Подготовка к ЕГЭ по химии. Лекция по теме «Спирты»


Муниципальное бюджетное образовательное учреждение
Средняя общеобразовательная школа села Старобурново
муниципального района Бирский район Республики Башкортостан
Тематические лекции
по химии для 11 класса
для подготовки к ЕГЭна 2015-2016 учебный годcоставила учитель химииАсылбаева Марина Евгеньевна
Тема 18. Кислородсодержащие органические вещества.
18.1. Спирты.
Спирты - соединения алифатического ряда, содержащие одну или несколько гидроксильных групп. Общая формула спиртов с одной гидроксигруппой R–OH.
Химические свойства спиртов.
В химических реакциях спиртов возможно разрушение одной из двух связей:
С–ОН с отщеплением ОН-группы
О–Н с отщеплением водорода.
Это могут быть реакции замещения, в которых происходит замена ОН или Н, или реакция отщепления (элиминирования), когда образуется двойная связь.
Полярный характер связей С–О и О–Н способствует гетеролитическому их разрыву и протеканию реакций по ионному механизму. При разрыве связи О–Н с отщеплением протона (Н+) проявляются кислотные свойства спиртов, а при разрыве связи С–О – свойства основания и нуклеофильного реагента.

С разрывом связи О–Н идут реакции окисления, а по связи С–О – восстановления.
Таким образом, спирты могут вступать в многочисленные реакции, давая различные классы соединений. Вследствие доступности гидроксильных соединений, в особенности спиртов, каждая из этих реакций является одним из лучших способов получения определенных органических соединений.
Реакции по связи О–Н
К наиболее характерным реакциям спиртов, идущим с разрывом связи О–Н, относятся:
-реакции замещения атома водорода на металл (кислотные свойства);
-реакции замещения атома водорода на остаток кислоты (образование сложных эфиров);
-реакции отщепления водорода при окислении и дегидрировании.
Легкость этих реакций и строение образующихся продуктов зависят от строения углеводородного радикала и взаимного влияния атомов.
Реакционная способность одноатомных спиртов в реакциях по связи О–Н увеличивается в ряду:
CH3OH > первичные > вторичные > третичные.
Если в многоатомных спиртах ОН-группы находятся при соседних атомах углерода, то вследствие взаимного влияния этих групп (–I-эффект одной ОН-группы по отношению к другой), разрыв связи О–Н происходит легче, чем в одноатомных спиртах.
Многоатомные спирты с несоседними ОН-группами подобны по свойствам одноатомным спиртам (не проявляется взаимное влияние групп ОН).
а. Кислотные свойства спиртов.
Одноатомные спирты реагируют с активными металлами (Na, K, Mg, Al и др), образуя соли - алкоголяты (алкоксиды):
2R–OH + 2Na → 2RO–Na+ + H2↑
2C2H5OH + 2K→ 2C2H5O–K+ + H2↑
Алкоголяты под действием воды полностью гидролизуются с выделением спирта и гидроксида металла:
C2H5OК + H2O → C2H5OH + КOH
Спирты – более слабые кислоты, чем вода, т.к. алкильный радикал, проявляя +I-эффект, повышает электронную плотность на атоме кислорода и уменьшает полярность связи О–Н. Поэтому при взаимодействии спиртов со щелочами алкоголяты практически не образуются:

(равновесие этой реакции сдвинуто влево, т.к. соли спиртов в воде гидролизуются)
Кислотность одноатомных спиртов убывает в ряду:
CH3OH > первичный > вторичный > третичный
Многоатомные спирты с ОН-группами у соседних атомов углерода (этиленгликоль, глицерин и т.п.) вследствие взаимного влияния атомов (-I-эффект ОН-групп) являются более сильными кислотами, чем одноатомные спирты. Они образуют соли не только в реакциях с активными металлами, но и под действием их гидроксидов:
2HO–CH2CH2–OH + 4Na → 2NaO–СH2CH2–ONa + 2H2↑
HO–CH2CH2–OH + 2NaOH → NaO–CH2CH2–ONa + 2H2O
Такие спирты, в отличие от одноатомных, взаимодействуют с раствором гидроксида меди (II) в присутствии щелочи, образуя комплексные соединения, окрашивающие раствор в ярко-синий цвет (качественная реакция на многоатомные спирты):

Б. Образование сложных эфиров
Спирты вступают в реакции с минеральными и органическими кислотами, образуя сложные эфиры. Реакция обратима (обратный процесс – гидролиз сложных эфиров).



Реакционная способность одноатомных спиртов в этих реакциях убывает от первичных к третичным.
Окисление
Окислители – KMnO4, K2Cr2O7+H2SO4, CuO, O2+катализатор. Легкость окисления спиртов уменьшается в ряду:
первичные ≥ вторичные >> третичные.
Первичные спирты при окислении образуют альдегиды, которые затем легко окисляются до карбоновых кислот.

При окислении вторичных спиртов образуются кетоны.

Третичные спирты более устойчивы к действию окислителей. Они окисляются только в жестких условиях (кислая среда, повышенная температура), что приводит к разрушению углеродного скелета молекулы и образованию смеси продуктов (карбоновых кислот и кетонов с меньшей молекулярной массой).
Процесс идет через стадию дегидратации спирта с последующим деструктивным (жестким) окислением алкена. Например:

Предельное окисление спиртов до CO2 и Н2О происходит при их горении, например:
2CH3OH + 3O2 →2CO2 + 4H2O
Полное окисление метанола идет по схеме:

При сгорании спиртов выделяется большое количество тепла.
C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O + 1370 кДж
Благодаря высокой экзотермичности реакции горения этанола, он считается перспективным и экологически чистым заменителем бензинового топлива в двигателях внутреннего сгорания. В лабораторной практике этанол применяется как горючее для "спиртовок".
2. Реакции по связи С–О
Наиболее характерные реакции гидроксисоединений, происходящие с разрывом связи С–О:
-реакция замещения OH-группы на галоген или другую нуклеофильную группу (RO–, NH2– и т.п.), идущая по механизму нуклеофильного замещения SN;
-реакция отщепления (элиминирования) ОН и Н от соседних атомов углерода (внутримолекулярная дегидратация спиртов – образование алкенов);
-реакция замещения группы ОН при разрыве связи С–О в одной молекуле и замещения атома Н с разрывом связи О–Н – в другой молекуле спирты (межмолекулярная дегидратация – образование простых эфиров).
Реакционная способность спиртов в реакциях по связи С–О убывает в ряду:
третичные > вторичные > первичные > CH3OH
Реакции замещения ОН-группы
Замещение гидроксила ОН на галоген происходит в реакции спиртов с галогеноводородами в присутствии катализатора - сильной минеральной кислоты (например, конц. H2SO4). При этом спирты проявляют свойства слабых оснований.

Реакция спиртов с галогеноводородами является одним из способов получения галогенопроизводных углеводородов.
При межмолекулярной дегидратации спиртов также происходит нуклеофильное замещение: ОН-группа в одной молекуле спирта замещается на группу OR другой молекулы

Реакции дегидратации спиртов
Отщепление воды от молекул спирта (дегидратация спиртов) в зависимости от условий происходит как внутримолекулярная или межмолекулярная реакция.
А) Внутримолекулярная дегидратация спиртов с образованием алкенов идет в присутствии концентрированной серной кислоты при повышенной температуре.

При дегидратации вторичных спиртов возможны 2 направления реакции, например:

дегидратация идет преимущественно в направлении I, т.е. по правилу Зайцева – с образованием более замещенного алкена (водород отщепляется от менее гидрогенизированного атома углерода).
Б) Межмолекулярная дегидратация спиртов с образованием простых эфиров происходит при более низкой температуре, чем внутримолекулярная реакция:

Получение спиртов.
1. Щелочной гидролиз галогеноуглеводородов:
CH3–Br + NaOH (водн.)→ CH3–OH + NaBr
ClCH2–CH2Cl + 2 NaOH (водн.) → HOCH2–CH2OH + 2NaCl
C6H5Cl + NaOH (p, 340°С) →C6H5OH + NaCl
2. Гидратация алкенов:
CH2=CH2 + H2O (кат.) →CH3CH2OH
Присоединение воды к несимметричным алкенам идет по правилу Марковникова с образованием вторичных и третичных спиртов:
CH3–CH=CH2 + H2O (кат.) →CH3CH(OH)CH3
(CH3)2C=CH2 + H2O (кат.) → (CH3)3C–OH
3. Гликоли получают окислением алкенов щелочным раствором KMnO4:


Приложенные файлы

  • docx spirt
    Размер файла: 69 kB Загрузок: 7