"Химия (углублённый уровень)", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Дроздов А.А. и др./ Под ред. Лунина В.В.
Спирты вступают в реакции благодаря гидроксильной группе –OH и полярности связи O–H. Они реагируют с активными металлами, галогеноводородами, подвергаются дегидратации, образуют сложные эфиры с карбоновыми кислотами и окисляются. Результат зависит от строения спирта и условий: при дегидратации можно получить алкен или простой эфир, а при окислении первичные и вторичные спирты дают разные продукты.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Алкоголят — соль, в которой водород гидроксильной группы спирта заменён металлом: R–O–M. В отличие от гидроксида металла M–OH, алкоголят содержит углеводородный радикал R и остаток спирта. Это показывает, какая часть молекулы спирта участвует в реакции с металлом.
Дегидратация спирта — отщепление от его молекулы воды. При внутримолекулярной дегидратации вода удаляется из одной молекулы и образуется алкен, а при межмолекулярной две молекулы спирта соединяются через атом кислорода с образованием простого эфира. Различие помогает связать продукт с температурой и условиями реакции.
Этерификация — обратимое взаимодействие спирта с карбоновой кислотой, при котором образуются сложный эфир и вода: R–OH + R′–COOH ⇄ R′–COOR + H₂O. Название реакции важно, потому что сложные эфиры имеют другой состав и свойства, чем исходные спирт и кислота. Обычно процесс ускоряет кислотный катализатор.
Окисление спирта — превращение спирта в вещество с более высокой степенью окисления. Конечный продукт определяется строением атома углерода при группе –OH: первичный спирт даёт альдегид и затем кислоту, вторичный — кетон, третичный окисляется трудно. Поэтому одной формулы «спирт + окислитель» недостаточно без определения типа спирта.
Связь O–H в спирте полярна: кислород притягивает общую электронную пару сильнее водорода. Поэтому активный металл отдаёт электроны, а водород гидроксильной группы замещается металлом; два атома водорода соединяются в молекулу H₂. Например, 2C₂H₅OH + 2Na → 2C₂H₅ONa + H₂, где C₂H₅ONa — алкоголят натрия.
Галогеноводород поставляет ион или частицу галогена, а гидроксильная группа спирта в итоге уходит в составе воды. Так замещение –OH превращает спирт в галогеналкан: C₂H₅OH + HBr → C₂H₅Br + H₂O. Реакцию проводят при нагревании; кислота активирует гидроксильную группу, облегчая её замену.
В присутствии концентрированной серной кислоты и при нагревании спирт теряет воду. Если отщепление происходит внутри одной молекулы, водород берётся у соседнего атома углерода, а между ними возникает двойная связь — получается алкен. Если взаимодействуют две молекулы спирта, их остатки соединяются через кислород и образуют простой эфир; соотношение температуры и строения спирта влияет на преобладающий продукт.
При этерификации кислота и спирт обмениваются частью функциональных групп, а вода выделяется как отдельный продукт. Реакция обратима, потому что вода может расщепить сложный эфир обратно на кислоту и спирт. Кислотный катализатор ускоряет установление равновесия, а удаление воды или эфира смещает равновесие в сторону образования эфира.
При окислении первичного спирта сначала удаляются водород и электроны у углерода и гидроксильной группы, поэтому возникает альдегид; дальнейшее окисление превращает его в кислоту. У вторичного спирта образуется кетон, поскольку при атоме углерода с –OH есть один углеводородный заместитель с водородом, но дальнейшее окисление затруднено. В третичном спирте такого водорода нет, поэтому мягкое окисление обычно не происходит.
| Тип реакции | Реагент и условия | Что происходит | Основной продукт |
|---|---|---|---|
| Взаимодействие с активными металлами | Na, K; безводные условия | Водород группы –OH замещается металлом | Алкоголят и H₂ |
| Замещение гидроксильной группы галогеном | HCl, HBr или HI; нагревание | Группа –OH замещается галогеном | Галогеналкан и H₂O |
| Внутримолекулярная дегидратация | Концентрированная H₂SO₄, около 170 °C | Из одной молекулы отщепляется H₂O | Алкен |
| Межмолекулярная дегидратация | Концентрированная H₂SO₄, около 140 °C | Две молекулы спирта соединяются через O | Простой эфир и H₂O |
| Этерификация | Карбоновая кислота, кислотный катализатор, нагревание | Спирт и кислота обратимо соединяются | Сложный эфир и H₂O |
| Окисление первичных, вторичных и третичных спиртов | Окислитель; условия зависят от вещества | Повышается степень окисления углерода | Альдегид, кетон или продукты разрушения |
Сначала определите тип спирта и функциональную группу, которая изменяется. Затем по столбцу условий найдите подходящую реакцию и проверьте, совпадает ли продукт с типом превращения.
Условие: запишите уравнение реакции этанола с натрием и укажите продукты. Нужно учесть, что натрий замещает только водород группы O–H, а не атомы водорода углеводородного радикала. Водород выделяется в виде двухатомной молекулы.
Ответ: продукты реакции — этилат натрия, или алкоголят натрия, C₂H₅ONa, и водород H₂.
Условие: определить продукты превращения этанола с концентрированной серной кислотой при 140 °C и 170 °C. Разные температуры направляют отщепление воды по разным механизмам. При более низкой температуре преобладает соединение двух молекул спирта, а при более высокой — образование двойной связи.
Ответ: при 140 °C образуется диэтиловый эфир, при 170 °C — этен.
Условие: определить продукты последовательного окисления пропан-1-ола и окисления пропан-2-ола. Сначала смотрим на положение группы –OH: в первом случае спирт первичный, во втором — вторичный. Затем применяем правило окисления для каждого типа.
Ответ: последовательность для пропан-1-ола — пропаналь, затем пропановая кислота; для пропан-2-ола основной продукт — пропанон.
Считать спирт сильной кислотой. Реакция с натрием показывает слабые кислотные свойства, но не полную диссоциацию в воде. Проверьте себя: в уравнении образуются алкоголят и H₂, а не обычная соль сильной кислоты.
Путать условия дегидратации. Приблизительно 140 °C ведёт к простому эфиру, а около 170 °C — к алкену. Если продукт одинаков в обоих случаях, сравните, взаимодействуют ли две молекулы или вода удаляется внутри одной.
Записывать альдегид для любого спирта. Альдегид характерен для первичного спирта, вторичный даёт кетон. Определите число углеродных заместителей у атома углерода, соединённого с –OH.
Забывать обратимость этерификации. Эфир не всегда образуется количественно, поскольку устанавливается равновесие. Ищите в записи знак ⇄ и учитывайте удаление воды или продукта.
Для понимания реакций нужны строение спиртов, функциональная группа –OH, полярность ковалентной связи и номенклатура органических веществ. Положение гидроксильной группы помогает различать первичные, вторичные и третичные спирты.
Знания пригодятся при изучении альдегидов, кетонов и карбоновых кислот, потому что спирты могут превращаться в эти классы веществ. Дегидратация связывает тему со способами получения алкенов, а этерификация — со свойствами и получением сложных эфиров.
Почему спирт реагирует с натрием, но его не считают сильной кислотой?
В молекуле спирта связь O–H полярна, поэтому натрий может заместить водород и выделить водород. Однако спирт диссоциирует в воде лишь в очень малой степени, поэтому его кислотные свойства слабые.
Как по условиям реакции понять, образуется алкен или простой эфир?
При нагревании спирта с концентрированной серной кислотой примерно до 140 °C обычно идёт межмолекулярная дегидратация и образуется простой эфир. При более сильном нагревании, около 170 °C, происходит внутримолекулярная дегидратация с образованием алкена.
Почему этерификация является обратимой реакцией?
Сложный эфир и вода могут снова взаимодействовать с образованием исходных спирта и кислоты. Поэтому для увеличения выхода эфира используют катализатор и удаляют воду или сам эфир из реакционной смеси.
Какие продукты образуются при окислении первичного и вторичного спирта?
Первичный спирт сначала окисляется до альдегида, а при дальнейшем окислении — до карбоновой кислоты. Вторичный спирт превращается в кетон.
Почему третичные спирты трудно окислить в обычных условиях?
У атома углерода, связанного с гидроксильной группой, в третичном спирте нет атома водорода. Его удаление необходимо для обычного окисления, поэтому реакция при мягких условиях практически не идёт.
§ 4. Химические свойства спирто
