Лабораторна робота № 3

ТЕМА: Спирти

Основні теоретичні відомості

Спирти (алкоголі) - органічні сполуки, що містять у складі своїх молекул одну або кілька гідроксильних груп -ОН.

Загальна формула насичених одноатомних спиртів C_nH_2n+lOH.

Залежно від кількості гідроксильних груп спирти класифікують на одноатомні (алкоголі), двохатомні (гліколі), трьохатомні (гліцерини) та багатоатомні.

За положенням гідроксильної групи у молекулі спирти поділяють на первинні, вторинні й третинні.

Спирти можуть бути насичені і ненасичені, ациклічні і циклічні.

Нижчі одноатомні спирти (CH₃OH-C₄H₉OH) розчиняються у воді.

Зі збільшенням довжини карбонового ланцюга розчинність спиртів зменшується. Густина спиртів менша за 1.

Спирти - нейтральні сполуки.

Реагують з Na, K, Li, Mg, Al з утворенням алкоголятів.

У результаті взаємодії спиртів із сильними мінеральними кислотами утворюються етери (прості ефіри).

Естерифікація спиртів органічними кислотами призводить до утворення естерів (складних ефірів).

Первинні й вторинні спирти окислюються або дегідруються за наявності металічних каталізаторів до альдегідів і кетонів. Третинні спирти стійкі до окислення, за певних умов розщеплюються до кетонів кислот з меншою кількістю атомів карбону.

Спирти дегідратуються до алкенів.

Гідроксильна група спирту може заміщуватися на атом галогену, реагуючи з галогеноводнями, РСl₅; РОСl₃.

Низькомолекулярні спирти добувають бродінням вуглеводнів, метанол - сухою перегонкою тирси. Більшість спиртів добувають синтетичними методами - з алкенів гідратацією, гідролізом галогенопохідних вуглеводнів, відновленням альдегідів і кетонів, карбонових кислот та естерів.

Хід роботи

ДОСЛІД 1. Відкриття наявності води в етанолі та його зневоднення.

Обладнання та реактиви: пробірки, випарювальні чашки, щипці, етанол, CuSO₄∙5H₂O

У пробірку наливають 1-2 мл етанолу і добавляють кілька кристалів прожареного білого порошку сульфату купруму, перемішують.

ХІМІЗМ.

CuSO₄∙5H₂O → CuSO₄+5H₂O

білий синій

ВИСНОВОК: При взаємодії сульфату купруму з водою утворюється кристалогідрат сульфату купруму. Спостерігають, як білий колір пропареного сульфату купруму стає синім.

ДОСЛІД 2. Утворення діетилового ефіру.

Обладнання та реактиви: пробірки, пальник, етанол, сульфатна кислота (конц.)

Змішують у пробірці 1 мл етанолу та 1 мл концентрованої сульфатної кислоти. Суміш обережно нагрівають на пальнику до початку кипіння. Далі доливають до суміші ще 5-10 крапель етанолу. При цьому одразу з'являється запах ефіру.

ХІМІЗМ.

ROH + HOSO₂OH ROSO₂OH + H₂O

спирт алкілсульфатна кислота

ROSO₂OH + HOR¹ → ROR¹ + H₂SO₄

спирт ефір

ВИСНОВКИ: При взаємодії первинних спиртів з концентрованою сульфатною кислотою спочатку утворюється неповний складний ефір – алкілсульфатна кислота. Спирт, у надлишку, діє на алкілсульфатну кислоту при нагріванні до 130-140°С аналогічно воді, при цьому регенерується сульфатна кислота й утворюється простий ефір.

ДОСЛІД 3. Окислення етанолу хромовою сумішшю.

Обладнання та реактиви: пробірки, штативи, пальники, етанол, біхромат калію (5% водний розчин), сульфатна кислота (розбавлена).

Змішують у пробірці 2 мл розчину біхромату калію, 1 мл розбавленої сульфатної кислоти і 0,5 мл етанолу. Суміш нагрівають.

ХІМІЗМ.

K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄ + 3C₂H₅OH → K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃ + 3CH₃COH + 3H₂O

ВИСНОВОК: Протікання реакції окислення характеризується зміною забарвлення розчину, а утворення ацетатальдегіду за його характерним запахом.

ДОСЛІД 4. Окислення етанолу.

Обладнання та реактиви: пробірки, пальники, пробка з газовідвідною трубкою, етанол, дистильована вода, перманганат калію (крист.), сульфатна кислота (розбавлена), кип'ятильний камінчик, лакмус.

У пробірку поміщають 0,5 г перманганату калію, 3 мл дистильованої води і 0,5 мл етанолу. Нагрівають, при енергійній реакції пробірку охолоджують. Знову суміш нагрівають і кип'ятять 1-2 хв, після чого додають 3 мл розбавленої сульфатної кислоти, вносять кип'ятильний камінчик, приєднують газовідвідну трубку і відганяють біля 0,5 мл розчину у пробірку-приймач.

ХІМІЗМ.

2KMnO₄ + H₂O → 2KOH + 2MnO₂ + 3O;

CH₃CH₂OH + O → CH₃COOH + H₂O

Відмічають запах відгону та його реакцію на лакмус. З пробою відгону проводять характерну реакцію на оцтову кислоту (з хлоридом заліза (III)).

ВИСНОВОК: Окислення супроводжується зміною забарвлення розчину та випадінням бурого осаду, що підтверджує запропонований хімізм реакції.

ДОСЛІД 5. Комплексоутворення багатоатомних спиртів

Обладнання та реактиви: гліцерин, манніт, етанол, етиленгліколь, бура(крист.), пробірки, штативи, розчин сульфату купруму, розчин лугу, фільтр, скляні палички, дистильована вода, хлоридна кислота, розчин фенолфталеїну.

1. У пробірці отримують гідроксид, для цього до розбавленого розчину сульфату міді вводять розчин лугу у невеликому надлишку. Осад фільтрують. Скляними паличками осад ділять у декілька пробірок. У пробірки додають 0,5-1 мл дистильованої води і 3-5 крапель рідкого спирту. Для порівняння в одну з пробірок спирт не додають. Пробірки струшують, вміст відстоюють і відмічають наявність забарвлення. Потім до кожної пробірки додають надлишок розбавленої хлоридної кислоти і спостерігають зміну забарвлення.

2. У пробірці струшують біля 0,5-1 г кристалічної бури з 10-15 мл води. Додають 1-2 краплі фенолфталеїну. У декількох пробірках готують розчин досліджуваних спиртів (5-7 крапель спирту на 2-3 мл води). До кожного розчину спирту додають по 1 краплі фенолфталеїну і по 1 краплі розбавленого розчину лугу. Вміст пробірок забарвлюється у яскраво-малиновий колір. Потім до кожної пробірки додають невеликий об'єм забарвленого розчину бури.

ХІМІЗМ. Утворення гліцерату купруму відбувається у два етапи.

2NaOH + CuSO₄ → Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

CH₂O

CH₂ – OH \

| | Cu + 2H₂O

/

CH – OH + Cu(OH)₂ → CHO

| |

CH₂ – OH CH₂OH

гліцерин гліцерат купруму

ВИСНОВКИ: Багатоатомні спирти мають помітні слабкі кислотні властивості. Кислотні властивості багатоатомних спиртів обумовлюються утворенням алкоголятів при взаємодії з гідратами оксидів металів. Якщо у молекулі спирту є дві сусідні гідроксильні групи, то гідрооксид купруму у лужному розчині спочатку утворює алкоголят міді, який перетворюється на комплексний катіон за участі 4 гідроксильних груп з координаційним числом 4. Комплексоутворювачем є катіон купруму (П), а лігандами — атоми оксигену. Ці комплексні іони обумовлюють інтенсивне синє або фіолетове забарвлення розчину. Кислоти руйнують ці сполуки з утворенням спирту та мідної солі кислоти, при цьому забарвлення зникає.

Розчин бури (Na₂B₄O₇∙10H₂O) має різко лужну реакцію. У розчині присутні аніони B₄O₇^2- і молекули ортоборної кислоти Н₃ВО₃ , що утворює складні ефіри з спиртами. Бор являється комплексоутворювачем з координаційним числом 4, а лігандами - атоми кисню. Ці комплекси є сильними кислотами.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

до самостійної роботи

1. Які сполуки називають спиртами?

2. Які спирти називають первинними, вторинними, третинними? Навести приклади.

3. Напишіть структурні формули усіх спиртів, що відповідають формулі C₄H₉OH; C₅H₁₁OH; C₆H₁₃OH; C₇H₁₅OH; C₈H₁₇OH. Назвіть спирти за раціональною номенклатурою і номенклатурою ІЮПАК.

4. Способи отримання спиртів. Реакція гідролізу галогенопохідних вуглеводнів. Каталітичне окислення вуглеводнів.

5. Які спирти утворюються в результаті відновлення альдегідів та кетонів?

6. Отримання спиртів шляхом гідратації алкенів. Реакція гідратації етилену.

7. Що таке прості ефіри? У яких умовах вони утворюються?

8. Написати структурні формули:

а) 3-метилпентанол - 3;

б) 2,2-диметилбутанол - 1;

в) 2,4-диметилпентанол - 2;

г) бутандіол-2,3;

д) пропантріол - 1,2,3

9. написати рівняння перетворення

C₂H₂ → C₂H₅OH

10. Які спирти можна отримати дією водного розчину лугу на сполуки:

а) CH₃ – CHІ – CH₃

CH₃

|

б) CH₃ – C – CH₃

|

Br

CH₃

|

в) CH₃ – CH – C – CH₃

| |

CH₃ Cl

11. Здійснити перетворення і назвати проміжні продукти:

CH₄ ^+Cl₂→A ^Na→Б ^-H₂→B ^H₂^O→Г