Розділ 12 оксигенвмісні органічні сполуки

До оксигенвмісних органічних сполук, молекули яких складаються з атомів вуглецю, водню і кисню, належать спирти, феноли, альдегіди, кетони, складні ефіри, вуглеводи та ін. Їх хімічні властивості визначаються наявністю функціональних груп.

Спирти.

СПИРТИ – це органічні сполуки, які складаються з вуглецю, водню і мають одну або декілька гідроксильних груп (–ОН).

У спиртах гідроксильна група знаходиться при атомі вуглецю в sp³- гібридизації.

Гідроксильна група (-ОН) являється функціональною групою і визначає основні властивості спиртів. Якщо група одна, то спирти називаються одноатомними (один атом водню заміщений на гідроксил). Якщо спирти містять дві або більше груп –ОН, вони називаються багатоатомними.

одноатомні	двохатомні	триатомні
метиловий СН3-OH	етиленгліколь CH2─CH2 │ │ OH OH	гліцерин CH2─CH─CH2 │ │ │ OH OH OH
етиловий С2Н5-OH
бензиловий C6H5-CH2OH

За розміщенням гідроксильної групи у вуглецевому ланцюзі спирти класифікують на первинні (група –ОН розміщена при первинному атомі вуглецю), вторинні (гідроксильна група розміщена при вторинному атомі вуглецю) і третинні (група –ОН знаходиться при третинному атомі вуглецю):

R–CH2–OH			R  I CH–OH,  I R1		R1–		R  I C–OH.  I R2
первинні		вторинні				третинні

Одноатомні спирти

Одноатомні спирти (R-OH) мають загальну формулу C_nH_2n+1-OH і суфікс – ол.

Гомологічний ряд спиртів

Назва спирту	Формула
Метанол	CH3ОН
Етанол	C2H5ОН
Пропанол	C3H7ОН
Бутанол	C4H9ОН

Фізичні властивості

Спирти мають більш високі температури плавлення та кипіння, більшу розчинність у воді, ніж відповідні вуглеводні

Така різка відмінність фізичних властивостей спиртів від алканів зумовлена в першу чергу тим, що спирти є полярними сполуками (атом кисню більш електронегативний в порівнянні з атомом вуглецю, тому він зміщує до себе електронну густину від атома вуглецю і водню). Вони мають два полярні зв’язки С-О та О-Н. Існування на атомах гідроксильної групи часткових зарядів різного знаку приводить до міжмолекулярної взаємодії гідроксильних груп і утворення водневих зв’язків:

…….. :

Oδ-–Hδ+ ….. : I R

Oδ-–Hδ+ …… I R

У результаті такої взаємодії відбувається асоціація молекул спирту. Водневі зв’язки значно слабші за ковалентні, однак їх утворення істотно зменшує леткість, підвищує температуру кипіння, тому що агрегати, які утворюються, мають більшу молекулярну масу. Наприклад, етан кипить при -89°С, тоды як етанол при 78,5 °С.

Метанол і етанол змішуються з водою в будь-яких співвідношеннях; зі збільшенням молекулярної маси розчинність спиртів у воді зменшується.

Одержання

Етанол одержують:

1) гідратацією етилену:  СН₂=СН₂ + Н₂О → СН₃–СН₂–ОН

етен етанол

2) бродінням крохмалю (або целюлози):

крохмаль  С₆Н₁₂О₆––^{ферменти}→2С₂Н₅ОН + 2СО₂ глюкоза етанол

Джерелом крохмалю є зерно, рис, картопля.

Хімічні властивості

Властивості спиртів R-OH визначаються наявністю полярних зв'язків O^δ-–H^δ+ і C^δ+–O^δ-, і неподілених електронних пар на атомі кисню.

Для спиртів характерні реакції за участю зв’язку О-Н, зв’язку С-О і окиснювальні реакції.

а) Реакції з розривом зв'язку RO–H

1) з лужними металами утворюючи солі - алкоголяти

2СH₃CH₂OH + 2Na → 2СH₃CH₂ONa + H₂

_{етилат натрію}

2) з органічними кислотами (реакція ЕСТЕРИФІКАЦІЇ - утворення складних ефірів - естерів).

б) Реакції з розривом зв'язку R–OH

3) з галогеноводнями:

R–OH + HBr  R–Br + H₂O

в) Реакції окиснення

4) при дії окисників спирти окиснюються до альдегідів, які в свою чергу окиснюються до карбонових кислот:

спирти альдегіди карбонові кислоти

г) Дегідратація

5) внутрішньомолекулярна дегідратація приводить до утворення алкенів. Реакцію проводять при температурі вищій, ніж 140°С в присутності сульфатної кислоти як водовідбірного засобу:

CH₃–CH₂–OH  ––^{t°>140°C,H2SO4}  CH₂=CH₂ + H₂O

етанол етен

6) міжмолекулярна дегідратація приводить до утворення простих ефірів - етерів. Реакцію проводять при температурі нижчій, ніж 140°С в присутності сульфатної кислоти як водовідбірного засобу:

CH₃–CH₂–OH + НО- CH₃––^{t°<140°C, H2SO4} CH₃–CH₂–O–CH₃

етанол метанол етилметиловийй етер

Багатоатомні спирти

Одержання

1. окиснення етилену: СН₂=СН₂ ––^{[O], H2O}® СН₂СН₂

етен ½ ½

OH OH

етиленгліколь

2. гідратація галогенпохідних вуглеводнів:

СН₂СН₂ ––^NaOH® СН₂СН₂

½ ½ ½ ½

СI CI OH OH

1,2 – дихлоретан 1,2 – етандіол (етиленгліколь)

Хімічні властивості

Для багатоатомних спиртів характерні основні реакції одноатомних спиртів.

1. утворення алкоголятів:

CH2–OH   I CH2–OH	Na  ––   -1/2H2	CH2–ONa   I CH2–OH	Na –– -1/2H2	CH2–ONa  I CH2–ONa
етиленгліколь		моногліколят натрію		дигліколят натрію

Збільшення числа гідроксильних груп в молекулі приводить до посилення кислотних властивостей багатоатомних спиртів в порівнянні з одноатомними.

2. Розчиняють свіжоосаджений гідроксид міді (II) з утворенням внутрішньокомплексних сполук (якісна реакція на багатоатомні спирти):

CH2–OH 2  I         + Cu(OH)2 ↓ –––    CH2–OH голубий осад

гліколят міді синій розчин

Внаслідок менших кислотних властивостей одноатомні спирти з Cu(OH) ₂ не реагують на відміну від багатоатомних.

2) утворення естерів. Гліцерин легко нітрується, даючи тринітрогліцерин – сильна вибухова речовина (основа динаміту):

CH2–O-	-H		HO-	-NO2		CH2–O–NO2
|					H2SO4	|
CH –O-	-H	+	HO-	-NO2	–––	CH–O–NO2	+ 3H2O
|						|
CH2–O-	-H		HO-	-NO2		CH2–O–NO2

3) взаємодія з галогеноводнями:

СН2 – СН2	НСІ	СН2 – СН2
 	––	 
ОН ОН		ОН СІ
		2-хлоретанол

Застосування

Метанол – безбарвна горюча рідина з запахом, що нагадує запах етилового спирту, змішується з водою у всіх відношеннях. Отруйний, смертельна доза всередину – 25 г, менші кількості приводять до сліпоти. Має зачення як вихідна речовина для синтезу органічних сполук у ролі розчинника.

Етанол – безбарвна горюча рідина, обпікаюча на смак, з характерним запахом, змішується з водою в будь-яких співвідношеннях. Летальна доза сильно коливається (звичайно близько 300 г). У невеликих кількостях діє оп’яняюче, великі дози приводять до наркотичного стану. Широко використовується як сировина та розчинник в органічному синтезі, в фармації та медицині (виготовлення настоянок, екстрактів, розчинів), як знезаражуючий засіб, для консервації різних анатомічних препаратів, як пальне та багато що ін. Входить до складу алкогольних напоїв.

Етиленгліколь – безбарвна в’язка рідина. Сильно понижує температуру замерзання води та використовується для виготовлення антифризу. Дуже токсичний. Широко використовується для виготовлення синтетичних волокон.

Гліцерин – безбарвна сироподібна речовина без запаху, з солодким смаком. Застосовується як основа для мазей та паст, добавки до мил. У невеликих кількостях гліцерин використовують для добування нітрогліцерину.

Нітрогліцерин – важка масляниста рідина з солодкуватим пекучим смаком, при нагріванні або ударі вибухає, використовується для виготовлення динаміту. У вигляді розбавлених спиртових розчинів нітрогліцерин справляє судиннорозширюючиу дію та застосовується в медицині при стенокардії. Випускається також в таблетках з вмістом 0,0005 г речовини.