Спирты
Спирты́ (устар. алкого́ли) — органические соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп (гидроксил, —OH), непосредственно связанных с атомом углерода в углеводородном радикале. Общая формула простых предельных (ациклических) спиртов CnH2n+1OH.
В обиходе слово «спирт» чаще означает просто этиловый спирт (этанол).
Классификация
По числу гидроксильных групп спирты могут быть одно-, двух-, трёха́томными и более. Одноатомные спирты также называют алкоголями, двухатомные — гликолями (этиленгликоль), трёхатомные — глицеринами (глицерол). Спирты, содержащие больше трёх групп —OH объединяют названием многоатомные спирты (ксилит, или ксилитол).
Высокомолекулярные спирты, содержащие 1—3 гидроксильные группы так же относят к жирным спиртам на основании их растворимости в жирах, и нерастворимости в воде.
В зависимости от характера углеводородного радикала спирты делятся на алифатические, алициклические и ароматические.
Ароматическими являются спирты, включающие бензольное кольцо, причём гидроксильная группа у них не связана непосредственно с углеродом бензольного кольца. Если же группа —OH присоединена непосредственно к бензольному кольцу, такие соединения называют фенолами (например, фенол — C6H5OH).
В зависимости от того, при каком атоме углерода находится группа —OH, различают спирты первичные, вторичные и третичные.
Названия алифатических одноатомных спиртов образуются из названия углеводорода с самой длинной углеродной цепью, содержащей гидроксильную группу, путём добавления суффикса -ол. Для многоатомных спиртов перед суффиксом -ол по-гречески (-ди-, -три-, ...) указывается количество гидроксильных групп.
Распространены также традиционные названия спиртов, например, этиловый спирт (этанол), этиленгликоль (этандиол), глицерин (пропантриол).
Физические свойства
Низшие спирты — жидкости (С 1 по 11), высшие спирты — твёрдые вещества (начиная с С12Н25ОН), похожие на парафин.
Уже первое соединение в гомологическом ряду спиртов — жидкость. Это обусловлено не столько увеличением молекулярной массы, сколько возникновением новых, по отношению к соответствующим углеводородам, межмолекулярных взаимодействий — водородных связей
Физико-химические свойства
Физико-химические свойства спиртов определяются в основном строением углеводородного радикала и функциональной группы -OH, а также их взаимным влиянием:
1) Чем больше радикал, тем сильнее он влияет на функциональную группу, снижая полярность связи O—Н, и реакции, основанные на разрыве этих связей, протекают более медленно.
2) Гидроксильная группа —ОН влияет на углеводородный радикал, уменьшая электронную плотность сигма — связей соседнего атома радикала, вызывая индуктивный эффект по всей углеродной цепи.
Химические свойства
1) Кислотные свойства:
Алифатические спирты — слабые кислоты, могут образовывать соли и комплексы с активными металлами. Например:
СН3—ОН + Na → СН3—О—Na + Н2
При увеличении количества электронакцепторных заместителей на углеводородном радикале, увеличивается кислотность соответствующих спиртов (например трифторэтанол более сильная кислота чем 2-фторэтанол, и оба фторированных спирта более сильные кислоты чем этанол). Полифторированные спирты (например трет-перфторбутанол) превосходят по pKa уксусную кислоту.
Соли одноатомных спиртов называются алкоголятами. Отдельные представители называются: CH3ONa — метилат натрия; C2H5ONa — этилат натрия. Алкоголяты представляют собой твердые вещества, растворимые в спирте. Они легко гидролизуются водой с образованием соответствующего спирта и щелочи:
СН3—ONa + H2O → СН3—ОН + NaOH
2) Взаимодействие с галогеноводородами:
R—OH + HHal → RHal + H2O
HF не вступает в эту реакцию так как его кислотность недостаточна. Для проведения этой реакции используют реактив Лукаса (Лукаша): безводный хлорид цинка, растворенный в концентрированной соляной кислоте. Реакция протекает быстрее всего с третичными спиртами, медленнее всего — с первичными. Данная реакция отображает способность спирта образовывать карбокатион.
3) Межмолекулярная дегидратация(образование простых эфиров):
R—OH + R'—OH → R—O—R' + H2O
Катализатором данной реакции служит кислота. Чаще всего используют серную кислоту. Легче всего реагируют третичные спирты.
4) Внутримолекулярная дегидратация: C2H5OH → CH2=CH2 + H2O Спирты дегидратируются по правилу Зайцева. Легче всего отщепляют воду третичные спирты. Межмолекулярная и внутримолекулярная дегидратация являются конкурирующими реакциями. Но вторая протекает при более высокой температуре.
5) Реакция этерификации
Спирты реагируют с кислотами при этом образуются сложные эфиры.
1)R—ОН + HNO3 → R—О—NO2 + Н2О
2)R'—OH + R—COOH → R—C(O)—OR' + H2O
Реакция является обратимой. Также при взаимодействии с неорганическими кислотами-окислителями(например с азотной) протекает побочная реакция — окисление.
6) Окисление спиртов Спирты окисляются легче, чем углеводороды. Первичные и вторичные спирты окисляются легче третичных. Первичные окисляются до альдегидов, вторичные — до кетонов. В случае первичных спиртов может протекать дальнейшее окисление образующихся альдегидов до соответствующих карбоновых кислот.
R—OH → R—CHO → R—COOH
Третичные спирты устойчивы к окислению, но сильные окислители расщепляют молекулу. При этом образуется кетон и кислота.
Способы получения
Окисление предельных углеводородов
Гидрирование альдегидов и кетонов
Взаимодействие галогенопроизводных углеводородов со щелочью (гидролиз галогеналканов):
R—Cl + NaOH → R—ОН + NaCl
Гидратацией непредельных углеводородов в присутствии концентрированной серной кислоты:
СН2=СН2 + Н2O → СН3—СН2—ОН
Спирты образуются при брожении сахаристых веществ.
Применение
Метанол и этанол широко применяются для переэтерификации жиров, как растворители.
В последнее время растет роль спиртов, как топлива (метанол — в топливных элементах, этанол и смеси с ним — в двигателях внутреннего сгорания).
Этиловый спирт употребляется при приготовлении различных алкогольных напитков
В медицине водно-этанольные растворы служат для приготовления экстрактов из лекарственных растений, а также для дезинфекции
В косметике и парфюмерии этанол — растворитель для духов, лосьонов и т. п. продуктов.
Интересные факты
Слово спиртовка стало нарицательным для обозначения нагревательных приборов, топливом в которых служил спирт.
В обиходе слово «спирт» чаще означает просто этиловый спирт (этанол).
Классификация
По числу гидроксильных групп спирты могут быть одно-, двух-, трёха́томными и более. Одноатомные спирты также называют алкоголями, двухатомные — гликолями (этиленгликоль), трёхатомные — глицеринами (глицерол). Спирты, содержащие больше трёх групп —OH объединяют названием многоатомные спирты (ксилит, или ксилитол).
Высокомолекулярные спирты, содержащие 1—3 гидроксильные группы так же относят к жирным спиртам на основании их растворимости в жирах, и нерастворимости в воде.
В зависимости от характера углеводородного радикала спирты делятся на алифатические, алициклические и ароматические.
Ароматическими являются спирты, включающие бензольное кольцо, причём гидроксильная группа у них не связана непосредственно с углеродом бензольного кольца. Если же группа —OH присоединена непосредственно к бензольному кольцу, такие соединения называют фенолами (например, фенол — C6H5OH).
В зависимости от того, при каком атоме углерода находится группа —OH, различают спирты первичные, вторичные и третичные.
Названия алифатических одноатомных спиртов образуются из названия углеводорода с самой длинной углеродной цепью, содержащей гидроксильную группу, путём добавления суффикса -ол. Для многоатомных спиртов перед суффиксом -ол по-гречески (-ди-, -три-, ...) указывается количество гидроксильных групп.
Распространены также традиционные названия спиртов, например, этиловый спирт (этанол), этиленгликоль (этандиол), глицерин (пропантриол).
Физические свойства
Низшие спирты — жидкости (С 1 по 11), высшие спирты — твёрдые вещества (начиная с С12Н25ОН), похожие на парафин.
Уже первое соединение в гомологическом ряду спиртов — жидкость. Это обусловлено не столько увеличением молекулярной массы, сколько возникновением новых, по отношению к соответствующим углеводородам, межмолекулярных взаимодействий — водородных связей
Физико-химические свойства
Физико-химические свойства спиртов определяются в основном строением углеводородного радикала и функциональной группы -OH, а также их взаимным влиянием:
1) Чем больше радикал, тем сильнее он влияет на функциональную группу, снижая полярность связи O—Н, и реакции, основанные на разрыве этих связей, протекают более медленно.
2) Гидроксильная группа —ОН влияет на углеводородный радикал, уменьшая электронную плотность сигма — связей соседнего атома радикала, вызывая индуктивный эффект по всей углеродной цепи.
Химические свойства
1) Кислотные свойства:
Алифатические спирты — слабые кислоты, могут образовывать соли и комплексы с активными металлами. Например:
СН3—ОН + Na → СН3—О—Na + Н2
При увеличении количества электронакцепторных заместителей на углеводородном радикале, увеличивается кислотность соответствующих спиртов (например трифторэтанол более сильная кислота чем 2-фторэтанол, и оба фторированных спирта более сильные кислоты чем этанол). Полифторированные спирты (например трет-перфторбутанол) превосходят по pKa уксусную кислоту.
Соли одноатомных спиртов называются алкоголятами. Отдельные представители называются: CH3ONa — метилат натрия; C2H5ONa — этилат натрия. Алкоголяты представляют собой твердые вещества, растворимые в спирте. Они легко гидролизуются водой с образованием соответствующего спирта и щелочи:
СН3—ONa + H2O → СН3—ОН + NaOH
2) Взаимодействие с галогеноводородами:
R—OH + HHal → RHal + H2O
HF не вступает в эту реакцию так как его кислотность недостаточна. Для проведения этой реакции используют реактив Лукаса (Лукаша): безводный хлорид цинка, растворенный в концентрированной соляной кислоте. Реакция протекает быстрее всего с третичными спиртами, медленнее всего — с первичными. Данная реакция отображает способность спирта образовывать карбокатион.
3) Межмолекулярная дегидратация(образование простых эфиров):
R—OH + R'—OH → R—O—R' + H2O
Катализатором данной реакции служит кислота. Чаще всего используют серную кислоту. Легче всего реагируют третичные спирты.
4) Внутримолекулярная дегидратация: C2H5OH → CH2=CH2 + H2O Спирты дегидратируются по правилу Зайцева. Легче всего отщепляют воду третичные спирты. Межмолекулярная и внутримолекулярная дегидратация являются конкурирующими реакциями. Но вторая протекает при более высокой температуре.
5) Реакция этерификации
Спирты реагируют с кислотами при этом образуются сложные эфиры.
1)R—ОН + HNO3 → R—О—NO2 + Н2О
2)R'—OH + R—COOH → R—C(O)—OR' + H2O
Реакция является обратимой. Также при взаимодействии с неорганическими кислотами-окислителями(например с азотной) протекает побочная реакция — окисление.
6) Окисление спиртов Спирты окисляются легче, чем углеводороды. Первичные и вторичные спирты окисляются легче третичных. Первичные окисляются до альдегидов, вторичные — до кетонов. В случае первичных спиртов может протекать дальнейшее окисление образующихся альдегидов до соответствующих карбоновых кислот.
R—OH → R—CHO → R—COOH
Третичные спирты устойчивы к окислению, но сильные окислители расщепляют молекулу. При этом образуется кетон и кислота.
Способы получения
Окисление предельных углеводородов
Гидрирование альдегидов и кетонов
Взаимодействие галогенопроизводных углеводородов со щелочью (гидролиз галогеналканов):
R—Cl + NaOH → R—ОН + NaCl
Гидратацией непредельных углеводородов в присутствии концентрированной серной кислоты:
СН2=СН2 + Н2O → СН3—СН2—ОН
Спирты образуются при брожении сахаристых веществ.
Применение
Метанол и этанол широко применяются для переэтерификации жиров, как растворители.
В последнее время растет роль спиртов, как топлива (метанол — в топливных элементах, этанол и смеси с ним — в двигателях внутреннего сгорания).
Этиловый спирт употребляется при приготовлении различных алкогольных напитков
В медицине водно-этанольные растворы служат для приготовления экстрактов из лекарственных растений, а также для дезинфекции
В косметике и парфюмерии этанол — растворитель для духов, лосьонов и т. п. продуктов.
Интересные факты
Слово спиртовка стало нарицательным для обозначения нагревательных приборов, топливом в которых служил спирт.
