Одно и многоатомные спирты

Одно- и многоатомные спирты

Алифатические спирты - это соединения, содержащие гидроксильную группу (-ОН), связанную с sp³ -гибридизованным атомом углерода. Спирты можно разделить на три большие группы: простые спирты, стерины и углеводы. Рассмотрим простые спирты, с общей формулой C_n H_{2 n +1} OH.

методы получения спиртов

1. Гидролиз галогеналканов в водных растворах щелочей

Реакция замещения галогена на ОН-группу протекает по механизму нуклеофильного замещения S_N . В зависимости от строения субстрата замещение протекает по S_{N 1} (мономолекулярное замещение):

или S_{N 2} (бимолекулярное):

Атакующий агент – анионы (SH ^- , OН ^- , I ^- , Br ^- , С l ^- , F ^- , RO ^- , CH₃ COO ^- , ONO₂ ^- ) или молекула (ROH, HOH, NH₃ , RNH₂ ). По увеличению реакционной способности анионы располагаются в следующий ряд:

HS ^- , RS ^- > I ^- > Br ^- > RO ^- > Cl ^- > CH₃ COO ^- > ONO₂ ^-

Анионы более сильные нуклеофилы, чем сопряженные кислоты:

OH ^- > HOH, RS ^- > RSH, RO ^- > ROH, Cl ^- >HCl

Нуклеофил – атом (или частица), который может отдать пару электронов любому элементу, кроме водорода. Механизм бимолекулярного нуклеофильного замещения (S_{N 2} ) включает образование промежуточного комплекса.

Представленная реакция является реакцией замещения, так как нуклеофил (ОН ^- ) вытесняет уходящую группу (I^- ).

Механизм мономолекулярного нуклеофильного замещения (S_{N 1} ) состоит из двух стадий:

Реакции замещения по механизму S_{N 1} в тех случаях, когда образуется стабильный катион. Первичные галогеналканы реагируют по механизму S_{N 2} , а третичные - по механизму S_{N 1.}

2. Гидратация алкенов.

Присоединение воды к алкену протекает в присутствии кислотных катализаторов (H₂ SO₄ , H₃ PO₄ , оксид алюминия и другие носители, обработанные кислотами).

Реакция протекает по карбоний-ионному механизму:

3. Восстановление карбонильных соединений (кетонов и альдегидов)

Альдегиды и кетоны легко восстанавливаются водородом в присутствии катализаторов (например, Ni, Pd, Pt) в соответствующие первичные и вторичные спирты:

CH₃ -CH₂ -COH + H₂ ® CH₃ -CH₂ -CH₂ -OH

пропионовый альдегид пропанол-1

циклогексанон циклогексанол

Для восстановления карбонильной группы используются комплексные гидриды металлов - борогидрид натрия NaBH₄ (растворитель - вода, этанол) или алюмогидрид лития LiAlH₄ (растворитель - абсолютный эфир):

CH₃ COCH₃ + LiAlH₄ ® (CH₃ )₂ -CHOH

CH₃ -CHO + NaBH₄ ® CH₃ -CH₂ -OH

Сложные эфиры также восстанавливаются алюмогидридом лития, причем оба фрагмента эфира превращаются в спирты:

4. Синтезы спиртов с использованием реактивов Гриньяра.

RMgHal + H₂ C=O (формальдегид) ® RCH₂ O ^- Mg⁺ Hal + H₂ O ® R-CH₂ -OH

RMgHal + R’HC=O (альдегид) ® R( R’)CHO ^- Mg⁺ Hal + H₂ O ® R(R’)CH-OH

RMgHal + (R’)₂ C=O (кетон) ® R( R’)₂ CO ^- Mg⁺ Hal + H₂ O ® R(R’)₂ C-OH

По механизму это реакция нуклеофильного присоединения к карбонильной группе.

Промышленные методы получения спиртов.

1. Окисление алканов (синтез спиртов С₁₀ -С₂₀ ).

3 RCH₂ -OH + B(OH)₃ « B(OHC₂ R)₃ + 3 H₂ O

2. Гидратация алкенов .

R-CH=CH₂ + H₂ O « R-CH (OH)-CH₃

CH₂ =CH₂ + H₂ O ® CH₃ CH₂ OH

из пропилена и н-бутилена - изопропиловый и н-бутиловый спирты:

CH₃ -CH=CH₂ + H₂ O ® CH₃ -CH (OH)-CH₃

CH₃ -CH₂ -CH=CH₂ + H₂ O ® CH₃ -CH₂ -CH (OH)-CH₃

а из изобутилена - трет-бутиловый спирт:

(CH₃ )₂ C=CH₂ + H₂ O ® (CH₃ )₃ C-OH

Электрофильный механизм гидратации определяет уже отмеченное выше направление присоединения (правило марковникова), а также изменение реакционной способности алкенов в ряду, определяемом сравнительной стабильностью образующихся карбокатионов:

(CH₃