Введення
Спирти представляють собою з'єднання загальної формули ROH, в яких гідроксильна група приєднана до насиченого атому вуглецю. За номенклатурою ІЮПАК насичені спирти називають алканоли, нумерація в яких визначається гідроксильною групою. Гідроксил за наявності подвійного й потрійного зв'язків є старшою.етанол 1-пропанол 2-пропанол 2-пропіл-1-ол 2-пропін-1-ол
етиловий пропіловий ізопропіловий алліловий пропаргіловий
спирти
1-бутанол 2-бутанол 2-метил-1-пропанол 2-метил-2-пропанол
н-бутиловий втор-бутиловий ізобутіловий трет-бутиловий
спирти
При нумерації атомів головного ланцюга спиртів гідроксильна група має перевагу перед алкільними групами, атомами галогенів і кратної зв'язком.
транс-3-(2'-гідроксіетил)-1-ціклопентанол
Часто спирти називають по вуглеводневої групі (етиловий спирт). У цій номенклатурі становище заступника в алкільного групі спирту позначається літерами грецького алфавіту:
g-бромпропіловий спирт b-метоксіетіловий спирт
У залежності від того, чи є атом вуглецю, до якого приєднана гідроксильна група, первинним 1 про, вторинним 2 про чи третинним 3 про спирти бувають 1 о (RCH 2 OH), 2 о (R 2 CHOH) або 3 о (R 3 COH). Наприклад, з чотирьох можли-них бутилових спиртів два - бутиловий і ізобутіловий є первинними 1 про, втор-бутиловий - вторинним 2 про та трет-бутиловий - третинним 3 про.
Число гідроксильних груп у молекулі визначає так звану атомної спирту. За кількістю гідроксильних груп у молекулі спирти поділяються на одноатомні, двоатомні, триатомні і т.д. Наприклад, етанол є одноатомних спиртів, етиленгліколь _ двохатомних, а гліцерин _ триатомним.
етиленгліколь гліцерин
Гідроксильні групи можуть перебувати лише у різних атомів вуглецю (правило Ерленмеера). Якщо дві гідроксильні групи виявляються в одного атома вуглецю, то вони негайно отщепляют воду:
Якщо гідроксильна група виявляється приєднаної до атома вуглецю з'єднаному з іншим атомом вуглецю кратною зв'язком її атом водню негайно переміщається до останнього:
Спирти знаходять широке практичне застосування. Вони виробляються в значних кількостях і використовуються в якості напівпродуктів для синтезу різних органічних сполук. Діоли і гліцерин застосовуються у виробництві лікарських препаратів, полімерів (поліефіри, поліуретани, поліаміди), вибухових речовин, пластифікаторів. Спирти використовуються як розчинники фарб і полімерів, є головними компонентами антифризів, гідравлічних рідин, емульгаторів, мастил, входять до складу парфумерних виробів і медичних препаратів. Гліцерин є структурним компонентом тваринних і рослинних жирів та олій, а також підвищення ліпідів тваринних тканин. Він грає важливу роль в обміні речовин тваринного організму.
Деякі спирти є компонентами природних запашних речовин, наприклад, фенетіловий спирт є головним летючим компонентом рожевого масла. Добре відомі такі природні спирти як гераніол, ментол і ретинол (вітамін А).
фенетіловий спирт гераніол ментол
ретинол (вітамін А 1) (статевий атрактанти яблучної плодоніжки)
Упр.1. Назвіть наступні спирти за номенклатурою ІЮПАК, вказавши, який з них є первинним, вторинним або третинним:
(А)
(Д)
(Н)
Відповідь: (а) 4-метил-2-пентанол (2 о), (б) 4-хлор-2-етил-1-бутанол, (в) бензил-вий спирт (1 о), (г) цис-2 -метілціклопентанол (2 о), (д) транс-2-метілцікло-гексанолу (2 о), (е) біцикло [2.2.1] гептан-1-ол (3 о) ... (н) 2-пропіл-1- ол, (о) (Е)-2-пента-1-ол
Фізичні властивості нижчих спиртів в значній мірі визначаються полярністю гідроксильної групи і її здатністю брати участь в утворенні водневого зв'язку, що призводить до їх відносно високій температурі кипіння і до гарної розчинності у воді.
Т. кип., O C 64,7 78,3 97,2 82,3
Спирти киплять при значно вищій температурі, ніж, наприклад, алкани з близькою або навіть більшою молекулярною масою (М): наприклад, бутан З 4 H 10 (М = 58) кипить при 4 о С, а метиловий спирт СН 3 ОН (М = 32) - при 64 о С. Це пояснюється тим, що молекули спиртів асоційовані за рахунок утворення водневих зв'язків. Освіта асоціатів з водою пояснює високу розчинність нижчих спиртів у воді. Асоціати спиртів мають наступну будову:
У здатності спиртів до асоціації одночасно виявляються їх кислотні та основні властивості.
1. Способи отримання спиртів
Основні способи отримання спиртів вже розглядалися при реакційної здатності галогенпохідних, елементоорганічних сполук і алкенів. Особливо слід виділити отримання метанолу і етанолу.
1.1. Гідрогенізація окису вуглецю
Метиловий спирт, він же метанол, він же деревний спирт, виявлений вперше в середині ХVII століття, виділений в чистому вигляді в 1834 р., синтезований у 1857 р., - один з найстаріших продуктів хімічної індустрії. Спочатку його одержували сухою перегонкою деревини, а в 1923 р. почала працювати перша заводська установка, на якій метанол синтезували з водню та окису вуглецю. За обсягом виробництва метанол стоїть на першому місці серед вторинних нафтохімічних продуктів.
Метанол токсична: його вживання, вдихання парів або знаходження на шкірі протягом тривалого часу викликає сліпоту або призводить до смертельного результату.
1.2 Ферментація
Ще в давнину було виявлено, що при бродінні багатьох рослинних продуктів утворюються алкогольні напої, але лише порівняно недавно стало відомо, що активним початком у них є етиловий спирт.
У дріжджах є ензими, що викликають перетворення цукрів у спирти. Ферментацією крім етилового спирту можна одержувати спирти З 3, C 4 и С 5.
1.3 Синтез спиртів з алкенів (8.2.2 Гідратація алкенів)
Гідратація алкенів використовується в промисловості для одержання спиртів з продуктів нафтопереробки. Приєднання протікає за правилом Марковникова. Умови проведення реакції залежать від природи алкена. Швидкість гідратації зростає із збільшенням розгалуженості алкена.
Гідратація пропену в кислому середовищі
проходить за наступним механізмом:
Упр.2. Завершіть реакцію і опишіть її механізм:
Відповідь.
Механізм:
Кислотно-каталізується гідратація алкенів лежить в основі промислового способу отримання етанолу з етилену і 2-пропанолу з пропена. Етиловий та ізопропіловий спирти для технічних цілей отримують, в основному, гідратацією етилену і пропилену в паровій фазі:
Для отримання інших спиртів цей метод має дуже обмежену сферу застосування, оскільки гідратація алкенів часто супроводжується ізомеризації вуглецевого скелета за рахунок перегрупувань проміжно утворюються карбокатіонів, що сильно знижує синтетичні можливості цього, на перший погляд дуже простого, способу отримання вторинних і третинних спиртів. У лабораторній практиці його по суті витіснив інший спосіб, заснований на реакції оксімеркурірованія-демеркурірованія алкенів. Оксімеркурірованіе-демеркурірованіе регіоселективно і призводить до приєднання води за правилом Марковникова. Ця реакція проводиться в оченьмягкіх умовах з виходами, близькими до кількісного виходу.
1-пента 2-пентанол
Перевагою цього методу перетворення алкенів в спирти є те, що при цьому не спостерігається перегрупувань:
3,3-диметил-1-Бутен 3,3-диметил-2-бутанол
Упр.3. Методом оксімеркурірованія-демеркурірованія з відповідних алкенів отримаєте (а) 1-ціклопентілетанол, (б) 3-метил-3-пентанол,
(В) 1-етілціклопентанол.
Для того, щоб приєднати воду до алкенів проти правила Марковникова використовують метод гидроборирования-окислення.
(8)
Пропен 1-пропанол
2-метілпропен 2-метил-1-пропанол
Упр.4. Напишіть реакції одержання (а) 1-пентанола,
(Б) транс-2-метілціклогексанола з відповідних алкенів.
Упр.5. Який спирт утворюється з 3,3-диметил-1-бутену при (а) гідратації в присутності кислоти, (б) оксімеркурірованіі-демеркурірованіі і (в) гідроборі-рованії-окисленні?
Упр.6. Завершіть реакцію