Хімічні властивості спиртів: повне й часткове окиснення, дегідратація, взаємодія з лужними металами, гідрогенгалогенідами

II Семестр

Тема 4. ОКСИГЕНОВМІСНІ ОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ

Урок 30

Тема уроку. Хімічні властивості спиртів: повне й часткове окиснення, дегідратація, взаємодія з лужними металами, гідрогенгалогенідами

Цілі уроку: вивчити хімічні властивості спиртів на прикладі насичених одноатомних спиртів – їх повного окиснення, взаємодії з металевим натрієм, гідроген хлоридом; показати зв’язок хімічних властивостей спиртів з наявністю функціональної гідроксильної групи; розвивати вміння й навички складати хімічні рівняння

на прикладі хімічних властивостей насичених одноатомних спиртів.

Тип уроку: комбінований урок засвоєння знань, умінь і навичок і творчого застосування їх на практиці.

Форми роботи: навчальна лекція, демонстраційний експеримент, самостійна робота.

Демонстрація 2. Взаємодія етанолу з натрієм.

Демонстрація 3. Взаємодія етанолу з гідроген бромідом.

ХІД УРОКУ

I. Організація класу

II. Перевірка домашнього завдання.

Мотивація навчальної діяльності

Біля дошки учні повторюють особливості будови спиртів, зумовлені наявністю ОН-групи.

¦ Чи відрізнятимуться властивості спиртів

і вуглеводнів? Чому?

¦ Яка група атомів визначає фізичні й хімічні властивості спиртів: вуглеводневий радикал чи гідроксильна група? Чому?

III. Вивчення нового матеріалу

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ СПИРТІВ

1. Вступне слово вчителя

Спирти – речовини нейтральні. Незважаючи на наявність гідроксильної групи, спирти не змінюють забарвлення індикаторів, не вступають у хімічні реакції з водними розчинами лугів і розведених кислот. Лабораторні спиртівки заповнюють 98%-м спиртом. Який висновок можна зробити про горючість спиртів?

2. Хімічні властивості спиртів

У хімічних реакціях гідроксисполук можливе руйнування одного з двох зв’язків:

– C – OH з відщепленням ОН-групи;

– O – H з відщепленням Гідрогену.

Це можуть бути реакції заміщення, у яких відбувається заміна – OH або Н, або реакція відщеплення (елімінування), коли утворюється подвійний зв’язок.

Полярний характер зв’язків C – O й O – H сприяє гетеролітич – ному їх розриву й перебігу реакцій за іонним механізмом. У разі розриву зв’язку O – H з відщепленням протона H+ проявляються кислотні властивості гідроксисполуки, а у випадку розриву зв’язку C – O – властивості основи й нуклеофільного реагенту.

Реакції за зв’язком О-Н

До найбільш характерних реакцій гідроксисполук, що відбуваються з розривом зв’язку O – H, належать такі:

– реакції заміщення атома Гідрогену на метал (кислотні властивості);

– реакції заміщення атома Гідрогену на залишок кислоти (утворення естерів);

– реакції виділення водню в процесі окиснення й дегідрування. Легкість перебігу цих реакцій і будова продуктів, що утворюються, залежать від будови вуглеводневого радикала та взаємного впливу атомів.

Кислотні властивості спиртів

Одноатомні спирти реагують з активними металами (Na, K, Mg, Al та ін.), утворюючи солі – алкоголяти.

Демонстрація 2. Взаємодія етанолу з натрієм

2R – OH + 2Na 2RO – Na + H2

Запишіть рівняння реакції взаємодії етанолу з калієм:

2C2H5OH + 2K 2C2H5O – K + H2

*Алкоголяти під дією води повністю гідролізуються з виділенням спирту й гідроксиду металу:

C2H5KR + H2O C2H5OH + KOH

*Спирти – слабші кислоти, ніж вода, оскільки алкільний радикал збільшує електронну густину на атомі Оксигену та зменшує полярність зв’язку O – H. Тому в результаті взаємодії спиртів з лугами алкоголяти практично не утворюються:

C2H5OH + NaOH? C2H5ONa + H2O

(Рівновага цієї реакції зміщена ліворуч, оскільки солі спиртів у воді гідролізуються.)

Кислотність одноатомних спиртів зменшується в ряду:

CH3OH первинний вторинний третинний.

Утворення естерів

Спирти вступають у реакції з мінеральними й органічними кислотами, утворюючи естери. Реакція є оборотною (зворотний процес – гідроліз естерів).

Реакційна здатність одноатомних спиртів у цих реакціях зменшується від первинних до третинних.

Окиснення

Часто використовуються окисники KMNO4, (K2Cr2O7 + H2SO4), (O2 + каталізатор). Легкість окиснення спиртів зменшується в ряду:

Первинні > вторинні >> третинні.

Первинні спирти внаслідок окиснення утворюють альдегіди, які потім легко окислюються до карбонових кислот.

У результаті окиснення вторинних спиртів утворюються кетони.

Третинні спирти більш стійкі до дії окисників. Вони окислюються лише за жорстких умов (кисле середовище, підвищена температура), що призводить до руйнування карбонового скелета молекули й утворення суміші продуктів (карбонових кислот і кетонів з меншою молекулярною масою).

Граничне окиснення спиртів до CO2 і H2O відбувається в результаті їх горіння, наприклад:

2CH3 + 3O2 2CO2 + 4H2O

Повне окиснення метанолу відбувається за схемою:

У процесі згоряння спиртів виділяється велика кількість тепла.

C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O +1370 кДж

Через високу екзотермічність реакції горіння етанолу його вважають перспективним і екологічно чистим замінником бензинового палива у двигунах внутрішнього згоряння. У лабораторній практиці етанол застосовується як пальне для спиртівок.

Реакції заміщення ОН-групи

Заміщення гідроксилу – ОН на галоген відбувається в реакції спиртів з галогеноводнями в присутності каталізатора – сильної мінеральної кислоти (наприклад, концентрованої H2SO4). При цьому спирти проявляють властивості слабких основ.

Демонстрація 3. Взаємодія етанолу з гідроген бромідом

Ця реакція є одним зі способів одержання галогеноводнів.

Реакції дегідратації спиртів

Відщеплення води від молекул спирту (дегідратація спиртів) залежно від умов відбувається як внутрішньо-молекулярна або міжмолекулярна реакція.

1. Внутрішньо-молекулярна дегідратація спиртів з утворенням алкенів перебігає в присутності концентрованої сульфатної кислоти за підвищеної температури.

У тих випадках, коли можливі два напрями реакції, наприклад:

Дегідратація відбувається переважно в напрямі I, тобто за правилом Зайцева – з утворенням більш заміщеного алкену (водень відщеплюється від менш гідрогенізованого атома Карбону).

2. Міжмолекулярна дегідратація спиртів з утворенням етерів відбувається за більш низької температури, ніж внутрішньо-молекулярна реакція:

3. Одержання спиртів

1) У промисловості

Метанол синтезують із синтезу-газу на каталізаторі (Zn, Сu) за температури 250 °С і тиску 510 МПа:

CO + 2H2 CH3OH

Раніше метанол одержували шляхом сухої перегонки деревини без доступу повітря.

Етанол одержують:

– гідратацією етилену (H3PO4, 280 °С, 8 МПа):

CH2 = CH2 + H2O CH3 – CH2 – OH

– бродіння крохмалю (або целюлози):

(Джерело крохмалю – зерно, картопля)

2) У лабораторії

– Гідратація алкенів (відповідно до правила Марковнікова):

– Гідроліз галогенопохідних вуглеводнів:

CH3 – CH2 – Br + H2O CH3 – CH2 – OH + HBr

IV. Творче застосування одержаних знань

Складіть рівняння:

А) взаємодії 1-бутанолу з металевим натрієм і кальцієм;

Б) молекулярної дегідратації 2-пропанолу;

В) взаємодії 2-бутанолу з гідроген бромідом;

Г) внутрішньомолекулярної дегідратації 1-пентанолу;

Д) одержання пропанолу з 2-хлорпропану;

Е) одержання 1-пентанолу з 1-пентену.

V. оцінювання роботи учнів на уроці

VI. Домашнє завдання

Опрацювати матеріал параграфа, відповісти на запитання до нього, виконати вправи.

Творче завдання: підготувати повідомлення (презентації) про застосування спиртів.