Спирты

Предельные одноатомные и многоатомные спирты

Спиртами (или алканолами) называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько гидроксильных групп (групп $\mathit{—}\mathit{О}\mathit{Н}$), соединенных с углеводородным радикалом.

По числу гидроксильных групп (атомности) спирты делятся на:

— одноатомные, например:

$\underset{\mathit{м}\mathit{е}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{о}\mathit{л}\left(\mathit{м}\mathit{е}\mathit{т}\mathit{и}\mathit{л}\mathit{о}\mathit{в}\mathit{ы}\mathit{й}\mathit{с}\mathit{п}\mathit{и}\mathit{р}\mathit{т}\right)}{\mathit{C}{\mathit{H}}_3-\mathit{O}\mathit{H}}$ $\underset{\mathit{э}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{о}\mathit{л}\left(\mathit{э}\mathit{т}\mathit{и}\mathit{л}\mathit{о}\mathit{в}\mathit{ы}\mathit{й}\mathit{с}\mathit{п}\mathit{и}\mathit{р}\mathit{т}\right)}{\mathit{C}{\mathit{H}}_3-\mathit{C}{\mathit{H}}_2-\mathit{O}\mathit{H}}$

— двухатомные (гликоли), например:

$\underset{\mathit{э}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{д}\mathit{и}\mathit{о}\mathit{л}-1,2\left(\mathit{э}\mathit{т}\mathit{и}\mathit{л}\mathit{е}\mathit{н}\mathit{г}\mathit{л}\mathit{и}\mathit{к}\mathit{о}\mathit{л}\mathit{ь}\right)}{\mathit{O}\mathit{H}-\mathit{C}{\mathit{H}}_2-\mathit{C}{\mathit{H}}_2-\mathit{O}\mathit{H}}$

$\underset{\mathit{п}\mathit{р}\mathit{о}\mathit{п}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{д}\mathit{и}\mathit{о}\mathit{л}-1,3}{\mathit{H}\mathit{O}-\mathit{C}{\mathit{H}}_2-\mathit{C}{\mathit{H}}_2-\mathit{C}{\mathit{H}}_2-\mathit{O}\mathit{H}}$

— трехатомные, например:

По характеру углеводородного радикала выделяют следующие спирты:

— предельные, содержащие в молекуле лишь предельные углеводородные радикалы, например:

— непредельные, содержащие в молекуле кратные (двойные и тройные) связи между атомами углерода, например:

$\underset{\mathit{п}\mathit{р}\mathit{о}\mathit{п}\mathit{е}\mathit{н}-2-\mathit{о}\mathit{л}-1\left(\mathit{а}\mathit{л}\mathit{л}\mathit{и}\mathit{л}\mathit{о}\mathit{в}\mathit{ы}\mathit{й}\mathit{с}\mathit{п}\mathit{и}\mathit{р}\mathit{т}\right)}{\mathit{C}{\mathit{H}}_2=\mathit{C}\mathit{H}-\mathit{C}{\mathit{H}}_2-\mathit{O}\mathit{H}}$

— ароматические, т.е. спирты, содержащие в молекуле бензольное кольцо и гидроксильную группу, связанные друг с другом не непосредственно, а через атомы углерода, например:

Органические вещества, содержащие в молекуле гидроксильные группы, связанные непосредственно с атомом углерода бензольного кольца, существенно отличаются по химическим свойствам от спиртов и поэтому выделяются в самостоятельный класс органических соединений — фенолы. Например:

Существуют и полиатомные (многоатомные) спирты, содержащие более трех гидроксильных групп в молекуле. Например, простейший шестиатомный спирт гексаол (сорбит):

Номенклатура и изомерия

При образовании названий спиртов к названию углеводорода, соответствующего спирту, добавляют родовой суффикс -ол. Цифрами после суффикса указывают положение гидроксильной группы в главной цепи, а префиксами ди-, три-, тетра- и т. д. — их число:

В нумерации атомов углерода в главной цепи положение гидроксильной группы приоритетно перед положением кратных связей:

Начиная с третьего члена гомологического ряда, у спиртов появляется изомерия положения функциональной группы (пропанол-1 и пропанол-2), а с четвертого — изомерия углеродного скелета (бутанол-1, 2-метилпропанол-1). Для них характерна и межклассовая изомерия — спирты изомерны простым эфирам:

$\underset{\mathit{э}\mathit{т}\mathit{а}\mathit{н}\mathit{о}\mathit{л}}{\mathit{C}{\mathit{H}}_3-\mathit{C}{\mathit{H}}_2-\mathit{O}\mathit{H}}$ $\underset{\mathit{д}\mathit{и}\mathit{м}\mathit{е}\mathit{т}\mathit{и}\mathit{л}\mathit{о}\mathit{в}\mathit{ы}\mathit{й}\mathit{э}\mathit{ф}\mathit{и}\mathit{р}}{\mathit{C}{\mathit{H}}_3-\mathit{O}-\mathit{C}{\mathit{H}}_3}$

Физические и химические свойства спиртов

Физические свойства.

Спирты могут образовывать водородные связи как между молекулами спирта, так и между молекулами спирта и воды.

Водородные связи возникают при взаимодействии частично положительно заряженного атома водорода одной молекулы спирта и частично отрицательно заряженного атома кислорода другой молекулы. Именно благодаря водородным связям между молекулами спирты имеют аномально высокие для своей молекулярной массы температуры кипения. Так, пропан с относительной молекулярной массой $44$ при обычных условиях является газом, а простейший из спиртов — метанол, имея относительную молекулярную массу $32$, в обычных условиях — жидкость.

Низшие и средние члены ряда предельных одноатомных спиртов, содержащие от $1$ до $11$ атомов углерода, — жидкости. Высшие спирты (начиная с ${\mathit{С}}_{12}{\mathit{Н}}_{25}\mathit{О}\mathit{Н}$) при комнатной температуре — твердые вещества. Низшие спирты имеют характерный алкогольный запах и жгучий вкус, они хорошо растворимы в воде. По мере увеличения углеводородного радикала растворимость спиртов в воде понижается, а октанол уже не смешивается с водой.

Химические свойства.

Свойства органических веществ определяются их составом и строением. Спирты подтверждают общее правило. Их молекулы включают в себя углеводородные и гидроксильные радикалы, поэтому химические свойства спиртов определяются взаимодействием и влиянием друг на друга этих групп. Характерные для данного класса соединений свойства обусловлены наличием гидроксильной группы.

1. Взаимодействие спиртов со щелочными и щелочноземельными металлами. Для выявления влияния углеводородного радикала на гидроксильную группу необходимо сравнить свойства вещества, содержащего гидроксильную группу и углеводородный радикал, с одной стороны, и вещества, содержащего гидроксильную группу и не содержащего углеводородный радикал, — с другой. Такими веществами могут быть, например, этанол (или другой спирт) и вода. Водород гидроксильной группы молекул спиртов и молекул воды способен восстанавливаться щелочными и щелочноземельными металлами (замещаться на них):

$2\mathit{N}\mathit{a}+2{\mathit{H}}_2\mathit{O}=2\mathit{N}\mathit{a}\mathit{O}\mathit{H}+{\mathit{H}}_2\uparrow$,

$2\mathit{N}\mathit{a}+2{\mathit{C}}_2{\mathit{H}}_5\mathit{O}\mathit{H}=2{\mathit{C}}_2{\mathit{H}}_5\mathit{O}\mathit{N}\mathit{a}+{\mathit{H}}_2\uparrow$,

$2\mathit{N}\mathit{a}+2\mathit{R}\mathit{O}\mathit{H}=2\mathit{R}\mathit{O}\mathit{N}\mathit{a}+{\mathit{H}}_2\uparrow$.

2. Взаимодействие спиртов с галогеноводородами. Замещение гидроксильной группы на галоген приводит к образованию галогеналканов. Например:

${\mathit{C}}_2{\mathit{H}}_5\mathit{O}\mathit{H}+\mathit{H}\mathit{B}\mathit{r}\rightleftarrows {\mathit{C}}_2{\mathit{H}}_5\mathit{B}\mathit{r}+{\mathit{H}}_2\mathit{O}$.

Данная реакция обратима.

3. Межмолекулярная дегидратация спиртов — отщепление молекулы воды от двух молекул спирта при нагревании в присутствии водоотнимающих средств:

В результате межмолекулярной дегидратации спиртов образуются простые эфиры. Так, при нагревании этилового спирта с серной кислотой до температуры от $100$ до $140°\mathit{С}$ образуется диэтиловый (серный) эфир:

4. Взаимодействие спиртов с органическими и неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров (реакция этерификации):

Реакция этерификации катализируется сильными неорганическими кислотами.

Например, при взаимодействии этилового спирта и уксусной кислоты образуется уксусноэтиловый эфир — этилацетат:

5. Внутримолекулярная дегидратация спиртов происходит при нагревании спиртов в присутствии водоотнимающих средств до более высокой температуры, чем температура межмолекулярной дегидратации. В результате образуются алкены. Эта реакция обусловлена наличием атома водорода и гидроксильной группы при соседних атомах углерода. В качестве примера можно привести реакцию получения этена (этилена) при нагревании этанола выше $140°\mathit{С}$ в присутствии концентрированной серной кислоты:

6. Окисление спиртов обычно проводят сильными окислителями, например, дихроматом калия или перманганатом калия в кислой среде. При этом действие окислителя направляется на тот атом углерода, который уже связан с гидроксильной группой. В зависимости от природы спирта и условий проведения реакции могут образовываться различные продукты. Так, первичные спирты окисляются сначала в альдегиды, а затем в карбоновые кислоты:

При окислении вторичных спиртов образуются кетоны:

Третичные спирты достаточно устойчивы к окислению. Однако в жестких условиях (сильный окислитель, высокая температура) возможно окисление третичных спиртов, которое происходит с разрывом углерод-углеродных связей, ближайших к гидроксильной группе.

7. Дегидрирование спиртов. При пропускании паров спирта при $200\mathit{–}300°\mathit{С}$ над металлическим катализатором, например медью, серебром или платиной, первичные спирты превращаются в альдегиды, а вторичные — в кетоны:

Присутствием в молекуле спирта одновременно нескольких гидроксильных групп обусловлены специфические свойства многоатомных спиртов, которые способны образовывать растворимые в воде ярко-синие комплексные соединения при взаимодействии со свежеполученным осадком гидроксида меди (II). Для этиленгликоля можно записать:

Одноатомные спирты не способны вступать в эту реакцию. Поэтому она является качественной реакцией на многоатомные спирты.