спирт алифатический что это

Алифатические (простые спирты)

Спирты. Фенолы. Простые эфиры

Замещение одного или нескольких атомов водорода в молеку­ле углеводорода на гидроксильную группу приводит к образова­нию молекулы спирта. Спирты бывают алифатическими, алициклическими и ароматическими, причем в последних ОН-группа не связана непосредственно с ароматическим ядром (например: бензиловый спирт С₆Н₅СН₂ОН).Соединения, в которых гидроксильная группа связана с атомом углерода ароматического кольца, называют фенолами.

ОН-группа может быть связана с первичным, вторичным или третичным атомом углерода. Соответственно спирты разделяют на первичные (RCH₂OH), вторичные (R₂CHOH) и третичные (R₃COH).

По числу гидроксильных групп спирты разделяются на одно­атомные, двухатомные, трехатомные и т.д. Многоатомные спир­ты называют гликолями.

Алифатические (простые спирты)

Члены гомологического ряда алифатических спиртов имеют общую формулу С_nН_2n+1ОН.

Структурная изомерия предельных (алифатических) одноатомных спиртов определяется строением углеродной цепи и положением гидроксильной группы в цепи. Например, существуют четыре изомера бутанола С₄Н₉ОН. Нумерацию цепи начинают с того края, ближе к которому расположена ОН-группа.

Низшие спирты (до С₁₂) при комнатной температуре — жид­кости, высшие — твердые вещества. Температуры кипения спиртов намного выше температур кипения алканов с такой же моле­кулярной массой. Например, t°_кип (С₂Н₅ОН — этанол)=78°С, а t°_кип (С₃Н₈ — пропан)=42°С; t°_кип(С₇Н₁₅ОН — гептанол-1)=180°С, а t°_кип (C₈H₁₈ — октан)=126°С. Причиной этого является высокая полярность связи О—Н и легкость образования водородных связей молекулами спирта. Итак, спирты имеют аномально высокие тем­пературы кипения благодаря водородным связям.

При испарении жидкости водородные связи между молекулами разрываются, что требует дополнительной затраты энергии. Следовательно, увеличение молекулярной массы приводит к росту температуры кипения, а разветвленные спирты кипят при более низкой температуре, чем неразветвленные.

Низшие спирты хорошо растворимы в воде, т.к. молекулы спирта легко образуют водородные связи с молекулами воды:

Спирты с большой молекулярной массой и большим размером углеводородного радикала (R) образуют гораздо меньше водород­ных связей, чем молекулы воды, занимающие тот же объем, что и молекула спирта. Поэтому растворение высших спиртов в воде энергетически невыгодно, и их растворимость невелика.

Образование азеотропных смесей

Этанол образует азеотропную смесь с водой, содержащую 95,6% этанола и кипящую при 78,1°С. Поэтому безводный этанол может быть получен только перегонкой над каким-либо осушите­лем (например, СаО — оксидом кальция (II)). Многие другие спир­ты также образуют с водой азеотропную смесь.

при кипении жидкости состава А пар имеет тот же состав, что и эта жидкость. Это означает, что и состав, и, следовательно, темпе­ратура кипения (Т_кип) не изменяются в течение процесса. Такую смесь называют азеотропом, или нераздельно кипящей смесью. Азеотропы — не соединения, т.к. их составы зависят от давления.

Спирты как растворители

Спирты — хорошие растворители. Они растворяют как поляр­ные, так и неполярные вещества. Наличие в молекуле полярной ОН-группы позволяет им растворять такие полярные вещества, как гидроксиды калия и натрия. Неполярный алкильный ради­кал обеспечивает растворимость в спиртах таких малополярных соединений, как углеводороды.

Алифатические спирты легче воды, а ароматические — чуть тяжелее.

Этанол — подвижная жидкость с низкой вязкостью. Много­атомные спирты из-за большого числа водородных связей имеют высокую вязкость.

Промышленные источники спиртов

1. Гидратация алкенов. Каталитическая гидратация алкенов протекает по механизму электрофильного присоединения по правилу Марковникова (см. §2.4). Например, получение эта­нола:

2. Природный газ как источник метанола. Метанол можно полу­чить из природного газа. Смесь метана с водяным паром про­пускают над катализатором:

3. Ферментативный синтез этанола. Этанол получают при бро­жении Сахаров, вызываемом ферментами:

Дрожжи — это живые одноклеточные организмы, содержащие фермент зимазу, который катализирует реакцию.

Лабораторные синтезы спиртов

. Гидролиз галогеналканов. Галогеналканы гидролизуются под действием водных растворов щелочей. Реакция протекает по механизму нуклеофильного замещения:

2. Синтез спиртов из сложных эфиров. При кипячении сложного эфира с разбавленной кислотой или щелочью образуются карбоновая кислота или ее соль и спирт:

Восстановление альдегидов, кетонов и карбоновых кислот. Спирты образуются также при восстановлении альдегидов и кетонов (см. §6), карбоновых кислот и их производных — слож­ных эфиров и хлорангидридов (см. §7).

Ниже указаны промышленные и лабораторные способы син­теза спиртов.

Химические свойства спиртов

Подобно воде, спирты проявляют амфотерные свойства. Боль­шинство химических реакций спиртов протекают с разрывом связи RO—Н, например, реакции с натрием или карбоновыми

кислотами обусловлены разрывом связи R—ОН.

Первой стадией таких реакций обычно является протонирование атома кислорода. После этого связь R—О + Н₂ разрывается гораздо легче. Например, реакция этанола с иодоводородной кис­лотой начинается с переноса протона:

Затем алкилоксоний-катион теряет молекулу воды, превра­щаясь в галогеналкан:

Основные свойства наиболее сильны у третичных спиртов и падают в ряду: третичные > вторичные > первичные спирты

Кислотные же свойства спиртов уменьшаются в ряду: первич­ные > вторичные > третичные спирты

Рассмотрим реакции спиртов на примере этанола.

Реакции с разрывом связи RO—H. Кислотные свойства спиртов

1. Спирты реагируют с щелочными и щелочноземельными метал­лами, при этом образуется алкоксид металла и водород. Напри­мер, реакция этанола с натрием идет значительно медленнее, чем реакция натрия с водой:

Итак, кислотные свойства спиртов выражены очень слабо. С увеличением длины углеводородного радикала скорость этой реакции замедляется.

В присутствии воды образующиеся алкоголяты разлагаются до исходных спиртов:

C₂H₆ONa+Н₂О®С₂Н₆ОН+NaOH Это доказывает, что спирты — более слабые кислоты, чем вода.

2. Спирты реагируют с карбоновыми кислотами, образуя при этом сложные эфиры. Эта реакция называется реакцией зтерификации (см. §7).

Источник

Спирты и фенолы

Гидроксисоединения – это органические вещества, молекулы которых содержат, помимо углеводородной цепи, одну или несколько гидроксильных групп ОН.

Гидроксисоединения делят на спирты и фенолы.

Общая формула предельных нециклических спиртов: C_nH_2n+2O_m, где m ≤ n.

Классификация спиртов

По числу гидроксильных групп:

Двухатомные спирты с двумя и тремя гидроксогруппами у одного атома углерода R‒CH(OH)₂ или R-C(OH)₃ неустойчивы, от них легко отрывается вода и образуется карбонильное соединение.

Классификация по числу углеводородных радикалов у атома углерода при гидроксильной группе

Классификация по строению углеводородного радикала

Непредельные спирты, в которых гидроксильная группа соединена с атомом углерода при двойной связи (алкенолы), неустойчивы и изомеризуются в соответствующие карбонильные соединения.

Строение спиртов и фенолов

В молекулах спиртов, помимо связей С–С и С–Н, присутствуют ковалентные полярные химические связи О–Н и С–О.

Электронная плотность обеих связей смещена к более электроотрицательному атому кислорода:

Водородные связи и физические свойства спиртов

Спирты образуют межмолекулярные водородные связи. Водородные связи вызывают притяжение и ассоциацию молекул спиртов:

Поэтому спирты – жидкости с относительно высокой температурой кипения (температура кипения метанола +64,5 о С). Температуры кипения многоатомных спиртов и фенолов значительно выше.

Таблица. Температуры кипения некоторых спиртов и фенола.

Водородные связи образуются не только между молекулами спиртов, но и между молекулами спиртов и воды. Поэтому спирты очень хорошо растворимы в воде. Молекулы спиртов в воде гидратируются:

Низшие спирты (метанол, этанол, пропанол, изопропанол, этиленгликоль и глицерин) смешиваются с водой в любых соотношениях.

Номенклатура спиртов

Нумерация ведется от ближайшего к ОН-группе конца цепи.

Например: СН₃ОН – метиловый спирт, С₂Н₅ОН – этиловый спирт и т.д.

Например, пропандиол-1,2 (пропиленгликоль):

Изомерия спиртов

Структурная изомерия

Для спиртов характерна структурная изомерия – изомерия углеродного скелета, изомерия положения гидроксильной группы и межклассовая изомерия.

Структурные изомеры — это соединения с одинаковым составом, которые отличаются порядком связывания атомов в молекуле, т.е. строением молекул.

Изомеры углеродного скелета характерна для спиртов, которые содержат не менее четырех атомов углерода.

Бутанол-1	2-Метилпропанол-1

Межклассовые изомеры — это вещества разных классов с различным строением, но одинаковым составом. Спирты являются межклассовыми изомерами с простыми эфирами. Общая формула и спиртов, и простых эфиров — C_nH_2n+2О.

Изомеры с различным положением группы ОН отличаются положением гидроксильной группы в молекуле. Такая изомерия характерна для спиртов, которые содержат три или больше атомов углерода.

Пропанол-1	Пропанол-2

Химические свойства спиртов

Спирты – органические вещества, молекулы которых содержат, помимо углеводородной цепи, одну или несколько гидроксильных групп ОН.

Химические реакции гидроксисоединений идут с разрывом одной из связей: либо С–ОН с отщеплением группы ОН, либо связи О–Н с отщеплением водорода. Это реакции замещения, либо реакции отщепления (элиминирования).

Свойства спиртов определяются строением связей С–О–Н. Связи С–О и О–Н — ковалентные полярные. При этом на атоме водорода образуется частичный положительный заряд δ+, на атоме углерода также частичный положительный заряд δ+, а на атоме кислорода — частичный отрицательный заряд δ–.

Такие связи разрываются по ионному механизму. Разрыв связи О–Н с отрывом иона Н + соответствует кислотным свойствам гидроксисоединения. Разрыв связи С–О соответствует основным свойствам и реакциям нуклеофильного замещения.

С разрывом связи О–Н идут реакции окисления, а с разрывом связи С–О — реакции восстановления.