Что такое водородная связь какие свойства спиртов обусловлены ее образованием
Первые представители гомологического ряда спиртов – жидкости, высшие спирты – твердые вещества. Отсутствие газообразных спиртов объясняется способностью молекул к образованию межмолекулярных водородных связей. Первые представители спиртов (метанол, этанол, пропанол) смешиваются с водой в любых соотношениях за счет образования водородной связи с молекулами воды. С ростом молекулярной массы растворимость спиртов в воде резко падает. Высшие спирты практически нерастворимы в воде.
Низшие спирты обладают характерным алкогольным запахом, запах средних гомологов сильный и неприятный. Высшие спирты практически не имеют запаха, а третичные спирты обладают неприятным запахом плесени.
Спирты обладают аномально высокими температурами кипения по сравнению с алканами, тиолами простыми эфирами. Эти различия объясняются наличием межмолекулярных связей в молекулах спиртов.
Механизм образования межмолекулярных связей.
Атом кислорода в молекуле спирта обладает большой электроотрицательностью и оттягивает на себя электронную плотность от атома водорода. при этом на атоме водорода возникает δ+, а на атоме кислорода δ-. Поэтому атом водорода электростатически притягивается к атому кислорода другой молекулы и между ними возникает водородная связь. Молекулы связанные между собой водородными связями, образуют ассоциаты.
Образование ассоциатов как бы увеличивает массу спирта и понижает его летучесть. Для разрыва этих связей требуется дополнительная энергия, этим и объясняется высокие температуры кипения.
Наибольшую склонность к образованию водородных связей проявляют первичные спирты. Для вторичных и особенно третичных спиртов способность к ассоциации снижается, так как образованию водородных связей препятствуют разветвленные углеводородные радикалы.
Строение спиртов.
Строение молекулы спирта
СН-кислотный Nu центр
центр
СН3 ® СН2 ® О Н
Электрофильный Центр Кислотный
центр основности центр
Химические свойства спиртов обусловлены их электронным строением.
В молекуле спирта кислород как более электроотрицательный атом тянет на себя электронную плотность от углеводородного радикала и от водорода. при этом связь С – О и О – Н поляризуется и на атомах углерода и водорода возникают δ+, а на атоме кислорода δ-. Полярность связи О – Н определяет её склонность к гетеролитическому разрыву. Атом водорода становится более подвижным и способен отщепляться в виде Н+. Следовательно, спирты проявляют свойства ОН-кислот. В то же время у кислорода имеется неподелённая донорная электронная пара и спирты проявляют основные свойства. Поэтому можно сказать, что спирты являются амфотерными соединениями.
За счет поляризации связи С – О возможен гетеролитический разрыв и для спиртов возможны реакции нуклеофильного замещения (SN). Они, как правило, идут в кислой среде, т.к. протонирование атома кислорода увеличивает d+
Химические свойства
I. Кислотно-оснóвные свойства. Спирты – слабые амфотерные соединения.
1. Взаимодействие с натрием (кислотные свойства)
2С2H5–ОН + 2Nа ® 2 С2H5–ОNа + Н2
этилат натрия
Алкоголяты легко гидролизуются, что показывает – спирты более слабые кислоты, чем вода:
С2H5– ОNа + НОН ® С2H5–ОН + NаОН
2. Взаимодействие с сильной кислотой НС1 (основные свойства). Оснóвным центром в спиртах является атом О, обладающий неподелённой парой электронов. При действии на спирты сильными кислотами происходит присоединение Н+ к атому кислорода группы ОН и образуется неустойчивый алкилоксониевый ион:
Этилоксоний хлорид
II. Реакции SNпо гр. –ОН
Гр. -ОН является плохоуходящей группой (связь мало полярна), поэтому большинство реакций проводят в кислой среде. Механизм р-ции:
СН3-СН2-ОН + Н+ ® СН3-СН2- -Н ® СН3-СН2+ + Н2О
1. Взаимодействие с галогеноводородами:
Если реакция идет с галогеноводородами, то присоединяться будет галогенид-ион: СН3-СН2 — ОН + НСl ® СН3-СН2Сl + Н2О
2. Реакция алкилирования (введение алкила R в молекулу).
Заместить –ОН гр. на галоген можно при действии РСl3, РСl5 и SОСl2, например:
С2Н5ОН + РСl5 → С2Н5Сl + HCl + POCl3
С2Н5ОН + SOСl2 → С2Н5Сl + HCl + SO2
По такому механизму легче реагируют третичные спирты.
III. Реакции SЕ .
К ним относятся реакции взаимодействия спиртов с органическими и минеральными кислотами с образованием сложных эфиров:
1. Взаимодействие с уксусной кислотой.
С2H5 – О Н + Н О – СН3 – О – + Н2О
этиловый эфир уксусной кислоты
2.
С2H5 – О Н + Н О – NО2 С2H5 – О –NО2 + Н2О
Взаимодействие с азотной кислотой:
этилнитрат
IV. Реакции Е (отщепления, или элиминирования)
Эти реакции конкурируют с реакциями SN.
СН3-СН2-ОН + Н+ СН3-СН2- -Н СН3-СН2+
При избытке Н2SО4 и более высокой температуре, чем в случае реакции образования простых эфиров, идет регенерация катализатора и образуется алкен:
СН3-СН2+ + НSО4- ® СН2 = СН2 + Н2SО4
Легче идет реакция SE для третичных спиртов, труднее для вторичных и первичных, т.к. в последних случаях образуется менее стабильные катионы. В данных реакциях выполняется правило А. Зайцева: «При дегидратации спиртов атом Н отщепляется от соседнего атома С с меньшим содержанием атомов Н».
СН3-СН = СН -СН3
Бутанол-2 бутен — 2
В организме гр. –ОН превращается в легкоуходящую путем образования эфиров с Н3РО4:
СН3-СН2-ОН + НО–РО3Н2 СН3-СН2-ОРО3Н2
V. Реакции окисления
1. Первичные и вторичные спирты окисляются СuО, растворами КМnО4, К2Сr2О7 при нагревании с образованием соответствующих карбонилсодержащих соединений:
СН3-СН2- -ОН + О СН3-CH2- -ОН СН3-СН2- -Н
СН3 — — СН3 + О СН3- — СН3 СН3- СН3
Ацетон (кетон)
5CH3OH + 6KMnO4 + 9H2SO4 → 5CO2↑ + 6MnSO4 + K2SO4 + 19H2O
5C2H5OH + 4KMnO4 + 6H2SO4 → 5CH3COOH + 4MnSO4 + 2K2SO4 + 11H2O
Окисление спиртов под действием дихроматов натрия или калия является качественной реакцией. В результате взаимодействия спирт окисляется, а дихромат – ион восстанавливается до Cr+3, в результате чего оранжевое окрашивание переходит в сине-зеленое.
Cr2O72- + 14H+ + 6 ẻ → 2Cr3+ + 7H2O
оранжевый сине-зеленый
на холоду протекает реакция по уравнению:
3С2Н5ОН + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 → 3CH3COOH + 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 11H2O
При нагревании:
3С2Н5ОН + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → 3CH3COH + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 6H2O
2. Третичные спирты окисляются с трудом.
К реакциям окисления относятся и реакции дегидрирования:
СН3 — — ОН СН3 — = О + Н2
3. Спирты горят: С2Н6О + 2О2 → 2СО2 + 3Н2О
VI. По радикалу (R) протекают реакции, характерные для соответствующих углеводородов (УВ). В случае предельных – SR, непредельных – АN, ароматических – SЕ:
1. Реакции по α- углеродному атому с галогенами:
СН3-СН2-ОН + 3Вr2 СВr3-СН2-ОН + 3НВr
Этанол Нарколан
2. Реакции с галогенами в непредельных спиртах:
СН2 = СН-СН2-ОН + Вr2 СН2 Вr–СНВr–СН2ОН
Аллиловый спирт 2,3- Дибромпропанол
3. Реакции по ароматическому кольцу:
Бензиловый спирт n-Нитрофенилметанол
Многоатомные спирты
Многоатомные спирты можно рассматривать как производные углеводородов, в которых несколько атомов водорода замещены на группы ОН.
Двухатомные спирты, называются диолами или гликолями, трехатомные – триолы или глицерины.
Названия многоатомных спиртов образуются по общим правилам номенклатуры ИЮПАК. Представителями многоатомных спиртов являются:
этандиол-1,2 пропантриол-1,2,3
Этиленгликоль глицерин
Рис. а) этанол б) метанол
Спиртами называют соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп, непосредственно связанных с углеводородным радикалом.
I. Классификация спиртов
Спирты классифицируют по различным структурным признакам.
1. По числу гидроксильных групп
- одноатомные (одна группа -ОН): например, СH3 – OH метанол, CH3 – CH2 – OH этанол
- многоатомные (две и более групп -ОН).
Современное название многоатомных спиртов — полиолы (диолы, триолы и т.д). Примеры:
двухатомный спирт – этиленгликоль (этандиол): HO–СH2–CH2–OH
трехатомный спирт – глицерин (пропантриол-1,2,3): HO–СH2–СН(ОН)–CH2–OH
Двухатомные спирты с двумя ОН-группами при одном и том же атоме углерода R–CH(OH)2 неустойчивы и, отщепляя воду, сразу же превращаются в альдегиды R–CH=O. Спирты R–C(OH)3 не существуют.
2. В зависимости от того, с каким атомом углерода (первичным, вторичным или третичным) связана гидроксигруппа, различают спирты
- первичные R–CH2–OH,
- вторичные R2CH–OH,
- третичные R3C–OH
Например:
Интерактивная иллюстрация
В многоатомных спиртах различают первично-, вторично- и третичноспиртовые группы. Например, молекула трехатомного спирта глицерина содержит две первичноспиртовые (HO–СH2–) и одну вторичноспиртовую (-СН(ОН)–) группы.
3. По строению радикалов, связанных с атомом кислорода
- предельные (например, СH3 – CH2–OH)
- непредельные (CH2=CH–CH2–OH)
- ароматические (C6H5CH2–OH)
Непредельные спирты с ОН-группой при атоме углерода, соединенном с другим атомом двойной связью, очень неустойчивы и сразу же изомеризуются в альдегиды или кетоны.
Например, виниловый спирт CH2=CH–OH превращается в уксусный альдегид CH3–CH=O
II. Гомологический ряд предельных одноатомных спиртов
Предельные одноатомные спирты – кислородсодержащие органические вещества, производные предельных углеводородов, в которых один атом водорода замещён на функциональную группу (-OH)
Общая формула:
CnH2n+1OH или ROH или CnH2n+2O
Гомологический ряд:
Простейшие спирты | ||
Название | Формула | Модели |
Метиловый спирт | CH3-OH | |
Этиловый спирт | CH3CH2-OH | |
Спирты
Структурные формулы предельных одноатомных спиртов
III. Номенклатура спиртов
Систематические названия даются по названию углеводорода с добавлением суффикса -ол и цифры, указывающей положение гидроксигруппы (если это необходимо). Например:
Нумерация ведется от ближайшего к ОН-группе конца цепи.
Цифра, отражающая местоположение ОН-группы, в русском языке обычно ставится после суффикса «ол».
По другому способу (радикально-функциональная номенклатура) названия спиртов производят от названий радикалов с добавлением слова «спирт«. В соответствии с этим способом приведенные выше соединения называют: метиловый спирт, этиловый спирт, н-пропиловый спирт СН3-СН2-СН2-ОН, изопропиловый спирт СН3-СН(ОН)-СН3.
IV. Изомерия спиртов
1. Cтруктурная изомерия
1) Изомерия положения ОН-группы (начиная с С3)
Например:
2) Изомерия углеродного скелета (начиная с С4)
Например, формуле C4H9OH соответствует изомеры:
2. Межклассовая изомерия с простыми эфирами
Например,
этиловый спирт СН3CH2–OH и диметиловый эфир CH3–O–CH3
3. Пространственная изомерия – оптическая
Например, бутанол-2 СH3CH(OH)СH2CH3, в молекуле которого второй атом углерода (выделен цветом) связан с четырьмя различными заместителями, существует в форме двух оптических изомеров.
V. Строение спиртов
Строение самого простого спирта — метилового (метанола) — можно представить формулами:
Из электронной формулы видно, что кислород в молекуле спирта имеет две неподеленные электронные пары.
Свойства спиртов и фенолов определяются строением гидроксильной группы, характером ее химических связей, строением углеводородных радикалов и их взаимным влиянием.
Связи О–Н и С–О – полярные ковалентные. Это следует из различий в электроотрицательности кислорода (3,5), водорода (2,1) и углерода (2,4). Электронная плотность обеих связей смещена к более электроотрицательному атому кислорода:
Взаимное влияние атомов в молекуле этанола
Атому кислорода в спиртах свойственна sp3-гибридизация. В образовании его связей с атомами C и H участвуют две 2sp3-атомные орбитали, валентный угол C–О–H близок к тетраэдрическому (около 108°). Каждая из двух других 2 sp3-орбиталей кислорода занята неподеленной парой электронов.
Подвижность атома водорода в гидроксильной группе спирта несколько меньше, чем в воде. Более «кислым» в ряду одноатомных предельных спиртов будет метиловый (метанол).
Радикалы в молекуле спирта также играют определенную роль в проявлении кислотных свойств. Обычно углеводородные радикалы понижают кислотное свойства. Но если в них содержатся, электроноакцепторные группы, то кислотность спиртов заметно увеличивается. Например, спирт (СF3)3С—ОН за счет атомов фтора становится настолько кислым, что способен вытеснять угольную кислоту из ее солей.
VI. Физические свойства
МЕТАНОЛ (древесный спирт) – жидкость (tкип=64,5; tпл=-98; ρ = 0,793г/см3), с запахом алкоголя, хорошо растворяется в воде. Ядовит – вызывает слепоту, смерть наступает от паралича верхних дыхательных путей.
ЭТАНОЛ (винный спирт) – б/цв жидкость, с запахом спирта, хорошо смешивается с водой.
Первые представители гомологического ряда спиртов — жидкости, высшие — твердые вещества. Метанол и этанол смешиваются с водой в любых соотношениях. С ростом молекулярной массы растворимость спиртов в воде падает. Высшие спирты практически нерастворимы в воде.
Видео-опыт: “Физические свойства спиртов”
Особенности строения спиртов – спирты образуют водородные связи (обозначают точками) за счёт функциональной группы (-ОН)
а) Водородная связь между молекулами спиртов
б) Водородная связь между молекулами спирта и воды
Вывод:
1) В результате у всех спиртов более высокая температура кипения, чем у соответствующих углеводородов, например, Т. кип. этанола +78° С, а Т. кип. этана –88,63° С; Т. кип. бутанола и бутана соответственно +117,4° С и –0,5° С.
2) Способность спиртов образовывать межмолекулярные водородные связи не только влияет на их температуры кипения, но и увеличивает их растворимость в воде. Все алканы нерастворимы в воде, а низкомолекулярные спирты (метиловый, этиловый, н-пропиловый и изопропиловый) растворяются в воде неограниченно.
3) Отсутствие газов в гомологическом ряду предельных одноатомных спиртов.
VII. Физиологическое действие спиртов на организм человека
VIII. Тренажеры
Тренажер №1: “Изомерия предельных одноатомных спиртов”
Тренажер №2: “Классификация спиртов”
Тренажер №3: “Номенклатура предельных одноатомных спиртов”
ЦОРы
Интерактивная иллюстрация первичного, вторичного и третичного атома углерода
Видео-опыт: “Физические свойства спиртов”
Образование водородных связей между молекулами спирта
Фильм:“Физиологическое действие спиртов на организм человека”
Данный урок предназначен для самостоятельного изучения темы «Спирты. Классификация спиртов. Предельные одноатомные спирты: строение и номенклатура». Вы узнаете о том, что спиртами называют углеводороды, в которых один атом углеводорода (или несколько) замещен на гидроксил, о разновидностях спиртов, об их строении.
Названия спиртов (номенклатура ИЮПАК)
Спирты – производные углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода заменены на функциональную группу -OH (гидроксил):
R—OH
CH4 метан – СH3OH метиловый спирт
СН3-СН3 этан – CH3-CH2OH этиловый спирт
Названия спиртов (номенклатура ИЮПАК)
Название спирта образуется от названия предельного углеводорода с прибавлением окончания -ол. Например, СH3–OH – метанол, CH3–CH2–OH – этанол,
| CH3–CH2–CH2–OH | пропанол-1 |
| пропанол-2 |
Выбор главной цепи
1. Главная цепь включает гидроксил.
2. Главная цепь нумеруется так, чтобы атом углерода с гидроксилом получил наименьший номер.
4-метил-2-этилпентанол-1
Одноатомный спирт – спирт, молекула которого содержит одну гидроксильную группу. Пример: СН3-СН2-СН2ОН
Многоатомный спирт – спирт, молекула которого содержит две или более гидроксильные группы. Пример: СН2ОН-СН2-СН2ОН
Количество гидроксильных групп в молекуле отражается в названии частицами ди-, три-, тетра- и т. д., поставленными перед суффиксом -ол.
CH2OH–CHOH–CH2OH
пропантриол-1,2,3 (глицерин).
Физические свойства спиртов
1. Температуры плавления и кипения спиртов, так же как и углеводородов, увеличиваются с ростом числа атомов углерода в молекуле, но их значения у спиртов намного больше, чем у соответствующих алканов. См. Табл. 1.
Табл. 1. Физические свойства спиртов
Причина – водородные связи между молекулами спиртов:
2. Спирты растворимы в воде гораздо лучше углеводородов. Метиловый и этиловый спирты смешиваются с водой в любых соотношениях.
С увеличением углеводородного радикала растворимость в воде постепенно уменьшается. Табл. 2.
Табл. 2 Растворимость спиртов в воде.
Причина – высокая полярность спиртов, образование водородных связей между молекулами спиртов и воды:
3. Низшие спирты обладают характерным запахом.Например, кошачий запах связан с тем, что в этот запах основным компонентом входит изопропиловый спирт.
Рис. 1. Физические свойства некоторых спиртов. (Источник)
Почему спирты имеют высокие температуры кипения
На этом уроке вы изучили тему «Спирты. Классификация спиртов. Предельные одноатомные спирты: строение и номенклатура». Вы узнали о том, что спиртами называют углеводороды, в которых один атом углеводорода (или несколько) замещен на гидроксил, о разновидностях спиртов, об их строении.
Список литературы
1. Рудзитис Г.Е. Химия. Основы общей химии. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень / Г. Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – 14-е издание. – М.: Просвещение, 2012.
2. Химия. 10 класс. Профильный уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений/ В.В. Еремин, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин и др. – М.: Дрофа, 2008. – 463 с.
3. Химия. 11 класс. Профильный уровень: учеб. для общеобразоват. учреждений/ В.В. Еремин, Н.Е. Кузьменко, В.В. Лунин и др. – М.: Дрофа, 2010. – 462 с.
4. Хомченко Г.П., Хомченко И.Г. Сборник задач по химии для поступающих в вузы. – 4-е изд. – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2012. – 278 с.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
1. Органическая химия (Источник).
2. Химик (Источник).
Домашнее задание
1. №№ 3, 4 (с. 85) Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия: Органическая химия. 10 класс: учебник для общеобразовательных учреждений: базовый уровень/ Г. Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – 14-е издание. М.: Просвещение, 2012.
2. Напишите структурную формулу глицерина. Назовите его по номенклатуре ИЮПАК.
3. Напишите уравнения реакций сгорания этанола.
Анонимный вопрос · 27 февраля 2019
1,4 K
Водородная связь — это связь между водородом и наиболее электроотрицательным элементом.
Например: S, N, O.
Её можно обнаружить во вторичной структуре белка.
По отдельности водородные связи слабы, но за счёт того, что в белке они образуются в огромных количествах, суммарно их вклад в поддержание вторичной структуры очень велик.
Подготовила к ЕГЭ по химии 5000 учеников. С любого уровня до 100 в режиме… · vk.com/mendo_him
????Водордная связь????
✅Это связь,которая возникает между положительно заряженным атомом водорода и отрицательно заряженным атомом другой молекулы(этот атом должен быть более электроотрицательным)
✅Водородная связь бывает двух типов:
-Межмолекулярная
-Внутримолекулярная
✅Межмолекулярная.Атомы ,которые способны к образованию этой связи:N,O,F
Эта связь возникает между… Читать далее
Почему ртуть, в отличие от всех металлов, в том числе и соседей по таблице Менделеева, жидкая?
Главный редактор издания «Популярный университет», химик по образованию… · popuni.ru
Ртуть — один из самых интересных металлов, который достаточно давно занимает умы ученых. Неспростра в древности алхимики считали ее составной частью всех металлов, а медики назначали пить ртуть от заворот кишок. Этот металл, в отличие от всех, при комнатной температуре находится в жидком состоянии. Ключевое в этом предложении — «при комнтаной температуре». Ртуть также бывает и жидкая и газообразная, как и все металлы. Однако при комнатной температуре (20-25°C) она жидкая, что позволяет использовать ее для измерения температуры, например.
Температуры плавления и кипения материалов определяются их внутренней структурой. Во многом эти показатели зависят от силы связей между молекулами (или атомами в случае ртути), а также расстояния между ними. Атомы ртути не могут в достаточной степени воздействовать друг на друга, чтобы индуцировать образование связи между ними. Из-за этого элемент №80 не может при комнатной температуре выстроить стабильную кристаллическую решетку и оказывается в жидком состоянии.
Ртуть, однако, может перейти и в пар, благодаря тому, что связи между атомами в жидком состоянии слабы и могут порваться, давая атомам свободу уйти в газовую фазу. А пары ртути очень ядовиты! Поэтому, если вы разбили градусник, ртуть нужно срочно удалить, либо аккуратно собрав ее частицы (что довольно трудно), либо нейтрализовав ее марганцовкой или хлорсодержащими отбеливателями.
Прочитать ещё 37 ответов
Откуда взялся первоначальный водород во Вселенной?
Пролетая по своим электронным делам в мрачной пустоте космоса отрицательно заряженный из-за жизненных неурядиц Электрон заметил одинокую, но довольно симпатичную и всю из себя положительную частицу по имени Протон. Замедлил свой полет и решил присмотреться повнимательней на нее со всех сторон. Так и остался вращаться вокруг нее. Разноименные частицы притягиваются. Так и появилась первая семья — Протон+Электрон, вполне себе устойчивая по имени Водород.
Чем водород полезен для человеческого организма помимо того, что он в виде воды входит в состав жидкостей, хмельных, питательных, иногда и тех и других?
Биологическое значение водорода определяется тем, что он входит в состав молекул воды и всех важнейших групп природных соединений, в том числе полипептидов, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов. Примерно 10% массы живых организмов приходится на водород, а по числу атомов 50% (водород, кстати, самый распространённый элемент в нашей вселенной). Способность водорода образовывать «водородные связи» играет решающую роль в поддержании пространственной четвертичной структуры белков, а также в осуществлении принципа комплиментарности при построении нуклеиновых кислот (возможность формирования А-Т и Г-Ц комплексов (для РНК А-У)). Водород (йон Н+) принимает участие в важнейших динамических процессах и реакциях в организме — в биологическом окислении, обеспечивающем живые клетки энергией, в фотосинтезе у растений, в реакциях биосинтеза, в азотфиксации и бактериальном фотосинтезе, в поддержании кислотно-щелочного баланса и гомеостаза, в процессах трансмембранного транспорта. Таким образом, наряду с кислородом (O), углеродом (C) и азотом (N), водород (все четыре элемента являются органогенами) образует структурную основу такого явления, как жизнь. Вопрос же о «пользе» не совсем корректен, право.
В чём отличие водородной бомбы от атомной?
Специалист широкого, но не очень глубокого профиля.
А ещё люблю читать книжки…
В ядерной бомбе используется энергия ядерного распада, т.е. цепной реакции деления урана-235 или плутония-239. В водородной (она же термоядерная) — энергия ядерного синтеза, слияния ядер тяжёлого и сверхтяжёлого водорода (дейтерия и трития) с образованием гелия. Вторая реакция позволяет получить больше энергии, но и запустить её труднее.