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), 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:

1. предельные – C_nH_2n+1OH;
2. непредельные – C_nH_2n-1OH и C_nH_2n-3OH;
3. ароматические – C_nH_2n-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’ + 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. 



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⁺ + 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. 

 

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. 

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