2.3. Функциональные производные углеводородов. Кислородсодержащие производные углеводородов

2.3.1.Спирты

Спирты – гидроксилпроизводные углеводородов, у которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильную группу (ОН). В группу гидроксилпроизводных углеводородов со связью С(sp³) – OH входят:

а) гидроксилпроизводные алканов – насыщенные одноатомные спирты или алканолы;

б) гидроксилпроизводные алкенов и алкинов – ненасыщенные одноатомные спирты или алкенолы и алкинолы;

в) ди-, три- и полигидроксилпроизводные – диолы, триолы и полиолы (многоатомные спирты).

Спирты делят на первичные, вторичные и третичные в зависимости от атома углерода, с которым связана гидроксильная группа. Изомерия спиртов определяется местом гидроксильной группы в углеродной цепи и разветвлением цепи.

Примеры:

СН₃ОН – метанол; метиловый спирт (первичный спирт)

СН₃СН₂ОН – этанол; этиловый спирт (первичный спирт)

СН₃СН₂СН₂ОН – 1 – пропанол; пропиловый спирт (первичный спирт)

(вторичный спирт)

По номенклатуре ИЮПАК углеродные цепи спиртов нумеруют таким образом, чтобы гидроксильная группа имела меньший номер. Гидроксильная группа обозначается суффиксом ол. Если молекула имеет очень сложное строение, то гидроксильную группу обозначают префиксом гидрокси- (или окси-).

Спирты содержат в молекуле две полярные связи:

На атоме кислорода имеются две неподеленные электронные пары, поэтому спирты проявляют электронодонорные свойства.

Угол между С-О-Н ( угол ) равен 109 28. Энергия связи С-О равна 350 кДж/моль, а связи О-Н – 463 кДж/моль.

Химические свойства одноатомных спиртов

1. Реакции, протекающие с разрывом связи С-О.

1. Взаимодействие с галогеноводородами.

Пример:

СН₃СН₂ОН + HBr CH₃CH₂Br + H₂O

Спирты по реакционной способности располагаются в ряд:

трет. спирты  втор. спирты  перв. спирты

Галогеноводороды по реакционной способности располагаются в ряд:

HI  HBr  HCl

2. Взаимодействие с галогенангидридами неорганических кислот (PCl₃, PCl₅, PBr₃, SOCl₂).

Примеры:

СН₃СН₂ОН + PCl₅ СН₃СН₂Cl + POCl₃ + HCl

СН₃СН₂ОН + SOCl₂СН₃СН₂Cl + SO₂ + HCl

3. Взаимодействие с серной кислотой.

Пример:

СН₃СН₂ОН + H₂SO₄ СН₃СН₂ОSO₃H + H₂O

4. Образование простых эфиров.

Пример:

СН₃СН₂ОН + СН₃СН₂ОН СН₃СН₂-О-СН₂СН₃ + Н₂О

В качестве водоотнимающего средства используется концентрированная H₂SO₄. Эфиры образуются, если кислота взята не в избытке.

5. Дегидратация спиртов.

Пример:

Отщепление воды происходит в присутствии сильных кислот или над катализатором (Al₂O₃) при повышенной температуре.

2. Реакции, протекающие с разрывом связи О-Н.

1. Ионизация спиртов.

Эта реакция связана с высокой полярностью связи О-Н.

Пример:

В общем случае анионы называют: алкоксид-анион, алканолят-анион, алкоголят-анион.

Одноатомные спирты являются очень слабыми ОН-кислотами, слабее, чем вода. Это обусловлено (+I) – эффектом алкильных групп, увеличивающих ковалентность связи О-Н. Кислотность спиртов уменьшается в ряду:

СН₃ОН  перв. спирты  втор. спирты  трет. спирты

Спирты хорошо подвергаются ионизации в щелочной среде. Пример:

СН₃ОН + ОН^- СН₃О^- + Н₂О

Спирты взаимодействуют со щелочными металлами, но очень трудно с растворами щелочей.

Пример:

2СН₃ОН + 2Na 2СН₃ОNa + H₂

Алканоляты легко гидролизуются.

Пример:

СН₃ОNa + Н₂О СН₃ОН + NaOH

2. Алкилирование алканолятов (получение простых эфиров).

Пример:

СН₃ОNa + СН₃I СН₃ОСН₃ + NaI

3. Окисление одноатомных спиртов.

Окисление осуществляется кислородом воздуха в присутствии катализаторов (CuO, Cu) или различными неорганическими окислителями (KMnO₄, Na₂Cr₂O₇ + H₂SO₄, CrO₃ и др.). Продуктами окисления являются альдегиды или кетоны, карбоновые кислоты.

Физические и пожароопасные свойства одноатомных спиртов, их применение

Одноатомные спирты – бесцветные жидкости или кристаллические вещества с характерным запахом. Своеобразным является высокая температура кипения спиртов, что вызвано значительным межмолекулярным взаимодействием – ассоциацией молекул. Ассоциация осуществляется за счет образования водородных связей между молекулами спирта вследствие полярности связи О-Н и наличием неподеленных электронных пар на атоме кислорода.

Низшие спирты хорошо растворяются в воде за счет образования водородных связей с молекулами воды.

Метиловый спирт (метанол) – бесцветная, легковоспламеняющаяся жидкость, с водой и многими органическими жидкостями смешивается в любых соотношениях. Метиловый спирт очень ядовит. Отравление спиртом приводит к потере зрения, часто к смертельному исходу. Пары спирта с воздухом образуют взрывчатые смеси. Концентрационные пределы воспламенения: НВП – 6%, ВПВ – 34,5%.. Водные растворы, содержащие 25% спирта и более, являются легковоспламеняющимися веществами. От контакта с сильными окислителями спирт самовозгорается.

Метанол используют в качестве растворителя и исходного вещества для синтеза простых и сложных эфиров. Большое количество метанола используется для получения формальдегида.

Этиловый спирт (этанол) и его водные растворы также представляют пожарную опасность. Этанол является дешевым растворителем, его применяют для изготовления лаков, косметических продуктов, медикаментов. Он является сырьем для получения бутадиена, уксусного альдегида, этилацетата и т.д. Используют этанол в пищевой промышленности.