- Склад первинного спирту
- Властивості
- Кислотність
- pKa
- Хімічні реакції
- Утворення алкільних галогенідів
- Окислення первинних спиртів
- Утворення ефірів
- Утворення органічних ефірів
- Зневоднення
- Номенклатура
- Приклади
- Список літератури
Первинний спирт є той , в якому гідроксильна група приєднана до первинного вуглецю; тобто вуглець, ковалентно приєднаний до іншого вуглецю та водню. Загальною його формулою є ROH, конкретно RCH 2 OH, оскільки існує лише одна алкільна група R.
Група R формули RCH 2 OH може бути будь-якою: ланцюгом, кільцем або гетероатомами. Якщо мова йде про ланцюжок, короткий або довгий, він знаходиться перед самими репрезентативними первинними спиртами; серед них метанол та етанол, два з найбільш синтезованих на промисловому рівні.
Пивна банка - Приклад водного розчину етилового спирту, первинного спирту, в органічній матриці. Джерело: Енґін Акюрт через Pexels.
Фізично вони схожі на інші спирти, і їх температура кипіння або плавлення залежить від ступеня їх розгалуження; але хімічно вони найбільш реактивні. Крім того, його кислотність вища, ніж у вторинних та третинних спиртів.
Первинні спирти проходять реакції окислення, перетворюючись на велику кількість органічних сполук: складні ефіри та ефіри, альдегіди та карбонові кислоти. Так само вони можуть зазнавати реакцій зневоднення, перетворюючись на алкени або олефіни.
Склад первинного спирту
Первинні спирти, отримані з лінійних алканів, є найбільш репрезентативними. Однак насправді будь-яку структуру, лінійну чи розгалужену, можна класифікувати в межах цього типу алкоголю до тих пір, поки група ОН пов'язана з CH 2 .
Отже, структурно всі вони мають присутність групи -CH 2 OH, яка називається метилолом. Характерним та наслідком цього факту є те, що група ОН менш перешкоджає; тобто він може взаємодіяти з навколишнім середовищем без просторових втручань з боку інших атомів.
Так само менш гальмуваний ОН означає, що атом вуглецю, який його несе, атом СН 2 , може проходити реакції заміщення через механізм SN 2 (бімолекулярний, без утворення карбокації).
З іншого боку, ОН із більшою свободою взаємодії із середовищем перетворюється на більш сильні міжмолекулярні взаємодії (водневими зв’язками), що, у свою чергу, збільшує температури плавлення чи кипіння.
Те саме відбувається з його розчинністю у полярних розчинниках, доки група R не є дуже гідрофобною.
Властивості
Кислотність
Первинні спирти є найбільш кислими. Щоб алкоголь поводився як Бранстедова кислота, він повинен здавати іон Н + на середовище, скажімо, воду, щоб стати аніоном алкоксиду:
ROH + H 2 O <=> RO - + H 3 O +
Від'ємний заряд RO - , зокрема, RCH 2 O - , менше відштовхується електронами в двох зв’язках СН, ніж електронами, що знаходяться в зв'язці CR.
Потім алкільна група зазнає найбільшого відштовхування, дестабілізуючи RCH 2 O - ; але не настільки порівняно з тим, якби було дві або три групи R, як це відбувається відповідно з вторинними та третинними спиртами.
Інший спосіб пояснити більш високу кислотність первинного спирту - за допомогою різниці електронегативності, створюючи дипольний момент: H 2 C δ + -O δ- H. Кисень притягує електронну щільність як від CH 2, так і від H; позитивний частковий заряд вуглецю дещо відштовхує цей водень.
Група R передає трохи своєї електронної щільності до CH 2 , що сприяє зменшенню її позитивного часткового заряду, а отже, і відторгненню від заряду водню. Чим більше R груп існує, тим менша відштовхуваність, а отже, і тенденція H до вивільнення як H + .
pKa
Первинні спирти вважаються слабшими кислотами, ніж вода, за винятком метилового спирту, який трохи міцніший. РКа метилового спирту становить 15,2; і рКа етилового спирту становить 16,0. Тим часом, pKa води становить 15,7.
Однак вода, яка вважається слабкою кислотою, як спирти, може зв’язуватися з Н +, щоб перетворитись в іон гідронію, H 3 O + ; тобто він поводиться як база.
Таким же чином, первинні спирти можуть поглинати водень; особливо в деяких власних реакціях, наприклад, в його перетворенні в алкени або олефіни.
Хімічні реакції
Утворення алкільних галогенідів
Спирти реагують з галогенідами водню з утворенням алкільних галогенідів. Реактивність спиртів до галогенідів водню зменшується в такому порядку:
Третинний алкоголь> вторинний алкоголь> первинний алкоголь
ROH + HX => RX + H 2 O
RX являє собою первинний галогенід алкілу (CH 3 Cl, CH 3 CH 2 Br та ін.).
Інший спосіб приготування алкільних галогенідів полягає в реакції тионилхлорида, синтетичного реагенту, з первинним спиртом, який перетворюється на алкилхлорид. Для реакції тионілхлориду (SOCl 2 ) необхідна наявність піридину.
CH 3 (CH 2 ) 3 CH 2 OH + SOCl 2 => CH 3 (CH 2 ) 3 CH 2 Cl + SO 2 + HCl
Ця реакція відповідає галогенуванню 1-пентанолу з перетворенням 1-хлорпентану в присутності піридину.
Окислення первинних спиртів
Спирти можуть бути окислені до альдегідів та карбонових кислот, залежно від реагенту. Хлорохромат піридінію (PCC) окислює первинний спирт до альдегіду, використовуючи в якості розчинника дихлорметан (CH 2 Cl 2 ):
CH 3 (CH 2 ) 5 CH 2 OH => CH 3 (CH 2 ) 5 COH
Це окислення 1-гептанолу до 1-гептаналу.
Тим часом перманганат калію (KMnO 4 ) спочатку окислює спирт до альдегіду, а потім окислює альдегід до карбонової кислоти. Під час використання перманганату калію для окислення спиртів слід уникати розриву зв’язку між вуглецями 3 та 4.
CH 3 (CH 2 ) 4 CH 2 OH => CH 3 (CH 2 ) 4 COOH
Це окислення 1-гексанолу до гексанової кислоти.
За цим методом важко отримати альдегід, оскільки він легко окислюється до карбонової кислоти. Аналогічна ситуація спостерігається, коли хромову кислоту використовують для окислення спиртів.
Утворення ефірів
Первинні спирти можуть бути перетворені в ефіри при нагріванні в присутності каталізатора, як правило, сірчаної кислоти:
2 RCH 2 OH => RCH 2 OCH 2 R + H 2 O
Утворення органічних ефірів
Конденсація спирту та карбонової кислоти, етерифікація Фішера, каталізується кислотою, утворює ефір та воду:
R'OH + RCOOH <=> RCOOR '+ H 2 O
Добре відома реакція етанолу з оцтовою кислотою з отриманням етилацетату:
CH 3 CH 2 OH + CH 3 COOH <=> CH 3 COOHCH 2 CH 3 + H 2 O
Первинний алкоголь є найбільш чутливим до реакцій етерифікації Фішера.
Зневоднення
При високій температурі і в кислому середовищі, як правило, сірчана кислота, спирти зневоднюються, утворюючи алкени при втраті молекули води.
CH 3 CH 2 OH => H 2 C = CH 2 + H 2 O
Це реакція дегідратації етанолу до етилену. Більш підходящою загальною формулою для такого типу реакції, зокрема для первинного алкоголю, була б:
RCH 2 OH => R = CH 2 (що також дорівнює RC = CH 2 )
Номенклатура
Приклад первинного алкоголю. Джерело: Габріель Болівар.
Правила найменування первинного алкоголю такі ж, як і для інших спиртів; за винятком того, що іноді не потрібно перераховувати вуглець, що містить ОН.
На верхньому зображенні розташований семивуглецевий головний ланцюг. Вуглецю, зв’язаному з ОН, присвоюється число 1, а потім він починає рахувати зліва направо. Тому його назва IUPAC: 3,3-діетилгептанол.
Зауважте, що це приклад сильно розгалуженого первинного алкоголю.
Приклади
Нарешті, деякі первинні спирти згадуються на основі їх традиційної та систематизованої номенклатури:
-Метил, CH 3 OH
-Етил, CH 3 CH 2 OH
-n-пропіл, CH 3 CH 2 CH 2 OH
-n-гексил, CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH
Це похідні лінійних алканів. Інші приклади:
-2-фенілетанол, C 6 H 5 CH 2 CH 2 OH (C 6 H 5 = бензольне кільце)
-2-пропен-1-ол (алліловий спирт), CH 2 = CHCH 2 OH
-1,2-етандіол, CH 2 OHCH 2 OH
-2-хлорэтанол (етиленхлоргідрин), ClCH 2 CH 2 OH
-2-бутен-1-ол (кротиловий спирт), CH 3 CH = CHCH 2 OH
Список літератури
- Моррісон, RT та Бойд, Р.Н. (1987). Органічна хімія. (5 та видання). Аддісон-Уеслі Ібероамерикана
- Кері, ФА (2008). Органічна хімія. (6 та видання). McGraw-Hill, Interamerica, Editores SA
- Мел Наук. (2019). Як відбувається окислення первинних спиртів. Відновлено з: melscience.com
- Королівське хімічне товариство. (2019). Визначення: первинні спирти. Відновлено: rsc.org
- Крісс Е. Макдональд. (2000). Окислення первинних спиртів до ефірів: три споріднені дослідницькі експерименти. J. Chem. Educ., 2000, 77 (6), p 750. DOI: 10.1021 / ed077p750