zabika.ru 1 2 3

Модуль 5. Спирты и фенолы (8 часов).


Цели модуля: Систематизировать и обобщить знания о спиртах и фенолах.

Задачи:

1. Знать классификацию гидроксилсодержащих соединений.

2. Знать предельные одноатомные спирты, их строение. Изомерию спиртов.

3. Ввести понятие водородная связь и ее влияние на свойства спиртов. 4. Знать первичные, вторичные и третичные спирты. Химические свойства спиртов: взаимодействие с щелочными металлами, галогенуглеводородами, реакция дегидратации, горение.

5. Знать механизм нуклеофильного замещения. Получение спиртов. Генетическую связь между спиртами и углеводородами.

6. Знать многоатомные спирты, их строение и свойства.

7. Знать фенолы, их строение. Свойства фенола, взаимное влияние атомов в молекуле фенола. Орто-, паро-ориентирующее действие гидроксильной группы. Получение и применение фенола.




Тема

Всего часов

Теория

Прак-тика

Материалы




Спирты и фенолы

8










№1

Классификация гидроксилсодержащих соединений. Предельные одноатомные спирты, их строение. Изомерия спиртов. Водородная связь и ее влияние на свойства спиртов. Первичные, вторичные и третичные спирты. Получение спиртов.

2

1

1

Лекция № 1, тест № 1, тест № 2

№2


Химические свойства спиртов: взаимодействие с щелочными металлами, галогенуглеводородами, реакция дегидратации, горение. Механизм нуклеофильного замещения. Генетическая связь между спиртами и углеводородами.

2

1

1

Лекция №2, тест №3, Лабораторная работа № 1

№3

Многоатомные спирты, их строение и свойства. Решение задач.

2

1

1

Лекция №3, тест№ 4, лабораторная работа № 2

№4

Фенолы, их строение. Свойства фенола, взаимное влияние атомов в молекуле фенола. Орто-, паро-ориентирующее действие гидроксильной группы. Получение и применение фенола.

2







Лекция № 4, тест № 5

Лекция № 1.

Классификация гидроксилсодержащих соединений. Предельные одноатомные спирты, их строение. Изомерия спиртов. Водородная связь и ее влияние на свойства спиртов. Первичные, вторичные и третичные спирты.
Спирты (устар. алкоголи) — органические соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп (гидроксил, -OH), непосредственно связанных с атомом углерода в углеводородном радикале. Общая формула простых предельных (ациклических) спиртов CnH2n+1OH.
В обиходе слово «спирт» чаще означает просто этиловый спирт (этанол).
Классификация

1. По числу гидроксильных групп спирты могут быть одно-, двух-, трёхатомными и более. Одноатомные спирты также называют алкоголями, двухатомные — гликолями (этиленгликоль), трёхатомные — глицеринами (глицерол). Спирты, содержащие больше трёх групп —OH объединяют названием многоатомные спирты (ксилит, или ксилитол).


СН3 - СН2 - ОН этанол (одноатомный спирт),

СН2 - СН2 - этиленгликоль, СН2 - СН - СН2 - глицерин (трехатомный)

│ │ (двухатомный) │ │ │

ОН ОН, ОН ОН ОН
2. В зависимости от характера углеводородного радикала спирты делятся на алифатические, алициклические и ароматические.
3. Ароматическими являются спирты, включающие бензольное кольцо, причём гидроксильная группа у них не связана непосредственно с углеродом бензольного кольца. Если же группа —OH присоединена непосредственно к бензольному кольцу, такие соединения называют фенолами (например, фенол — C6H5OH).
4. В зависимости от того, при каком атоме углерода находится группа —OH, различают спирты первичные, вторичные и третичные.
первичные R–CH2–OH,

вторичные

R

I

НC–OH,

I

R’

и третичные

R

I

R’– C–OH.

I

R’’

Номенклатура.

Названия алифатических одноатомных спиртов образуются из названия углеводорода с самой длинной углеродной цепью, содержащей гидроксильную группу, путём добавления суффикса -ол. Для многоатомных спиртов перед суффиксом -ол по-гречески (-ди-, -три-, ...) указывается количество гидроксильных групп.
Распространены также традиционные названия спиртов, например, этиловый спирт (этанол), этиленгликоль (этандиол), глицерин (пропантриол).

также часто встречаются тривиальные (бытовые) названия:
СН3–ОН – метанол, метиловый спирт;

СН3–СН2–ОН – этанол, этиловый спирт;

СН3–СН–СН3 – пропанол-2, изопропиловый спирт.

I

OH
Изомерия
1. Изомерия углеродного радикала (начиная с C4H9OH).
2. Изомерия положения гидроксильной группы, (начиная с С3Н7ОН).

3. Межклассовая изомерия с простыми эфирами (СН3–СН2–ОН и СН3–О–СН3).

Физические свойства

Спирты растворимы в большинстве органических растворителей, первые три простейших представителя – метанол, этанол и пропанол, а также третичный бутанол (Н3С)3СОН – смешиваются с водой в любых соотношениях. При увеличении количества атомов С в органической группе начинает сказываться гидрофобный (водоотталкивающий) эффект, растворимость в воде становится ограниченной, а при R, содержащем свыше 9 атомов углерода, практически исчезает.
Благодаря наличию ОН-групп между молекулами спиртов возникают водородные связи.

Рис. ВОДОРОДНЫЕ СВЯЗИ В СПИРТАХ (показаны пунктиром)
Молекулы спирта ассоциированы за счет взаимодействия положительно заряженного атома водорода гидроксильной группы одной молекулы со свободной электронной парой кислорода другой молекулы. Такой тип ассоциации носит название водородной связи. Энергия водородной связи составляет 20–40 кДж/моль, что на порядок ниже энергии ковалентных связей. Отсюда ясно, что более высокие температуры кипения по сравнению с соответствующими углеводородами и алкилгалогенидами обусловлены необходимостью разрыва водородных связей при переходе молекул в газовую фазу, для чего требуется дополнительная энергия.

В результате у всех спиртов более высокая температура кипения, чем у соответствующих углеводородов, например, Т. кип. этанола +78° С, а Т. кип. этана –88,63° С; Т. кип. бутанола и бутана соответственно +117,4° С и –0,5° С.
Получение

В промышленности
.
1. Метанол синтезируют из синтез-газа на катализаторе (ZnO, Сu) при 250°C и давлении 5-10 МПа:

СО + 2Н2 ® СН3ОН
Ранее метанол получали сухой перегонкой древесины без доступа воздуха.
2. Этанол получают:

a) гидратацией этилена (Н3РО4; 280°C; 8 МПа)

СН2=СН2 + Н2О ® СН3–СН2–ОН

b) брожением крахмала (или целлюлозы):
крахмал ® С6Н12О6(глюкоза) ––ферменты® 2С2Н5ОН + 2СО2­

(источник крахмала – зерно, картофель)
В лаборатории.

1. Гидратация алкенов (согласно правилу Марковникова):

СH3–СH=CH2 + H2O ––H+® СH3–CH– СH3

I

OH
2. Гидролиз галогенопроизводных углеводородов:
СH3–СH2–Br + H2O → СH3–CH2–OH + HBr
Чтобы сдвинуть равновесие вправо, добавляют щёлочь, которая связывает образующийся HBr.
3. Восстановление карбонильных соединений:

Альдегиды образуют первичные спирты, а кетоны – вторичны:

O

II

СH3–СH2-C + Н2 ® СH3–CH2-СH2OH

I

H

СH3-C-CH3 + Н2 ® CH3-CH-СH3

║ │

ОН OH

Тест № 1.

1. Вещество пентанол-2 относится к:

1) первичным спиртам, 2) вторичным спиртам; 3) третичным спиртам; 4) двухатомным спиртам.

2. Предельным одноатомным спиртом не является:

1) метанол 2) 3-этилпентанол-1 3)2-фенилбутанол-1 4) этанол

3. Сколько изомерных соединений соответствует формуле С3H8O, сколько из них относится к алканолам?

1) 4 и 3 2) 3 и 3 3) 3 и 2 4) 2 и 2 5) 3 и 1

4. Сколько изомеров, принадлежащих к классу простых эфиров, имеет бутанол-1?

1)Один 2) Два 3)Три 4) Пять

5. Изомером положения функциональной группы для пентанола-2 является:

1) пентанол-1 2) 2-метилбутанол-2 3) бутанол-2 4) 3-метилпентанол-1

6. Сколько первичных, вторичных и третичных спиртов приведено ниже?

   1) СН3СН2-OH  2) C2H5-CH(CH3)-CH2- OH 3) (CH3)3C-CH2-OH


  4) (CH3)3C-OH д) CH3-CH(OH)-C2H5 е) CH3-OH

1) первичных - 3, вторичных - 1, третичных - 1

2) первичных - 2, вторичных - 2, третичных - 2
3) первичных - 4, вторичных - 1, третичных - 1

4) первичных - 3, вторичных - 2, третичных - 1

7. Какой вид химической связи определяет отсутствие среди гидроксисоединений газообразных веществ (при обычных условиях)?

1) ионная 2) ковалентная 3) донорно-акцепторная 4) водородная

8. Температуры кипения спиртов по сравнению с температурами кипения соответствующих углеводородов:

1) примерно сопоставимы; 2) ниже; 3) выше; 4) не имеют четкой взаимозависимости.

9. Молекулы спиртов полярны из-за полярности связи водорода с:

1) кислородом; 2) азотом; 3) фосфором; 4) углеродом.

10. Выберите верное утверждение:

1) спирты – сильные электролиты;

2) спирты хорошо проводят электрический ток;

3) спирты – неэлектролиты;

4) спирты – очень слабые электролиты.

11. Молекулы спиртов ассоциированы из-за:

1) образования внутримолекулярных связей; 2) образования кислородных связей;

3) образования водородных связей; 4) молекулы спиртов не ассоциированы.

Тест № 2 Получение

1. Какой реагент используют для получения спиртов из галогеналканов?

1) водный р-р КОН 2)раствор Н24 3) спиртовой р-р КОН 4) вода

2. Бутанол-2 и хлорид калия образуются при взаимодействии

1) 1-хлорбутана и водного раствора КОН 2) 2-хлорбутана и водного раствора КОН

3) 1-хлорбутана и спиртового раствора КОН 4) 2-хлорбутана и спиртового раствора КОН

3. При щелочном гидролизе 2-хлорбутана преимущественно образуется

1) бутанол-2 2) бутанол-1 3) бутаналь4) бутен-2

4. Какой реагент используют для получения спиртов из алкенов?


1) воду 2) пероксид водорода 3) слабый р-р Н24 4) р-р брома

5. Каталитическая гидратация этилена используется для получения:

1) метанола; 2) этанола; 3) пропанола; 4) бутанола.

6. При взаимодействии бутена-1 с водой образуется преимущественно

1) бутен-1-ол-2 2) бутанол-2 3) бутанол-1 4) бутен-1-ол-1

7. При гидратации 3-метилпентена-1 образуется:

1)3-метилпентанол-1 2)3-метилпентанол-3 3)3-метилпентанол-2 4) пентанол-2

8. Этанол можно получить из этилена в результате реакции:

1)гидратации 2)гидрирования; 3)галогенирования; 4)гидрогалогенирования .

9. Какие спирты получаются из альдегидов?

1) первичные 2) вторичные 3) третичные 4) любые

10. Из какого вещества нельзя получить пентанол-3:

1) пентен-1 2) пентен-2 3) 3-бромпентан 4) 3-хлорпентан

11. Из какого вещества нельзя получить пропанол-2:

1) пропен 2) пропаналь 3) 2- бромпропан 4) пропанон-2

12. Из какого вещества нельзя получить первичный спирт?

1) кетон 2) альдегид 3) алкен 4) галогеналкан

13. Из какого галогеналкана нельзя получить вторичный спирт?

1)2-хлорпропан 2)2-хлор-3-метилпентан 3)2-хлор-2-метилпропан 4)2-бромбутан

14. Бутанол-1 нельзя получить из:

1) бутена-1 2) бутена-2 3) 1-хлорбутана 4) 1-бромбутана

15. Пропанол-1 нельзя получить:

1) восстановлением карбонильного соединения; 2) гидратацией алкена;

3) гидратацией алкина; 4) гидролизом галогеналкана.

16. Гексанол-2 можно получить гидратацией:

1) гексена-1 2) гексена-2 3) гексена-3 4) гексина-1

17. Этандиол может быть получен в реакции

1) 1,2-дихлорэтана со спиртовым раствором щелочи 2) гидратации ацетальдегида

3) этилена с раствором перманганата калия 4) гидратации этанола

18. Пропанол-1 образуется в результате реакции, схема которой


1) СН3СН2СОН + H2 → 2) СН3СН2СОН + Cu(OH)2

3) СН3СН2Сl + H2O → 4) СН3СН2СОН + Ag2O →

19. В результате спиртового брожения глюкозы происходит образование

1) C2H5OH и СО 2) CH3OH и CO2 3) C2H5OH и CO2 4) CH3-CH(OH)-СОOH

20. К промышленному способу получения этанола не относится:

1)спиртовое брожение глюкозы; 2)гидрирование этаналя

3)гидратация этилена 4)гидролиз хлорэтана

21. Сырьем для получения метанола в промышленности служат

1) CO и H2 2) HCHO и H2 3) CH3Cl и NaOH 4) HCOOH и NaOH

22. В промышленности из оксида углерода и водорода под давлением, при повышенной температуре, в присутствии катализатора получают:

1) метанол; 2) этанол; 3) пропанол; 4) бутанол.

Лекция № 2 .

Химические свойства спиртов: взаимодействие с щелочными металлами, галогенуглеводородами, реакция дегидратации, горение. Механизм нуклеофильного замещения. Генетическая связь между спиртами и углеводородами.

Физико-химические свойства спиртов определяются в основном строением углеводородного радикала и функциональной группы -OH, а также их взаимным влиянием:
1) Чем больше радикал, тем сильнее он влияет на функциональную группу, снижая полярность связи О-Н, и реакции, основанные на разрыве этих связей, протекают более медленно.
2) Гидроксильная группа -ОН влияет на углеводородный радикал, уменьшая электронную плотность сигма - связей соседнего атома радикала, вызывая индуктивный эффект по всей углеродной цепи.
Химические свойства спиртов ROH определяются наличием полярных связей Od-–Hd+ и Cd+–Od-, и неподеленных электронных пар на атоме кислорода.


I. Реакции с разрывом связи RO–H

1) Кислотные свойства

Спирты реагируют с щелочными и щелочноземельными металлами, образуя солеобразные соединения – алкоголяты. Со щелочами спирты не взаимодействуют.

2СH3CH2CH2OH + 2Na ® 2СH3CH2CH2ONa + H2
2СH3CH2OH + Сa ® (СH3CH2O)2Ca + H2
В присутствии воды алкоголяты гидролизуются:

(СH3)3С–OK + H2O ® (СH3)3C–OH + KOH
Это означает, что спирты – более слабые кислоты, чем вода.
При увеличении количества электронакцепторных заместителей на углеводородном радикале, увеличивается кислотность соответствующих спиртов (например трифторэтанол более сильная кислота чем 2-фторэтанол, и оба фторированных спирта более сильные кислоты чем этанол). Полифторированные спирты (например трет-перфторбутанол) превосходят по pKa уксусную кислоту.
Соли одноатомных спиртов называются алкоголятами. Отдельные представители называются: CH3ONa - метилат натрия; C2H5ONa - этилат натрия. Алкоголяты представляют собой твердые вещества, растворимые в спирте

2) Взаимодействие с галогеноводородами:
R-OH + HHal -> RHal + H2O
Реакция протекает быстрее всего с третичными спиртами, медленнее всего - с первичными. Данная реакция отображает способность спирта образовывать карбокатион.



следующая страница >>