3

Реферат

Спирты и фенолы

Содержание

• Введение
• 1. Ациклические соединения
• 1.1 Одноатомные насыщенные спирты
• 1.2 Изомерия.
• 1.3 Физические свойства
• 1.4 Методы получения
• 1.5 Химические свойства спиртов
• 1.6 Сложные эфиры
• 2. Ароматические оксиосоединения
• 2.1 Фенолы
• 2.2 Структура и номенклатура
• 2.3 Физические свойства
• 2.4 Образование фенолятов
• 2.5 Реакции ароматического ядра фенолов
• 2.6 Галогенирование фенолов
• Заключение
• Список использованной литературы
• Введение
• Под оксисоединениями понимают органические соединения, содержащие в составе своей структурной формулы одну или несколько гидроксильных групп (OH). Таковыми являются все спирты и фенолы.
• Цель данной работы дать сравнительную характеристику спиртам и фенолам. Задачами работы можно считать определение терминов «ациклические соединения», «спирты», «фенолы». Дать характеристику спиртам и фенолам, классифицировать их, определить их номенклатуру, способы приготовления, сравнительные характеристики.
• Простейшие спирты можно называть по карбонильной номенклатуре, беря за основу название первого представителя спиртов, CH3OH “карбинол”. Название начинают с перечисления радикалов, замещающих атомы водорода, стоящие у углеродного атома, в метиловом спирте CH3OH.

1.Ациклические соединения

Спиртами называются соединения общей формулой ROH, где R любая алкильная или замещённая алкильная группа. Эта группа может быть первичной, вторичной или третичной; она может быть как ациклической, так и циклической; она может содержать двойную связь, атом галогена или ароматическое кольцо

Бензоловый спирт - этиленхлоргидрин глицерин (хлорэтиловый спирт) все спирты содержат гидроксильную группу (OH), которая является функциональной и определяет свойства, характерные для данного класса соединений. Строение R влияет на скорость, с которой спирт вступает в некоторые реакции, и иногда на характер реакции.

1.1 Одноатомные насыщенные спирты

Спирты классифицируют на первичные, вторичные и третичные в зависимости оттого, с каким атомом углерода (связана гидроксильная группа). Атом углерода считается первичным, вторичным третичным в зависимости от числа связанных с ним других атомов углерода.

Для названия спиртов по номенклатуре выбирают наиболее длинную цепь, содержащую гидроксильную группу. Нумерацию начинают с того конца цепи, к которому ближе находится эта группа. Принадлежность соединения к классу спиртов обозначается окончанием «ол». Между основой названия и окончанием ставят цифру, обозначающую атом углерода у которой стоит OHгруппа. Если имеются алкильные заместители, то название спирта начинают с цифр, указывающих (указывающей) положение заместителя (заместителей) в цепи, далее идёт название заместителей как радикалов.

1.2 Изомерия

Изомерия спиртов аналогична изомерии галогенопроизводных. В случае спиртов кроме изменения строения углеродного скелета может изменяться положение OH группы.

Для соединения общей формулы C5H11OH=C5H12O существует семь изомеров:

OH OH

CH3CH2CH2CH2CH2OH CH3CHCH2CH2CH3 CH3CH2CHCH2CH3

Пентанол1 пентанол2 пентанол3

CH3 CH3 OH CH3 CH3

CH3CCH2CH3 CH3CHCHCH3 CH3CHCH2CH2OH CH3CH2CHCH2OH

OH

2метилбутанол2 3метилбутанол2 3метилбутанол1 2метилбутанол1

1.3 Физические свойства

Спирты сильно отличаются по свойствам от углеводородов вследствие присутствия в их молекуле очень полярной гидроксильной группы. Спирты бесцветные вещества с плотностью меньше единицы.

Такое отличие в физических свойствах между спиртами и многими другими классами органических соединений объясняется наличием в молекулах спиртов гидроксильной группы. В гидроксильной группе атом кислорода, проявляя электроакцепторные свойства, «стягивает на себя» электронную плотность от связанного с ним атома водорода, и у последнего образуется дефицит электронной плотности. В результате между атомом водорода гидроксильной группы и свободной электронной парой кислорода OHгруппы другой молекулы спирта возникает водородная связь, за счёт которой происходит ассоциация молекул спиртов:

Повышение температур кипения спиртов по сравнению с температурой кипения некоторых других классов органических соединений объясняется необходимостью введения дополнительной энергии на разрыв водородных связей перед переводом из жидкого в парообразное состояние. Энергия электростатической водородной связи около 5 ккал/моль (20,93*103 Дж/моль).[Для большинства ковалентных связей эта величина составляет 50100 ккал/моль (209,34*103 418,68*103 Дж/моль)].

1.4 Методы получения

Гидролиз моногалогенопроизводных. В лабораторных условиях, для получения спиртов часто используют реакцию гидролиза галогенопроизводных водными растворами щелочей. Щёлочь используют для ускорения реакции и для связывания выделяющегося при гидролизе галогеноводорода, подавляя обратимость процесса.

Наиболее легко гидролизуется галоген у третичного атома углерода, труднее у вторичного и наиболее трудно у первичного.

Если у атома углерода, соседнего с атомом несущим галоген, имеется хотя бы один атом водорода, то при взаимодействии с водными растворами щелочей наряду с гидролизом может протекать реакция дегидрогалогенирования (отщепления галогеноводорода).

Гидроборирование окисление этиленовых углеводородов.

Это современный способ получения спиртов из олефинов. В результате присоединения диборана (BH3)2 к этиленовым углеводородам и последующего окисления образующихся триалкилборанов щелочным раствором пероксида водорода образуются спирты, в которых формально фрагменты воды присоединены к исходному олефину против правила Марковникова.

H2O2

Эта реакция гидроборирования очень проста и удобна, выходы очень высоки, и её можно использовать для синтеза для синтеза соединений, которые трудно получить из алкенов какимлибо другим способом.

Гидроборирование включает присоединение BH3 по двойной связи, водород направляется к одному из атомов углерода двойной связи, а бор к другому. Алкилбораны могут затем подвергаться окислению, при котором бор заменяется на OHгруппу.

Таким образом, двухстадийная реакция гидроборирования окисления в действительности представляет присоединение элементов воды HOH по двойной углерод углеродной связи.

Важный способ получения этилового спирта, известный с древнейших времён, заключается в ферментативном гидролизе некоторых углеводов, содержащихся в различных природных источниках (фрукты, картофель, кукуруза, пшеница и др.), например:

С6Н12О6 2С2Н5ОН + 2СО2

глюкоза

1.5 Химические свойства спиртов

Ряд химических свойств спиртов является общим для всех спиртов; имеются также и реакции, по-разному протекающие для первичных, вторичных и третичных спиртов.

1. Реакци с разрывом OH связи

Образование алкоголятов металлов. Алифатические спирты слабые кислоты. Кислотность спиртов в зависимости от строения убывает в ряду: первичные > вторичные > третичные. При действии на спирты щелочных металлов, в частности натрия, происходит, хотя и менее бурно, взаимодействие, подобное реакции натрия с водой:

2ROH + 2Na 2RONa + H2

Такого типа металлические производные спиртов носят общее название алкоголяты (отдельные представители: метилат натрия СН3ОNa, этилат натрия С2Н5ОNa). Их называют также алкоксидами (метоксид натрия, этоксид и т.д.). С увеличением молекулярной массы спирта реакционная способность их при взаимодействии с натрием уменьшается.

Известны алкоголяты и других металлов, кроме щелочных, но они образуются косвенными путями. Так, щелочноземельные металлы непосредственно со спиртами не реагируют. Но алкоголяты щелочноземельных металлов, а также Mg, Zn, Cd, Al и других металлов, образующих реакционноспособные металлорганические соединения, можно получить действием спирта на такие металлорганические соединения. Например:

2CH3OH + Zn (CH3)2 (CH3O)2Zn + 2CH4

Алкоголяты спиртов широко применяют в органическом синтезе. Так как вода более сильная кислота, чем спирты, то в присутствии воды алкоголяты разлагаются с выделением исходных спиртов:

CH3ONa +H2O CH3OH + NaOH

Метилат натрия метанол

1.6 Сложные эфиры

Такого рода взаимодействие спирта с кислотами называется реакцией этерификации, а полученные вещества - сложными эфирами данного спирта и данной кислоты. Реакция этерификации спиртов сильными минеральными кислотами (такими как H2SO4) протекает быстро и не требует использования катализаторов. С карбоновыми кислотами скорость реакции этерификации значительно увеличивается в присутствии катализаторов. В качестве последних обычно используют минеральные кислоты в небольших количествах. Внешне уравнение этой реакции подобно уравнению нейтрализации щёлочи кислотой:

NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O

Однако глубоким различием этих реакций является то, что нейтрализация - ионная, неизмеримо быстро протекающая реакция, которая сводится, в сущности, к взаимодействию ионов:

Н+ + ОН- > Н2О

Реакция этерификации идёт иным путём. Спирт в большинстве случаев реагирует, отдавая не гидроксил (как щёлочь при нейтрализации), а водород гидроксильной группы; кислоты (органические и некоторые, но не все, минеральные) отдают свой гидроксил. Этот механизм был установлен при помощи спирта, меченного изотопом кислорода 18О. Как оказалось, при взаимодействии такого спирта с кислотами RCOOH выделяется обычная вода, а не Н218О.

2.Ароматические оксиосоединения

2.1 Фенолы

Термин «фенолы» происходит от старинного названия бензола «фен», введённого Лораном (1837 г.), и обозначает ароматическое вещество, содержащее гидроксил, связанное непосредственно с углеродом ароматического ядра. Фенолы, как и спирты, могут содержать в своём составе, как одну, так и несколько гидроксильных групп. В зависимости от числа гидроксильных групп в молекуле различают одно, двух, трёх и многоатомные фенолы.

2.2 Структура и номенклатура.

Фенолы обычно называют как производные простейшего члена этого ряда фенола. Для метилфенолов имеется специальное название крезолы.

OH OH OH OH OH OH

Cl OH гидрохинон

CH3 OH

Фенол охлорфенол мкрезол пирокатехин резорцин OH

OH OH

Br Br Cl

Br NO2

2,4,6 трибромфенол 2хлор4нитрофенол

2.3 Физические свойства

Простейшие фенолы представляют собой жидкости или низкоплавкие твёрдые вещества; изза образования водородных связей они обычно имеют высокие температуры кипения. Сам фенол заметно растворим в воде (9г. на 100г. воды), изза образования водородных связей с водой; большинство других фенолов практически не растворимы в воде. Фенолы бесцветные вещества, если только они не содержат каких либо групп, обусловливающих появление окраски.

Простейший из фенолов - оксибензол (собственно, фенол) и его гомологи: о -, м - и п-крезолы содержатся в каменноугольной смоле. Дополнительные количества фенола, мировое потребление которого достигает миллионов тонн, получаются из бензола. Для этого используется (всё в меньших масштабах) старый метод щелочного плавления соли бензолсульфокислоты: 300 C

C6H5SO3Na + Na OH C6H5OH + Na2SO3

Некоторое количество фенола получают гидролизом хлорбензола перегретым паром (450-500°С) над катализатором - силикагелем, промотированным ионами Cu2+ (Рашиг):

Силикагель: Cu2+

C6H5Cl +H2O C6H5OH +HCl

Фенол - слабая кислота с константой диссоциации при комнатной температуре в водном растворе 1,3•10-10.

Таким образом, он на несколько порядков кислее воды, не говоря уже о жирных спиртах, но гораздо слабее уксусной кислоты (1,8•10-5). Фенол умеренно растворим в воде (8% при 15°С). Вода растворяется в феноле с образованием жидкого при комнатной температуре раствора. Сам фенол - бесцветное легкоплавкое (+41°С) кристаллическое вещество, вследствие окисления розовеющее на воздухе. Крезолы менее, чем фенол растворимы в воде, подобно фенолу хорошо растворимы в эфире, спиртах, хлороформе, бензоле.

Фенолы хорошо растворяются в водных растворах щелочей в результате образования фенолятов щелочных металлов:

ArOH + NaOH ArO- Na+ + H2O

Гидролиз фенолята (обратная реакция) вследствие слабости кислотных свойств фенола заходит далеко, и требуется избыток щёлочи, чтобы сместить равновесие вправо. Уже двуокись углерода выделяет фенол из раствора фенолята.

Кислотные свойства фенольного гидроксила вызваны мезомерным взаимодействием с ароматическим ядром, что выражается символами:

Валентные электроны атома кислорода (в том числе и связывающие водород с кислородом) оказываются частично рассредоточенными в орто- и пара-положения бензольного ядра, а водородный атом гидроксила - протонизированным. Таким образом, бьльшая кислотность фенола (сравнительно со спиртами) - это другая сторона сильного орто-пара-ориентирующего действия гидроксила в реакциях электрофильного замещения реакции гидроксила фенолов.

2.4 Образование фенолятов

Образование простых эфиров фенолов алкилированием фенолятов:

ArONa + RI > ArOR + NaI

ArONa + (CH3O)2SO2 > ArOCH3 + CH3O-SO2ONa

Образование сложных эфиров фенолов (в отличие от сложных эфиров спиртов) не может быть достигнуто взаимодействием их с кислотами, а только ацилированием фенолов (лучше в щелочной среде) галоидангидридами или ангидридами кислот:

ArONa + Cl- C-R ArO- C-R + NaCl

2.5 Реакции ароматического ядра фенолов

Гидроксил - один из сильнейших, а в щелочном растворе сильнейший орто-пара-ориентант. В соответствии с этим для фенолов легко проходят реакции электрофильного замещения.

Механизм электрофильного замещения в фенолах обычно отличается от замещения в бензоле, его гомологах и даже в эфирах фенолов. Это отличие связано с лёгкостью гетеролиза связи О-Н, поскольку вместо нестабильного и заряженного у-комплекса промежуточно получается сравнительно устойчивое соединение с хиноидной структурой типа I.

При этом установлено, что для большинства реакций фенолов первая стадия - быстрая и обычно обратимая, а вторая - медленная. В ряде случаев соединения типа I были выделены в свободном виде, правда, только для тех фенолов, в которых заняты все орто- и пара-положения (в случае обычных фенолов ароматизация совершается слишком быстро).

Если в феноле о и пположения заняты, то может происходить (особенно при нитровании) замена имеющихся заместителей на другие группы. Лёгкость такого замещения увеличивается в следующей последовательности: Br<SO3H<H. Замена карбоксильной группы происходит даже при азосочетании.

2.6 Галогенирование фенолов

В неводной среде галогенирование фенолов при соответствующих соотношениях реагентов приводит к смеси о- и п-галогенфенолов, далее к 2,4-дигалогенфенолам и, наконец, к 2,4,6-тригалогенфенолам (их лучше получать в водной щелочной среде). В случае орто- и пара-замещённых фенолов, например крезолов, занятые заместителем (например, метилом) места галогенированием не затрагиваются.

Ориентирующая сила гидроксила, т.е. сообщение гидроксилом нуклеофильной активности п-углеродному атому, такова, что этот углерод и после замещения связанного с ним водородного атома способен воспринять электрофильную атаку электроположительного атома брома. Присоединение второго атома брома закрепляет циклогексадиеновую структуру.

Сульфирование фенолов.

Сульфирование фенола при комнатной температуре даёт в основном о-фенолсульфокислоту, при 100°С получается п-изомер, а в более жёстких условиях - 2,4-фенолдисульфокислота.

Нитрование фенолов.

Для получения мононитрофенолов приходится нитровать фенолы на холоду разбавленной азотной кислотой (~30%-ной), лучше всего получаемой смешением водного раствора селитры с серной кислотой (чтобы избежать присутствия окислов азота). Образуется смесь о- и п-нитрофенолов, из которой о-нитрофенол удаляют отгонкой с водяным паром, а п-изомер выделяют кристаллизацией. м-Изомер приходится готовить обходным путём, например из м-нитроанилина через м-нитрофенилдиазоний. 2,4-Динитрофенол проще всего получить гидролизом 2,4-динитрохлорбензола.

Тринитрофенол, называемый пикриновой кислотой, производят в промышленном масштабе, нитруя крепкой нитрующей смесью 2,4-фенолдисульфокислоту, получаемую сульфированием фенола, без выделения её из сульфирующей массы. При этом нитруется не только свободное шестое положение, но и сульфогруппы замещаются на нитрогруппы. Наличие в феноле сульфогрупп защищает его и от окисления и от действия окислов азота.

Нитрозирование фенолов.

При действии водного раствора азотистой кислоты фенол нитрозируется в пара-положение:

НО- + HO-N=O > HO- -N=O

Нитрозофенол таутомерен монооксиму п-бензохинона:

HO- -N=O - O= =N-OН

Электрофильные замещения в фенолах с образованием углерод-углеродной связи.

Таких реакций известно много. Они используются для получения бифункциональных соединений, например фенолокислот, фенолоальдегидов и фенолоспиртов.

При нагревании фенолята натрия в токе СО2 образуется салициловокислый натрий (реакция Кольбе):

Наиболее важная реакция этого рода - реакция фенолов с формальдегидом, которая протекает в присутствии как кислот, так и щелочей. При нагревании фенола (избытка) с формалином и серной кислотой происходит бурная реакция и образуется растворимый в спиртах, ацетоне и сложных эфирах полимер линейного строения - «новолак». При щелочной конденсации фенола с избытком формалина сначала образуется легкоплавкий сравнительно низкомолекулярный полимер «резол», подобно новолаку растворимый в органических растворителях. Это - так называемый термореактивный полимер: при нагревании происходит дальнейшая конденсация свободных оксиметиленовых групп с образованием метиленовых мостов, и полимер приобретает сетчатую структуру. Получаемый «резитол» нерастворим в органических растворителях, но сохраняет некоторую пластичность. При нагревании до 150°С конденсация идёт дальше и получается химически очень устойчивый, неплавкий и нерастворимый полимер - «резит», который можно нагревать до температуры ~300°С. Таковы три стадии процесса конденсации, объединяемые названием «бакелитизация» (по имени изобретателя бакелита - Бакеланда). Обычно резол перед последующей стадии конденсации смешивают с наполнителем (минеральным типа асбеста или органическим типа древесины, лигнина, целлюлозы) или пропитывают им древесину или волокнистые материалы и затем подвергают дальнейшей бакелитизации. Этот открытый в 1909 г. тип феноло-формальдегидных пластмасс и в настоящее время сохранил своё значение.

Заключение

Итак, изомерные диоксибензолы носят следующие названия: о-диоксибензол - пирокатехин, м-изомер - резорцин и п-изомер - гидрохинон. Это хорошо растворимые в воде, твёрдые, лишённые запаха вещества.

Пирокатехин известен как продукт декарбоксилирования при нагревании пиротокатеховой кислоты, находимой в растениях.

Пирокатехин - сильный восстановитель, и, окисляясь гетеролитически (например, ионом Ag+), он превращается в о-бензохинон:

Резорцин (м-оксибензол) получают в технике сплавлением со щёлочью м-бензолдисульфоната натрия.

Резорцин устойчивее своих изомеров к окислению. Кислотные его свойства выражены сильнее, чем у фенола. Уже водородом в момент выделения (амальгама натрия и вода) он восстанавливается в дигидрорезорцин циклогександион-1,3.

Резорцин ещё легче, чем фенол, воспринимает разнообразные электрофильные атаки, так как обе его гидроксильные группы осуществляют согласованную ориентацию. Поэтому резорцин легко галоидируется, сульфируется, нитруется, нитрозируется и пр. Одно из его главных применений - синтез азокрасителей, в котором он служит азосоставляющей.

При исчерпывающем нитровании резоцина получается тринитрорезорцин, стифниновая кислота.

Получаемое соединение носит название резоциловой кислоты.

Как и пирокатехин, гидрохинон - сильный восстановитель, при окислении образующий п-бензохинон.

Пирокатехин и гидрохинон применяются как фотографические проявители, восстанавливающие бромистое серебро до металла.

Список использованной литературы

1. Барбаш А.Т. Химия. - М.,1994.

2. Гамбурцева Т.Ю. Химические анализы. - С.-П.,1996.

3. Гринев А.П. Фенолы и их соединения. - М.,1998.

4. Енянкина В.Д. Спирты. Химические соединения. - М.,2000.

5. Москалева Б.В. Химические соединения. - М.,1998.

6. Популярная медицинская энциклопедия. Под ред. В.И.Покровского.- М.,1998.

7. Хомченко Т.Ю. Химия. - М.,1999.