Спирты и фенолы

Спирты — органические соединения, содержащие одну или более гидроксильных групп (гидроксил,-ОН), непосредственно связанных с насыщенным атомом углерода. Спирты можно рассматривать как производные воды (Н-О-Н) , в которых один атом водорода замещен на органическую функциональную группу: R-OH.

Если гидроксильная группа связана с двойной C=C связью, такие соединения называют енолы. Если гидроксильная группа связана напрямую с бензольным кольцом, такие соединения называют фенолы.

Спирты являются обширным и очень разнообразным классом органических соединений: они широко распространены в природе, имеют важнейшее промышленное значение и обладают исключительными химическими свойствами.

Названия спиртов:

По номенклатуре ИЮПАК названия простых спиртов образуются от названий соответствующих алканов с добавлением суффикса "-ол" , положение которого указывается арабской цифрой.

Нахождение в природе:

Спирты имеют самое широкое распространение в природе, особенно в виде сложных эфиров, однако и в свободном состоянии их можно встретить достаточно часто.

Метиловый спирт в небольшом количестве содержится в некоторых растениях, например: борщевике (Heracleum).

Этиловый спирт — естественный продукт спиртового брожения органических продуктов, содержащих углеводы, часто образующийся в прокисших ягодах и фруктах без всякого участия человека. Кроме того, этанол является естественным метаболитом и содержится в тканях и крови животных и человека.

Физиологическое действие и токсичность спиртов:

Одноатомные предельные спирты вводят организм в наркозоподобное или гипнотическое состояние, а также оказывают токсическое действие. Эти эффекты усиливаются (токсический — начиная с этанола) с увеличением углеродной цепи, достигая максимума при С6—С8 (метанол гораздо более токсичен, но это связано с особенностями его строения). 

Пары спиртов оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки; поражают зрение — метиловый, гексиловый, гептиловый, нониловый и дециловый спирты.

В связи с широким использованием простейших спиртов( метанол, этанол и изопропанол) в различных отраслях промышленности, в качестве растворителей, опасным является их ингаляционное воздействие. Острое токсичное воздействие спиртов, испытанное на крысах, проявилось в следующих концентрациях:

  • метиловый спирт: 3,16 % в течение 18—21 часов — 100 % летальность; 2,25 % в течение 8 часов — наркотический эффект; 0,8 % в течение 8 часов — летаргия;
  • этиловый спирт: 3,2 % в течение 8 часов — частичная летальность; 2,2 % в течение 8 часов — глубокий наркоз; 0,64 % в течение 8 часов — летаргия;
  • изопропиловый спирт: 1,2 % в течение 8 часов — 50 % летальность; 1,2 % в течение 4 часов — наркотический эффект.

Метиловый спирт — сильный яд (особенно при приеме внутрь) нервного и сердечнососудистого действия с выраженным кумулятивным эффектом; поражает органы зрения вплоть до полной слепоты. В больших дозах (30 мл и более) вызывает смерть.

Этиловый спирт обладает токсическим эффектом. Быстро всасывается через слизистую оболочку желудка и тонкого кишечника, достигая максимальной концентрации в крови через 20—60 минут после его приёма, вызывая вначале возбуждение, а затем резкое угнетение центральной нервной системы (в т.ч. разрушает мозговую оболочку); его употребление приводит к нарушению важнейших функций организма, тяжелому поражению органов и систем. Оказывает эмбриотоксическое действие.

Физические свойства и строение спиртов:

Спирты геометрически подобны молекуле воды. Угол R?O?H в молекуле метанола равен 109°.

s 1

Подобно воде, спирты имеют существенно более высокие температуры плавления и кипения, чем можно было бы предполагать на основании физических свойств родственных соединений.

Химические свойства спиртов:

Спирты подобно воде способны проявлять как кислотные, так и основные свойства. 
Как слабые кислоты, спирты способны диссоциировать по связи O?H с образованием алкоксид-иона:

R-OH + H2O = R-O- + H3O+

Спирты могут также вести себя как слабые основания Льюиса:

3

Например: 
  • Со щелочными и щелочноземельными металлами, а также сильными основаниями спирты способны реагировать с образованием алкоголятов:
4

Как и все органические соединения, спирты горят:

СnH2n+2O + 1,5nO2 = nCO2 + (n+1)H2O

Метанол: СH3OН + 3O2 = 2CO2 + 4H2O + Q

Этанол: С2H5OН + 3O2 = 2CO2 + 3H2O + Q

Получение спиртов:

Этанол образуется и при спиртовом брожении сахаров, например, глюкозы С6Н12О6. Процесс протекает в присутствии дрожжевых грибков и приводит к образованию этанола и СО2:

С6Н12О6 2Н5ОН + 2СО2

Брожением можно получить не более чем 15%-ный водный раствор спирта, поскольку при более высокой концентрации спирта дрожжевые грибки погибают. Растворы спирта более высокой концентрации получают перегонкой.

Метанол получают в промышленности восстановлением монооксида углерода при 400° С под давлением 20–30 МПа в присутствии катализатора, состоящего из оксидов меди, хрома, и алюминия:

СО + 2 Н2 = Н3СОН

Применение спиртов:

Способность спиртов участвовать в разнообразных химических реакциях позволяет их использовать для получения всевозможных органических соединений: альдегидов, кетонов, карбоновых кислот простых и сложных эфиров, применяемых в качестве органических растворителей, при производстве полимеров, красителей и лекарственных препаратов.

Метанол СН3ОН используют как растворитель, а также в производстве формальдегида, применяемого для получения фенолформальдегидных смол, в последнее время метанол рассматривают как перспективное моторное топливо. Большие объемы метанола используют при добыче и транспорте природного газа. Метанол – наиболее токсичное соединение среди всех спиртов, смертельная доза при приеме внутрь – 100 мл.

Этанол С2Н5ОН – исходное соединение для получения ацетальдегида, уксусной кислоты, а также для производства сложных эфиров карбоновых кислот, используемых в качестве растворителей. Кроме того, этанол – основной компонент всех спиртных напитков, его широко применяют и в медицине как дезинфицирующее средство.


Глицерин - химическое соединение с формулой HOCH2CH(OH)-CH2OH или C3H5(OH)3. Простейший представитель трёхатомных спиртов. Представляет собой вязкую прозрачную жидкость, неограниченно растворимую в воде. Сладкий на вкус, отчего и получил своё название (гликос — сладкий). Хорошо растворяет многие вещества. Не ядовит!

111 1111

Применение глицерина:

Область применения глицерина разнообразна: пищевая промышленность, табачное производство, медицинская промышленность, производство моющих и косметических средств, сельское хозяйство, текстильная, бумажная и кожевенная отрасли промышленности, производство пластмасс, лакокрасочная промышленность, электротехника и радиотехника.

Глицерин используется как пищевая добавка Е422 в производстве кондитерских изделий для улучшения консистенции, для предотвращения проседания шоколада, увеличения объема хлеба. Добавление глицерина уменьшает время зачерствения хлебных изделий, делает макароны менее клейкими, уменьшает налипание крахмала при выпечке.

Глицерин применяется при изготовлении экстрактов кофе, чая, имбиря и других растительных веществ, которые мелко измельчают и обрабатывают водным раствором глицерина, нагревают и испаряют воду. Получается экстракт, в котором содержится около 30 % глицерина.

Глицерин широко используется при производстве безалкогольных напитков. Экстракт, приготовленный на основе глицерина, в разбавленном состоянии придает напиткам «мягкость».

Из-за своей высокой гигроскопичности глицерин используют при заготовке табака (чтобы сохранить листья влажными и устранить неприятный вкус).

В медицине и в производстве фармацевтических препаратов глицерин используют для растворения лекарств, повышения вязкости жидких препаратов, предохранения от изменений при ферментации жидкостей, от высыхания мазей, паст и кремов. Используя глицерин вместо воды можно приготовить высококонцентрированные медицинские растворы. Так же он хорошо растворяет йод, бром, фенол, тимол, хлорид ртути и алкалоиды. Глицерин обладает антисептическими свойствами.

Глицерин усиливает моющую способность большинства сортов туалетного мыла, в которых он используется, придает коже белизну и смягчает её.

В сельском хозяйстве глицерин применяется для обработки семян, что способствует их хорошему прорастанию, деревьев и кустарников, что защищает кору от непогоды.

Глицерин в текстильной промышленности применяется в ткачестве, прядении, крашении, что придает тканям мягкость и эластичность. Его используют для получения анилиновых красок, растворителей для красок, при производстве синтетического шелка и шерсти.

В бумажной промышленности глицерин применяют в производстве папиросной бумаги, пергамента, кальки, бумажных салфеток и жаронепроницаемой бумаги.

В кожевенной промышленности используют глицериновые растворы в процессе жировки кож, добавляя его к водным растворам хлорида бария. Глицерин входит в состав восковых эмульсий для дубления кожи.

Глицерин широко применяется в производстве прозрачных упаковочных материалов. Благодаря своей пластичности, свойству удерживать влагу и стойко переносить холод, глицерин используется в качестве пластификатора при производстве целлофана. Глицерин является составной частью при получении пластмасс и смол.


Фенолы — органические ароматические соединения, содержащие в молекуле одну или несколько гидроксильных групп, связанных с атомами углерода ядра.

1 или 2
Рис.1. Одноатомные фенолы

Формула простейшего фенола С6Н5ОН:
11

Нахождение в природе:

Фенолы и их производные содержатся в древесине, торфе, буром и каменном углях, нефтяных остатках. В живой природе фенолы присутствуют в клетках растений (флавоноиды, таннины, антоцианы, лигнин, меланины, гуминовые кислотыты и др.). В свободном состоянии встречаются редко: фенол - в иглах и шишках сосны, лишайниках; флороглюцин -в шишках секвойи, коре яблонь и слив; гидрохинон - в листьях и семенах груши; тимол - в листьях тимьяна.

Физические свойства:

Большинство одноатомных фенолов при нормальных условиях представляют собой бесцветные кристаллические вещества с невысокой температурой плавления и характерным запахом. Фенолы малорастворимы в воде, хорошо растворяются в органических растворителях, токсичны, при хранении на воздухе постепенно темнеют в результате окисления.Фенол C6H5OH (карболовая кислота) — бесцветное кристаллическое вещество на воздухе окисляется и становится розовым, при обычной температуре ограниченно растворим в воде, выше 66 °C смешивается с водой в любых соотношениях. Фенол — токсичное вещество, вызывает ожоги кожи, является антисептиком.

Химические свойства:

Реакции с участием гидроксильной группы

Кислотные свойства:
1. Диссоциация в водных растворах с образованием фенолят-ионов и ионов водорода;
2. Взаимодействие со щелочами с образованием фенолятов (отличие от спиртов);
3. Взаимодействие с активными металлами с образованием фенолятов (образующиеся в результате реакций 2) и 3) феноляты легко разлагаются при действии кислот. Даже такая слабая кислота, как угольная, вытесняет фенол из фенолятов, следовательно, фенол — ещё более слабая кислота, чем угольная).

При взаимодействии фенолятов с галогенпроизводными образуются простые и сложные эфиры (реакция Фриделя — Крафтса).

Реакции с участием бензольного кольца

Реакции замещения:
1. Галогенирование (взаимодействие с галогенами).
2. Нитрование (взаимодействие с азотной кислотой).
3. Сульфирование (взаимодействие с серной кислотой).

Реакции присоединения:
1. Гидрирование (восстановление водородом до циклогексанола).

Качественные реакции на фенолы:
В водных растворах одноатомные фенолы взаимодействуют с хлоридом железа (III) с образованием комплексных фенолятов, которые имеют фиолетовую окраску; окраска исчезает после прибавления синильной кислоты.

Получение:

  • Из каменноугольной смолы:
Каменноугольную смолу, содержащую в качестве одного из компонентов фенол, обрабатывают вначале раствором щелочи(образуются феноляты), а затем — кислотой.
  • Сплавление аренсульфокислот со щелочью:
C6H5-SO3Na + NaOH ? C6H5-OH + Na2SO3
  • Взаимодействие галогенпроизводных ароматических углеводородов со щелочами:
C6H5-Cl + NaOH ? C6H5-OH + NaCl 
или с водяным паром: 
C6H5-Cl + H2O ? C6H5-OH + HCl

Применение фенолов:

Фенолы применяются в производстве синтетических смол, пластмасс, полиамидов и других полимеров, лекарственных препаратов, красителей, поверхностно-активных веществ, антиоксидантов, антисептиков, взрывчатых веществ.