Спирты (11)

1. Спирты

2. Классификация

Спирты – это гидроксисоединения, в которых группа ОН соединена с алифатическим углеводородным
радикалом R-OH, то есть ОН-группа не соединена напрямую с бензольным кольцом.
1. По числу гидроксильных групп:
• одноатомные спирты —одна группа –ОН: CnH2n+1OH или CnH2n+2O.
• двухатомные —две группы ОН: CnH2n(OH)2 или CnH2n+2O2.
• трехатомные спирты —три группы ОН: CnH2n-1(OH)3 или CnH2n+2O3.
Многоатомные спирты с двумя и тремя гидроксогруппами у одного атома углерода R‒CH(OH)2 или RC(OH)3 неустойчивы, от них легко отрывается вода и образуется карбонильное или карбоксильное
соединения соответственно.

3.

2. По числу углеводородных радикалов у атома углерода при гидроксильной группе
• Первичные спирты – группа ОН соединена с первичным атомом углерода.
• Вторичные спирты – группа ОН соединена с вторичным атомом углерода.
• Третичные спирты – группа ОН соединена с третичным атомом углерода.
Метанол не относится ни к первичным, ни к вторичным, ни к третичным спиртам.
3. По строению углеводородного радикала
• Предельные спирты – группа ОН соединена с предельным радикалом.
• Непредельные спирты – группа ОН соединена с непредельным радикалом.
Непредельные спирты, в которых гидроксильная группа соединена с атомом углерода при двойной
связи (алкенолы), неустойчивы и изомеризуются в соответствующие карбонильные соединения.
• Ароматические спирты – содержат в радикале ароматическое кольцо, не связанное непосредственно с
группой ОН.

4. Строение и физические свойства

В молекулах спиртов, помимо связей С–С и С–Н, присутствуют ковалентные полярные химические связи
О–Н и С–О. Электронная плотность обеих связей смещена к более электроотрицательному атому
кислорода:
• Спирты образуют межмолекулярные водородные связи. Поэтому одноатомные спирты – жидкости с
относительно высокой температурой кипения (температура кипения метанола +64,5оС). Температуры
кипения многоатомных спиртов значительно выше.
• Водородные связи образуются не только между молекулами спиртов, но и между молекулами спиртов
и воды. Поэтому спирты очень хорошо растворимы в воде. Молекулы спиртов в воде гидратируются.
Чем больше углеводородный радикал, тем меньше растворимость спирта в воде. Чем больше ОН-групп
в спирте, тем больше растворимость в воде.
Низшие спирты (метанол, этанол, пропанол, изопропанол, этиленгликоль и глицерин) смешиваются с
водой в любых соотношениях.

5. Номенклатура

• По систематической номенклатуре к названию углеводорода добавляют суффикс «-ОЛ» и цифру,
указывающую номер атома углерода, к которому присоединена гидроксильная группа.
Нумерация ведется от ближайшего к ОН-группе конца цепи.
• По радикально-функциональной номенклатуре названия спиртов составляют от названий
углеводородных радикалов, соединенных с группой ОН, с добавлением слова «спирт».
Например: СН3ОН – метиловый спирт, С2Н5ОН – этиловый спирт и т.д.
• В названиях многоатомных спиртов количество групп ОН указывают суффиксами -диол в при наличии
двух ОН-групп, -триол при наличии трех ОН-групп и т.д. После этого добавляют номера атомов
углерода, связанных с гидроксильными группами.
Например, пропандиол-1,2 (пропиленгликоль):

6. Изомерия

Для спиртов характерна структурная изомерия
1. Изомерия углеродного скелета характерна для спиртов, которые содержат не менее четырех атомов
углерода.
2. Межклассовые изомеры — с простыми эфирами. Общая формула и спиртов, и простых эфиров —
CnH2n+2О.
Этиловый спирт
Диметиловый эфир
СН3–CH2–OH
CH3–O–CH3
3. Изомеры с различным положением группы ОН отличаются положением гидроксильной группы в
молекуле. Такая изомерия характерна для спиртов, которые содержат три или больше атомов углерода.

7. Химические свойства

1. Кислотные свойства – разрыв связи О-Н
Спирты – неэлектролиты; кислотные свойства у них выражены слабее, чем у воды.
1.1. Взаимодействие с металлами (щелочными и щелочноземельными)
При этом образуются алкоголяты (метилаты/этилаты/пропилаты и т.д.). При взаимодействии с металлами
спирты ведут себя, как кислоты.
Алкоголяты под действием воды или кислот необратимо разлагаются с выделением спирта и
гидроксида/соли металла.
Многоатомные спирты также реагируют с активными металлами:

8.

1.2. Взаимодействие с гидроксидом меди (II)
Многоатомные спирты взаимодействуют с раствором гидроксида меди (II) в присутствии щелочи, образуя
комплексные соли – синие растворы (качественная реакция на многоатомные спирты). Сама реакция на
ЕГЭ не нужна.
1.3. Этерификация (образование сложных эфиров)
Одноатомные и многоатомные спирты вступают в реакции с карбоновыми и неорганическими
кислотами, образуя сложные эфиры.

9.

Если в реакции этерификации этиленгликоля участвует двухосновная кислота (терефталиевая), то
возможно получение полиэфира (реакция поликонденсации):
Продуктом такой реакции является лавсан - полиэтилентерефталат (ПЭТФ, PET).
2. Реакции замещения группы ОН
2.1. Взаимодействие с галогеноводородами
При взаимодействии спиртов с галогеноводородами группа ОН замещается на галоген и образуется
галогеналкан.

10.

2.2. Взаимодействие с аммиаком
Гидроксогруппу спиртов можно заместить на аминогруппу при нагревании спирта с аммиаком на
катализаторе.
2.3. Внутримолекулярная дегидратация
При высокой температуре (больше 140оС) в присутствии серной кислоты или с катализатором Al2O3 при
нагревании с образованием алкена.
Отщепление воды от несимметричных спиртов проходит в соответствии с правилом Зайцева: водород
отщепляется от менее гидрогенизированного атома углерода.

11.

2.4. Межмолекулярная дегидратация
При низкой температуре (меньше 140оС) происходит межмолекулярная дегидратация. Продуктом
реакции является простой эфир. В реакции могут использоваться разные молекулы спиртов.
3. Окисление спиртов
В зависимости от интенсивности и условий окисление можно условно разделить на каталитическое,
мягкое и жесткое.
Первичный спирт → альдегид → карбоновая кислота
Метанол → формальдегид → углекислый газ
Вторичные спирты → кетоны
• Типичные окислители: мягкие - оксид меди (II), кислород в присутствии катализатора; жесткие перманганат калия KMnO4, дихромат калия K2Cr2O7.
Легкость окисления спиртов уменьшается в ряду: метанол < первичные спирты < вторичные спирты <
третичные спирты.

12.

3.1. Окисление оксидом меди (II)
Cпирты можно окислить оксидом меди (II) при нагревании. При этом медь восстанавливается до простого
вещества. Первичные спирты окисляются до альдегидов, вторичные до кетонов, а метанол окисляется до
метаналя.
3.2. Окисление кислородом в присутствии катализатора
Cпирты можно окислить кислородом в присутствии катализатора (медь, серебро, оксид хрома (III) и др.).
Первичные спирты окисляются до альдегидов, вторичные до кетонов, а метанол окисляется до метаналя.

13.

3.3. Жесткое окисление
При жестком окислении под действием перманганатов или соединений хрома (VI) первичные спирты
окисляются до карбоновых кислот, вторичные спирты окисляются до кетонов, метанол окисляется до
углекислого газа. При нагревании первичного спирта с перманганатом или дихроматом калия в кислой
среде может образоваться также альдегид, если его сразу удаляют из реакционной смеси.
Третичные спирты окисляются только в жестких условиях (в кислой среде при высокой температуре) под
действием сильных окислителей: перманганатов или дихроматов. При этом происходит разрыв
углеродной цепи и могут образоваться углекислый газ, карбоновая кислота или кетон, в зависимости от
строения спирта. В ЕГЭ окисления третичных спиртов нет.

14.

3.4. Горение спиртов
Образуются углекислый газ и вода и выделяется большое количество теплоты.
4. Дегидрирование спиртов
При нагревании спиртов в присутствии медного или серебряного катализатора протекает реакция
дегидрирования. При дегидрировании метанола и первичных спиртов образуются альдегиды, при
дегидрировании вторичных спиртов образуются кетоны.

15. Получение

1. Щелочной гидролиз галогеналканов
При взаимодействии галогеналканов с водным раствором щелочей образуются спирты. Атом галогена в
галогеналкане замещается на гидроксогруппу.
2. Гидратация алкенов

16.

3. Гидрирование карбонильных соединений
Присоединение водорода к альдегидам и кетонам протекает при нагревании в присутствии катализатора.
При гидрировании альдегидов образуются первичные спирты, при гидрировании кетонов — вторичные
спирты, а из формальдегида образуется метанол.

17.

4. Окисление алкенов холодным водным раствором перманганата калия
Алкены реагируют с водным раствором перманганата калия без нагревания. При этом образуются
двухатомные спирты (гликоли).
5. Промышленное получение метанола из «синтез-газа»
Каталитический синтез метанола из монооксида углерода и водорода при 300-400°С и давления 500 атм в
присутствии смеси оксидов цинка, хрома и др.
CO + 2H2 ⇄ CH3OH
6. Получение этанола спиртовым брожением глюкозы
Для глюкозы характерно ферментативное брожение, то есть распад молекул на части под действием
ферментов. Один из вариантов — спиртовое брожение.

18.

7. Гидролиз сложных эфиров (кислотный или щелочной)
8. Гидратация этиленоксида

19. Применение

• Одноатомные спирты применяют в синтезе формальдегида, ацетальдегида, ацетона,
уксусной кислоты, диэтилового эфира, сложных эфиров карбоновых кислот, в
производстве красителей, синтетических волокон, душистых веществ, лекарственных
препаратов, моющих средств, в пищевой промышленности.
• Этиленгликоль ядовит, тогда как глицерин нетоксичен и даже используется в качестве
пищевой добавки (Е422).
• Водные растворы этиленгликоля имеют очень низкую температуру замерзания (до –70
°C). Благодаря этому этиленгликоль применяется в качестве компонента незамерзающих
жидкостей — антифризов, использующихся в системах охлаждения автомобильных
двигателей.
• Глицерин хорошо поглощает влагу (обладает свойством гигроскопичности). Поэтому он
используется в качестве увлажняющего компонента при производстве различных мазей,
кремов и других косметических средств. Так же, как и этиленгликоль, глицерин
применяется в производстве антифризов.

20.

Простые эфиры
Простые эфиры – это производные спиртов, в которых водород гидроксильной группы замещен на
углеводородный радикал.
• Название простых эфиров чаще всего строится по радикально-функциональной номенклатуре: за
основу молекулы берется атом кислорода, а углеводородные части молекулы рассматриваются
как радикалы, они перечисляются в алфавитном порядке перед конструкцией «овый эфир».
• Также в конце вместо “овый эфир” можно использовать суффикс “ат”.
метилпропиловый эфир (или метилпропилат)
• В рамках школьного курса простые эфиры являются инертными веществами и не вступают в
химические превращения.

21. Получение

1. Межмолекулярная дегидратация спиртов.
Это простейший способ:
2. Реакция Вильямсона, алкилирование алкоголятов галогеналканами.
Эта реакция более универсальна, можно получать простые эфиры произвольного строения, в т.ч.
эфиры фенолов: