15. Спирты. I. Получение и физические свойства

15.1. Строение спиртов

Спиртами называются соединения общей формулы где любая алкильная или замещенная 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, например:

Все спирты содержат гидроксил (ОН), который является функциональной группой и определяет свойства, характерные для данного класса соединений. Строение R влияет на скорость, с которой спирт рступает в некоторые реакции, и иногда на характер реакции.

Соединения, в которых гидроксильная группа связана непосредственно с ароматическим кольцом, не относятся к спиртам: это фенолы. Свойства фенолов настолько отличны от свойств спиртов, что их рассматривают в отдельной главе.

15.2. Классификация

Атом углерода считается первичным, вторичным или третичным в зависимости от числа связанных с ним других атомов углерода (разд. 4.13). Спирт классифицируют в соответствии с тем, к какому атому углерода присоединена группа ОН

Только одна реакция — окисление, непосредственно затрагивающая атом водорода, связанный с углеродным атомом, к которому присоединена гидроксильная группа, происходит совершенно различно для каждого класса спиртов. Как правило, скорость или механизм реакции спиртов различных классов зависит от их строения. Некоторые заместители могут изменять реакционную способность спиртов таким образом, что свойства спиртов одного класса будут соответствовать свойствам спиртов другого класса; например, бензиловый спирт, хотя и является формально первичным спиртом, часто ведет себя как третичный. Такие изменения также находятся в соответствии с рассматриваемыми структурами.

15.3. Номенклатура

Для названия спиртов используют три системы. Простые спирты чаще всего имеют тривиальные названия, которые уже упоминались в разд. 5.16. Они состоят из названия алкильной группы и слова спирт, например:

Следует отметить, что сходные названия не всегда отражают принадлежность спиртов к одному классу; например, изопропиловый спирт является вторичным, а изобутиловый — первичным.

Иногда удобно называть спирты по карбинольной номенклатуре: спирты рассматриваются как производные метилового спирта, карбинола получающиеся при замене одного или нескольких атомов водорода на другие группы. Сначала называют группы, связанные с атомом углерода, несущим гидроксильную группу, и затем прибавляют слово карбинол для обозначения НО—С-группы.

Наиболее удобной является система IUPAC. Согласно этой системе: 1. Выбирают в качестве основной структуры наиболее длинную углеродную пепь, содержащую группу и рассматривают соединение как полученное из этой структуры заменой атомов водорода на различные группы.

Название исходной структуры — этанол, пропанол, бутанол и т. д. — зависит от числа атомов углерода; каждое название образуется путем добавления окончания ол к названию соответствующего алкана.

2. После названия ставится цифра, обозначающая номер атома углерода, связанного с ОН-группой, причем используется наименьшая цифра.

3. Цифрами указываются положения других групп, связанных с основной структурой.

15.4. Физические свойства

Различные углеводороды, изученные в предыдущих главах, обладают физическими свойствами, которые можно ожидать для таких неполярных соединений: относительно низкие температуры плавления и кипения, которые характерны для соединений со слабыми межмолекулярными силами взаимодействия; растворимость в неполярных растворителях и нерастворимость в полярных, таких, как вода.

Спирты сильно отличаются от углеводородов вследствие присутствия в их молекуле очень полярной гидроксильной группы и особенно потому, что эта полярная группа содержит водород.

Физические свойства ряда спиртов приведены в табл. 15.1.

Существенное отличие спиртов от углеводородов состоит в том, что низшие спирты смешиваются с водой. Вследствие наличия полярной ОН-группы молекулы спирта удерживаются вместе такими же межмолекулярными силами взаимодействия, какие существуют в воде. В результате возможно смешивание двух типов молекул, причем энергия, требуемая для отрыва молекул воды или молекул спирта друг от друга, берется за счет образования аналогичных связей между молекулой воды и молекулой спирта.

Однако это справедливо только для низших спиртов, в которых ОН-группа составляет значительную часть молекулы. Длинная алифатическая цепь с небольшой ОН-группой на конце в значительной степени сходна с алканами, и физические свойства таких соединений отражают это. Изменение растворимости в воде с увеличением числа атомов углерода происходит постепенно: первые три первичных спирта смешиваются с водой; растворимость н-бутилового спирта составляет на воды, н-пентилового — н-гексилового — а высших спиртов еще меньше. На практике считают, что в воде растворимы лишь нормальные первичные спирты, содержащие до 4—5 атомов углерода.

Температуры кипения возрастают с увеличением числа атомов углерода и уменьшаются при наличии разветвлений. Температуры кипения спиртов значительно выше, чем температуры кипения соответствующих углеводородов.

Таблица 15.1 (см. скан) Физические свойства спиртов