Спирты
Кислородсодержащие органические соединения
Кислородсодержащие органические соединения – это соединения, молекулы которых состоят из атомов углерода, водорода и кислорода.
К таким соединениям относятся спирты, фенолы, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, ангидриды карбоновых кислот, простые и сложные эфиры, углеводы.
3.1. Спирты
Спирты – это органические соединения (производные углеводородов), в молекулах которых содержится одна (одноатомные спирты), или несколько (многоатомные спирты) функциональных гидроксильных групп –ОН, соединенных с углеводородным радикалом.
Общая формула спиртов R(OH)n, где n ≥ 1, R – углеводородный радикал.
3.1.1. ОДНОАТОМНЫЕ СПИРТЫ
В табл. 3.1 и 3.2 приведены классификация и гомологический ряд одноатомных спиртов (алканолов).
Рекомендуемые материалы
Изомерия одноатомных спиртов зависит от строения углеводородного радикала и от места расположения гидроксильной группы –ОН. Например:
 |
– первичный нормальный бутиловый спирт (бутанол-1)
 |
– первичный изобутиловый спирт (2-метилпропанол-1)
 |
– вторичный бутиловый спирт (бутанол-2)
 |
– третичный бутиловый спирт (2-метилпропанол-2)
Числительные «первичный», «вторичный» и «третичный» определяют характер замещения углеродного атома при гидроксильной группе.
Различают изомерию углеродного скелета спиртов (рис. 3.1, а) и изомерию положения функциональной группы (рис. 3.1, б).
Атомы углерода в молекуле спирта находятся в состоянии sp3-гибридизации. В табл. 3.3 приведены физические и химические свойства, способы получения и области применения одноатомных спиртов на примере метанола, этанола, а также пропанола и бутанола.
Таблица 3.1
Классификация спиртов
| Признак классификации | Название класса спиртов | Примеры |
| Строение углеводородного радикала | Предельные (алканолы) | СН3—СН2—СН2—ОН пропанол-1 (н-пропиловый спирт) |
| Непредельные (алкенолы, алкинолы) | СН2=СН—СН2—ОН пропен-2-ол-1 (аллиловый спирт) СН≡С—СН2—ОН пропин-2-ол-1 (пропаргиловый спирт) | |
| Ароматические (арилалканолы) |
фенилметанол (бензиловый спирт) | |
| Число –ОН | Одноатомные | СН3—СН2—ОН этанол (этиловый спирт) |
| Двухатомные |
(этиленгликоль) | |
| Трехатомные |
(глицерин) | |
| Характер замещения углеродного атома при –ОН группе (для одноатомных спиртов) | Первичные | СН3—СН2—СН2—СН2—ОН бутанол-1 (н-бутиловый спирт) |
| Вторичные |
бутанол-2 (втор-бутиловый спирт) | |
| Третичные |
2-метилпропанол-2 (трет- бутиловый спирт) | |
| Число атомов углерода | Низшие (до С15) | С5Н11ОН пентанол-1 (н-амиловый спирт)
|
| Высшие (от C15) | С18Н37ОН октадеканол-1 (стеариловый спирт) |
пропантриол- 1,2,3
Таблица 3.2
Гомологический ряд предельных одноатомных спиртов
| Формулы спиртов | Названия | |
| по номенклатуре ИЮПАК | тривиальные | |
| СН3ОН | метанол | метиловый спирт |
| СН3СН2ОН | этанол | этиловый спирт |
| СН3(СН2)2ОН | пропанол-1 | н-пропиловый спирт |
| СН3(СН2)3ОН | бутанол- 1 | н-бутиловый спирт |
| СН3(СН2)4ОН | пентанол- 1 | н-амиловый спирт |
| СН3(СН2)5ОН | гексанол-1 | н-гексиловый спирт |
| СН3(СН2)6ОН | гептанол-1 | н-гептиловый спирт |
| СН3(СН2)7ОН | октанол- 1 | н-октиловый спирт |
| СН3(СН2)8ОН | нонанол-1 | н-нониловый спирт |
| СН3(СН2)9ОН | деканол-1 | н-дециловый спирт |
|
а
|
С4Н10О
б
Рис. 3.1. Примеры изомерии одноатомных спиртов
а - изомерия углеродного скелета; б - изомерия положения функциональной группы
Таблица 3.3
Свойства, способы получения и области применения одноатомных спиртов
| Физические свойства | Химические свойства | Способы получения | Области применения | |||||||||
| Все одноатомные первичные спирты с числом углеродных атомов меньше 12 – жидкости, легче воды. Первые члены ряда С1¸ С3, и (СН3)3С–ОН растворимы в воде неограниченно, растворимость остальных спиртов резко падает по мере роста их молекулярной массы. Спирты с числом углеродных атомов больше 12 – твердые вещества. Имеющие наибольшее промышленное значение метиловый (метанол) СН3ОН и этиловый (этанол) С2Н5ОН спирты – жидкости со специфическим запахом алкоголя. Температура кипения метилового спирта 64,5°С, он ядовит и его попадание в организм человека в относительно небольших дозах вызывает слепоту и даже смерть. | 1. Взаимодействие со щелочными металлами: а)2СН3ОН+2Na метилат натрия б) 2С2Н5ОН + 2Na
этилат натрия В воде алкоголяты гидролизуются: С2Н5–О–Na + НОН
этанол 2. Реакции с галогенводородами: С2Н5ОН + HCl хлорэтан 3. Взаимодействие с минеральными кислотами: С2Н5ОН + H–О–NO2
этилнитрат 4. Взаимодействие с аммиаком: а) С2Н5ОН + NH3
этиламин б) 2С2Н5ОН + NH3
диэтиламин в) 3С2Н5ОН + NH3
триэтиламин 5. Реакции с карбоновыми кислотами (реакции этерификации):
СН3ОН + метанол уксусная кислота
метилацетат
| 1. Гидратация алкенов: СН2=СН2 + H2О (это промышленный способ получения этанола) 2. Гидролиз галогеналканов: а) В щелочном растворе: C2H5Br + NaOH(водн.)
б) В воде: (СН3)3С–Вr + Н2О
3. Гидрирование альдегидов и кетонов:
+ Н2 ацетальдегид
+ Н2
4. Реакция промышленного получения метанола: СО + 2Н2 (Ранее метанол получали из продуктов гидролиза древесины, отсюда и название "древесный спирт") 5. Получение этанола расщеплением углеводов (брожение сахаристых веществ): C6H12О6 Этанол можно получить из крахмалсодержащих продуктов. Гидратацией алкенов (непредельных углеводородов) можно получить вторичные и третичные спирты: | Метиловый спирт применяется в качестве растворителя формальдегида, фотореактивов, красителей, фармацевтических препаратов, а также как химический реактив и сырье для получения других органических веществ. Этиловый спирт является хорошим растворителем для лаков и сырьем для получения различных медицинских препаратов, пищевой уксусной кислоты, эфиров, пластмасс. Кроме того, этанол широко используется в медицине как дезинфицирующий препарат, а также для производства многочисленной алкогольной продукции. Пропанол применяют как растворитель восков, природных и синтетических смол, |
б) 
ацетон
СН3–ОН
2C2H5ОH+2CО2Продолжение
| Температура кипения эти-лового спирта 78,4°С. Высокие температуры кипения метанола и этанола связаны с тем, что их молекулы имеют структурное сходство с молекулой воды и также образуют меж-молекулярные водородные связи, хотя и менее прочные, чем в случае Н2О (tкип = 100°С). Они неограниченно рас-творимы в воде и образуют межмолекулярные водородные связи с молекулами Н2О | 6. Реакции межмолекулярной дегидратации с водоотнимающим средством: СН3ОН + НОСН3
диметиловый эфир 7. Реакции окисления: СН3–СН2–ОН + [O]
уксусный альдегид (этаналь) 8. Реакция внутримолекулярной дегидратации (отщепление воды): СН3–СН2–ОН
этилен 9. Реакции дегидрирования (отщепление водорода):
ацетальдегид
пропанон (ацетон) 10. Реакции горения: а) 2СН3ОН + 3О2 б) С2Н5ОН + 3О2 | а)СН3–СН=СН3+H2О
пропанол-2 (изопропиловый спирт)
+H2О
2-метилпропанол-2 (трет-бутиловый спирт) 6. R–СООН + 2Н2 карбоновая кислота
первичный спирт 7. R–СНО + Н2 альдегид
первичный спирт
+ H2 кетон
вторичный спирт | в производстве полиэтилена низкого давления. Амиловый спирт – рас-творитель для производства по-рохов и ва-лериановой кислоты |
2СО2 + 4Н2О
б) 
8. 
3.1.2. МНОГОАТОМНЫЕ СПИРТЫ (ПОЛИОЛЫ)
Как уже отмечалось, многоатомные спирты отличаются наличием в их молекулах нескольких гидроксогрупп –ОН, соединенных с углеродным радикалом.
В табл. 3.4 приведены свойства, методы получения и области применения первых членов гомологического ряда двухатомных спиртов (I) и трехатомных спиртов (II)
 |
этандиол-1,2 пропантриол-1,2,3
(этиленгликоль) (глицерин)
(I) (II)
Таблица 3.4
Свойства, способы получения и области применения многоатомных спиртов
| Физические свойства | Химические свойства | Способы получения | Области применения | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Этиленгликоль и глицерин – это бесцветные, со сладковатым вкусом жидкости, хорошо растворимые в воде и этаноле. Температура кипения этиленгликоля 197,6°С, а глицерина - 290 °С. Этиленгликоль очень ядовитое ве-щество; гли-церин не ядовит. Глицерин хорошо растворяет многие вещества. Плотность глицерина 1,26 г/см3. Температура самовоспламенения 362°С. Этиленгликоль и глицерин не имеют запаха и являются весьма гигроскопичными жидкостями. | 1. Взаимодействие с активными металлами:
+ 2Na
б) + 3Na
глицерат натрия
+ 2NaOH
3. Реакция с минеральными кислотами:
а) + 3НСl
1,2,3-трихлорпропан б)
нитроглицерин (тринитрат глицерина) 4. Взаимодействие с гидроксидом меди (II) (качественная реакция на многоатомные спирты):
| 1. Окисление непредельных углеводородов (алкенов): СН2=СН2 + [О] + Н2О
+ 2Н2О
3. Гидролиз жиров (метод Э. Шевреля, 1779 г.):
+ 3ОН–Н
5. Промышленное производство глицерина реализовано из пропилена (газа крекинга нефти) по схеме: СН2=СН–СН3
| Этиленгликоль применяется для производства антифризов (незамерзающие жидкости), которые используются в радиаторах автомобилей и тракторов в зимнее время; для синтеза лавсана (полиэтилентерефталат), целлофана, полиуретанов, в производстве взрывчатых веществ. Глицерин применяют для получения нитроглицерина и динамита (взрывчатые вещества), в парфюмерии и медицине для изготовления различных |
2. Гидратация галогенпроизводных углеводородов:
4. + 2NaOH 
Продолжение
| Глицерин легко усваивается человеческим организмом. В природе глицерин содержится в природных жирах и маслах в виде триглицеридов карбоновых кислот |
2 + Сu(ОН)2
глицерат меди (II) раствор темно-синего цвета 5. Взаимодействие с уксусной кислотой:
+ 3
6. Дегидратация глицерина:
акролеин (непредельный альдегид) |
| мазей, в кожевенном производстве и в текстильной промышленности (для придания мягкости, эластичности тканям, коже, бумаге), а также для получения алкидных смол, полиуретанов, акролеина, мыл и клеев, ликеров и кондитерских изделий. Как компонент эмульгаторов, антифризов; смазок и кремов для обуви. Однопроцентный спиртовой раствор нитроглицерина расширяет кровеносные сосуды |
По сравнению с одноатомными спиртами в многоатомных спиртах усиливаются кислотные свойства в результате увеличения полярности связей О–Н, вызванного взаимным влиянием гидроксогрупп.
К многоатомным спиртам (полиолам) наряду с этиленгликолем и глицерином относятся также эритрит (III), ксилит (IV) и сорбит (V):
 | |||
 | |||
эритрит ксилит
(бутантетрол- 1,2,3,4) (пентанпентол-1,2,3,4,5)
(III) (IV)
 |
сорбит
(гексангексол-1,2,3,4,5,6)
(V)
К ароматическим спиртам относятся бензиловый спирт (VI) и β-фенилэтанол (VII):
 |  | ||
бензиловый спирт β-фенилэтанол
(VI) (VII)
Бензиловый спирт – душистое вещество, содержащееся во многих эфирных маслах и природных бальзамах. Применяется как сырье для производства душистых веществ в парфюмерии; растворитель красителей, чернильных паст, сложных эфиров целлюлозы, казеина и восков.
Ароматический спирт β-фенилэтанол представляет собой бесцветную жидкость с запахом роз; содержится в розовом масле и некоторых других эфирных маслах. Широко применяется в парфюмерии при изготовлении душистых веществ.
В качестве наиболее известных представителей непредельных спиртов можно отметить гипотетический виниловый спирт [СН2=СН–ОН], аллиловый спирт
СН2=СН–СН2–ОН, а также спирты более сложного строения:
 |
цитронеллол (VIII)
Виниловый спирт в свободном состоянии не существует, так как моментально изомеризуется в ацетальдегид:
 |
Обратите внимание на лекцию "38 Доброкачественный сублейкемический миелоз".
[СН2=СН–ОН] 
Известны только многочисленные производные винилового спирта – простые и сложные эфиры и полимерный поливиниловый спирт [–СН2–СН(ОН)–]n и соответствующие эфиры поливинилового спирта, например поливинилацетат.
Аллиловый спирт может быть получен гидролизом хлористого аллила:
СН2=СН–СН2Сl + Н2О 
СН2=СН–СН2ОН + НСl
Аллиловый спирт применяется в производстве глицерина, акролеина и аллиловых эфиров, а цитронеллол – в парфюмерии для производства душистых веществ.
