Файл: Chast_3.doc

Ацилирование можно также осуществить после предварительного депротонирования спирта, т.е. взаимодействием алкоголята с хлорангидридом или ангидридом карбоновой кислоты:

этилат натрия этилацетат

2.3. Реакции спиртов с разрывом связи с-о

Реакции спиртов с разрывом связи С-О – это реакции замещения гидроксильной группы и реакция дегидратации. Несмотря на высокую полярность связи С-О, спирты являются очень слабыми С-электрофилами, поскольку гидроксид-анион, который должен образоваться при гетеролизе связи С-О, представляет собой сильное основание, и поэтому гидроксильная группа является плохо уходящей группой. Для облегчения разрыва связи С-О гидроксильная группа должна быть превращена в более легко уходящую группу, например, в оксониевую, которая образуется при протонировании спиртов сильными кислотами (см. основные свойства спиртов). При этом связь С-О разрывается гетеролитически с образованием слабо основной воды. Следовательно, заместить гидроксильную группу в молекуле спирта на нуклеофил можно только в сильнокислой среде, так же как и вызвать дегидратацию с образованием алкена.

2.3.1. Замещение гидроксильной группы на галоген

Замещение гидроксильной группы на атом галогена может быть осуществлено нуклеофильным замещением в кислой среде, например, взаимодействием с галогеноводородами или их растворами.

Реакционная способность спиртов в указанной реакции увеличивается в ряду: первичные ‹ вторичные ‹ третичные. Это обусловлено тем, что в этом ряду возрастает устойчивость образующихся при гетеролизе связи С-О карбокатионов. Третичные спирты образуют наиболее устойчивые крабокатионы, т.е. для них разрыв связи С-О в протонированной форме спирта протекает особенно легко.

Замещение гидроксильной группы в молекуле спирта на хлор происходит также при взаимодействии спиртов с такими реагентами, как тионилхлорид, пентахлорид фосфора и другие (см. способы получения галогенопроизводных). Замещение гидроксила на иод осуществляют обычно нагреванием спирта со смесью кристаллического иода и красного фосфора. Все эти превращения представляют собой способы получения галогенопроизводных и были описаны в соответствующей главе.

2.3.2. Образование простых эфиров (межмолекулярная дегидратация)

При нагревании первичных или вторичных спиртов с каталитическим количеством сильной кислоты (например, конц. серной кислоты) происходит образование симметричных простых эфиров в результате нуклеофильного замещения спиртового гидроксила на алкокси-группу по механизму S_N2.

Таким образом, в данной реакции одна молекула спирта выступает как электрофильная частица (в виде катиона алкилоксония после протонирования), а другая – как нуклеофильная частица. Эта реакция, как и всегда при нуклеофильном замещении, конкурирует с элиминированием (внутримолекулярной дегидратацией, см. ниже). Как правило, простые эфиры получают при более низкой температуре. При повышении же температуры возрастает роль элиминирования. Так, диэтиловый эфир получаю при нагревании этилового спирта с концентрированной серной кислотой при температуре 140^О С, в то время как при 170^О С в основном получается этилен.

2.3.3. Внутримолекулярная дегидратация спиртов до алкенов

Эта реакция является обратной по отношению к гидратации алкенов. При действии на спирт каталитического количества сильной кислоты (например, конц. серной кислоты) при достаточно высокой температуре происходит отщепление воды с образованием алкена. Дегидратация, как и дегидрогалогенирование галогенопроизводных, является региоселективной реакцией, поскольку из двух возможных структурных изомеров алкена преимущественно образуется наиболее термодинамически устойчивый алкен в результате отщепления атома водорода от наиболее гидрогенизированного соседнего атома углерода (правило Зайцева). Так, при дегидратации 2-бутанола главным продуктом оказывается 2-бутен (наряду с 1-бутеном).

Дегидратация протекает по механизму мономолекулярного элиминирования (Е1):

Поскольку реакция идет через карбокатионный интермедиат, то по реакционной способности в этой реакции спирты можно расположить в ряд, соответствующий ряду увеличения стабильности карбокатионов: третичные › вторичные › первичные. Так, для дегидратации такого первичного спирта, как этиловый, применяют нагревание до 170 ^ОС, в то время как 2-пентанол (вторичный спирт) дегидратируется при 90 ^ОС.

2.4. Окисление и дегидрирование спиртов

Первичные спирты могут быть окислены или дегидрированы до альдегидов, которые в свою очередь окисляются далее в карбоновые кислоты:

В качестве окислителей могут использоваться соединения хрома в высшей степени окисления, такие как оксид хрома (VΙ), дихромат калия в кислой среде. Дегидрирование осуществляют при нагревании на катализаторах, в качестве которых обычно используются такие металлы, как серебро или медь.

Метиловый спирт при окислении дает формальдегид и затем муравьиную кислоту, которая, являясь одновременно и альдегидом, окисляется дальше до диоксида углерода:

Вторичные спирты при окислении или дегидрировании превращаются в кетоны, которые в отличие от альдегидов значительно более устойчивы к дальнейшему окислению.

Хотя альдегиды более чувствительны к дальнейшему окислению, чем кетоны, их можно выделить в качестве продуктов окисления первичных спиртов. Так, например, 1-октанол при умеренном нагревании (не выше 70 ^ОС) с дихроматом калия в серной кислоте с хорошим выходом превращается в октаналь.

3. Задачи и упражнения

Изобразите формулы всех структурных и конфигурационных изомеров состава С₄Н₉ОН и назовите их.

Гидратацией соответствующих алкенов получите следующие спирты: а) 2-пентанол; б) 2-метил-2-гексанол; в) трет-бутиловый спирт; г) 1-фенил-1-пропанол.

Реакцией Гриньяра получите следующие спирты: а) 1-пропанол; б) 2-бутанол; в) бензиловый спирт; г) 3-метил-3-пентанол; д) 2-фенил-2-пропанол; е) 2-метил-3-пентанол.

Восстановлением соответствующих карбонильных соединений получите: а) этиловый спирт; б) бензиловый спирт; в) 2-бутанол; г) 1-фенил-1-этанол.

Напишите уравнения реакций, которые будут происходить при действии на этиловый спирт следующих реагентов: а) уксусная кислота в присутствии серной кислоты; б) натрий; в) метилмагнийбромид; г) амид натрия; д) хромовый ангидрид в серной кислоте; е) смесь иода и красного фосфора; ж) смесь бромида калия и серной кислоты.

Напишите уравнения следующих реакций: а) этанол и тионилхлорид; б) 1-пропанол, бромид калия и серная кислота; в) 2-бутанол и каталитическое количество серной кислоты при нагревании до 180^О С; г) 3-метил-2-пентанол и каталитическое количество серной кислоты при нагревании до 90^О С; д) бензиловый спирт и уксусная кислота в присутствии серной кислоты; е) изопропиловый спирт и дихромат калия в серной кислоте.

Предложите схемы следующих превращений, используя любые необходимые реагенты: а) этанол → 1,2-этандиол; б) 1-бутанол → 2-бутанол; в) 2-пропанол → 1-бромпропан; г) толуол → бензилметиловый эфир; д) уксусный альдегид → этилхлорид; е) пропен → аллилметиловый эфир.

Предложите схему получения трет-бутилового спирта из формальдегида и любых неорганических реагентов.

ФЕНОЛЫ

К фенолам относятся производные ароматических углеводородов, в которых гидроксильная группа соединена непосредственно с атомом углерода ароматического кольца. К этому классу соединений относится, прежде всего, гидроксибензол, чье тривиальное название фенол дало название всему классу гидроксильных производных ароматических углеводородов. Эти соединения не относят к спиртам, поскольку их строение и связанные с ним химические свойства фенолов отличают их от спиртов.

Наличие ароматического кольца в гидроксильном производном не является признаком фенола. Так, бензиловый спирт, в котором гидроксильная группа связана не с атомом углерода в бензольном кольце, а с группой СН₂, не является фенолом.