10.4 Нуклеофильное замещение он-группы спиртов
В молекулах спиртов электронная плотность на атомах углерода, связанных со спиртовой группой, понижена вследствие электроноакцепторного действия этой группы. Такой атом углерода способен принимать нуклеофильную атаку реагента-нуклеофила, что приводит к нуклеофильному замещению ОН-группы (SN).
Например, замещение ОН-группы на галоген в реакциях с галогенводородными кислотами:
Фенолы в подобные реакции не вступают, т.к. их ОН-группа дополнительно связана сопряжением с бензольным ядром, и на ядре электронная плотность повышена.
10.5 Окисление спиртов
Спирты легко окисляются в кислых средах активными окислителями (KMnO4, K2Cr2O7 и др.). В этих реакциях участвует водород, связанный с атомом углерода, у которого находится группа ОН. Поэтому в таких условиях окисляются только первичные и вторичные спирты, а третичные не окисляются. При окислении первичных спиртов избытком окислителя образуются сначала альдегиды, а затем карбоновые кислоты, тогда как при окислении вторичных спиртов образуются кетоны. Таким образом, с помощью этих реакций можно отличить друг от друга первичные, вторичные и третичные спирты:
Все рассмотренные выше реакции гидроксипроизводных углеводородов являются качественными, в них имеются соответствующие аналитические сигналы, поэтому они могут быть использованы в химическом анализе при идентификации спиртов и фенолов и для их различия.
Лабораторная работа № 10. 1
Общая методика проведения всех опытов с использованием капельных реакций приведена на с 108.
Опыт 1. Образование комплексного соединения с участием фенола
Внимание! Опыт проводится в вытяжном шкафу под тягой!
На предметное стекло в двух точках наносят по одной капле раствора FeCl3 с массовой долей 3 %, в одну из точек добавляют одну каплю спиртового раствора фенола с массовой долей 1 %, а в другую – одну каплю этанола. Полученную смесь перемешивают палочкой.
В лабораторном журнале отметьте, как изменилась окраска смеси по сравнению с цветом исходного раствора FeCl3 и напишите уравнение реакции образования комплексной соли, в которой молекулы C6H5OH выступают в роли лигандов.
В выводах укажите:
– какой тип реакции имел место;
– какой вид химической связи образовался в молекуле полученной комплексной соли;
– почему в этой реакции фенол является лигандом, а катион соли Fe3+Cl3 – комплексообразователем;
– можно ли с помощью проведенной реакции отличить фенолы от спиртов и почему.
Опыт 2. Образование соли многоатомного спирта
На предметное стекло в две точки наносят по одной капле раствора CuSO4 с массовой долей 3 % и раствора NaOH с массовой долей 10 %, смеси перемешивают палочкой. В одну из точек добавляют одну каплю глицерина, в другую – одну каплю этанола, смеси перемешивают палочкой.
Отметьте, в какой точке и какие происходят изменения. Напишите уравнение образования комплексной соли глицерина.
В выводах укажите:
– какие химические взаимодействия и почему имели место;
– что в наблюдаемой реакции является аналитическим сигналом;
– спирты какого типа можно обнаружить с помощью этой реакции в присутствии других гидроксипроизводных и почему.
Опыт 3. Окисление этанола
На предметное стекло в три точки разными пипетками наносят по одной капле 0,5 н раствора дихромата калия K2Cr2O7 и туда же – по одной капле концентрированной H2SO4. В одну из точек добавляют две капли этанола, в другую – две капли спиртового раствора фенола с массовой долей 1 %, третью точку оставляют без изменений. Смеси перемешивают палочкой. Отметьте, в какой точке и как изменилась окраска.
Составив уравнения электронного баланса (с учетом степеней окисления углерода: С2-2Н5ОН → С2-1Н4О), подберите коэффициенты для уравнения реакции, проходящей по схеме:
K2Cr2O7 + CH3CH2OH + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + CH3CHO + K2SO4 + H2O,
В выводах укажите:
– что в данной реакции является аналитическим сигналом;
– какие типы спиртов и по каким признакам можно отличить друг от друга с помощью наблюдаемой реакции.