Спирты и фенолы Лекция 14. Одноатомные спирты
Предельные одноатомные спирты. Гомологический ряд. Общая формула. Классификация: первичные, вторичные, третичные спирты. Номенклатура. Способы получения: гидролиз галогеналканов, гидратация алкенов, восстановление карбонильных соединений и сложных эфиров. Синтез спиртов по реакции Гриньяра. Характеристика связей С-О и О-Н. Водородные связи. Физические свойства спиртов. Химические свойства. Кислотность. Константа кислотности. Образование алкоголят-анионов. Реакции с минеральными кислотами. Реакции нуклеофильного замещения: с галогенводородными кислотами, галогенидами фосфора и серы. Особенности SN1 и SN2 реакций спиртов.
Реакции отщепления. Механизм, направление отщепления. Карбкатионы и их перегруппировка. Ацилирование спиртов. Ацилирующий агент. Окисление и дегидрирование спиртов.
Спирты можно разделить на три большие группы: простые спирты, стерины и углеводы. Примеры структур спиртов представлены на рис. 14.1.
Рис. 14.1. Примеры структур спиртов
Алифатические спирты (предельные, одноатомные) – это соединения, содержащие гидроксильную группу (-ОН), связанную с углеводородным радикалом. Общая формула CnH2n+1OH.
Спиртам можно давать название в соответствии с IUPAC, рациональной и тривиальной номенклатурами.
Согласно системе IUPAC, низшие спирты называют алканолами – к названию соответствующего алкана прибавляют окончание -ол (метанол, этанол). При этом за основу названия принимают наиболее длинную углеродную цепь, содержащую ОН-группу. Атомы углерода основной цепи нумеруют таким образом, чтобы атом, связанный с гидроксильной группой, получил наименьший номер.
Согласно карбинольной (рациональной) системе, метанол называют карбинолом, а остальные спирты рассматривают как производные карбинола. Например, этанол по карбинольной системе называют метилкарбинолом, а 2-метил-2-пропанол – триметилкарбинолом и т.д.
Часто спирты называют, прибавляя к названию соответствующей алкильной группы слово «спирт». Низшие спирты обычно имеют тривиальные названия (метанол – древесный спирт, этанол – винный спирт и т.д.).
спирты классифицируют как первичные, вторичные, третичные по атому углерода, с которым связана гидроксильная группа.
Лабораторные методы получения спиртов
1. Гидролиз галогеналканов в водных растворах щелочей происходит по механизму нуклеофильного замещения (см. лекцию 12).
2. Гидратация алкенов. Присоединение воды к алкену протекает в присутствии кислотных катализаторов (H2SO4, H3PO4, оксид алюминия и другие носители, обработанные кислотами).
Этим методом в крупных масштабах получают низшие спирты, из них важнейшим продуктом является этанол:
из пропилена и н-бутилена – изопропиловый и н-бутиловый спирты:
а из изобутилена – трет-бутиловый спирт:
Электрофильный механизм гидратации уже рассматривался ранее. Присоединение протекает по правилу марковникова, реакционная способность алкенов определяется сравнительной стабильностью образующихся карбокатионов и изменяется в ряду:
3. Восстановление карбонильных соединений (кетонов и альдегидов), сложных эфиров. Альдегиды и кетоны легко восстанавливаются водородом в присутствии катализаторов (например, Ni, Pd, Pt) в соответствующие первичные и вторичные спирты:
Для восстановления карбонильной группы также широко используются комплексные гидриды металлов – боргидрид натрия NaBH4 (растворитель – вода, этанол) или алюмогидрид лития LiAlH4 (растворитель – абсолютный эфир). Карбонильные соединения также можно восстанавливать атомарным водородом, образующимся при взаимодействии металлического натрия с этиловым спиртом.
4. Синтезы спиртов с использованием реактивов Гриньяра. При взаимодействии реактивов Гриньяра (RMgHal) и литийорганических соединений с карбонильными производными образуются алкоголяты металлов, которые при действии воды или разбавленной кислоты можно превратить в соответствующие спирты. Взаимодействие реактивов гриньяра с формальдегидом, другими альдегидами и кетонами представляет собой прекрасный способ получения первичных, вторичных и третичных спиртов:
