Государственное автономное профессиональное
образовательное учреждение Пензенской области
«Пензенский многопрофильный колледж»
отделение строительства
(ГАПОУ ПО ПМПК)
Методические
рекомендации по изучению темы:
«Спирты».
Выполнила преподаватель: Пивкина Н.В.
г. Пенза 2015 г.
При изучении темы студенты
должны знать:
1.Электронное строение функциональной
группы спиртов, полярность связи O–H. Классификация спиртов. Первичные,
вторичные и третичные спирты.
2. Предельные одноатомные спирты. Изомерия
спиртов (изомерия углеродного скелета и положения функциональной группы).
Систематическая номенклатура спиртов. Водородная связь между молекулами и ее
влияние на физические свойства спиртов.
3. Химические свойства спиртов: горение,
окисление до альдегидов, взаимодействие со щелочными металлами,
галогеноводородами и карбоновыми кислотами, внутримолекулярная и
межмолекулярная дегидратация.
4. Генетическая связь между спиртами и
углеводородами.
5. Применение и получение спиртов.
Токсичность спиртов, их губительное воздействие на организм человека.
6. Этиленгликоль и глицерин как
представители многоатомных спиртов, их строение, свойства и практическая
значимость.
При изучении темы студенты
должны уметь:
Составлять структурные формулы изомерных
спиртов по строению углеродного скелета и положению функциональной группы.
Названия спиртов по систематической номенклатуре.
Объясненять физические свойства спиртов на
основании их химического и электронного строения с учетом возможности
образования межмолекулярных водородных связей.
Составлять уравнение реакций: горения
спиртов, окисления первичных спиртов до альдегидов, взаимодействия спиртов с
натрием, бромоводородом и карбоновыми кислотами, внутримолекулярной и
межмолекулярной дегидратации спиртов.
Составлять уравнение реакций получения
спиртов из предельных (через галогенопроизводные) и непредельных углеводородов.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА ТЕМЫ "СПИРТЫ"
Спирты - органические соединения, в состав молекул которых входит одна
или несколько гидроксильных групп -OH, 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 - CnN2n+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)
|
CnN2n+2O - 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
мо
ло
г
и
|
CH3OH
метанол
С2Н5ОН
Этанол
CH3CH2CH2OН
Пропанол-1
|
|
CH3(CH2)3OH
бутанол-1
|
|
|
|
|
|
|
и з о м е р ы
CH3CH2CH2OН
Пропанол-1
Пропанол-2
|
Для спиртов характерна
структурная изомерия (изомерия углеродного скелета, изомерия положения
заместителя или гидроксильной группы), а также межклассовая изомерия.
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.
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
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.
1.
Реакции
с галогеноводородами:
C2H5OH + HBr C2H5Br + H2O
2.
Внутримолекулярная
дегидратация (t > 140oС, образуются алкены):
C2H5OH C2H4 + H2O
3.
Межмолекулярная
дегидратация (t < 140oС, образуются простые
эфиры):
2C2H5OH C2H5OC2H5 + H2O
4.
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 одноатомных
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
Многоатомные спирты.
Важнейшие из многоатомных спиртов -
этиленгликоль и глицерин:
этиленгликоль
глицерин
этандиол пропантриол-1,2,3
Это — вязкие жидкости, сладкие на вкус,
хорошо растворимые в воде и плохо растворимые в органических растворителях.
Этиленгликоль ядовит.
Получение.
1. Гидролиз алкилгалогенидов (аналогично одноатомным спиртам):
ClCH2-CH2Cl + 2NaOH → НОСН2-СН2ОН +
2NaCl.
2. Этиленгликоль образуется при окислении этилена водным раствором
перманганата калия:
СН2=СН2 + [О] + Н2О → НOСН2-СН2ОН.
3. Глицерин получают гидролизом жиров.
Химические
свойства.
Для двух- и трехатомных спиртов характерны
основные реакции одноатомных спиртов. В реакциях могут участвовать одна или две
гидроксильные группы. Взаимное влияние гидроксильных групп проявляется в том,
что многоатомные спирты — более сильные кислоты, чем одноатомные спирты.
Поэтому многоатомные спирты, в отличие от одноатомных, реагируют со щелочами,
образуя соли. По аналогии с алкоголятями соли двухатомных спиртов называют
гликолятами, а трехатомных — глицератами.
Качественной реакцией на многоатомные спирты,
содержащие группы ОН при соседних атомах углерода, является ярко, синее
окрашивание при действии свежеосажденного гидроксида меди (II). Цвет раствора обусловлен
образованием комплексного гликолята меди:
Для многоатомных спиртов характерно
образование сложных эфиров. В частности, при реакции глицерина с азотной кислотой
в присутствии каталитических количеств серной кислоты образуется тринитрат
глицерина, известный под названием нитроглицерин (последнее название неверно с
химической точки зрения, поскольку в нитросоединениях группа -NO2непосредственно
связана с атомом углерода):
Применение. Этиленгликоль
применяют для синтеза полимерных материалов и в качестве антифриза. В больших
количествах он используется также для получения диоксана, важного (хотя и
токсичного) лабораторного растворителя. Диоксан получают межмолекулярной
дегидратацией этиленгликоля:
диоксан
Глицерин находит широкое применение в
косметике, пищевой промышленности, фармакологии, производстве взрывчатых
веществ. Чистый нитроглицерин взрывается даже при слабом ударе; он служит
сырьем для получения бездымных порохов и динамита ― взрывчатого вещества, которое в
отличие от нитроглицерина можно безопасно бросать. Динамит был изобретен
Нобелем, который основал известную всему миру Нобелевскую премию за выдающиеся
научные достижения в области физики, химии, медицины и экономики. Нитроглицерин
токсичен, но в малых количествах служит лекарством, так как расширяет сердечные
сосуды и тем самым улучшает кровоснабжение сердечной мышцы.
Применение спиртов. Способность
спиртов участвовать в разнообразных химических реакциях позволяет их
использовать для получения всевозможных органических соединений: альдегидов,
кетонов, карбоновых кислот простых и сложных эфиров, применяемых в качестве
органических растворителей, при производстве полимеров, красителей и
лекарственных препаратов.
Метанол
СН3ОН используют как растворитель, а также в производстве
формальдегида, применяемого для получения фенолформальдегидных смол, в
последнее время метанол рассматривают как перспективное моторное топливо.
Большие объемы метанола используют при добыче и транспорте природного газа.
Метанол – наиболее токсичное соединение среди всех спиртов, смертельная доза
при приеме внутрь – 100 мл.
Этанол
С2Н5ОН – исходное соединение для получения ацетальдегида,
уксусной кислоты, а также для производства сложных эфиров карбоновых кислот,
используемых в качестве растворителей. Кроме того, этанол – основной компонент
всех спиртных напитков, его широко применяют и в медицине как дезинфицирующее
средство.
Бутанол
используют как растворитель жиров и смол, кроме того, он служит сырьем для
получения душистых веществ (бутилацетата, бутилсалицилата и др.). В шампунях он
используется как компонент, повышающий прозрачность растворов.
Бензиловый
спирт С6Н5–CH2–OH в свободном состоянии (и в
виде сложных эфиров) содержится в эфирных маслах жасмина и гиацинта. Он
обладает антисептическими (обеззараживающими) свойствами, в косметике он
используется как консервант кремов, лосьонов, зубных эликсиров, а в парфюмерии
- как душистое вещество.
Фенетиловый
спирт С6Н5–CH2–CH2–OH обладает
запахом розы, содержится в розовом масле, его используют в парфюмерии.
Этиленгликоль
HOCH2–CH2OH используют в производстве пластмасс и как
антифриз (добавка, снижающая температуру замерзания водных растворов), кроме
того, при изготовлении текстильных и типографских красок.
Диэтиленгликоль
HOCH2–CH2OCH2–CH2OH используют для
заполнения тормозных гидравлических приспособлений, а также в текстильной
промышленности при отделке и крашении тканей.
Глицерин HOCH2–CH(OH)–CH2OH применяют
для получения полиэфирных глифталевых смол, кроме того, он является компонентом
многих косметических препаратов. Нитроглицерин (рис. 6) – основной компонент
динамита, применяемого в горном деле и железнодорожном строительстве в качестве
взрывчатого вещества.
Пентаэритрит
(HOCH2)4С
применяют для получения полиэфиров (пентафталевые смолы), в качестве
отвердителя синтетических смол, как пластификатор поливинилхлорида, а также в
производстве взрывчатого вещества тетранитропентаэритрита.
Многоатомные
спирты ксилит НОСН2–(СНОH)3–CН2ОН и сорбит
НОСН2–
(СНОН)4–СН2OН имеют сладкий вкус, их используют вместо
сахара в производстве кондитерских изделий для больных диабетом и людей
страдающих от ожирения. Сорбит содержится в ягодах рябины и вишни.
Контрольные вопросы.
1. Какие соединения относятся к классу
спиртов?
2. Напишите структурные формулы всех изомерных
спиртов состава С3Н8О и С4 Н10О.
Укажите первичные, вторичные и третичные спирты. Назовите их согласно
номенклатуре ИЮПАК.
3. Изобразите схему строения молекул метанола
и этанола с помощью атомных орбиталей.
4. Расположите спирты в порядке усиления кислотных
свойств:
а) этанол;
б) бутанол-1;
в) пропанол-1.
Ответ обоснуйте.
5. Напишите уравнения реакций межмолекулярной
и внутримолекулярной дегидратации пропанола-1. Укажите условия протекания
каждой реакции; объясните их механизм.
6. Напишите уравнения реакций этилового спирта
со следующими реагентами:
а) Na;
б) NaNH2;
в) HBr;
г) CH3MgCl.
7. Предложите схему превращения ацетилена в
диизопропиловый эфир.
8. Напишите несколько реакций, которые
позволяют различить следующие спирты:
этанол, бутанол-2, этиленгликоль.
9. Предложите схему превращения:
10.Одноатомный первичный спирт реагирует с
48%-ным раствором бромоводородной кислоты с образованием алкилбромида, который
имеет плотность по водороду, равную 61,5. Установите формулу спирта.
11.При взаимодействии 400
г раствора пропанола-1 в бензоле с избытком металлического натрия выделяется
водород в объеме 16,8 л (н.у.). Чему равна массовая доля (в %) спирта в
растворе?
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.