41

Опорні конспекти з хімії з теми № 2:

Оксигеновмісні органічні речовини

Насичені одноатомні спирти

Уч__________ 11 - М класу

Хімічні елементи Оксиген, Нітроген, Сульфур входять до складу органічних сполук у вигляді функціональних груп. В таких речовинах вуглецевий радикал зв’язаний з функціональною групою.

Функціональна група – це атом або група атомів, які мають постійний склад, визначають властивості органічних сполук та їх приналежність до гомологічного ряду.

ГІДРОКСИСПОЛУКИ

 OH гідроксогрупа {гідроксильна група} - функціональна група двох споріднених гомологічних рядів:

• с пиртів: R  OH

СН₃  СН₂  ОН

• ф енолів: Ar  OH

Спирти R  OH

Спирти – похідні вуглеводнів, в молекулах яких один або декілька атомів Гідрогену заміщено на гідроксогрупи

 Класифікація спиртів

 Кількість гідроксогруп

• одноатомні

СН₃  СН₂  СН₂  ОН

• двохатомні

НО  СН₂  СН₂  СН₂  ОН

• т

  СН₂  СН  СН₂

    

  ОН ОН ОН

  рьохатомні

 Характер вуглецевого радикалу

• ациклічні, насичені

СН₃  СН₂  СН₂  СН₂  ОН

• ациклічні, ненасичені

СН₂ ═ СН  СН₂  СН₂  ОН

• ароматичні

Ar  (СН₂)_n  ОН

 Місце гідроксогрупи у вуглецевому радикалі

• первинні

СН₃  СН₂  СН₂  СН₂  ОН

• в

  СН₃  СН  СН₂  СН₃

  

  ОН

  торинні

• т

  СН₃

  

  СН₃  С  СН₂  СН₃

  

  ОН

  ретинні

 Номенклатура спиртів

(IUPAC) суфікс – ол

• Головний ланцюг має містити найбільшу кількість атомів Карбону, а також включати атом Карбону, біля якого розміщена гідроксогрупа.

• При нумерації головного ланцюга дотримуються принципу “старшинства”:

Функціональна група  кратний зв’язок  радикали

СН₃



СН₃  СН  СН₂  СН  СН₃



ОН

______________________________________

СН₃



СН₃  СН  СН  ОН



СН₃

______________________________________

СН₃  СН  СН₃



ОН

_________________________

_________________________

СН₃ СН₃

 

СН₃  С  СН₂  С  СН₃

 

СН₂ СН  ОН

 

СН₃ СН₃ ______________________________

Замісникова

Назва спирту утворюється - назва R + иловий спирт

СН₃  СН₂  СН₂  СН₂  ОН

СН₃  СН₂  ОН

Насичені одноатомні спирти. Алканоли

Нагадай! Загальну формулу насичених вуглеводнів – алканів!

С_nH_2n+2

Так як насичені одноатомні спирти розглядають як похідні насичених вуглеводнів у яких один атом Гідрогену заміщено на гідроксогрупу 

С_nH_2n+1OH або С_nH_2n+2O, n  1

n = 1: СН₃ОН – метанол, метиловий спирт, {деревний спирт}

n = 2: С₂Н₅ОН – етанол, етиловий спирт, {винний спирт}

 Ізомерія спиртів

• ізомерія вуглецевого скелету

• ізомерія положення функціональної групи

• міжкласова ізомерія (насичені одноатомні спирти ізомерні етерам R  O  R)

СН₄О – ізомерів не має

СН₃ОН – метанол

С₂Н₆О – міжкласові ізомери

СН₃  СН₂  ОН етанол

СН₃  О  СН₃

метоксиметан

Кількість ізомерів, які можуть утворювати насичені одноатомні спирти (без врахування між класової ізомерії):

• С₃Н₈О - 2

• С₄Н₁₀О - 4

• С₅Н₁₂О – 8

 Будова спиртів

Будова функціональної групи, а також взаємний вплив вуглецевого радикалу і атомів функціональної групи визначають будову органічної речовини.

 O - _____ гібридизований

Т ак як атом Оксигену більш електронегативний, ніж атоми Карбону і Гідрогену, електронна густина зв’язків С  О та О  Н зміщена до атому Оксигену.

 Зверни увагу! Полярність зв’язку О  Н більша полярності зв’язку С  О.

 Фізичні властивості

за звичайних умов - безбарвні

С₁ – С₁₁ – рідини

С₁₂ – тверді речовини

• t_кип (спиртів):

  • більше, ніж t_кип (вуглеводнів з відповідною молекулярною масою)

  • t_кип (спиртів) більше, ніж t_кип (ізомерних етерів)

  • t_кип (спиртів з розгалуженим скелетом) менше, ніж t_кип (cпиртів з лінійною будовою).

• спирти добре розчиняються у воді, при  кількості атомів Карбону в молекулі, розчинність спиртів  , а в органічних розчинниках 

  • С₁ – С₃ – необмежено розчиняються у воді

  • С₄ – С₅ – розчинність обмежена

  • вищі спирти – нерозчинні у воді

• запах спиртів

  • нижчі спирти мають алкогольний запах

• третинні – сивушний

• вищі – без запаху

• фізіологічна дія – отрута, наркотична дія

  • СН₃ОН – дуже сильна отрута {10 мл – сліпота, 30 мл – летальний кінець}

Аномальні фізичні властивості спиртів зумовлені:

Н а фізичні властивості спиртів впливає наявність в їх молекулах полярних гідроксогруп.

За рахунок водневих зв’язків між рухливим атомом Гідрогену однієї гідроксогрупи та вільних електронних пар атому Оксигену сусідньої гідроксогрупи, молекули спиртів об’єднуються в асоціати 

___________________________________________________________________

 ______________________________________________________________

Розчинність спиртів у полярних і неполярних розчинниках залежить від того, яка частина загальної маси молекули спирту припадає на гідроксогрупу.

Нижчі спирти необмежено розчинні у воді через утворення водневих зв’язків між молекулами спирту та води.

Із підвищенням молекулярної маси зростає вуглеводнева – неполярна частина молекули і зменшується відносний вміст полярної частини молекули - гідроксогрупи.  при  кількості атомів Карбону в молекулах спиртів, їх розчинність у воді , а в органічних розчинниках .

 Хімічні властивості спиртів

П олярність зв’язку О  Н зумовлює кислотні властивості спиртів.

 Кислотні властивості спиртів виражені так слабко, що спирти у водних розчинах не змінюють забарвлення індикаторів  водні розчини спиртів – нейтральні.

Вплив замісників у молекулах спиртів на їх властивості

 Замісники (+І)

 зменшується полярність зв’язку О  Н  спадають кислотні властивості спиртів

Всі вуглецеві радикали володіють позитивним індукційним ефектом R (+I)  в рядах:

НОН  СН₃ОН  СН₃ – СН₂ – ОН  СН₃ – СН₂ – СН₂ – ОН

 кислотні властивості ___________________ 

 Замісники (-І)

 зростає полярність зв’язку О  Н  зростають кислотні властивості спиртів

Hal (-I) володіють негативним індукційним ефектом  в рядах:

СН₃ – СН₂ – ОН  СН₂Br – СН₂ – ОН  СH₂Cl – СН₂ – ОН

 кислотні властивості ___________________ 

Cl Cl

 

Cl – СН₂ – СН₂ – ОН  Cl – СН – СН₂ – ОН  Cl – С – СН₂ – ОН



Cl

 кислотні властивості ___________________ 

 Кислотні властивості спиртів – підтверджуються їх взаємодією з лужними, лужноземельними металами, Al.

CH₃ – OH + Al 

CH₃ – CH₂ – ONa – натрій етилат

(CH₃ – O)₃Al - алюміній метилат

В

R – O – Me

алкоголяти

одні розчини алкоголятів – легко гідролізують, так як навіть вода є сильнішою кислотою, ніж спирти (крім метанолу)

CH₃ – CH₂ – ONa + HOH  CH₃ – CH₂ – OH + NaOH

 Реакції заміщення гідроксогупи галогеном - S_N

CH₃ – CH₂ – OH + HCl  CH₃ – CH₂ – Cl + H₂O

в пробірці:

CH₃ – CH₂ – OH + KCl + H₂SO₄  CH₃ – CH₂ – Cl + H₂O + KHSO₄

 Реакції дегідратації

• реакції внутрішньомолекулярної дегідратації

t⁰>170, kat

CH₃ – CH₂ – OH 

t⁰>170, kat

CH₃ – CH – CH₂ – CH₃ 



OH

{ Правило Зайцева}

[kat – Al₂O₃, ZnO, t⁰ або t⁰ > 170⁰, kat – H₂SO₄]

 Зверни увагу! Молекула води найлегше відщеплюється від молекул третинного спирту.

 Зверни увагу! Спирт, який не може вступати в реакцію внутрішньо молекулярної дегідратації – це ___________________________

• реакції міжмолекулярної дегідратації – реакції утворення етерів

[t⁰ < 170⁰, kat – H₂SO₄]

t⁰<170, kat

CH₃ – CH – CH₃ + CH₃ – CH – CH₃  :

 

ОН ОН



t⁰<170, kat

CH₃ – O – H + Н – О – CH₂ – CH₃  :

Зверни увагу! Якщо, в реакцію міжмолекулярної дегідратації вступають різні спирти, утворюється суміш трьох етерів:

1. ааа

2. ааа

3. ааа

 Для добування одного несиметричного етеру проводять синтез Вільямсона – взаємодія галогенпохідних алканів з алкоголятами.

[ t⁰]

 Реакції естерифікації (англ – ester – складний ефір) – реакції взаємодії спиртів з органічними або мінеральними кислотами, що призводять до утворення естерів.

 Зверни увагу!:

• взаємодія з органічними кислотами

[t⁰, kat – H₂SO₄]

_______________________________________

_______________________________________

_______________________________________

• взаємодія з мінеральними кислотами

[t⁰, kat – H₂SO₄]

_______________________________________

_______________________________________

CH₃ – CH₂ – OH + Н – О – SО₃H 

_______________________________________

_______________________________________

 Реакції окиснення

• реакції повного окиснення – горіння

Метанол та етанол горять синюватим полум’ям з виділенням великої кількості тепла.

СН₄О + О₂ 

С₂Н₆О + О₂ 

• реакції часткового окиснення

Продукти часткового окиснення спиртів залежать від:

• положення гідроксогрупи у вуглецевому радикалі (первинні, вторинні, третинні)

• сили окисника.

 первинний спирти  альдегід [[О] – CuO, t⁰]

 первинний спирт  карбонова кислота

[[О] – KMnO₄, K₂Cr₂O_7, CrO₃ (H⁺) ]

CH₃ – CH₂ – ОН + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ 

*** вторинний спирт  кетон

CH₃ – CH – CH₃ + [О]  CH₃ – C – CH₃ + H₂O

 ║

ОН O

CH₃ – CH – CH₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ 



ОН

 третинні спирти ≠

Окиснення третинних спиртів можливе при дії дуже сильних окисників і призведе до руйнування вуглецевого скелету з утворенням різних карбонових кислот та кетонів.

 Якісна реакція на насичені одноатомні спирти

дія хромової суміші (K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄) на первинні та вторинні спирти.

Оранжево-червоний розчин хромової суміші при додаванні в розчин первинного або вторинного спирту набуває зеленого забарвлення.

 дивись р.р. взаємодії етанолу та K₂Cr₂O₇ в присутності H₂SO₄

 Способи добування спиртів

 Лужний гідроліз моногалогенпохідних вуглеводнів

CH₃ – CH₂ – Cl + NaOH  CH₃ – CH₂ – OH + NaCl

водний розчин

Нагадай! Взаємодія моногалогенпохідних вуглеводнів із спиртовим розчином лугу при t⁰ призводить до утворення __________________________

CH₃ – CH – CH₂ – CH₃ + NaOH 

 спиртовий розчин

Cl { Правило Зайцева}

 Гідратація алкенів

Н₃РО₄, H₂SO₄

CH₂ ═ CH – CH₂ – CH₃ + H₂O 

{ Правило Марковнікова}

 Гідрування альдегідів та кетонів

альдегід  первинний спирт [ t⁰, kat - Ni]

кетон  вторинний спирт [ t⁰, kat - Ni]

t⁰ Ni

R – C – CH₃ + H₂  R – CH – CH₃

║ 

О ОН

 Гідроліз естерів

 Синтол-процес - синтез спиртів із синтез-газу

[kat – Ме родини Fe, P – 1800-2500 кПа]

3СО + 6Н₂  CH₃ – CH₂ – CH₂ – OH + 2Н₂О

 Окремі представники спиртів

Метиловий спирт - метанол

Довгий час єдиним джерелом метанолу були продукти сухої перегонки деревини без доступу повітря  деревний спирт

Сучасний спосіб добування – із синтез газу

[kat – Cr₂O₃, ZnO, t⁰ – 300⁰C, P – 20 MПа]

СО + 2Н₂  СН₃ОН

Метанол (t_кип = 64,7⁰С) необмежено змішується з водою, має слабкий запах алкоголю, що нагадує запах етанолу. Дуже токсичний!

Використовується для технічних потреб:

• розчинник

• сировина для добування формальдегіду.

• Метанол – перспективне паливо для двигунів внутрішнього спалювання!

Е

Ar  (СН₂)_n  ОН

тиловий спирт – етанол (винний спирт)

За обсягом виробництва етанол посідає одне з перших місць серед продуктів хімічної промисловості.

Етанол - безбарвна рідина (t_кип = 78,3⁰С) з характерним алкогольним запахом, необмежено розчиняється у воді, має дезинфікуючі властивості.

 Має дуже сильну наркотичну дію. При концентрації етанолу в крові 5% - тяжке отруєння, можливий летальний кінець.

Ректифікацією можна отримати спирт 96% - спирт-ректифікат. Ректифікат застосовують для харчових та медичних потреб.

При зневодненні етилового спирту, застосовують водовідбирні засоби {CaO, P₂O₅, Mg, CaCl₂} отримують абсолютний спирт. Абсолютний спирт дуже гігроскопічний.

• Етанол для харчової і фармацевтичної промисловості отримують бродінням цукристих речовин:

крохмаль (картоплі або злакових)  глюкоза  етиловий спирт

дріжджі

С₆Н₁₂О₆  2С₂Н₅ОН + 2СО₂

• Етанол для технічних потреб добувають з нехарчової сировини:

• целюлоза (відходи деревообробної промисловості)  глюкоза  етиловий спирт = гідролізний спирт

• гідратація етилену – синтетичний спирт

[kat H₃PO₄/алюмосилікат, t⁰ – 300⁰C, P]

СН₂ ═ СН₂ + НOH → CH₃ – CH₂ – OH

Для запобігання вживання нехарчового спирту його денатурують бензеном, бензином, барвниками – спирт-денатурат.

Етанол застосовують:

• для добування синтетичного каучуку

Нагадай! Реакція Лєбєдєва:

• як розчинник

• для синтезу оцтової кислоти

• для виготовлення фармацевтичних препаратів. Етанол гарний екстрагент, застосовують для виготовлення настоянок.

• як антисептик у медицині

• етанол – добавка до бензину – паливо для двигунів внутрішнього спалювання.

Тренувальні вправи

1. Н

   ОН СН₃

    

   СН₃  СН  СН₂  СН  СН₂  СН₃

   ОН СН₃

    

   СН₂  СН₂  С  СН  СН₃

   

   СН₃

   азвати спирти за систематичною номенклатурою:

1. ААА

2. ААА

____________________________________________________________________________

СН₃



СН₃  СН  С  ОН



СН₃

3. ААА

СН₃



СН₃  СН  С  ОН



СН₂



СН₃

4. ААА

____________________________________________________________________________

2. Визначити ізомери та гомологи серед речовин:

1. СН₃  СН₂  СН₂  ОН

2. СН₃  СН₂  СН₂  СН₂  ОН

3. СН₃  СН₂  О  СН₂  СН₃

4. СН₃  О  СН₂  СН₃

5. СН₃  СНОН  СН₂  СН₂  СН₃

6. С

   СН₃

   

   СН₃  СН  СН₂  СН₂  ОН

   Н₃  СНОН  СН₃

7. а

   ОН СН₃ СН₃

     

   СН₂  СН  СН  СН₃

   аа

8. а

   СН₃

   

   СН₃  СН  СН₂  СН₂  ОН

   аа

Гомологи: ___________________________________________________________________

Ізомери _____________________________________________________________________

3. Скласти формули спиртів:

1. 2-метилгексан-2-ол

2. 2,2-диметилбутан-1-ол

3. 3,4-диметилпентан-2-ол

4. 2-метилпентан-1-ол

4. Порівняти кислотні властивості спиртів:

   1. 2-бромопропан-1-ол і 2-фторопропан-1-ол

   2. метанол і етанол

   3. 2,2,2-трифтороетан-1-ол і 2,2-дифтороетан-1-ол

5. Написати рівняння реакцій:

1. етанол + натрій

2. етанол + магній

3. етанол + натрій гідроксид

4. натрій етилат + н₂о

5. 1-пропанол + HBr

6. етанол + NaBr + H₂SO₄

7. пропен + Н₂О

8. етаналь + Н₂

9. р. Лєбєдєва

10. пропанон + Н₂

11. 2-пропанол + CuO (t⁰)

12. етанол + CuO (t⁰)

13. натрій етилат + хлорометан

14. пропан-1-ол + HNO₃ (t⁰ ,H₂SO₄)

15. 2-метилпропан-2-ол (t⁰ > 170⁰C, H₂SO₄ надл)

16. пропан-1-ол (t⁰ < 170⁰C, H₂SO₄ нестача)

17. 3-метилбутан-2-ол (t⁰ > 170⁰C, H₂SO₄)

18. 3-метилбутан-2-ол (t⁰ < 170⁰C, H₂SO₄)

19. 2-метил-бут-2-ен + вода (t⁰, H₂SO₄)

20. 2-хлоропропан + КОН (водний розчин)

21. етанол + пропан-2-ол (t⁰ < 170⁰C, H₂SO₄)

22. бутан-1-ол + купрум (ІІ) оксид

23. пропан-1-ол + сульфатна кислота

6. Написати рівняння реакції, в якій за допомогою синтезу Вільямсона отримати 2-метоксипропан

7. Написати рівняння реакцій, скласти електронний баланс, визначити окисник та відновник. Обчислити суму коефіцієнтів в кожному з рівнянь реакціії.

   1. пропан-1-ол + CrO₃ + H₂SO₄

   2. пропан-2-ол + CrO₃ + H₂SO₄

   3. 2-метилпропан-2-ол + CrO₃ + H₂SO₄

8. Написати рівняння реакцій за допомогою яких можна отримати етанол з вапняку.

9. Написати формули спиртів, які отримали гідратацією:

1. бут-1-ену

2. пент-2-ену

3. 2-метилпропену

10. Визначити, які дві речовини вступили в реакцію та за яких умов, якщо в результаті реакції утворились такі речовини:

1. 2-бромопропан + Н₂О

2. 1-метоксипропан + NaCl

3. 2-бутанон + Н₂О

4. пропаналь + Cu + H₂O

5. пропан-1-ол + HCl

6. пропіл нітрат + Н₂О

11. Написати рівняння реакцій за допомогою яких можна здійснити ланцюжок перетворень:

    1. етен  хлороетан  етанол  етен  вуглекислий газ  синтез газ

    2. етен  етанол  бута-1,3-дієн  дивініловий каучук

    3. 1-хлоропропан  1-пропанол  пропен  ?  1,3,5-триметилбензен

    4. пропан-1-ол  ?  пропан-2-ол  (t⁰ < 170⁰C)

    5. пропан-1-ол  А  В  2,3-диметилбутан

+H₂O +H₂O +H₂ + CH₃COOH

Кальцій карбід  А  М  Q  D

6. fff

7. f

   +КОН (в. р-н) kat - H₂SO₄, t⁰ +HCl +КОН (в. р-н)

   1-хлоропропан  А  М  Q  D

   ffff

Тренувальні задачі

1. Масова частка Карбону, Гідрогену, Оксигену в органічній речовині відповідно дорівнює 60%, 13,3%, 26,7%. Відносна густина парів речовини за повітрям – 2,069. Вивести формулу речовини. [C₃H₈O]

2. При спалюванні 18,4 г органічної речовини отримали 35,2 г вуглекислого газу та 21,6 г води. Відносна густина парів речовини за воднем – 23. Вивести формулу речовини. [C₂H₅OH]

3. Виведіть формулу одноатомного насиченого спирту, масова частка Оксисену в якому становить 15,7%

4. При спалюванні 2,3 г органічної речовини утворилось 2,24 л (н.у.) вуглекислого газу та 2,7 г води. Відносна густина пари речовини за повітрям – 1,59. Визначити молекулярну формулу сполуки. [C₂H₆O]

5. Визначити формулу алканолу, при взаємодії 14,8 г якого з металічним натрієм виділяється 2,24 л (н.у.) газу. [C₄H₉OH]

6. При дегідратації насиченого третинного спирту масою 18,5 г виділилось 4,5 г води. Назвіть спирт, складіть структурну формулу.

7. При міжмолекулярній дегідратації насиченого одноатомного спирту масою 100 г виділилось 21,09 г води, її вихід від теоретично можливого становив 75%. Визначити формулу спирту. [CH₃OH]

8. При взаємодії 16 мл невідомого насиченого одноатомного спирту (густина = 0,8 г/см³) з натрієм виділився водень, достатній для повного гідрування 1,56 л (н.у.) ацетилену. Визначити формулу спирту. [C₂H₅OH]

9. При міжмолекулярній дегідратації насиченого одноатомного спирту утворився етер масою 24,05 г, а при внутрішньо молекулярній дегідратації такої самої кількості спирту одержали вуглеводень, який може приєднати 14,56 л водню (н.у.). Визначити формулу спирту. [C₂H₅OH]

10. Еквімолярна суміш метанолу та етанолу повністю реагує з хлороводнем, добутим при дії надлишку концентрованої сульфатної кислоти на 11,7 г натрій хлориду. Визначити масову частку метанолу у вихідній суміші. [41%]

11. Визначити масу етеру, яку можна одержати з 0.2 моль 1-пропанолу, якщо процес дегідратації відбувається з виходом 75%. [7,65 г]

12. Визначити, яку масу бутадієну можна одержати з 500 л етанолу (густина = 0,8 г/см³), масова частка води в якому 2%, якщо реакція відбувається з виходом 80%. [184,1 кг]

13. Визначити об’єм водню (н.у.), який виділиться при взаємодії 11,5 г натрію та 47,92 мл (густина = 0,8 г/см³) 96% етилового спирту. [5,6 л]

14. При взаємодії чадного газу об’ємом 19,25 л (н.у.) і водню об’ємом 57,75 л (н.у.) одержали метанол масою 20.5 г. Визначити масову частку виходу спирту від теоретично можливого. [74,5%]

15. Визначити об’єм етилену (н.у.) необхідного для добування 54 г етилового спирту, якщо вихід продукту від теоретично можливого становить 80%. [32,9 л]

16. У лабораторії із 129 г бромоетану отримали 45 г етанолу. Визначити вихід продукту від теоретично можливого. [82,3 %]

17. Змішали 200 г 5% водного розчину етанолу та 50 г 10% розчину етанолу. Обчислити масову частку етанолу у розчині, що утворився.

18. Який об’єм етену(н.у. потрібний для добування 2 т етанолу, якщо вихід спирту становить 833%

19. Після перетворення метанолу на хлорометан маса продукту реакції виявилась такою самою, як маса взятого спирту. Обчисліть відносний вихід хлором етану.

20. Під час спалювання 0,5 л етанолу (густина 0,79 г/мл) виділилось 11300 кДж теплоти. Напишіть відповідне термохімічне рівняння реакції.