ЧЕРКАСИ 2013 СПИРТИ

Скачати 155.36 Kb.

Назва	ЧЕРКАСИ 2013 СПИРТИ
Дата	22.10.2013
Розмір	155.36 Kb.
Тип	Документи

bibl.com.ua > Фізика > Документи

ХАРАКТЕРИСТИКА СПИРТІВ ТА ЕТЕРІВ

(НА ДОПОМОГУ ПРИ ПІДГОТОВЦІ ДО ХІМІЧНОЇ ОЛІМПІАДИ)
ПІДГОТУВАЛА ВЧИТЕЛЬ БІОЛОГІЇ ТА ХІМІЇ СУПРУНОВИЧ Ю.В.

ЧЕРКАСИ 2013

СПИРТИ

Спирти – це органічні сполуки, до складу яких входить одна або кілька гідроксильних груп –ОН, сполучених з вуглеводневим радикалом.
Класифікація. Номенклатура
Загальна формула одноатомних, що мають у своєму складі лише одну гідроксильну групу, R-OH. В залежності від природи та будови радикалу R вони бувають: насиченими, ненасиченими, ароматичними тощо. Спирти можуть утворювати свої гомологічні ряди. Так, спирти насиченого ряду мають загальну формулу C_nH_2n+1OH. В залежності від кількості гідроксильних груп спирти поділяють на одноатомні (з одним гідроксилом), дво-, трьохатомні та багатоатомні. В залежності від того, з яким атомом Карбону сполучена гідроксильна група, розрізняють первинні, вторинні та третинні спирти. В деяких випадках спирти класифікують за типом гібридного стану атома Карбону, сполученого з гідроксильною групою спирту: спирти аліфатичного ряду, в яких атом Карбону знаходиться у в sp³-гібридному стані.

Приклади спиртів та їх номенклатуру наведено у таблиці

Формула	Клас	Номенклатура
Формула	Клас	радикально-функціональна (тривіальна)	IЮПАК
Аліфатичні спирти (sp³-гібридизація)
H₃C–CH₂–OH	первинний	етиловий спирт	етанол
	вторинний	ізопропіловий спирт	пропан-2-ол
	третинний	трет-бутиловий спирт	2-метилпропан-2-ол
	гліколі (діоли, двохатомні спирти)	етиленгліколь	етан-1,2-діол
	гліцерин (тріоли, трьохатомні спирти)	гліцерол	пропан-1,2,3-триол
	поліоли (багатоатомні спирти)	тетрит	бутан-1,2,3,4-тетраол

Назва за номенклатурою IUPAC: вуглеводень + -цифра + суфікс -ол, що вказує положення групи –ОН.

Методи добування спиртів

Промислові методи добування стосуються насичених спиртів (С1–С3).

Метанол добувають, пропускаючи синтез-газ над змішаним цинк-хромовим каталізатором (ZnO/Cr₂O₃):

Етанол добувають спиртовим бродінням вуглеводів (глюкози, фрук-този, крохмалю, хлібних злаків або целюлози) під дією природних ферме-нтів (дріжджів):

або гідратацією етилену в газовій фазі з використанням ортофосфорної кислоти, як каталізатора процесу добування технічного етанолу:

Використання сульфатної кислоти веде до утворення диетилсульфа-ту (етилсульфату), подальший гідроліз яких дає етиловий спирт:

Ізопропіловий спирт (пропан-2-ол) добувають каталітичною гідратацією пропілену:

Лабораторні методи отримання спиртів

Гідратацією алкенів різної будови добувають первинні, вторинні та третинні спирти:

Роль кислотного каталізатора полягає в поляризації подвійного зв’язку алкена, що полегшує атаку нуклеофільного реагента:

Гідроліз галогеналканів водою відбувається дуже повільно. Реакція прискорюється при заміні води розчином гідроксиду лужного металу:

2-бромопропан пропан-2-ол
Відновлення альдегідів та кетонів. Каталітичне гідрування можна проводити за різних умов, отримуючи первинні або вторинні спирти:

Реакцією Гріньяра з альдегідів та кетонів отримують спирти різної будови:

Всі інші альдегіди утворюють вторинні спирти:

Кетони та похідні карбонових кислот утворюють третинні спирти:

Характеристика хімічних зв’язків у спиртах

Завдяки високій полярності зв’язків С–О та О–Н, а також наявності неподільної електронної пари атома оксигену спирти дуже реакційноздатні сполуки.

Фізичні властивості спиртів

Фізичні властивості спиртів значно відрізняються від властивостей вуглеводнів та галогенопохідних сполук з близькою молекулярною масою. Вони мають значно вищі температури плавлення та кипіння, краще розчинні у воді, але із збільшенням молекулярної маси така відмінність зменшується. Така відмінність пов’язана із високою полярністю гідроксильної групи та утворенням асоційованих молекул спирту за рахунок водневого зв’язку:

Хімічні властивості спиртів
Завдяки різній будові хімічні властивості аліфатичних спиртів суттєво відрізняються від хімічних властивостей фенолів.

Реакції, характерні для аліфатичних спиртів, можна позділити на 3 групи:

реакції окиснення, в яких беруть участь одночасно гідроксильна група та атоми Гідрогену, що знаходяться у -положенні відносно гідроксильної групи.

Реакції, що відбуваються за участю атома Гідрогену гідроксильної групи.

Кислотно-основні властивості спиртів обумовлені наявністю гідроксильної групи ОН та її здатністю дисоціювати з утворенням алкоголят-аніонів:

За своїми кислотними властивостями спирти є більш слабкими кислотами порівняно з водою, але більш сильними кислотами, порівняно з ацетиленом і аміаком.

Слід відзначити, що в залежності від природи розчинника (апротонний, протонний) та агрегатного стану (розчин, газова фаза) відносна кислотно-основна сила сполук, включаючи і спирти, в конкретних реакційних серіях може змінюватись, що визначається складним диференцюючим та інтегруючим характером взаємодії в системі: „кислота-розчинник”.

В залежності від будови спиртів, кислотність зменшується у ряду:

Це пояснюється +І-ефектом алкільних груп R, внаслідок якого полярність зв’язку С–О зростає, а полярність зв’язку О–Н навпаки зменшується, що і обумовлює зменшення кислотних властивостей.

Замісники із –І-ефектом, навпаки, збільшують полярність зв’язку О–Н, що приводить до збільшення кислотних властивостей:

Так, для трихлорметанолу характерні високі кислотні властивості.

Спирти належать до амфотерних сполук, що підтверджується насту-пними реакціями:

Кислотні властивості спиртів характеризуються їх взаємодією із активними металами (Na, K, Mg, Al):

За механізмом – це бімолекулярна реакція приєднання, яка має ряд особливостей:

реакція рівноважна, тому для добування кінцевого естеру з макси-мальним виходом необхідно або створювати значний надлишок вихідних речовин, або виводити із реакційного середовища воду та кінцевий естер;

швидкість реакції для спиртів різної будови змінюється у ряду: V_перв.:V_втор.:V_трет.=20:3:1. В першому наближенні це можна пояснити стеричними перешкодами.

Реакції, що відбуваються із заміщенням або відщепленням гідрокси-льної групи.

Нуклеофільне заміщення гідроксилу на галоген відбувається при дії галогенідів фосфору та сірки, а також галогеноводнів H-Hal (HI>HBr>HCl) за схемою:

оснóвні властивості спиртів збільшуються, тому є закономірним зростання швидкості реакції у тій же послідовності (з урахуванням прото-нування спиртів на першій стадії);

для спиртів, у порівнянні із галогеналканами, більш характерним є механізм SN1, тому що нейтральна молекула води (Н₂О) відщеплюється значно легше, ніж заряджений галогенід-аніон (Hal–):

Дегідратація спиртів.

Розрізняють міжмолекулярну та внутрішньомолекулярну дегідратацію спиртів:

Окиснення спиртів проводять, як правило, сильними окисниками: (K₂Cr₂O₇+H₂SO₄), CrO₃, (KMnO₄+H₂SO₄), киснем повітря (у промисловості). При цьому окиснюється атом Карбону, який безпосередньо зв’язаний із гідроксильною групою, тому в залежності від будови спирту (первинний, вторинний або третинний), утворюються різні продукти реакції.

Первинні спирти окиснюються до альдегідів, які в подальшому легко утворюють відповідні карбонові кислоти:

Третинні спирти окиснюються в жорстких умовах спочатку з утворенням алкенів, а потім, з розривом подвійного зв’язку, до кетонів та карбонових кислот з меншим, ніж у молекулі вихідного спирту, числом атомів Карбону:

Фізіологічна дія та застосування деяких спиртів

Серед токсичних сполук слід відзначити метанол, який широко застосовується в хімічній, нафтодобувній та нафто-хімічній промисловості.

Метанол. Отрута, його вживання в кількості 25 мл обумовлює сліпоту, 30 мл – смерть. Токсичність метанолу пов’язана з біологічним окисненням в живому організмі до формальдегіду. Як протиотруту використовують розчин лактату натрію.

Метанол окиснюють до формальдегіду; застосовують в синтезі чисельних органічних сполук, а також як розчинник.

Етанол. Дуже поширений із давніх часів як складова частина усіх алкогольних напоїв, з водою змішується у всіх співвідношеннях. Невелика кількість етанолу, що потрапляє в організм людини, викликає збудження (або навпаки гальмування), більша кількість має наркотичний або навіть токсичний вплив. Летальна доза чистого спирту складає 300 г. Зазвичай концентрація етанолу в крові людини складає 0,001 %. При вживанні алкоголю його концентрація швидко зростає і досягає максимуму приблизно через 1,5 години. На людину алкоголь діє не однозначно, але при його концентрації в крові людини 0,1 % наступає збудження, 0,2 % – відповідає сп’янінню середнього ступеня, а 0,3 % – алкогольному отруєнню. Для лікування від алкоголізму використовують спеціальні препарати на основі N,N,N,N-тетраетилтіурам-органічних речовин, а останнім часом – як альтернативне біопаливо для двигунів внутрішнього згоряння ("Біотопливо").

ЕТЕРИ (ПРОСТІ ЕФІРИ)

Етери (прості ефіри) – це органічні сполуки, у яких два вуглеводне-вих радикала сполучені атомом оксигену.
Класифікація. Номенклатура

Загальна формула етерів R–O–R. В залежності від природи та будови радикалів R і R вони бувають: діалкільні, діарильні (aryl) та змішані алкіларильні етери, наприклад:

які за своєю реакційною здатністю (за винятком оксиду етилену) нагадують звичайні прості ефіри. Етери називають за радикально-функціональною номенклатурою та номенклатурою IUPAC.

Назва за номенклатурою IUPAC: префікс алкокси- (AlkO–), арилокси- (ArO–) групи + старший вуглеводень.

Назва за радикально-функціональною номенклатурою: вуглеводневі радикали + етер.

Примітка: * за номенклатурою А. Ганча – О.Відмана.
Методи отримання етерів
У більшості випадків етери отримують із спиртів або фенолів.

Міжмолекулярну дегідратацію спиртів проводять у присутності каталітичних кількостей H₂SO₄ конц., б/в H₃PO₄ або Al₂O₃. При відщепленні молекули води утворюються етери:

Синтез Вільямсона. Реакція являє собою алкілування алкоголятів (фенолятів) лужних металів алкілгалогенідами (SN2):

Будова етерів

Фізичні властивості етерів

При відсутності рухливих атомів Гідрогену у етерів, на відміну від спиртів, останні не можуть утворювати міжмолекулярні водневі зв’язки, що обумовлює значно нижчі їх температури кипіння. Етери, за деяким винятком, не розчинні або погано розчинні у воді сполуки. Багато сполук цього класу, мають приємний (“ефірний”) запах, тому використовуються у виготовленні парфумів.

Хімічні властивості етерів

Реакційна здатність етерів досить низька. Навіть при нагріванні вони не взаємодіють із водою, лугами та розбавленими кислотами.

Утворення оксонієвих солей було розглянуто раніше. Можна лише додати, що при дії алкілфторидів на етерати трифтористого бору утворюються солі Мейєрвейна, (1937 р.):

Такі сполуки легко відщеплюють алкіл-катіон і тому виступають прекрасними алкілуючими агентами по відношенню до нуклеофільних субстратів:

Розщеплення етерів

Діарилові етери стійкі до дії концентрованих кислот: НІ та HBr, в той час, як діалкілові та алкіларилові етери уже при кімнатній температурі розщеплюються з утворенням алкілгалогенідів і спиртів (фенолів):

Якщо суміш, що при цьому утворилась, нагрівати із надлишком кис-лоти, то спирт переходить в галогеналкан:

Такий процес розщеплення етерів використовують для кількісного визначення метокси- або етоксигруп по Цейзелю.

Етери при дії лужних металів (Li, K, Na) розщеплюються із утворен-ням алкоголятів металів і металоорганічних сполук:

Автоокиснення етерів. При довгому зберіганні на повітрі під впли-вом світла етери утворюють нестійкі та вибухонебезпечні гідропероксиди та пероксиди:

Такі малолеткі маслянисті рідини накопичуються у залишку (кубі) при прямій перегонці етерів, тому перед використанням етерів слід обов’язково робити пробу на наявність у їх складі пероксидних сполук:

Якщо реакція позитивна, то молекулярний йод з розчином крохмалю утворює синє забарвлення реакційної маси, а самі пероксидні сполуки ете-ру необхідно відновити, обробляючи його металевим натрієм, або солями Fe(II), Mn(II).

Оксид етилену (етиленоксид, оксиран).

Циклічні етери будуть розглянуті на прикладі оксиду етилена, який суттєво відрізняється по своїй реакційній здатності від інших циклічних етерів.

Оксид етилену отримують, здебільшого, окисненням етилену або дегідрогалогенуванням етиленхлоргідрину:

Розрив зв’язку С–О та утворення наведених раніше кінцевих сполук може відбуватись синхронно за механізмом SN2 або в дві стадії за механіз-мом SN1. Так, у кислому середовищі реакція нуклеофільного заміщення (SN1) з розривом зв’язку С–О проходить у дві стадії:

Екологічні питання
Екологічні питання хімії етерів пов’язані, перш за все, з їх виробництвом та використанням в синтетичній практиці та у промисловому виробництві епоксидних смол. Виходячи із цього, наведемо деякі найважливіші сполуки із класу етерів. Діетиловий етер являє собою безбарвну рідину з приємним солодкуватим запахом. Частково розчинний у воді (6,6 % при 20 °С), із спиртом змішується у будь-яких співвідношеннях. Маючи низьку температуру спалаху 188 °С, утворює вибухонебезпечні суміші із киснем повітря у широкому діапазоні від 1,71 до 48,0 об.%. Тому при використанні його як розчинника (наприклад, при проведенні реакції Гріньяра) слід суворо дотримуватись правил техніки безпеки, а сам процес здійснювати у відсутності джерел відкритого полум’я. Використовується як розчинник в органічному синтезі та у медицині для інгаляційного наркозу. ГДК для діетилового етеру в повітрі становить 0,3 мг/л. Оксид етилену, незважаючи на надзвичайну токсичність, широко використовується у промисловому виробництві неіоногенних ПАР та косметичних виробів:

Література

1. Гауптман З., Грефе Ю., Ремане Х. Органическая химия. – М.: Химия, 1979. – С. 332-340.

2. Ластухін Ю. О. Органічна хімія / Ю. О Ластухін, С. А. Воронов. – Львів: Центр Європи, 2001. – С. 341-357. – ISBN 966-7022-19-6.

3. Черных В. П. Лекции по органической химии / В. П. Черных. – Харьков: Золотые страницы, 2005. – С. 201-223. – ISBN 966-615-155-3.

Додаткова література

1. Грандберг И. И. Органическая химия / Грандберг И. И. – М.: Высшая школа, 1987. – С. 224-250.

2. Моррисон Р. Органическая химия / Моррисон Р., Бойд Р. – М.: Мир, 1974. – С. 533-545.

СПИРТИ органічні сполуки, які містять одну або декілька

г
Деякі спирти мають історичні назви:

С₂H₅OH – винний,

C₃H₅(OH)₃ – гліцерин
ідроксогруп –ОН. Для насичених одноатомних спиртів

загальна формула С_nH_2n+1OH

скругленный прямоугольник 5

Завдання для підготовки до олімпіад

№1

Для лікування горла часто готують розчин за наступним рецептом: питну соду заливають киплячою водою і додають декілька крапель спиртового розчину йоду. Напишіть які хімічні реакції можуть проходити підчас виготовлення розчину і якими зовнішніми ознаками вони супроводжуються.

РОЗВ’ЯЗОК

Під дією гарячої води натрій гідрогенкарбонат перетворюється в карбонат:

NaHCO₃=Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑

Гідроліз карбонат-іонів в розчині:

СO₃^2-+HOH↔HCO₃^-+OH^- (лужне середовище)

В лужному середовищі йод диспропорціонує:

I₂+2NaOH=NaOI+NaI+H₂O

Гіпойодити нестійки та розкладаються по двум напрямам:

2NaOI=2NaI+O₂, 3NaOI=2NaI+NaIO₃

Йод в лужному середовищі (або гіпойодит) окиснює спирт до альдегіду, який переходе в йодоформ:

СH₃–CH₂–OH+NaIO→NaI+H₂O+H₃C–COH

H₃C–COH+3NaIO→I₃C–COH+3NaOH

I₃C–COH+NaOH→CHI₃+HCOONa

Зовнішні ознаки: виділення вуглекислого газу та утворення йодоформу (жовтий колір, характерний запах).
№2

Суміш 2-метилпропан-1-олу, бутан-2-олу, 2-метилпропан-2-олу масою 3,7г прореагувала з надлишком купрум(II) оксиду. Продукти окиснення потім обробили надлишком аміачного розчину арґентум оксиду, при цьому виділилося 5,4г срібла. Обчисліть масову частку 2-метилпропан-1-олу в суміші.

РОЗВ’ЯЗОК

В суміші знаходяться сполуки слідуючої структури:

CH₃CH(CH₃)CH₂OH (1), CH₃CH₂CH(OH)CH₃ (2), (CH₃)₃COH (3)

Окисненню підлягають тільки сполуки 1 і 2.

CH₃CH(CH₃)CH₂OH+CuO→CH₃CH(CH₃)CHO+Cu+H₂O

CH₃CH₂CH(OH)CH₃+ CuO→ CH₃CH₂COCH₃+Cu+H₂O

З аміачним розчином арґентум оксиду реагує тільки 2-метилпропаналь:

CH₃CH(CH₃)CHO+Ag₂O→ CH₃CH(CH₃)COOH+2Ag

Срібло утворилось кількістю 5,4/108=0,05 моль, тоді по рівнянню реакції 2-метилпропан-1-олу було 0,025 моль, або 0,025·74=1,85г, його масова частка складає 1,85/3,7=0,5, або 50%.

№3

10. Заповнити схему перетворень та назвати всі сполуки:

Де використовуються сполуки В та Г?

Схожі:

МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ ЩОДО ПРОВЕДЕННЯ ДНЯ ЗНАНЬ У 2013-2014 НАВЧАЛЬНОМУ РОЦІ Черкаси ЧЕРКАСЬКИЙ ОБЛАСНИЙ ІНСТИТУТ ПІСЛЯДИПЛОМНОЇ ОСВІТИ ПЕДАГОГІЧНИХ ПРАЦІВНИКІВ ЧЕРКАСЬКОЇ ОБЛАСНОЇ РАДИ	Самостійна робота з теми «Спирти» Обчисліть об`єм газу, що виділяється при дії натрію Обчисліть масу розчину метанолу
Завдання III етапу Всеукраїнської олімпіади з хімії у 2012/2013 навчальному році ЧЕРКАСИ Визначте всі невідомі речовини, що беруть участь у перетвореннях, напишіть відповідні рівняння хімічних реакцій. Назвіть продукти...	Завдання III етапу Всеукраїнської олімпіади з хімії у 2012/2013 навчальному році ЧЕРКАСИ Визначте всі невідомі речовини, що беруть участь у перетвореннях, напишіть відповідні рівняння хімічних реакцій. Назвіть продукти...
НАСИЧЕНІ ОДНОАТОМНІ СПИРТИ Для формування розвитку знань, вмінь і навичок пропонуються питання ізомерії, номенклатури, хімічних властивостей, способів добування...	Черкаси на початку ХХ століття Доброго дня! Сьогодні ми здійснимо віртуальну подорож по місту Черкаси. Кожного дня ми ходимо вулицями нашого міста, їздимо транспортом,...
Черкаси на початку ХХ століття Доброго дня! Сьогодні ми здійснимо віртуальну подорож по місту Черкаси. Кожного дня ми ходимо вулицями нашого міста, їздимо транспортом,...	Уроку на тему: „ Насичені одноатомні спирти. Узагальнення знань.” 11 клас У школі – хімічний вечір. У найважливіший момент активної роботи учнів одна дівчинка випадково труснула чорнильну ручку і великі...
Методичні рекомендації учителям фізичної культури, керівникам гуртків,... Дослідженнями доведено, що регулярні заняття тенісом добре позначаються на підвищенні морфологічних показників розвитку дітей. Вони...	Протокол про підсумки голосування на чергових (річних) Загальних... Місце проведення: Україна, м. Черкаси, вул. Першотравнева, 72, будівля заводоуправління

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання