Прежде чем приступить к изучению спиртов необходимо разобраться с природой -OH группы и ее влияние на соседние атомы.

Функциональными груп­пами называются группы ато­мов, которые обуславливают характерные химические свой­ства данного класса веществ.

Строение молекул спир­тов R-OH . Атом кислорода, входящий в гидроксильную группу молекул спиртов, резко отличается от атомов водорода и углерода по способности притяги­вать и удерживать электронные пары. В молекулах спиртов имеются полярные связи C-O и O-H .

Учитывая полярность связи O-H и значительный положительный заряд на атоме водорода, говорят, что водород гидроксильной группы имеет «кислотный » характер. Этим он резко отли­чается от атомов водорода, вхо­дящих в углеводородный ради­кал. Атом кислорода гидро­ксильной группы имеет части­чный отрицательный заряд и две неподеленные электрон­ные пары, что дает возмож­ность молекулам спирта обра­зовывать водородные связи .

По химическим свойствам фенолы отличаются от спиртов, что вызвано взаимным влиянием в молекуле фенола гидроксильной группы и бензольного ядра (фенил - C 6 H 5). Это влияние сводится к тому, что π-электроны бензольного ядра частично вовлекают в свою сферу неподеленные электронные пары атома кислорода гидроксильной группы, в результате чего уменьшается электронная плотность у атома кислорода. Это сни­жение компенсируется за счет большей поляризации связи О-Н, что в свою очередь приводит к увеличе­нию положительного заряда на атоме водорода:

Следовательно, водород гидроксильной группы в молекуле фенола имеет кислотный характер .

Влияние атомов в молекулах фенола и его про­изводных взаимно. Гидроксильная группа оказы­вает влияние на плотность π-электронного облака в бензольном кольце. Она понижается у атома угле­рода, связанного с ОН-группой (т. е. у 1-го и 3-го атомов углерода, метаположение) и повышается у соседних атомов углерода - 2, 4, 6-го - орто — и пара- положения.

Водородные атомы бензола в орто- и парапо­ложениях становятся более подвижными и легко замещаются на другие атомы и радикалы.

Альдегиды имеют общую формулу , где карбонильная группа

Атом углерода в кар­бонильной группе sр 3 -гибридизорован. Атомы, не­посредственно с ним связанные, находятся в одной плоскости. Вследствие большой электроотрицательности атома кислорода по сравнению с угле­родным атомом связь C=O сильно поляризована за счет смещения электронной плотности π-связи к кислороду:

Под влиянием карбонильного атома углеро­да в альдегидах увеличивается полярность связи C-H, что повышает реакционноспособность этого атома H.

Карбоновые кислоты содержат функциональ­ноную группу

Называемую карбоксильной группой, или карбоксилом. Так она названа потому, что состоит из карбонильной группы

и гидроксильной -OH.

В карбоновых кислотах гидроксильная группа связана с углеводородным радикалом и карбониль­ной группой. Ослабление свя­зи между кислородом и водо­родом в гидроксильной группе объясняется разностью элек­троотрицательностей атомов углерода, кислорода и водоро­да. Атом углерода приобрета­ет некоторый положительный заряд. Этот атом углерода притягивает к себе электронное облако от атома кис­лорода гидроксильной группы. Компенсируя сме­щенную электронную плотность, атом кислорода гидроксильной группы оттягивает к себе электрон­ное облако соседнего атома водорода. Связь O-H в гидроксильной группе становится более полярной, и атом водорода приобретает большую подвижность.

Предельные одноатомные и многоатомные спирты

Спиртами (или алканолами) называются орга­нические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько гидроксильных групп (групп -ОН), соединенных с углеводородным радикалом.

По числу гидроксильных групп (атомности) спир­ты делятся на:

· Одноатомные , например:

· Двухатомные (гликоли), например:

· Трехатомные , например:

По характеру углеводородного радикала выде­ляют следующие спирты:

· Предельные , содержащие в молекуле лишь пре­дельные углеводородные радикалы, например:

· Непредельные , содержащие в молекуле крат­ные (двойные и тройные) связи между атомами углерода, например:

· Ароматические , т. е. спирты, содержащие в мо­лекуле бензольное кольцо и гидроксильную группу, связанные друг с другом не непосред­ственно, а через атомы углерода, например:

Органические вещества, содержащие в моле­куле гидроксильные группы, связанные непосред­ственно с атомом углерода бензольного кольца, су­щественно отличаются по химическим свойствам от спиртов и поэтому выделяются в самостоятель­ный класс органических соединений - фенолы . Например:

Существуют и полиатомные (многоатомные) спирты, содержащие более трех гидроксильных групп в молекуле. Например, простейший шести­атомный спирт гексанол (сорбит):

Изомерия и номенклатура спиртов

При образовании названий спиртов к назва­нию углеводорода, соответствующего спирту, до­бавляют (родовой) суффикс -ол . Цифрами после суффикса указывают положение гидроксильной группы в главной цепи, а префиксами ди-, три-, тетра- и т. д. - их число:

В нумерации атомов углерода в главной цепи положение гидроксильной группы приоритетно перед положением кратных связей:

Начиная с третьего члена гомологического ря­да, у спиртов появляется изомерия положения функциональной группы (пропанол-1 и пропа­нол-2), а с четвертого - изомерия углеродного скелета (бутанол-1, 2-метилпропанол-1). Для них характерна и межклассовая изомерия - спирты изомерны простым эфирам:

Спирты могут образовывать водородные связи как между молекулами спирта, так и между моле­кулами спирта и воды.

Водородные связи возникают при взаимодей­ствии частично положительно заряженного атома водорода одной молекулы спирта и частично отри­цательно заряженного атома кислорода другой молекулы. Именно благодаря водородным связям между молекулами спирты имеют аномально высо­кие для своей молекулярной массы температуры кипения. Так, пропан с относительной молекуляр­ной массой 44 при обычных условиях является га­зом, а простейший из спир­тов - метанол, имея отно­сительную молекулярную мас­су 32, в обычных условиях - жидкость.

Свойства органических веществ определяются их составом и строением. Спирты подтверждают общее правило. Их молекулы включают в себя угле­водородные и гидроксильные радикалы, поэтому химические свойства спиртов определяются взаи­модействием и влиянием друг на друга этих групп.

Характерные для данного класса соединений свойства обусловлены наличием гидроксильной группы.

1. Взаимодействие спиртов со щелочными и щелочноземельными металлами . Для выявления влияния углеводородного радикала на гидроксиль­ную группу необходимо сравнить свойства веще­ства, содержащего гидроксильную группу и угле­водородный радикал, с одной стороны, и вещества, содержащего гидроксильную группу и не содержа­щего углеводородный радикал, - с другой. Таки­ми веществами могут быть, например, этанол (или другой спирт) и вода. Водород гидроксильной груп­пы молекул спиртов и молекул воды способен вос­станавливаться щелочными и щелочноземельными металлами (замещаться на них):

2. Взаимодействие спиртов с галогеноводоро­дами. Замещение гидроксильной группы на гало­ген приводит к образованию галогеналканов. На­пример:

Данная реакция обратима.

3. Межмолекулярная дегидратация спиртов - отщепление молекулы воды от двух молекул спир­та при нагревании в присутствии водоотнимающих средств:

В результате межмолекулярной дегидратации спиртов образуются простые эфиры. Так, при на­гревании этилового спирта с серной кислотой до температуры от 100 до 140 °С образуется диэтило­вый (серный) эфир.

4. Взаимодействие спиртов с органическими и неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров (реакция этерификации ):

Реакция этерификации катализируется силь­ными неорганическими кислотами .

Например, при взаимодействии этилового спир­та и уксусной кислоты образуется уксусноэтило­вый эфир - этилацетат:

5. Внутримолекулярная дегидратация спир­тов происходит при нагревании спиртов в присут­ствии водоотнимающих средств до более высокой температуры, чем температура межмолекулярной дегидратации. В результате образуются алкены. Эта реакция обусловлена наличием атома водоро­да и гидроксильной группы при соседних атомах углерода. В качестве примера можно привести ре­акцию получения этена (этилена) при нагревании этанола выше 140 °С в присутствии концентриро­ванной серной кислоты:

6. Окисление спиртов обычно проводят силь­ными окислителями, например, дихроматом ка­лия или перманганатом калия в кислой среде. При этом действие окислителя направляется на тот атом углерода, который уже связан с гидро­ксильной группой. В зависимости от природы спирта и условий проведения реакции могут обра­зовываться различные продукты. Так, первичные спирты окисляются сначала в альдегиды, а затем в карбоновые кислоты:

При окислении вторичных спиртов образуются кетоны:

Третичные спирты достаточно устойчивы к окислению . Однако в жестких условиях (силь­ный окислитель, высокая температура) возможно окисление третичных спиртов, которое происходит с разрывом углерод-углеродных связей, ближай­ших к гидроксильной группе.

7. Дегидрирование спиртов . При пропускании паров спирта при 200-300 °С над металлическим катализатором, например медью, серебром или платиной, первичные спирты превращаются в аль­дегиды, а вторичные - в кетоны:

8. Присутствием в молекуле спирта одновремен­но нескольких гидроксильных групп обусловлены специфические свойства многоатомных спиртов, которые способны образовывать растворимые в во­де ярко-синие комплексные соединения при взаимодействии со свежеполученным осадком гидроксида меди (II). Для этиленгликоля можно записать:

Одноатомные спирты не способны вступать в эту реакцию. Поэтому она является качествен­ной реакцией на многоатомные спирты .

Химические свойства спиртов - конспект

Отдельные представители спиртов и их значение

Метанол (метиловый спирт CH 3 OH) - бесцветная жид­кость с характерным запа­хом и температурой кипения 64,7 °С. Горит чуть голубова­тым пламенем. Историческое название метанола - дре­весный спирт объясняется одним из путей его полу­чения способом перегонки твердых пород дерева (греч. methy - вино, опьянеть; hule - вещество, древесина).

Метанол требует осторожного обращения при работе с ним. Под действием фермента алкогольдегидрогеназы он превращает­ся в организме в формальде­гид и муравьиную кислоту, которые повреждают сетчат­ку глаза, вызывают гибель зрительного нерва и полную потерю зрения. Попадание в организм более 50 мл метанола вызывает смерть.

Этанол (этиловый спирт C 2 H 5 OH) - бесцветная жидкость с характерным запахом и температу­рой кипения 78,3 °С. Горюч. Смешивается с водой в любых соотношениях. Концентрацию (крепость) спирта обычно выражают в объемных процентах. «Чистым» (медицинским) спиртом называют про­дукт, полученный из пищевого сырья и содержа­щий 96 % (по объему) этанола и 4 % (по объему) воды. Для получения безводного этанола - «аб­солютного спирта» этот продукт обрабатывают ве­ществами, химически связывающими воду (оксид кальция, безводный сульфат меди (II) и др.).

Для того чтобы сделать спирт, используемый в технических целях, непригодным для питья, в него добавляют небольшие количества трудноот­делимых ядовитых, плохо пахнущих и имеющих отвратительный вкус веществ и подкрашивают. Содержащий такие добавки спирт называют дена­турированным, или денатуратом.

Этанол широко используется в промышленности для производства синтетического каучука, лекар­ственных препаратов, применяется как раствори­тель, входит в состав лаков и красок, парфюмерных средств. В медицине этиловый спирт - важнейшее дезинфицирующее средство. Используется для при­готовления алкогольных напитков.

Небольшие количества этилового спирта при попадании в организм человека снижают болевую чувствительность и блокируют процессы торможе­ния в коре головного мозга, вызывая состояние опьянения. На этой стадии действия этанола увели­чивается водоотделение в клетках и, следователь­но, ускоряется мочеобразование, в результате чего происходит обезвоживание организма.

Кроме того, этанол вызывает расширение крове­носных сосудов. Усиление потока крови в кожных капиллярах приводит к покраснению кожи и ощу­щению теплоты.

В больших количествах этанол угнетает дея­тельность головного мозга (стадия торможения), вызывает нарушение координации движений. Про­межуточный продукт окисления этанола в организ­ме - ацетальдегид - крайне ядовит и вызывает тяжелое отравление.

Систематическое употребление этилового спир­та и содержащих его напитков приводит к стой­кому снижению продуктивности работы головного мозга, гибели клеток печени и замене их соедини­тельной тканью - циррозу печени.

Этандиол-1,2 (этиленгликоль) - бесцветная вязкая жидкость. Ядовит. Неограниченно раство­рим в воде. Водные растворы не кристаллизуются при температурах значительно ниже 0 °С, что по­зволяет применять его как компонент незамерзаю­щих охлаждающих жидкостей - антифризов для двигателей внутреннего сгорания.

Пролактриол-1,2,3 (глицерин) - вязкая сиропо­образная жидкость, сладкая на вкус. Неограниченно растворим в воде. Нелетуч. В качестве составной ча­сти сложных эфиров входит в состав жиров и масел.

Широко используется в косметике, фармацевтиче­ской и пищевой промышленностях. В косметических средствах глицерин играет роль смягчающего и успо­каивающего средства. Его до­бавляют к зубной пасте, чтобы предотвратить ее высыхание.

К кондитерским изделиям глицерин добавляют для пре­дотвращения их кристаллиза­ции. Им опрыскивают табак, в этом случае он действует как увлажнитель, предотвращаю­щий высыхание табачных листьев и их раскрошива- ние до переработки. Его добавляют к клеям, чтобы предохранить их от слишком быстрого высыхания, и к пластикам, особенно к целлофану. В последнем случае глицерин выполняет функции пластификато­ра, действуя наподобие смазки между полимерными молекулами и, таким образом, придавая пластмассам необходимую гибкость и эластичность.

Низшие и средние члены ряда предельных одноатом­ных спиртов, содержащих от 1 до 11 атомов углерода, - жидкости. Высшие спирты (начиная с С 12 Н 25 ОН) при комнатной температуре - твердые вещества. Низшие спирты имеют характерный алкогольный запах и жгучий вкус, они хорошо растворимы в во­де. По мере увеличения углеводородного радикала растворимость спиртов в воде понижается, а окта- нол уже не смешивается с водой.

Справочный материал для прохождения тестирования:

Таблица Менделеева

Таблица растворимости

Наряду с углеводородами С а Н в , в состав которых входят атомы двух видов – С и Н, известны кислородсодержащие органические соединения типа С а Н в О с . В теме 2 мы рассмотрим кислородсодержащие соединения, различающиеся:
1) числом атомов О в молекуле (один, два или более);
2) кратностью связи углерод–кислород (одинарная С–О или двойная С=О);
3) видом атомов, соединенных с кислородом (С–О–Н и С–О–С).

Урок 16.
Одноатомные предельные спирты

Спиртами называют производные углеводородов общей формулы RОН, где R – углеводородный радикал. Формула спирта получается из формулы соответствующего алкана заменой атома Н на группу ОН: RН RОН.
Вывести химическую формулу спиртов можно иначе, включая атом кислорода О между атомами
С–Н молекулы углеводорода:

RН RОН, СН 3 –Н СН 3 –О–Н.

Гидроксильная группа ОН является функциональной группой спиртов . То есть группа ОН – особенность спиртов, она обусловливает главные физические и химические свойства этих соединений.

Общая формула одноатомных предельных спиртов – С n H 2n +1OH.

Названия спиртов получают из названий углеводородов с таким же числом атомов С, как в спирте, добавлением суффикса -ол- . Например:

Название спиртов как производных соответствующих алканов характерно для соединений с линейной цепью. Положение группы ОН в них – при крайнем или при внутреннем атоме
С – указывают цифрой после названия:

Названия спиртов – производных разветвленных углеводородов – составляют обычным образом. Выбирают главную углеродную цепь, которая должна включать атом С, соединенный с группой ОН. Нумеруют атомы С главной цепи таким образом, чтобы углерод с группой ОН получил меньший номер:

Название cоставляют, начиная с цифры, указывающей положение заместителя в главной углеродной цепи: «3-метил…» Затем называют главную цепь: «3-метилбутан...» Наконец добавляют суффикс -ол- (название группы ОН) и цифрой указывают атом углерода, с которым связана группа ОН: «3-метилбутанол-2».
Если заместителей при главной цепи несколько, их перечисляют последовательно, указывая цифрой положение каждого. Повторяющиеся заместители в названии записывают с помощью приставок «ди-», «три-», «тетра-» и т.д. Например:

Изомерия спиртов. Изомеры спиртов имеют одинаковую молекулярную формулу, но разный порядок соединения атомов в молекулах.
Два вида изомерии спиртов:
1) изомерия углеродного скелета;
2) изомерия положения гидроксильной группы в молекуле.
Представим изомеры спирта С 5 Н 11 ОН этих двух видов в линейно-уголковой форме записи:

По числу атомов С, связанных со спиртовым (–С–ОН) углеродом, т.е. соседних с ним, спирты называют первичными (один сосед С), вторичными (два С) и третичными (три С-заместителя при углероде –С–ОН). Например:

Задача. Составьте по одному изомеру спиртов молекулярной формулы С 6 Н 13 ОН с главной углеродной цепью:

а) С 6 , б) С 5 , в) С 4 , г) С 3

и назовите их.

Решение

1) Записываем главные углеродные цепи с заданным числом атомов С, оставляя место для атомов Н (их укажем позже):

а) С–С–С–С–С–С; б) С–С–С–С–С; в) С–С–С–С; г) С–С–С.

2) Произвольно выбираем место присоединения группы ОН к главной цепи и при внутренних атомах С указываем углеродные заместители:

В примере г) нет возможности разместить три заместителя СН 3 – при атоме С-2 главной цепи. У спирта С 6 Н 13 ОН нет изомеров с трехуглеродной главной цепью.

3) Расставляем атомы Н при углеродах главной цепи изомеров а)–в), руководствуясь валентностью углерода С(IV), и называем соединения:

УПРАЖНЕНИЯ.

1. Подчеркните химические формулы предельных одноатомных спиртов:

СН 3 ОН, С 2 Н 5 ОН, СН 2 =СНСН 2 ОН, СНССН 2 ОН, С 3 Н 7 ОН,

СН 3 СНО, С 6 Н 5 СН 2 ОН, С 4 Н 9 ОН, С 2 Н 5 ОС 2 Н 5 , НОСН 2 СН 2 ОН.

2. Назовите следующие спирты:

3. Составьте структурные формулы по названиям спиртов: а) гексанол-3;
б) 2-метилпентанол-2; в) н-октанол; г) 1-фенилпропанол-1; д) 1-циклогексилэтанол.

4. Составьте структурные формулы изомеров спиртов общей формулы С 6 Н 13 ОН:
а) первичного; б) вторичного; в) третичного . Назовите эти спирты.

5. По линейно-уголковым (графическим) формулам соединений запишите их структурные формулы и дайте названия веществам:

Урок 17. Получение спиртов

Низкомолекулярные спирты – метанол СН 3 ОН, этанол С 2 Н 5 ОН, пропанол С 3 Н 7 ОН, а также изопропанол (СН 3) 2 СНОН – бесцветные подвижные жидкости со специфическим алкогольным запахом. Высокие температуры кипения: 64,7 °С – СН 3 ОН, 78 °С – С 2 Н 5 ОН, 97 °С – н -С 3 Н 7 ОН и 82 °С – (СН 3) 2 СНОН – обусловлены межмолекулярной водородной связью , существующей в спиртах. Спирты С (1) –С (3) смешиваются с водой (растворяются) в любых соотношениях. Эти спирты, особенно метанол и этанол, наиболее широко используются в промышленности.

1. Метанол синтезируют из водяного газа:

2. Этанол получают гидратацией этилена (присоединением воды к С 2 Н 4):

3. Другой способ получения этанола – сбраживание сахаристых веществ под действием дрожжевых ферментов. Процесс спиртового брожения глюкозы (виноградного сахара) имеет вид:

4. Этанол получают из крахмала , а также из древесины (целлюлозы) путем гидролиза до глюкозы и последующего сбраживания в спирт:

5. Высшие спирты получают из галогенпроизводных углеводородов гидролизом под действием водных растворов щелочей:

Задача. Как из пропана получить пропанол-1?

Решение

Из пяти предложенных выше способов получения спиртов ни в одном не рассмотрено получение спирта из алкана (пропана и т.п.). Поэтому синтез пропанола-1 из пропана будет включать несколько стадий. По способу 2 спирты получают из алкенов, которые в свою очередь доступны при дегидрировании алканов. Схема процесса следующая:

Другая схема такого же синтеза на одну стадию длиннее, зато ее легче осуществить в лаборатории:

Присоединение воды к пропену на последней стадии протекает по правилу Марковникова и приводит к вторичному спирту – пропанолу-2. В задании требуется получить пропанол-1. Поэтому задача не решена, ищем другой способ.
Способ 5 состоит в гидролизе галогеналканов. Необходимый полупродукт для синтеза пропанола-1 – 1-хлорпропан – получают следующим образом. Хлорирование пропана дает смесь 1- и 2-монохлорпропанов:

Из этой смеси выделяют 1-хлорпропан (например, с помощью газовой хроматографии или за счет разных температур кипения: для 1-хлорпропана t кип = 47 °С, для 2-хлорпропана t кип = 36 °С). Действием на 1-хлорпропан водной щелочью КОН или NaOH синтезируют целевой пропанол-1:

Обратите внимание, что взаимодействие одних и тех же веществ: СН 3 СН 2 СН 2 Сl и КОН – в зависимости от растворителя (спирт С 2 Н 5 ОН или вода) приводит к разным продуктам – пропилену
(в спирте) или пропанолу-1 (в воде).

УПРАЖНЕНИЯ.

1. Приведите уравнения реакций промышленного синтеза метанола из водяного газа и этанола – гидратацией этилена.

2. Первичные спирты RСН 2 ОН получают гидролизом первичных алкилгалогенидов RСН 2 Наl, а вторичные спирты синтезируют гидратацией алкенов. Завершите уравнения реакций:

3. Предложите способы получения спиртов: а) бутанола-1; б) бутанола-2;
в) пентанола-3, исходя из алкенов и алкилгалогенидов.

4. При ферментативном брожении сахаров наряду с этанолом в небольшом количестве образуется смесь первичных спиртов С 3 –С 5 – сивушное масло. Главный компонент в этой смеси – изопентанол (СН 3) 2 СНСН 2 СН 2 ОН, минорные компоненты – н -С 3 Н 7 ОН, (СН 3) 2 СНСН 2 ОН и СН 3 СН 2 СН(СН 3)СН 2 ОН. Назовите эти «сивушные» спирты по номенклатуре ИЮПАК. Составьте уравнение реакции брожения глюкозы С 6 Н 12 О 6 , в которой бы получались все четыре примесных спирта в мольном соотношении соответственно 2:1:1:1. Введите газ СО 2 в правую часть уравнения в количестве 1/3 моль от всех исходных атомов С, а также необходимое количество молекул Н 2 О.

5. Приведите формулы всех ароматических спиртов состава С 8 Н 10 О. (В ароматических спиртах группа ОН удалена от бензольного кольца на один или несколько атомов С:
С 6 Н 5 – (СН 2)n– ОН.)

Ответы на упражнения к теме 2

Урок 16

1. Подчеркнуты химические формулы предельных одноатомных спиртов:

СН 3 ОН , С 2 Н 5 ОН , СН 2 =СНСН 2 ОН, СНССН 2 ОН, С 3 Н 7 ОН ,

СН 3 СНО, С 6 Н 5 СН 2 ОН, С 4 Н 9 ОН , С 2 Н 5 ОС 2 Н 5 , НОСН 2 СН 2 ОН.

2. Названия спиртов по структурным формулам:

3. Структурные формулы по названиям спиртов:

4. Изомеры и названия спиртов общей формулы С 6 Н 13 ОН:

5. Структурные формулы и названия, составленные по графическим схемам соединений:

Цели:

Обучающие: ознакомить обучающихся с классификацией спиртов, их номенклатурой и изомерией. Рассмотреть влияние строения спиртов на их свойства. Развивающие: Закрепить навыки работы в группах, развивать умения для поиска взаимосвязи между новым и изученным материалом. Воспитательные: формирование навыков работы в коллективе Ученик – ученик, Ученик – учитель. Уметь анализировать полученную информацию.

Тип урока: Комбинированный

Организационная форма: фронтальный опрос, лабораторная работа, самостоятельная работа, беседа по проблемным вопросам, анализ полученной информации.

Оборудование :

1. Комплект слайдов (Приложение 1 ) таблицы, индивидуальные листы с заданием для самостоятельной работы, задание для лабораторной работы.
2. На ученических столах: склянки со спиртами (этиловым, изопропиловым, глицерином), натрий, оксид меди(2), уксусная кислота, фенолфталеин, перманганат калия, песок, гидроксид натрия, соляная кислота, водопроводная вода, химическая посуда, правила по ТБ.

План урока:

1. 1.Определение класса спиртов, строение молекулы одноатомных предельных спиртов.
2. Классификация спиртов по трем признакам.
3. Номенклатура спиртов.
4. Виды изомерии одноатомных предельных спиртов.
5. Физические свойства спиртов. Влияние водородной связи на физические свойства спиртов.

2. 6.Химические свойства.
7. Закрепление нового материала.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

Учитель: Мы закончили изучение большого класса органических соединений, состоящих только из двух химических элементов – углерода и водорода. Какие еще химические элементы наиболее часто входят в состав органических соединений?

Ученик: Кислород, азот , фосфор, сера и другие.

II. Изучение нового материала

Учитель: Мы начинаем изучение нового класса органических соединений, в состав которых, помимо углерода и водорода, входит кислород. Они называются кислородосодержащими. (Слайд №1).
Как видим органических соединений состоящих из углерода, водорода и кислорода несколько классов. Сегодня мы начинаем изучение класса который называется «Спирты». Молекулы спиртов содержат гидроксильную группу, которая является функциональной группой (ФГ) для этого класса. Что мы называем ФГ? (Слайд №1).

Ученик: Группа атомов (или атом) определяющих принадлежность соединения к определенному классу и обусловливающая его важнейшие химические свойства называется ФГ.

Учитель: Спирты большой по разнообразию и свойствам класс органических соединений которые широко применяются в различных областях народного хозяйства. (Слайды №2-8)
Как видим это фармацевтика, производство косметики, пищевая промышленность , а также как расстворитель, при производстве пластмасс, лаков, красок и др. Рассмотрим таблицу.

Таблица 1.

НЕКОТОРЫЕ ВАЖНЕЙШИЕ ПРЕДСТАВИТЕЛИ КЛАССА СПИРТОВ

Учитель : Если говорить о действии на организм человека, то все спирты – яды. Молекулы спирта пагубно действуют на живые клетки. (Слайд№9) Спиты - алканы имеют устаревшее название алкоголи. Спирты это производные углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильные группы – ОН.
В самом простом случае строение спирта можно выразить следующей формулой:

R – OH ,

где R – углеводородный радикал.

Спирты можно классифицировать по трем признакам:

1. Числу гидроксильных групп (одноатомные, двухатомные, многоатомные).

Таблица 2.

КЛАССИФИКАЦИЯ СПИРТОВ ПО ЧИСЛУ ГИДРОКСИЛЬНЫХ ГРУПП (–ОН)

2. Характеру УВ радикала (предельные, непредельные, ароматические).

Таблица 3.

КЛАССИФИКАЦИЯ СПИРТОВ ПО ХАРАКТЕРУ РАДИКАЛА

3. Характеру атома углерода, с которым связана гидроксильная группа (первичные, вторичные, третичные)

Таблица 4.

КЛАССИФИКАЦИЯ СПИРТОВ ПО ХАРАКТЕРУ АТОМА УГЛЕРОДА СВЯЗАННОГО С ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ГРУППОЙ –ОН

Четвертичных спиртов не существует, т. к. четвертичный атом С связан с 4 другими атомами С, поэтому на связь с гидроксильной группой нет больше валентностей.

Рассмотрим основные принципы построения названий спиртов соответственно заместительной номенклатуре, используя схему:

Название спирта = название УВ + (префикс) + - ОЛ + (n1, n2 ..., nn), где префикс обозначает число групп –ОН в молекуле: 2 – «ди», 3 – «три», 4 – «тетра» и т. д.
n указывает положение гидроксильных групп в углеродной цепи, например:

Порядок построения названия:

1. Углеродная цепь нумеруется с конца к которому ближе находится группа –ОН.
2. Основная цепь содержит 7 атомов С, значит соответствующий УВ гептан.
3. Число групп –ОН равно 2, префикс – «ди».
4. Гидроксильные группы находятся при 2 и 3 атомах углерода, n = 2 и 4.

Название спирта гептандиол-2,4

Мы с вами в школьном курсе будем подробно изучать одноатомные предельные спирты с общей формулой: CnH2n+1OH

Рассмотрим модели молекул отдельных представителей этих спиртов (метилового, этилового, глицерина). (Слайды № 10-13)

Гомологический ряд этих спиртов начинается с метилового спирта:

CH3 – OH – метиловый спирт
CH3 – CH2 – OH – этиловый спирт
CH3 – CH2 – CH2 – OH – пропиловый спирт
CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – OH – бутиловый спирт
CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – OH – амиловый спирт или пентанол

Изомерия

Для предельных одноатомных спиртов характерны следующие виды изомерии :

1) положения функциональных групп

2) углеродного скелета.

Заметьте – нумерация атомов углерода начинается с конца, близкого к группе –ОН.

3) межклассовая изомерия (с простыми эфирами R – O – R)

Физические свойства спиртов

Первые десять членов гомологического ряда представителей одноатомных спиртов являются жидкостями, высшие спирты твердые вещества. (Слайды 14, 15)
Сильное влияние на физические свойства спиртов оказывает водородная связь образующаяся между молекулами спиртов. Вы знакомы с водородной связью по программе 9 класса , тема «Аммиак». Сейчас ваш одноклассник, получивший на прошлом уроке индивидуальное задание, напомнит нам что такое водородная связь.

Ответ ученика

Водородная связи это связь между атомами водорода одной молекулы и атомами очень электроотрицательных элементов другой молекулы. (F, O,N, CL). На письме обозначается тремя точками. (Слайды 16,17). Водородная связь это особый вид межмолекулярной связи, которая слабее обычной ковалентной связи в 10-20 раз, но она оказывает большое влияние на физические свойства соединений.
Два следствия водородной связи: 1) хорошая растворимость веществ в воде; 2) повышение температуры плавления и кипения. Например: зависимость температуры кипения некоторых соединений от наличия водородной связи.

Учитель: Какие выводы можем сделать о влиянии водородной связи на физические свойства спиртов?

Ученики: 1) При наличии водородной связи сильно возрастает температура кипения.
2) Чем больше атомность спирта, тем больше водородных связей образуется.

Это также способствует увеличению температуры кипения.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПИРТОВ

(Повторить ПТБ)

Горение спиртов.

2.Взаимодействие спиртов со щелочными металлами.

3. Окисление спиртов (качественная реакция) - получение альдегидов.

4. .Взаимодействие спиртов с кислотами с образованием сложных эфиров (реакция этерификации).

5. Внутримолекулярная дегидратация спиртов с образованием непредельных углеводородов.

6. Межмолекулярная дегидратация спиртов с образованием простых эфиров.

7. Дегидрирование спиртов – получение альдегидов.

Учитель: составить стих из пяти строчек (Синквейн)

1-я ключевое слово

2-я два прилагательных

3-я три глагола

4-я предложение

5-я слово ассоциирующее с ключевым словом.

Ученик. Спирты.

Ядовитые, жидкие

Поражают, разрушают, губят

Оказывают наркотическое воздействие на организм человека.

Наркотики.

IV. Домашнее задание: параграф № 9,стр.66-70 упр. № 13 б.

Индивидуальные задания. Используя дополнительную литературу: 1) рассказать о сферах применения глицерина и этиленгликоля; 2) рассказать о получении спиртов из целлюлозы и жиров; 3) как действуют эти спирты на организм человека?

V. Итог урока подведем в виде выполнения самостоятельной работы в двух варианта

Литература:

1. Химия 10 класс. Учебник для общеобразовательных учебных заведений. Дрофа Москва 2008 год. Базовый уровень.4-е изд. стереотипное.
2. Химия 100 класс рабочая тетрадь к учебнику. Базовый уровень. Дрофа, 2007 год.
3. Поурочные разработки по химии. К учебникам О. С Габриеляна, . 10 класс
4. , . Химия 9 класс Смоленск Ассоциация XXIвек 2006
5. . ХИМИЯ. Новое уч. пособие для поступающих в вузы. Изд. 4-е, исправленное и дополненное. Ростов-на-Дону. Феникс 2007.

Физические свойства

МЕТАНОЛ (древесный спирт) – жидкость (t кип =64,5; t пл =-98; ρ = 0,793г/см 3), с запахом алкоголя, хорошо растворяется в воде. Ядовит – вызывает слепоту, смерть наступает от паралича верхних дыхательных путей.

ЭТАНОЛ (винный спирт) – б/цв жидкость, с запахом спирта, хорошо смешивается с водой.

Первые представители гомологического ряда спиртов - жидкости, высшие - твердые вещества. Метанол и этанол смешиваются с водой в любых соотношениях. С ростом молекулярной массы растворимость спиртов в воде падает. Высшие спирты практически нерастворимы в воде.

В химических реакциях гидроксисоединений возможно разрушение одной из двух связей:

· С–ОН с отщеплением ОН-группы

· О–Н с отщеплением водорода

Это могут быть реакции замещения , в которых происходит замена ОН или Н, или реакция отщепления (элиминирования), когда образуется двойная связь.

Полярный характер связей С–О и О–Н способствует гетеролитическому их разрыву и протеканию реакций по ионному механизму. При разрыве связи О–Н с отщеплением протона (Н +) проявляются кислотные свойства гидроксисоединения, а при разрыве связи С–О – свойства основания и нуклеофильного реагента.

С разрывом связи О–Н идут реакции окисления, а по связи С–О – восстановления.

Таким образом, гидроксисоединения могут вступать в многочисленные реакции, давая различные классы соединений. Вследствие доступности гидроксильных соединений, в особенности спиртов, каждая из этих реакций является одним из лучших способов получения определенных органических соединений.

I. Кислотно-основные

RO — + H + ↔ ROH ↔ R + + OH —

алкоголят-ион

Кислотные свойства уменьшаются в ряду, а основные возрастают:

Кислотные свойства

С активными щелочными металлами :

2C 2 H 5 OH + 2 Na → 2C 2 H 5 ONa + H 2

этилат натрия

Алкоголяты подвергаются гидролизу, это доказывает, что у воды более сильные кислотные свойства

C 2 H 5 ONa + H 2 O ↔ C 2 H 5 OH + NaOH

Основные свойства

С галогенводородными кислотами :

C 2 H 5 OH + HBr H2SO4( конц ) ↔ C 2 H 5 Br + H 2 O

бромэтан

Лёгкость протекания реакции зависит от природы галогенводорода и спирта – увеличение реакционной способности происходит в следующих рядах:

II . Окисление

1). В присутствии окислителей [ O ] – K 2 Cr 2 O 7 или KMnO 4 спирты окисляются до карбонильных соединений:

Первичные спирты при окислении образуют альдегиды, которые затем легко окисляются до карбоновых кислот.

При окислении вторичных спиртов образуются кетоны.

Третичные спирты более устойчивы к действию окислителей. Они окисляются только в жестких условиях (кислая среда, повышенная температура), что приводит к разрушению углеродного скелета молекулы и образованию смеси продуктов (карбоновых кислот и кетонов с меньшей молекулярной массой).

В кислой среде:

Для первичных и вторичных одноатомных спиртов качественной реакцией является взаимодействие их с кислым раствором дихромата калия. Оранжевая окраска гидратированного иона Cr 2 O 7 2- исчезает и появляется зеленоватая окраска, характерная для иона Cr 3+ . Эта смена окраски позволяет определять даже следовые количества спиртов.

CH 3 — OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 → CO 2 + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 6H 2 O

3CH 3 -CH 2 -OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 → 3CH 3 COH + K 2 SO 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O

В более жёстких условиях окисление первичных спиртов идёт сразу до карбоновых кислот:

3CH 3 -CH 2 -OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 t → 3CH 3 COOH + 2K 2 SO 4 + 2Cr 2 (SO 4) 3 + 11H 2 O

Третичные спирты устойчивы к окислению в щелочной и нейтральной среде. В жёстких условиях (при нагревании, в кислой среде) они окисляются с расщеплением связей С-С и образованием кетонов и карбоновых кислот.

В нейтральной среде:

CH 3 – OH + 2 KMnO 4 → K 2 CO 3 + 2 MnO 2 + 2 H 2 O , а остальные спирты до солей соответствующих карбоновых кислот.

2). Качественная реакция на первичные спирты!

3). Горение (с увеличением массы углеводородного радикала – пламя становится всё более коптящим)

C n H 2n+1 -OH + O 2 t → CO 2 + H 2 O + Q

III. Реакции отщепления

1) Внутримолекулярная дегидратация

CH 3 -CH 2 -CH(OH)-CH 3 t>140,H2SO4( к ) → CH 3 -CH=CH-CH 3 + H 2 O

бутанол-2 бутен-2

дегидратация идет преимущественно в направлении I, т.е. по правилу Зайцева – с образованием более замещенного алкена. Правило Зайцева : Водород отщепляется от наименее гидрированного атома углерода соседствующего с углеродом, несущим гидроксил.

2) Межмолекулярная дегидратация

2C 2 H 5 OH t<140,H2SO4( к ) → С 2 H 5 -O-C 2 H 5 + H 2 O

простой эфир

— при переходе от первичных спиртов к третичным увеличивается склонность к отщеплению воды и образованию алкенов; уменьшается способность образовывать простые эфиры.

3) Реакция дегидрирование и дегидратация предельных одноатомных спиртов – реакция С.В. Лебедева

2C 2 H 5 OH 425,ZnO,Al2O3 → CH 2 =CH-CH=CH 2 + H 2 + 2H 2 O

IV. Реакции этерификации

Спирты вступают в реакции с минеральными и органическими кислотами, образуя сложные эфиры. Реакция обратима (обратный процесс – гидролиз сложных эфиров).

Слово «спирт» знакомо всем, но далеко не все знают, что на латыни оно происходит от слова «Дух» – «Spiritus». Такое необычное и немного пафосное название дали спирту его первооткрыватели, алхимик Жа-бир и александриец Зосим де Панополис, работающие при дворе египетского халифа. Именно им впервые удалось выделить спирт из вина при помощи дистилляционного аппарата. Эти ученые древности свято верили, что им удалось получить сам дух вина. С тех пор многие ученые (сперва алхимики, а потом и просто химики) разных исторических эпох занимались изучением спирта и его физических и химических свойств. Так что в наше время спирты занимают видное и важное место в органической химии, и о них наша сегодняшняя статья.

Спирты являются важными органическими и кислородосодержащими соединениями, которые содержат гидроксильную группу OH. Также все спирты делятся на одноатомные и многоатомные. Значение спиртов в химии, да и не только в ней просто таки огромно, спирты активно применяются в химической, косметической и пищевой промышленности (да-да, и для создания алкогольных напитков в том числе, но и далеко не только для них).

История открытия спирта

История спирта уходят корнями в глубокую древность, ведь согласно археологическим находкам уже 5000 лет тому назад люди умели делать алкогольные напитки: вино и пиво. Делать то умели, но не до конца понимали, какой же такой волшебный элемент имеется в этих напитках, который делает их хмельными. Тем не менее, пытливые умы ученых прошлого не раз пытались выделить из вина этот волшебный компонент, отвечающий за его алкогольность (или крепость, как мы говорим сейчас).

И вскоре обнаружилось, что спирт можно выделить при помощи процесса дистилляции жидкости. Дистилляция спирта это такой химический процесс в ходе, которого летучие компоненты (пары) , а из перебродившей смеси и получается спирт. К слову сам процесс дистилляции впервые был описан великим ученым и натурфилософом Аристотелем. На практике же получить спирт при помощи дистилляции удалось алхимикам Жа-биру и Зосим де Панополису, именно они, как мы уже писали вначале, и дали спирту его название – «spiritus vini» (дух вина), который со временем стал просто спиртом.

Алхимики более поздних времен усовершенствовали процесс дистилляции и получения спирта, например французский врач и алхимик Арно де Вильгерр в 1334 году разработал удобную технологию получения винного спирта. А уже с 1360 года его наработки переняли итальянские и французские монастыри, которые начали активно производить спирт, называемый ими «Aqua vita» – «живая вода».

В 1386 году «живая вода» впервые попала в Россию (точнее Московию, как тогда называли это государство). Привезенный генуэзским посольством в качестве презента царскому двору спирт очень понравился тамошним боярам (впрочем, и не только боярам). А «живая вода» впоследствии стала основой всем известного алкогольного напитка (употреблять который мы вам, однако, решительно не рекомендуем).

Но вернемся к химии.

Классификация спиртов

На самом деле существует множество разных видов спиртов, которых химики делят в зависимости от:

Номенклатура спиртов

Номенклатура одноатомных спиртов, как и многоатомных, зависит от названия окружающих радикалов и строения их молекул. Например:

Физические свойства спиртов

Низкомолекулярный спирт – это обычно бесцветная жидкость, имеющая при этом резкий и характерный запах. Температура кипения спирта выше, нежели у других органических соединений. Это обусловлено тем, что в молекулах спиртов имеется особый вид взаимодействий – связи. Вот как они выглядят.

Химические свойства спиртов

По причине своего строения спирты проявляют амфотерные свойства: основные и кислотные, далее детально на них остановимся:

• Кислотные свойства спиртов проявляются в способности отщепления протона гидроксигруппы. По мере роста длины углеродной цепи, объема ее радикала, а также степени разветвления и наличия в молекуле доноров, кислотность уменьшается.
• Основные свойства спиртов являются обратными к их кислотным свойствам, так как они выражаются в их способности, наоборот, присоединить протон.

Алкоголи и гликоли имеют особенность вступать в химические реакции замещения, отщепления и окисления. Опишем их детальнее:

Получение спиртов

Одноатомные спирты можно получить из алкенов, сложных эфиров, оксосоединений, карбоновых кислот и галогенопроизводных.

А вот спирт этанол можно получить при помощи брожения сахаристых веществ, будет иметь такой вид.

Многоатомные спирты образуются из многоосновных кислот, сложных эфиров, алкенов и оксосоединений.

А для получения глицерина можно применить гидролиз в кислой среде триацилглицеринов – основных компонентов липидной фракции жиров и растительных масел.

Применение спиртов

Помимо алкогольных напитков разной крепости спирты применяются в косметологии при создании разных косметических средств (например, тех же одеколонов), и, разумеется, в медицине, как при создании разных лекарств, эфиров, так и в бытовом применении спирт может служить дезинфицирующим средством.

Спирты, видео

И в завершение образовательное видео по теме нашей статьи.