Лекция к уроку химии по теме "Спирты"

Областное бюджетное профессиональное

образовательное учреждение

 «Свободинский аграрно–технический техникум

им. К.К. Рокоссовского»

ЛЕКЦИЯ

Преподаватель химии Плешакова Е.В.

1.     Классификация спиртов.

 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)

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)

2.     Предельные одноатомные спирты.

Общая формула предельных одноатомных спиртов -  C_nН_2n+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)

3.     Номенклатура и изомерия.

Название спирта образуется прибавлением суффикса -ол к названию соответствующего углеводорода или на основе углеводородного радикала.               Для спиртов характерна структурная изомерия (изомерия углеродного скелета, изомерия положения заместителя или гидроксильной группы), а также межклассовая изомерия (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

Алгоритм составления названий одноатомных спиртов

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

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

3.     Назовите соединение по алгоритму для углеводородов.

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

4.     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.

5.     Химические свойства спиртов

1.     Горение:

C₂H₅OH + 3O₂ 2CO₂ +3H₂O + Q

2.     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 RO.

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.

3.     Реакции с галогеноводородами:

C₂H₅OH + HBr C₂H₅Br + H₂O

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

C₂H₅OH C₂H₄ + H₂O

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

2C₂H₅OH C₂H₅OC₂H₅ + H₂O

6.     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).

6.     Получение спиртов

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

2.     Гидратация алкенов: C₂H₄ + H₂O C₂H₅OH.

3.     Брожение глюкозы : C₆H₁₂O₆ 2C₂H₅OH + 2CO₂.

4.     Синтез метанола: CO + 2H₂ CH₃OH

Упражнения

Задание 1.  Напишите структурные формулы следующих спиртов:                                        2 – метилпропанола – 2;   2,3 – диметилпентанола – 3;  3 – метилбутанола – 2.

Задание 2. Как называются вещества:

Задание 3. Постройте все возможные изомеры вещества C₄H₉OH. Назовите их.

Задание 4.  Написать уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

а) этен хлорэтан этанол этен этандиол 1,2-дихлорэтан этен;

б) этан хлорэтан этанол этилен этан хлорэтан пропан 2-бромпропан
пропанол-2 ацетон;

Задание 5. Составить структурные формулы третичных спиртов, содержащих 7 углеродных атомов, и назвать соединения.

Задача 1. Определите объем этилена, который можно получить при дегидратации 92 г этилового спирта, если выход продукта составляет 50 %.


Ответ: 22,4 л

Задача 2. Из 18,4 г этанола получили 6 г простого эфира. Найти выход продукта.

Ответ. 40,5%.

Задача 3. При взаимодействии 13,8 г этанола и 28 г оксида меди(II) получили 9,24 г альдегида. Найти выход продукта.

Ответ. 70%.

Многоатомные спирты

Многоатомные спирты – это органические соединения, в молекулах которых содержатся две или более гидроксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом.
Группы -ОН в многоатомных спиртах размещаются у разных атомов углерода:

Соединения с двумя группами -ОН при соседних атомах углерода называют гликолями (или диолами).

Получение

1.     Гликоли получают окислением алкенов в водной среде. Например, при действии перманганата калия или кислорода воздуха в присутствии серебряного катализатора алкены превращаются в двухатомные спирты:

2.     Другой способ получения многоатомных спиртов – гидролиз галогенпроизводных углеводородов:

3.     На производстве глицерин получают по схеме:

Физические свойства

Этиленгликоль и глицерин – бесцветные вязкие жидкости со сладким вкусом (от греч. – сладкий). Растворимость в воде – неограниченная. Температуры кипения этиленгликоля – 197,2 °С, глицерина – 290 °С. Этиленгликоль – яд.

Химические свойства

Этиленгликоль и глицерин подобны одноатомным спиртам.
1. Так, они реагируют с активными металлами:

2. Многоатомные спирты в реакции с галогеноводородами обменивают одну или несколько гидроксильных групп ОН на атомы галогена:

3.Глицерин взаимодействует с азотной кислотой с образованием сложных эфиров. В зависимости от условий реакции (мольного соотношения реагентов, концентрации катализатора – серной кислоты и температуры) получаются моно-, ди- и тринитроглицериды:

4.Качественная реакция многоатомных спиртов, позволяющая отличить соединения этого класса, – взаимодействие со свежеприготовленным гидроксидом меди(II). В щелочной среде при достаточной концентрации глицерина голубой осадок Cu(OH)₂ растворяется с образованием раствора ярко-синего цвета – гликолята меди(II):

Применение многоатомных спиртов

Фенолы

Фенолами называют производные ароматических углеводородов, в молекулах которых имеются гидроксильные группы, связанные с бензольным кольцом.

Одноатомные фенолы (одна группа ОН в молекуле)	Многоатомные фенолы (две или более группы ОН в молекуле)

Ароматические спирты – изомеры фенолов класса спиртов, у которых гидроксильная группа ОН удалена от бензольного кольца на один или несколько атомов С:

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

1.     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.

2.     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):

+ 3HNO3(конц.) 3H2O +

Образуется 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота).

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

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

                                                    

Получение фенола

Применение фенолов

1) Для производства фенолформальдегидных пластмасс:

2) В производстве красителей:

Азосоединения содержат группу N=N. Группы N=N (азо-), N=O (нитрозо-), NO₂ (нитро-) обусловливают окраску соединений. Их называют хромофорами.

3) Лекарственные вещества, полученные из фенола, очень разнообразны:

4) Тринитрофенол (тол) – взрывчатое вещество.

Фенолы растительного происхождения

      Закрепление.

1. Укажите к каким классам соединений относятся вещества, формулы которых приведены:

2. Имеется вещество следующего строения:

Алгоритм 6.1. Изомерия и номенклатура
предельных одноатомных спиртов

Задание 1. Назвать по систематической номенклатуре следующие соединения:

Решение

П р и м е р  а).

1. Выделить самую длинную углеродную цепь и пронумеровать ее с того конца, к которому ближе расположена гидроксигруппа ОН:

2. Указать цифрой положение радикала (3-),

назвать радикал (метил),

назвать углеводород главной цепи с добавлением суффикса «-ол» (бутанол),

отметить положение гидроксигруппы (-2),

записать полное название: 3-метилбутанол-2.

П р и м е р  б).

1. Пронумеровать углеродную цепь от гидроксигруппы:

2. Указать цифрой положение заместителя (2-),

назвать заместитель (хлор),

назвать спирт без заместителя (пропанол),

отметить положение гидроксигруппы (-1),

записать полное название: 2-хлорпропанол-1.

П р и м е р  в).

1. Пронумеровать углеродную цепь с любой стороны:

2. Назвать алкан, соответствующий углеродной цепи (пентан),

написать суффиксы, отмечающие наличие в соединении двух гидроксигрупп (диол),

указать положение гидроксигрупп (-2,4),

записать полное название: пентандиол-2,4.

П р и м е р  г).

1. Пронумеровать самую длинную углеродную цепь с того конца, к которому ближе гидроксигруппа:

2. Указать цифрами положение радикалов (2,5-), отметить число и название радикалов (диметил),

назвать спирт главной цепи (гептанол),

указать положение гидроксигруппы (-3),

записать полное название: 2,5-диметилгептанол-3.

Задание 2. Составить формулы изомеров для 2,3-диметилбутанола-2 и назвать эти вещества.

Решение

1. Составить формулу исходного спирта по его названию:

2. Составить формулу изомера положения гидроксигруппы:

3. Составить формулы структурных изомеров:

4. Составить формулы изомеров другого класса – эфиров. Предельные одноатомные спирты и простые эфиры имеют одинаковый состав С_nH_2n+2O и являются изомерами:C

Алгоритм 6.2. Химические свойства и получение спиртов

Задание 1. Напиcать схему получения изопропилового спирта из 1-хлорпропана и уравнения реакций по схеме.

Решение

1. Составить схему превращений:

2. Составить уравнения реакций по схеме с указанием условий течения и типов реакций.

1) Щелочной гидролиз:

2) Внутримолекулярная дегидратация:

3) Гидратация:

Задание 2. Сравнить кислотные свойства этанола и фенола.

Решение

1. Записать формулы данных веществ:

2. Сходство кислотных свойств – взаимодействие с щелочным металлом:

2С₂Н₅ОН + 2Na 2C₂H₅ONa + H₂,

2С₆Н₅ОН + 2Na 2C₆H₅ONa + H₂.

3. Отличие кислотных свойств – фенол ярче проявляет кислотные свойства, он взаимодействует не только с натрием, но и с гидроксидом натрия:

С₆Н₅ОН + NaOH C₆H₅ONa + H₂O.

Алгоритм 6.3. Решение расчетных задач
по теме «Спирты и фенолы»

Задача 1. Определить массу альдегида, образовавшегося при окислении этанола (выход 75% от теоретического), если известно, что при взаимодействии такого же количества спирта с металлическим натрием выделилось 5,6 л (н.у.) водорода.

Решение

1. Записать условие задачи.

Дано:

V(H₂) = 5,6 л,

(СН₃СОН) = 75%.

Найти:

m(СН₃СОН).

2. Написать уравнение реакции спирта с натрием и найти количество вещества спирта (C₂H₅OH):

3. Написать уравнение реакции окисления этанола и найти теоретическую массу альдегида m_теор:

m_теор = 22 г.

4. Найти практическую массу альдегида:

= m_практ/m_теор,

m_практ(СН₃СНО) = 0,75•22 = 16,5 г.

Ответ. m(СН₃СНО) = 16,5 г.

Задача 2. Смесь этилового и пропилового спиртов массой 16,6 г обработали избытком натрия, при этом выделилось 3,36 л (н.у.) водорода. Определить массовые доли спиртов в смеси.

Решение

1. Записать условие задачи.

Дано:

смесь С₂Н₅ОН и С₃Н₇ОН,

m(смеси) = 16,6 г,

V(Н₂)=3,36 л.

Найти:

(С₂Н₅ОН),

(С₃Н₇ОН).

2. Ввести обозначения:

m(С₂Н₅ОН) = х г,

m(C₃H₇OH) = y г.

Составить уравнения реакций:

и рассчитать объемы водорода V₁ и V₂:

V₁ = 22,4х/(2•46),

V₂ = 22,4y/(2•60).

3. Составить систему уравнений и решить ее:

4. Найти массовые доли спиртов в смеси:

(С₂Н₅ОН) = 4,57/16,6 = 0,275, или 27,5%,

(С₃Н₇ОН) = 72,5%.

Ответ. (С₂Н₅ОН) = 27,5%, (С₃Н₇ОН) = 72,5%.

 Задания для самоконтроля

1. Составить структурные формулы третичных спиртов, содержащих 7 углеродных атомов, и назвать соединения.

2. Составить формулы изомерных двухатомных фенолов, назвать вещества.

3. Составить уравнения реакций, характеризующие двойственность свойств спирта:

СН₂=СН–СН₂ОН.

4. Как получить этанол из этана двумя способами?

5. Как из бутанола-1 получить бутанол-2?

6. Какие углеводороды можно получить внутримолекулярной дегидратацией спиртов:

а) 2-метилпропанола-2;

б) бутанола-2;

в) 2,3-диметилбутанола-2?

Составить уравнения реакций.

7. Какие одноатомные спирты нужно взять для получения углеводородов:

а) бутена-2;

б) триметилэтилена;

в) 3-метилгексена-1?

Составить уравнения реакций.

8. Написать уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения:

а) этен хлорэтан этанол этен этандиол 1,2-дихлорэтан этен;

б) этан хлорэтан этанол этилен этан хлорэтан пропан 2-бромпропан
пропанол-2 ацетон;

9. Из 18,4 г этанола получили 6 г простого эфира. Найти выход продукта.

Ответ. 40,5%.

10. При взаимодействии 13,8 г этанола и 28 г оксида меди(II) получили 9,24 г альдегида. Найти выход продукта.

Ответ. 70%.

11. При дегидратации пропанола-2 получили пропилен, который обесцветил бромную воду массой 200 г (массовая доля брома в бромной воде равна 3,2%). Определить массу пропанола-2, взятого для реакции.

Ответ. 2,4 г.

12. Какую массу бутадиена-1,3 можно получить по способу Лебедева из 230 л спирта ( = 0,8 кг/л), если массовая доля этанола в спирте равна 95%, а выход продукта составляет 60%.

Ответ. 61,56 кг.

13. При нагревании 12 г предельного одноатомного спирта с серной кислотой получен алкен массой
6,3 г. Выход продукта составил 75%. Определить формулу спирта. Сколько изомерных спиртов соответствует этому составу?

Ответ. С₃Н₇ОН – пропанол, 2 изомера.