Спирты представляют собой органические соединения, содержащие
гидроксильную группу –OH, связанную с насыщенным атомом углерода.
Основное деление спиртов основано на степени замещения атома углерода, к
которому присоединена гидроксильная группа:
- Первичные спирты (1°) — гидроксильная группа
присоединена к атому углерода, связанному с одним другим атомом
углерода.
- Вторичные спирты (2°) — гидроксильная группа
связана с атомом углерода, соединённым с двумя другими атомами
углерода.
- Третичные спирты (3°) — атом углерода, несущий –OH,
соединён с тремя атомами углерода.
Также спирты могут быть алифатическими, циклоалифатическими или
ароматическими в зависимости от характера углеродного скелета.
Ароматические спирты, такие как фенолы, обладают особой реакционной
способностью из-за сопряжения гидроксильной группы с ароматическим
кольцом.
Физические свойства
Гидроксильная группа образует водородные связи, что определяет
высокие температуры кипения и плавления спиртов по сравнению с
аналогичными аликанами. Растворимость спиртов в воде зависит от
длины углеродного скелета: короткоцепочечные спирты хорошо растворимы,
длинноцепочечные становятся преимущественно гидрофобными.
Фенолы, благодаря поляризации O–H связи и ароматической системе,
демонстрируют более высокую кислотность по сравнению с алифатическими
спиртами, что проявляется в реакции с основаниями.
Синтез спиртов
1. Гидратация алкенов
- Протекает по механизму электрофильного присоединения.
- В присутствии кислоты, например H₂SO₄, двойная связь алкена
гидратируется с образованием спирта.
- Для асимметричных алкенов применяется правило Марковникова: водород
присоединяется к атому углерода, несущему больше водородов.
2. Восстановление карбонильных соединений
- Ацетальдегиды и кетоны восстанавливаются до спиртов с использованием
гидридных восстановителей (LiAlH₄, NaBH₄) или каталитического
гидрирования (H₂/катализатор).
- Первичные спирты получают из альдегидов, вторичные — из
кетонов.
3. Гидролиз галогеналканов
- Нуклеофильная замещающая реакция галогеналканов с гидроксид-ионами
(OH⁻) приводит к формированию спиртов.
- Скорость реакции зависит от структуры галогеналкана: третичные >
вторичные > первичные для SN1 и наоборот для SN2.
4. Синтез из органических кислот и их
производных
- Эстеры и ангидриды кислот могут быть гидролизованы с образованием
спиртов.
- Прямое восстановление карбоновых кислот к спиртам происходит с
использованием сильных восстановителей.
Реакционная способность
спиртов
1. Кислотно-основные свойства
- Спирты слабо кислые, реагируют с сильными основаниями, образуя
алкоксиды: R–OH + Na → R–ONa + ½ H₂.
- Фенолы проявляют более выраженные кислотные свойства: их диссоциация
в воде выше, что обусловлено стабилизацией феноксид-иона
резонансом.
2. Замещение гидроксильной группы
- Прямое замещение –OH затруднено из-за плохой уходящей
способности.
- Обычно используют методы превращения в лучше уходящие группы:
сульфата (ROSO₃H), галогенид (R–Cl, R–Br) через реагенты типа PCl₃,
SOCl₂.
3. Окисление спиртов
- Первичные спирты окисляются до альдегидов, а затем до карбоновых
кислот при использовании сильных окислителей (KMnO₄, CrO₃).
- Вторичные спирты дают кетоны.
- Третичные спирты устойчивы к типичному окислению из-за отсутствия
атома водорода на α-углероде.
4. Этерификация и другие замещающие реакции
- Взаимодействие спиртов с карбоновыми кислотами или их ангидридами в
присутствии кислотного катализатора приводит к образованию эфиров.
- Спирты реагируют с кислотными галогенидами и ангидридами, образуя
сложные эфиры и алкиловые производные.
Фенолы
Структура и свойства Фенолы — это ароматические
соединения с гидроксильной группой, напрямую присоединённой к
бензольному кольцу. Влияние ароматической системы увеличивает
кислотность и химическую активность: фенолы реагируют с основаниями,
образуя феноксид-ионы, и активно участвуют в электрофильных
замещениях.
Электрофильные реакции ароматического кольца
- Фенолы сильно активированы из-за донорного эффекта –OH, что
направляет электрофильное замещение преимущественно в орто- и
пара-положения.
- Реакции включают нитрование, сульфирование, галогенирование и
алкилирование.
Окисление фенолов
- Фенолы могут подвергаться окислению до хиноновых структур, которые
являются ключевыми промежуточными соединениями в органическом синтезе и
биохимических процессах.
Синтез фенолов
- Классические методы включают гидролиз арилгалогенов и реакции
гидроксилирования ароматических соединений.
- Существуют также современные каталитические методы с использованием
переходных металлов для селективного введения гидроксильной группы.
Применение спиртов и фенолов
Спирты служат исходными веществами для синтеза сложных органических
соединений, включая лекарственные средства, красители, пластмассы и
растворители. Фенолы важны как в промышленном производстве, так и в
биохимических системах, участвуя в синтезе антиоксидантов, смол и
полимеров.
Ключевые моменты:
- Свойства спиртов и фенолов определяются гидроксильной группой и
структурой углеродного скелета.
- Реакции окисления, замещения и этерификации лежат в основе их
синтетического применения.
- Фенолы обладают повышенной кислотностью и реакционной способностью
за счет ароматической системы и резонансной стабилизации.