3. Кислородсодержащие органические соединения

3.1.Спирты

Спирты – это органические вещества, содержащие одну или несколько гидроксильных групп (гидроксогруппа, -OH).

По числу гидроксильных групп спирты делятся на одноатомные (одна гидроксогруппа) и многоатомные (двух, трехатомные и т.д.).

По характеру углеводородного радикала спирты делятся на предельные, непредельные, ароматические.

3.2. Предельные одноатомные спирты

Предельные одноатомные спирты содержат одну гидроксогруппу, соединенную с предельным радикалом. Общая формула C_nH_2n+1OH илиC_nH_2n+2O.

Номенклатура. Название спирта образуется от названия алкана с добавлением суффикса –ол. Атомы углерода нумеруют так, чтобы гидроксильная группа получила меньший номер. Номер атома углерода, с которым связана гидроксильная группа показывает цифра в конце названия.

CH3 ─	CH─	CH3
	│		пропанол-2
	OH

CH21 ─	CH22 ─	CH3 ─	CH34
│		│
OH		CH3

В главной цепи четыре атома углерода – название главной цепи образуется от бутан с прибавлением –ол. Атомы углерода главной цепи нумеруем справа налево (верхние индексы). Третий атом углерода имеет заместитель метил. Название: 3-метилбутанол-1.

В зависимости от строения углеводородного радикала спирты делятся на первичные, вторичные и третичные.

В первичных спиртах гидроксогруппа соединена с атомом углерода, стоящим в начале молекулы:

CH3 ─

CH2 ─

CH2 ─

CH2OH

бутанол -1

Во вторичных спиртах гидроксогруппа находится у атома углерода, соединенного с двумя соседними атомами углерода:

CH3 ─	CH2 ─	CH ─	CH3
		│		бутанол-2
		OH

В третичных спиртах гидроксогруппа находится у атома углерода, соединенного с тремя соседними атомами углерода:

	CH3
	│
CH3 ─	C ─	CH3	2-метилпропанол-2
	│
	OH

Отметим, что бутанол-1, бутанол-2, 2-метилпропанол-2 - предельные одноатомные спирты с одинаковым числом атомов углерода, их молекулярная формула C₄H₉OH, они являются изомерами.

Физические свойства. При стандартных условиях:

CH₃OH – C₁₁H₂₃OH– жидкости,

C₁₂H₂₅OH – C₂₀H₄₁OH – мазеподобные вещества,

C₂₁H₄₃OH и далее – твердые вещества.

Спирты имеют аномально высокую температуру кипения благодаря образованию между их молекулами водородных связей. Водородная связь образуется между гидроксогруппами разных молекул:

OH∙ ∙ ∙	OH∙ ∙ ∙	OH
│	│	│
R	R	R

Водородная связь менее прочная, чем связи между атомами одной молекулы. Поэтому ее обозначают точками.

Все спирты легче воды. Спирты с небольшим числом атомов углерода (их называют низшие спирты), растворимы в воде. Высшие спирты нерастворимы в воде. Метанол (CH₃OH) и этанол (C₂H₅OH) неограниченно растворимы в воде (смешиваются с водой в любых соотношениях). Спирты хорошие растворители для многих органических веществ.

Химические свойства. Спирты электронейтральны, их молекулы в воде не диссоциируют. Но они содержат две полярные связи C─O и O─H, что обусловливает их химические свойства.

1. Взаимодействие со щелочными металлами с образованием алкоголятов:

2ROH + 2Na → 2RONa + H₂

Со щелочами спирты не реагируют.

2. Взаимодействие с органическими и неорганическими кислотами (реакция этерификации):

		O
		║
ROH + R1COOH →	R1 ─	CO─ R + H2O

ROH + HONO₂ → RONO₂ + H₂O.

3. Взаимодействие с галогеноводородами (HX, где X=Cl, Br, I):

ROH + HX → RX + H₂O

Реакция является обратимой, галогенпроизводные гидролизуются.

4. Дегидратация спиртов – отщепление воды под действием водоотнимающих средств (H₂SO₄, H₃PO₄и т.д.).

а) Межмолекулярная дегидратация – отщепление воды от двух молекул спирта. Происходит при более низкой температуре (140-170⁰С), образуются простые эфиры:

	t
2ROH	→	ROR + H2O

Для понимания, как образуется молекула простого эфира запишем реакцию следующим образом:

R─	OH	+	H─	OR→	R─O─ R + H2O

Жирным шрифтом выделены частицы, образующие молекулу воды.

б) Внутримолекулярная дегидратация – отщепление воды от одной молекулы спирта. Происходит при более высокой температуре, образуется алкен:

	t
RCH2CH2OH	→	RCH═CH2+ H2O

Отщепление воды подчиняется правилу Зайцева: водород отщепляется от менее гидрированного атома углерода, соседнего с атомом углерода, несущего гидроксильную группу.

Рассмотрим внутримолекулярную дегидратацию бутанола-2.

CH3─CH23 ─	CH2─CH31 →	CH3─CH═CH─CH3 + H2O
	│	бутен-2
	OH

Гидроксильная группа отщепляется от второго атома углерода, атом водорода может отщепиться от первого или третьего атомов углерода. Первый атом углерода соединен с тремя атомами водорода, третий атом углерода – с двумя атомами водорода. По правилу Зайцева водород отщепляется от того атома углерода, где его меньше. В данном случае это третий атом углерода.

5. Дегидрирование спиртов. Происходит при температуре 100-180⁰С в присутствии катализаторов (Ni, Pt и другие).

При дегидрировании первичных спиртов образуются альдегиды, вторичных спиртов – кетоны.

			O
	t		║
C4H9CH2OH	→	C4H9 ─	CH + H2
пентанол-1	Ni		пентаналь

				O
		t		║
C2H5─	CH─CH3	→	C2H5─	C─	CH3 + H2
	│	Ni
	OH
бутанол-2			бутанон-2

6. Окисление спиртов.

Первичные и вторичные спирты окисляются обычными окислителями (KMnO_4, K₂Cr₂O₇).

При окислении первичных спирторв образуются альдегиды:

			O
	[O]		║
RCH2OH	→	R ─	CH

[O] – условное обозначение окислителя.

При окислении вторичных спиртов образуются кетоны:

	OH			O
	│	[O]		║
R─	CH─R	→	R─	C─R

Например:

	OH			O
	│	[O]		║
CH3 ─	CH─CH3	→	CH3 ─	C─CH3
пропанол-2			пропанон

Третичные спирты окисляются в очень жестких условиях с разрушением молекулы.

7. Горение.

C₂H₅OH + 3O₂ →2CO₂ + 3H₂O.