Одноатомные спирты. Номенклатура. Строение. Способы получения. Химические свойства. Отдельные представители и их применение

Общая характеристика. Номенклатура

Общая формула гомологического ряда предельных одноатомных спиртов — C_nH_2n+1OH. В зависимости от того, при каком углеродном атоме находится гидроксильная группа, различают спирты первичные (RCH₂-OH), вторичные (R₂CH-OH) и третичные (R₃С-ОН). Простейшие спирты:

Первичные:

СН₃-ОН СН₃-СН₂-ОН СН₃-СН₂-СН₂-ОН

метанол этанол пропанол-1

Вторичные Третичный

пропанол-2 буганол-2 2-метилпропанол-2

Изомерия одноатомных спиртов связана со строением углеродного скелета (например, бутанол-2 и 2-метилпропанол-2) и с положением группы ОН (пропанол-1 и пропанол-2).

Номенклатура.

Названия спиртов образуют, добавляя окончание -ол к названию углеводорода с самой длинной углеродной цепью, включающей гидроксильную группу. Нумерацию цепи начинают с того края, ближе к которому расположена гидроксильная группа. Кроме того, широко распространена заместительная номенклатура, по которой название спирта производится от соответствующего углеводородного радикала с добавлением, слова "спирт", например: C₂H₅OH — этиловый спирт.

Строение:

Молекулы спиртов имеют угловое строение. Угол R-О-Н в молекуле метанола равен 108,5⁰. Атом кислорода гидроксильной группы находится в sp³-гибридизации.

Получение. Свойства

Получение.

1. Самый общий способ получения спиртов, имеющий промышленное значение, — гидратация алкенов. Реакция идет при пропускании алкена с парами воды над фосфорнокислым катализатором:

H₃PO₄

СН₂=СН₂ + Н₂О → СН₃—СН₂—ОН.

Из этилена получается этиловый спирт, из пропена — изопропиловый. Присоединение воды идет по правилу Марковникова, поэтому из первичных спиртов по данной реакции можно получить только этиловый спирт.

2. Другой общий способ получения спиртов — гидролиз алкилгалогенидов под действием водных растворов щелочей:

R—Br + NaOH → R—OH + NaBr.

По этой реакции можно получать первичные, вторичные и третичные спирты.

3. Восстановление карбонильных соединений. При восстановлении альдегидов образуются первичный спирты, при восстановлении кетонов — вторичные:

R—CH=O + Н₂ → R—CH₂—OH, (1)

R—CO—R' + Н₂ → R—CH(OH) —R'. (2)

Реакцию проводят, пропуская смесь паров альдегида или кетона и водорода над никелевым катализатором.

4. Действие реактивов Гриньяра на карбонильные соединения.

5. Этанол получают при спиртовом брожении глюкозы:

С₆Н₁₂О₆ → 2С₂Н₅ОН + 2СО₂↑.

Химические свойства спиртов определяются присутствием в их молекулах гидроксильной группы ОН. Связи С-О и О-Н сильно полярны и способны к разрыву. Различают два основных типа реакций спиртов с участием функциональной группы -ОН:

1) Реакции с разрывом связи О-Н: а) взаимодействие спиртов с щелочными и щелочноземельными металлами с образованием алкоголятов; б) реакции спиртов с органическими и минеральны­ми кислотами с образованием сложных эфиров; в) окисление спиртов под действием дихромата или перманганата калия до карбонильных соединений. Скорость реакций, при которых раз­рывается связь О-Н, уменьшается в ряду: первичные спирты > вторичные > третичные.

2) Реакции сопровождающиеся разрывом связи С-О: а) каталитическая дегидратация с образованием алкенов (внутримолекулярная дегидратация) или простых эфиров (межмолекулярная дегидратация): б) замещение группы -ОН галогеном, например при действии галогеноводородов с образова­нием алкилгалогенидов. Скорость реакций, при которых разры­вается связь С-О, уменьшается в ряду: третичные спирты > вторичные > первичные. Спирты являются амфотерными соединениями.

Реакции с разрывом связи О-Н.

1. Кислотные свойства спиртов выражены очень слабо. Низшие спирты бурно реагируют со щелочными металлами:

2С₂Н₅-ОН + 2K→ 2С₂Н₅-ОK + Н₂↑, (3)

но не реагируют с щелочами. С увеличением длины углеводород­ного радикала скорость этой реакции замедляется.

В присутствии следов влаги соли спиртов (алкоголяты) разла­гаются до исходных спиртов:

С₂Н₅ОK + Н₂О → С₂Н₅ОН + KОН.

Это доказывает, что спирты — более слабые кислоты, чем вода.

2. При действии на спирты минеральных и органических кислот образуются сложные эфиры. Образование сложных эфиров протекает по механизму нуклеофильного присоединения-отщепления:

Н⁺

С₂Н₅ОН + СН₃СООН СН₃СООС₂Н₅ + Н₂О

Этилацетат

C₂H₅OH + HONO₂ C₂H₅ONO₂ + Н₂O

Этилнитрат

Отличительной особенностью первой из этих реакций является то, что атом водорода отщепляется от спирта, а группа ОН - от кислоты. (Установлено экспериментально методом "меченых атомов").

3. Спирты окисляются под действием дихромата или перманганата калия до карбонильных соединений. Первичные спирты окисляются в альдегиды, которые, в свою очередь, могут окисляться в карбоновые кислоты:

[O] [О]

R-CH₂-OH → R-CH=O → R-COOH.

Вторичные спирты окисляются в кетоны:

Третичные спирты могут окисляться только с разрывом С-С связей.

Реакции с разрывом связи С-О.

1) Реакции дегидратации протекают при нагревании спиртов с водоотнимающими веществами. При сильном нагревании происходит внутримолекулярная дегидратация с образованием алкенов:

H₂SO₄,t >150°С

СН₃-СН₂-СН₂-ОН → СН₃-СН=СН₂ + Н₂О.

При более слабом нагревании происходит межмолекулярная дегидратация с образованием простых эфиров:

H₂SO₄,t< 150°С

2CH₃-CH₂-OH → C₂H₅-O-C₂H₅ + H₂O.

2) Спирты обратимо реагируют с галогеноводородными кис­лотами (здесь проявляются слабые основные свойства спиртов):

ROH + HCl RCl + Н₂О

Третичные спирты реагируют быстро, вторичные и первичные - медленно.

Применение. Спирты главным образом используют в промышленности органического синтеза. Этанол - важное сырье пищевой промышленности. Используется в качестве растворителя, в медицине.

Метанол используется для получения формальдегида, пластмасс на основе акриловой кислоты, в качестве растворителя для лаков и красок.