Спирты

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Спирты – соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп –ОН, связанных с углеводородным радикалом.

В зависимости от числа гидроксильных групп спирты делят на одно- (CH₃OH — метанол, ₂H₅OH — этанол), двух- (CH₂(OH)-CH₂-OH — этиленгликоль) и трехатомные (CH₂(OH)-CH(OH)-CH₂-OH — глицерин). В зависимости от того, при каком углеродном атоме находится гидроксильная группа, различают первичные (R-CH₂-OH), вторичные (R₂CH-OH) и третичные спирты (R₃C-OH). В названии спиртов присутствует суффикс – ол.

Одноатомные спирты

Общая формула гомологического ряда предельных одноатомных спиртов C_nH₂_n₊₁OH.

Изомерия

Для предельных одноатомных спиртов характерна изомерия углеродного скелета (начиная с бутанола), а также изомерия положения гидроксильной группы (начиная с пропанола) и межклассовая изомерия с простыми эфирами.

СН₃-СН₂-СН₂-СН₂-ОН (бутанол – 1)

СН₃-СН(СН₃)- СН₂-ОН (2-метилпропанол – 1)

СН₃-СН(ОН)-СН₂-СН₃ (бутанол – 2)

СН₃-СН₂-О-СН₂-СН₃ (диэтиловый эфир)

Физические свойства

Низшие спирты (до С₁₅) – жидкости, высшие – твердые вещества. Метанол и этанол смешиваются с водой в любых соотношениях. С ростом молекулярной массы растворимость спиртов в оде падает. Спирты имеют высокие температуры кипения и плавления за счет образования водородных связей.

Получение спиртов

Получение спиртов возможно с помощью биотехнологического (брожение) способа из древесины или сахара.

К лабораторным способам получения спиртов относятся:

— гидратация алкенов (реакция протекает при нагревании и в присутствии концентрированной серной кислоты)

СН₂=СН₂ + Н₂О → СН₃ОН

— гидролиз алкилгалогенидов под действием водных растворов щелочей

СН₃Br + NaOH → CH₃OH + NaBr

СН₃Br + Н₂О → CH₃OH + HBr

— восстановление карбонильных соединений

CH₃-CH-O + 2[H] → CH₃– CH₂-OH

Химические свойства

1. Реакция, протекающие с разрывом связи О-Н:

— кислотные свойства спиртов выражены очень слабо. Спирты реагируют с щелочными металлами

2C₂H₅OH + 2K → 2C₂H₅OK + H₂

но не реагируют с щелочами. В присутствии воды алкоголяты полностью гидролизуются:

C₂H₅OK + Н₂О → C₂H₅OH + KOH

Это означает, что спирты – более слабые кислоты, чем вода

— образование сложных эфиров под действием минеральных и органических кислот:

CH₃-CO-OH + H-OCH₃ ↔ CH₃COOCH₃ + H₂O

— окисление спиртов под действием дихромата или перманганата калия до карбонильных соединений. Первичные спирты окисляются в альдегиды, которые, в свою очередь, могут окисляться в карбоновые кислоты.

R-CH₂-OH + [O] → R-CH=O + [O] → R-COOH

Вторичные спирты окисляются в кетоны:

R-CH(OH)-R’ + [O] → R-C(R’)=O

Третичные спирты более устойчивы к окислению.

2. Реакция с разрывом связи С-О.

— внутримолекулярная дегидратация с образованием алкенов (происходит при сильном нагревании спиртов с водоотнимающими веществами (концентрированная серная кислота)):

CH₃-CH₂-CH₂-OH → CH₃-CH=CH₂ + H₂O

— межмолекулярная дегидратация спиртов с образованием простых эфиров (происходит при слабом нагревании спиртов с водоотнимающими веществами (концентрированная серная кислота)):

2C₂H₅OH → C₂H₅-O-C₂H₅ + H₂O

— слабые основные свойства спиртов проявляются в обратимых реакциях с галогеноводородами:

C₂H₅OH + HBr →C₂H₅Br + H₂O

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание

Определите молярную массу и строение спирта, если известно, что при взаимодействии 7,4 г этого спирта с металлическим натрием выделяется 1,12 л газа (н.у.), а при окислении оксидом меди(II) образуется соединение, которое дает реакцию «серебряного зеркала».

Решение

Составим уравнения реакций спирта ROH с: а) натрием; б) окислителем CuO:

Из уравнения (а) методом отношений определим молярную массу неизвестного спирта:

7,4/2х = 1,12/22,4,

х = М(ROH) = 74 г/моль.

Такую молярную массу имеют спирты С₄Н₁₀О. Причем согласно условию задачи [уравнение (б)] это могут быть первичные спирты – бутанол-1 СН₃СН₂СН₂СН₂ОН или 2-метилпропанол-1 (СН₃)₂СНСН₂ОН.

Ответ

М(С₄Н₁₀О) = 74 г/моль, это бутанол-1 или 2-метилпропанол-1

ПРИМЕР 2

Задание

Какой объем (в л) кислорода (н.у.) потребуется для полного сгорания 31,25 мл этилового спирта (плотность 0,8 г/мл) и сколько граммов осадка получится при пропускании продуктов реакции через известковую воду?

Решение

Найдем массу этанола:

m = $\rho$ ×V = 0,8×31,25 = 25 г.

Количество вещества, соответствующее такой массе:

$\nu$ (С₂Н₅ОН) = m/М = 25/46 = 0,543 моль.

Запишем уравнение реакции горения этанола:

Объем кислорода, расходуемого при сгорании этанола:

V (O₂) = 25×3×22,4/46 = 36,5 л.

Согласно коэффициентам в уравнении реакции:

$\nu$ (О₂) = 3 $\nu$ (С₂Н₅ОН) = 1,63 моль,

$\nu$ (СО₂) = 2 $\nu$ (С₂Н₅ОН) = 1,09 моль.

Реакция газа СО₂ с известковой водой:

Количество вещества: $\nu$ (СаСО₃) = $\nu$ (СО₂) = 1,09 моль.

Это соответствует массе:

m (СаСО₃) = $\nu$ × М = 1,09×100 = 109 г.