-->
|
|
|
Õèìèÿ 10 êëàññ. Ãàáðèåëÿí § 17. ÑïèðòûÑòðîåíèå ñïèðòîâÏî ÷èñëó ãèäðîêñèëüíûõ ãðóïï (àòîìíîñòè) ñïèðòû äåëÿòñÿ íà ñëåäóþùèå ãðóïïû:
Ïî õàðàêòåðó óãëåâîäîðîäíîãî ðàäèêàëà âûäåëÿþò ñïèðòû:
Îðãàíè÷åñêèå âåùåñòâà, ñîäåðæàùèå â ìîëåêóëå ãèäðîêñèëüíûå ãðóïïû, ñâÿçàííûå íåïîñðåäñòâåííî ñ àòîìîì óãëåðîäà áåíçîëüíîãî êîëüöà, ñóùåñòâåííî îòëè÷àþòñÿ ïî õèìè÷åñêèì ñâîéñòâàì îò ñïèðòîâ è ïîýòîìó âûäåëÿþòñÿ â ñàìîñòîÿòåëüíûé êëàññ îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé — ôåíîëû. Íàïðèìåð:
Ïîäðîáíåå ñî ñòðîåíèåì, ñâîéñòâàìè è ïðèìåíåíèåì ôåíîëîâ ìû ïîçíàêîìèìñÿ â § 18. Ñóùåñòâóþò è ïîëèàòîìíûå (ìíîãîàòîìíûå) ñïèðòû, ñîäåðæàùèå áîëåå òð¸õ ãèäðîêñèëüíûõ ãðóïï â ìîëåêóëå. Íàïðèìåð, ïðîñòåéøèé øåñòèàòîìíûé ñïèðò ãåêñàîë (ñîðáèò):
Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî ñïèðòû, ñîäåðæàùèå äâå ãèäðîêñèëüíûå ãðóïïû ïðè îäíîì àòîìå óãëåðîäà, íåóñòîé÷èâû è ñàìîïðîèçâîëüíî ðàçëàãàþòñÿ (ïîäâåðãàþòñÿ äåãèäðàòàöèè) ñ îáðàçîâàíèåì àëüäåãèäîâ èëè êåòîíîâ:
Íåïðåäåëüíûå ñïèðòû, ñîäåðæàùèå ãèäðîêñèëüíóþ ãðóïïó ó àòîìà óãëåðîäà, ñâÿçàííîãî äâîéíîé ñâÿçüþ, íàçûâàþòñÿ åíîëàìè. Íåòðóäíî äîãàäàòüñÿ, ÷òî íàçâàíèå ýòîãî êëàññà ñîåäèíåíèé îáðàçîâàíî èç ñóôôèêñîâ -åí è -îë, óêàçûâàþùèõ íà ïðèñóòñòâèå â ìîëåêóëàõ äâîéíîé ñâÿçè è ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïû. Åíîëû, êàê ïðàâèëî, íåóñòîé÷èâû è ñàìîïðîèçâîëüíî ïðåâðàùàþòñÿ (èçîìåðèçóþòñÿ) â êàðáîíèëüíûå ñîåäèíåíèÿ — àëüäåãèäû è êåòîíû. Ýòà ðåàêöèÿ îáðàòèìà, à ñàì ïðîöåññ, êàê âû óæå çíàåòå, íàçûâàþò êåòî-åíîëúíîé òàóòîìåðèåé. Òàê, ïðîñòåéøèé åíîë — âèíèëîâûé ñïèðò ÷ðåçâû÷àéíî áûñòðî èçîìåðèçóåòñÿ â óêñóñíûé àëüäåãèä:
Ïî õàðàêòåðó àòîìà óãëåðîäà, ñ êîòîðûì ñâÿçàíà ãèäðîêñèëüíàÿ ãðóïïà, ñïèðòû äåëÿòñÿ íà òðè ãðóïïû:
Íîìåíêëàòóðà è èçîìåðèÿ ñïèðòîâÏðè îáðàçîâàíèè íàçâàíèé ñïèðòîâ ê íàçâàíèþ óãëåâîäîðîäà, ñîîòâåòñòâóþùåãî ñïèðòó, äîáàâëÿþò (ðîäîâîé) ñóôôèêñ -îë. Öèôðàìè ïîñëå ñóôôèêñà óêàçûâàþò ïîëîæåíèå ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïû â ãëàâíîé öåïè, à ïðåôèêñàìè (äè-, òðè , òåòðà- è ò. ä.) — èõ ÷èñëî.
 íóìåðàöèè àòîìîâ óãëåðîäà â ãëàâíîé öåïè ïîëîæåíèå ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïû ïðèîðèòåòíî ïåðåä ïîëîæåíèåì êðàòíûõ ñâÿçåé:
Íà÷èíàÿ ñ òðåòüåãî ÷ëåíà ãîìîëîãè÷åñêîãî ðÿäà ó ñïèðòîâ ïîÿâëÿåòñÿ èçîìåðèÿ ïîëîæåíèÿ ôóíêöèîíàëüíîé ãðóïïû (ïðîïàíîë-1 è ïðîïàíîë-2), à ñ ÷åòâ¸ðòîãî — èçîìåðèÿ óãëåðîäíîãî ñêåëåòà (áóòàíîë-1; 2-ìåòèëïðîïàíîë-1). Äëÿ íèõ õàðàêòåðíà è ìåæêëàññîâàÿ èçîìåðèÿ — ñïèðòû èçîìåðíû ïðîñòûì ýôèðàì:
Ôèçè÷åñêèå ñâîéñòâà ñïèðòîâÍèçøèå è ñðåäíèå ÷ëåíû ðÿäà ïðåäåëüíûõ îäíîàòîìíûõ ñïèðòîâ, ñîäåðæàùèå îò îäíîãî äî îäèííàäöàòè àòîìîâ óãëåðîäà, — æèäêîñòè. Âûñøèå ñïèðòû (íà÷èíàÿ ñ Ñ12Í25ÎÍ) ïðè êîìíàòíîé òåìïåðàòóðå — òâ¸ðäûå âåùåñòâà. Íèçøèå ñïèðòû èìåþò õàðàêòåðíûé àëêîãîëüíûé çàïàõ è æãó÷èé âêóñ, õîðîøî ðàñòâîðèìû â âîäå. Ïî ìåðå óâåëè÷åíèÿ óãëåâîäîðîäíîãî ðàäèêàëà ðàñòâîðèìîñòü ñïèðòîâ â âîäå ïîíèæàåòñÿ, íàïðèìåð îêòàíîë óæå íå ñìåøèâàåòñÿ ñ âîäîé. Àòîì êèñëîðîäà, âõîäÿùèé â ãèäðîêñèëüíóþ ãðóïïó ìîëåêóë ñïèðòîâ, îòëè÷àåòñÿ îò àòîìîâ âîäîðîäà è óãëåðîäà ïî ñïîñîáíîñòè ïðèòÿãèâàòü è óäåðæèâàòü ýëåêòðîííûå ïàðû. Áëàãîäàðÿ ýòîìó â ìîëåêóëàõ ñïèðòîâ èìåþòñÿ ïîëÿðíûå ñâÿçè Ñ—Î è ΗÍ.
Âñëåäñòâèå ïîëÿðíîñòè ñâÿçè Î—Í è çíà÷èòåëüíîãî ÷àñòè÷íîãî ïîëîæèòåëüíîãî çàðÿäà, ëîêàëèçîâàííîãî (ñîñðåäîòî÷åííîãî) íà àòîìå âîäîðîäà, âîäîðîä ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïû èìååò êèñëîòíûé õàðàêòåð. Ýòèì îí îòëè÷àåòñÿ îò àòîìîâ âîäîðîäà, âõîäÿùèõ â óãëåâîäîðîäíûé ðàäèêàë. Íåîáõîäèìî îòìåòèòü, ÷òî àòîì êèñëîðîäà ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïû èìååò ÷àñòè÷íûé îòðèöàòåëüíûé çàðÿä è äâå íåïîäåë¸ííûå ýëåêòðîííûå ïàðû, ÷òî äà¸ò âîçìîæíîñòü ñïèðòàì îáðàçîâûâàòü îñîáûå, òàê íàçûâàåìûå âîäîðîäíûå ñâÿçè ìåæäó ìîëåêóëàìè (ðèñ. 37, 38).
Âîäîðîäíûå ñâÿçè âîçíèêàþò ïðè âçàèìîäåéñòâèè ÷àñòè÷íî ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííîãî àòîìà âîäîðîäà îäíîé ìîëåêóëû ñïèðòà è ÷àñòè÷íî îòðèöàòåëüíî çàðÿæåííîãî àòîìà êèñëîðîäà äðóãîé ìîëåêóëû.
Èìåííî áëàãîäàðÿ âîäîðîäíûì ñâÿçÿì ìåæäó ìîëåêóëàìè ñïèðòû èìåþò àíîìàëüíî âûñîêèå äëÿ ñâîåé ìîëåêóëÿðíîé ìàññû òåìïåðàòóðû êèïåíèÿ. Òàê, ïðîïàí (Ìr(Ñ3Í8) = 44) ïðè îáû÷íûõ óñëîâèÿõ ÿâëÿåòñÿ ãàçîì, à ïðîñòåéøèé èç ñïèðòîâ — ìåòàíîë (Ìr(ÑÍ3ÎÍ) = 32) â îáû÷íûõ óñëîâèÿõ æèäêîñòü. Õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ñïèðòîâÑâîéñòâà îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ îïðåäåëÿþòñÿ èõ ñîñòàâîì è ñòðîåíèåì. Ñïèðòû ïîäòâåðæäàþò îáùåå ïðàâèëî. Èõ ìîëåêóëû âêëþ÷àþò â ñåáÿ óãëåâîäîðîäíûå è ãèäðîêñèëüíûå ðàäèêàëû, ïîýòîìó õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ñïèðòîâ îïðåäåëÿþòñÿ âçàèìîäåéñòâèåì è âëèÿíèåì äðóã íà äðóãà ýòèõ ãðóïï. Õàðàêòåðíûå äëÿ äàííîãî êëàññà ñîåäèíåíèé ñâîéñòâà îáóñëîâëåíû íàëè÷èåì ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïû. Âçàèìîäåéñòâèå ñïèðòîâ ñ ùåëî÷íûìè è ù¸ëî÷íîçåìåëüíûìè ìåòàëëàìè. Äëÿ âûÿâëåíèÿ âëèÿíèÿ óãëåâîäîðîäíîãî ðàäèêàëà íà ãèäðîêñèëüíóþ ãðóïïó íåîáõîäèìî ñðàâíèòü ñâîéñòâà âåùåñòâà, ñîäåðæàùåãî ãèäðîêñèëüíóþ ãðóïïó è óãëåâîäîðîäíûé ðàäèêàë, ñ îäíîé ñòîðîíû, è âåùåñòâà, ñîäåðæàùåãî ãèäðîêñèëüíóþ ãðóïïó è íå ñîäåðæàùåãî óãëåâîäîðîäíûé ðàäèêàë, — ñ äðóãîé. Òàêèìè âåùåñòâàìè ìîãóò áûòü, íàïðèìåð, ýòàíîë (èëè äðóãîé ñïèðò) è âîäà. Âîäîðîä ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïû ìîëåêóë ñïèðòîâ è ìîëåêóë âîäû ñïîñîáåí âîññòàíàâëèâàòüñÿ ùåëî÷íûìè è ù¸ëî÷íîçåìåëüíûìè ìåòàëëàìè (çàìåùàòüñÿ íà íèõ):
Ñ âîäîé ýòî âçàèìîäåéñòâèå èä¸ò çíà÷èòåëüíî àêòèâíåå, ÷åì ñî ñïèðòîì, è ñîïðîâîæäàåòñÿ áîëüøèì âûäåëåíèåì òåïëîòû, ÷òî ìîæåò ïðèâîäèòü ê âçðûâó. Ýòî ðàçëè÷èå îáúÿñíÿåòñÿ ýëåêòðîíîäîíîðíûìè ñâîéñòâàìè áëèæàéøåãî ê ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïå ðàäèêàëà. Îáëàäàÿ ñâîéñòâàìè äîíîðà ýëåêòðîíîâ (+I-ýôôåêòîì), ðàäèêàë íåñêîëüêî ïîâûøàåò ýëåêòðîííóþ ïëîòíîñòü íà àòîìå êèñëîðîäà, «íàñûùàåò» åãî çà ñâîé ñ÷¸ò, óìåíüøàÿ òåì ñàìûì ïîëÿðíîñòü ΗÍ-ñâÿçè è êèñëîòíûé õàðàêòåð àòîìà âîäîðîäà ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïû â ìîëåêóëàõ ñïèðòîâ ïî ñðàâíåíèþ ñ ìîëåêóëàìè âîäû. Àëêîãîëÿòû ùåëî÷íûõ è ù¸ëî÷íîçåìåëüíûõ ìåòàëëîâ ïîäâåðãàþòñÿ íåîáðàòèìîìó ãèäðîëèçó ïðè âçàèìîäåéñòâèè ñ âîäîé. Íàïðèìåð, ïðè ðàñòâîðåíèè ýòèëàòà íàòðèÿ â âîäå ðåàêöèÿ ïðîòåêàåò ñîãëàñíî óðàâíåíèþ:
Äàííàÿ ðåàêöèÿ ïîäòâåðæäàåò, ÷òî âîäà ïî ñâîèì êèñëîòíûì ñâîéñòâàì (êèñëîòíîìó õàðàêòåðó âîäîðîäà â ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïå) ïðåâîñõîäèò ñïèðòû. Òàêèì îáðàçîì, âçàèìîäåéñòâèå àëêîãîëÿòîâ ñ âîäîé ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê âçàèìîäåéñòâèå ñîëè î÷åíü ñëàáîé êèñëîòû (â äàííîì ñëó÷àå â ýòîì êà÷åñòâå âûñòóïàåò ñïèðò, îáðàçîâàâøèé àëêîãîëÿò) ñ áîëåå ñèëüíîé êèñëîòîé (ýòó ðîëü çäåñü èãðàåò âîäà). Âçàèìîäåéñòâèå ñïèðòîâ ñ ãàëîãåíîâîäîðîäàìè. Çàìåùåíèå ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïû íà ãàëîãåí ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ ãàëîãåíàëêàíîâ. Íàïðèìåð:
Äàííàÿ ðåàêöèÿ îáðàòèìà. Ìåæìîëåêóëÿðíàÿ äåãèäðàòàöèÿ ñïèðòîâ. Îòùåïëåíèå ìîëåêóëû âîäû îò äâóõ ìîëåêóë ñïèðòà ïðè íàãðåâàíèè ïðîèñõîäèò â ïðèñóòñòâèè âîäîîòíèìàþùèõ ñðåäñòâ:
 ðåçóëüòàòå ìåæìîëåêóëÿðíîé äåãèäðàòàöèè ñïèðòîâ îáðàçóþòñÿ ïðîñòûå ýôèðû. Òàê, ïðè íàãðåâàíèè ýòèëîâîãî ñïèðòà ñ ñåðíîé êèñëîòîé â äèàïàçîíå òåìïåðàòóð îò 100 äî 140 °Ñ îáðàçóåòñÿ äèýòèëîâûé (ñåðíûé) ýôèð.
Âíóòðèìîëåêóëÿðíàÿ äåãèäðàòàöèÿ ñïèðòîâ. Ïðè íàãðåâàíèè ñïèðòîâ â ïðèñóòñòâèè âîäîîòíèìàþùèõ ñðåäñòâ äî áîëåå âûñîêîé òåìïåðàòóðû, ÷åì òåìïåðàòóðà ìåæìîëåêóëÿðíîé äåãèäðàòàöèè, îáðàçóþòñÿ àëêåíû. Ýòà ðåàêöèÿ îáóñëîâëåíà íàëè÷èåì àòîìà âîäîðîäà è ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïû ïðè ñîñåäíèõ àòîìàõ óãëåðîäà.  êà÷åñòâå ïðèìåðà ìîæíî ïðèâåñòè ðåàêöèþ ïîëó÷åíèÿ ýòåíà (ýòèëåíà) ïðè íàãðåâàíèè ýòàíîëà âûøå 140 °Ñ â ïðèñóòñòâèè êîíöåíòðèðîâàííîé ñåðíîé êèñëîòû:
Âíóòðèìîëåêóëÿðíàÿ äåãèäðàòàöèÿ ñïèðòîâ ïðîòåêàåò â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðàâèëîì Çàéöåâà: ïðè îòùåïëåíèè âîäû îò âòîðè÷íîãî èëè òðåòè÷íîãî ñïèðòà àòîì âîäîðîäà îòðûâàåòñÿ îò íàèìåíåå ãèäðèðîâàííîãî àòîìà óãëåðîäà. Òàê, ïðè äåãèäðàòàöèè áóòàíîëà-2 îáðàçóåòñÿ áóòåí-2, à íå áóòåí-1:
Âçàèìîäåéñòâèå ñïèðòîâ ñ êàðáîíîâûìè êèñëîòàìè. Â ðåçóëüòàòå ðåàêöèè îáðàçóþòñÿ ñëîæíûå ýôèðû (ðåàêöèÿ ýòïåðèôèêàöèè):
Íàïðèìåð, ïðè âçàèìîäåéñòâèè ýòèëîâîãî ñïèðòà è óêñóñíîé êèñëîòû îáðàçóåòñÿ óêñóñíî-ýòèëîâûé ýôèð — ýòèëàöåòàò (ýòèëîâûé ýôèð óêñóñíîé êèñëîòû, óêñóñíî-ýòèëîâûé ýôèð):
Ðåàêöèÿ ýòåðèôèêàöèè êàòàëèçèðóåòñÿ ñèëüíûìè íåîðãàíè÷åñêèìè êèñëîòàìè. Îêèñëåíèå ñïèðòîâ. Îáû÷íî îêèñëåíèå ñïèðòîâ ïðîâîäÿò ñèëüíûìè îêèñëèòåëÿìè, íàïðèìåð äèõðîìàòîì êàëèÿ èëè ïåðìàíãàíàòîì êàëèÿ, â êèñëîé ñðåäå. Ïðè ýòîì äåéñòâèå îêèñëèòåëÿ íàïðàâëÿåòñÿ íà àòîì óãëåðîäà, ñâÿçàííûé ñ ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïîé.  çàâèñèìîñòè îò ïðèðîäû ñïèðòà è óñëîâèé ïðîâåäåíèÿ ðåàêöèè ìîãóò îáðàçîâûâàòüñÿ ðàçëè÷íûå ïðîäóêòû. Òàê, ïåðâè÷íûå ñïèðòû îêèñëÿþòñÿ ñíà÷àëà â àëüäåãèäû, à çàòåì â êàðáîíîâûå êèñëîòû:
Ïðè îêèñëåíèè âòîðè÷íûõ ñïèðòîâ îáðàçóþòñÿ êåòîíû:
Òðåòè÷íûå ñïèðòû äîñòàòî÷íî óñòîé÷èâû ê îêèñëåíèþ. Îäíàêî â æ¸ñòêèõ óñëîâèÿõ (ñèëüíûé îêèñëèòåëü, âûñîêàÿ òåìïåðàòóðà) âîçìîæíî îêèñëåíèå òðåòè÷íûõ ñïèðòîâ, êîòîðîå ïðîèñõîäèò ñ ðàçðûâîì óãëåðîä-óãëåðîäíûõ ñâÿçåé, áëèæàéøèõ ê ãèäðîêñèëüíîé ãðóïïå. Íà îêèñëåíèè îñíîâàíà îäíà èç êà÷åñòâåííûõ ðåàêöèé íà ñïèðòû. Åñëè ðàñêàë¸ííóþ â ïëàìåíè ñïèðòîâêè ñïèðàëü èç ìåäíîé ïðîâîëîêè îïóñòèòü â ïðîáèðêó ñî ñïèðòîì, ÷¸ðíûé íàë¸ò îêñèäà ìåäè ñî ñïèðàëè èñ÷åçàåò, âîññòàíàâëèâàåòñÿ õàðàêòåðíàÿ êðàñíîâàòàÿ îêðàñêà ìåòàëëà (ðèñ. 39). Íàáëþäàåìûé àíàëèòè÷åñêèé ýôôåêò îáúÿñíÿåòñÿ òåì, ÷òî îêñèä ìåäè (II) ïðè íàãðåâàíèè îêèñëÿåò ãèäðîêñèëüíóþ ãðóïïó ïåðâè÷íûõ ñïèðòîâ â àëüäåãèäíóþ:
Äåãèäðèðîâàíèå ñïèðòîâ. Ïðè ïðîïóñêàíèè ïàðîâ ñïèðòà íàä ìåòàëëè÷åñêèì êàòàëèçàòîðîì, íàïðèìåð ìåäüþ, ñåðåáðîì èëè ïëàòèíîé, íàãðåòûì äî òåìïåðàòóðû 200—300 °Ñ, ïåðâè÷íûå ñïèðòû ïðåâðàùàþòñÿ â àëüäåãèäû, à âòîðè÷íûå — â êåòîíû:
Ñïåöèôè÷åñêèå ñâîéñòâà ìíîãîàòîìíûõ ñïèðòîâ. Ïðèñóòñòâèåì â ìîëåêóëå ñïèðòà îäíîâðåìåííî íåñêîëüêèõ ãèäðîêñèëüíûõ ãðóïï îáóñëîâëåíû ñïåöèôè÷åñêèå ñâîéñòâà ìíîãîàòîìíûõ ñïèðòîâ, êîòîðûå ñïîñîáíû îáðàçîâûâàòü ðàñòâîðèìûå â âîäå ÿðêî-ñèíèå êîìïëåêñíûå ñîåäèíåíèÿ ïðè âçàèìîäåéñòâèè ñî ñâåæåïîëó÷åííûì îñàäêîì ãèäðîêñèäà ìåäè (II) (ðèñ. 40). Íàïðèìåð, äëÿ ýòèëåíãëèêîëÿ ìîæíî çàïèñàòü ñëåäóþùåå óðàâíåíèå:
Îäíîàòîìíûå ñïèðòû íå ñïîñîáíû âñòóïàòü â ýòó ðåàêöèþ, ïîýòîìó îíà ÿâëÿåòñÿ êà÷åñòâåííîé íà ìíîãîàòîìíûå ñïèðòû.
Ñâîéñòâà ñïèðòîâ, îáóñëîâëåííûå óãëåâîäîðîäíûì ðàäèêàëîì. Íàëè÷èå â ìîëåêóëàõ ñïèðòîâ óãëåâîäîðîäíûõ ðàäèêàëîâ íå ìîæåò íå ñêàçàòüñÿ íà õèìè÷åñêèõ ñâîéñòâàõ ñïèðòîâ. Õèìè÷åñêèå ñâîéñòâà ñïèðòîâ, îáóñëîâëåííûå óãëåâîäîðîäíûì ðàäèêàëîì, ðàçëè÷íû è çàâèñÿò îò õàðàêòåðà ïîñëåäíèõ. Òàê, âñå ñïèðòû ãîðÿò; íåïðåäåëüíûå ñïèðòû, ñîäåðæàùèå â ìîëåêóëå äâîéíóþ Ñ=Ñ-ñâÿçü, âñòóïàþò â ðåàêöèè ïðèñîåäèíåíèÿ, ïîäâåðãàþòñÿ ãèäðèðîâàíèþ, ðåàãèðóþò ñ ãàëîãåíàìè, íàïðèìåð îáåñöâå÷èâàþò áðîìíóþ âîäó, è ò. ä. Ñïîñîáû ïîëó÷åíèÿ ñïèðòîâ Ãèäðîëèç ãàëîãåíàëêàíîâ. Âû óæå çíàåòå, ÷òî ðåàêöèÿ îáðàçîâàíèÿ ãàëîãåíàëêàíîâ ïðè âçàèìîäåéñòâèè ñïèðòîâ ñ ãàëîãåíîâîäîðîäàìè — îáðàòèìà. Ïîýòîìó ïîíÿòíî, ÷òî ñïèðòû ìîãóò áûòü ïîëó÷åíû ïðè ãèäðîëèçå ãàëîãåíàëêàíîâ — ðåàêöèè ýòèõ ñîåäèíåíèé ñ âîäîé:
Ðàññìîòðèì ïîëó÷åíèå ñïèðòîâ èç ãàëîãåíàëêàíîâ ãèäðîëèçîì ãàëîãåíïðîèçâîäíûõ óãëåâîäîðîäîâ. Ðåàêöèþ îáû÷íî ïðîâîäÿò â ùåëî÷íîé ñðåäå. Âûäåëÿþùàÿñÿ áðîìîâîäîðîäíàÿ êèñëîòà íåéòðàëèçóåòñÿ, ïîýòîìó ðåàêöèÿ ïðîòåêàåò ïðàêòè÷åñêè äî êîíöà: ÑÍ3ÑÍ2Âã + NaOH → ÑÍ3ÑÍ2ÎÍ + NaBr. Ýòà ðåàêöèÿ, êàê è ìíîãèå äðóãèå, ïðîòåêàåò ïî ìåõàíèçìó íóêëåîôèëüíîãî çàìåùåíèÿ, îñíîâíîé ñòàäèåé êîòîðûõ ÿâëÿåòñÿ çàìåùåíèå, ïðîòåêàþùåå ïîä âîçäåéñòâèåì íóêëåîôèëüíîé ÷àñòèöû (ñì. § 9). Ìíîãîàòîìíûå ñïèðòû ìîæíî ïîëó÷èòü ïðè ãèäðîëèçå ãàëîãåíàëêàíîâ, ñîäåðæàùèõ áîëåå îäíîãî àòîìà ãàëîãåíà â ìîëåêóëå. Íàïðèìåð:
Ãèäðàòàöèÿ àëêåíîâ. Ïðèñîåäèíåíèå âîäû ïî π-ñâÿçè ìîëåêóëû àëêåíà — óæå çíàêîìàÿ âàì ðåàêöèÿ:
Ãèäðàòàöèÿ ïðîïåíà ïðèâîäèò â ñîîòâåòñòâèè ñ ïðàâèëîì Ìàðêîâíèêîâà ê îáðàçîâàíèþ âòîðè÷íîãî ñïèðòà — ïðîïàíîëà-2:
Ãèäðèðîâàíèå àëüäåãèäîâ è êåòîíîâ. Âû óæå çíàåòå, ÷òî îêèñëåíèå ñïèðòîâ â ìÿãêèõ óñëîâèÿõ ïðèâîäèò ê îáðàçîâàíèþ àëüäåãèäîâ èëè êåòîíîâ. Î÷åâèäíî, ÷òî ñïèðòû ìîãóò áûòü ïîëó÷åíû ïðè ãèäðèðîâàíèè (âîññòàíîâëåíèè âîäîðîäîì, ïðèñîåäèíåíèè âîäîðîäà) àëüäåãèäîâ è êåòîíîâ:
Îêèñëåíèå àëêåíîâ. Ãëèêîëè, êàê óæå îòìå÷àëîñü (ñì. § 11), ìîãóò áûòü ïîëó÷åíû ïðè îêèñëåíèè àëêåíîâ âîäíûì ðàñòâîðîì ïåðìàíãàíàòà êàëèÿ. Íàïðèìåð, ýòèëåíãëèêîëü (ýòàíäèîë-1,2) îáðàçóåòñÿ ïðè îêèñëåíèè ýòèëåíà (ýòåíà) íà õîëîäó:
Ñïåöèôè÷åñêèå ñïîñîáû ïîëó÷åíèÿ ñïèðòîâ. Íåêîòîðûå ñïèðòû ïîëó÷àþò õàðàêòåðíûìè òîëüêî äëÿ íèõ ñïîñîáàìè. Òàê, ìåòàíîë â ïðîìûøëåííîñòè ïîëó÷àþò ïðè âçàèìîäåéñòâèè âîäîðîäà ñ îêñèäîì óãëåðîäà (II) (óãàðíûì ãàçîì) ïðè ïîâûøåííîì äàâëåíèè è âûñîêîé òåìïåðàòóðå íà ïîâåðõíîñòè êàòàëèçàòîðà (îêñèäà öèíêà):
Íåîáõîäèìóþ äëÿ ýòîé ðåàêöèè ñìåñü óãàðíîãî ãàçà è âîäîðîäà, íàçûâàåìóþ òàêæå (ïîäóìàéòå ïî÷åìó!) «ñèíòåç-ãàç», ïîëó÷àþò ïðè ïðîïóñêàíèè ïàðîâ âîäû íàä ðàñêàë¸ííûì óãëåì:
Áðîæåíèå ãëþêîçû. Ýòîò ñïîñîá ïîëó÷åíèÿ ýòèëîâîãî (âèííîãî) ñïèðòà èçâåñòåí ÷åëîâåêó ñ äðåâíåéøèõ âðåì¸í:
Îòäåëüíûå ïðåäñòàâèòåëè ñïèðòîâ è èõ çíà÷åíèåÌåòàíîë (ìåòèëîâûé ñïèðò ÑÍ3ÎÍ) — áåñöâåòíàÿ æèäêîñòü ñ õàðàêòåðíûì çàïàõîì è òåìïåðàòóðîé êèïåíèÿ 64,7 °Ñ. Ãîðèò ÷óòü ãîëóáîâàòûì ïëàìåíåì. Èñòîðè÷åñêîå íàçâàíèå ìåòàíîëà — äðåâåñíûé ñïèðò — îáúÿñíÿåòñÿ îäíèì èç ñïîñîáîâ åãî ïîëó÷åíèÿ — ïåðåãîíêîé òâ¸ðäûõ ïîðîä äåðåâà (îò ãðå÷. methy — âèíî, îïüÿíåòü; hule — âåùåñòâî, äðåâåñèíà). Ìåòàíîë î÷åíü ÿäîâèò, ïîýòîìó òðåáóåò îñòîðîæíîãî îáðàùåíèÿ ïðè ðàáîòå ñ íèì. Ïîä äåéñòâèåì ôåðìåíòà àëêîãîëüäåãèäðîãåíàçû îí ïðåâðàùàåòñÿ â îðãàíèçìå â ôîðìàëüäåãèä è ìóðàâüèíóþ êèñëîòó, êîòîðûå ïîâðåæäàþò ñåò÷àòêó ãëàçà, âûçûâàþò ãèáåëü çðèòåëüíîãî íåðâà è ïîëíóþ ïîòåðþ çðåíèÿ. Ïîïàäàíèå â îðãàíèçì áîëåå 50 ìë ìåòàíîëà âûçûâàåò ñìåðòü. Ýòàíîë (ýòèëîâûé ñïèðò Ñ2Í5ÎÍ) — áåñöâåòíàÿ æèäêîñòü ñ õàðàêòåðíûì çàïàõîì è òåìïåðàòóðîé êèïåíèÿ 78,3 °Ñ. Ãîðþ÷. Ñìåøèâàåòñÿ ñ âîäîé â ëþáûõ ñîîòíîøåíèÿõ. Êîíöåíòðàöèþ (êðåïîñòü) ñïèðòà îáû÷íî âûðàæàþò â îáú¸ìíûõ ïðîöåíòàõ. Ìåäèöèíñêèì ñïèðòîì íàçûâàþò ïðîäóêò, ïîëó÷åííûé èç ïèùåâîãî ñûðüÿ è ñîäåðæàùèé 96% (ïî îáú¸ìó) ýòàíîëà è 4% (ïî îáú¸ìó) âîäû. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ áåçâîäíîãî ýòàíîëà — «àáñîëþòíîãî ñïèðòà» ýòîò ïðîäóêò îáðàáàòûâàþò âåùåñòâàìè, õèìè÷åñêè ñâÿçûâàþùèìè âîäó (îêñèä êàëüöèÿ, áåçâîäíûé ñóëüôàò ìåäè (II) è äð.). ×òîáû ñäåëàòü ñïèðò, èñïîëüçóåìûé â òåõíè÷åñêèõ öåëÿõ, íåïðèãîäíûì äëÿ ïèòüÿ, â íåãî äîáàâëÿþò íåáîëüøèå êîëè÷åñòâà òðóäíîîòäåëèìûõ ÿäîâèòûõ, ïëîõî ïàõíóùèõ è èìåþùèõ îòâðàòèòåëüíûé âêóñ âåùåñòâ è ïîäêðàøèâàþò. Ñîäåðæàùèé òàêèå äîáàâêè ñïèðò íàçûâàþò äåíàòóðèðîâàííûì èëè äåíàòóðàòîì. Ýòàíîë èñïîëüçóåòñÿ â ïðîìûøëåííîñòè (ðèñ. 41) äëÿ ïðîèçâîäñòâà ñèíòåòè÷åñêîãî êàó÷óêà, ëåêàðñòâåííûõ ïðåïàðàòîâ, ïðèìåíÿåòñÿ êàê ðàñòâîðèòåëü, âõîäèò â ñîñòàâ ëàêîâ è êðàñîê, ïàðôþìåðíûõ ñðåäñòâ.  ìåäèöèíå ýòèëîâûé ñïèðò — âàæíåéøåå äåçèíôèöèðóþùåå ñðåäñòâî. Ýòàíîë èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïðèãîòîâëåíèÿ àëêîãîëüíûõ íàïèòêîâ. Íåáîëüøèå êîëè÷åñòâà ýòèëîâîãî ñïèðòà ïðè ïîïàäàíèè â îðãàíèçì ÷åëîâåêà ñíèæàþò áîëåâóþ ÷óâñòâèòåëüíîñòü è áëîêèðóþò ïðîöåññû òîðìîæåíèÿ â êîðå ãîëîâíîãî ìîçãà, âûçûâàÿ ñîñòîÿíèå îïüÿíåíèÿ.
Êðîìå òîãî, ýòàíîë âûçûâàåò ðàñøèðåíèå êðîâåíîñíûõ ñîñóäîâ. Óñèëåíèå ïîòîêà êðîâè â êîæíûõ êàïèëëÿðàõ ïðèâîäèò ê ïîêðàñíåíèþ êîæè è îùóùåíèþ òåïëîòû.  áîëüøèõ êîëè÷åñòâàõ ýòàíîë óãíåòàåò äåÿòåëüíîñòü ãîëîâíîãî ìîçãà (ñòàäèÿ òîðìîæåíèÿ), âûçûâàåò íàðóøåíèå êîîðäèíàöèè äâèæåíèé. Ïðîìåæóòî÷íûé ïðîäóêò îêèñëåíèÿ ýòàíîëà â îðãàíèçìå — àöåòàëüäåãèä — êðàéíå ÿäîâèò è âûçûâàåò òÿæ¸ëîå îòðàâëåíèå. Ñèñòåìàòè÷åñêîå óïîòðåáëåíèå ýòèëîâîãî ñïèðòà è ñîäåðæàùèõ åãî íàïèòêîâ ïðèâîäèò ê ñòîéêîìó ñíèæåíèþ ïðîäóêòèâíîñòè ðàáîòû ãîëîâíîãî ìîçãà, ãèáåëè êëåòîê ïå÷åíè è çàìåíå èõ ñîåäèíèòåëüíîé òêàíüþ — öèððîçó ïå÷åíè. Ýòàíäèîë-1,2 (ýòèëåíãëèêîëü) — áåñöâåòíàÿ âÿçêàÿ æèäêîñòü. ßäîâèò. Íåîãðàíè÷åííî ðàñòâîðèì â âîäå. Âîäíûå ðàñòâîðû íå êðèñòàëëèçóþòñÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ çíà÷èòåëüíî íèæå 0 °Ñ, ÷òî ïîçâîëÿåò ïðèìåíÿòü åãî êàê êîìïîíåíò íåçàìåðçàþùèõ îõëàæäàþùèõ æèäêîñòåé — àíòèôðèçîâ äëÿ äâèãàòåëåé âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ. Ïðîïàíòðèîë-1,2,3 (ãëèöåðèí) — âÿçêàÿ, ñèðîïîîáðàçíàÿ æèäêîñòü, ñëàäêàÿ íà âêóñ. Íåîãðàíè÷åííî ðàñòâîðèì â âîäå. Íåëåòó÷.  êà÷åñòâå ñîñòàâíîé ÷àñòè ñëîæíûõ ýôèðîâ âõîäèò â ñîñòàâ æèðîâ è ìàñåë. Øèðîêî èñïîëüçóåòñÿ â êîñìåòèêå, ôàðìàöåâòè÷åñêîé è ïèùåâîé ïðîìûøëåííîñòè.  êîñìåòè÷åñêèõ ñðåäñòâàõ ãëèöåðèí èãðàåò ðîëü ñìÿã÷àþùåãî è óñïîêàèâàþùåãî ñðåäñòâà. Åãî äîáàâëÿþò ê çóáíîé ïàñòå, ÷òîáû ïðåäîòâðàòèòü å¸ âûñûõàíèå. Ê êîíäèòåðñêèì èçäåëèÿì ãëèöåðèí äîáàâëÿþò äëÿ ïðåäîòâðàùåíèÿ èõ êðèñòàëëèçàöèè. Èì îïðûñêèâàþò òàáàê, â ýòîì ñëó÷àå îí äåéñòâóåò êàê óâëàæíèòåëü, ïðåäîòâðàùàþùèé âûñûõàíèå è ëîìêîñòü òàáà÷íûõ ëèñòüåâ äî ïåðåðàáîòêè. Ãëèöåðèí äîáàâëÿþò ê êëåÿì, ÷òîáû ïðåäîõðàíèòü èõ îò ñëèøêîì áûñòðîãî âûñûõàíèÿ, è ê ïëàñòèêàì, îñîáåííî ê öåëëîôàíó.  ïîñëåäíåì ñëó÷àå îí âûïîëíÿåò ôóíêöèþ ïëàñòèôèêàòîðà, äåéñòâóÿ íàïîäîáèå ñìàçêè ìåæäó ïîëèìåðíûìè ìîëåêóëàìè, ïðèäàâàÿ ïëàñòìàññàì íåîáõîäèìóþ ãèáêîñòü è ýëàñòè÷íîñòü.
1. Êàêèå âåùåñòâà íàçûâàþòñÿ ñïèðòàìè? Ïî êàêèì ïðèçíàêàì êëàññèôèöèðóþò ñïèðòû? Ê êàêèì ñïèðòàì ñëåäóåò îòíåñòè áóòàíîë-2; áóòåí-Ç-îë-1; ïåíòåí-4-äèîë-1,2? Ñîñòàâüòå ñòðóêòóðíûå ôîðìóëû ïåðå÷èñëåííûõ ñïèðòîâ. 2. Ñêîëüêî ñïèðòîâ èìåþò ìîëåêóëÿðíóþ ôîðìóëó Ñ5Í12O? Ñîñòàâüòå ñòðóêòóðíûå ôîðìóëû ýòèõ âåùåñòâ è íàçîâèòå èõ. Òîëüêî ëè ñïèðòàì ìîæåò ñîîòâåòñòâîâàòü ýòà ôîðìóëà? Ñîñòàâüòå ñòðóêòóðíûå ôîðìóëû äâóõ âåùåñòâ, èìåþùèõ ôîðìóëó Ñ5Í12O è íå îòíîñÿùèõñÿ ê ñïèðòàì. 3. Íàçîâèòå âåùåñòâà, ñòðóêòóðíûå ôîðìóëû êîòîðûõ ïðèâåäåíû íèæå.
4. Íàïèøèòå ñòðóêòóðíóþ è ýìïèðè÷åñêóþ ôîðìóëû âåùåñòâà, íàçâàíèå êîòîðîãî 5-ìåòèëãåêñåí-4-èí-1-îë-3. Ñðàâíèòå ÷èñëî àòîìîâ âîäîðîäà â ìîëåêóëå ýòîãî ñïèðòà ñ ÷èñëîì àòîìîâ âîäîðîäà â ìîëåêóëå àëêàíà ñ òàêèì æå ÷èñëîì àòîìîâ óãëåðîäà. ×åì îáúÿñíÿåòñÿ ýòî ðàçëè÷èå? 5. Êàêîé èç ñïèðòîâ — ìåòàíîë èëè 2-ìåòèëïðîïàíîë-2 — áóäåò àêòèâíåå ðåàãèðîâàòü ñ íàòðèåì? Îáúÿñíèòå ñâîé îòâåò. Ñîñòàâüòå óðàâíåíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ðåàêöèé. 6. Ñîñòàâüòå óðàâíåíèÿ ðåàêöèé ïðîïàíîëà-2 (èçîïðîïèëîâîãî ñïèðòà) ñ íàòðèåì è áðîìîâîäîðîäîì. Íàçîâèòå ïðîäóêòû ðåàêöèé è óêàæèòå óñëîâèÿ èõ îñóùåñòâëåíèÿ. 7. Ñìåñü ïàðîâ ïðîïàíîëà-1 è ïðîïàíîëà-2 ïðîïóñòèëè íàä íàãðåòûì îêñèäîì ìåäè (II). Ñîñòàâüòå óðàâíåíèÿ ðåàêöèè, êîòîðûå ìîãëè ïðîèçîéòè ïðè ýòîì. Ê êàêèì êëàññàì îðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé îòíîñÿòñÿ èõ ïðîäóêòû? 8. Êàêèå ïðîäóêòû ìîãóò îáðàçîâàòüñÿ ïðè ãèäðîëèçå 1,2-äèõëîðïðîïàíà? Ñîñòàâüòå óðàâíåíèÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ ðåàêöèé. Íàçîâèòå ïðîäóêòû ýòèõ ðåàêöèé. 9.Ñîñòàâüòå óðàâíåíèÿ ðåàêöèé ãèäðèðîâàíèÿ, ãèäðàòàöèè, ãàëîãåíèðîâàíèÿ è ãèäðîãàëîãåíèðîâàíèÿ ïðîïåí-2-îëà-1. Íàçîâèòå ïðîäóêòû âñåõ ðåàêöèé. 10. Ñîñòàâüòå óðàâíåíèÿ âçàèìîäåéñòâèÿ ãëèöåðèíà ñ îäíèì, äâóìÿ è òðåìÿ ìîëÿìè óêñóñíîé êèñëîòû. Íàïèøèòå óðàâíåíèå ãèäðîëèçà ñëîæíîãî ýôèðà — ïðîäóêòà ýòåðèôèêàöèè 1 ìîëü ãëèöåðèíà è 3 ìîëü óêñóñíîé êèñëîòû. 11. Ïðè âçàèìîäåéñòâèè ïåðâè÷íîãî ïðåäåëüíîãî îäíîàòîìíîãî ñïèðòà ñ íàòðèåì âûäåëèëîñü 8,96 ë ãàçà (í. ó.). Ïðè äåãèäðàòàöèè òîé æå ìàññû ñïèðòà îáðàçóåòñÿ àëêåí ìàññîé 56 ã. Óñòàíîâèòå âñå âîçìîæíûå ñòðóêòóðíûå ôîðìóëû ñïèðòà. 12. Îáú¸ì óãëåêèñëîãî ãàçà, âûäåëèâøåãîñÿ ïðè ñæèãàíèè ïðåäåëüíîãî îäíîàòîìíîãî ñïèðòà, â 8 ðàç ïðåâîñõîäèò îáú¸ì âîäîðîäà, âûäåëèâøåãîñÿ ïðè äåéñòâèè èçáûòêà íàòðèÿ íà òî æå êîëè÷åñòâî ñïèðòà. Óñòàíîâèòå ñòðîåíèå ñïèðòà, åñëè èçâåñòíî, ÷òî ïðè åãî îêèñëåíèè îáðàçóåòñÿ êåòîí. 13. Íàéäèòå â Èíòåðíåòå âèäåîçàïèñü ðåàêöèè äåãèäðàòàöèè ýòàíîëà â ïðèñóòñòâèè êîíöåíòðèðîâàííîé ñåðíîé êèñëîòû. Êàêèì îáðàçîì äîñòèãàåòñÿ ðàâíîìåðíîå êèïåíèå ðåàêöèîííîé ñìåñè? Êàê äîêàçàòü, ÷òî ïðîäóêòîì ðåàêöèè ÿâëÿåòñÿ ýòèëåí? Ïî÷åìó ïðè ïîäæèãàíèè ãàçà ó ãàçîîòâîäíîé òðóáêè ýêñïåðèìåíòàòîð äåëàåò âûâîä, ÷òî ãîðèò ýòèëåí, à íå ïàðû êèïÿùåãî ñïèðòà? 14. Âåðíû ëè ñëåäóþùèå ñóæäåíèÿ î ñâîéñòâàõ ñïèðòîâ? À. Àëêàíîëû ïðîÿâëÿþò áîëåå ñëàáûå êèñëîòíûå ñâîéñòâà ïî ñðàâíåíèþ ñ âîäîé. Á. Âòîðè÷íûå ñïèðòû îêèñëÿþòñÿ ëåã÷å, ÷åì ïåðâè÷íûå. 1) âåðíî òîëüêî À
15. Ñîîòíåñèòå íàçâàíèå ñïèðòà è åãî ìîëåêóëÿðíóþ ôîðìóëó.
16. Äî íåäàâíåãî âðåìåíè ïåðåä âûõîäîì â ðåéñ âîäèòåëè ïðîõîäèëè òåñò íà àëêîãîëü — òàê íàçûâàåìóþ ïðîáó Ðàïïîïîðòà. Òåñò çàêëþ÷àëñÿ â ïðîïóñêàíèè âûäûõàåìîãî âîçäóõà ÷åðåç ïîäêèñëåííûé ðàñòâîð ïåðìàíãàíàòà êàëèÿ. Âûñêàæèòå ïðåäïîëîæåíèå, êàêîé ýôôåêò äîëæåí áûë ñâèäåòåëüñòâîâàòü î íàëè÷èè â âûäûõàåìîì âîçäóõå ïàðîâ ýòèëîâîãî ñïèðòà. Ñâîþ ãèïîòåçó ïîäòâåðäèòå óðàâíåíèåì õèìè÷åñêîé ðåàêöèè.
|
|
|