Лабораторная работа №9 Тема: спирты и фенолы

Цель работы: Практическое ознакомление с характерными свойствами спиртов, фенолов и их производных и индивидуальными особенностями их важнейших представителей.

Оборудование и реактивы: этиловый спирт, пропиловый спирт, изопропиловый спирт, третичный бутиловый спирт, реактив Лукаса, изоамиловый спирт, сернокислая медь безводная, раствор иода в KJ, 0,1н; фенолфталеин, 1%-ный спиртовый раствор, лакмусовая бумага; металлический натрий; сернокислая медь, 0,2н раствор; фуксинсернистая кислота; спираль из медной проволоки; серная кислота, 2н раствор; серная кислота концентрированная (d=1,84 г/мл); пинцет; спиртовка; пробирки, фенол кристаллический; насыщенный раствор фенола; едкий натр, 2н раствор; раствор фенолята натрия; соляная кислота, 2н раствор; углекислый кальций; хлорное железо, 0,1н раствор; бромная вода, насыщенный раствор; серная кислота (d=1,84 г/мл); азотная кислота (d=1,4 г/мл); нитрит натрия, 0,02н раствор; пирокатехин, 1% раствор; резорцин, 1% раствор; гидрохинон, 1% раствор; пирогаллол, 1% раствор, водяная баня; стеклянные трубки с оттянутым концом; газоотводные трубки; капельная воронка.

9.1 Теоретическая часть

Гидроксисоединения (R-OH), в которых гидроксильная группа связана с насыщенным атомом углерода (т.е. с sp³-гибридизованным атомом), называются спиртами (первичными – RCH₂OH, вторичными – R₂CHOH, третичными – R₃COH).

В зависимости от числа гидроксогрупп различают одноатомные и многоатомные спирты, по характеру углеводородного радикала – предельные, непредельные, ароматические спирты, по количеству углеродных атомов – низшие (С₁ – С₁₀) и высшие (С₁₁ и более).

9.1.1 Методы получения спиртов

Спирты в свободном состоянии в природе встречаются редко, поэтому их получают синтетическими методами. Основные промышленные методы получения спиртов следующие.

1. Каталитическая гидратация алкенов используется для получения этанола и других спиртов:

СН₂ = СН₂ + Н₂О  С₂Н₅ОН

Условия реакции: этилен и водяной пар при 70-80 ат и 280-300^оС пропускают над фосфорной кислотой, нанесенной на кремнезем (прямая гидратация) или используют в качестве катализатора серную кислоту (непрямая гидратация).

2.Ферментативный метод используется для получения спиртных напитков и состоит в брожении сахаристых веществ:

Дрожжи

С₆Н₁₂О₆  2 С₂Н₅ОН + 2 СО₂

3.Синтез метанола осуществляют из природного газа:

СН₄ + Н₂О  СО + 3Н₂ (Ni;50-100ат;900^оС)

2Н₂ + СО  СН₃ОН (Cr₂O₃ + ZnO; 50-100ат; 400^оС)

4. Гидролиз моногалогенпроизводных (получение пентиловых спиртов):

R-CH₂CI + NaOH_{(водный)}  R-CH₂OH + NaCI

5. Лабораторные методы получения спиртов основаны на реакциях гидролиза галогеналканов и сложных эфиров, а также гидратации алкенов и восстановлении карбонильных соединений.

9.1.2 Химические свойства спиртов

Спирты проявляют следующие наиболее характерные химические свойства.

1. Взаимодействие с щелочными металлами:

2ROH + 2Na = 2RONa + H₂

2. Реакция этерификации – образование сложных эфиров карбоновых и минеральных кислот:

В случае многоосновных кислот могут образовываться кислые эфиры, в которых не все атомы водорода заменены алкильными группами, например, RSO₂OH – алкилсерная кислота, ROPO(OH)₂ – алкилфосфорная кислота, (RO)₂PO(OH) – диалкилфосфорная кислота. Алкилэфиры минеральных кислот, прежде всего диалкилсульфаты и алкилгалогениды, служат важными алкилирующими реагентами, эфиры фосфорной кислоты – важными компонентами ряда метаболических процессов в организме, некоторые из них обладают свойствами пестицидов и вследствие своей токсичности потенциально являются химическими боевыми веществами.

3. Замена гидроксила на галоген легко осуществляется с помощью галогенидов фосфора PCI₃, PCI₅, PBr₃, PI₃ или хлористого тионила SOCI₂:

ROH + PCI₅  R – CI + POCI₃

ROH + SOCI₂  R – CI + SO₂ + HCI

Действие галогеноводородов на спирты также приводит к образованию галогеналканов. Легче всего реагирует HI, при проведении реакции с HBr требуется нагревание, а при использовании HCI необходимо присутствие катализатора, например, ZnCI₂. Алкилгалогениды можно считать эфирами галогеноводородных кислот.

4. Дегидратация спиртов может протекать по двум направлениям:

а) межмолекулярная в присутствии каталитических количеств серной кислоты и избытке спирта при 140^оС с образованием простых эфиров через промежуточное образование алкилгидросульфата

ROH + HOSO₂OH  ROSO₂OH + H₂O

ROSO₂OH + HOR R–O-R + H₂SO₄

б) внутримолекулярная при температуре выше 160^оС и избытке серной кислоты с образованием алкенов

R-СН₂-СН₂OH + HOSO₂OH R–СН₂-СН₂OSO₂OH + H₂O

R–СН₂-СН₂OSO₂OH  R–CH=CH₂ + H₂SO₄

5. Окисление и дегидрирование с образованием альдегидов, кетонов и даже карбоновых кислот в зависимости от того, первичный или вторичный спирт участвует в реакции в соответствии со схемой:

RCH₂OH  RCHO  RCOOH

R₂CHOH  R₂CO

В качестве окислителей используют бихромат калия или перманганат калия в кислой среде, кислород в присутствии катализаторов на основе солей органических кислот.

Окисление спиртов можно проводить и с помощью каталитического дегидрирования на Сu, Ag, Ni, Pd, Pt:

RCH₂OH  RCHO + H₂

R₂CHOH  R₂CO

Третичные спирты окисляются в более жестких условиях (KMnO₄ + H₂SO₄) с разрывом углеродной цепи и образованием кетонов и кислот.