📘 CodingMarble Learn

Спирты

Спирт – это органическое соединение, в котором группа –OH стоит у sp³-атома углерода (R–OH). Чтобы определить тип спирта, посчитайте, сколько атомов углерода соединено с углеродом C–OH: один – первичный (1°), два – вторичный (2°), три – третичный (3°). Название строят как алкан-n-ол, а группе –OH дают наименьший номер. Спирты получают из алкенов (гидратация с кислотой или гидроборирование–окисление), восстановлением альдегидов, кетонов и кислот, а также из реактивов Гриньяра. Водородные связи дают спиртам высокую температуру кипения и растворимость в воде. В реакциях рвётся либо связь O–H (кислотные свойства: Na, этерификация), либо связь C–O (HX, дегидратация), а 1° и 2° спирты ещё и окисляются. Главные промышленные спирты – метанол и этанол.

🎬 История по шагам

  1. Знакомьтесь, этанол. Он похож на этан, но один атом H заменён группой –OH (красный O). Именно –OH делает его спиртом.
  2. Посмотрите на жёлтый углерод – тот, что держит –OH. Посчитайте углероды, соединённые с ним: 1 углерод – первичный, 2 – вторичный, 3 – третичный.
  3. Название: найдите самую длинную цепь, в которой есть углерод с –OH, нумеруйте с конца, ближайшего к –OH, и к названию алкана добавьте «ол» вместо «ан». Здесь получается бутан-2-ол.
  4. Получение спирта: пропен + вода с кислотой-катализатором. H присоединяется к крайнему углероду, OH – к среднему. Получается пропан-2-ол.
  5. Водород одной группы O–H притягивается атомом O соседней молекулы. Эти водородные связи (синие) повышают температуру кипения и позволяют малым спиртам смешиваться с водой.
  6. Свободная игра: выберите спирт и реагент. Светящиеся атомы покажут, какая связь рвётся: O–H, C–O или O–H вместе с C–H.

Совет: тяни 3D-сцену, чтобы повернуть её. Двумя пальцами можно приблизить.

🤔 Частые сомнения — разобраны

Бензиловый спирт – это фенол, раз у него есть бензольное кольцо?

Нет. В бензиловом спирте –OH стоит у углерода CH₂, а не на кольце. Только –OH прямо на кольце делает соединение фенолом.

Почему для классификации считают углероды, а не водороды?

Тип показывает, насколько «тесно» вокруг углерода C–OH. Углеродные группы отталкивают электроны и загораживают место; от этого меняется скорость реакций. Атомы H так не влияют.

Почему нумеруют с конца, ближайшего к OH, даже если ответвление получает больший номер?

–OH – главная (функциональная) группа, поэтому она первой получает наименьший номер. Ответвления идут после.

Почему в пропене OH попадает на средний углерод?

H⁺ сначала присоединяется к крайнему углероду, поэтому положительный заряд оказывается на среднем углероде, который поддерживают две группы CH₃ (2° карбокатион, он устойчивее). Затем вода атакует этот средний углерод.

Почему этанол – жидкость, а пропан (похожей массы) – газ?

Молекулы этанола удерживают друг друга водородными связями. У пропана только слабые силы. Чтобы оторвать молекулы этанола друг от друга, нужно больше энергии.

Почему третичный спирт не окисляется K₂Cr₂O₇?

При окислении уходит H от O и один H от углерода C–OH. У третичного углерода C–OH нет атома H, который можно отдать, поэтому обычное окисление не идёт.

Что такое спирт? Классификация

В спирте есть группа –OH (гидроксил), соединённая с углеродом, у которого только одинарные связи (sp³-углерод). Общая формула: R–OH.

По числу групп –OH: одноатомные (одна –OH, например этанол), двухатомные (две, например этан-1,2-диол – гликоль из антифриза) и трёхатомные (три, например глицерин).

По углероду, который держит –OH (его называют карбинольным углеродом): посчитайте, сколько других углеродов с ним соединено.

Особые случаи: аллильные спирты (–OH у углерода рядом с C=C) и бензильные спирты (–OH у углерода рядом с бензольным кольцом). Если –OH стоит у углерода с двойной связью C=C, это виниловый спирт (неустойчивый), а если прямо на кольце – это фенол, уже другое семейство.

Номенклатура: как называть спирты

Тривиальные названия: название радикала + «спирт» (метиловый спирт, изопропиловый спирт). Название по IUPAC строят в четыре шага:

  1. Выберите самую длинную цепь, в которой есть углерод C–OH.
  2. Пронумеруйте цепь с того конца, где группа –OH получает наименьший номер.
  3. У алкана замените окончание «ан» на «ол» и поставьте номер: пропан → пропан-1-ол или пропан-2-ол.
  4. Добавьте ответвления с номерами в алфавитном порядке: 2-метилпропан-2-ол.

Если групп –OH несколько, окончание «ан» сохраняется и добавляется «диол», «триол»: этан-1,2-диол, пропан-1,2,3-триол (глицерин). Спирт с кольцом: циклогексанол.

Строение

У кислорода в спирте две связи и две неподелённые электронные пары. Угол C–O–H около 109° – чуть меньше идеального тетраэдрического, потому что неподелённые пары сильнее отталкивают связи.

Получение спиртов

1. Из алкенов

Гидратация с кислотой: алкен + вода в присутствии H⁺. H идёт к тому углероду, у которого уже больше атомов H, а OH – к другому (правило Марковникова). Пропен → пропан-2-ол. Шаги: (i) H⁺ присоединяется к C=C и образуется карбокатион, (ii) вода атакует карбокатион, (iii) отщепляется H⁺.

Гидроборирование–окисление: алкен + диборан (B₂H₆), затем H₂O₂ / NaOH. OH оказывается у углерода с большим числом атомов H (выглядит как против правила Марковникова). Пропен → пропан-1-ол.

2. Восстановление карбонильных соединений

Альдегиды → 1° спирты; кетоны → 2° спирты (H₂ с Pd/Ni, либо NaBH₄, либо LiAlH₄). Карбоновым кислотам нужен сильный LiAlH₄, чтобы получить 1° спирты; в промышленности кислоты сначала превращают в сложные эфиры и восстанавливают их водородом.

3. Из реактивов Гриньяра

RMgX присоединяется к C=O, а затем вода даёт спирт. Метаналь (HCHO) → 1°; любой другой альдегид → 2°; кетон → 3°. Новая связь C–C позволяет построить более длинную углеродную цепь.

Физические свойства

Температура кипения: намного выше, чем у алканов, галогеналканов и простых эфиров похожей массы, из-за межмолекулярных водородных связей. Температура кипения растёт с длиной цепи и падает при разветвлении (меньше площадь контакта).

Растворимость: малые спирты (метанол, этанол, пропанол) смешиваются с водой в любых пропорциях, потому что образуют с ней водородные связи. Чем длиннее углеродная цепь (маслянистая часть), тем хуже растворимость.

Химические реакции спиртов

A. Рвётся связь O–H (спирт как слабая кислота)

С Na или K: 2R–OH + 2Na → 2R–O⁻Na⁺ + H₂. Порядок кислотности: 1° > 2° > 3° (алкильные группы отталкивают электроны к O). Спирты – более слабые кислоты, чем вода. Этерификация: R–OH + R′COOH ⇌ R′COOR + H₂O (кислотный катализатор; воду убирают, чтобы реакция шла дальше). Хлорангидриды и ангидриды кислот тоже дают сложные эфиры.

B. Рвётся связь C–O

С HX: R–OH + HX → R–X + H₂O. Реакционная способность 3° > 2° > 1°. Проба Лукаса (конц. HCl + безводный ZnCl₂): 3° мутнеет сразу, 2° примерно через 5 минут, 1° при комнатной температуре остаётся прозрачным. Также PCl₃, PCl₅ и SOCl₂ дают галогеналканы.

Дегидратация (конц. H₂SO₄ или H₃PO₄, нагрев): этанол при 443 K → этен. Лёгкость: 3° > 2° > 1°, потому что шаг через карбокатион легче всего идёт у 3°.

C. Окисление

1° → альдегид (PCC или горячая Cu при 573 K) → карбоновая кислота (сильный KMnO₄ / подкисленный K₂Cr₂O₇). 2° → кетон. 3° спирты обычному окислению не поддаются; горячая Cu превращает их в алкены.

Важные промышленные спирты

Метанол (древесный спирт): раньше его получали нагреванием древесины; сейчас – из CO + 2H₂ над катализатором ZnO–Cr₂O₃ при 573–673 K и 200–300 атм. Применяется как растворитель, для производства формальдегида и как топливо. Очень ядовит: малые дозы вызывают слепоту, большие – смерть.

Этанол: получают брожением сахара из патоки, винограда или зерна. Работу делают ферменты дрожжей: инвертаза (сахароза → глюкоза + фруктоза) и зимаза (глюкоза → этанол + CO₂), причём без доступа воздуха. Применяется в антисептиках, лекарствах, напитках и как добавка к бензину. Технический этанол денатурируют (делают непригодным для питья), добавляя немного медного купороса и пиридина.

Главные формулы и определения

Разобранные примеры

1. Определите тип спирта: (CH₃)₂CH–OH, CH₃CH₂CH₂OH и (CH₃)₃C–OH.

Шаг 1: найдите углерод, который держит –OH. Шаг 2: посчитайте углероды, соединённые с ним. (CH₃)₂CH–OH: 2 углерода → вторичный. CH₃CH₂CH₂OH: 1 углерод → первичный. (CH₃)₃C–OH: 3 углерода → третичный.

2. Назовите по IUPAC соединение CH₃–CH(OH)–CH₂–CH₃.

Самая длинная цепь – 4 углерода (бутан). При нумерации слева –OH получает номер 2, справа было бы 3, поэтому выбираем 2. Название: бутан-2-ол.

3. Назовите (CH₃)₂CH–CH₂–CH₂OH.

Самая длинная цепь с углеродом C–OH – 4 C. Нумеруем с конца, где –OH: у C1 стоит OH, ответвление CH₃ у C3. Название: 3-метилбутан-1-ол.

4. Какой спирт получится из пропена при (a) гидратации с кислотой, (b) гидроборировании–окислении?

(a) H⁺ присоединяется к крайнему CH₂, и на C2 образуется более устойчивый вторичный карбокатион; вода атакует его → пропан-2-ол. (b) Бор присоединяется к крайнему углероду, затем H₂O₂/OH⁻ заменяет B на OH → пропан-1-ол.

5. Какой реактив Гриньяра и какое карбонильное соединение дают 2-метилпропан-2-ол?

Продукт – 3° спирт, значит, нужен кетон. У (CH₃)₃C–OH на карбинольном углероде три группы CH₃: берём пропанон (CH₃)₂C=O + CH₃MgBr, затем воду. CH₃ присоединяется к углероду C=O, а O становится OH.

6. В трёх неподписанных склянках бутан-1-ол, бутан-2-ол и 2-метилпропан-2-ол. Как их различить?

Добавьте в каждую реактив Лукаса (конц. HCl + ZnCl₂) при комнатной температуре. Сразу мутнеет → 2-метилпропан-2-ол (3°). Мутнеет примерно через 5 минут → бутан-2-ол (2°). Остаётся прозрачным → бутан-1-ол (1°). Помутнение – это нерастворимый алкилхлорид.

Частые ошибки

Тренировочный тест

1. Пропан-2-ол – это:
2. Какой реактив даёт немедленное помутнение с третичным спиртом?
3. У спиртов температура кипения выше, чем у алканов похожей массы, из-за:
4. Восстановление кетона даёт:
5. Этанол при нагревании с конц. H₂SO₄ при 443 K даёт:

Практика: отвечай сам

Введи или выбери ответ и нажми «Проверить». Если застрял, возьми подсказку; полное решение появится после ответа.

Частые вопросы

Чем различаются первичные, вторичные и третичные спирты?

Это зависит от того, сколько углеродов соединено с углеродом, который держит –OH: один (первичный), два (вторичный) или три (третичный).

Что такое проба Лукаса?

Это конц. HCl с безводным ZnCl₂. Третичные спирты мутнеют сразу, вторичные – примерно через 5 минут, а первичные при комнатной температуре остаются прозрачными.

Почему метанол опасно пить?

Организм превращает его в метаналь и метановую кислоту, которые повреждают зрительный нерв и могут вызвать слепоту или смерть даже в малых дозах.

Где это изучают

PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IIAlcohols and phenols
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IIIAlcohols and phenols
RomaniaClasa a X-aCompounds with functional groups
Ukraine10 класOxygen-containing organic compounds
Ukraine10 класOxygen-containing organic compounds
CBSE (India)Class 12Alcohols, Phenols and Ethers
England (GCSE, A level)Year 123.3 Organic chemistry
Russia10 классOxygen-containing compounds
Russia10 классOxygen-containing compounds
China高三Selective 3 Ch.3 Hydrocarbon derivatives

Сначала изучи

Дальше изучай

Похожие уроки

Все уроки: Chemistry