Этиленгликоль как представитель многоатомных спиртов. Многоатомные спирты: характеристика, получение и использование. Реакции по атому водорода связи О-Н

Одноатомные спирты.

Спиртами называются производные углеводородов, представляющие собой продукты замещения атома (атомов) водорода в углеводородной молекуле гидроксильной группой -ОН. В зависимости от того, какое количество атомов водорода замещено, спирты бывают одноатомными и многоатомными. Т.е. число групп -ОН в молекуле спирта характеризует атомность последнего.

Наибольшее значение имеют предельные одноатомные спирты. Состав членов ряда предельных одноатомных спиртов может быть выражен общей формулой -- СnH2n+1ОН или R-OH.

Несколько первых членов гомологического ряда спиртов и их названия по радикально-функциональной, заместительной и рациональной номенклатурам соответственно приведены ниже:

По радикально-функциональной номенклатуре название спиртов образуется из названия радикалов и слова «спирт», выражающего функциональное название класса.

Химические свойства

1. Спирты реагируют со щелочными металлами (Na, K и т.д.) с образованием алкоголятов:
2R--OH + 2Na ® 2R--ONa + H2
2. Замещение гидроксильной группы спиртов на галоген

R--ОН + Н--X « R--X + H2O

3. Взаимодействие спиртов с кислотами называют реакцией этерификации. В результате ее образуются сложные эфиры:

R--OH + HO--C--R1 « R--O--C--R1 + H2O

4. При высокой температуре кислород воздуха окисляет спирты с образованием СО2 или Н2О (процесс горения). Метанол и этанол горят почти несветящимся пламенем, высшие - более ярким коптящим. Это связано с увеличением относительного увеличением углерода в молекуле.

Растворы KMnO4 и K2Cr2O7 (кислые) окисляют спирты. Раствор KMnO4 обесцвечивается, раствор K2Cr2O7 становится зеленым .

Первичные спирты при этом образуют альдегиды, вторичные - кетоны, дальнейшее окисление альдегидов и кетонов приводит к получению карбоновых кислот.

5. При пропускании паров первичных и вторичных спиртов над поверхностью наколенных мелкораздробленных металлов (Cu, Fe) происходит их дегидрирование:

СН3--СН--Н CH3--C--H

Многоатомные спирты.

Двухатомные спирты называются гликолями, трехатомные - глицеринами. По международной заместительной номенклатуре двухатомные спирты называются алкандиолами, трехатомные - алкантриолами. Спирты с двумя гидроксилами при одном углеродном атоме обычно в свободном виде не существуют; при попытках получить их они разлагаются, выделяя воду и превращаясь в соединение с карбонильной группой - альдегиды или кетоны

Трехатомные спирты с тремя гидроксилами при одном углеродном атоме еще более неустойчивы, чем аналогичные двухатомные, и в свободном виде неизвестны:

Поэтому первым представителем двухатомных спиртов является производное этана состава С2Н4(ОН)2 с гидроксильными группами при различных углеродных атомах - 1,2-этандиол, или иначе - этиленгликоль (гликоль). Пропану соответствует уже два двухатомных спирта - 1,2-пропадиол, или пропиленгликоль, и 1,3-пропандиол, или триметиленгликоль:

Гликоли, в которых две спиртовые гидроксильные группы расположены в цепи рядом - при соседних атомах углерода, называются a-гликолями (например, этиленгликоль, пропиленгликоль). Гликоли со спиртовыми группами, расположенными через один углеродный атом, называются b-гликолями (триметиленгликоль). И так далее.

Среди двухатомных спиртов этиленгликоль представляет наибольший интерес. Он используется в качестве антифриза для охлаждения цилиндров автомобильных, тракторных и авиационных двигателей; при получении лавсана (полиэфир спирта с терефталевой кислотой).

Это бесцветная сиропообразная жидкость, не имеющая запаха, сладкая на вкус, ядовита. Смешивается с водой и спиртом. Ткип.=197 оС, Тпл.= --13 оС, d204=1,114 г/см3. Горючая жидкость.

Дает все реакции, характерные для одноатомных спиртов, причем в них может участвовать одна или обе спиртовые группы. Вследствие наличия двух ОН-групп гликоли обладают несколько более кислыми свойствами, чем одноатомные спирты, хотя и не дают кислой реакции на лакмус, не проводят электрического тока. Но в отличие от одноатомных спиртов они растворяют гидроксиды тяжелых металлов. Например, при приливании этиленгликоля к голубому студенистому осадку Cu(OH)2 образуется синий раствор гликолята меди:

При действии PCl5 хлором замещаются обе гидроксидьные группы, при действии HCl - одна и образуются так называемые хлоргидрины гликолей:

При дегидратации из 2-х молекул этиленгликоля образуется диэтиленгликоль:

Последний, может, выделяя внутримолекулярно одну молекулу воды, превращаться в циклическое соединение с двумя группами простого эфира - диоксан:

С другой сторон, диэтиленгликоль может реагировать со следующей молекулой этиленгликоля, образуя соединение тоже с двумя группами простого эфира, но с открытой цепью - триэтиленгликоль. Последовательное взаимодействие по такого рода реакции многих молекул гликоля приводит к образованию полигликолей - высокомелекулярных соединений, содержащих множество группировок простого эфира. Реакции образования полигликолей относятся к реакциям поликонденсации.

Полигликоли используются в производстве синтетических моющих средств, смачивателей, пенообразователей.

Химические свойства

Главной особенностью простых эфиров является их химическая инертность. В отличие от сложных эфиров они не гидролизуются и не разлагаются водой на исходные спирты. Безводные (абсолютные) эфиры в отличие от спиртов при обычных температурах не реагируют с металлическим натрием, т.к. в их молекулах нет активного водорода.

Расщепление простых эфиров происходит под действием некоторых кислот. Например, концентрированная (особенно дымящая) серная кислота поглощает пары простых эфиров, и при этом образуется сложный эфир серной кислоты (этилсерная кислота) и спирт.

Иодистоводородная кислота также разлагает простые эфиры, в результате получаются галогеналкил и спирт.

При нагревании металлический натрий расщепляет простые эфиры с образованием алкоголята и натрийорганического соединения.

4. Получение этанола спиртовым брожением сахаристых веществ:

С 6 Н 12 О 6 2CH 3 –CH 2 –ОН + 2СО 2 .

(глюкоза)

5. Получение метанола из синтез-газа (смеси СО и Н 2):

СО + 2Н 2 CH 3 –ОН.

Многоатомные предельные спирты

Многоатомные спирты содержат несколько гидроксильных групп, присоединенных к разным атомам углерода. Присоединение нескольких гидроксильных групп к одному атому углерода невозможно, так как при этом происходит процесс дегидратации и образуется соответствующий альдегид или карбоновая кислота:

Примеры многоатомных спиртов:

Многоатомные спирты содержат асимметрические атомы углерода и обладают оптической изомерией.

В качестве примера циклических спиртов можно привести шестиатомные циклические спирты С 6 Н 6 (ОН) 6 – инозиты, один из изомеров которых (мезоинозит) входит в состав фосфолипидов:

Химические свойства многоатомных спиртов

1. Кислотные свойства

Многоатомные спирты обладают большими кислотными свойствами по сравнению с одноатомными спиртами, что объясняется взаимным влиянием функциональных групп:

гликолят натрия

2. Качественная реакция на многоатомные спирты – взаимодействие со свежеосажденным гидроксидом меди(II):

3. Образование полных и неполных эфиров с неорганическими и органическими кислотами:

;

(нитроглицерин);

4. Дегидратация многоатомных спиртов

Получение многоатомных спиртов

1. Гидролиз дигалогеноалканов:

Br–CH 2 –CH 2 –Br + 2KOH НО–CH 2 –CH 2 –ОН + 2KBr.

2. Окисление алкенов водным раствором перманганата калия (реакция Вагнера):

3CH 2 =CH 2 +2KMnO 4 +4H 2 O®3HO–CH 2 –CH 2 –OH+2MnO 2 ¯+2KOH.

3. Получение глицерина:

(гидролиз жиров)

ФЕНОЛЫ

Фено́лы - органические соединения ароматического ряда, в молекулах которых гидроксильные группы связаны с атомами углерода ароматического кольца. По числу ОН-групп различают:

· одноатомные фенолы (аренолы): фенол (C 6 H 5 OH) и его гомологи:


фенол	орто -крезол	мета -крезол	пара -крезол
Еще один изомер состава С 7 Н 7 ОН, бензиловый спирт, не относится к фенолам, так как функциональная группа не присоединена непосредственно к ароматической системе. Гидроксильная группа может быть присоединена и к более сложным ароматическим системам, например,

бензиловый спирт	a-нафтол	b-нафтол

двухатомные фенолы (арендиолы):

трехатомные фенолы (арентриолы):

Для фенола и его гомологов возможны два типа изомерии: изомерия положения заместителей в бензольном кольце и изомерия боковой цепи (строения алкильного радикала и числа радикалов).

Физические свойства.

Фенол – бесцветное кристаллическое вещество, розовеющее на воздухе. Обладает характерным запахом. Хорошо растворяется в воде, этаноле, ацетоне и других органических растворителях. Раствор фенола в воде – карболовая кислота. Другие фенолы – бесцветные кристаллические вещества или жидкости, температуры кипения которых выше температур кипения предельных спиртов с такими же молярными массами. Фенолы малорастворимы в воде, хорошо растворяются в органических растворителях, токсичны.

Химические свойства.

Для структуры фенола характерно взаимодействие неподеленной пары электронов атома кислорода и p-электронов ароматического кольца. Результатом этого является смещение электронной плотности с гидроксильной группы на кольцо, при этом связь О–Н становится более полярной, а значит, менее прочной (фенолы проявляют свойства слабых кислот).

Гидроксильная группа по отношению к бензольному кольцу является заместителем I рода, ориентируя реакции замещения в орто- и пара-положения.

Реакции фенола можно разделить на две группы: реакции с участием функциональной группы и реакции с участием ароматического кольца.

Реакции по гидроксильной группе

1. Кислотные свойства:

2C 6 H 5 OH + 2Na ® H 2 + 2C 6 H 5 ONa (фенолят натрия);

C 6 H 5 OH + NaOH ® C 6 H 5 ONa + H 2 O;

C 6 H 5 ONa + H 2 O + CO 2 ® C 6 H 5 OH + NaHCO 3

(кислотные свойства фенола слабее, чем угольной кислоты);

Фиолетовое окрашивание растворов в присутствии хлорида железа(III) – качественная реакция на фенолы.

В том случае, когда гидроксильная группа не связана непосредственно с ароматическим циклом, а находится в составе заместителя, влияние бензольного кольца на функциональную группу ослабевает и кислотные свойства не проявляются (класс ароматических спиртов). Например, бензиловый спирт реагирует с натрием и не реагирует с NaOH.

2. Образование сложных и простых эфиров (в отличие от спиртов фенолы не реагируют с карбоновыми кислотами, сложные эфиры получают косвенным путем – из хлорангидридов кислот и фенолятов): С 6 Н 5 ОН + СН 3 СООН ¹

C 6 H 5 ONa + R–Br ® C 6 H 5 OR + NaBr

3. Окисление (фенолы легко окисляются даже под действием кислорода воздуха, поэтому при стоянии постепенно окрашиваются в розовый цвет):


бензохинон

Реакции по бензольному кольцу.

1. Галогенирование:

(в отличие от бензола и его гомологов фенол обесцвечивает бромную воду).

2. Нитрование:

Тринитрофенол (пикриновая кислота) – кристаллическое вещество желтого цвета, по силе приближается к неорганическим кислотам).

3. Поликонденсация (взаимодействие с формальдегидом и образование фенолформальдегидных смол):

Получение фенола

3. Перегонка каменноугольной смолы.

4. Получение фенола из галогенбензолов:

С 6 Н 5 Сl + 2NaOH C 6 H 5 ONa + NaCl + H 2 O;

C 6 H 5 ONa + HCl ® C 6 H 5 OH + NaCl.

5. Каталитическое окисление изопропилбензола (кумола) – кумольный метод:

АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ

Альдегиды и кетоны относятся к карбонильным соединениям и содержат карбонильную группу . В альдегидах карбонильная группа обязательно связана с атомом водорода (находится в положении 1 углеродной цепи), в кетонах она расположена в середине цепи и связана с двумя атомами углерода. Общая формула альдегидов и кетонов С 2 H 2 n O (межклассовые изомеры). Для альдегидов существует только изомерия углеродного скелета, для кетонов – изомерия углеродного скелета и изомерия положения функциональной группы.

Номенклатура альдегидов и кетонов:


метаналь (формальдегид или муравьиный альдегид)	этаналь (ацетальдегид или уксусный альдегид)	пропаналь (пропионовый альдегид)

бутаналь (масляный альдегид)	метилпропаналь (изомасляный альдегид)	пропеналь (акролеин)

пропанон (диметилкетон или ацетон)	бутанон (метилэтилкетон)	пентанон-1 (метилпропилкетон)

пентанон-2 (диэтилкетон)	метилбутанон (метилизопропил кетон)	метилфенилкетон (ацетофенон)

бензойный альдегид	дифенилкетон (бензофенон)

Физические свойства

Формальдегид при комнатной температуре – газ, температура кипения ацетальдегида +20°С. Температуры кипения альдегидов ниже, чем температуры кипения соответствующих спиртов (отсутствуют водородные связи между молекулами). Ацетон и его ближайшие гомологи – жидкости, легче воды. Альдегиды и кетоны легко летучи и имеют резкий запах. Раствор формальдегида в воде – формалин.

Химические свойства

Атом углерода карбонильной группы находится в состоянии sp 2 -гибридизации (плоский фрагмент). Электроны двойной связи сильно смещены в сторону более электроотрицательного атома кислорода (связь С=О полярная). Перераспределение зарядов в карбонильной группе оказывает влияние на полярность С–Н связей соседнего с карбонильной группой атома углерода (a-положение):

Для альдегидов и кетонов характерны реакции присоединения по двойной связи карбонильной группы и реакции замещения атома водорода у a-атома углерода на галоген. Кроме того, альдегиды способны окисляться по атому водорода при карбонильной группе.

Реакции присоединения по двойной связи С=О группы (нуклеофильное присоединение S N)

В связи с тем, что связь С=О альдегидов и кетонов имеет полярный характер, она легко разрывается под действием полярных молекул типа Н–Х. В общем виде реакцию можно представить в виде:

1. Присоединение водорода (восстановление альдегидов и кетонов до первичных и вторичных спиртов):

2. Присоединение воды (гидратация) – обратимый процесс (гидраты устойчивы только в водных растворах):

Метаналь в водных растворах гидратирован на 100%, этаналь – на 50%, ацетон практически не гидратирован.

3. Присоединение спиртов:

(полуацеталь); (ацеталь).

4. Присоединение гидросульфита натрия (реакция служит для выделения альдегидов и кетонов из смесей с другими органическими веществами):

5. Присоединение аммиака (H–NH 2) и аминов (H–NHR):

Особым образом происходит присоединение аммиака к уксусному и муравьиному альдегидам:

(гексаметилентетрамин – уротропин, дезинфицирующее средство в урологии при воспалении мочевых путей)

5. Присоединение гидразина (H 2 N–NH 2) и фенилгидразина (H 2 N–NH–С 6 H 5).

Лекция № 3.

Многоатомные спирты, их строение и свойства.

Представители многоатомных спиртов - этиленгликоль и глицерин. Двухатомные спирты, содержащие две гидроксильные группы-ОН, называются гликолями, или диолами, трехатомные спирты, содержащие три гидроксильные группы, - глицеринами, или триолами.

Положение гидроксильных групп указывается цифрами в конце названия.

Физические свойства

Многоатомные спирты - бесцветные сиропообразные жидкости сладковатого вкуса, хорошо растворимы в воде, плохо - в органических растворителях; имеют высокие температуры кипения. Например, tкип этиленгликоля 198°С, плотность () 1,11 г/см3; tкип (глицерин) = 290°С, глицерин = 1,26 г/см3.

Получение

Двух- и трехатомные спирты получают теми же способами, что и одноатомные. В качестве исходных соединений могут быть использованы алкены, галогенопроизводные и другие соединения.

1. Этиленгликоль (этандиол-1,2) синтезируют из этилена различными способами:

3CH 2 =CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O ® 3HO–CH 2 –CH 2 –OH + 2MnO 2 + 2KOH

2. Глицерин (пропантриол -1,2,3) получают из жиров, а также синтетическим путем из газов крекинга нефти (пропилена), т.е. из непищевого сырья.

Химические свойства

Многоатомные спирты по химическим свойствам сходны с одноатомными спиртами. Однако в химических свойствах многоатомных спиртов есть особенности, обусловленные присутствием в молекуле двух и более гидроксильных групп.

Кислотность многоатомных спиртов выше, чем одноатомных, что объясняется наличием в молекуле дополнительных гидроксильных групп, обладающих отрицательным индуктивным эффектом. Поэтому многоатомные спирты, в отличие от одноатомных, реагируют со щелочами, образуя соли. Например, этиленгликоль реагирует не только с щелочными металлами, но и с гидроксидами тяжелых металлов.

По аналогии с алкоголятами соли двухатомных спиртов называются гликолятами, а трехатомных - глицератами.

При взаимодействии этиленгликоля с галогеноводородами (НСl, HBr) одна гидроксильная группа замещается на галоген:

Вторая гидроксогруппа замещается труднее, под действием РСl5.

При взаимодействии гидроксида меди (II) с глицерином и другими многоатомными спиртами происходит растворение гидроксида и образуется комплексное соединение ярко-синего цвета.

Эта реакция используется для обнаружения многоатомных спиртов, имеющих гидроксильные группы при соседних атомах углерода -СH(ОН)-СН(ОН)-:

В отсутствие щелочи многоатомные спирты не реагируют с |гидроксидом меди (II) - их кислотность для этого недостаточна.

Многоатомные спирты взаимодействуют с кислотами, образуя сложные эфиры (см. §7). При взаимодействии глицерина с азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты образуется нитроглицерин (тринитрат глицерина):

Для спиртов характерны реакции, в результате которых образуются циклические структуры:

Применение

Этиленгликоль используется главным образом для производства лавсана и для приготовления антифризов - водных растворов, замерзающих значительно ниже 0°С (использование их для охлаждения двигателей позволяет автомобилям работать в зимнее время).

Глицерин широко используется в кожевенной, текстильной промышленности при отделке кож и тканей и в других областях народного хозяйства. Наиболее важной областью применения глицерина является производство тринитрата глицерина (неверно называемого нитроглицерином) - это сильное взрывчатое вещество, которое взрывается от удара, а также лекарство (сосудорасширяющее средство). Сорбит (шестиатомный спирт) используется как заменитель сахара для больных диабетом.

Тест № 4.

Свойства многоатомных спиртов

1. С какими из перечисленных ниже веществ будет реагировать глицерин?

1) HBr 2) HNO 3 3) H 2 4) H 2 O 5)Cu(OH) 2 6) Ag 2 O/NH 3

2. Глицерин не реагирует с 1)HNO 3 2)NaOH 3)CH 3 COOH 4)Cu(OH) 2

3. Этиленгликоль не реагирует с 1)HNO 3 2)NaOH 3)CH 3 COOH 4)Cu(OH) 2

4. Со свежеосажденным гидроксидом меди (II) не будет взаимодействовать: 1) глицерин;

2) бутанон 3) пропаналь 4) пропандиол-1,2

5. Свежеприготовленный осадок Сu(ОН) 2 растворится, если к нему добавить

1)пропандиол-1,2 2)пропанол-1 3) пропен4)пропанол-2

6. Глицерин в водном растворе можно обнаружить с помощью

1) хлорной извести 2) хлорида железа (III) 3) гидроксида меди (II) 4) гидроксида натрия

7. Какой из спиртов реагирует с гидроксидом меди (II)?

1)СН 3 ОН 2) СН 3 СН 2 ОН 3) С 6 Н 5 ОН 4)НО-СН 2 СН 2 -ОН

8. Характерной реакцией для многоатомных спиртов является взаимодействие с

1) H 2 2) Сu 3) Ag 2 O (NH 3 р-р) 4) Cu(OH) 2

9. Вещество, реагирующее с Na и Cu(OH) 2 – это:

1) фенол; 2) одноатомный спирт; 3) многоатомный спирт 4) алкен

10. Этандиол-1,2 может реагировать с

1) гидроксидом меди (II)

2) оксидом железа (II)

3) хлороводородом

4)водородом

6) фосфором

Лекция № 4.

Фенолы, их строение. Свойства фенола, взаимное влияние атомов в молекуле фенола. Орто-, паро-ориентирующее действие гидроксильной группы. Получение и применение фенола

ФЕНОЛЫ – класс органических соединений. Содержат одну или несколько группировок С–ОН, при этом атом углерода входит в состав ароматического (например, бензольного) кольца.

Классификация фенолов . Различают одно-, двух-, трехатомные фенолы в зависимости от количества ОН-групп в молекуле (рис.1)

Рис. 1. ОДНО-, ДВУХ- И ТРЕХАТОМНЫЕ ФЕНОЛЫ

В соответствии с количеством конденсированных ароматических циклов в молекуле различают (рис. 2) сами фенолы (одно ароматическое ядро – производные бензола), нафтолы (2 конденсированных ядра – производные нафталина), антранолы (3 конденсированных ядра – производные антрацена) и фенантролы (рис. 2).

Рис. 2. МОНО- И ПОЛИЯДЕРНЫЕ ФЕНОЛЫ

Номенклатура фенолов

Для фенолов широко используют тривиальные названия, сложившиеся исторически. В названиях замещенных моноядерных фенолов используются также приставки орто-, мета- и пара -, употребляемые в номенклатуре ароматических соединений. Для более сложных соединений нумеруют атомы, входящие в состав ароматических циклов и с помощью цифровых индексов указывают положение заместителей (рис. 3).

Рис. 3. НОМЕНКЛАТУРА ФЕНОЛОВ. Замещающие группы и соответствующие цифровые индексы для наглядности выделены различными цветами.

Химические свойства фенолов

Бензольное ядро и ОН-группа, объединенные в молекуле фенола, влияют друг на друга, существенно повышая реакционную способность друг друга. Фенильная группа оттягивает на себя неподеленную электронную пару от атома кислорода в ОН-группе (рис. 4). В результате на атоме Н этой группы увеличивается частичный положительный заряд (обозначен значком d+), полярность связи О–Н возрастает, что проявляется в увеличении кислотных свойств этой группы. Таким образом, в сравнении со спиртами, фенолы представляют собой более сильные кислоты. Частичный отрицательный заряд (обозначен через d–), переходя на фенильную группу, сосредотачивается в положениях орто- и пара- (по отношению к ОН-группе). Эти реакционные точки могут атаковаться реагентами, тяготеющими к электроотрицательным центрам, так называемыми электрофильными («любящими электроны») реагентами.

Рис. 4. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ПЛОТНОСТИ В ФЕНОЛЕ

В итоге для фенолов возможны два типа превращений: замещение атома водорода в ОН-группе и замещение Н-атомобензольном ядре. Пара электронов атома О, оттянутая к бензольному кольцу, увеличивает прочность связи С–О, поэтому реакции, протекающие с разрывом этой связи, характерные для спиртов, для фенолов не типичны.

1. Обладает слабыми кислотными свойствами, при действии щелочей образует соли - феноляты (например, фенолят натрия - C6H6ONa):

C 6 H 5 OH + NaOH = C 6 H 5 ONa + H 2 O

Вступает в реакции электрофильного замещения по ароматическому кольцу. Гидрокси-группа, являясь одной из самых сильных донорных групп, увеличивает реакционную способность кольца к этим реакциям, и направляет замещение в орто- и пара-положения. Фенол с лёгкостью алкилируется, ацилируется, галогенируется, нитруется и сульфируется.

Реакция Кольбе-Шмидта.

2. Взаимодействие с металлическим натрием:

C 6 H 5 OH + Na = C 6 H 5 ONa + H 2

3. Взаимодействие с бромной водой (качественная реакция на фенол):

C 6 H 5 OH + 3Br 2 (водн.) → C 6 H 2 (Br) 3 OH + 3HBr образуется 2,4,6 трибромфенол

4. Взаимодействие с концентрированной азотной кислотой:

C 6 H 5 OH + 3HNO 3 конц → C 6 H 2 (NO 2) 3 OH + 3H 2 О образуется 2,4,6 тринитрофенол

5. Взаимодействие с хлоридом железа (III)(качественная реакция на фенол):

C 6 H 5 OH + FeCl 3 → 2 +(Cl)2- + HCl образуется дихлоридфенолят железа (III)(фиолетовое окрашивание)

Способы получения фенолов.

Фенолы выделяют из каменноугольной смолы, а также из продуктов пиролиза бурых углей и древесины (деготь). Промышленный способ получения самого фенола С6Н5ОН основан на окислении ароматического углеводорода кумола (изопропилбензол) кислородом воздуха с последующим разложением получающейся гидроперекиси, разбавленной H3SO4 (рис. 8А). Реакция проходит с высоким выходом и привлекательна тем, что позволяет получить сразу два технически ценных продукта – фенол и ацетон. Другой способ – каталитический гидролиз галогензамещенных бензолов (рис. 8Б).

Рис. 8. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕНОЛА

Применение фенолов.

Раствор фенола используют в качестве дезинфицирующего средства (карболовая кислота). Двухатомные фенолы – пирокатехин, резорцин (рис. 3), а также гидрохинон (пара-дигидроксибензол) применяют как антисептики (антибактериальные обеззараживающие вещества), вводят в состав дубителей для кожи и меха, как стабилизаторы смазочных масел и резины, а также для обработки фотоматериалов и как реагенты в аналитической химии.

В виде отдельных соединений фенолы используются ограниченно, зато их различные производные применяют широко. Фенолы служат исходными соединениями для получения разнообразных полимерных продуктов – феноло-альдегидных смол (рис. 7), полиамидов, полиэпоксидов. На основе фенолов получают многочисленные лекарственные препараты, например, аспирин, салол, фенолфталеин, кроме того, красители, парфюмерные продукты, пластификаторы для полимеров и средства защиты растений.

Тест № 5 Фенолы

1. Сколько существует фенолов состава С 7 Н 8 О? 1)Один 2) Четыре 3) Три 4) два

2. Атом кислорода в молекуле фенола образует

1) одну σ-связь 2) две σ-связи 3) одну σ- и одну π-связи 4) две π-связи

3. Фенолы - более сильные кислоты, чем алифатические спирты потому, что...

1) между молекулами спирта образуется прочная водородная связь

2) в молекуле фенола больше массовая доля ионов водорода

3) в фенолах электронная система смещена в сторону атома кислорода, что приводит к большей подвижности атомов водорода бензольного кольца

4) в фенолах электронная плотность связи О-Н уменьшается из-за взаимодействия неподеленной электронной пары атома кислорода с бензольным кольцом

4. Выберите верное утверждение:

1) фенолы диссоциируют в большей степени, чем спирты;

2) фенолы проявляют основные свойства;

3) фенолы и их производные не обладают токсическим действием;

4) атом водорода в гидроксильной группе фенола не может быть замещен на катион металла под действием оснований.

Свойства

5. Фенол в водном растворе является

1) сильной кислотой 2) слабой кислотой 3) слабым основанием 4) сильным основанием

1. Вещество, реагирующее с Na и NaOH, дающее фиолетовое окрашивание с FeCl 3 – это:

1) фенол; 2) спирт 3) простой эфир; 4) алкан

6. Влияние бензольного кольца на гидроксильную группу в молекуле фенола доказывает реакция фенола с

1) гидроксидом натрия 2) формальдегидом 3) бромной водой 4) азотной кислотой

7. Химическое взаимодействие возможно между веществами, формулы которых:

1) С 6 Н 5 OH и NaCl 2) С 6 Н 5 OH и HCl 3) С 6 Н 5 OH и NaOH 4) С 6 Н 5 ONa и NaOH.

8. Фенол не взаимодействует с

1) метаналем 2) метаном 3) азотной кислотой 4) бромной водой

9. Фенол взаимодействует c

1) соляной кислотой 2) этиленом 3) гидроксидом натрия 4) метаном

10. Фенол не взаимодействует с веществом, формула которого

1)HBr 2)Br 2 3)HNO 3 4)NaOH

11. Фенол не реагирует с 1) НNO 3 2) KОН 3) Вr 2 4) Сu(OH) 2

12. Кислотные свойства наиболее выражены у 1)фенола 2)метанола 3)этанола 4)глицерина

13. При взаимодействии фенола с натрием образуются

1) фенолят натрия и вода 2) фенолят натрия и водород

3) бензол и гидроксид натрия 4) бензоат натрия и водород

14. Установите соответствие между исходными веществами и продуктами, которые преимущественно образуются при их взаимодействии.

ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

А) С 6 Н 5 ОН + К 1) 2,4,6-трибромфенол + НВr

Б) С 6 Н 5 ОН + КОН 2) 3,5-дибромфенол + НВr

В) С 6 Н 5 ОН + НNО3 3) фенолят калия + Н 2

Г) С 6 Н 5 ОН + Вr 2 (р-р) 4) 2,4,6-тринитрофенол + H 2 O

5) 3,5-динитрофенол + НNO 3

6) фенолят калия + Н 2 О

15. Установите соответствие между исходными веществами и продуктами реакции.

ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ

А) С 6 Н 5 ОН + Н 2 1) С 6 Н 6 + Н 2 О

Б) С 6 Н 5 ОН + К 2) С 6 Н 5 ОК + Н 2 О

В) С 6 Н 5 ОН + КОН 3) С 6 Н 5 ОН + КНСО 3

Г) С 6 Н 5 ОК + Н 2 О + СО 2 4) С 6 Н 11 ОН

5) С 6 Н 5 ОК + Н 2

6) С 6 Н 5 СООН + КОН

16. Фенол взаимодействует с растворами

3) [Аg(NH 3) 2 ]OH

17. Фенол реагирует с

1) кислородом

2)бензолом

3) гидроксидом натрия

4) хлороводородом

5) натрием

6) оксидом кремния (IV)

Получение

18. При замещении водорода в ароматическом кольце на гидроксильную группу образуется:

1) сложный эфир; 2) простой эфир; 3) предельный спирт; 4) фенол.

19. Фенол может быть получен в реакции

1) дегидратации бензойной кислоты 2) гидрирования бензальдегида

3) гидратации стирола 4) хлорбензола с гидроксидом калия

Взаимосвязь, качественные реакции.

20. Метанол. этиленгликоль и глицерин являются:

1)гомологами; 2)первичным, вторичным и третичным спиртами;

32)изомерами; 4) одноатомным, двухатомным, трехатомным спиртами

21. Вещество, не реагирующее ни с Na, ни с NaOH, получаемое при межмолекулярной дегидратации спиртов - это: 1) фенол 2) спирт 3) простой эфир; 4) алкен

22.Взаимодействуют между собой

1)этанол и водород 2)уксусная кислота и хлор

3)фенол и оксид меди (II) 4)этиленгликоль и хлорид натрия

23.Вещество Х может реагировать с фенолом, но не реагирует с этанолом. Это вещество:

1)Na 2) O 2 3)HNO 3 4)бромная вода

24. Ярко-синий раствор образуется при взаимодействии гидроксида меди (II) с

1)этанолом 2) глицерином 3) этаналем 4) толуолом

25. Гидроксид меди (II) может быть использован для обнаружения

1) ионов Аl 3+ 2)этанола 3) ионов NO 3 - 4) этиленгликоля

26. В схеме превращений C 6 H 12 O 6 à X à C 2 H 5 -O- C 2 H 5 веществом «Х» является

1) C 2 H 5 OH 2) C 2 H 5 COOH 3) CH 3 COOH 4) C 6 H 11 OH

27.В схеме превращений этанол à Х à бутан веществом Х является

1)бутанол-1 2)бромэтан 3)этан 4)этилен

28. В схеме превращений пропанол-1 à Х à пропанол-2 веществом Х является

1) 2-хлорпропан 2) пропановая кислота 3) пропин 4) пропен

29.Водные растворы этанола и глицерина можно различить с помощью:

1)бромной воды 2)аммиачного раствора оксида серебра

4) металлического натрия 3)свежеприготовленного осадка гидроксида меди (II);

30. Отличить этанол от этиленгликоля можно с помощью:

31. Отличить фенол от метанола можно с помощью:

1) натрия; 2) NaOH; 3) Cu(OH) 2 4) FeCl 3

32. Отличить фенол от простого эфира можно с помощью:

1) Cl 2 2) NaOH 3) Cu(OH) 2 4) FeCl 3

33. Отличить глицерин от пропанола-1 можно с помощью:

1) натрия 2)NaOH 3) Cu(OH) 2 4) FeCl 3

34. Какое вещество надо использовать для того, чтобы в лабораторных условиях отличить друг от друга этанол и этиленгликоль?

1) Натрий 2) Соляную кислоту 3) Гидроксид меди (II) 4) Гидроксид натрия

Важнейшие из многоатомных спиртов — этиленгликоль и глицерин:

Этиленгликоль глицерин

Это - вязкие жидкости, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде и плохо растворимые в органических растворителях.

Получение. />

1. Гидролиз алкилгалогенидов (аналогично одноатомным спиртам):

ClCH 2 — CH 2 Cl + 2 NaOH → НОСН 2 -СН 2 ОН + 2 NaCl .

2. Этиленгликоль образуется при окислении этилена водным раствором перманганата калия:

СН 2 =СН 2 + [О] + Н 2 О → Н O СН 2 -СН 2 ОН.

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 одноатомныеспирты. 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 — NO 2 непосредственно 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.

ТЕМА №4: ОДНО И МНОГОАТОМНЫЕ СПИРТЫ. ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ.

Лекция 4.1: Одно и многоатомные спирты. Простые эфиры.

Учебные вопросы:

1. Общая классификация спиртов. Предельные одноатомные спирты, их гомологический ряд, общая формула, изомерия, номенклатура.

2. Физико-химические и пожароопасные свойства спиртов;

3. Основные химические реакции: окисления (горение, склонность к самовозгоранию, неполное окисление); замещения (образование алкоголятов, простых и сложных эфиров, галогенпроизводных); дегидрирования и дегидратации спиртов.

4. Промышленные и лабораторные методы получения спиртов из углеводородов, природных сахаристых веществ, алкилгалогенидов, путем восстановления карбонильных соединений. Краткая характеристика спиртов: метилового, этилового, пропилового, бутилового, бензилового и циклогеканола.

5. Многоатомные спирты: изомерия, номенклатура, физико-химические и пожароопасные свойства (на примере этиленгликоля и глицерина). Основные химические реакции: окисления (горения, склонность к самовозгоранию, неполное окисление); замещение (образование алкоголятов сложных эфиров); дегидратации.

6. Промышленные методы получения многоатомных спиртов из полигалогенпроизводных углеводородов, путем окисления алкенов.

7. Простые эфиры: номенклатура, изомерия, физико-химические и пожароопасные свойства. Основные химические реакции: окисления (горение, склонность к самовозгоранию), автоокисления. Способы получения эфиров. Краткая характеристика простых эфиров: диэтилового и дипропилового.

Одноатомные спирты.

Спиртами называются производные углеводородов, представляющие собой продукты замещения атома (атомов) водорода в углеводородной молекуле гидроксильной группой –ОН . В зависимости от того, какое количество атомов водорода замещено, спирты бывают одноатомными и многоатомными. Т.е. число групп –ОН в молекуле спирта характеризует атомность последнего.

Наибольшее значение имеют предельные одноатомные спирты. Состав членов ряда предельных одноатомных спиртов может быть выражен общей формулой - С n H 2n+1 ОН или R-OH.

Международная заместительная номенклатура : к заместительному названию углеводорода, производным которого является спирт, добавляют окончание –ол (алканолы). Локант указывает номер атома углерода, при котором расположен гидроксил . Главная углеродная цепь выбирается таким образом, чтобы она включала углерод, несущий гидроксильную группу. Начало нумерации цепи так же определяет гидроксил.

Рациональная номенклатура : все спирты рассматриваются как производные метанола (СН 3 ОН), который в данном случае называется карбинолом : и в котором водородные атомы замещены на один или несколько радикалов. Название спирта составляют из названий этих радикалов и слова – карбинол.

Таблица 1

Изомерия и номенклатура бутиловых спиртов (С 4 Н 9 ОН)

Изомерия предельных одноатомных спиртов обусловлена изомерией углеродного скелета и изомерией положения ОН- группы. Метиловый и этиловый спирты не имеют изомеров. В зависимости от положения гидроксильной группы при первичном, вторичном или третичном углеродном атоме спирты могут быть первичными, вторичными, третичными:

Пропиловых спирта два:

Для бутанола могут быть выведены 4 изомера (см. таблицу 1);

Число изомеров в ряду спиртов быстро растет: С 5 -восемь изомеров, С 6 - семнадцать, С 10 - пятьсот семь.

Физические свойства

Газов в гомологическом ряду нет. Это жидкости. Начиная с С 12 Н 25 ОН до С 20 Н 41 ОН – маслообразные и с С 21 Н 43 ОН - твердые вещества.

Т кип СН 3 ОН=65 °С, Т кип С 2 Н 5 ОН=78 °С, r(С 2 Н 5 ОН)=0,8 г/см 3

Первичные спирты изостроения имеют более низкие температуры кипения, чем нормальные первичные спирты .

В спиртах имеет место ассоциация молекул друг с другом за счет образования водородной связи. [Длина водородной связи больше обычной связи –ОН, а прочность значительно меньше (раз в 10).] Поэтому метанол-жидкость, а метан-газ. Чтобы разрушить водородные связи, надо затратить энергию; это может быть осуществлено при нагревании спирта.

Спирты легче воды: их плотности меньше 1. Метиловый, этиловый и пропиловый спирты смешиваются с водой во всех соотношениях. По мере усложнения углеводородных радикалов растворимость спиртов резко падает. Бутиловый спирт растворяется частично. Высшие спирты в воде не растворяются, т.е. выталкиваются из воды.

Из сказанного можно сделать вывод, что растворимые спирты можно тушить разбавлением (до концентрации менее 25 %); не растворимые в воде спирты водой тушить не рекомендуется, т.к. при этом спирты всплывают на поверхность воды и процесс горения продолжается. Водные растворы содержащие 25 % спирта и более - являются ЛВЖ. Следует отметить, что разбавленные растворы спиртов относятся к категории трудно горючих веществ, т.е. склонны гореть в присутствии источника зажигания.

Химические свойства

1.Спирты реагируют со щелочными металлами (Na, K и т.д.) с образованием алкоголятов :

2R-OH + 2Na ® 2R-ONa + H 2

Реакция протекает не так бурно, как при использовании воды. Причем с увеличением молярной массы спирта его активность в указанной реакции уменьшается. Первичные спирты значительно активнее в реакциях со щелочными металлами, чем изомерные им вторичные и, особенно, третичные.

Спирты в данной реакции проявляют свойства кислот, но они еще более слабые кислоты, чем вода: К дис Н 2 О=10 -16 ; К дис CH 3 OH=10 -17 ; К дис C 2 H 5 OH = 10 -18 . Последнее объясняется влиянием радикала на алкильную группу (R- доноры).

Практически же спирты нейтральные вещества: они не показывают ни кислой, ни щелочной реакции на лакмус, не проводят электрического тока .

2. Замещение гидроксильной группы спиртов на галоген:

Где Н 2 SO 4 водоотнимающее средство.

3. Взаимодействие спиртов с кислотами называют реакцией этерификации . В результате ее образуются сложные эфиры:

Легче всего этерификации подвергаются первичные спирты, труднее –

вторичные и наиболее трудно этерифицируются третичные спирты .

4. Дегидратация спиртов под действием водоотнимающих средств (H 2 SO 4):

Внутримолекулярная :

Видно, что результат реакции зависит от условий ее проведения.

Межмолекулярная :

В первом случае образующаяся вначале при смешивании H 2 SO 4 (избыток) со спиртом алкилсерная кислота при нагревании разлагается, вновь выделяя серную кислоту и этиленовый углеводород.

Во втором случае образующаяся вначале алкилосерноя кислота реагирует со второй молекулой спирта с образованием молекулы простого эфира:

5. При высокой температуре кислород воздуха окисляет спирты с образованием СО 2 или Н 2 О (процесс горения ). Метанол и этанол горят почти несветящимся пламенем, высшие – более ярким коптящим. Это связано с увеличением относительного увеличением углерода в молекуле.

Растворы KMnO 4 и K 2 Cr 2 O 7 (кислые) окисляют спирты. Раствор KMnO 4 обесцвечивается, раствор K 2 Cr 2 O 7 становится зеленым .

Первичные спирты при этом образуют альдегиды, вторичные – кетоны, дальнейшее окисление альдегидов и кетонов приводит к получению карбоновых кислот:

Третичные спирты в мягких условиях устойчивы к действию окислителей, в жестких условиях разрушаются, образуя при этом смесь кетонов и карбоновых кислот:

6. При пропускании паров первичных и вторичных спиртов над поверхностью наколенных мелкораздробленных металлов (Cu, Fe) происходит их дегидрирование :

Способы получения

В свободном виде в природе спирты встречаются редко.

1. Большое количество этилового спирта, а также пропиловый, изобутиловый и амиловый спирты получают из природных сахаристых веществ в результате брожения. Например:

2. Из этиленовых углеводородов гидратацией :

3. Из ацетилена гидратацией (по реакции Кучерова) :

4. При гидролизе галогеналкилов :

(для смещения равновесия реакцию ведут в щелочной среде).

4. При восстановлении альдегидов водородом в момент выделения образуются первичные спирты, кетонов – вторичные:

Отдельные представители .

Метиловый спирт . Следует отметить сильную ядовитость СН 3 ОН . В то же время он используется как растворитель, из него получают формальдегид (необходимый для производства пластмасс), им денатурируют этиловый спирт и используют как горючее. В промышленности его получают из смеси СО и Н 2 под давлением над нагретым катализатором (ZnO и др.), при сухой перегонке древесины (древесный спирт):

СО + 2Н 2 ® СН 3 ОН (метанол)

(Пары спирта с воздухом образуют взрывоопасные смеси. ЛВЖ, Т всп. =8 о С).

От контакта с сильными окислителями (дымящая HNO 3), CrO 3 и Na 2 O 2 метанол самовозгорается.

Этиловый спирт (этанол, винный спирт). Бесцветная жидкость с характерным запахом и жгучим вкусом. С водой образует азеотроп (96 % С 2 Н 5 ОН + 4 % Н 2 О). Химическим способом (осушая CaO, CuSO 4 , Ca) можно получить абсолютный спирт. Используется при получении каучуков, а также как растворитель, в парфюмерии (духи, одеколоны), горючее, дезинфицирующее средство, алкогольный напиток, на его основе готовят лекарства. (ЛВЖ, Т всп. =13 о С). С добавкой ядовитых дурно пахнущих веществ он называется денатуратом. Получают спирт в результате брожения сахаристых веществ, из целлюлозы (гидролизный спирт), гидратацией этилена в присутствии серной кислоты, восстановлением уксусного альдегида водородом, уксусный альдегид в свою очередь получают по реакции Кучерова с использованием ацетилена (см. стр. 66). Добавка метилового и этилового спиртов к моторному топливу способствует полноте сгорания топлива и устраняет загрязнение атмосферы.

Физиологически этиловый спирт действует на организм как наркотик, к которому появляется пристрастие, и который разрушает психику.

Многоатомные спирты .

Двухатомные спирты называются гликолями , трехатомные – глицеринами . По международной заместительной номенклатуре двухатомные спирты называются алкандиолами , трехатомные – алкантриолами . Спирты с двумя гидроксилами при одном углеродном атоме обычно в свободном виде не существуют ; при попытках получить их они разлагаются, выделяя воду и превращаясь в соединение с карбонильной группой – альдегиды или кетоны:

Поэтому первым представителем двухатомных спиртов является производное этана состава С 2 Н 4 (ОН) 2 с гидроксильными группами при различных углеродных атомах – 1,2-этандиол, или иначе - этиленгликоль (гликоль ). Пропану соответствует уже два двухатомных спирта – 1,2-пропадиол, или пропиленгликоль, и 1,3-пропандиол, или триметиленгликоль:

Гликоли, в которых две спиртовые гидроксильные группы расположены в цепи рядом – при соседних атомах углерода, называются a-гликолями (например, этиленгликоль, пропиленгликоль). Гликоли со спиртовыми группами, расположенными через один углеродный атом, называются b-гликолями (триметиленгликоль). И так далее.

Это бесцветная сиропообразная жидкость, не имеющая запаха, сладкая на вкус, ядовита . Смешивается с водой и спиртом. Т кип. =197 о С, Т пл. = -13 о С, d 20 4 =1,114 г/см 3 . Горючая жидкость.

Дает все реакции, характерные для одноатомных спиртов, причем в них может участвовать одна или обе спиртовые группы. Вследствие наличия двух ОН-групп гликоли обладают несколько более кислыми свойствами, чем одноатомные спирты, хотя и не дают кислой реакции на лакмус, не проводят электрического тока. Но в отличие от одноатомных спиртов они растворяют гидроксиды тяжелых металлов . Например, при приливании этиленгликоля к голубому студенистому осадку Cu(OH) 2 образуется синий раствор гликолята меди:

При действии PCl 5 хлором замещаются обе гидроксидьные группы, при действии HCl – одна и образуются так называемые хлоргидрины гликолей:

При дегидратации из 2-х молекул этиленгликоля образуется диэтиленгликоль :

Последний, может, выделяя внутримолекулярно одну молекулу воды, превращаться в циклическое соединение с двумя группами простого эфира – диоксан :

С другой сторон, диэтиленгликоль может реагировать со следующей молекулой этиленгликоля, образуя соединение тоже с двумя группами простого эфира, но с открытой цепью – триэтиленгликоль . Последовательное взаимодействие по такого рода реакции многих молекул гликоля приводит к образованию полигликолей – высокомелекулярных соединений, содержащих множество группировок простого эфира. Реакции образования полигликолей относятся к реакциям поликонденсации .

Полигликоли используются в производстве синтетических моющих средств, смачивателей, пенообразователей.

Окисление

При окислении первичные группы гликолей превращаются в альдегидные, вторичные - в кетонные группы.

Способы получения

Этиленгликоль получают щелочным гидролизом 1,2-дихлорэтана, а последний – хлорированием этилена:

Из этилена этиленгликоль может быть получен и путем окисления в водном растворе (реакция Е.Е. Вагнера, 1886) :

В природе в свободном виде почти не встречается, но очень распространены и имеют большое биологическое и практическое значение его сложные эфиры с некоторыми высшими органическими кислотами – так называемые жиры и масла.

Используется в парфюмерии, фармации, в текстильной промышленности, в пищевой промышленности, для получения нитроглицерина и т.д. Это бесцветная горючая жидкость, без запаха, сладкая на вкус. (Следует сказать, что с увеличением числа групп ОН в молекуле сладость вещества увеличивается.) Очень гигроскопичен, смешивается с водой и спиртом. Т кип. 290 о С (с разложением), d 20 4 =1,26 г/см 3 . (Температуры кипения более высокие, чем у одноатомных спиртов – больше водородных связей. Это ведет к более высокой гигроксопичности и более высокой растворимости.)

Глицерин нельзя хранить с сильными окислителями: контакт с этими веществами приводит к возникновению пожара. (Например взаимодействие с KMnO 4 , Na 2 O 2 , CaOCl 2 приводит к самовоспламенению.) Тушить рекомендуется водой и пеной.

Кислотность спиртовых групп в глицерине еще выше. В реакциях может участвовать одна, две или три группы. Глицерин также как и этиленгликоль растворяет Cu(OH) 2 , образуя интенсивно- синий раствор глицерата меди. Тем не менее, так же как одноатомные и двухатомные спирты, нейтрален на лакмус. Гидроксильные группы глицерина замещаются на галогены.

При действии водоотнимающих средств или при нагревании от глицерина отщепляется две молекулы воды (дегидратация). При этом образуется неустойчивый непредельный спирт с гидроксилом при углероде с двойной связью, который изомеризуется в непредельный альдегид акролеин (имеет раздражающий запах, как от дыма пригоревших жиров):

При взаимодействии глицерина с азотной кислотой в присутствии Н 2 SO 4 идет следующая реакция:

Нитроглицерин – тяжелое масло (d 15 = 1,601 г/см 3), не растворяется в воде, но хорошо растворимое в спирте и других органических растворителях. При охлаждении кристаллизуется (Т пл. =13 о С), очень ядовит .

Нитроглицерин – сильное бризантное взрывчатое вещество. [Синтезировал это соединение Альфред Нобель. На производстве этого соединения он создал себе колоссальное состояние. Проценты от того капитала используются до сих пор в качестве премиального фонда Нобелевских премий]. При ударе и детонации он мгновенно разлагается с выделением огромного количества газов:

4С 3 Н 5 (ОNO 2) 3 ® 12СО 2 + 6N 2 + О 2 + 10Н 2 О

Для обеспечения безопасности при проведении взрывных работ им пользуются в виде так называемого динамита – смеси, состоящей из 75 % нитроглицерина и 25 % инфузорной земли (горная порода из кремнистых оболочек диатомовых водорослей). 1 % спиртовый раствор нитроглицерина используется в качестве сосудорасширяющего средства, взрывчатыми свойствами не обладает.

В технике глицерин получают гидролизом (омылением) природных жиров и масел:

Другой способ получения глицерина заключается в сбраживании глюкозы (полученной осахариванием крахмала) в присутствии, например, бисульфита натрия по схеме:

При этом С 2 Н 5 ОН почти не образует. В последнее время глицерин получают и синтетическим путем исходя из пропилена газов крекинга или пропилена, получаемого из природных газов. По одному из вариантов синтеза, пропилен хлорируют при высокой температуре (400-500 о С), полученный хлористый аллил путем гидролиза переводят в аллиловый спирт. На последний действуют перекисью водорода, которая в присутствии катализатора и при умеренном нагревании присоединяется к спирту по двойной связи с образованием глицерина:

Простые эфиры

Простыми эфирами называют производные спиртов, образованные в результате замещения водорода гидроксильной группы спирта на углеводородный остаток . Эти соединения можно рассматривать и как производные воды, в молекуле которой углеводородными остатками замещены оба атома водорода:

Как видно из приведенной общей формулы, в молекуле простого эфира два углеводородных остатка соединены через кислород (эфирный кислород). Эти остатки могут быть либо одинаковыми, либо различными; эфиры, в которых с кислородом соединены различные углеводородные остатки, называются смешанными простыми эфирами.

Номенклатура и изомерия

Радикально-функциональные названия наиболее употребительны. Их образуют из названий связанных с кислородом радикалов и слова "эфир" (функциональное название класса); названия различных радикалов перечисляют в порядке возрастания сложности (номенклатура ИЮПАК рекомендует и алфавитное перечисление радикалов ).

Изомерия

Нетрудно заметить, что диэтиловый и метилпропиловый эфиры имеют одинаковый состав С 4 Н 10 О, т.е. это изомеры. В их молекулах радикалы, соединенные с кислородом, различаются составом. Эфирам присуща и обычна изомерия строения радикалов. Так, изомером метилпропилового эфира является метилизопропиловый эфир. Следует заметить, что простые эфиры изомерны одноатомным спиртам. Например, один и тот же состав С 2 Н 6 О имеют диметиловый эфир СН 3 -О-СН 3 и этиловый спирт СН 3 -СН 2 –ОН. А составу С 4 Н 10 О отвечают не только диэтиловый, метилпропиловый и метилизопропиловый эфиры, но и 4 бутиловых спирта состава С 4 Н 9 ОН.

Физические свойства

Диметиловый эфир кипит при -23,7 о С, метилэтиловый - при +10,8 о С. Следовательно в обычных условиях это газы. Диэтиловый эфир – уже жидкость (Т кип. = 35,6 о С). Низшие простые эфиры кипят ниже, чем спирты , из которых они получены, или чем изомерные им спирты. Например, диметиловый эфир, как уже показано – газ, тогда как метиловый спирт, из которого образуется этот эфир, - жидкость с Т кип. =64,7 о С, а изомерный диметиловому эфиру этиловый спирт – жидкость, с Т кип. =78,3 о С; это объясняется тем, что молекулы простых эфиров , не содержащие гидроксилов, в отличие от молекул спиртов не ассоциированы .

Простые эфиры мало растворимы в воде; в свою очередь вода в небольшом количестве растворяется в низших эфирах.

Химические свойства

Главной особенностью простых эфиров является их химическая инертность . В отличие от сложных эфиров они не гидролизуются и не разлагаются водой на исходные спирты. Безводные (абсолютные) эфиры в отличие от спиртов при обычных температурах не реагируют с металлическим натрием , т.к. в их молекулах нет активного водорода.

диэтиловый эфир этилсерная кислота этиловый спирт

Иодистоводородная кислота также разлагает простые эфиры, в результате получаются галогеналкил и спирт:

При нагревании металлический натрий расщепляет простые эфиры с образованием алкоголята и натрийорганического соединения:

Способы получения

Межмолекулярная дегидратация спиртов (см. стр. 95).

Взаимодействие алкоголятов с галогеналкилами . При этом выделяется соль галогенводородной кислоты и образуется простой эфир. Этот метод, предложенный Вильямсоном (1850), особенно удобен для получения смешанных простых эфиров. Например:

Диэтиловый (этиловый) эфир . Имеет очень большое значение, его обычно называют просто эфиром . Получается главным образом дегидратацией этилового спирта при действии концентрированной H 2 SO 4 . Этим методом диэтиловый эфир был получен впервые еще в 1540г. В. Кордусом; долгое время диэтиловый эфир неправильно называли серным эфиром , т.к. предполагали, что он должен содержать серу. В настоящее время диэтиловый эфир получают пропуская пары этилового спирта над окисью алюминия Al 2 O 3 , нагретой до 240-260 о С.

Диэтиловый эфир – бесцветная легколетучая жидкость с характерным запахом. Т кип. =35,6 о С, Т крист. = -117,6 о С, d 20 4 = 0.714 г/см 3 , т.е. эфир легче воды. Если его встряхивать с водой, то затем при стоянии эфир "отслаивается" и всплывает на поверхности воды, образуя верхний слой. Однако, при этом некоторое количество эфира растворяется в воде (6,5 ч. в 100 ч. воды при 20 о С). В свою очередь при той же температуре в 100 ч. эфира растворяется 1,25 ч. воды. Со спиртом эфир смешивается очень хорошо.

Важно иметь в виду, что обращаться с эфиром надо очень осторожно; он очень горюч, а пары его с воздухом образуют взрывоопасные – гремучие смеси. Коме того, при длительном хранении, особенно на свету, эфир окисляется кислородом воздуха и в нем образуются так называемые перекисные соединения ; последние от нагревания могут разлагаться со взрывом. Такие взрывы возможны при перегонке долго стоявшего эфира.

Эфир очень хороший растворитель жиров, масел, смол и других органических веществ, и его широко используют для этой цели, часто в смеси со спиртом.

Тщательно очищенный эфир применяют в медицине в качестве средства общего наркоза при хирургических операциях.

Дипропиловый эфир С 6 Н 14 О. Т кип. 90,7 о С. Легковоспламеняющаяся бесцветная жидкость. Растворимость в воде 0,25 % весовых при 25 о С, Т всп. = -16 о С, Т самовоспл. =240 о С; минимальная Т самовоспл. =154 о С; температурные пределы воспламенения: нижний -14 о С, верхний 18 о С.

ЛИТЕРАТУРА

1. Писаренко А.П., Хавин З.Я. Курс органической химии. М., Высшая школа, 1975. 510 с.

2. Нечаев А.П. Органическая химия. М., Высшая школа, 1976. 288 с.

3. Артеменко А.И. Органическая химия. М., Высшая школа, 2000. 536 с.

4. Березин Б.Д., Березин Д.Б. Курс современной органической химии. М., Высшая школа, 1999. 768 с.

5. Ким А.М. Органическая химия. Новосибирск, Сибирское университетское издательство, 2002. 972 с.