Спирты и фенолы

Реферат

На тему : Спирты и фенолы

 

 

 

 

 студентки 1 курса

                                                                                          ФВМ 2-а группы

                                                                                           Ивановой Алины

                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Спирты́ (устар. алкого́ли, англ. alcohols; от лат. spiritus — дух) — органические соединения, содержащие одну или более гидроксильных групп (гидроксил, −OH), непосредственно связанных с насыщенным атомом углерода (находящемся в состоянии sp³ гибридизации)^[1]. Спирты можно рассматривать как производные воды (H−O−H), в которых один атом водорода замещен на органическую функциональную группу: R−OH.

Если  гидроксильная группа связана с  двойной C=C связью, такие соединения называют енолы. Если гидроксильная группа связана напрямую с бензольным кольцом, такие соединения называют фенолы.

Спирты  являются обширным и очень разнообразным  классом органических соединений: они  широко распространены в природе, имеют  важнейшее промышленное значение и  обладают исключительными химическими  свойствами.

Классификация спиртов

Спирты классифицируются следующим образом (в скобках  приведены примеры)^[5]:

• По числу гидроксильных групп:

— одноатомные спирты (метанол);  — двухатомные спирты (этиленгликоль);  — трехатомные спирты (глицерин);  — четырёхатомные спирты (пентаэритрит);  — многоатомные спирты (пятиатомный спирт: ксилит).
	трёхатомный спирт глицерин	четырёхатомный спирт пентаэритрит

• В зависимости от насыщенности углеводородного заместителя:

— предельные или насыщенные спирты (бутанол);  — непредельные или ненасыщенные спирты (аллиловый спирт, пропаргиловый спирт);  — ароматические спирты (бензиловый спирт).

• В зависимости от наличия или отсутствия цикла в углеводородном заместителе:

— алициклические спирты (циклогексанол);  — алифатические или ациклические спирты (этанол).

• В зависимости от того, при каком атоме углерода находится гидроксильная группа:

— первичные спирты (пропанол);  — вторичные спирты (изопропиловый спирт);  — третичные спирты (2-метилпропан-2-ол).

 

Многоатомные спирты

Примерами многоатомных спиртов  является двухатомный спирт этандиол (этиленгликоль) HO—CH₂—CH₂—OH и трехатомный спирт пропантриол-1,2,3 (глицерин) HO—CH₂—CH(OH)—CH₂—OH.  
 
Это бесцветные сиропообразные жидкости, сладкие на вкус, хорошо растворим в воде. Этиленгликоль ядовит. 
 
Химические свойства многоатомных спиртов по большей части сходны с химическими свойствами одноатомных спиртов, но кислотные свойства из-за влияния гидроксильных групп друг на друга выражены сильнее. 
 
Качественной реакцией на многоатомные спирты является их реакция с гидроксидом меди(II) в щелочной среде, при этом образуется ярко-синие растворы сложных по строению веществ. Например, для глицерина состав этого соединения выражается формулой Na₂[Cu(C₃H₆O₃)₂].

Номенклатура спиртов

По  номенклатуре ИЮПАК названия простых спиртов образуются от названий соответствующих алканов с добавлением суффикса «-ол», положение которого указывается арабской цифрой.

Правила построения названия спиртов (функциональная группа −OH):

1. Выбирается родительский углеводород  по самой длинной непрерывной  углеводородной цепи, содержащей  функциональную группу. Он формирует  базовое название (по числу атомов  углерода).

2. Родительский углеводород нумеруется  в направлении, которое дает  суффиксу функциональной группы  самое низкое число.

3. Если в соединении помимо функциональной  группы имеется другой заместитель,  суффикс функциональной группы  получает самое низкое число.

4. Если для суффикса функциональной  группы получено одно и то  же число в обоих направлениях, цепь нумеруется в направлении,  которое дает другому заместителю  самое низкое число.

5. Если имеется несколько заместителей, они перечисляются в алфавитном  порядке.

Имена заместителей ставятся перед именем родительского углеводорода, а суффикс  функциональной группы — после. ИЮПАК рекомендует цифру, характеризующую положение функциональной группы, писать сразу после имени углеводородного заместителя перед суффиксом функциональной группы.

Для многоатомных спиртов перед суффиксом -ол по-гречески (-ди-, -три-, …) указывается количество гидроксильных групп (например: пропан-1,2,3-триол).

[править] Рациональная и тривиальная номенклатура

Спирты, даже в научной литературе, часто  называются по правилам, отличным от современной  номенклатуры ИЮПАК. Очень распространённым является образование названия, как  производного от соответствующего алкана, преобразованного в прилагательное с добавлением слова спирт:

• этан С₂Н₆ → этиловый спирт C₂H₅OH;
• гексан С₆Н₁₄ → гексиловый спирт C₆H₁₃OH.

Рациональная номенклатура спиртов рассматривает их как производные метанола CH₃OH или по другому карбинола:

• (СH₃)₂CНOH → диметилкарбинол;
• (С₆H₅)₃COH → трифенилкарбинол.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Химические свойства:

1. Горение:

C₂H₅OH + 3O₂ 

 2CO₂ +3H₂O + Q

 

2. Реакции с щелочными и щелочноземельными металлами ("кислотные" свойства): 
   Атомы водорода гидроксильных групп молекул спиртов, также как и атомы водорода в молекулах воды, могут восстанавливаться атомами щелочных и щелочноземельных металлов ("замещаться" на них).

2Na + 2H—O—H 

 2NaOH + H₂  
2Na + 2R—O—H   2RONa + H₂

 
Атомы натрия легче восстанавливают  те атомы водорода, у которых больше положительный частичный заряд ( +). И в молекулах воды, и в молекулах спиртов этот заряд образуется за счет смещения в сторону атома кислорода, обладающего большой электроотрицательностью, электронных облаков (электронный пар) ковалентных связей.  
 
Молекулу спирта можно рассматривать как молекулу воды, в которой один из атомов водорода замещен углеводородным радикалом. А такой радикал, богатый электронными парами, легче, чем атом водорода, позволяет атому кислорода оттягивать на себя электронную пару связи R O. 
 
Атом кислорода как бы "насыщается", и за счет этого связь O—H оказывается менее поляризованной, чем в молекуле воды ( + на атоме водорода меньше, чем в молекуле воды).  
 
В результате атомы натрия труднее восстанавливают атомы водорода в молекулах спиртов, чем в молекулах воды, и реакция идет намного медленнее.  
 
Иногда, основываясь на этом, говорят, что кислотные свойства спиртов выражены слабее, чем кислотные свойства воды. 
 
Из-за влияния радикала кислотные свойства спиртов убывают в ряду 

метанол 

 первичные спирты   вторичные спирты   третичные спирты

 
С твердыми щелочами и с их растворами спирты не реагируют.

3. Реакции с галогеноводородами:

C₂H₅OH + HBr 

 C₂H₅Br + H₂O

 

4. Внутримолекулярная дегидратация (t > 140^oС, образуются алкены):

C₂H₅OH 

 C₂H₄ + H₂O

 

5. Межмолекулярная дегидратация (t < 140^oС, образуются простые эфиры):

2C₂H₅OH 

 C₂H₅OC₂H₅ + H₂O

 

6. Окисление (мягкое, до альдегидов):

CH₃CH₂OH + CuO 

 CH₃—CHO + Cu + H₂O

 
Это качественная реакция на спирты: цвет осадка изменяется с черного  на розовый, ощущается своеобразный "фруктовый" запах альдегида).

 

Физические  свойства

Спирты  геометрически подобны молекуле воды. Угол R−O−H в молекуле метанола равен 109°. Гидроксильный кислород находится в состоянии sp³ гибридизации:

Подобно воде, спирты имеют существенно более  высокие температуры плавления  и кипения, чем можно было бы предполагать на основании физических свойств  родственных соединений.

Так, из ряда монозамещенных производных метана, метанол имеет необычно высокую температуру кипения, несмотря на относительно небольшую молекулярную массу

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Получение спиртов

1. Щелочной гидролиз галогеналканов (лабораторный способ): C₂H₅Cl + NaOH  C₂H₅OH + NaCl.
2. Гидратация алкенов: C₂H₄ + H₂O   C₂H₅OH.
3. Брожение глюкозы : C₆H₁₂O₆   2C₂H₅OH + 2CO₂ .
4. Синтез метанола: CO + 2H₂   CH₃OH

Общие химические методы получения спиртов

Спирты могут  быть получены из самых разных классов  соединений, таких как углеводороды, алкилгалогениды, амины, карбонильные соединения, эпоксиды. Существует множество методов получения спиртов, среди которых выделим наиболее общие:

• реакции окисления — основаны на окислении углеводородов (реже — галогенпроизводных углеводородов), содержащих кратные или активированные C−H связи;

В качестве окислительных  агентов для алканов и циклоалканов используются сильные неорганические окислители: озон, перманганат калия, оксид хрома (VI), хромовая кислота, диоксид селена, а также пероксид водорода и некоторые пероксикислоты. Из-за возможности более глубокого окисления, метод имеет значение, как правило, только для получения третичных спиртов^:]:

Окисление алкенов значительно более распространено в лабораторной практике, особенно когда речь идёт о получении диолов. В зависимости от выбора реагента можно осуществить син-гидроксилирование (тетраоксид осмия, перманганат калия, хлорат натрия, иод с карбоксилатом серебра и пр.) или анти-гидроксилирование (пероксид водорода и пероксикислоты, оксиды молибдена (VI) и вольфрама (VI), оксид селена (IV) и пр.)^[67]:

Алкены также могут гидроксилироваться в аллильное положение синглетным кислородом с миграцией двойной связи и образованием гидропероксидов, которые затем восстанавливаются до спиртов^[68]:

Важным препаративным методом является окисление галогенпроизводных углеводородов надпероксидом калия^[69].

• реакции восстановления — восстановление карбонильных соединений: альдегидов, кетонов, карбоновых кислот и сложных эфиров;

Для восстановления альдегидов или кетонов, обычно, пользуются борогидридом натрия или калия, а также алюмогидридом лития в протонном растворителе^[68]:

Восстановление  сложных эфиров и карбоновых кислот производится алюмогидридом или борогидридом лития, а также некоторыми другими комплексными гидридами^[68]:

• реакции гидратации — кислотно-катализируемое присоединение воды к алкенам (гидратация);

Реакция имеет промышленное значение (например: синтез этанола), однако в лабораторной практике часто замещается реакцией оксимеркурирования-демеркурирования алкенов или гидроборированием алкенов с их последующим окислением:

• реакции присоединения:

• присоединение синтез-газа, формальдегида, оксирана по кратным углеводородным связям;

Простейший пример такой реакции — промышленный синтез метанола:

Среди других вариантов  использования:

• присоединение нуклеофилов к карбонильным соединениям;