Глава 7. СПИРТЫ И ПРОСТЫЕ ЭФИРЫ

ЦЕЛИ ИЗУЧЕНИЯ

1. Понять, каким образом физические свойства веществ связаны со структурой их молекул.

2. Познакомиться с номенклатурой спиртов и простых эфиров.

3. Изучить способы получения и реакции спиртов и простых эфиров.

4. Познакомиться с вопросами производства спиртных напитков.

Спирты — соединения, молекулы которых содержат гидроксильную группу ковалентно связанную с -гибридизованным атомом углерода.

В предыдущих главах мы упоминали о спиртах как исходных веществах для синтеза различных классов соединений, таких, как галогеналканы и алкены. Также шла речь о спиртах как продуктах превращений Других веществ. Например, мы рассматривали реакцию превращения галогеналканов в спирты. В настоящей главе спирты будут обсуждены систематически и более детально.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПИРТОВ И ПРОСТЫХ ЭФИРОВ

Большинство спиртов при обычных условиях — жидкости, имеющие гораздо более высокие температуры кипения, чем следовало ожидать, исходя из их молекулярной массы. Кроме того, спирты растворимы в воде гораздо лучше, чем алканы, алкены, алкины или галогеналканы. Такие необычные свойства спиртов объясняются высокой полярностью гидроксильной группы.

Обе связи и полярны. Поскольку угол между ними составляет около 150°, суммарный дипольный момент довольно значителен. Кроме того, между молекулами спиртов существуют водородные связи. Именно этим объясняются высокие температуры кипения спиртов и их растворимость в воде.

Как Вы знаете из курса общей химии, водородной связью называется связь между атомом водорода, соединенным с атомом азота, кислорода или фтора одной молекулы, и атомом азота, кислорода или фтора другой молекулы (или другой части той же молекулы).

Хотя водородные связи значительно слабее, чем ковалентные, они все же прочнее, чем межмолекулярные взаимодействия двух других типов — силы Лондона и диполь-дипольные взаимодействия. Сравнительно прочные водородные связи вместе с диполь-дипольными взаимодействиями удерживают молекулы спиртов рядом друг с другом. Поэтому для того чтобы испарить спирт, необходима более высокая температура (большее количество энергии), чем для испарения вещества с той же молекулярной массой, но не способного к образованию водородных связей.

Поскольку водородные связи могут возникать также между молекулами спирта и воды, спирты, содержащие не более трех атомов углерода, смешиваются с водой во всех отношениях, а спирты с четырьмя-шестью атомами углерода заметно растворимы в воде. В табл. 7.1 проведено сравнение некоторых свойств спиртов со свойствами алканов и простых эфиров. Спирты имеют более высокие температуры кипения и растворимы в воде лучше, чем алканы и простые эфиры с приблизительно такой же молекулярной массой. Это связано с тем, что ни алканы, ни простые эфиры не образуют водородных связей. К тому же алканы совершенно неполярны, а полярность простых эфиров невелика.

Например, если сравнить вещества, молекулярная масса которых около 45, то окажется, что температура кипения спирта зфира а алкана Это означает, что межмолекулярные взаимодействия ослабевают в ряду спирты простые эфиры алканы. Заметьте, что температуры кипения спиртов увеличиваются с ростом молекулярной

Таблица 7-1. (см. скан) Некоторые физические свойства спиртов, простых эфиров и алканов

массы. Наоборот, растворимость в воде снижается при возрастании молекулярной массы. Обе эти тенденции обычно наблюдаются и для других классов органических веществ.

Что касается растворимости в воде, то ее уменьшение с ростом молекулярной массы объясняется тем, что увеличение размеров неполярной алкильной части молекулы относительно уменьшает роль гидроксильной группы, которая обеспечивает растворимость в воде.

Общей закономерностью лвллетсл рост температур кипения органических веществ с увеличением их молекулярной массы. Растворимость в воде при этом уменьшается. Спирты имеют необычно высокую температуру кипения и хорошо растворимы в воде из-за полярности гидроксильной группы и ее способности к образованию водородных связей.