1. Моя освіта – реферати, конспекти, доповіді
  2. Хімія
  3. Хімічні властивості граничних одноатомних спиртів

Хімічні властивості граничних одноатомних спиртів

1. Кислотні властивості. Проводячи аналогію з неорганічної хімією, вчитель пише на дошці кілька структурних формул гідроксилвмісних сполук.

Як видно з малюнка, такі речовини можуть проявляти кислотні властивості (азотна і азотиста кислота), основні (гідроксид натрію) або амфотерні (вода). Від чого це залежить? Від природи і ступеня окислення атома, зв’язаного з гідроксильною групою. Чим вище електронегативність і ступінь окислення цього атома, тим полярних зв’язок О-Н, тим сильніше кислотні властивості речовини.

З гідроксильною групою в спиртах пов’язаний атом неметалла – вуглецю, вони повинні проявляти властивості слабкої кислоти. Але через позитивний індуктивного ефекту алкільного радикала ці властивості настільки слабкі, що спирти є слабшими кислотами, ніж вода!

Порівняння кислотних властивостей води і етанолу вчитель показує на демонстраційному експерименті. Для цього використовується два шматочки натрію розміром з сірникову головку і дві чашки Петрі з декількома мілілітрами води і етанолу. Якщо замінити етанол ізопропиловим спиртом, відмінність у швидкості реакції буде ще помітніше. У господарських магазинах буває у продажу «Рідина для розтягування взуття ІПС», що представляє собою практично чистий ізопропанол. Він стане в нагоді вчителю в шкільній лабораторії.

Спирт – настільки слабка кислота, що не викликає зміни забарвлення індикатора і не реагує з лугами. Навпаки, вода, як більш сильна кислота, витісняє спирт з алкоголятов металів, тобто рівновага реакції гідролізу етілат натрію повністю зміщений вправо:

Зі збільшенням довжини вуглеводневого радикала кислотні властивості спиртів знижуються ще сильніше. Октіловий спирт настільки спокійно реагує з калієм, що в лабораторіях його застосовують для знищення залишків цього металу.

Збільшення числа алкільних заступників при атомі вуглецю, пов’язаному з гідроксилом, призводить до того, що легкість розриву зв’язку О-Н слабшає в ряду: первинний> вторинний> третинний спирт. У тому ж напрямку посилюється і здатність до розриву зв’язку С-О.

2. Реакції заміщення. Друге хімічна властивість спиртів – реакції нуклеофільного заміщення. Причому в реакціях з галогеноводородами спирти розглядаються як субстрати, головні вихідні речовини, а в реакції етерифікації – як реагенти.

На прикладі оборотної реакції етилового спирту з бромоводородом вчитель закріплює матеріал за хімічним рівноваги.

Учні відповідають на питання, які чинники впливають на стан рівноваги: температура, тиск, концентрація реагентів. Дана реакція в лабораторних умовах проводиться при атмосферному тиску, і її тепловий ефект незначний. Змістити рівновагу в потрібному напрямку можна, головним чином, шляхом зміни концентрації речовин. В якому напрямку буде зміщуватися рівновага при надлишку кислоти? У бік освіти галогеналкани. Реакцію проводять у присутності концентрованої сірчаної кислоти. Вона виконує відразу чотири функції: є каталізатором (активує молекулу спирту); створює кислотне середовище, що сприяє зсуву рівноваги вправо; будучи сильним водовіднімаючих засобом, міцно пов’язує молекули води; генерує реагент. Остання функція пов’язана з тим, що галогеноводороди є газоподібними речовинами, їх отримують безпосередньо в ході реакції з рівняння.

Зміщення рівноваги вправо домагаються також видаленням зі сфери реакції продукту – брометан. Будучи легколетучим речовиною, він виділяється у вигляді газу і потім конденсується в холодильнику.

Чи можна змістити рівновагу реакції вліво? Якщо процес проводити в лужному середовищі, то галогеноводорода буде утворювати сіль, брометан гідролізується в етиловий спирт. Чи можна отримати вигоду з цього процесу? Звичайно, так в промисловості отримують багато спирти.

Реакцію отримання бромистого етилу вчитель може продемонструвати на засіданні хімічного гуртка або факультативному занятті. Для цього буде потрібно установка для перегонки рідин з низхідним холодильником (рис. 21).

У колбу Вюрца наливають 7 мл етилового спирту, додають б мл води і при перемішуванні і охолодженні поступово вливають 12 мл концентрованої сірчаної кислоти. Суміш охолоджують до кімнатної температури і при перемішуванні додають дрібно розтертий КВr (13,5 г). У приймальню колбу наливають 30 мл води з шматочками льоду. Реакційну суміш нагрівають на піщаній бані, поки в приймач не перестануть надходити маслянисті краплі бромистого етилу.

Каталітична роль сірчаної кислоти в даній реакції розглянута в підручнику. Вона зводиться до протонування атома кисню гідроксильної групи з утворенням катіона алкілоксонія. Ця проміжна дуже активна частка набагато легше реагує з нуклеофілом (бромід-аніоном), утворюючи кінцевий продукт і воду:

Однак у бромід-аніона в реакційній суміші є конкурент – гідросульфат-аніон. Цей нуклеофил також може реагувати з катіоном етілоксонія з утворенням продукту заміщення атома водню в неорганічної кислоті на вуглеводневий радикал. Такі речовини називаються складними ефірами. У даному випадку утворюється етиловий ефір сірчаної кислоти – етілсульфат:

Чи можуть спирти утворювати складні ефіри з органічними кислотами? Це і є друга розглянута реакція нуклеофільного заміщення – реакція етерифікації.

Одна з найважливіших реакцій спиртів – взаємодія з карбоновими кислотами. В результаті утворюються похідні карбонових кислот, які можна формально розглядати як продукти заміщення атома водню карбоксильної групи на вуглеводневий радикал. Такі речовини називаються складними ефірами, а процес їх отримання – реакцією етерифікації. Хіміками абсолютно точно доведено, що при утворенні складного ефіру від молекули спирту відщеплюється атом водню, а від кислоти – гидроксогруппа:

Реакції етерифікації протікають в присутності сильних кислот в якості каталізатора і є оборотними. У темі «Спирти» вчитель може не вдаватися в подробиці механізму реакції, заощадити час на демонстраційному експерименті та поясненні номенклатури складних ефірів. Урок і без цього досить насичений, а при вивченні карбонових кислот на реакції етерифікації можна буде зупинитися докладніше.
3. Реакції окислення спиртів. Кисневовмісні органічні речовини, як і вуглеводні, горять на повітрі або в кисні з утворенням парів води і вуглекислого газу. 1ореніе спиртів – сильно екзотермічна реакція. При повному окислюванні 1 моль етилового спирту виділяється 1370 кДж тепла.

Екзотермічність горіння спиртів дозволяє розглядати їх в якості альтернативного бензину екологічно чистого палива для двигунів внутрішнього згоряння.

Далі напрошується демонстраційний експеримент – горіння етилового спирту. Що може бути простіше? І разом з тим безинтересно … А адже що стоїть «прикрасити» досвід – змінити словесне і демонстраційне оформлення. Учитель каже, що спирти відносяться до групи легкозаймистих речовин (ЛЗР). Якщо в лабораторії є стандартна пляшка з яким-небудь спиртом, хлопцям демонструється відповідний знак на етикетці. Такі речовини можуть займатися не тільки від відкритого вогню, але і при контакті з сильними окислювачами. Тому зберігають їх окремо в металевій шафі. Учитель готує окислительную суміш з кристалічного перманганату калію (на кінчику шпателя) з додаванням 2-3 крапель концентрованої сірчаної кислоти. Потім стосується скляною паличкою («чарівної»!) Окисної суміші та ватки, змоченою етиловим спиртом. Спирт миттєво спалахує і горить блідо-блакитним, практично безбарвним полум’ям.

Що потрібно зробити, щоб полум’я спирту було помітніше? Вірно, затемнити приміщення. Якщо це можливо, вчитель показує вельми ефектний кулінарний вишукування: кава «Огонек». Тільки що зварена кава розлити з турки в дві чашечки на таці. У столову ложку налити етиловий спирт, підпалити і обережно вилити в чашку кави. Те ж саме виконати з другою чашкою. Пари спирту, виділяючись з гарячої кави, будуть горіти секунд 30-40. У такому вигляді кави і подають на стіл. Присмаку спирту в ньому не відчувається, але краще все-таки допити його дорослим.

У профільному класі вчитель вже згадував, що алкогольні напої дуже калорійні. При метаболізмі етанолу в організмі виділяється приблизно 770 кДж / моль енергії, а це означає, що окислюється він не до вуглекислого газу і води, а до інших кисневмісних сполук. Яких? Про це і піде мова далі.

Продемонструвати окислення первинних і вторинних спиртів до карбонільних сполук вчителю допоможуть два демонстраційних експерименту.

У пробірку з 4-5 мл етанолу вноситься мідний дріт, згорнута на кінці в пружинку і розпечена в полум’ї спиртівки. Добре видно, що чорний шар оксиду міді (II) на дроті зникає, оголюючи блискучу червону поверхню чистого металу. Після декількох подібних маніпуляцій можна відчути з пробірки характерний запах оцтового альдегіду.

Сутність окислення спиртів до альдегіду або кетону зводиться до отщеплению двох атомів водню. Природно, що такий процес неможливий для теоретичних спиртів. Вони окислюються в жорстких умовах (наприклад, кип’ятіння з підкисленим розчином перманганату калію) з розривом вуглець-вуглецевого ланцюжка. Порівняти відносну здатність різних спиртів до окислення вчитель може за допомогою демонстраційного експерименту. Якщо спирти різного типу в лабораторії відсутні, залишається продемонструвати окислення етанолу. Це красива кольорова реакція.

У пробірку налити 1 мл 4-5% -ного розчину біхромату калію і додати 15% -ний розчин сірчаної кислоти до загального обсягу 5 мл. Розлити рівні обсяги окисної суміші в пробірки по числу наявних у лабораторії спиртів. У кожну пробірку додати по 3 краплі досліджуваного спирту. Вже при кімнатній температурі в пробірці з етанолом колір розчину поступово змінюється з помаранчевого на зелений внаслідок появи іонів Cr3 +. Вміст інших пробірок учитель нагріває на полум’ї пальника до кипіння (обережно, уникати розбризкування рідини!). У пробірці з третинним бутиловим спиртом зміни кольору не спостерігається. У пробірках з первинними і вторинними спиртами (ізопропиловим, н-бутиловим, вторинним бутиловим, ізобутилового) з’являється зелене забарвлення, яке свідчить про протікання реакції окислення при підвищеній температурі. Рівняння процесу для етанолу виглядає наступним чином:

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Простациклін