"Химия. Базовый и углублённый уровни", Савинкина Е.В., Логинова Г.П.; под ред. Вахрушева А.А.
Спирты — кислородсодержащие органические вещества, в которых гидроксильная группа –OH связана с углеродом углеводородного радикала. Эта группа называется функциональной, потому что именно она во многом задаёт свойства вещества и отличает его от углеводорода. Разобравшись в записи R–OH, можно распознавать спирты, считать группы –OH и различать первичные, вторичные и третичные одноатомные спирты.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Спирты — органические вещества, в молекулах которых гидроксильная группа связана с атомом углерода углеводородного радикала. Их общая структурная запись — R–OH, где R обозначает радикал, то есть углеводородную часть молекулы. Эта запись помогает увидеть, что спирт состоит из двух частей: радикала и группы –OH.
Гидроксильная группа — функциональная группа –OH, состоящая из атомов кислорода и водорода. Функциональной называют группу атомов, которая определяет характерные свойства класса соединений. Поэтому по наличию –OH, связанной с углеродом, можно распознать спирт и отличить его от углеводорода.
Одноатомные и многоатомные спирты различаются числом гидроксильных групп в молекуле. Одноатомный спирт записывают как R–OH, а многоатомный — в общем виде R(OH)ₙ, где n показывает число групп –OH и равно двум или больше. Такая запись позволяет классифицировать спирт простым подсчётом групп.
Первичные, вторичные и третичные спирты — одноатомные спирты, различающиеся числом углеродных атомов, связанных с тем атомом углерода, который несёт –OH. Если с ним связан один углеродный атом, спирт первичный; если два — вторичный; если три — третичный. Эта классификация нужна, чтобы описывать строение спирта точнее, чем позволяет одна формула R–OH.
В общей записи R–OH буква R показывает углеводородный радикал, а –OH — присоединённую к нему часть молекулы. Между атомом углерода радикала и кислородом образуется ковалентная связь, то есть связь за счёт общей электронной пары. Поэтому строение спирта можно представить как связную молекулу, а не как смесь радикала и отдельного иона. Такая запись подчёркивает, какая часть молекулы является функциональной.
Название «гидроксильная» может напомнить о гидроксид-ионе OH⁻, но в спирте это не одно и то же. У гидроксид-иона есть отрицательный заряд, а группа –OH в спирте связана с углеродом ковалентной связью и входит в нейтральную молекулу. Заряд нельзя приписывать ей только из-за сходства обозначений. Проверяйте, записана ли группа как часть связи C–O–H или как самостоятельный ион OH⁻.
Углеводороды состоят из углерода и водорода, а спирты содержат ещё и кислород в составе группы –OH. Замена части строения углеводорода на функциональную группу меняет свойства вещества, потому что атомы кислорода и водорода взаимодействуют с окружением не так, как углеродный скелет. Поэтому спирт нельзя считать просто углеводородом с произвольно добавленными атомами. Функциональная группа помогает объяснить, почему соединения с похожими углеродными скелетами относятся к разным классам.
Числоатомность показывает, сколько групп –OH приходится на одну молекулу: одну — у одноатомного спирта, две или больше — у многоатомного. При распознавании сначала выделяют именно группы –OH, а не считают все атомы кислорода или водорода. Для одноатомных спиртов затем рассматривают атом углерода, непосредственно связанный с кислородом группы. Так последовательно получают два разных признака: число групп и тип углеродного атома при ней.
Чтобы распознать спирт по формуле, найдите фрагмент –OH и проследите, с чем он связан. Если кислород группы –OH соединён с углеродом углеводородной части, перед вами спирт; далее сосчитайте такие группы и определите одноатомность или многоатомность. Например, HOCH₂CH₂OH содержит две группы –OH и является многоатомным спиртом. Фрагмент O–H в другом окружении сам по себе ещё не доказывает, что вещество — спирт.
В таблице сначала выберите основание классификации: количество групп –OH или строение углерода, несущего одну такую группу. Затем сравните с признаком в третьем столбце и проверьте себя по примеру. Числоатомность и первичность, вторичность или третичность — разные характеристики спирта.
| Основание классификации | Вид спирта | Структурный признак | Пример |
|---|---|---|---|
| Число гидроксильных групп | Одноатомный | Одна группа –OH в молекуле | CH₃OH |
| Число гидроксильных групп | Двухатомный | Две группы –OH в молекуле | HOCH₂CH₂OH |
| Число гидроксильных групп | Многоатомный | Две или более групп –OH | HOCH₂CH(OH)CH₂OH |
| Число углеродных атомов при атоме углерода с группой –OH | Первичный | Углерод при –OH связан с одним другим атомом углерода | CH₃CH₂OH |
| Число углеродных атомов при атоме углерода с группой –OH | Вторичный | Углерод при –OH связан с двумя другими атомами углерода | CH₃CH(OH)CH₃ |
| Число углеродных атомов при атоме углерода с группой –OH | Третичный | Углерод при –OH связан с тремя другими атомами углерода | (CH₃)₃COH |
Задача 1. В формулах CH₃OH, CH₃OCH₃ и HOCH₂CH₂OH найдите вещества, относящиеся к спиртам, и укажите число групп –OH. Для каждого вещества важно не просто обнаружить кислород, а проверить его связь с водородом и углеродным радикалом. Затем нужно посчитать подходящие группы.
Ответ: CH₃OH — одноатомный спирт, HOCH₂CH₂OH — многоатомный спирт; CH₃OCH₃ спиртом не является.
Задача 2. Определите, какие из спиртов бутан-1-ол и бутан-2-ол первичный и вторичный. Цифра в названии указывает положение группы –OH в цепи, но классификацию определяют не по цифре, а по числу соседних углеродных атомов у углерода, несущего эту группу. Поэтому представим оба строения.
Ответ: бутан-1-ол — первичный, бутан-2-ол — вторичный.
Задача 3. Изобразите все одноатомные спирты состава C₄H₁₀O и распределите их на первичные, вторичные и третичные. Сначала составим разные углеродные скелеты из четырёх атомов углерода, затем разместим группу –OH в неравноценных положениях. Положение у конца и внутри цепи, а также разветвление могут привести к разным изомерам.
Ответ: всего четыре одноатомных спирта состава C₄H₁₀O: два первичных, один вторичный и один третичный.
Ошибка — считать спиртом любое соединение с фрагментом O–H. Такой фрагмент встречается в разных классах веществ, поэтому одного его наличия недостаточно; нужно проверить связь кислорода с углеродом радикала. Путаница появляется из-за того, что формулы легко читать по отдельным атомам, не прослеживая связи. Проверьте себя: можете ли вы выделить именно участок C–O–H в структуре?
Не записывайте группу спирта как OH⁻: это обозначение гидроксид-иона с отрицательным зарядом. В молекуле спирта группа –OH ковалентно соединена с углеродом и не является самостоятельным ионом. Ошибку провоцирует совпадение букв в обозначениях. Проверка проста: если речь о нейтральной молекуле с фрагментом R–OH, заряд OH⁻ приписывать нельзя.
Числоатомность нельзя определять по общему числу атомов водорода в формуле. Учитывают только количество групп –OH, потому что именно этот признак лежит в основе классификации. Ошибка возникает, когда формулу пытаются оценить целиком, не выделив функциональные группы. Перепишите структуру и отметьте каждую отдельную группу –OH.
Первичный, вторичный и третичный спирт — это не то же самое, что одноатомный, двухатомный и многоатомный. Первичность определяют по числу углеродных соседей атома углерода при –OH, а числоатомность — по числу групп –OH во всей молекуле. Названия похожи, поэтому их легко смешать. Для самопроверки задайте два отдельных вопроса: сколько групп –OH и сколько углеродных атомов связано с углеродом при ней?
Для изучения спиртов нужны знания о строении органических молекул, валентности углерода и кислорода и углеводородных радикалах. Эти понятия помогают читать запись R–OH и понимать, какие связи соединяют атомы. Функциональные группы используют и при изучении других классов органических веществ: сравнение таких групп позволяет объяснять различия свойств соединений. Классификация спиртов пригодится при составлении названий, построении формул изомеров и дальнейшем изучении их химических свойств.
Почему спирты относят к кислородсодержащим органическим веществам?
В молекулах спиртов есть атом кислорода в составе гидроксильной группы –OH. Органическая часть молекулы — углеводородный радикал, связанный с этой группой.
Чем гидроксильная группа спирта отличается от гидроксид-иона?
В спирте группа –OH связана с атомом углерода ковалентной связью и входит в состав нейтральной молекулы. Гидроксид-ион OH⁻ имеет отрицательный заряд и не связан таким образом с углеродным радикалом.
Как по структурной формуле определить, что вещество является спиртом?
Найдите группу –OH и проверьте, связан ли её кислород с углеродом углеводородного радикала. Если –OH входит в связь C–O–H, вещество относят к спиртам; одного фрагмента O–H недостаточно.
Чем одноатомный спирт отличается от многоатомного?
В молекуле одноатомного спирта одна гидроксильная группа, а в многоатомном — две или более. Их число определяют по структурной формуле, а не по общему количеству атомов водорода.
Как определить, является спирт первичным, вторичным или третичным?
Посчитайте, со сколькими другими атомами углерода связан углерод, несущий –OH. Связь с одним углеродом означает первичный спирт, с двумя — вторичный, с тремя — третичный.
§ 30. Функциональная группа спиртов - гидроксильная
