- Спирты – это производные углеводородов, у которых один атом (или более) замещены на функциональную группу –ОН.
Примеры спиртов: СН3ОН (метиловый спирт), СН3-СН2-ОН (этиловый спирт).
- Фенолы – это соединения, в которых содержится ароматическое ядро и непосредственно связанная с ним группа –ОН.
Примеры фенолов: С6Н5-ОН (фенол), СН3-С6Н4-ОН (крезол).
Общая формула этих веществ – R-OH.
Спирты
Спирты
Существует несколько классификаций спиртов по различным критериям. По характеру органических радикалов подразделяют на:
- предельные – CnH2n+1OH;
- непредельные – CnH2n-1OH и CnH2n-3OH;
- ароматические – CnH2n-7OH;
- циклические.
По числу функциональных групп –ОН:
- одноатомные;
- двухатомные;
- многоатомные (трехатомные, четырехатомные, пятиатомные и шестиатомные).
А также по названию углеродного атома, связанного с группой –ОН:
- первичные (R-CH2-OH);
- вторичные (R-CH(R)-OH);
- третичные (C(R)3-OH).
Органические соединения, которые содержат гидроксильные группы, непосредственно связанные с атомами углерода ароматического кольца называют фенолами, и это уже другой самостоятельный класс соединений.
Физические свойства одноатомных и многоатомных спиртов
Одноатомные спирты – это вещества, имеющие одну группу –ОН, а многоатомные – несколько. Физические свойства спиртов объясняются способностью образовывать межмолекулярные водородные свойства. Они имеют высокую температуру кипения, жидкое агрегатное состояние и растворимость в воде. С увеличением углеродной цепи температура возрастает, а растворимость уменьшается. Простые спирты характеризуются специфическим запахом.
Химические свойства одноатомных спиртов
Они определяются присутствием группы –ОН, а также участием α-углеродного атома первичных и вторичных спиртов.
I. Кислотные свойства
Спирты проявляют кислотные свойства, но кислотами не являются, т.к. не реагируют с гидроксидами, оксидами и солями металлов. Константа кислот меньше константы воды. Разница обусловлена влиянием радикалов – чем больше частично отрицательный заряд на группе –ОН, тем сильнее кислород удерживает свой водород и тем меньше кислотные свойства. По гомологическому ряду кислотные свойства убывают.
- Взаимодействие спиртов с щелочными и щелочноземельными металлами
2 R-OH + 2 Me → 2 R-OMe + H2
- Взаимодействие с карбоновыми кислотами
R-COOH + R’-OH → R-COOR’ + H2O
- Взаимодействие с магнийорганическими соединениями
R-OH + CH3-MgCl → R-O-MgCl + CH4
- Взаимодействие с неорганическими кислотами
R-OH + HO-NO2 → R-O-NO2 + H2O
II. Основные свойства
Основные свойства проявляются себя в реакциях с сильными кислотами, образуя оксониевые соли с дальнейшими превращениями в галогенпроизводные. R-OH + HBr → R-Br + H2O
- Взаимодействие с галогенпроизводными (фосфор)
R-OH + PBr3 → R-Br + H3PO3
- Взаимодействие с галогенпроизводными (сера)
R-OH + SOCl2 → R-Cl + SO2 + HCl
III. Реакции замещения
Для спиртов характерны реакции замещения атома водорода в функциональной группе –ОН.
- Этерификация Образование сложных эфиров провоцирует взаимодействие одноатомных спиртов с различными кислотами. Катализатором реакции служат сильные неорганические кислоты.
СН3-С(О)-СН2-ОН + СН3-СН2-ОН → СН3-С(О)-О-СН2-СН3 + Н2О
Эта реакция обратима и для смещения равновесия в сторону сложного эфира необходимо провести нагревание в присутствии концентрированной серной кислоты.
- Взаимодействие спиртов с галогеноводородами Эта реакция также обратима.
R-OH + HCl → R-Cl + H2O
IV. Реакции отщепления
Для спиртов характерны реакции отщепления группы –ОН или водорода этой группы и водорода соседнего углеродного атома.
- Дегидратация спиртов
Данная реакция имеет два типа.
- Межмолекулярная дегидратация.
Одна молекула воды образуется в результате отщепления атома водорода от одной молекулы спирта и гидроксильной группы от другой. В ходе данной реакции образуется простой эфир. Катализатор – концентрированная серная кислота. Реакция проводится при высоких температурах.
R-OH + R’-OH → R-O-R’ + H2O
- Внутримолекулярная дегидратация.
Одна молекула отщепляется только от одной молекулы спирта. Эта реакция протекает в присутствии концентрированной серной кислоты и при нагревании.
CH3-CH2-OH → CH2=CH2 + H2O
При дегидратации несимметричных спиртов действует правило Зайцева.
- Межмолекулярная дегидратация.
- Дегидрирование спиртов
Эта реакция зависит от типа одноатомного спирта.
- Дегидрирование первичных спиртов
Проводится в присутствии меди и при нагревании. Образуется альдегид.
CH3-CH2-OH → CH3-CHO + H2
- Дегидрирование вторичных спиртов
СН3-СН(ОН)-СН3 → СН3-С(О)-СН3 + Н2
- Дегидрирование третичных спиртов
Третичные спирты не подвергаются данному типу реакций.
- Дегидрирование первичных спиртов
Дегидратация, подразумевает отщепление молекул воды.
Различают:
- межмолекулярную дегидратацию
При межмолекулярной дегидратации спиртов молекула воды образуется при отщеплении атома водорода от одной молекулы спирта и гидроксильной группы — от другой молекулы.
В результате этой реакции образуются соединения, относящиеся к классу простых эфиров (R-O-R):
2 C2H5OH = C2H5 – O – C2H5 + H2O (в присутсвии серной кислоты при нагревании)
- внутримолекулярную дегидратацию.
Внутримолекулярная дегидратация спиртов происходит так, что одна молекула воды отщепляется от одной молекулы спирта. Реакции протекает при более жестких условиях, заключающихся в необходимости использования заметно более сильного нагревания по сравнению с межмолекулярной дегидратацией. При этом из одной молекулы спирта образуется одна молекула алкена и одна молекула воды:
С2H5OH = C2H4 + H2
Для молекулы метанола реакция дегидратации невозможно, потому что молекула содержит один атом углерода. При дегидратации метанола возможно образование только простого эфира (CH3-O-CH3).
В случае дегидратации несимметричных спиртов внутримолекулярное отщепление воды будет протекать в соответствии с правилом Зайцева, т.е. водород будет отщепляться от наименее гидрированного атома углерода:
C4H9OH = C4H8 + H2O (реакция протекает в присутствии серной кислоты при нагревании до образовании бутена – 1)
V. Окисление
- Горение
Спирты хорошо горят и выделяют при этом тепло.
2 СН3-ОН + 3 О2 → 2 СО2 + 4 Н2О + Q
- Окисление
Эти реакции протекают в присутствии меди, хрома и других катализаторов.
Первичные спирты образуют альдегиды.
СН3-СН2-ОН + CuO → CH3CHO + Cu+ + H2O
Вторичные спирты при таких же условиях образуют кетоны.
СН3-СН2-СН(ОН)-СН3 + CuO → CH3-CH2-C(O)-CH3 + Cu+ + H2O
Третичные спирты не вступают в реакции окисления.
Химические свойства двухатомных спиртов (гликолей)
I. Кислотные свойства
Кислотные свойства гликолей выше, чем у одноатомных, что обусловлено отрицательным индуктивным эффектом одной группы –ОН на другую. Они способны реагировать с щелочными металлами, их оксидами и гидроксидами, но не могут с солями.
Один или оба атома водорода могут замещаться на атом металла в зависимости от условий.
II. Взаимодействие с гидроксидами тяжелых металлов
Эта реакция служит качественной реакцией на многоатомность, т.е. она характерна и для трехатомных спиртов.
III. Реакция этерификации
Сложные эфиры образуются при взаимодействии двухатомных спиртов с кислотами.
C6H5-ONa + CH3COCl → C6H5-OCO-CH3 + NaCl
Реакция обратима и катализируется сильными неорганическими кислотами.
Химические свойства трехатомных спиртов (алкантриолей)
Главнейшим представителем является глицерин. Он входит в состав жиров и липидов. Кислотные свойства алкантриолей выше, чем у двухатомных спиртов.
Взаимодействие глицерина с азотной кислотой:
HO-CH2-CH(OH)-CH2-OH + HO-NO2 → NO2-O-CH2-CH(O-NO2)-CH2-O-NO2 + 3 H2O
В результате реакции образуется тринитроглицерин – это масляная жидкость с большой взрывчатой силой.
Спирты применяют в органическом синтезе, при изготовлении биотоплива, растворителей, как душистое вещество в парфюмерии, как основу в алкогольной продукции и т.д.
Фенол
Фенол – это простейшее соединение класса фенолы, которое характеризуется непосредственно связью функциональной группы –ОН с бензольным кольцом. У атома кислорода есть неподеленная электронная пара, с помощью которой она проявляет положительный мезомерный эффект.
Физические свойства фенолов
Фенолы – это кристаллические вещества. Имеют плохую растворимость в холодной и хорошую в горячей воде и водных растворах щелочей. Обладают специфическим запахом. Характерна высокая температура плавления и кипения из-за способности создавать водородные связи.
Химические свойства фенолов
Электронная плотность на кислороде фенола уменьшается, а в ядре – увеличивается, вследствие строения соединения. Полярность связи О-Н увеличивается и возможны реакции замещения атома водорода под действием щелочей.
I. Кислотные свойства
Кислотные свойства фенолов выше, чем у спиртов. Но в отличии от них, фенолы – это слабые кислоты.
- Пропускание углекислого газа через соли фенола
C6H5-ONa + CO2 + H2O → C6H5-OH + NaHCO3
- Образование сложных эфиров
C6H5-OH + CH3-COCl → C6H5-O-CO-CH3 + HCl
II. Реакция галогенирования
Функциональная группа –ОН – заместитель первого рода, поэтому она обогащается бензольное кольцо электронной плотностью. Это значит, что заместители пойдут в орто- и параположения, относительно группы –ОН.
III. Реакция нитрования
При взаимодействии фенола с азотной кислотой образуется смесь из орто- и паранитрофенолов.
А при взаимодействии фенола с нитрующей смесью образуется 2,4,6 –тринитрофенола – это опасное взрывчатое вещество.
IV. Реакция присоединения
Фенолы – это ненасыщенные соединения, поэтому для них характерны реакции присоединения.
V. Качественные реакции
Качественной реакцией на фенолы служит взаимодействие его с кислотами Льюиса. В результате образуется комплекс фиолетового цвета.
Фенолы нашли широкое применение в получении фенилформальдегидных смол, синтетических волокон, красителей и лекарств. Пикриновая кислота – это опасное взрывчатое средство.
Смотри также:
- Характерные химические свойства углеводородов: алканов, циклоалканов, алкенов, диенов, алкинов, ароматических углеводородов (бензола и гомологов бензола, стирола)
- Характерные химические свойства альдегидов, карбоновых кислот, сложных эфиров
- Характерные химические свойства азотсодержащих органических соединений: аминов и аминокислот. Важнейшие способы получения аминов и аминокислот
Как вы считаете, материал был полезен?