Спирты

Определение
Спирты – это производные углеводородов, содержащие в молекуле одну или несколько гидроксильных групп – OH у насыщенных атомов углерода.

Классификация спиртов по строению УВ радикала:
Спирты
Ароматические
Предельные (Алканолы)
CH3OH
метанол
C6H5CH2OH
фенилметанол
Непредельные
Алкенолы
Алкинолы
CH2=CH-CH2OH
Пропен-2-ол-1
HC≡C-CH2OH
Прорин-2-ол-1

Классификация спиртов по атомности:
Спирты
Многоатомные
Одноатомные
C2H5OH
Этанол
Двухатомные
Трехатомные
CH2(OH)-CH2(OH)
Этандиол-1,2
CH2(OH)-CH2(OH)-CH2(OH)
Пропандиол-1,2,3

H
Предельные одноатомные спирты
CnH2n+1OH

Изомерия и номенклатура:
Название спиртов включает в себя наименование соответствующего углеводорода с добавлением суффикса -ол (положение гидроксильной группы указывают цифрой) или к названию углеводородного радикала добавляется слово "спирт"; также часто встречаются тривиальные (бытовые) названия:
СН3–ОН – метанол, метиловый спирт;
СН3–СН2–ОН – этанол, этиловый спирт;
СН3–СН–СН3 – пропанол-2, изопропиловый спирт.
I
OH

Изомерия
Для спиртов характерна структурная изомерия:
1) изомерия положения ОН-группы (начиная с С3);
2) углеродного скелета (начиная с С4);
Например, формуле C4H9OH соответствует изомеры:
3) межклассовая изомерия с простыми эфирами
Например:
этиловый спирт СН3CH2–OH и диметиловый эфир CH3–O–CH3

Электронное строение
Строение самого простого спирта — метилового (метанола)
Из электронной формулы видно, что кислород в молекуле спирта имеет две неподеленные электронные пары.
Свойства спиртов и фенолов определяются строением гидроксильной группы, характером ее химических связей, строением углеводородных радикалов и их взаимным влиянием.

Физические свойства спиртов
Предельные одноатомные спирты от C1 до C12 — жидкости. Высшие спирты — мазеобразные вещества, от C21 и выше — твердые вещества.
Все спирты легче воды (плотность ниже единицы). Температура кипения спиртов нормального строения повышается с увеличением молекулярной массы. Это объясняется тем, что молекулы спирта, как и воды, являются ассоциированными жидкостями за счет водородных связей, возникающих между молекулами:
. . . : H—O : . . . H—O : . . . H—O : . . .
| | |
R R R
Водородная связь-это особый вид связи, который возникает между достаточно высоким положительным зарядом атомом водорода и электро-отрицательным атомом др. молекулы

Химические свойства
Свойства спиртов ROH определяются наличием полярных связей
Oδ-–Hδ+ и Cδ+–Oδ-, и неподеленных электронных пар на атоме кислорода.
При реакции спиртов возможно разрушение одной из двух связей:
C–OH (с отщеплением гидроксильной группы) или O–H
(с отщеплением водорода). Это могут быть реакции замещения, в которых происходит замена OH или H, или элиминирование (отщепление), когда образуется двойная связь. На реакционную способность спиртов большое влияние оказывает строение радикалов, связанных с гидроксильной группой.

Реакции с разрывом связи RO–H
1) - Спирты реагируют с щелочными и щелочноземельными металлами, образуя солеобразные соединения – алкоголяты. Со щелочами спирты не взаимодействуют.
2СH3CH2CH2OH + 2Na → 2СH3CH2CH2ONa + H2↑
2СH3CH2OH + Сa → (СH3CH2O)2Ca + H2↑
2) - В присутствии воды алкоголяты гидролизуются:
(СH3)3С–OK + H2O → (СH3)3C–OH + KOH
Это означает, что спирты – более слабые кислоты, чем вода.

Окисление спиртов:
1) Под действием мягкого окислителя (CuO)первичные спирты окисл. в альдегиды, вторичные в кислоты, третичные не окисл.
Первичныый спирт:
H3C-CH2-CH2OH + CuO t H3C-CH2-CH=O + Cu +H2O
Вторичный спирт:
CH3-CH(OH)-CH3 +CuO t CH3-C-CH3 + Cu +H2O
O
2) Окисление первичных адноатомных спиртов более сильным окислителем приводит к образованию карбоновых кислот
5CH3OH + 4KMnO4 + 6H2SO4 = 5HCOOH + MnSO4 + 2K2SO4 + 11H2O.
С(-2) -4e --> C(+2) /20 /5/
Mn(+7) +5e --> Mn(+2) /20/ 4/

При полном окислении спиртов
1) Взаимодействие с кислотой с образованием сложного эфира (Реакция Этерефикации)
Взаимодействие с органическими кислотами приводит к образованию сложных эфиров.
O O
II II
CH3–C--OH + H --OC2H5 ←H2SO4→ CH3–C–O–C2H5 + H2O
(уксусноэтиловый эфир (этилацетат))
В общем виде:
O O
II H+ II
R–C--OH + H--OR’ ←→ R–C–O–R’ + H2O

2.Гидратация алкенов (согласно правилу В.В. Марковникова):
СH3–СH=CH2 + H2O ––H+→ СH3–CH– СH3
I OH
3. Спирты горят:
2С3H7ОH + 9O2 → 6СO2 + 8H2O
4.Взаимодействие с амиаком
C2H5OH+HNH2 (Al2O3) C2H5NH2 + H2O
5.Спирты взаимодействуют с хлорводородом:
C2H5OH + HCl C2H5Cl + H2O

6.Межмолекулярная дегидратация:
R--OH + H--O–R –– t°,H2SO4→ R–O–R(простой эфир) + H2O

Получение
В промышленности.
Метанол синтезируют из синтез-газа на катализаторе (ZnO, Сu) при 250°C и давлении 5-10 МПа:
СО + 2Н2 → СН3ОН
Ранее метанол получали сухой перегонкой древесины без доступа воздуха.
Этанол получают:
гидратацией этилена (Н3РО4; 280°C; 8 МПа)
СН2=СН2 + Н2О → СН3–СН2–ОН
брожением крахмала (или целлюлозы):
крахмал → С6Н12О6(глюкоза) ––ферменты→ 2С2Н5ОН + 2СО2↑
(источник крахмала – зерно, картофель)

В лаборатории.
Гидратация алкенов (согласно правилу В.В. Марковникова):
СH3–СH=CH2 + H2O ––H+→ СH3–CH– СH3 I
OH
Гидролиз галогенопроизводных углеводородов:
СH3–СH2–Br + H2O ↔ СH3–CH2–OH + HBr
Чтобы сдвинуть равновесие вправо, добавляют щёлочь, которая связывает образующийся HBr.

Восстановление карбонильных соединений:
Альдегиды образуют первичные спирты, а кетоны – вторичные.
O
II
СH3–СH2 – C ––2[H]→ СH3–CH2CH2–OH
I
H
СH3-- C --CH3 ––2[H]→ CH3--CH--СH3
II I
O OH

Межмолекулярная дегидратация даёт простые эфиры
R--OH + H--O–R –– t°,H2SO4→ R–O–R(простой эфир) + H2O
CH3–CH2--OH + H--O–CH2–CH3 ––t°<140°C,H2SO4→
CH3–CH2–O–CH2–CH3(диэтиловый эфир) + H2O
Обе реакции конкурируют между собой. Увеличение температуры и разбавление инертным растворителем благоприятствуют внутримолекулярному процессу.