Тема: Кислородсодержащиеорганические соединения. Спирты фенолы

Классификация кислородсодержащих
органических соединений

П р и м е р ы: муравьиная кислота, щавелевая кислота, лимонная, яблочная, молочная кислоты, «винный спирт» (этанол), формалин (40%-й раствор муравьиного альдегида в воде), глицерин, ацетон, эфир для наркоза (диэтиловый эфир), фенол.

Классификацию спиртов, альдегидов и кислот можно проводить по числу функциональных групп в молекулах. Различают одно-, двух- и трехатомные спирты:

Альдегиды с двумя альдегидными группами СНО в молекуле называют следующим образом:

Карбоновые кислоты в зависимости от числа карбоксильных групп в молекуле бывают одно-, двух- и трехосновные:

Кислородсодержащие соединения различаются по строению углеводородного радикала. Они бывают предельные (насыщенные), непредельные (ненасыщенные), циклические, ароматические.

Примеры спиртов:

Примеры альдегидов:

Примеры карбоновых кислот:

Номенклатура
кислородсодержащих соединений

По международной номенклатуре ИЮПАК названия спиртов производят из названий соответствующих алканов с добавлением суффикса «ол».

Название по ИЮПАК	Формула спирта	Тривиальное название
Метанол	СН3ОН	Метиловый спирт
Этанол	СН3СН2ОН	Этиловый спирт
Пропанол	СН3СН2СН2ОН	Пропиловый спирт
Изопропанол	(СН3)2СНОН	Изопропиловый спирт

Спирты - органические соединения, в состав молекул которых входит одна или несколько гидроксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом.

По числу гидроксильных групп в молекуле спирты делятся на одноатомные, двухатомные трехатомные и т. д.

Одноатомные спирты:	Двухатомный спирт:	Трехатомный спирт:
CH3—OH метанол (метиловый спирт)	CH3CH2—OH этанол (этиловый спирт)	HO—CH2—CH2—OH этандиол-1, 2 (этиленгликоль)	пропантриол-1, 2, 3 (глицерин)

 

Одноатомные спирты

Общая формула одноатомных спиртов - R—OH.

По типу углеводородного радикала спирты делятся на предельные, непредельные и ароматические.

Предельный спирт:	Непредельный спирт:	Ароматический спирт:
CH3CH2CH2—OH пропанол-1 (пропиловый спирт)	CH2=CH—CH2—OH пропенол-2, 1 (аллиловый спирт)	C6H5—CH2—OH фенилметанол (бензиловый спирт)

Общая формула предельных одноатомных спиртов - C _n N_{2 n +1}—OH.

Органические вещества, содержащие в молекуле гидроксильные группы, непосредственно связанные с атомами углерода бензольного кольца называются фенолами. Например, C₆H₅—OH - гидроксобензол (фенол).

По типу атома углерода, с которым связана гидроксильная группа, различают первичные (R—CH₂—OH), вторичные (R—CHOH—R') и третичные (RR'R''C—OH) спирты.

Первичный спирт:	Вторичный спирт:	Третичный спирт:
CH3CH2CH2CH2—OH бутанол-1 (бутиловый сприт)	бутанол-2 (втор -бутиловый спирт)	2-метилпропанол-2 (трет -бутиловый спирт)

C _n N _2n+2 O - общая формула и предельных одноатомных спиртов, и простых эфиров.

Предельные одноатомные спирты изомерны простым эфирам - соединениям с общей формулой R—O—R'.

 

 

Изомеры и гомологи

г о м о л о г и	CH3OH метанол
CH3CH2OH этанол		CH3OCH3 диметиловый эфир
CH3CH2CH2OH пропанол-1	пропанол-2		CH3OCH2CH3 метилэтиловый эфир
CH3(CH2)3OH бутанол-1	бутанол-2	2-метил-пропанол-2	2-метил-пропанол-1	CH3OCH2CH2CH3 метилпропиловый эфир	CH3CH2OCH2CH3 диэтиловый эфир
	и з о м е р ы

Для спиртов характерна структурная изомерия (изомерия углеродного скелета, изомерия положения заместителя или гидроксильной группы), а также межклассовая изомерия.

Алгоритм составления названий одноатомных спиртов

Найдите главную углеродную цепь - это самая длинная цепь атомов углерода, с одним из которых связана функциональная группа.

Пронумеруйте атомы углерода в главной цепи, начиная с того конца, к которому ближе функциональная группа.

Назовите соединение по алгоритму для углеводородов.

В конце названия допишите суффикс -ол и укажите номер атома углерода, с которым связана функциональная группа.

Физические свойства спиртов во многом определяются наличием между молекулами этих веществ водородных связей:

С этим же связана и хорошая растворимость в воде низших спиртов.

Простейшие спирты - жидкости с характерными запахами. С увеличением числа атомов углерода температура кипения возрастает, а растворимость в воде падает. Температура кипения у первичных спиртов больше, чем у вторичных спиртов, а у вторичных - больше, чем у третичных. Метанол крайне ядовит.

Химические свойства спиртов

Горение:

C₂H₅OH + 3O₂ 2CO₂ +3H₂O + Q

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.

Реакции с галогеноводородами:

C₂H₅OH + HBr C₂H₅Br + H₂O

 

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

C₂H₅OH C₂H₄ + H₂O

 

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

2C₂H₅OH C₂H₅OC₂H₅ + H₂O

 

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).

Получение спиртов

Щелочной гидролиз галогеналканов (лабораторный способ): C₂H₅Cl + NaOH C₂H₅OH + NaCl.

Гидратация алкенов: C₂H₄ + H₂O C₂H₅OH.

Брожение глюкозы: C₆H₁₂O₆ 2C₂H₅OH + 2CO₂ .

Синтез метанола: CO + 2H₂ CH₃OH

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 растворимы 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].

Фенолы

Важнейшим представителем фенолов является фенол (гидроксобензол, старые названия - гидроксибензол, оксибензол) C₆H₅—OH.

Физические свойства фенола: твердое бесцветное вещество с резким запахом; ядовит; при комнатной температуре заметно растворим в воде, водный раствор фенола называют карболовой кислотой.

Химические свойства

Кислотные свойства. Кислотные свойства фенола выражены сильнее, чем у воды и предельных спиртов, что связано с большей полярностью O—H связи и с большей устойчивостью образующегося при ее разрыве фенолят-иона. В отличие от спиртов, фенолы реагируют не только с щелочными и щелочноземельными металлами, но и с растворами щелочей, образуя феноляты:

2C6H5OH + 2Na	2C6H5ONa	+ H2
	фенолят натрия

 

C₆H₅OH + NaOH C₆H₅ONa + H₂O

Однако кислотные свойства фенола выражены слабее, чем у карбоновых кислот и, тем более, у сильных неорганических.

Замещение в бензольном кольце. Наличие гидроксильной группы в качестве заместителя в молекуле бензола приводит к перераспределению электронной плотности в сопряженной -системе бензольного кольца, при этом увеличивается электронная плотность у 2-го, 4-го и 6-го атомов углерода (орто - и пара -положения) и уменьшается у 3-го и 5-го атомов углерода (мета -положение).

а) Реакция с бромной водой (качественная реакция):

+ 3Br2

+ 3HBr

Образуется 2, 4, 6-трибромфенол - осадок белого цвета.

б) Нитрование (при комнатной температуре):

C₆H₅—OH + HNO₃(разб.) H₂O + O₂N—C₆H₄—OH (смесь орто - и пара -изомеров)

 

+ 3HNO3(конц.) 3H2O +

По вторй реакции образуется 2, 4, 6-тринитрофенол (пикриновая кислота).

Поликонденсация фенола с формальдегидом (по этой реакции происходит образование фенолформальдегидной смолы:

 

Качественная реакция с хлоридом железа(III). Образуется комплексное соединение фиолетового цвета.