Спирт реакция замещения с металлами

Спирты

Спирты — кислородсодержащие органические соединения, функциональной группой которых является гидроксогруппа (OH) у насыщенного атома углерода.

Спирты также называют алкоголи. Первый член гомологического ряда — метанол — CH₃OH. Общая формула их гомологического ряда — C_nH_2n+1OH.

Классификация спиртов

По числу OH групп спирты бывают одноатомными (1 группа OH), двухатомными (2 группы OH — гликоли), трехатомными (3 группы OH — глицерины) и т.д.

Одноатомные спирты также подразделяются в зависимости от положения OH-группы: первичные (OH-группа у первичного атома углерода), вторичные (OH-группа у вторичного атома углерода) и третичные (OH-группа у третичного атома углерода).

Номенклатура и изомерия спиртов

Названия спиртов формируются путем добавления суффикса «ол» к названию алкана с соответствующим числом атомов углерода: метанол, этанол, пропанол, бутанол, пентанол и т.д.

Для спиртов характерна изомерия углеродного скелета (начиная с бутанола), положения функциональной группы и межклассовая изомерия с простыми эфирами, которых мы также коснемся в данной статье.

Получение спиртов

• Гидролиз галогеналканов водным раствором щелочи

Помните, что в реакциях галогеналканов со сПИртовым раствором щелочи получаются Пи-связи (π-связи) — алкены, а в реакциях с водным раствором щелочи образуются спирты.

Присоединения молекулы воды (HOH) протекает по правилу Марковникова. Атом водорода направляется к наиболее гидрированному атому углерода, а гидроксогруппа идет к соседнему, наименее гидрированному, атому углерода.

В результате восстановления альдегидов и кетонов получаются соответственно первичные и вторичные спирты.

Синтез газом в промышленности называют смесь угарного газа и водорода, которая используется для синтеза различных химических соединений, в том числе и метанола.

Получение этанола брожением глюкозы

В ходе брожения глюкозы выделяется углекислый газ и образуется этанол.

В результате такой реакции у атомов углерода, прилежащих к двойной связи, формируются гидроксогруппы — образуется двухатомный спирт (гликоль).

Химические свойства спиртов

Предельные спирты (не содержащие двойных и тройных связей) не вступают в реакции присоединения, это насыщенные кислородсодержащие соединения. У спиртов проявляются новые свойства, которых мы раньше не касались в органической химии — кислотные.

Щелочные металлы (Li, Na, K) способны вытеснять водород из спиртов с образованием солей: метилатов, этилатов, пропилатов и т.д.

Необходимо особо заметить, что реакция с щелочами (NaOH, KOH, LiOH) для предельных одноатомных спиртов невозможна, так как образующиеся алкоголяты (соли спиртов) сразу же подвергаются гидролизу.

Реакция с галогеноводородами

Реакция с галогеноводородами протекают как реакции обмена: атом галогена замещает гидроксогруппу, образуется молекула воды.

В результате реакций спиртов с кислотами образуются различные эфиры.

Дегидратация спиртов (отщепление воды) идет при повышенной температуре в присутствии серной кислоты (водоотнимающего) компонента.

Возможен межмолекулярный механизм дегидратации (при t 140°С) механизм дегидратации становится внутримолекулярный — образуются алкены.

Названия простых эфиров формируются проще простого — по названию радикалов, входящих в состав эфира. Например:

• Диметиловый эфир — CH₃-O-CH₃
• Метилэтиловый эфир — CH₃-O-C₂H₅
• Диэтиловый эфир — C₂H₅-O-C₂H₅

Качественной реакцией на спирты является взаимодействие с оксидом меди II. В ходе такой реакции раствор приобретает характерное фиолетовое окрашивание.

Замечу, что в обычных условиях третичные спирты окислению не подвергаются. Для них необходимы очень жесткие условия, при которых углеродный скелет подвергается деструкции.

Вторичные и третичные спирты определяются другой качественной реакцией с хлоридом цинка II и соляной кислотой. В результате такой реакции выпадает маслянистый осадок.

Первичные спирты окисляются до альдегидов, а вторичные — до кетонов. Альдегиды могут быть окислены далее — до карбоновых кислот, в отличие от кетонов, которые являются «тупиковой ветвью развития» и могут только снова стать вторичными спиртами.

Такой реакцией является взаимодействие многоатомного спирта со свежеприготовленным гидроксидом меди II. В результате реакции раствор окрашивается в характерный синий цвет.

Важным отличием многоатомных спиртов от одноатомных является их способность реагировать со щелочами (что невозможно для одноатомных спиртов). Это говорит об их более выраженных кислотных свойствах.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Химия. 10 класс

§ 24. Химические свойства, получение и применение спиртов

Химические свойства, получение и применение спиртов

Многие химические свойства спиртов определяются наличием в их молекулах гидроксильной группы, поэтому гидроксильную группу называют функциональной.

Рассмотрим химические свойства насыщенных одноатомных спиртов.

1. Взаимодействие со щелочными металлами

Если в стаканчик с этиловым спиртом поместить кусочек натрия, начнётся бурная реакция, сопровождающаяся выделением водорода:

В этой реакции происходит замещение атома водорода гидроксильной группы атомом металла.

Так же реагируют с натрием и другие спирты. Приведём уравнение реакции пропанола-1 с натрием:

При взаимодействии с активными металлами спирты проявляют кислотные свойства. Кислотные свойства спиртов выражены очень слабо (слабее, чем у воды!), поэтому спирты не изменяют окраску индикаторов, не реагируют со щелочами и могут взаимодействовать только с самыми активными металлами, например со щелочными металлами натрием и калием.

Продукты замещения атома водорода гидроксильной группы спирта атомом металла называются алкоголятами. Приведём названия некоторых алкоголятов:

Алкоголяты представляют собой твёрдые солеподобные вещества. Они разлагаются водой с образованием спирта и щёлочи:

2. Взаимодействие с галогеноводородами

Спирты взаимодействуют с галогеноводородами (HCl, HBr, HI). При этом гидроксильная группа замещается на галоген. Приведём уравнение реакции этилового спирта с бромоводородом:

Так же реагируют с галогеноводородами и другие спирты. Например, при взаимодействии пропанола-2 с хлороводородом происходит замещение гидроксильной группы и образуется 2-хлорпропан:

3. Дегидратация. Отщепление воды

При нагревании с сильными водоотнимающими средствами, такими как концентрированная серная кислота, от спиртов отщепляется молекула воды. Реакция отщепления молекулы воды называется реакцией дегидратации (§ 16).

В данных реакциях от одной молекулы спирта отщепляется одна молекула воды. Такая реакция называется внутримолекулярной дегидратацией. В результате внутримолекулярной дегидратации спиртов образуются алкены.

При менее сильном нагревании одна молекула воды может отщепляться от двух молекул спирта:

Эта реакция называется межмолекулярной дегидратацией.

В результате межмолекулярной дегидратации спиртов образуются простые эфиры. Строение простых эфиров можно выразить следующей формулой: R—O—R’ . Углеводородные радикалы в молекуле простого эфира могут быть одинаковыми или различными. Простые эфиры изомерны спиртам (§ 22).

Продукт реакции межмолекулярной дегидратации этилового спирта — диэтиловый эфир — представляет собой бесцветную жидкость со специфическим запахом и низкой температурой кипения (t_кип = 35 °С). Он используется в медицинской практике для наркоза и дезинфекции кожи при проведении инъекций.

Приведём уравнение реакции межмолекулярной дегидратации метанола:

При этом образуется диметиловый эфир — газообразное при нормальных условиях вещество с температурой кипения –25 °С.

Обратите внимание, что температуры кипения простых эфиров намного ниже, чем изомерных спиртов. На рисунке 24.1 изображены шаростержневые модели молекул этанола и диметилового эфира и указаны их температуры кипения.

Этанол и диметиловый эфир являются изомерами, их молекулы имеют примерно одинаковые размеры, поэтому, казалось бы, температуры кипения должны быть близки. Тем не менее, температура кипения этанола более чем на 100° С выше температуры кипения диметилового эфира. Напомним, что высокие температуры кипения спиртов объясняются образованием водородных связей между их молекулами. Водородная связь образуется между атомом водорода гидроксильной группы одной молекулы спирта и атомом кислорода другой молекулы. Между молекулами простых эфиров водородные связи не образуются, так как в молекулах простых эфиров нет гидроксильных групп.

4. Окисление

Спирты горят при поджигании, в этом мы можем убедиться, зажигая спиртовку:

В результате образуются углекислый газ и вода. Такая реакция называется полным окислением.

Возможно и неполное окисление спиртов. Его можно осуществить следующим образом. Нагреем в пламени спиртовки медную проволоку до красного каления. При этом блестящая поверхность проволоки покроется чёрным налётом оксида меди(II) вследствие окисления меди:

После этого раскалённую проволоку быстро поместим в стакан с небольшим количеством этилового спирта. Проволока при этом опять становится блестящей (видео 24.1). Это свидетельствует о том, что из чёрного оксида меди(II) образовалась медь. То есть произошло восстановление оксида меди(II). Восстановителем является этиловый спирт. В ходе реакции он окисляется до уксусного альдегида:

Уксусный альдегид имеет яблочный запах, который ощущается при проведении описанного эксперимента.

С окислением вторичных спиртов вы можете познакомиться, перейдя по ссылке в QR-коде.

Источник

Спирт реакция замещения с металлами

В химических реакциях гидроксисоединений 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 гидроксисоединения, а при разрыве связи С–О — свойства основания и нуклеофильного реагента.

Таким образом, гидроксисоединения могут вступать в многочисленные реакции, давая различные классы соединений. Вследствие доступности гидроксисоединений, в особенности спиртов, каждая из этих реакций является одним из лучших способов получения определенных соединений.

1. Кислотные свойства гидроксисоединений

Одноатомные спирты реагируют с активными металлами (Na, K, Mg, Al и др), образуя соли — алкоголяты (алкоксиды):

2R–OH + 2Na → 2RO – Na + + H 2 2C₂H₅OH + 2K → 2C 2 H 5 O – K + + H 2

Алкоголяты под действием воды полностью гидролизуются с выделением спирта и гидроксида металла:

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)

Кроме того, спирты способны вытеснять углеводороды, которые можно рассматривать как еще более слабые кислоты, из их солей (например, из реактивов Гриньяра RMgHal):

R–OH + R’MgBr → R’H + Mg(OR)Br

Кислотность одноатомных спиртов убывает в ряду:

CH₃OH > первичный > вторичный > третичный.

2. 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. 3. Окисление Окислители — KMnO₄, K₂Cr₂O₇+H₂SO₄, 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. Предельное окисление происходит при горении, например: 2CH ₃ OH + 3O ₂ → 2CO 2 + 4H 2 O

4. 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.

Механизм реакции — нуклеофильное замещение S _N . Нуклеофил – хлорид-анион Cl: – – замещает группу HO: –
Данная реакция является одним из способов получения галогеноуглеводородов.

При межмолекулярной дегидратации спиртов также происходит нуклеофильное замещение: ОН-группа в одной молекуле спирта замещается на группу OR другой молекулы.

Отщепление воды от молекул спирта (дегидратация спиртов) в зависимости от условий происходит как внутримолекулярная илимежмолекулярная реакция.

Внутримолекулярная дегидратация спиртов с образованием алкенов идет в присутствии концентрированной серной кислоты при нагревании выше 140 °С.

Например: В тех случаях, когда 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).

Межмолекулярная дегидратация спиртов происходит при температуре ниже 140 °С с образованием простых эфиров:

Источник