SlideShare a Scribd company logo
Гидроксильные соединения (спирты, фенолы) Петрова Елена Александровна Московский Государственный Строительный Университет
Гидроксильные соединения Гидроксильные соединения - вещества, содержащие одну или более гидроксильных групп –ОН, связанных с углеводородным радикалом R. Гидроксильные соединения R – алкил (алифатический углеводородный радикал) Ar –арил (свободная валентность которого принадлежит атому углерода бензольного кольца, например, радикал фенил C6H5–) спирты R–OH фенолы Ar–OH Радикал бензил C6H5–CH2– является арилалкилом (свободная валентность находится при насыщенном атоме углерода), поэтому соединение C6H5–CH2–ОН относится к спиртам.
Спирты Спирты – производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильные группы (- ОН).  Общая формула спиртов
Классификации спиртов По числу гидроксильных групп По типу атома углерода, связанного с OH-группой По строению радикалов, связанных с атомом кислорода 1. Одноатомные (одна группа -ОН), 2. Многоатомные (две и более групп -ОН) первичные   R–CH2–OH, вторичные   R2CH–OH, третичные    R3C–OH предельные, или алканолы (например, СH3CH2–OH) непредельные, или алкенолы (CH2=CH–CH2–OH) ароматические (C6H5CH2–OH). В многоатомных спиртах различают первично-, вторично- и третичноспиртовые группы. Например, молекула трехатомного спирта глицерина содержит две первичноспиртовые (HO–СH2–) и одну вторичноспиртовую (–СН(ОН)–) группы.
Номенклатура спиртов систематическая Радикально-функциональная рациональная названия спиртов производят от названий радикалов с добавлением слова "спирт" рассматривают как родоначальник ряда СН3ОН, называемый карбинол, у которого атомы водорода замещены на радикалы. Называют радикалы, затем слово карбинол спирты называют как соответствующий углеводород с добавлением окончания -ол и цифры, указывающей место гидроксильной группы. Нумерация с того конца, ближе к которому группа   – ОН
Изомерия спиртов структурная пространственная бутанол-2 СH3CH(OH)СH2CH3, в молекуле которого второй атом углерода (выделен цветом) связан с четырьмя различными заместителями изомерия положения ОН-группы (начиная с С3) углеродного скелета (начиная с С4) межклассовая изомерия с простыми эфирами этиловый спирт СН3CH2–OH и диметиловый эфир CH3–O–CH3
Фенолы Фенолы – гидроксисоединения, в молекулах которых ОН-группы связаны с бензольным ядром. Классификация фенолов Многоатомные  (несколько OH-групп) Одноатомные  (одна OH-группа)
Строение гидроксильной группы спиртов и фенолов Свойства спиртов и фенолов определяются строением гидроксильной группы, характером ее химических связей, строением углеводородных радикалов и их взаимным влиянием. Связи О–Н и С–О – полярные ковалентные.  Электронная плотность обеих связей смещена к более электроотрицательному атому кислорода. Разрыв таких связей происходит преимущественно гетеролитически (по ионному механизму). Атому кислорода в спиртах свойственна sp3-гибридизация.  В образовании его связей с атомами C и H участвуют две 2sp3-атомные орбитали, каждая из которых занята неподеленной парой электронов. В фенолах под влиянием π-электронной системы бензольного кольца для атома кислорода свойственна sp2-гибридизация.  При этом одна из неподеленных электронных пар находится на негибридной р-орбитали и может участвовать в сопряжении с ароматической π-системой.
Электронные эффекты OH-групп В фенолах В спиртах В фенолах, где ОН-группа находится при sp2-атоме углерода, кроме того, она проявляет положительный мезомерный эффект (+M) Гидроксигруппа проявляет отрицательныйиндуктивный эффект (–I-эффект) по отношению к углеводородному радикалу и выступает как электроноакцепторный заместитель.  Индуктивный эффект — смещение электронной плотности по цепи σ-связей, которое обусловлено различиями в электроотрицательностях атомов. Мезомерный эффект - смещение электронной плотности по цепи делокализованных (сопряженных) π-связей  +М-эффектом обладают заместители, повышающие электронную плотность в сопряженной системе. Например, группы, содержащие атомы с неподеленной парой электронов, способные к передаче этой пары электронов в общую систему сопряжения:  -OH и -NH2.  Индуктивный эффект называют отрицательным (–I), если заместитель уменьшает электронную плотность на атоме углерода, с которым связан этот заместитель. При этом заместитель приобретает частичный отрицательный заряд (δ-), а атом углерода – частичный положительный заряд (δ+).Например: Индуктивный эффект называется положительным (+I), если заместитель увеличивает электронную плотность на атоме углерода, индуцируя на нем частичный отрицательный заряд δ-, сам при этом приобретая заряд δ+. –I-эффект проявляют заместители, которые содержат более электроотрицательные атомы, чем атом углерода: -F, -Cl, -Br, -OH, -NH2, -NO2, >C=O, -COOH и др. +I-эффект проявляют заместители, содержащие атомы с низкой электроотрицательностью:-Mg-, -Li; алифатические углеводородные радикалы (-CH3, -C2H5) и т.п. –М-эффект проявляют заместители с электроотрицательными атомами и смещающие электронную плотность на себя. –М-эффект характерен для групп -CH=O, -COOH, -NO2.
Физические свойства гидроксисоединений Одноатомные спирты, содержащие в своем составе до десяти атомов углерода, в обычных условиях - жидкости. Спирты, в составе которых 11 атомов углерода и более - твердые тела. Этиловый, бутиловый и изоамиловый спирт – жидкости. Гидроксисоединения растворяются в воде, образуя водородные связи с молекулами воды При смешивании с водой происходит полное растворение этилового спирта, частично растворяется бутиловый спирт, почти не растворяется изоамиловый спирт. Краситель из водного раствора переходит в спирты.  Спирты имеют аномально высокие температуры кипения. Т.к. молекулы спиртов, как и воды, ассоциированыза счет водородных связей между водородом гидроксильной группы одной молекулы и кислородом другой молекулы: При переходе от одноатомных к многоатомным спиртам или фенолам температуры кипения и плавления резко возрастают. Способность растворяться в воде уменьшается с увеличением углеводородного радикала и от многоатомных гидроксисоединений к одноатомным.
Чистый фенол – бесцветные кристаллы с характерным запахом. При хранении фенол частично окисляется и приобретает розовую или красную окраску. Фенол мало растворим в воде. При взбалтывании образуется суспензия фенола в воде.
Получение гидроксисоединений 1. Щелочной гидролиз галогенопроизводных углеводородов: 2. Гидратация алкенов: 3. Гликоли получают окислением алкенов щелочным раствором KMnO4:
Кумольныйспособ заключается в получении кумола (изопропилбензола) из бензола и пропилена, далее кумол окисляют и полученный продукт разлагают серной кислотой: Этот метод экономически выгоден, т.к. получаются два ценных продукта – фенол и ацетон.
Химические свойства гидроксисоединений Химические реакции гидроксисоединений Разрушение связи С–ОН с отщеплением ОН-группы Разрушение связи О–Н с отщеплением водорода Полярный характер связей С–О и О–Н способствует их  гетеролитическомуразрыву и протеканию реакций по ионному механизму.  С разрывом связи О–Н идут реакции окисления, а по связи С–О – восстановления.
Реакции по связи О–Н реакции замещения атома водорода на металл  (кислотные свойства) реакции замещения атома водорода на остаток кислоты (образование сложных эфиров) реакции отщепления водорода при окислении и дегидрировании Реакционная способность одноатомных спиртов в реакциях по связи О–Н: В многоатомных спиртах разрыв связи О–Н происходит легче, чем в одноатомных. Многоатомные спирты с несоседними ОН-группами подобны по свойствам одноатомным спиртам (не проявляется взаимное влияние групп ОН). Фенолы по связи О–Н активнее спиртов, поскольку эта связь более полярна за счет смещения электронной плотности от атома кислорода в сторону бензольногокольца.
Кислотные свойства гидроксисоединений 1. Одноатомные спирты реагируют с активными металлами (Na, K, Mg, Al и др), образуя соли - алкоголяты: Спирты – более слабые кислоты, чем вода, т.к. алкильный радикал, проявляя +I эффект, повышает электронную плотность на атоме кислорода и уменьшает полярность связи О–Н. Поэтому при взаимодействии спиртов со щелочами алкоголяты практически не образуются: (равновесие реакции сдвинуто влево, т.к. соли спиртов в воде гидролизуются) Кислотность одноатомных спиртов убывает в ряду: 2. Многоатомные спиртыявляются более сильными кислотами, чем одноатомные спирты. Они образуют соли не только в реакциях с активными металлами, но и под действием их гидроксидов: качественная реакция на многоатомный спирт
3. Фенолы являются более сильными кислотами, чем спирты и вода, т.к. за счет участия неподеленной электронной пары кислорода в сопряжении с π-электронной системой бензольного кольца полярность связи О–Н увеличивается.Фенолы реагируют не только с металлическим натрием, но и с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов, образуя соли – феноляты: Для обнаружения фенолов используется качественная реакция с хлоридом железа (III). Одноатомные фенолы дают устойчивое сине-фиолетовое окрашивание, что связано с образованием комплексных соединений железа. качественная реакция на фенол
Образование сложных эфиров Спирты вступают в реакции с минеральными и органическими кислотами, образуя сложные эфиры. Реакционная способность одноатомных спиртов в этих реакциях убывает от первичных к третичным Фенолы образуют сложные эфиры с ангидридами и хлорангидридами кислот
Окисление гидроксисоединений Легкость окисления спиртов уменьшается в ряду: первичные   ≥   вторичные    >>   третичные. Окислители – KMnO4, K2Cr2O7+H2SO4, CuO, O2+катализатор 1. Первичные спирты при окислении образуют альдегиды: 2. Вторичные спирты при окислении образуют кетоны: 3. Третичные спирты окисляются сложнее и только в жестких условиях
4. Предельное окисление гидроксисоединений до CO2 и Н2О происходит при их горении При сгорании спиртов выделяется большое количество тепла
Реакции по связи C-O реакция замещения OH-группы на галоген или другую нуклеофильную группу (RO–, NH2– и т.п.), идущая по механизму нуклеофильного замещения SN реакция отщепления  (элиминирования) ОН и Н от соседних атомов углерода (внутримолекулярная дегидратация спиртов – образование алкенов) реакция замещения группы ОН при разрыве связи С–О в одной молекуле и замещения атома Н с разрывом связи О–Н – в другой молекуле гидроксисоединения (межмолекулярная дегидратация – образование простых эфиров). Реакционная способность спиртов в реакциях по связи С–О: третичные > вторичные > первичные > CH3OH Для фенолов реакции этого типа не характерны, т.к. атом кислорода прочно связан с атомом углерода бензольного кольца за счет участия своей неподеленной электронной пары в системе сопряжения.
Реакции замещения OH- группы 1. Замещение гидроксила ОН на галоген происходит в реакции спиртов с галогеноводородами в присутствии катализатора - сильной минеральной кислоты (например, конц. H2SO4). Здесь спирты проявляют свойства слабых оснований. 2. При межмолекулярной дегидратации спиртов также происходит нуклеофильное замещение: ОН-группа в одной молекуле спирта замещается на группу OR другой молекулы.
Реакции дегидратации спиртов в зависимости от условий возможно протекание внутримолекулярной или межмолекулярной реакциии. 1. Внутримолекулярная дегидратация спиртов с образованием алкенов идет в присутствии концентрированной серной кислоты при повышенной температуре. возможны 2 направления реакции, например: дегидратация идет преимущественно в направлении I, т.е. по правилу Зайцева – с образованием более замещенного алкена (водород отщепляется от менее гидрогенизированного атома углерода) 2. Межмолекулярная дегидратация спиртов с образованием простых эфиров происходит при более низкой температуре, чем внутримолекулярная реакция:
Образование простых эфиров Простые эфиры -  органические вещества, молекулы которых состоят из углеводородных радикалов, соединенных атомом кислорода: R–O–R', где R и R' – различные или одинаковые радикалы. Простые эфиры рассматривают как производные спиртов. Названия состоят из названий радикалов и слова эфир. Для симметричных эфиров ROR используется приставка ди перед названием радикала, а в названиях несимметричных эфиров ROR' радикалы указываются в алфавитном порядке.  Например, CH3OCH3 – диметиловый эфир; C2H5OCH3 – метилэтиловый эфир. 1. Симметричные простые эфиры R–O–R получают при межмолекулярной дегидратации спиртов. При этом в одной молекуле спирта разрывается связь О–Н, а в другой – связь С–О. 2. Несимметричные простые эфиры R–O–R' образуются при взаимодействии алкоголята и галогенуглеводорода (синтез Вильямсона). Например, метилэтиловый эфир можно получить из этилата натрия и хлорметана:
Реакции фенола по бензольному кольцу Конденсация с альдегидами нитрование галогенирование Взаимное влияние атомов в молекуле фенола проявляется в значительной реакционной способности бензольного ядра.  Гидроксильная группа повышает электронную плотность в бензольном кольце, особенно, в орто- и пара-положениях (+М-эффект ОН-группы): Поэтому фенол значительно активнее бензола вступает в реакции электрофильного замещения (SE) в ароматическом кольце
Нитрование 1. Под действием 20% азотной кислоты HNO3 фенол легко превращается в смесь орто- и пара-нитрофенолов: 2. При использовании концентрированной HNO3 образуется 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота):
Галогенирование Фенол легко при комнатной температуре взаимодействует с бромной водой с образованием белого осадка 2,4,6-трибромфенола: качественная реакция на фенол
Конденсация с альдегидами Данная реакция имеет большое практическое значение и используется при получении фенолформальдегидных смол
Применение спиртов
Применение фенолов Производство средств для защиты растений производство фенолформальдегидных смол Производство красителей и лекарств

More Related Content

What's hot

Ароматические углеводороды
Ароматические углеводородыАроматические углеводороды
Ароматические углеводороды
Петрова Елена Александровна
 
Альдегиды (с анимацией)
Альдегиды (с анимацией)Альдегиды (с анимацией)
Альдегиды (с анимацией)Taisiya Prokopkina
 
Алкены
АлкеныАлкены
карбоновые кислоты
карбоновые кислотыкарбоновые кислоты
карбоновые кислотыanytik
 
Алканы - 1.
Алканы - 1.Алканы - 1.
Спирты
СпиртыСпирты
СпиртыGr1M
 
Основные положения органической химии
Основные положения органической химииОсновные положения органической химии
Основные положения органической химии
Петрова Елена Александровна
 
Reaviz альдегиды и кетоны2
Reaviz альдегиды и кетоны2Reaviz альдегиды и кетоны2
Reaviz альдегиды и кетоны2
Konstantin German
 
Органическая химия как наука, её предмет и задачи.
Органическая химия как наука, её предмет и задачи.Органическая химия как наука, её предмет и задачи.
Органическая химия как наука, её предмет и задачи.Аркадий Захаров
 
л. (4 5). типы реакций и реагентов. теория хим.ре-й
л. (4 5). типы реакций и реагентов. теория хим.ре-йл. (4 5). типы реакций и реагентов. теория хим.ре-й
л. (4 5). типы реакций и реагентов. теория хим.ре-йАркадий Захаров
 

What's hot (20)

Ароматические углеводороды
Ароматические углеводородыАроматические углеводороды
Ароматические углеводороды
 
Альдегиды (с анимацией)
Альдегиды (с анимацией)Альдегиды (с анимацией)
Альдегиды (с анимацией)
 
Алкены
АлкеныАлкены
Алкены
 
л. 20 21 альдегиды и кетоны
л. 20 21 альдегиды и кетоныл. 20 21 альдегиды и кетоны
л. 20 21 альдегиды и кетоны
 
карбоновые кислоты
карбоновые кислотыкарбоновые кислоты
карбоновые кислоты
 
Алканы - 1.
Алканы - 1.Алканы - 1.
Алканы - 1.
 
Спирты
СпиртыСпирты
Спирты
 
Алканы
АлканыАлканы
Алканы
 
л.6. алканы 1
л.6. алканы 1л.6. алканы 1
л.6. алканы 1
 
Основные положения органической химии
Основные положения органической химииОсновные положения органической химии
Основные положения органической химии
 
Reaviz альдегиды и кетоны2
Reaviz альдегиды и кетоны2Reaviz альдегиды и кетоны2
Reaviz альдегиды и кетоны2
 
л. 16 19 спирты эфиры- синтезы
л. 16 19 спирты  эфиры- синтезыл. 16 19 спирты  эфиры- синтезы
л. 16 19 спирты эфиры- синтезы
 
л.7. алканы 2
л.7. алканы 2л.7. алканы 2
л.7. алканы 2
 
аром.амины
аром.аминыаром.амины
аром.амины
 
лек. 22 pt ноиды
лек. 22 pt ноидылек. 22 pt ноиды
лек. 22 pt ноиды
 
Органическая химия как наука, её предмет и задачи.
Органическая химия как наука, её предмет и задачи.Органическая химия как наука, её предмет и задачи.
Органическая химия как наука, её предмет и задачи.
 
Лекция № 4. Ароматические углеводороды.
Лекция № 4. Ароматические углеводороды.Лекция № 4. Ароматические углеводороды.
Лекция № 4. Ароматические углеводороды.
 
лек. 19(1) viiа элементы
лек. 19(1) viiа элементылек. 19(1) viiа элементы
лек. 19(1) viiа элементы
 
лек. 19(2) vii b элементы
лек. 19(2) vii b элементылек. 19(2) vii b элементы
лек. 19(2) vii b элементы
 
л. (4 5). типы реакций и реагентов. теория хим.ре-й
л. (4 5). типы реакций и реагентов. теория хим.ре-йл. (4 5). типы реакций и реагентов. теория хим.ре-й
л. (4 5). типы реакций и реагентов. теория хим.ре-й
 

Similar to Лекция № 7. Гидроксильные соединения (спирты, фенолы)

835081.ppt
835081.ppt835081.ppt
835081.ppt
AlijonBoymuratov
 
Химические свойства бензола
Химические свойства бензолаХимические свойства бензола
Химические свойства бензолаVladimirOpa
 
Химические свойства бензола
Химические свойства бензолаХимические свойства бензола
Химические свойства бензолаVladimirOpa
 
спирты
спиртыспирты
спиртыtatjanagl
 
11._Ароматические_углеводороды.pdf
11._Ароматические_углеводороды.pdf11._Ароматические_углеводороды.pdf
11._Ароматические_углеводороды.pdf
ssuserc774c7
 
гдз по химии 10 класс рудзитис г.е. и др
гдз по химии 10 класс рудзитис г.е. и дргдз по химии 10 класс рудзитис г.е. и др
гдз по химии 10 класс рудзитис г.е. и дрYou DZ
 
типы химических связей
типы химических связейтипы химических связей
типы химических связей
lendonro
 
Лекция №1. Основные положения органической химии
Лекция №1. Основные положения органической химииЛекция №1. Основные положения органической химии
Лекция №1. Основные положения органической химии
Петрова Елена Александровна
 
вод пок
вод поквод пок
вод пок
irinadmitruk
 
ион алмасу
ион алмасуион алмасу
ион алмасуGulzary
 
лек. 15 теория кислот и оснований
лек. 15 теория кислот и основанийлек. 15 теория кислот и оснований
лек. 15 теория кислот и основанийАркадий Захаров
 
Electrolytic dissociation lecture 5
Electrolytic dissociation lecture 5Electrolytic dissociation lecture 5
Electrolytic dissociation lecture 5Konstantin German
 
Кислоти
КислотиКислоти

Similar to Лекция № 7. Гидроксильные соединения (спирты, фенолы) (20)

835081.ppt
835081.ppt835081.ppt
835081.ppt
 
Химические свойства бензола
Химические свойства бензолаХимические свойства бензола
Химические свойства бензола
 
Химические свойства бензола
Химические свойства бензолаХимические свойства бензола
Химические свойства бензола
 
спирты
спиртыспирты
спирты
 
13420 (1).ppt
13420 (1).ppt13420 (1).ppt
13420 (1).ppt
 
13420.ppt
13420.ppt13420.ppt
13420.ppt
 
лек. 18(1) кислород
лек. 18(1) кислородлек. 18(1) кислород
лек. 18(1) кислород
 
11._Ароматические_углеводороды.pdf
11._Ароматические_углеводороды.pdf11._Ароматические_углеводороды.pdf
11._Ароматические_углеводороды.pdf
 
гдз по химии 10 класс рудзитис г.е. и др
гдз по химии 10 класс рудзитис г.е. и дргдз по химии 10 класс рудзитис г.е. и др
гдз по химии 10 класс рудзитис г.е. и др
 
типы химических связей
типы химических связейтипы химических связей
типы химических связей
 
лек. 14 15 iva-элементы
лек. 14 15 iva-элементылек. 14 15 iva-элементы
лек. 14 15 iva-элементы
 
Лекция №1. Основные положения органической химии
Лекция №1. Основные положения органической химииЛекция №1. Основные положения органической химии
Лекция №1. Основные положения органической химии
 
вод пок
вод поквод пок
вод пок
 
ион алмасу
ион алмасуион алмасу
ион алмасу
 
алканы
алканыалканы
алканы
 
лек. 15 теория кислот и оснований
лек. 15 теория кислот и основанийлек. 15 теория кислот и оснований
лек. 15 теория кислот и оснований
 
Electrolytic dissociation lecture 5
Electrolytic dissociation lecture 5Electrolytic dissociation lecture 5
Electrolytic dissociation lecture 5
 
Electro
ElectroElectro
Electro
 
Кислоти
КислотиКислоти
Кислоти
 
лек. 16 va гр. азот
лек. 16 va   гр. азотлек. 16 va   гр. азот
лек. 16 va гр. азот
 

More from Петрова Елена Александровна

Дисперсные системы. Золи. Коагуляция. Флокуляция. Седиментация
Дисперсные системы. Золи. Коагуляция. Флокуляция. СедиментацияДисперсные системы. Золи. Коагуляция. Флокуляция. Седиментация
Дисперсные системы. Золи. Коагуляция. Флокуляция. СедиментацияПетрова Елена Александровна
 
Химические показатели качества природных вод
Химические показатели качества природных водХимические показатели качества природных вод
Химические показатели качества природных вод
Петрова Елена Александровна
 
Лекция № 4.Дисперсные системы. комплексные соединения
Лекция № 4.Дисперсные системы. комплексные соединенияЛекция № 4.Дисперсные системы. комплексные соединения
Лекция № 4.Дисперсные системы. комплексные соединенияПетрова Елена Александровна
 
Химические реакции. Составление уравнений химических реакций.
Химические реакции. Составление уравнений химических реакций.Химические реакции. Составление уравнений химических реакций.
Химические реакции. Составление уравнений химических реакций.Петрова Елена Александровна
 
Лекция № 6. Неорганические вяжущие строительные материалы
Лекция № 6. Неорганические вяжущие строительные материалыЛекция № 6. Неорганические вяжущие строительные материалы
Лекция № 6. Неорганические вяжущие строительные материалыПетрова Елена Александровна
 
Лекция № 5. Важнейшие элементы периодической системы Д.И. Менделеева, определ...
Лекция № 5. Важнейшие элементы периодической системы Д.И. Менделеева, определ...Лекция № 5. Важнейшие элементы периодической системы Д.И. Менделеева, определ...
Лекция № 5. Важнейшие элементы периодической системы Д.И. Менделеева, определ...Петрова Елена Александровна
 
Лекция №2. Общие закономерности протекания химических реакций
Лекция №2. Общие закономерности протекания химических реакцийЛекция №2. Общие закономерности протекания химических реакций
Лекция №2. Общие закономерности протекания химических реакцийПетрова Елена Александровна
 

More from Петрова Елена Александровна (18)

Дисперсные системы
Дисперсные системыДисперсные системы
Дисперсные системы
 
Адсорбция
АдсорбцияАдсорбция
Адсорбция
 
Поверхностные явления
Поверхностные явленияПоверхностные явления
Поверхностные явления
 
Основы химического анализв
Основы химического анализвОсновы химического анализв
Основы химического анализв
 
Дисперсные системы. Золи. Коагуляция. Флокуляция. Седиментация
Дисперсные системы. Золи. Коагуляция. Флокуляция. СедиментацияДисперсные системы. Золи. Коагуляция. Флокуляция. Седиментация
Дисперсные системы. Золи. Коагуляция. Флокуляция. Седиментация
 
Поверхностные явления. Адсорбция
Поверхностные явления. АдсорбцияПоверхностные явления. Адсорбция
Поверхностные явления. Адсорбция
 
Химические показатели качества природных вод
Химические показатели качества природных водХимические показатели качества природных вод
Химические показатели качества природных вод
 
Показатели качества природных вод
Показатели качества природных водПоказатели качества природных вод
Показатели качества природных вод
 
Характеристика и классификации природных вод
Характеристика и классификации природных водХарактеристика и классификации природных вод
Характеристика и классификации природных вод
 
Лекция № 4.Дисперсные системы. комплексные соединения
Лекция № 4.Дисперсные системы. комплексные соединенияЛекция № 4.Дисперсные системы. комплексные соединения
Лекция № 4.Дисперсные системы. комплексные соединения
 
Химические реакции. Составление уравнений химических реакций.
Химические реакции. Составление уравнений химических реакций.Химические реакции. Составление уравнений химических реакций.
Химические реакции. Составление уравнений химических реакций.
 
Строение вещества
Строение веществаСтроение вещества
Строение вещества
 
Лекция № 6. Неорганические вяжущие строительные материалы
Лекция № 6. Неорганические вяжущие строительные материалыЛекция № 6. Неорганические вяжущие строительные материалы
Лекция № 6. Неорганические вяжущие строительные материалы
 
Лекция № 5. Важнейшие элементы периодической системы Д.И. Менделеева, определ...
Лекция № 5. Важнейшие элементы периодической системы Д.И. Менделеева, определ...Лекция № 5. Важнейшие элементы периодической системы Д.И. Менделеева, определ...
Лекция № 5. Важнейшие элементы периодической системы Д.И. Менделеева, определ...
 
Лекция № 5. Основы электрохимии
Лекция № 5. Основы электрохимииЛекция № 5. Основы электрохимии
Лекция № 5. Основы электрохимии
 
Лекция № 3. Растворы
Лекция № 3. РастворыЛекция № 3. Растворы
Лекция № 3. Растворы
 
Лекция №2. Общие закономерности протекания химических реакций
Лекция №2. Общие закономерности протекания химических реакцийЛекция №2. Общие закономерности протекания химических реакций
Лекция №2. Общие закономерности протекания химических реакций
 
Лекция №6. Галогенопроизводные углеводородов
Лекция №6. Галогенопроизводные углеводородовЛекция №6. Галогенопроизводные углеводородов
Лекция №6. Галогенопроизводные углеводородов
 

Лекция № 7. Гидроксильные соединения (спирты, фенолы)

  • 1. Гидроксильные соединения (спирты, фенолы) Петрова Елена Александровна Московский Государственный Строительный Университет
  • 2. Гидроксильные соединения Гидроксильные соединения - вещества, содержащие одну или более гидроксильных групп –ОН, связанных с углеводородным радикалом R. Гидроксильные соединения R – алкил (алифатический углеводородный радикал) Ar –арил (свободная валентность которого принадлежит атому углерода бензольного кольца, например, радикал фенил C6H5–) спирты R–OH фенолы Ar–OH Радикал бензил C6H5–CH2– является арилалкилом (свободная валентность находится при насыщенном атоме углерода), поэтому соединение C6H5–CH2–ОН относится к спиртам.
  • 3. Спирты Спирты – производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильные группы (- ОН). Общая формула спиртов
  • 4. Классификации спиртов По числу гидроксильных групп По типу атома углерода, связанного с OH-группой По строению радикалов, связанных с атомом кислорода 1. Одноатомные (одна группа -ОН), 2. Многоатомные (две и более групп -ОН) первичные   R–CH2–OH, вторичные   R2CH–OH, третичные    R3C–OH предельные, или алканолы (например, СH3CH2–OH) непредельные, или алкенолы (CH2=CH–CH2–OH) ароматические (C6H5CH2–OH). В многоатомных спиртах различают первично-, вторично- и третичноспиртовые группы. Например, молекула трехатомного спирта глицерина содержит две первичноспиртовые (HO–СH2–) и одну вторичноспиртовую (–СН(ОН)–) группы.
  • 5. Номенклатура спиртов систематическая Радикально-функциональная рациональная названия спиртов производят от названий радикалов с добавлением слова "спирт" рассматривают как родоначальник ряда СН3ОН, называемый карбинол, у которого атомы водорода замещены на радикалы. Называют радикалы, затем слово карбинол спирты называют как соответствующий углеводород с добавлением окончания -ол и цифры, указывающей место гидроксильной группы. Нумерация с того конца, ближе к которому группа – ОН
  • 6. Изомерия спиртов структурная пространственная бутанол-2 СH3CH(OH)СH2CH3, в молекуле которого второй атом углерода (выделен цветом) связан с четырьмя различными заместителями изомерия положения ОН-группы (начиная с С3) углеродного скелета (начиная с С4) межклассовая изомерия с простыми эфирами этиловый спирт СН3CH2–OH и диметиловый эфир CH3–O–CH3
  • 7. Фенолы Фенолы – гидроксисоединения, в молекулах которых ОН-группы связаны с бензольным ядром. Классификация фенолов Многоатомные (несколько OH-групп) Одноатомные (одна OH-группа)
  • 8. Строение гидроксильной группы спиртов и фенолов Свойства спиртов и фенолов определяются строением гидроксильной группы, характером ее химических связей, строением углеводородных радикалов и их взаимным влиянием. Связи О–Н и С–О – полярные ковалентные. Электронная плотность обеих связей смещена к более электроотрицательному атому кислорода. Разрыв таких связей происходит преимущественно гетеролитически (по ионному механизму). Атому кислорода в спиртах свойственна sp3-гибридизация. В образовании его связей с атомами C и H участвуют две 2sp3-атомные орбитали, каждая из которых занята неподеленной парой электронов. В фенолах под влиянием π-электронной системы бензольного кольца для атома кислорода свойственна sp2-гибридизация. При этом одна из неподеленных электронных пар находится на негибридной р-орбитали и может участвовать в сопряжении с ароматической π-системой.
  • 9. Электронные эффекты OH-групп В фенолах В спиртах В фенолах, где ОН-группа находится при sp2-атоме углерода, кроме того, она проявляет положительный мезомерный эффект (+M) Гидроксигруппа проявляет отрицательныйиндуктивный эффект (–I-эффект) по отношению к углеводородному радикалу и выступает как электроноакцепторный заместитель. Индуктивный эффект — смещение электронной плотности по цепи σ-связей, которое обусловлено различиями в электроотрицательностях атомов. Мезомерный эффект - смещение электронной плотности по цепи делокализованных (сопряженных) π-связей +М-эффектом обладают заместители, повышающие электронную плотность в сопряженной системе. Например, группы, содержащие атомы с неподеленной парой электронов, способные к передаче этой пары электронов в общую систему сопряжения:  -OH и -NH2. Индуктивный эффект называют отрицательным (–I), если заместитель уменьшает электронную плотность на атоме углерода, с которым связан этот заместитель. При этом заместитель приобретает частичный отрицательный заряд (δ-), а атом углерода – частичный положительный заряд (δ+).Например: Индуктивный эффект называется положительным (+I), если заместитель увеличивает электронную плотность на атоме углерода, индуцируя на нем частичный отрицательный заряд δ-, сам при этом приобретая заряд δ+. –I-эффект проявляют заместители, которые содержат более электроотрицательные атомы, чем атом углерода: -F, -Cl, -Br, -OH, -NH2, -NO2, >C=O, -COOH и др. +I-эффект проявляют заместители, содержащие атомы с низкой электроотрицательностью:-Mg-, -Li; алифатические углеводородные радикалы (-CH3, -C2H5) и т.п. –М-эффект проявляют заместители с электроотрицательными атомами и смещающие электронную плотность на себя. –М-эффект характерен для групп -CH=O, -COOH, -NO2.
  • 10. Физические свойства гидроксисоединений Одноатомные спирты, содержащие в своем составе до десяти атомов углерода, в обычных условиях - жидкости. Спирты, в составе которых 11 атомов углерода и более - твердые тела. Этиловый, бутиловый и изоамиловый спирт – жидкости. Гидроксисоединения растворяются в воде, образуя водородные связи с молекулами воды При смешивании с водой происходит полное растворение этилового спирта, частично растворяется бутиловый спирт, почти не растворяется изоамиловый спирт. Краситель из водного раствора переходит в спирты. Спирты имеют аномально высокие температуры кипения. Т.к. молекулы спиртов, как и воды, ассоциированыза счет водородных связей между водородом гидроксильной группы одной молекулы и кислородом другой молекулы: При переходе от одноатомных к многоатомным спиртам или фенолам температуры кипения и плавления резко возрастают. Способность растворяться в воде уменьшается с увеличением углеводородного радикала и от многоатомных гидроксисоединений к одноатомным.
  • 11. Чистый фенол – бесцветные кристаллы с характерным запахом. При хранении фенол частично окисляется и приобретает розовую или красную окраску. Фенол мало растворим в воде. При взбалтывании образуется суспензия фенола в воде.
  • 12. Получение гидроксисоединений 1. Щелочной гидролиз галогенопроизводных углеводородов: 2. Гидратация алкенов: 3. Гликоли получают окислением алкенов щелочным раствором KMnO4:
  • 13. Кумольныйспособ заключается в получении кумола (изопропилбензола) из бензола и пропилена, далее кумол окисляют и полученный продукт разлагают серной кислотой: Этот метод экономически выгоден, т.к. получаются два ценных продукта – фенол и ацетон.
  • 14. Химические свойства гидроксисоединений Химические реакции гидроксисоединений Разрушение связи С–ОН с отщеплением ОН-группы Разрушение связи О–Н с отщеплением водорода Полярный характер связей С–О и О–Н способствует их гетеролитическомуразрыву и протеканию реакций по ионному механизму. С разрывом связи О–Н идут реакции окисления, а по связи С–О – восстановления.
  • 15. Реакции по связи О–Н реакции замещения атома водорода на металл (кислотные свойства) реакции замещения атома водорода на остаток кислоты (образование сложных эфиров) реакции отщепления водорода при окислении и дегидрировании Реакционная способность одноатомных спиртов в реакциях по связи О–Н: В многоатомных спиртах разрыв связи О–Н происходит легче, чем в одноатомных. Многоатомные спирты с несоседними ОН-группами подобны по свойствам одноатомным спиртам (не проявляется взаимное влияние групп ОН). Фенолы по связи О–Н активнее спиртов, поскольку эта связь более полярна за счет смещения электронной плотности от атома кислорода в сторону бензольногокольца.
  • 16. Кислотные свойства гидроксисоединений 1. Одноатомные спирты реагируют с активными металлами (Na, K, Mg, Al и др), образуя соли - алкоголяты: Спирты – более слабые кислоты, чем вода, т.к. алкильный радикал, проявляя +I эффект, повышает электронную плотность на атоме кислорода и уменьшает полярность связи О–Н. Поэтому при взаимодействии спиртов со щелочами алкоголяты практически не образуются: (равновесие реакции сдвинуто влево, т.к. соли спиртов в воде гидролизуются) Кислотность одноатомных спиртов убывает в ряду: 2. Многоатомные спиртыявляются более сильными кислотами, чем одноатомные спирты. Они образуют соли не только в реакциях с активными металлами, но и под действием их гидроксидов: качественная реакция на многоатомный спирт
  • 17. 3. Фенолы являются более сильными кислотами, чем спирты и вода, т.к. за счет участия неподеленной электронной пары кислорода в сопряжении с π-электронной системой бензольного кольца полярность связи О–Н увеличивается.Фенолы реагируют не только с металлическим натрием, но и с гидроксидами щелочных и щелочноземельных металлов, образуя соли – феноляты: Для обнаружения фенолов используется качественная реакция с хлоридом железа (III). Одноатомные фенолы дают устойчивое сине-фиолетовое окрашивание, что связано с образованием комплексных соединений железа. качественная реакция на фенол
  • 18. Образование сложных эфиров Спирты вступают в реакции с минеральными и органическими кислотами, образуя сложные эфиры. Реакционная способность одноатомных спиртов в этих реакциях убывает от первичных к третичным Фенолы образуют сложные эфиры с ангидридами и хлорангидридами кислот
  • 19. Окисление гидроксисоединений Легкость окисления спиртов уменьшается в ряду: первичные ≥ вторичные >> третичные. Окислители – KMnO4, K2Cr2O7+H2SO4, CuO, O2+катализатор 1. Первичные спирты при окислении образуют альдегиды: 2. Вторичные спирты при окислении образуют кетоны: 3. Третичные спирты окисляются сложнее и только в жестких условиях
  • 20. 4. Предельное окисление гидроксисоединений до CO2 и Н2О происходит при их горении При сгорании спиртов выделяется большое количество тепла
  • 21. Реакции по связи C-O реакция замещения OH-группы на галоген или другую нуклеофильную группу (RO–, NH2– и т.п.), идущая по механизму нуклеофильного замещения SN реакция отщепления  (элиминирования) ОН и Н от соседних атомов углерода (внутримолекулярная дегидратация спиртов – образование алкенов) реакция замещения группы ОН при разрыве связи С–О в одной молекуле и замещения атома Н с разрывом связи О–Н – в другой молекуле гидроксисоединения (межмолекулярная дегидратация – образование простых эфиров). Реакционная способность спиртов в реакциях по связи С–О: третичные > вторичные > первичные > CH3OH Для фенолов реакции этого типа не характерны, т.к. атом кислорода прочно связан с атомом углерода бензольного кольца за счет участия своей неподеленной электронной пары в системе сопряжения.
  • 22. Реакции замещения OH- группы 1. Замещение гидроксила ОН на галоген происходит в реакции спиртов с галогеноводородами в присутствии катализатора - сильной минеральной кислоты (например, конц. H2SO4). Здесь спирты проявляют свойства слабых оснований. 2. При межмолекулярной дегидратации спиртов также происходит нуклеофильное замещение: ОН-группа в одной молекуле спирта замещается на группу OR другой молекулы.
  • 23. Реакции дегидратации спиртов в зависимости от условий возможно протекание внутримолекулярной или межмолекулярной реакциии. 1. Внутримолекулярная дегидратация спиртов с образованием алкенов идет в присутствии концентрированной серной кислоты при повышенной температуре. возможны 2 направления реакции, например: дегидратация идет преимущественно в направлении I, т.е. по правилу Зайцева – с образованием более замещенного алкена (водород отщепляется от менее гидрогенизированного атома углерода) 2. Межмолекулярная дегидратация спиртов с образованием простых эфиров происходит при более низкой температуре, чем внутримолекулярная реакция:
  • 24. Образование простых эфиров Простые эфиры - органические вещества, молекулы которых состоят из углеводородных радикалов, соединенных атомом кислорода: R–O–R', где R и R' – различные или одинаковые радикалы. Простые эфиры рассматривают как производные спиртов. Названия состоят из названий радикалов и слова эфир. Для симметричных эфиров ROR используется приставка ди перед названием радикала, а в названиях несимметричных эфиров ROR' радикалы указываются в алфавитном порядке. Например, CH3OCH3 – диметиловый эфир; C2H5OCH3 – метилэтиловый эфир. 1. Симметричные простые эфиры R–O–R получают при межмолекулярной дегидратации спиртов. При этом в одной молекуле спирта разрывается связь О–Н, а в другой – связь С–О. 2. Несимметричные простые эфиры R–O–R' образуются при взаимодействии алкоголята и галогенуглеводорода (синтез Вильямсона). Например, метилэтиловый эфир можно получить из этилата натрия и хлорметана:
  • 25. Реакции фенола по бензольному кольцу Конденсация с альдегидами нитрование галогенирование Взаимное влияние атомов в молекуле фенола проявляется в значительной реакционной способности бензольного ядра. Гидроксильная группа повышает электронную плотность в бензольном кольце, особенно, в орто- и пара-положениях (+М-эффект ОН-группы): Поэтому фенол значительно активнее бензола вступает в реакции электрофильного замещения (SE) в ароматическом кольце
  • 26. Нитрование 1. Под действием 20% азотной кислоты HNO3 фенол легко превращается в смесь орто- и пара-нитрофенолов: 2. При использовании концентрированной HNO3 образуется 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота):
  • 27. Галогенирование Фенол легко при комнатной температуре взаимодействует с бромной водой с образованием белого осадка 2,4,6-трибромфенола: качественная реакция на фенол
  • 28. Конденсация с альдегидами Данная реакция имеет большое практическое значение и используется при получении фенолформальдегидных смол
  • 30. Применение фенолов Производство средств для защиты растений производство фенолформальдегидных смол Производство красителей и лекарств