Характерные химические свойства предельных одноатомных и многоатомных спиртов, фенола

  • 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), СН36Н4-ОН (крезол).

    Общая формула этих веществ – R-OH. 


Спирты

Классификация спиртов

Существует несколько классификаций спиртов по различным критериям. По характеру органических радикалов подразделяют на:

  1. предельные – CnH2n+1OH;
  2. непредельные – CnH2n-1OH и CnH2n-3OH;
  3. ароматические – CnH2n-7OH;
  4. циклические. 

По числу функциональных групп –ОН:

  1. одноатомные;
  2. двухатомные;
  3. многоатомные (трехатомные, четырехатомные, пятиатомные и шестиатомные).

А также по названию углеродного атома, связанного с группой –ОН:

  1. первичные (R-CH2-OH);
  2. вторичные (R-CH(R)-OH);
  3. 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.

  1. Взаимодействие спиртов с щелочными и щелочноземельными металлами

    2 R-OH + 2 Me → 2 R-OMe + H2


  2. Взаимодействие с карбоновыми кислотами

    R-COOH + R’-OH → R-COOR’ + H2O


  3. Взаимодействие с магнийорганическими соединениями

    R-OH + CH3-MgCl → R-O-MgCl + CH4 


  4. 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

  1. Взаимодействие с галогенпроизводными (фосфор)

    R-OH + PBr3 → R-Br + H3PO3 


  2. 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. 

  1. 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. 


  2. 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. 

  1. 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’ + H2


    • 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 + H2

      При дегидратации несимметричных спиртов действует правило Зайцева. 


  2. 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. 

Дегидратация, подразумевает отщепление молекул воды.  

Различают:

  1. 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)


  2. 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

  1. Горение

    Спирты хорошо горят и выделяют при этом тепло.

    2 СН3-ОН + 3 О2 → 2 СО2 + 4 Н2О + Q 


  2. 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+ + H2

    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. 

Химические свойства двухатомных спиртов (гликолей)

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.  

Взаимодействие с гидроксидами тяжелых металлов 

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. 

Химические свойства фенолов

 
  1. Пропускание углекислого газа через соли фенола

    C6H5-ONa + CO2 + H2O → C6H5-OH + NaHCO3


  2. 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. 

Реакция галогенирования

III. Реакция нитрования

При взаимодействии фенола с азотной кислотой образуется смесь из орто- и паранитрофенолов. 

Реакция нитрования

А при взаимодействии фенола с нитрующей смесью образуется 2,4,6 –тринитрофенола – это опасное взрывчатое вещество. 

А при взаимодействии фенола с нитрующей смесью образуется 2,4,6 –тринитрофенола

IV. Реакция присоединения

Фенолы – это ненасыщенные соединения, поэтому для них характерны реакции присоединения. 

Реакция 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:

29 сентября 2020, 10:09

Комментарии

Для добавления комментариев необходимо авторизоваться.