Фенолы и спирты

Низшие многоатомные спирты – вязкие бесцветные жидкости ,не имеющие запаха ,неограниченно смешиваются с водой и  этанолом , обладают сладковатым вкусом. Спирты обладают аномально высокими температурами кипения по сравнению с представителями таких классов органических соединений , как алканы , галогеноалканы, тиолы, амины. Молекулы спиртов, подобно молекуле воды, имеют угловое строение. Угол R−O−H в молекуле метанола равен 108,5°. Атом кислорода гидроксильной группы находится в состоянии sp³-гибридизации. Спирты имеют существенно более высокие температуры плавления и кипения, чем можно было бы предполагать на основании физических свойств родственных соединений. Так, из ряда монозамещённых производных метана, метанол имеет необычно высокую температуру кипения, несмотря на относительно небольшую молекулярную массу.

 

                     Получение спиртов.

Спирты могут быть получены из самых разных классов соединений, таких как углеводороды, галогеналканы, амины, карбонильные соединения, эпоксиды . В основном, все методы сводятся к реакциям окисления, восстановления, присоединения и замещения.

1. Получение этилового спирта (или винный спирт) путём брожения углеводов:

C2H12O6 => C2H5-OH + CO2

 

 Суть брожения заключается  в том, что один из простейщих  сахаров - глюкоза, получаемый в технике  из крахмала, под влиянием дрожжевых  грибков распадается на этиловый  спирт и углекислый газ. Установлено, что процесс брожения вызывают  не сами микроорганизмы, а выделяемые ими вещества - зимазы. Для получения этилового спирта обычно используют растительное сырьё, богатое крахмалом: клубни картофеля, хлебные зёрна, зёрна риса и т.д.

2. Гидратация этилена в присутствии серной или фосфорной кислоты

CH2=CH2 + KOH => C2H5-OH

3. При реакции галогеналканов со щёлочью:

4. Гидролиз жиров: в этой реакции получается всем известный спирт – глицерин:

          Химические свойства.

 1.Кислотные и основные свойства.

Как кислоты спирты взаимодействуют с активными металлами и их гидридами, образуя алкоголяты.

2CH3OH+2Na=>2 CH3ONa+H2

C2H5OH+2NaH=>C2H5ONa+H2

2.Спирты являются слабыми кислотами, примерно такими же, как вода.Так ,pKa нормальных спиртов С1-С4 лежат в интервале 15,5-16,1, а pKa воды равно 15,7.Это значит ,что при взаимодействии с безводными щелочами спирты образуют алкоголяты только обратимо:

CH3CH2CH2OH + KOH=> CH3CH2CH2OK + H2O

(пропанол-1)                            (пропоксид калия)

3.Основные свойства спиртов также выражены слабо. Только с сильными и безводными кислотами они способны при обычной температуре образовывать неустойчивые алкилоксониевые соли, которые нацело разлагаются  в присутствии воды. Таким образом спирты являются амфотерными соединениями, т.е могут проявлять свойства как слабых кислот, так и слабых оснований.

 

4.Реакции нуклеофильного замещения.

По данному механизму идут реакции с галогеноводородами, с галогеноалканами, с минеральными и органическими кислотами .

Взаимодействие спиртов с галогеноводородными кислотами. При действии на спирты хлоро- и бромоводородной кислот образуются галогеноуглеводороды.

С2H5OH + HBr =>C2H5Br +H2O

5. Превращение спиртов в простые эфиры.

CH3OH + Na =>CH3ONa +H2

CH3ONa + C2H5Br  =>CH3OC2H5(метилэтиловый эфир)

6. Межмолекулярная дегидратация спиртов:

При нагревании спирта в присутствии концентрированной серной кислоты происходит отщепление молекулы воды от двух молекул спирта и образуется простой эфир .

2С2H5OH + H2SO4 =>C2H5OC2H5 + H2O

                                          (диэтиловый эфир)

7.Реакции элиминирования.

Реакции нуклеофильного замещения у насыщенного атома углерода сопровождаются конкурентной реакцией элиминирования.В случае спиртов такой реакцией будет отщепление молекулы воды, т.е дегидратация .8.Первичные спирты при повышенной температуре под действием  концентрированной серной кислоты превращаются в алкены.

 

CH3CH2OH + H2SO4  =>CH2=CH2 +H2O

9. Реакции окисления.

1)Горение(полное окисление)

Спирты горят на воздухе с выделение большого количества тепла:

С2H5OH +3O2 => 2CO2 +3H2O

2)Неполное окисление  под действием окислителей: кислорода воздуха в присутствии  катализаторов, перманганата калия, дихромата калия. Реакции неполного окисления по своим результатам аналогичны реакциям дегидрирования :

2C2H5OH +O2 =>2 CH3COH +2H2O

(первичный спирт)   (Альдегид)

 

CH3CH2CH(OH)CH3 + =>CH3CH2COCH3 +H2O

(вторичный спирт)                          (кетон)

 

Таким образом, реакции дегидрирования спиртов по своей химической сущности являются реакциями окисления.

   Многоатомные спирты(полиолы).

Наиболее важными полиолами являются их простейшие представители – двухатомный спирт этиленгликоль HOCH2CH2OH и трехатомный спирт глицерин HOCH2CH(OH)CH2OH.

Гликоли получают гидролизом эпоксидов в присутствии кислотных или основных катализаторов. Этим способом в промышленности производят важнейший из гликолей- этиленгликоль.

Гликоли способны образовывать комплексные соединения с некоторыми металлами. Так, при взаимодействии этиленгликоля с гидроксидом меди(2) получается растворимая комплексная соль глубокого синего цвета.

Кислотность многоатомных спиртов выше чем у одноатомных спиртов , т.к гидроксильных групп больше .Поэтому многоатомные спирты реагируют с основаниями с образованием гликолята, и глицерата.

    Отдельные представители.

Метанол- подвижная жидкость , по запаху напоминающая этанол, легко воспламеняется. Очень ядовит .В организме окисляется в муравьиный альдегид и муравьиную кислоту. Попадание в организм даже небольших(5-10г) количеств метанола вызывает слепоту, а дозы от 30 г приводят к смертельному исходу.

Широко применяется как сырье в промышленном органическом синтезе. В настоящее время метанол в основном получают их оксида углерода(2)и водорода в присутствии катализаторов при температуре 200-300 градусов и давлении до 150 атм:

CO + 2H2 => CH3OH

Этанол- подвижная легко воспламеняющаяся жидкость. Прием внутрь даже небольших количеств этанола понижает восприимчивость органов чувств, вызывает поражение ЦНС. Этанол широко используется  в промышленном органическом синтезе , в фармации- для приготовления настоек и экстрактов, в медицине – как наружное антисептическое средство.

Изопропиловый спирт(пропанол-2)- прозрачная жидкость с неприятным запахом .Получают гидратацией пропена в присутствии фосфорной кислоты .Образует взрывоопасные гидропероксиды. Используется в быту в составе стеклоочистителей.

Этиленгликоль(этандиол-1,2)- вязкая жидкость. Сильный яд. Ценный продукт органического синтеза , в том числе для получения синтетических волокон, например лавсана.В виде 50% водного раствора применяется как антифриз- не замерзающая до -37 жидкость для отопительных систем и охлаждения автомобильных двигателей.

Глицерин(пропантриол-1,2,3)- вязкая жидкость .В природе встречается  в виде сложных эфиров органических кислот (жиров и масел).Находит применение в пищевой промышленности. Большое количество глиерина расходуется на получение его сложного эфира- тринитрата,известного под названием «нитроглицерин».Тринитрат глицерина взрывоопасен , на его основе производят известное взрывчатое вещество- динамит. Тринитрат глицерина применяют в медицине как кардиотоническоесредство.

 

 

 

 

             Применение спиртов.

 

Основным спиртом, применяющимся в медицинских целях, является этанол. Его используют в качестве наружного антисептического и раздражающего средства для приготовления компрессов и обтираний. Ещё более широко применяется этиловый спирт для приготовления различных настоек, разведений, экстрактов и прочих лекарственных форм.

Применение спиртов в качестве собственно лекарственных средств не столь заметно, однако многие препараты по формальному наличию гидроксильной группы можно отнести к рассматриваемому классу органических соединений (кленбутерол, хлорбутанол, маннит, эстрадиол и др.). Например, в перечне 10 наиболее важных рецептурных препаратов США в 2000 году 6-ю строчку занимает альбутерол, содержащий гидроксильную группу.

 

 

Литература:

1.

2.