Спирты: Часть 1

Видео

Конспект

Лекция: "Спирты"

Классификация кислородсодержащих органических соединений

Существует огромное разнообразие органических соединений, в состав которых наряду с углеродом и водородом входит кислород. Атом кислорода содержится в различных функциональных группах, определяющих принадлежность соединения к конкретному классу. Выделяют три основные кислородсодержащие функциональные группы: гидроксильная группа (спирты и фенолы), карбонильная группа (альдегиды и кетоны) и карбоксильная группа (карбоновые кислоты). Соединения каждого класса образуют производные. Например, к производным спиртов относятся простые эфиры, а к производным карбоновых кислот галогенангидриды, ангидриды, сложные эфиры, амиды и нитрилы. Кроме того, существует ряд полифункциональных соединений, включающих в состав несколько функциональных групп: гидроксикетоны, гидроксикислоты, кетокислоты и т.д. К важнейшим полифункциональным соединениям относятся углеводы, молекулы которых, как правило, включают гидроксильные и карбонильные группы.

Спирты. Классификация

Спирты – это кислородсодержащие органические соединения, содержащие гидроксильную группу.

В зависимости от количества гидроксильных групп различают одноатомные (этанол), двухатомные (этиленгликоль), трехатомные (глицерин) спирты и т.д. Спирты, содержащие несколько групп -ОН, объединяют общим названием многоатомные спирты. По типу атома углерода, с которым связана гидроксильная группа, спирты классифицируют как первичные, вторичные и третичные. По природе углеводородного радикала выделяют алифатические (насыщенные и ненасыщенные) и ароматические спирты, причём у последних гидроксильная группа не связана с атомом углерода бензольного кольца.

Номенклатура

В соответствии с номенклатурой ИЮПАК названия спиртов образуют, добавляя суффикс -ол к названию углеводорода. В качестве основной цепи выбирают самую длинную и самую разветвлённую углеродную цепь, содержащую гидроксильную группу. Нумерацию цепи начинают с того конца, ближе к которому расположена гидроксильная группа. В широко распространенной радикально-функциональной номенклатуре название спирта производится от соответствующего углеводородного радикала с добавлением слова <<спирт>>. Приведём примеры:

$\mathrm{CH_3-CH_2-OH}$

этанол

(этиловый спирт),

первичный спирт

$\begin{array}{c}

\mathrm{CH_3-CH-CH_3}\\[2pt]

|\\[2pt]

\mathrm{OH}

\end{array}$

2-пропанол

(изопропиловый спирт),

вторичный спирт

$\begin{array}{c}

\mathrm{CH_3}\\[2pt]

|\\[2pt]

\mathrm{CH_3-C-OH}\\[2pt]

|\\[2pt]

\mathrm{CH_3}

\end{array}$

2-метил-2-пропанол

(трет-бутиловый спирт),

третичный спирт

Для некоторых спиртов общеупотребимы тривиальные названия:

image3 image4

Изомерия

Для спиртов характерны два вида изомерии: структурная изомерия и пространственная изомерия.

Спиртам свойственны три варианта структурной изомерии:

изомерия углеродного скелета,

изомерия положения функциональной группы,

межклассовая изомерия с простыми эфирами.

Пространственная изомерия, а именно оптическая изомерия, возможна в том случае, если в молекуле спирта имеется асимметрический атом углерода. Так, например, бутанол-2 существует в виде пары энантиомеров.

Физические свойства

За счёт наличия сильнополярной связи О–Н спирты образуют межмолекулярные водородные связи. Из-за дополнительной ассоциации молекул повышаются температуры кипения и температуры плавления: например, метанол при комнатной температуре является жидкостью, а близкие по массе углеводороды – газы при этих же условиях.

Метанол, этанол, пропанол-1, пропанол-2 неограниченно смешиваются с водой, с увеличением длины радикала растворимость падает. Низшие спирты – бесцветные жидкости с характерным запахом и вкусом, высшие – белые твёрдые вещества без запаха. Метанол представляет собой опасный яд, поражающий нервную и сердечно-сосудистую систему. Попадание в организм 80–150 мл метанола обычно смертельно. Токсичность метанола состоит в том, что в организме он окисляется до формальдегида, вызывающего слепоту и запускающего ряд губительных процессов. Особая опасность метанола объясняется тем, что по вкусу и запаху он неотличим от этилового спирта. Вместе с тем противоядием для метанола служит именно этанол.

Простейшие многоатомные спирты представляют собой вязкие сиропообразные жидкости, сладкие на вкус, смешиваются с водой в любых соотношениях. Смесь равных частей этиленгликоля и воды применяют как антифриз.

Химические свойства

Кислотные свойства. Спирты проявляют слабые кислотные свойства. При взаимодействии с щелочными, щелочноземельными металлами и гидридами щелочных металлов образуются соли спиртов – алкоголяты.

$\mathrm{2CH_3CH_2OH + 2Na \longrightarrow 2CH_3CH_2ONa + H_2}$

C увеличением в молекуле числа алкильных заместителей, обладающих $+I$-эффектом, уменьшается устойчивость алкоголята, а значит, убывают кислотные свойства спирта. По уменьшению кислотных свойств низкомолекулярные спирты можно расположить в следующей последовательности: $$

\mathrm{H_2O > MeOH > EtOH > i-PrOH > t-BuOH}.

$$

Вода обладает более выраженными кислотными свойствами, поэтому в присутствии влаги алкоголяты подвергаются необратимому гидролизу:

$\mathrm{C_2H_5OK + H_2O \longrightarrow C_2H_5OH + KOH}$