Продолжение. Начало см. в № 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 26/2004

Урок 18. Химические свойства спиртов

Одноатомные спирты не обладают ни щелочными, ни кислотными свойствами. Водные растворы спиртов на индикаторы не действуют.
Рассмотрим химические свойства спиртов на примере этанола. В молекуле этилового спирта
СН₃–СН₂–ОН имеется четыре типа химических связей, различающихся полярностью: 1) Н–О;
2) С–О; 3) С–Н; 4) С–С. В результате химических превращений разрываются наиболее полярные связи Н–О, С–О и С–Н. Неполярная связь С–С в реакциях спиртов не разрывается.
1. Разрыв связи Н–О в реакции с натрием:

2. Одновременный разрыв связей Н–О и С–Н, находящихся при спиртовом атоме углерода, под действием окислителя (CuO) с отщеплением молекулы Н₂О и образованием альдегида (СН₃СНО):

3. Разрыв связи под действием нуклеофильных реагентов (ионов В^– или молекул с неравномерным распределением заряда в молекуле ) в кислой среде.
а) Действие кислот НСl или НВr с образованием галогеналканов:

б) Действие кислородсодержащих кислот – неорганических и органических – с образованием сложных эфиров (подробнее см. урок 29):

Модель нуклеофильного и электрофильного процессов

4. Внутримолекулярное отщепление Н и ОН от соседних атомов С в присутствии концентрированной серной кислоты при нагревании с образованием алкена:

5. Межмолекулярное отщепление Н и ОН от двух разных молекул спирта при умеренном нагревании в присутствии дегидратирующих агентов. Продукт реакции – простой эфир:

6. Спирты горят на воздухе с расщеплением всех связей и образованием углекислого газа и воды:

С₂Н₅ОН + 3О₂ 2СО₂ + 3Н₂О.

Задача. Составьте уравнения реакций пропанола-1 СН₃СН₂СН₂ОН со следующими реагентами: а) Na; б) CuO; в) HCl в присутствии H₂SO₄ (конц.) при нагревании; г) H₂SO₄ (конц.) при 160 °С (продукт – алкен); д) H₂SO₄ (конц.) при 140 °С (продукт – простой эфир).

Решение

УПРАЖНЕНИЯ

1. Составьте уравнения реакций пропанола-2 СН₃СН(ОН)СН₃ со следующими реагентами:
а) Na; б) CuO; в) HCl в присутствии H₂SO₄ (конц.) при нагревании; г) H₂SO₄ (конц.) при 160 °С (продукт – алкен); д) H₂SO₄ (конц.) при 140 °С (продукт – простой эфир).

2. Алюминий реагирует со спиртами подобно натрию. При этом происходит замещение гидроксильного водорода на металл и выделение свободного водорода Н₂. Реакция протекает при нагревании около температуры кипения спирта. Составьте уравнения реакций металлического алюминия со спиртами: а) метанолом; б) этанолом.

3. Почему температуры кипения спиртов выше, чем у соответствующих по молекулярной массе углеводородов (С₂Н₅ОН, М_r = 46, t_кип = 78 °С; С₃Н₈, М_r = 44, t_кип = –42 °С)?

4. Напишите схему реакций, с помощью которых пропанол-1 можно превратить в пропанол-2.

Урок 19. Применение спиртов.
Цепочки химических превращений с участием спиртов

Из спиртов ROH получают соединения многих других классов: алкилгалогениды RHal, алкены R'СН=СН₂, простые эфиры RОR', сложные эфиры R'СООR, альдегиды R'СНО, карбоновые кислоты R'СООН и т.д. Спирты используют в качестве растворителей при синтезе новых соединений, производстве лаков и красок, фармацевтических препаратов, душистых веществ, парфюмерно-косметической продукции. Этанол используют как дезинфицирующее средство, горючее в двигателях. Он идет также на изготовление алкогольных напитков.

Применение этилового спирта

Для прочного усвоения знаний по химии надо овладеть умением составлять и решать цепочки химических превращений. Решить цепочку – это значит записать уравнения реакций, соответствующие каждой стрелке схемы. В результате удается из имеющихся в наличии веществ получать новые необходимые вещества. Для решения цепочек необходимо знать:
а) способы получения веществ и б) химические свойства веществ различных классов.

Пример цепочки химических превращений в производстве этанола

Задача. Составьте уравнения реакций для цепочки превращений:

Решение

Воспользуемся удобным способом, помогающим определять реагенты, требуемые для превращения одного вещества в другое: будем находить отличие в составе двух веществ, стоящих по разные стороны от стрелки, и из химической формулы с большим числом атомов вычитать формулу с меньшим числом атомов. Так, для первой стрелки схемы:

Следовательно, чтобы превратить спирт СН₃СН₂ОН в алкен СН₂=СН₂, надо отщепить молекулу воды от молекулы спирта:

Вторая реакция схемы состоит в присоединении водорода к алкену:

Третья стрелка схемы представляет реакцию замещения водорода в алкане СН₃–СН₃ на хлор. Это достигается действием молекулярного хлора на алкан:

Четвертое превращение – замещение атома хлора в хлорэтане С₂Н₅Сl на гидроксильную группу ОН:

Пятая реакция заключается в отщеплении двух атомов водорода от молекулы спирта. На практике это означает окисление спирта кислородом [O] окислителя, т.е. связывание избыточных атомов Н в форме Н₂О:

УПРАЖНЕНИЯ

2. Запишите уравнения реакций получения бензилового спирта С₆Н₅СН₂ОН из 2-бромгептана по схеме:

3. Предложите способ получения из этана простого эфира и сложного эфира.

4. Запишите уравнения реакций для цепочки химических превращений и назовите вещества:

Ответы на упражнения к теме 2

Урок 18

1. Реакции пропанола-2:

2.

3. В спиртах существует межмолекулярная водородная связь между атомами кислорода, несущими частичный отрицательный заряд ^–, и атомами водорода с зарядом ⁺:

Водородная связь в спиртах обусловливает их высокие температуры кипения. В углеводородах нет водородной связи.

4. Схема превращения пропанола-1 в пропанол-2:

Урок 19

1.

2. Реакции к схеме превращения 2-бромгептана в бензиловый спирт:

3. Схема превращения этана в простой эфир:

Схема превращения этана в сложный эфир:

4. Уравнения реакций для цепочки химических превращений: