Предельные одноатомные и многоатомные спирты

Общая формула: С_nH_2n+2O_m где обычно m = 1…3.

Предельные одноатомные спирты (одна гидроксильная группа – ОН) имеют общую формулу _Сn_H2n+2O или С_nH_2n+1OH.

Гликоли – двухатомные спирты (две гидроксильных группы – ОН) С_nH_2n+2O₂ или С_nH_2n(OH)₂. Производные глицерина имеют общую формулу С_nH_2n+2O₂.

Непредельные спирты встречаются редко и здесь не рассматриваются.

Ароматические спирты – фенолы - обладают особыми свойствами и будут обсуждаться в следующей главе.

Номенклатура:

1. рациональная; (название радикала с окончанием - овый с добавлением слова спирт)

2. систематическая: название углеводорода с окончанием – ол (диол, триол)

3. для одноатомных предельных спиртов нумерация атмов углерода начинается с того края, где ближе гидроксильная группа, с указанием ее местоположения:

CH₃ – CH₂ – CH - CH₂ - CH₂ – CH₃ гексанол - 3

ОН

СН₂ – СН - СН₂ глицерин

ОН ОН ОН

Изомерия:

1. углеводородной цепи;

2. по положению гидроксогруппы или взаимному расположению нескольких гидроксогрупп;

3. межклассовая изомерия с простыми эфирами.

Строение. Спирты – это органические соединения, включающие одну или нескольких гидроксильных групп (ОН^-), соединенных с углеводородным радикалом. В молекулах спиртов атомы углерода находятся в состоянии sp³ – гибридизации. Молекула спирта полярна, благодаря присутствию высокоотрицательного атома кислорода.

Физические свойства: до С = 15 - жидкости; С ≥ 16 – твердые вещества. С₁ и С₂ = спирты смешиваются с водой в любых соотношениях. Температуры кипения спиртов выше, чем у соответствующих углеводородов из – за присутствия водородных связей.

Гликоли и гомологи глицерина – вязкие жидкости, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде. Гликоли кипят при более высокой температуре и имеют большую плотность, чем соответствующие (с тем же числом углеродных атомов) им одноатомные спирты.

Получение:

1. промышленный способ получения одноатомных предельных спиртов – каталитической гидратацией алкенов. Катализаторы – концентрированная H₂SO₄ и Al₂O₃ при высоких температурах:

2. щелочным гидролизом моно- и полигалогенопроизводных алканов:

а) одноатомные C_nH_2n + H₂O → C_nH_2n+1OH

б) многоатомные

CH₂Cl – CH₂Cl + 2H₂O → CH₂OH – CH₂OH + 2HCl

3. гидролизом сложных эфиров органических кислот

4. для одноатомных спиртов – восстановлением карбонильных соединений. При Na в водном или водноспиртовом растворе; каталитическое восстановление водородом (Pt, Pd, Ni)

5. специфическими способами:

а) метанол из синтез – газа

б) этанол – спиртовым брожением глюкозы

Химические свойства.

1. Общие для одноатомных и многоатомных спиртов:

а) горение

б) с металлами (спирты – очень слабые кислоты за счет атома ггидроксогруппы):

C_nH_2n+1OH + 2Na → H₂ + 2C_nH_2n+1ONa

в) реакция этерификации с органическими и минеральными кислотами (катализатор – концентрированная H₂SO₄)

CH₃OH + HOSO₂OH → CH₃OSO₂OH + H₂O

г) дегидратация для одноатомных спиртов с получением алкенов или простых эфиров (катализаторы – концентрированная H₂SO₄ или Al₂O₃),

д) окисление первичных одноатомных спиртов в альдегиды и втричных – в кетоны

2. Качественные реакции:

а) на одноатомные спирты – с оксидом меди (II) при нагревании (образуется оранжевый порошок меди):

б) на многоатомные спирты – со свежеприготовленным раствором гидроксида меди (II) - Cu(OH)₂. Образуется раствор синего цвета:

Задачи

26. Для стабилизации формалина при хранении, в него добавляют предельный одноатомный спирт, в котором из 800 г 300 г составляет углерод. Определите формулу и название спирта. Тип № 4.

Решение. Общая формула предельных одноатомных спиртов C_nH_2nO.

Пусть число молей спирта будет х. Тогда выразим значение n через уравнения

масса спирта (г) m = x(12n + 2n + 2 + 16) = 800

масса углерода (г) m(C) = 12 nx = 300

Разделим первое уравнение на второе: (14n + 18)/12n = 2,667

14n + 18 = 32n; n = 1

Ответ: метанол CH₃OH.

26. Вычислите молярную и процентную концентрацию технического этанола, если он получен из 100 л этилена, растворенного в 10 л воды при температуре 25 ⁰С и нормальном давлении, выход реакции 78 % по массе. Тип № 2.

Решение.

Реакция получения этанола:

По уравнению Менделеева–Клайперона: pV₁ = nRT₁; pV₂ = nRT₂

V₁ = 22,4 л/моль; Т₁ = 273 К; Т₂ = 298 К.

Пусть количество вещества газа – 1 моль. Объем пропорционален температуре. Выразим объем газа при 298 К. Следовательно,

Найдем число молей этилена и его концентрацию: n(C₂H₄) = 100/24,45 = 4,1 моль; .

С учетом 78 % - ного выхода реакции: С(C₂H₄) = 0,41/0,78 = 5,24 моль/л; m(C₂H₄) = 5,24 ∙ 28 = 146,72 г.

Ответ: С(C₂H₄) = 5,24 моль/л; m(C₂H₄) = 146,72 г.

26. Одно из веществ, используемых при хирургических операциях в XIX в., было обозначено П. Бертло - С₄Н₄(О₂Н₂); Ю. Либихом – (С₄Н₁₅)О, Н₂О), Ж. Дюма – (С₄Н₈ + Н₂О₂). Кто из этих ученых был ближе к истине, если при дегидратации 4,6 г этого вещества образуется 3,13 л водяных паров при 100 ⁰С и углеводород – алкен с массовой долей углерода в нем 85,7 %? Тип № 3.

Решение. Общая формула алкена С_nH_2n.

Предположим, что в алкене четыре атома углерода, тогда это бутен - С₄Н₈.

Молярная масса бутена М(С₄Н₈) = 56 г/моль; масса углерода m(C) = 48 г. Массовая доля углерода в алкене составит:

Тогда можно предположить формулу спирта С₄Н₁₀О₂ , т.е.

Реакция первичной дегидратации спирта

Молярная масса спирта: M(С₄Н₁₀О₂) = 48 + 10 + 32 = 90 г/моль.

Найдем количество вещества спирта: n(С₄Н₁₀О₂) = 4,6/90 = 0,051 моль;

Количество вещества воды будет 0,1 моль, так как в конце реакций дегидратации образуются 2 молекулы воды.

Из уравнения Менделеева – Клайперона: pV = nRT; найдем объем водяных паров:

Ответ: Ближе всех был Ж.Дюма.

26. Известно, что сердечное средство нитрогилицерин первым получил А. Себеро в артиллерийской академии г.Турина, но скрыл изобретение и не рекомендовал его использовать в военных целях. В чем он видел опасность нитроглицерина? Какое количество этого вещества было получено впервые ученым из 100 г глицерина и раствора, содержащего 250 г азотной кислоты? Тип № 8.

Решение. Реакция получения тринитроглицерина

Тринитроглицерин – взрывчатое вещество.

Молярная масса глицерина М(С₃Н₉О₃) = 36 + 9 + 48 = 93 г/моль; найдем число молей глицерина: n(глиц.) = 100/93 = 1,08 моль.

Молярная масса азотной кислоты М(HNO₃) = 63 г/моль; найдем n(HNO₃) = 250/63 = 3,97 моль – HNO₃ в избытке.

Рассчитаем массу тринитроглицерина по количеству вещества глицерина (недостаток).

Молярная масса тринитроглицерина М(С₃Н₅О₉N₃) = 36 + 5 + 16 ∙ 9 + 14 ∙ 3 = 227 г/моль; из стехиометрических коэффициентов следует, что n(тринитроглиц.) = 1,08 моль. Тогда найдем массу тринитроглицерина .

Ответ: получено 245,16 г тринитроглицерина.

Фенолы

Общая формула Ar – OH, где Ar – ароматический радикал.

Номенклатура. Нумерация атомов углерода начинается от гидроксильной группы ОН (если она старшая). Продолжают нумерацию в такой последовательности, чтобы имеющиеся заместители получили наименьшие номера.

Например:

фенол 2-метилфенол (или о-крезол) 2-этил-4-хлорфенол

У многоатомных фенолов указывают положение каждой гидроксогруппы и добавляют слово «бензол». Например:

1,3 -дигидроксибензол 1,2-дигидроксибензол 1,4 -дигидроксибензол

(или резорцин) (или пирокатехин) (или гидроидрохинон)

1,2,3-тригидроксибензол 1,3,5-тригидроксибензол

(или пирогаллол) (или флороглюцин)

α-нафтол β -нафтол

Изомерия:

1. положение заместителей в бензольном кольце;

2. строение боковой углеродной цепи.

Строение. Фенолы – ароматические углеводороды, содержащие одну или несколько гидроксильных групп в бензольном кольце. В составе образующегося π-электронного облака электронная плотность, выравниваясь, перераспределяется от атома кислорода в сторону кольца +М (мезомерный) эффект.

-ОН группа является ориентантом первого рода, т.е. обогащает ароматическое ядро электронной плотностью и облегчает электрофильное замещение в положениях 2,4,6 (реакции идут лучше по сравнению с бензолом). При этом происходит ослабление связи О←Н. Таким образом, фенолы должны проявлять слабые кислотные свойства.

Физические свойства. Фенолы – кристаллические вещества при комнатной температуре, кроме м-крезола. Хорошо растворимы в горячей воде, обладают характерным запахом. Наличие водородных связей определяет высокие температуры плавления и кипения. Фенол имеет Т_пл = 41⁰С, Т_кип = 182⁰С. Со временем при окислении кристаллы фенола краснеют и темнеют. Фенол ядовит, вызывает ожоги при попадании на кожу.

Получение: