасно кількох гідроксильних груп обумовлені специфічні властивості багатоатомних спиртів, які здатні утворювати розчинні у воді яскраво-сині комплексні сполуки при взаємодії зі одержаним свіжоопадом гідроксиду міді(II).
Одноатомні спирти не здатні вступати до цієї реакції. Тому вона є якісною реакцією на багатоатомні спирти.
Алкоголяти лужних та лужноземельних металів піддаються гідролізу при взаємодії з водою. Наприклад, при розчиненні етилату натрію у воді протікає оборотна реакція
С2Н5ОNа + НОН<->С2Н5ОН + NаОН
рівновагу якої практично повністю зміщено праворуч. Це також підтверджує, що вода за своїми кислотними властивостями («кислотним» характером водню в гідроксильній групі) перевершує спирти. Таким чином, взаємодію алкоголятів з водою можна розглядати як взаємодію солі дуже слабкої кислоти (у даному випадку в цій якості виступає спирт, що утворив алкоголят) з кислотою сильнішою (цю роль тут грає вода).
Спирти можуть виявляти основні властивості при взаємодії з сильними кислотами, утворюючи солі алкілоксонію завдяки наявності неподіленої електронної пари на атомі кисню гідроксильної групи: 
Реакція етерифікації оборотна (зворотна реакція - гідроліз складного ефіру), рівновага зміщується праворуч у присутності водовіднімних засобів.
Внутрішньомолекулярна дегідратація спиртів протікає відповідно до правила Зайцева: при відщепленні води від вторинного або третинного спирту атом водню відривається від найменш гідрованого атома вуглецю. Так, дегідратація бутанолу-2 призводить до бутен-2, а не бутен-1.
Наявність у молекулах спиртів вуглеводневих радикалів не може не позначитися на хімічних властивостях спиртів.
Хімічні властивості спиртів, зумовлені вуглеводневим радикалом, різні і залежить від його характеру. Так, усі спирти горять; ненасичені спирти, що містять в молекулі подвійну С=З зв'язок, вступають в реакції приєднання, піддаються гідруванню, приєднують водень, реагують з галогенами, наприклад, знебарвлюють бромну воду, і т.д.
Способи отримання
1. Гідроліз галогеналканів. Ви вже знаєте, що утворення галогеналканів при взаємодії спиртів з галогеноводнями - оборотна реакція. Тому зрозуміло, що спирти можуть бути отримані при гідроліз галогеналканів - реакції цих сполук з водою.
Багатоатомні спирти можна отримати при гідролізі галогеналканів, що містять більше одного атома галогену в молекулі.
2. Гідратація алкенів – приєднання води по тг-зв'язку молекули алкену – вже знайома вам. Гідратація пропіна приводить відповідно до правила Марковнікова до утворення вторинного спирту - пропанолу-2.
ВІН
l
СН2 = СН-СН3 + Н20 -> СН3-СН-СН3
пропен пропанол-2
3. Гідрування альдегідів та кетонів. Ви вже знаєте, що окислення спиртів у м'яких умовах призводить до утворення альдегідів або кетонів. Очевидно, що спирти можуть бути отримані при гідруванні (відновленні воднем, приєднанні водню) альдегідів та кетонів.
4. Окислення алкенів. Гліколі, як ми вже відзначали, можуть бути отримані при окисленні алкенів водним розчином перманганату калію. Наприклад, етиленгліколь (етандіол-1,2) утворюється при окисленні етилену (етену).
5. Специфічні способи одержання спиртів. Деякі спирти отримують характерними лише їм способами. Так, метанол у промисловості отримують при взаємодії водню з оксидом вуглецю(II) (чадним газом) при підвищеному тиску та високій температурі на поверхні каталізатора (оксиду цинку).
Необхідну для цієї реакції суміш чадного газу та водню, звану також (подумайте чому!) «Синтез-газ», отримують при пропусканні парів води над розпеченим вугіллям.
6. Бродіння глюкози. Цей спосіб отримання етилового (винного) спирту відомий людині з найдавніших часів.
Розглянемо реакцію одержання спиртів з галогеналканів – реакцію гідролізу галогенпохідних вуглеводнів. Її зазвичай проводять у лужному середовищі. бромоводнева кислота, що виділяється, нейтралізується, і реакція протікає практично до кінця.
Ця реакція, як і багато інших, протікає механізмом нуклеофільного заміщення.
Це реакції, основною стадією яких є заміщення, що протікає під впливом нуклеофільної частки.
Нагадаємо, що нуклеофільною часткою є молекула або іон, що має неподілену електронну пару і здатна притягуватися до «позитивного заряду» - ділянок молекули зі зниженою електронною щільністю.
Найбільш поширеними нуклеофільними частинками є молекули аміаку, води, спирту або аніони (гідроксил, галогенід, алкоксид-іон).
Частинку (атом або групу атомів), що заміщується в результаті реакції на нуклеофіл, називають групою, що йде.
Заміщення гідроксильної групи спирту на галогенід-іон також протікає за механізмом нуклеофільного заміщення:
СН3СН2ОН + НВг -> СН3СН2Вг + Н20
Цікаво, що ця реакція починається з приєднання катіону водню до атома кисню, що міститься в гідроксильній групі:
СН3СН2-ВІН + Н+ -> СН3СН2- ВІН
Під дією позитивно зарядженого іона, що приєднався, зв'язок С-О ще більше зміщується в бік кисню, ефективний позитивний заряд на атомі вуглецю збільшується.
Це призводить до того, що нуклеофільне заміщення на галогенід-іон відбувається набагато легше, а відщеплюється під дією нуклеофіла молекула води.
СН3СН2-ОН+ + Вг -> СН3СН2Вг + Н2O
Отримання простих ефірів
При дії алкоголю натрію на брометан відбувається заміщення атома брому на алкоголят-іон і утворюється простий ефір.
Реакцію нуклеофільного заміщення у загальному вигляді можна записати так:
R - X + HNu -> R - Nu + HX,
якщо нуклеофільною частинкою є молекула (НВг, Н20, СН3СН2ОН, NН3, СН3СН2NН2),
R-X + Nu - -> R-Nu + Х - ,
якщо нуклеофілом є аніон (ОН, Вг-, СН3СН2O-), де X - галоген, Nu - нуклеофільна частка.
Окремі представники спиртів та їх значення
Метанол (метиловий спирт СН3ОН) - безбарвна рідина з характерним запахом та температурою кипіння 64,7 °С. Горить трохи блакитним полум'ям. Історична назва метанолу – деревний спирт – пояснюється одним із способів його одержання – перегонкою твердих порід дерева (грец. – вино, сп'яніти; речовина, деревина).
Метанол дуже отруйний! Він вимагає обережного поводження з ним. Під дією ферменту алкогольде-гідрогенази він перетворюється в організмі на формальдегід та мурашину кислоту, які ушкоджують сітківку ока, викликають загибель зорового нерва та повну втрату зору. Попадання в організм понад 50 мл метанолу спричиняє смерть.
Етанол (етиловий спирт С2Н5ОН) - безбарвна рідина з характерним запахом та температурою кипіння 78,3 °С. Горючий. Змішується з водою у будь-яких співвідношеннях. Концентрацію (міцність) спирту зазвичай виражають у об'ємних відсотках. "Чистим" (медичним) спиртом називають продукт, отриманий з харчової сировини і містить 96% (за обсягом) етанолу та 4% (за обсягом) води. Для отримання безводного етанолу - «абсолютного спирту» цей продукт обробляють речовинами, що хімічно зв'язують воду (оксид кальцію, сульфат безводний міді(II) та ін.).
Для того щоб зробити спирт, що використовується в технічних цілях, непридатним для пиття, в нього додають невеликі кількості отруйних речовин, що важко поділити, погано пахнуть і мають огидний смак речовин і підфарбовують. Спирт, що містить такі добавки, називають денатурованим або денатуратом.
Етанол широко використовується в промисловості для виробництва синтетичного каучуку, лікарських препаратів, застосовується як розчинник, що входить до складу лаків та фарб, парфумерних засобів. У медицині етиловий спирт - найважливіший дезінфікуючий засіб. Використовується для приготування алкогольних напоїв.
Невелика кількість етилового спирту при попаданні в організм людини знижує больову чутливість і блокує процеси гальмування в корі головного мозку, викликаючи стан сп'яніння. На цій стадії дії етанолу збільшується водовідділення у клітинах і, отже, прискорюється сечоутворення, внаслідок чого відбувається зневоднення організму.
З іншого боку, етанол викликає розширення кровоносних судин. Посилення потоку крові в шкірних капілярах призводить до почервоніння шкіри та відчуття теплоти.
У великих кількостях етанол пригнічує діяльність мозку (стадія гальмування), викликає порушення координації рухів. Проміжний продукт окиснення етанолу в організмі - ацетальдегід - вкрай отруйний і викликає тяжке отруєння.
Систематичне вживання етилового спирту і напоїв, що містять його, призводить до стійкого зниження продуктивності роботи головного мозку, загибелі клітин печінки та заміни їх сполучною тканиною - цирозу печінки.
Етандіол-1,2 (етиленгліколь) - безбарвна в'язка рідина. Отруйний. Необмежено розчинний у воді. Водні розчини не кристалізуються при температурах, значно нижче Про °С, що дозволяє застосовувати його як компонент незамерзаючих рідин, що охолоджують, - антифризів для двигунів внутрішнього згоряння.
Пропантріол-1,2,3 (гліцерин) – в'язка, сиропоподібна рідина, солодка на смак. Необмежено розчинний у воді. Нелетючий. Як складова частина складних ефірів входить до складу жирів і масел. Широко використовується в косметиці, фармацевтичній та харчовій промисловості. У косметичних засобах гліцерин грає роль пом'якшуючого та заспокійливого засобу. Його додають до зубної пасти, щоб запобігти її висиханню. До кондитерських виробів гліцерин додають для запобігання їх кристалізації. Їм обприскують тютюн, у цьому випадку він діє як зволожувач, що запобігає висиханню тютюнового листя та їх розкришування до переробки. Його додають до клеїв, щоб захистити їх від занадто швидкого висихання, і до пластиків, особливо целофану. В останньому випадку гліцерин виконує функції пластифікатора, діючи на зразок мастила між полімерними молекулами і таким чином надаючи пластмас необхідну гнучкість та еластичність.
1. Які речовини називають спиртами? За якими ознаками класифікують спирти? До яких спиртів слід віднести бутанол-2? бутен-З-ол-1? пентен-4-діол-1,2?
2. Складіть структурні формули спиртів, перелічених у вправі 1.
3. Чи існують четвертинні спирти? Поясніть відповідь.
4. Скільки спиртів мають молекулярну формулу С5Н120? Складіть структурні формули цих речовин та назвіть їх. Чи лише спиртам може відповідати ця формула? Складіть структурні формули двох речовин, що мають формулу С5Н120 і не належать до спиртів.
5. Назвіть речовини, структурні формули яких наведені нижче: 
6. Напишіть структурну та емпіричну формули речовини, назва якої 5-метил-4-гексен-1-інол-3. Порівняйте число атомів водню в молекулі цього спирту з числом атомів водню в молекулі алкану з такою кількістю атомів вуглецю. Чим пояснюється ця відмінність?
7. Порівнявши електронегативності вуглецю і водню, поясніть, чому ковалентний зв'язок О-Н більш полярний, ніж зв'язок С-О.
8. Як ви вважаєте, який із спиртів - метанол або 2-метілпропанол-2 - активніше реагуватиме з натрієм? Поясніть свою відповідь. Складіть рівняння відповідних реакцій.
9. Складіть рівняння реакцій взаємодії пропанолу-2 (ізопропілового спирту) з натрієм та бромоводнем. Назвіть продукти реакцій та вкажіть умови їх здійснення.
10. Суміш парів пропанолу-1 та пропанолу-2 пропустили над нагрітим оксидом міді(П). Які реакції могли статися у своїй? Складіть рівняння цих реакцій. До яких класів органічних сполук належать їхні продукти?
11. Які продукти можуть утворитися за гідролізу 1,2-дихлорпропанолу? Складіть рівняння відповідних реакцій. Назвіть продукти цих реакцій.
12. Складіть рівняння реакцій гідрування, гідратації, галогенування та гідрогалогенування 2-пропенолу-1. Назвіть продукти всіх реакцій.
13. Складіть рівняння взаємодії гліцерину з одним, двома та трьома молями оцтової кислоти. Напишіть рівняння гідролізу складного ефіру – продукту етерифікації одного молю гліцерину та трьох молей оцтової кислоти.
14*. При взаємодії первинного одноатомного граничного спирту з натрієм виділилося 8,96 л газу (н. у.). При дегідратації тієї ж маси спирту утворюється алкен масою 56 г. Встановіть усі можливі структурні формули спирту.
15*. Обсяг вуглекислого газу, що виділився при спалюванні граничного одноатомного спирту, в 8 разів перевищує обсяг водню, що виділився при дії надлишку натрію на кількість спирту. Встановіть будову спирту, якщо відомо, що при його окисненні утворюється кетон.
Застосування спиртів
Оскільки спирти мають різноманітні властивості, те й область із застосування досить велика. Давайте з вами спробуємо розібратися, де застосовуються спирти.
Спирти у харчовій промисловості
Такий спирт, як етанол, є основою всіх алкогольних напоїв. А отримують його із сировини, яка містить цукор та крохмаль. Такою сировиною можуть бути цукрові буряки, картопля, виноград, а також різні злакові культури. Завдяки сучасним технологіям при виробництві спирту відбувається його очищення від сивушних олій.
У натуральному оцті також є сировина, отримана на основі етанолу. Цей продукт виходить завдяки окисленню оцтовокислих бактерій та аерування.
Але в харчовій промисловості використовують не лише етанол, а й гліцерин. Ця харчова добавка сприяє з'єднанню рідин, що не змішуються. Гліцерин, який входить до складу лікерів, здатний надавати їм в'язкість та солодкий смак.
Також, гліцерин застосовують при виготовленні хлібобулочних, макаронних та кондитерських виробах.
Медицина
У медицині етанол просто незамінний. У цій галузі він широко застосовується як антисептик, оскільки має властивості, які здатні знищувати мікроби, затримувати хворобливі зміни в крові і не допускають розкладання у відкритих ранах.
Етанолом користуються медичні працівники перед проведенням різних процедур. Цей спирт має властивості знезараження та просушування. При проведенні штучної вентиляції легень етанол виступає в ролі піногасника. А також етанол може бути одним із компонентів при анестезії.
При застуді етанол можна використовувати, як компрес, що зігріває, а при охолодженні, як засіб для розтирання, так як його речовини сприяють відновленню організму при жарі і ознобі.
У разі отруєння етиленгліколем або метанолом застосування етанолу сприяє зменшенню концентрації токсичних речовин і виступає в ролі протиотрути.
Також величезну роль спирти надають фармакології, тому що вони використовуються для приготування цілющих настоянок та різноманітних екстрактів.
Спирти в косметиці та парфумерії
У парфумерії без спиртів також не обійтися, оскільки основою багатьох парфумерних продуктів є вода, спирт і парфумерний концентрат. Етанол у разі виступає у ролі розчинника запашних речовин. А ось 2-фенілетанол має квітковий запах і в парфумерії може замінити натуральне рожеве масло. Його застосовують під час виготовлення лосьйонів, кремів тощо.
Гліцерин також є основою бази для багатьох косметичних засобів, оскільки має здатність притягувати вологу та активно зволожувати шкіру. А присутність етанолу в шампунях та кондиціонерах сприяє зволоженню шкірних покривів та полегшує розчісування волосся після миття голови.
Паливо
Ну а такі спиртовмісні речовини, як метанол, етанол і бутанол-1 широко використовуються як паливо.
Завдяки переробці такої рослинної сировини, як цукровий тросник та кукурудза, вдалося отримати біоетанол, який є екологічно чистим біопаливом.
Останнім часом виробництво біоетанолу стало популярним у світі. З його допомогою з'явилася перспектива відновлення паливних ресурсів.
Розчинники, поверхнево-активні речовини
Окрім уже перерахованих сфер застосування спиртів, можна відзначити і те, що вони є ще й хорошими розчинниками. Найбільшою популярністю у цій галузі користуються ізопропанол, етанол, метанол. Вони також використовуються під час виробництва бітової хімії. Без них не можливий повноцінний догляд за автомобілем, одягом, домашнім начинням і т.д.
Використання спиртів у різних сферах нашої діяльності позитивно впливає на нашу економіку та приносить комфорт у наше життя.
Спирти – різноманітний та великий клас хімічних сполук.
Спирти - це хімічні сполуки, молекули яких містяться гідроксильні групи ВІН, з'єднані з вуглеводневим радикалом.
Вуглеводневий радикал складається з атомів вуглецю та водню. Приклади вуглеводневих радикалів СН 3 - метил, 2 Н 5 - етил. Часто вуглеводневий радикал позначають просто буквою R. Але якщо у формулі є різні радикали, їх позначають R", R", R"" і т.д.
Назви спиртів утворюються шляхом додавання суфікса-ол до назви відповідного вуглеводню.
Класифікація спиртів
Спирти бувають одноатомні та багатоатомні. Якщо в молекулі спирту лише одна гідроксильна група, такий спирт називається одноатомним. Якщо кількість гідроксильних груп 2, 3, 4 і т.д., це багатоатомний спирт.
Приклади одноатомних спиртів: СН 3 -ВІН - метанол або метиловий спирт, СН 3 СН 2 -ВІН - етанол або етиловий спирт.
Відповідно, у молекулі двоатомного спирту присутні дві гідроксильні групи, у молекулі тритомного – три тощо.
Одноатомні спирти
Загальну формулу одноатомних спиртів можна як R-OH.
За типом вільного радикала, що входить у молекулу, одноатомні спирти поділяються на граничні (насичені), ненасичені (ненасичені) та ароматичні спирти.
У насичених вуглеводневих радикалах атоми вуглецю з'єднані простими зв'язками С – С. У ненасичених радикалах є одна або кілька пар атомів вуглецю, з'єднаних подвійними С = С або потрійними С ≡ З зв'язками.
До складу граничних спиртів входять граничні радикали.
CH 3 CH 2 CH 2 -OH - граничний спирт пропанол-1 або пропіленовий спирт.
Відповідно, ненасичені спирти містять ненасичені радикали.
CH 2 = CH - CH 2 - OH - Ненасичений спирт пропенол 2-1 (аліловий спирт)
А в молекулу ароматичних спиртів входить бензольне кільце C6H5.
C 6 H 5 -CH 2 -OH – ароматичний спирт фенілметанол (бензиловий спирт).
Залежно від типу атома вуглецю, пов'язаного з гідроксильною групою, спирти діляться на первинні ((R-CH 2 -OH), вторинні (R-CHOH-R") і третинні (RR"R""C-OH) спирти.
Хімічні властивості одноатомних спиртів
1. Спирти горять, утворюючи вуглекислий газ та воду. При горінні виділяється тепло.
C 2 H 5 OH + 3O 2 → 2CO 2 + 3H 2 O
2. При реакції спиртів із лужними металами утворюється алкоголят натрію та виділяється водень.
C 2 H 5 -OH + 2Na → 2C 2 H 5 ONa + H 2
3. Реакція з галогеноводородом. В результаті реакції утворюється галогеноалкан (брометан та вода).
C 2 H 5 OH + HBr → C 2 H 5 Br + H 2 O
4. Внутрішньомолекулярна дегідратація відбувається при нагріванні та під впливом концентрованої сірчаної кислоти. В результаті виходить ненасичений вуглеводень і вода.
Н 3 - СН 2 - ВІН → СН 2 = СН 2 + Н 2 О
5. Окислення спиртів. За нормальної температури спирти не окислюються. Але за допомогою каталізаторів та при нагріванні окислення відбувається.
Багатоатомні спирти
Як речовини, що містять гідроксильні групи, багатоатомні спирти мають хімічні властивості, схожі з властивостями одноатомних спиртів, але реакція у них йде відразу по кількох гідроксильних груп.
Багатоатомні спирти вступають у реакцію з активними металами, галогеноводородними кислотами, з азотною кислотою.
Одержання спиртів
Розглянемо способи отримання спиртів на прикладі етанолу, формула якого 2 Н 5 ОН.
Найбільш старий з них - відгін спирту з вина, де він утворюється в результаті бродіння цукристих речовин. Сировиною для отримання етилового спирту служать також продукти, що містять крохмалю, які за допомогою процесу бродіння перетворюють на цукор, який потім зброджують у спирт. Але виробництво етилового спирту у такий спосіб вимагає великої витрати харчової сировини.
Набагато досконаліший синтетичний спосіб одержання етилового спирту. У цьому випадку проводять гідратацію етилену водяною парою.
С 2 Н 4 + Н 2 О → С 2 Н 5 ВІН
Серед багатоатомних спиртів найбільш відомий гліцерин, який одержують розщепленням жирів або синтетичним способом із пропілену, який утворюється при високотемпературній переробці нафти.
Зміст статті
СПИРТИ(алкоголі) – клас органічних сполук, що містять одну або декілька угруповань С–ОН, при цьому гідроксильна група ВІН пов'язана з аліфатичним атомом вуглецю (сполуки, у яких атом вуглецю в угрупованні С–ОН входить до складу ароматичного ядра, називаються фенолами)
Класифікація спиртів різноманітна і залежить від того, яку ознаку будови взято за основу.
1. Залежно кількості гідроксильних груп у молекулі спирти ділять на:
а) одноатомні (містять одну гідроксильну ОН-групу), наприклад, метанол СН 3 ОН, етанол С 2 Н 5 ОН, пропанол С 3 Н 7 ОН
б) багатоатомні (дві та більше гідроксильних груп), наприклад, етиленгліколь
HO–СH 2 –CH 2 –OH, гліцерин HO–СH 2 –СН(ОН)–CH 2 –OH, пентаеритрит С(СН 2 ОН) 4 .
З'єднання, в яких один атом вуглецю має дві гідроксильні групи, в більшості випадків нестабільні і легко перетворюються на альдегіди, відщеплюючи при цьому воду: RCH(OH) 2 ® RCH=O + H 2 O
2. За типом атома вуглецю, з яким пов'язана група ВІН, спирти поділяють на:
а) первинні, у яких ОН-група пов'язані з первинним атомом вуглецю. Первинним називають атом вуглецю (виділений червоним кольором), пов'язаний лише з одним вуглецевим атомом. Приклади первинних спиртів – етанол СH 3 – C H 2 -OH, пропанол СH 3 -CH 2 - C H 2 -OH.
б) вторинні, у яких ОН-група пов'язана з вторинним атомом вуглецю. Вторинний атом вуглецю (виділений синім кольором) пов'язаний одночасно з двома атомами вуглецю, наприклад, вторинний пропанол, вторинний бутанол (рис. 1).
Рис. 1. БУДОВА ВТОРИННИХ СПИРТІВ
в) третинні, у яких ОН-група пов'язана з третинним атомом вуглецю. Третичний вуглецевий атом (виділений зеленим кольором) пов'язаний одночасно з трьома сусідніми атомами вуглецю, наприклад, третинний бутанол і пентанол (рис. 2).
Рис. 2. БУДОВА ТРЕТИЧНИХ СПИРТІВ
Відповідно до типу вуглецевого атома приєднану до нього спиртову групу також називають первинною, вторинною або третинною.
У багатоатомних спиртів, що містять дві або більше ОН-груп, можуть бути присутніми як первинні, так і вторинні НО-групи, наприклад, у гліцерині або ксиліті (рис. 3).
Рис. 3. ПОЄДНАННЯ У СТРУКТУРІ БАГАТОАТОМНИХ СПИРТІВ ПЕРВИННИХ І ВТОРИННИХ ВІН-ГРУП.
3. За будовою органічних груп, пов'язаних ОН-групою, спирти поділяють на граничні (метанол, етанол, пропанол), ненасичені, наприклад, аліловий спирт СН 2 =СН–СН 2 –ОН, ароматичні (наприклад, бензиловий спирт С 6 Н 5 СН 2 ОН), що містять у складі групи R ароматичну групу.
Ненасичені спирти, у яких ОН-група «примикає» до подвійного зв'язку, тобто. пов'язана з атомом вуглецю, що бере участь одночасно в утворенні подвійного зв'язку (наприклад, вініловий спирт СН 2 =СН–ОН), вкрай нестабільні і відразу ж ізомеризуються ( см.ІЗОМЕРІЗАЦІЯ) в альдегіди або кетони:
CH 2 =CH-OH ® CH 3 -CH=O
Номенклатура спиртів.
Для поширених спиртів, що мають просту будову, використовують спрощену номенклатуру: назву органічної групи перетворюють на прикметник (за допомогою суфікса та закінчення овий») і додають слово «спирт»:
У тому випадку, коли будова органічної групи складніша, використовують загальні для всієї органічної хімії правила. Назви, складені за такими правилами, називають систематичними. Відповідно до цих правил, вуглеводневий ланцюг нумерують з того кінця, до якого ближче розташована ОН-група. Далі використовують цю нумерацію, щоб вказати положення різних заступників уздовж основного ланцюга, наприкінці назви додають суфікс «ол» і цифру, що вказує положення ОН-групи (рис. 4):
Рис. 4. СИСТЕМАТИЧНІ НАЗВИ СПИРТІВ. Функціональні (ОН) і заміщаючі (СН 3) групи, а також відповідні їм цифрові індекси виділені кольорами, що розрізняються.
Систематичні назви найпростіших спиртів становлять за тими самими правилами: метанол, етанол, бутанол. Для деяких спиртів збереглися тривіальні (спрощені) назви, що склалися історично: пропаргіловий спирт НСє С–СН 2 –ОН, гліцерин HO–СH 2 –СН(ОН)–CH 2 –OH, пентаеритрит С(СН 2 ОН) 4 , фенетиловий спирт 6 Н 5 -CH 2 -CH 2 -OH.
Фізичні властивості спиртів.
Спирти розчиняються в більшості органічних розчинників, перші три найпростіші представники - метанол, етанол і пропанол, а також третинний бутанол (Н 3 С) 3 СОН - змішуються з водою в будь-яких співвідношеннях. При збільшенні кількості атомів С в органічній групі починає позначатися гідрофобний (водовідштовхувальний) ефект, розчинність у воді стає обмеженою, а при R, що містить понад 9 атомів вуглецю, практично зникає.
Завдяки наявності ОН-груп між молекулами спиртів виникають водневі зв'язки.
Рис. 5. Водневі зв'язки в спіртах(показані пунктиром)
В результаті у всіх спиртів вища температура кипіння, ніж у відповідних вуглеводнів, наприклад, Т. кип. етанолу +78 ° С, а Т. кіп. етану -88,63 ° С; Т. кіп. бутанолу та бутану відповідно +117,4°С та –0,5°С.
Хімічні характеристики спиртів.
Спирти відрізняються різноманітними перетвореннями. Реакції спиртів мають деякі загальні закономірності: реакційна здатність первинних одноатомних спиртів вища, ніж вторинних, своєю чергою, вторинні спирти хімічно активніші, ніж третинні. Для двоатомних спиртів, у тому випадку, коли ОН-групи знаходяться у сусідніх атомів вуглецю, спостерігається підвищена (порівняно з одноатомними спиртами) реакційна здатність через взаємний вплив цих груп. Для спиртів можливі реакції, що проходять із розривом як С–О, так і О–Н – зв'язків.
1. Реакції, що протікають по зв'язку О-Н.
При взаємодії з активними металами (Na, K, Mg, Al) спирти виявляють властивості слабких кислот і утворюють солі, які називаються алкоголятами або алкоксидами:
2CH 3 OH + 2Na ® 2CH 3 OK + H 2
Алкоголяти хімічно не стабільні і при дії води гідролізуються з утворенням спирту та гідроксиду металу:
C 2 H 5 OК + H 2 O ® C 2 H 5 OH + КOH
Ця реакція показує, що спирти в порівнянні з водою є більш слабкими кислотами (сильна кислота витісняє слабку), крім того, при взаємодії з розчинами лугів спирти не утворюють алкоголяти. Тим не менш, у багатоатомних спиртах (у тому випадку, коли ОН-групи приєднані до сусідніх атомів С) кислотність спиртових груп набагато вища, і вони можуть утворювати алкоголяти не тільки при взаємодії з металами, але й з лугами:
HO–CH 2 –CH 2 –OH + 2NaOH ® NaO–CH 2 –CH 2 –ONa + 2H 2 O
Коли в багатоатомних спиртах АЛЕ-групи приєднані до несумісних атомів С, властивості спиртів близькі до одноатомних, оскільки взаємовплив АЛЕ-груп не виявляється.
При взаємодії з мінеральними чи органічними кислотами спирти утворюють складні ефіри – сполуки, що містять фрагмент R–O–A (А – залишок кислоти). Утворення складних ефірів відбувається і при взаємодії спиртів з ангідридами та хлорангідридами карбонових кислот (рис. 6).
При дії окислювачів (К 2 Cr 2 O 7 KMnO 4) первинні спирти утворюють альдегіди, а вторинні - кетони (рис.7)
Рис. 7. ОСВІТА АЛЬДЕГІДІВ І КЕТОНІВ ПРИ ОКИСЛЕННІ СПИРТІВ
Відновлення спиртів призводить до утворення вуглеводнів, що містять ту саму кількість атомів, що молекула вихідного спирту (рис.8).
Рис. 8. ВІДНОВЛЕННЯ БУТАНОЛУ
2. Реакції, які відбуваються у зв'язку С–О.
У присутності каталізаторів або сильних мінеральних кислот відбувається дегідратація спиртів (відщеплення води), при цьому реакція може йти у двох напрямках:
а) міжмолекулярна дегідратація за участю двох молекул спирту, при цьому зв'язки С–О в одній із молекул розриваються, у результаті утворюються прості ефіри – сполуки, що містять фрагмент R–О–R (рис. 9А).
б) при внутрішньомолекулярній дегідратації утворюються алкени – вуглеводні з подвійним зв'язком. Часто обидва процеси – утворення простого ефіру та алкену – протікають паралельно (рис. 9Б).
У разі вторинних спиртів при утворенні алкену можливі два напрями реакції (рис. 9В), переважний напрямок те, при якому в процесі конденсації відщеплюється водень від найменш гідрогенізованого атома вуглецю (відзначений цифрою 3), тобто. оточеного меншою кількістю атомів водню (порівняно з атомом 1). Показані на рис. 10 реакції використовують для отримання алкенів та простих ефірів.
Розрив зв'язку С–О у спиртах відбувається також при заміщенні ОН-групи галогеном, або аміногрупою (рис. 10).
Рис. 10. ЗАМІНА ВІН-ГРУПИ У СПИРТАХ ГАЛОГЕНОМ ЧИ АМІНОГРУПОЮ
Реакції, показані на рис. 10 використовують для отримання галогенвуглеводнів і амінів.
Одержання спиртів.
Деякі з наведених вище реакцій (рис. 6,9,10) оборотні і при зміні умов можуть протікати в протилежному напрямку, приводячи до отримання спиртів, наприклад, при гідролізі складних ефірів і галогенвуглеводнів (рис.11А і Б, відповідно), а також гідратацією Алкенів – приєднанням води (рис.11В).
Рис. 11. ОТРИМАННЯ СПИРТІВ ГІДРОЛІЗОМ І ГІДРАТАЦІЄЮ ОРГАНІЧНИХ СПОЛУК
Реакція гідролізу алкенів (рис. 11, схема) лежить в основі промислового виробництва нижчих спиртів, що містять до 4 атомів С.
Етанол утворюється і при так званому спиртовому бродінні цукрів, наприклад, глюкози С6Н12О6. Процес протікає в присутності дріжджових грибків і призводить до утворення етанолу та СО 2:
З 6 Н 12 Про 6 ® 2С 2 Н 5 ВІН + 2СО 2
Бродінням можна отримати не більше ніж 15% водний розчин спирту, оскільки при вищій концентрації спирту дріжджові грибки гинуть. Розчини спирту вищої концентрації одержують перегонкою.
Метанол отримують у промисловості відновленням монооксиду вуглецю при 400° З під тиском 20–30 МПа у присутності каталізатора, що складається з оксидів міді, хрому та алюмінію:
СО + 2 Н 2 ® Н 3 СОН
Якщо замість гідролізу алкенів (рис. 11) проводити окислення, то утворюються двоатомні спирти (рис. 12)
Рис. 12. ОТРИМАННЯ ДВОХАТОМНИХ СПИРТІВ
Застосування спиртів.
Здатність спиртів брати участь у різноманітних хімічних реакціях дозволяє їх використовувати для отримання всіляких органічних сполук: альдегідів, кетонів, карбонових кислот простих і складних ефірів, які застосовують як органічні розчинники, при виробництві полімерів, барвників і лікарських препаратів.
Метанол СН 3 він використовують як розчинник, а також у виробництві формальдегіду, що застосовується для отримання фенолформальдегідних смол, останнім часом метанол розглядають як перспективне моторне паливо. Великі обсяги метанолу використовують при видобутку та транспорті природного газу. Метанол – найбільш токсична сполука серед усіх спиртів, смертельна доза прийому внутрішньо – 100 мл.
Етанол С 2 Н 5 ОН – вихідна сполука для одержання ацетальдегіду, оцтової кислоти, а також для виробництва складних ефірів карбонових кислот, що використовуються як розчинники. Крім того, етанол – основний компонент усіх спиртних напоїв, його широко застосовують і в медицині як дезінфікуючий засіб.
Бутанол використовують як розчинник жирів і смол, крім того, він служить сировиною для отримання запашних речовин (бутилацетату, бутилсаліцилат та ін). У шампунях він використовується як компонент, що підвищує прозорість розчинів.
Бензиловий спирт З 6 Н 5 -CH 2 -OH у вільному стані (і у вигляді складних ефірів) міститься в ефірних оліях жасмину та гіацинту. Він має антисептичні (знезаражуючі) властивості, в косметиці він використовується як консервант кремів, лосьйонів, зубних еліксирів, а в парфумерії - як запашна речовина.
Фенетиловий спирт З 6 Н 5 -CH 2 -CH 2 -OH має запах троянди, міститься в рожевому маслі, його використовують у парфумерії.
Етиленгліколь HOCH 2 -CH 2 OH використовують у виробництві пластмас і як антифриз (добавка, що знижує температуру замерзання водних розчинів), крім того, при виготовленні текстильних та друкарських фарб.
Діетиленгліколь HOCH 2 –CH 2 OCH 2 –CH 2 OH використовують для заповнення гальмівних гідравлічних пристроїв, а також у текстильній промисловості при обробці та фарбуванні тканин.
Гліцерин HOCH 2-CH(OH)-CH 2 OH застосовують для отримання поліефірних гліфталевих смол, крім того, він є компонентом багатьох косметичних препаратів. Нітрогліцерин (рис. 6) – основний компонент динаміту, що застосовується в гірській справі та залізничному будівництві як вибухова речовина.
Пентаеритрит (HOCH 2) 4 С застосовують для отримання поліефірів (пентафталеві смоли), як затверджувача синтетичних смол, як пластифікатор полівінілхлориду, а також у виробництві вибухової речовини тетранітропентаеритриту.
Багатоатомні спирти ксиліт НОСН2–(СНОH)3–CН2ОН та сорбіт НОСН2– (СНОН)4–СН2OН мають солодкий смак, їх використовують замість цукру у виробництві кондитерських виробів для хворих на діабет та людей, які страждають від ожиріння. Сорбіт міститься в ягодах горобини та вишні.
Михайло Левицький
Спирти– це похідні вуглеводнів, у молекулах яких міститься одна або кілька гідроксильних ВІН – груп, пов'язаних із насиченим атомом вуглецю.
Номенклатура: систематична – до назви відповідного вуглеводню додають закінчення – ол, цифрою вказують положення ОН-групи; застосовують тривіальні назви.
КЛАСИФІКАЦІЯ
За кількістю ВІН – групспирти поділяються на
● одноатомні
● двоатомні (діоли) 
● триатомні (тріоли)
● багатоатомні (поліоли)
Залежно від положення ОН-групрозрізняють
● первинні
● вторинні
● третинні
Залежно від природи радикалу Rрозрізняють
● насичені
● ненасичені
● ароматичні
● аліциклічні
Ізомерія
1. Вуглецевого скелета
2. Положення функціональної групи:
3. Міжкласова ізомерія (спирти ізомерні класу простих ефірів)
§3. Способи одержання одноатомних спиртів.
1. Гідратація алкенів
Залежно від будови ненасиченого вуглеводню можуть утворюватися первинні, вторинні та третинні спирти:
етилен етанол
пропілен 2-пропанол
метилпропен 2-метил-2-пропанол
2. Гідроліз галогенпохідних; здійснюється під дією водного розчину лугу:
3. Гідроліз складних ефірів:
4. Відновлення карбонільних сполук:
5. Деякі специфічні методи одержання:
а) одержання метанолу із синтез-газу (тиск – 50 – 150атм, температура – 200 – 300°С, каталізатори – оксиди цинку, хрому, алюмінію):
б) отримання етанолу бродінням цукрів:
Фізичні властивості
Метиловий спирт – безбарвна рідина з характерним спиртовим запахом,
Т кіп. = 64,7 про З, горить блідим полум'ям. Сильно отруйний.
Етиловий спирт – безбарвна рідина з характерним спиртовим запахом,
Т кіп. =78,3 про
Спирти З 1 - З 11 - рідини, З 12 і вище - тверді речовини.
спирти З 4 - З 5 мають задушливий солодкуватий запах;
вищі спирти запаху немає.
Відносна густина менше 1, тобто. легше за воду.
Нижчі спирти (до 3) з водою змішуються в будь-яких співвідношеннях.
Зі збільшенням вуглеводневого радикалу розчинність у воді зменшується, зростає гідрофобність молекули.
Спирти здатні до міжмолекулярної асоціації:
У зв'язку з цим температури кипіння та плавлення у спиртів вищі, ніж у відповідних вуглеводнів та галогенпохідних.
Здатність етилового спирту до утворення водневих зв'язків є основою його антисептичних властивостей.
§5. Хімічні властивості одноатомних спиртів.
Характерні реакції спиртів визначаються наявністю в їхній молекулі гідроксильної групи, яка зумовлює їх значну реакційну здатність.
1. Взаємодія із лужними металами:
Алкоголяти металів R-ОМе – безбарвні тверді речовини, що легко гідролізуються водою. Є сильними підставами.
2.Основні властивості
3.Освіта простих ефірів:
4. Освіта складних ефірів
з неорганічними кислотами:
з органічними кислотами:
5.Реакція спиртів з галогенводнями:
Використання галогенідів фосфору:
6. Реакції дегідратації спиртів.
Відщеплення води від спиртів відбувається у присутності кислот або над каталізаторами за підвищеної температури.
Дегідратація спиртів протікає згідно з емпіричним правилом Зайцева: переважно водень відщеплюється від найменш гідрогенізованого -вуглецевого атома.
1) Дегідратація первинних спиртів протікає у жорстких умовах:
2) Дегідратація вторинних спиртів:
3) Дегідратація третинних спиртів:
7. Окислення (окислювачі – КМnО 4 , До 2 Сr 2 Про 7 у кислому середовищі)
8.Дегідрування спиртів:
Двохатомні спирти (діоли)
Способи одержання.
1. Окислення етилену
2. Гідроліз дигалогенпохідного
Фізичні властивості:
Етиленгліколь - в'язка безбарвна рідина солодка на смак, розчиняється у воді; безводний етиленгліколь гігроскопічний.
Хімічні властивості
Реакції в основному аналогічні реакцій одноатомних спиртів, причому реакції можуть протікати по одній або двох гідроксильних груп.
1. Кислотні властивості; етиленгліколь сильніша кислота, ніж етанол
(РК а = 14,8). Освіта гліколятів
2. Реакції заміщення на галогени
3. Освіта простих ефірів
4. Дегідратація
5. Окислення
Трихатомні спирти (тріоли)
Способи одержання.
1. Гідроліз жирів
2. З аллілхлориду
Фізичні властивості:
Гліцерин – в'язка рідина із солодким смаком. Не обмежено розчинний у воді, етанолі; не розчиняється в ефірі, безводний гліцерин гігроскопічний (поглинає до 40% вологи з повітря).
Хімічні властивості
Реакції в основному аналогічні реакцій одноатомних спиртів, причому реакції можуть протікати по одній, по двох або відразу по трьох гідроксильних груп.
1. Кислотні властивості; гліцерин більш сильна кислота, ніж етанол та етиленгліколь. рК а = 13, 5.
З гідроксидом міді утворює хелатний комплекс:
2. Реакції заміщення
3. Дегідратація
Застосування спиртів
Метанол і етанол використовуються як розчинники, а так само як вихідні речовини в синтезі органічних речовин. Етанол застосовують у фармації для приготування настоянок, екстрактів; у медицині – як антисептик.
Етиленгліколь застосовують для отримання синтетичних поліефірних волокон (наприклад, лавсан), а також як антифриз (50%-ний р-р) – незамерзаюча рідина для охолодження двигунів внутрішнього згоряння.
Гліцерин використовується як компонент косметичних препаратів та мазей. Тринітрат гліцерину – лікарський препарат при лікуванні стенокардії.
Тринітрат гліцерину застосовують у виробництві вибухових речовин (динаміт).
Використання гліцерину в харчовій та текстильній промисловості.
Перш ніж приступити до вивчення спиртів, необхідно розібратися з природою. -OHгрупи та її вплив на сусідні атоми.
Функціональними групаминазиваються групи атомів, які зумовлюють характерні хімічні властивості цього класу речовин.
Будова молекул спиртів R-OH. Атом кисню, що входить у гідроксильну групу молекул спиртів, різко відрізняється від атомів водню та вуглецю за здатністю притягувати та утримувати електронні пари. У молекулах спиртів є полярні зв'язки C-Oі O-H.
Враховуючи полярність зв'язку O-H та значний позитивний заряд на атомі водню, кажуть, що водень гідроксильної групи має « кислотнийхарактер. Цим він різко відрізняється від атомів водню, що входять до вуглеводневого радикалу. Атом кисню гідроксильної групи має частковий негативний заряд і дві неподілені електронні пари, що дає можливість утворювати молекулам спирту водневі зв'язки.
За хімічними властивостями феноливідрізняються від спиртів, що спричинено взаємним впливом у молекулі фенолу гідроксильної групи та бензольного ядра (феніл - C 6 H 5). Цей вплив зводиться до того, що π-електрони бензольного ядра частково залучають до своєї сфери неподілені електронні пари атома кисню гідроксильної групи, внаслідок чого зменшується електронна щільність атома кисню. Це зниження компенсується за рахунок більшої поляризації зв'язку О-Н, що призводить до збільшення позитивного заряду на атомі водню:
Отже, водень гідроксильної групи у молекулі фенолу має кислотний характер.
Вплив атомів у молекулах фенолу та його похідних взаємно. Гідроксильна група впливає на щільність π-електронної хмари в бензольному кільці. Вона знижується у атома вуглецю, пов'язаного з ОН-групою (тобто у 1-го та 3-го атомів вуглецю, метаположення) і підвищується у сусідніх атомів вуглецю - 2, 4, 6-го - орто- І пара-становища.
Водневі атоми бензолу в орто-і параположениях стають рухливішими і легко заміщаються інші атоми і радикали.
Альдегідимають загальну формулу 
де карбонільна група
Атом вуглецю в карбонільній групі sр 3 -гібридизований. Атоми, які безпосередньо з ним пов'язані, знаходяться в одній площині. Внаслідок великої електронегативності атома кисню порівняно з вуглецевим атомом зв'язок C=O сильно поляризованаза рахунок усунення електронної щільності π-зв'язку до кисню:
Під впливом карбонільного атома вуглецю в альдегідах збільшується полярність зв'язку C-H, що підвищує реакційність цього атома H.
Карбонові кислотимістять функціональну групу
Називається карбоксильною групою, або карбоксилом. Так вона названа тому, що складається з карбонільної групи
та гідроксильної -OH.
У карбонових кислотах гідроксильна група пов'язана з вуглеводневим радикалом і карбонільною групою. Ослаблення зв'язку між киснем та воднем у гідроксильній групі пояснюється різницею електронегативності атомів вуглецю, кисню та водню. Атом вуглецю набуває деякого позитивного заряду. Цей атом вуглецю притягує до себе електронну хмару від кисню атома гідроксильної групи. Компенсуючи зміщену електронну щільність, атом кисню гідроксильної групи відтягує електронну хмару сусіднього атома водню. Зв'язок O-H в гідроксильній групі стає більш полярним, і атом водню набуває більшої рухливості.
Граничні одноатомні та багатоатомні спирти
Спиртами(або алканолами) називаються органічні речовини, молекули яких містять одну або кілька гідроксильних груп (груп-ОН), з'єднаних із вуглеводневим радикалом.
За кількістю гідроксильних груп(атомності) спирти поділяються на:
· Одноатомні, наприклад:
· Двохтомні(Гліколі), наприклад:
· Трихатомні, наприклад:
За характером вуглеводневого радикалувиділяють такі спирти:
· Граничні, що містять в молекулі лише граничні вуглеводневі радикали, наприклад:
· Ненасичені, що містять в молекулі кратні (подвійні та потрійні) зв'язки між атомами вуглецю, наприклад:
· Ароматичні, Т. е. спирти, що містять в молекулі бензольне кільце і гідроксильну групу, пов'язані один з одним не безпосередньо, а через атоми вуглецю, наприклад:
Органічні речовини, що містять у молекулі гідроксильні групи, пов'язані безпосередньо з атомом вуглецю бензольного кільця, суттєво відрізняються за хімічними властивостями від спиртів і тому виділяються у самостійний клас органічних сполук. феноли. Наприклад:
Існують і поліатомні(багатоатомні) спирти, що містять більше трьох гідроксильних груп у молекулі. Наприклад, найпростіший шестиатомний спирт гексанол (сорбіт):
Ізомерія та номенклатура спиртів
При утворенні назв спиртів до назви вуглеводню, що відповідає спирту, додають (родовий) суфікс -ол. Цифрами після суфікса вказують положення гідроксильної групи в головному ланцюгу, а префіксами ді-, три-, тетра-і т. Д. - їх число:
У нумерації атомів вуглецю в головному ланцюзі становище гідроксильної групи пріоритетнеперед становищем кратних зв'язків:
Починаючи з третього члена гомологічного ряду у спиртів з'являється ізомерія положення функціональної групи(пропанол-1 та пропанол-2), а з четвертого - ізомерія вуглецевого скелета(Бутанол-1, 2-метилпропанол-1). Для них характерна і міжкласова ізомерія - спирти ізомерні простим ефірам:
Спирти можуть утворювати водневі зв'язкияк між молекулами спирту, так і між молекулами спирту та води.
Водневі зв'язки виникають при взаємодії частково позитивно зарядженого атома водню однієї молекули спирту та частково негативно зарядженого атома кисню іншої молекули. Саме завдяки водневим зв'язкам між молекулами спирти мають аномально високі для своєї молекулярної маси температури кипіння. Так, пропан з відносною молекулярною масою 44 при звичайних умовах є газом, а найпростіший спиртів - метанол, маючи відносну молекулярну масу 32, у звичайних умовах - рідина.
Властивості органічних речовин визначаються їх складом та будовою. Спирти підтверджують загальне правило. Їх молекули включають в себе вуглеводневі і гідроксильні радикали, тому хімічні властивості спиртів визначаються взаємодією і впливом один на одного цих груп.
Характерні для цього класу сполук властивості обумовлені наявністю гідроксильної групи.
1. Взаємодія спиртів із лужними та лужноземельними металами. Для виявлення впливу вуглеводневого радикалу на гідроксильну групу необхідно порівняти властивості речовини, що містить гідроксильну групу і вуглеводневий радикал, з одного боку, і речовини, що містить гідроксильну групу і не містить вуглеводневий радикал, - з іншого. Такими речовинами можуть бути, наприклад, етанол (або інший спирт) та вода. Водень гідроксильної групи молекул спиртів і молекул води здатний відновлюватися лужними та лужноземельними металами (заміщатися на них):
2. Взаємодія спиртів із галогеноводородами.Заміщення гідроксильної групи на галоген призводить до утворення галогеналканів. Наприклад:
Ця реакція оборотна.
3. Міжмолекулярна дегідратація спиртів- відщеплення молекули води від двох молекул спирту при нагріванні у присутності водовіднімних засобів:
Внаслідок міжмолекулярної дегідратації спиртів утворюються прості ефіри.Так, при нагріванні етилового спирту із сірчаною кислотою до температури від 100 до 140 °С утворюється діетиловий (сірчаний) ефір.
4. Взаємодія спиртів з органічними та неорганічними кислотами з утворенням складних ефірів ( реакція етерифікації):
Реакція етерифікації каталізується сильними неорганічними кислотами.
Наприклад, при взаємодії етилового спирту та оцтової кислоти утворюється оцтовоетиловий ефір - етилацетат:
5. Внутрішньомолекулярна дегідратація спиртіввідбувається при нагріванні спиртів у присутності водовіднімних засобів до вищої температури, ніж температура міжмолекулярної дегідратації. В результаті утворюються алкени. Ця реакція обумовлена наявністю атома водню та гідроксильної групи при сусідніх атомах вуглецю. Як приклад можна навести реакцію отримання етену (етилену) при нагріванні етанолу вище 140 °С у присутності концентрованої сірчаної кислоти:
6. Окислення спиртівзазвичай проводять сильними окислювачами, наприклад дихроматом калію або перманганатом калію в кислому середовищі. При цьому дія окислювача спрямовується на атом вуглецю, який вже пов'язаний з гідроксильною групою. Залежно від природи спирту та умов проведення реакції можуть утворюватись різні продукти. Так, первинні спирти окислюються спочатку в альдегіди, а потім в карбонові кислоти:
При окислення вторинних спиртівутворюються кетони:
Третичні спирти досить стійкі до окислення. Однак у жорстких умовах (сильний окислювач, висока температура) можливе окислення третинних спиртів, що відбувається з розривом вуглець-вуглецевих зв'язків, найближчих до гідроксильної групи.
7. Дегідрування спиртів. При пропущенні парів спирту при 200-300 °С над металевим каталізатором, наприклад міддю, сріблом або платиною, первинні спирти перетворюються на альдегіди, а вторинні - на кетони:
8. Присутністю у молекулі спирту одночасно кількох гідроксильних групобумовлені специфічні властивості багатоатомних спиртів, які здатні утворювати розчинні у воді яскраво-сині комплексні сполуки при взаємодії зі свіжоотриманим осадом міді гідроксиду (II). Для етиленгліколю можна записати:
Одноатомні спирти не здатні вступати до цієї реакції. Тому вона є якісною реакцією на багатоатомні спирти.
Хімічні властивості спиртів – конспект
Окремі представники спиртів та їх значення
Метанол(метиловий спирт CH 3 OH) - безбарвна рідина з характерним запахом та температурою кипіння 64,7 °С. Горить трохи блакитним полум'ям. Історична назва метанолу - деревний спирт пояснюється одним із шляхів його одержання способом перегонки твердих порід дерева (грец. methy - вино, сп'яніти; hule - речовина, деревина).
Метанол вимагає обережного поводження з ним. Під дією ферменту алкогольдегідрогенази він перетворюється в організмі на формальдегід та мурашину кислоту, які ушкоджують сітківку ока, викликають загибель зорового нерва та повну втрату зору. Попадання в організм понад 50 мл метанолу спричиняє смерть.
Етанол(етиловий спирт C 2 H 5 OH) - безбарвна рідина з характерним запахом та температурою кипіння 78,3 °С. Горючий. Змішується з водою у будь-яких співвідношеннях. Концентрацію (міцність) спирту зазвичай виражають у об'ємних відсотках. "Чистим" (медичним) спиртом називають продукт, отриманий з харчової сировини і містить 96% (за обсягом) етанолу та 4% (за обсягом) води. Для отримання безводного етанолу – «абсолютного спирту» цей продукт обробляють речовинами, що хімічно зв'язують воду (оксид кальцію, безводний сульфат міді (II) та ін.).
Для того щоб зробити спирт, що використовується в технічних цілях, непридатним для пиття, в нього додають невеликі кількості отруйних речовин, що важко поділити, погано пахнуть і мають огидний смак речовин і підфарбовують. Спирт, що містить такі добавки, називають денатурованим, або денатуратом.
Етанол широко використовується в промисловості для виробництва синтетичного каучуку, лікарських препаратів, застосовується як розчинник, що входить до складу лаків та фарб, парфумерних засобів. У медицині етиловий спирт - найважливіший дезінфікуючий засіб. Використовується для приготування алкогольних напоїв.
Невелика кількість етилового спирту при попаданні в організм людини знижує больову чутливість і блокує процеси гальмування в корі головного мозку, викликаючи стан сп'яніння. На цій стадії дії етанолу збільшується водовідділення у клітинах і, отже, прискорюється сечоутворення, внаслідок чого відбувається зневоднення організму.
З іншого боку, етанол викликає розширення кровоносних судин. Посилення потоку крові в шкірних капілярах призводить до почервоніння шкіри та відчуття теплоти.
У великих кількостях етанол пригнічує діяльність мозку (стадія гальмування), викликає порушення координації рухів. Проміжний продукт окиснення етанолу в організмі - ацетальдегід - вкрай отруйний і викликає тяжке отруєння.
Систематичне вживання етилового спирту і напоїв, що містять його, призводить до стійкого зниження продуктивності роботи головного мозку, загибелі клітин печінки та заміни їх сполучною тканиною - цирозу печінки.
Етандіол-1,2(етиленгліколь) - безбарвна в'язка рідина. Отруйний. Необмежено розчинний у воді. Водні розчини не кристалізуються при температурах значно нижче 0 °С, що дозволяє застосовувати його як компонент незамерзаючих рідин, що охолоджують, - антифризів для двигунів внутрішнього згоряння.
Пролактріол-1,2,3(гліцерин) - в'язка сироподібна рідина, солодка на смак. Необмежено розчинний у воді. Нелетючий. Як складова частина складних ефірів входить до складу жирів і масел.
Широко використовується в косметиці, фармацевтичній та харчовій промисловості. У косметичних засобах гліцерин грає роль пом'якшуючого та заспокійливого засобу. Його додають до зубної пасти, щоб запобігти її висиханню.
До кондитерських виробів гліцерин додають для запобігання їх кристалізації. Їм обприскують тютюн, у цьому випадку він діє як зволожувач, який запобігає висиханню тютюнового листя та їх розкришування до переробки. Його додають до клеїв, щоб захистити їх від занадто швидкого висихання, і до пластиків, особливо целофану. В останньому випадку гліцерин виконує функції пластифікатора, діючи на зразок мастила між полімерними молекулами і таким чином надаючи пластмасам необхідну гнучкість і еластичність.
Нижчі та середні члени низки граничних одноатомних спиртів, що містять від 1 до 11 атомів вуглецю, - рідини. Вищі спирти (починаючи з 12 Н 25 ОН) при кімнатній температурі - тверді речовини. Нижчі спирти мають характерний алкогольний запах та пекучий смак, вони добре розчиняються у воді. У міру збільшення вуглеводневого радикалу розчинність спиртів у воді знижується, а октанол вже не змішується з водою.
Довідковий матеріал для проходження тестування:
таблиця Менделєєва
Таблиця розчинності
