Предельные одноатомные спирты

Одна и та же группа –OH есть и в этаноле C₂H₅OH, и в щёлочи NaOH, поэтому на контрольных спиртам приписывают свойства оснований, путают нумерацию цепи и забывают, что продукт дегидратации зависит от температуры.

• ❌ Спирты — основания, раз в формуле есть OH. ✅ Группа –OH связана с углеродом ковалентно, раствор этанола нейтрален и фенолфталеин не окрашивает.

• ❌ CH₃–CH(OH)–CH₃ — пропанол-1. ✅ Это пропанол-2: цепь нумеруют с того конца, к которому ближе группа –OH.

• ❌ Этанол с концентрированной серной кислотой всегда даёт этилен. ✅ Выше 140 °C получается этилен, ниже 140 °C — диэтиловый эфир.

• ❌ Этанол с натрием даёт щёлочь. ✅ Он даёт этилат натрия C₂H₅ONa и водород.

• ❌ Метанол действует на организм так же, как этанол. ✅ Метанол — сильный яд: 5–10 мл могут вызвать слепоту, около 30 мл — смерть.

Группа OH в спирте стоит при насыщенном атоме углерода

Предельные одноатомные спирты — производные алканов, в которых один атом водорода заменён гидроксильной группой –OH. Их общая формула C_nH_2n+1OH. Группа –OH здесь функциональная: она задаёт свойства всего класса. Первые члены ряда — метанол CH₃OH и этанол C₂H₅OH.

Название строят по самой длинной цепи, в которую входит атом углерода с группой –OH. К названию алкана добавляют суффикс -ол и номер: CH₃–CH₂–CH₂–OH — пропанол-1, CH₃–CH(OH)–CH₃ — пропанол-2. Первый спирт первичный, второй вторичный, а у третичного 2-метилпропанола-2 группа –OH сидит на атоме, связанном с тремя другими атомами углерода.

Изомерия у спиртов трёх видов: по скелету, по положению группы –OH и межклассовая. Состав C₂H₆O имеют и этанол, и диметиловый эфир CH₃–O–CH₃.

Водородные связи делают спирты жидкостями

Атом кислорода оттягивает на себя электроны связи O–H, на водороде возникает частичный положительный заряд, и этот водород притягивается к атому кислорода соседней молекулы: так появляется водородная связь. Поэтому этанол кипит при 78 °C, а диметиловый эфир того же состава при комнатной температуре — газ. Низшие спирты смешиваются с водой в любых соотношениях. Чем длиннее углеводородный радикал, тем хуже спирт растворяется в воде, и высшие спирты с длинной цепью по свойствам ближе к парафину, чем к этанолу.

Метанол по запаху почти не отличить от этанола, а в организме он превращается в формальдегид и муравьиную кислоту, которые поражают зрительный нерв. Отсюда слепота.

Спирты реагируют по связи O–H и по связи C–O

Со щелочными металлами спирт отдаёт атом водорода гидроксила, образуется алкоголят:

2C₂H₅OH + 2Na → 2C₂H₅ONa + H₂↑. Реакция идёт спокойнее, чем у натрия с водой.

Задача 1. Вычисли объём водорода (н. у.), который выделится при реакции 9,2 г этанола с избытком натрия.

1. M(C₂H₅OH) = 46 г/моль, n(C₂H₅OH) = 9,2 / 46 = 0,2 моль.

2. По уравнению водорода вдвое меньше: n(H₂) = 0,2 / 2 = 0,1 моль.

3. V(H₂) = 0,1 · 22,4 = 2,24 л.

Ответ: 2,24 л.

С галогеноводородами рвётся связь C–O, группа –OH заменяется на атом галогена: C₂H₅OH + HBr → C₂H₅Br + H₂O (H₂SO₄ конц.).

Дегидратация зависит от температуры. Выше 140 °C вода отщепляется от одной молекулы: C₂H₅OH → CH₂=CH₂ + H₂O (H₂SO₄ конц., t > 140 °C). Ниже 140 °C — от двух молекул, и получается простой эфир: 2C₂H₅OH → C₂H₅–O–C₂H₅ + H₂O (H₂SO₄ конц., t < 140 °C).

В школьной лаборатории учитель прокаливает медную проволоку до чёрного налёта CuO и опускает её в пробирку с этанолом. Проволока снова краснеет, а по запаху чувствуется уксусный альдегид: C₂H₅OH + CuO → CH₃CHO + Cu + H₂O (t). Вторичный спирт так окисляется до кетона, пропанол-2 даёт ацетон. Горит этанол почти бесцветным пламенем: C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O.

Этанол получают брожением и гидратацией этилена

Самый старый способ — спиртовое брожение глюкозы под действием дрожжей: C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂. В промышленности этанол получают гидратацией этилена: CH₂=CH₂ + H₂O → C₂H₅OH (H₃PO₄, t, p). Метанол синтезируют из угарного газа и водорода: CO + 2H₂ → CH₃OH (t, p, катализатор).

Этанол служит растворителем для лекарственных настоек и лаков, в медицине им обрабатывают кожу перед уколом, а на химических заводах из него получают диэтиловый эфир, уксусную кислоту и сложные эфиры. Метанол идёт на производство формальдегида и сам служит растворителем.

Задача 2. Массовая доля кислорода в предельном одноатомном спирте равна 26,67 %. Выведи молекулярную формулу и назови все спирты этого состава.

1. В молекуле один атом кислорода, поэтому M = 16 / 0,2667 = 60 г/моль.

2. Для C_nH_2n+1OH молярная масса 14n + 18. Из 14n + 18 = 60 получаем n = 42 / 14 = 3.

3. Формула C₃H₇OH. Группа –OH может стоять у крайнего или у среднего атома углерода.

Ответ: C₃H₇OH, изомеры пропанол-1 и пропанол-2.

Задача 3. Вычисли массу глюкозы, которая нужна для получения 92 г этанола спиртовым брожением, и объём выделившегося углекислого газа (н. у.).

1. n(C₂H₅OH) = 92 / 46 = 2 моль.

2. По уравнению глюкозы вдвое меньше: n(C₆H₁₂O₆) = 1 моль, m = 1 · 180 = 180 г.

3. Углекислого газа столько же, сколько спирта: n(CO₂) = 2 моль, V = 2 · 22,4 = 44,8 л.

Ответ: 180 г глюкозы, 44,8 л CO₂.