Дихлоретилен 1,1,2,2-тетрахлоретан 4 страница

Ізомерія одноатомних спиртів обумовлена ізомерією карбонового скелета вуглеводневого залишку; положенням гідроксильної групи в однакових ланцюгах.

За замісниковою номенклатурою спирти називають відповідно назві вуглеводневого залишку, з яким сполучена гідроксильна група. За номенклатурою IUPAC назва спирту утворюється від назви відповідного алкану додаванням до неї закінчення –ол з позначенням номера атома Карбону, біля якого вона розміщена, причому останній обов’язково повинен бути у складі основного ланцюга, а нумерація ланцюга починається з того кінця, до якого ближче розміщена функціональна група –ОН. Алканоли — одноатомні спирти.

2. Фізичні властивості одноатомних спиртів.

За агрегатним станом нижчі гомологи одноатомних насичених спиртів, що містять до 11 атомів Карбону, за звичайних умов є рідкими. Вищі гомологи є твердими речовинами. Густина всіх спиртів менша одиниці.

На фізичні властивості спиртів значною мірою впливає наявність в їх молекулах полярних гідроксильних груп.

Останні зумовлюють асоціацію спиртів за допомогою водневих зв’язків між рухливими атомами Гідрогену гідроксильних груп одних молекул і вільних електронних пар атомів Оксигену сусідніх молекул.

Метанол, етанол, пропанол змішуються з водою в любих пропорціях завдяки здатності утворювати водневі зв’язки. Розчинність спиртів зменшується із збільшенням атомів Карбону в молекулі і для вищих спиртів практично дорівнює нулю. Усі спирти розчинні у більшості органічних розчинників.

Насичені спирти незабарвлені. Запах нижчих спиртів – характерний різкий “алкогольний”, середніх – сильний неприємний “сивушний”; третинні спирти мають характерний запах плісняви; вищі – позбавлені запаху.

За фізіологічним впливом деякі спирти мають отруйну або наркотичну дію.

3. Хімічні властивості одноатомних спиртів

Хімічні властивості спиртів обумовлені наявністю функціональної групи -ОН. У молекулах спирту можливий двоякий розрив зв'язків.

Спирти, як і вода, виявляють амфотерні властивості, хоча і дуже слабкі. Спирти — нейтральні речовини, не змінюють забарвлення лакмусу, не реагують ні з розведеними кислотами, ні з розведеними основами.

1. Кислотність і основність спиртів.

Кислотні властивості визначаються легкістю відриву Н⁺ від гідроксигрупи. Спирти активно реагують із лужними металами, менш активно — із лужноземельними, магнієм і алюмінієм. Ці реакції відносяться до реакцій заміщення — виділяється водень і утворюються солі — алкоголяти:

2ROH + 2Na 2RONa + H₂

Як солі слабких кислот і сильних основ, алкоголяти гідролізуються у розчині, створюючи лужне середовище:

RONa + Н₂О ROН + NaОН

Основні властивості проявляються у взаємодії із сильними кислотами з утворенням позитивно заряджених іонів алкоксонію, які можна розглядати як іони кислот.

2. Реакції обміну гідроксигрупи на галоген.

Дія галогеноводнів на спирти — одна з найважливіших реакцій нуклеофільного заміщення:

ROH + НСІ RСІ + Н₂О

Заміщення гідроксилу на галоген відбувається і в умовах дії наступних сполук: РСl₅, РСl₃, РОСl₃, SОСl₂. Найлегше з ними реагують третинні спирти.

3. Дегідратація спиртів

Дегідратація спиртів у залежності від умов може бути внутрішньомолекулярною (утворення алкенів) і міжмолекулярною (утворення етерів).

Додавання концентрованої сульфатної кислоти до якогось первинного спирту, наприклад, етанолу, при нагріванні до 180⁰С приводить до утворення, як головного продукту реакції, етилену:

СН₃СН₂ОН СН₂ = СН₂ + Н₂О

Етанол Етилен

4. Утворення етерів

Утворення етерів відбувається за рахунок відщеп­лення молекули води від двох молекул спирту в умовах нагрівання (140⁰С) і в присутності водовіднімаючих засобів:

2 СН₃СН₂ОН СН₃СН₂ – О – СН₂СН₃ + Н₂О

Етанол Диетиловий етер

У значно м'яких умовах реакція утворення етерів перебігає із взає­модією алкоголята і галоїдного алкілу.

5. Утворення естерів

Реакція спиртів з карбоновими кислотами приводить до утворення естерів відповідних кислот:

СН₃СООН + С₂Н₅ОН СН₃СООС₂Н₅ + Н₂О

Етанова кислота Етилетаноат

Ця реакця протікає повільно. Для її прискорення використовують сульфатну кислоту, яка є не тільки каталізатором, але й зневоднюючим агентом.

Естери утворюються також в реакціях між спиртами і галогенангідридами кислот:

СН₃СОСІ + С₂Н₅ОН СН₃СООС₂Н₅ + НСІ

Хлорангідрид Етилетаноат

оцтової кислоти

6. Окислення спиртів.

Якщо спирт підпалити, він згоряє з утворенням води та Карбон (IV) оксиду:

С₂Н₅ОН + 3О₂ 2СО₂ + 3Н₂О

Під дією інших окисників (Н₂СrО₄; К₂Сr₂О₄+Н₂SО₄; КМnO₄;Сu) спирти окисляються і утворюють різні продукти: первинні спирти окисляються з утворенням альдегідів:

СН₃ – СН₂ – OH СН₃ – С = О

Н

Спирт Альдегід

Вторинні спирти окисляються з утворенням кетонів:

СН₃ – СН – СН₃ СН₃ – С = О

ОН СН₃

Пропанол-2 Пропанон

Окислення третинних спиртів супроводжується розривом карбонового ланцюга, як правило, біля атому Карбону, що має гідроксильну групу.

7. Дегідрування спиртів

Дегідрування спиртів відбувається під час пропускання пари спирту над дегідруючим каталізатором (розжарена мідь, залізо, нікель). У цьому випадку первинні спирти перетворюються на альдегіди, вторинні — на кетони.

4. Способи добування одноатомних спиртів.

1. Приєднання води до алкенів (гідратація).

СН₂ = СН₂ + Н₂О СН₂ – СН₂

Етилен ОН ОН

Етанол

2. Гідроліз галогенопохідних.

При нагріванні галогеналкілів з водними розчинами лугів відбувається гідроліз галогеналканів з утворенням спиртів:

СН₃ – СН₂ – СІ + NaOH СН₃ – СН₂ – OH + NaСІ

Етил хлорид Етанол

3. Відновлення карбонільних сполук.

Аліфатичні і ароматичні спирти можна одержувати відновленням відповідних альдегідів і кетонів:

СН₃ – С = О + CuO СН₃ – СН₂ – OH + Сu

Н Етанол

4. Спиртове бродіння вуглеводів.

С₆Н₁₂О₆ 2С₂Н₅ОН + 2СО₂

Етанол

5. Добування спиртів з амінів.

Нітритна кислота реагує з первинними аліфатичними амінами, утворюючи відповідний спирт і газоподібний азот:

СН₃СН₂NH₂ + HONO → СН₃СН₂ОН + Н₂О + N₂

Етиламін Етанол

6. Гідроліз естерів.

R– C = O + НОН R– C = O + R′– ОН

׀ [Н⁺] ׀

О–R′ ОН

5. Окремі представники, їх значення і використання

Будова, ізомерія, номенклатура

Найпростішим одноатомним фенолом є гідроксибензен, його найчастіше називають просто фенолом, або карболовою кислотою. За номенклатурою IUPAC феноли розглядають як заміщені бензени, причому нумерацію починають від атома Карбону, з яким сполучена гідроксигрупа, і в такому напрямку, щоб виконувалось правило локантів – сума локантів повинна бути мінімальною. Застосовуються також тривіальні назви.

Способи добування

1. Виділення зі смол.

Фенол і його гомологи добувають під час коксування кам'яного, бурого вугілля, торфу.

Метод лужного плаву.

Сплавленням при 300-350⁰С безводних натрієвих солей бензенсульфокислот з твердим Натрій гідроксидом добувають відповідні феноляти, з яких додаванням розбавленої хлоридної кислоти одержують одно- і багатоатомні феноли.

3. Гідроліз солей арілдіазонію.

При нагріванні водного розчину хлориду фенілдіазонію добувають фенол.

Кумольний спосіб (з ізопропілбензену).

Фізичні властивості.

Усі прості феноли за нормальних умов - цє тверді речовини з невисокою температурою плавлення. Фенол – безкольорова кристалічна речовина з температурою плавлення 43⁰С. Має характерний запах.

Феноли погано розчиняються у воді, але добре розчинні в органічних розчинниках, наприклад, в спиртах та етерах. Фенол обмежено змішується з водою лише при температурах нижче 66⁰С. Вище 66⁰С фенол змішується з водою в любих пропорціях.

Хімічні властивості.

Хімічна поведінка фенолів та нафтолів пов'язана з наявністю в їх молекулах гідроксигрупи та ароматичного ядра. Вони вступають з численні реакції, характерні для цих груп, а також у реакції, зумовлені їхнім взаємним впливом. Так, фенолам характерні більш виражені кислотні властивості, ніж спиртам. Фенол має рК_а = 9,95. Таким чином, він має властивості слабкої кислоти.

Фенол має не таку велику кислотність, як карбонові кислоти. Карбонові кислоти, наприклад оцтова та бензенова, здатні витискувати Карбон (IV) оксид з Натрій гідрокарбонату або карбонату, а фенол - не здатний. Цією реакцією користуються в аналітичних дослідженнях, щоб відрізнити карбонові кислоти від фенолів.

1. Взаємодія з металами.

Подібно до спиртів, фенол реагує з сильно електропозитивними металами, наприклад, з натрієм, виділяючи водень:

С₆Н₅ОН + Na С₆Н₅ОNa + Н₂

Натрій фенолят

2. Взаємодія з лугами.

На відміну від спиртів, феноли реагують з Натрій гідроксидом:

С₆Н₅ОН + NaОН С₆Н₅ОNa + Н₂О

3. Утворення естерів.

Хоч фенол не реагує з карбоновими кислотами з утворенням естерів, він реагує з хлорангідридами карбонових кислот в лужних розчинах.

4. Утворення етерів.

Фенол реагує з галогеналканами в лужному середовищі, утворюючи етери.

Для фенолів характерні реакції заміщення в бензеновому кільці (реакції S_E).

Галогенування.

Галогенування фенолів здійснюється в більш м’яких умовах, ніж галогенування бензену. Наприклад, при додаванні до водного розчину фенолу бромної води відбувається утворення осаду білого кольору 2,4,6-трибромфенолу.

Це якісна реакція на феноли.

6. Нітрування.

Фенол можна нітрувати за допомогою розбавленої нітратної кислоти. При цьому утворюється суміш 2-нітрофенолу та 4-нітрофенолу.

7. Реакції конденсації.

Феноли вступають в реакцію конденсації з альдегідами як в кислому, так і в лужному середовищі за рахунок атомів Гідрогену в орто - та пара -положеннях. Однією з найважливіших реакцій є реакція поліконденсації фенолу з формальдегідом з утворенням фенолоспиртів із подальшим утворенням феноло-формальдегідної смоли.

8. Реакція гідрування.

Фенол добре гідрується в присутності нікелевого каталізатора за температури 150°С з утворенням циклогексанолу:

С₆Н₅ОН + Н₂ С₆Н₁₁ОН

9. Реакції окислення.

Феноли легко окисляються із утворенням суміші різних продуктів окислення.

10. Реакція з Ферум (III) хлоридом.

Якісною реакцією на феноли є реакція з Ферум (III) хлоридом: фенол дає фіолетове забарвлення:

6С₆Н₅ОН + FeCI₃ → H₃[Fe(C₆H₅O)₆] + 3HCI

Крезоли дають синьо-блакитне забарвлення, багатоатомні феноли — забарвлення різних відтінків.

Окремі представники, їх значення і використання

Водний розчин фенолу застосовують як антисептик. Фенол використовується для добування барвників, пластмас, лікарських препаратів, ароматизуючих речовин тощо. Крезоли (метилфеноли) застосовуються для добування штучних смол, для синтезу барвників, виготовлення дезинфікуючих засобів. Деякі феноли використовуються як антиоксиданти.

Із гідроксильних похідних нафталену найважливішими є α- та β – нафтоли.

Вони виявляють властивості фенолів, розчиняються в лугах, дають забарвлення з Ферум (III) хлоридом (α- нафтол — фіолетове; β-нафтол -зелене).

У промисловості їх одержують лужним плавленням натрієвих солей відповідних сульфокислот.

5. Багатоатомні феноли

Багатоатомні феноли – тверді речовини з характерним запахом. Для більшості з них зберігається тривіальна номенклатура.

Такі феноли дають характерні реакції з Ферум (ІІІ) хлоридом, вступають в інші реакції, характерні для одноатомних фенолів.