Химия · 10 класс4 четвертьТема 10Лабораторная работаГОСО РК 2026Базовый

Спирты и фенолы: водородная связь, кислотно-основные свойства, качественные реакции

Спирты и фенолы: водородная связь, кислотно-основные свойства, качественные реакции

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы2 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ4 четвертьдескрипторы ГОСО

Спирты — органические соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп –OH, соединенных с алифатическим углеводородным радикалом: R–OH.

По числу гидроксогрупп спирты делят на:

• Одноатомные: метанол CH₃OH, этанол C₂H₅OH, пропанол C₃H₇OH;

• Двухатомные (гликоли): этиленгликоль (этандиол-1,2) CH₂(OH)–CH₂(OH) (компонент антифризов «Тосол»);

• Трехатомные: глицерин (пропантриол-1,2,3) CH₂(OH)–CH(OH)–CH₂(OH) (вязкая сладкая жидкость, сырье для косметики и нитроглицерина).

Физические свойства спиртов определяются образованием межмолекулярных водородных связей R–O–H···O(H)–R. Благодаря им метанол и этанол являются высококипящими жидкостями (этанол кипит при +78.3 °C, тогда как изомерный диметиловый эфир CH₃–O–CH₃ — газ с t кип = -24 °C), неограниченно смешивающимися с водой.

Схема: Одноатомные и многоатомные спирты, фенолы и водородная связь

Векторная схема
СПИРТЫ (-OH)R — OHГидроксильная группаАЛЬДЕГИДЫ (-CHO)R — CH=OКарбонильная группаКАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫR — COOHКарбоксильная группаСЛОЖНЫЕ ЭФИРЫR — COO — R'ЭтерификацияАМИНЫ (-NH₂)R — NH₂Органические основанияАМИНОКИСЛОТЫH₂N-CH(R)-COOHПептидная связь: -CO-NH-
Межмолекулярная водородная связь (высокие tкип); качественная реакция на многоатомные спирты (Cu(OH)₂ → ярко-синий раствор хелата) и фенол (FeCl₃ → фиолетовый).
Функциональная группа

Гидроксил –OH

Полярная группа, обусловливающая растворимость спиртов в воде и высокую температуру кипения.
Многоатомный спирт

Глицерин

Трехатомный спирт пропантриол-1,2,3 с плотностью 1.26 г/см³ и высокой гигроскопичностью.

Токсичность метанола

Метанол CH₃OH — смертельный яд! Прием внутрь всего 10 мл вызывает необратимую слепоту из-за поражения зрительного нерва формальдегидом, а 30 мл — летальный исход.

Шаг 1
Определение атомности спирта
Подсчитать число групп –OH в структурной формуле (моно-, ди-, триол).
Шаг 2
Определение типа атома углерода
Первичный (R–CH₂OH), вторичный (R₂CHOH) или третичный (R₃COH).
Шаг 3
Номенклатура
Назвать алкан главной цепи и добавить суффикс -ол с номером локанта (пропанол-2).
Ассоциация молекул этанола водородными связями
⋯O(C2H5) ⁣−H⋯O(C2H5) ⁣−H⋯O(C2H5) ⁣−H⋯\cdots\text{O}(\text{C}_2\text{H}_5)\!-\text{H} \cdots \text{O}(\text{C}_2\text{H}_5)\!-\text{H} \cdots \text{O}(\text{C}_2\text{H}_5)\!-\text{H}\cdots
Энергия водородной связи O–H···O составляет около 20–25 кДж/моль.

Спирты проявляют амфотерные свойства со слабой кислотностью (слабее воды!):

1. Взаимодействие со щелочными металлами (образование алкоголятов и выделение водорода):

2C₂H₅OH + 2Na → 2C₂H₅ONa (этилат натрия) + H₂↑. (Со щелочами одноатомные спирты НЕ РЕАГИРУЮТ!).

2. Реакция замещения гидроксила на галоген (с галогеноводородами):

C₂H₅OH + HBr ⇄ C₂H₅Br + H₂O (катализатор H₂SO₄).

3. Реакции дегидратации (отщепления воды под действием концентрированной H₂SO₄):

• Внутримолекулярная дегидратация (t > 140 °C, правило Зайцева): образуются алкены:

CH₃–CH(OH)–CH₃ -t,H₂SO₄-> CH₃–CH=CH₂ + H₂O;

• Межмолекулярная дегидратация (t < 140 °C, избыток спирта): образуются простые эфиры:

2C₂H₅OH -t<140°C,H₂SO₄-> C₂H₅–O–C₂H₅ (диэтиловый медицинский эфир) + H₂O.

4. Окисление: первичные спирты окисляются в альдегиды (R–CH₂OH -> R–CHO), вторичные — в кетоны (R₂CHOH -> R₂C=O), третичные спирты окисляются только с разрывом цепи C–C.

Температурная развилка

Дегидратация спиртов

Выше 140 °C — алкен (этилен); Ниже 140 °C — простой эфир (диэтиловый эфир).
Региоселективность отщепления

Правило Зайцева

Водород отщепляется от наименее гидрогенизированного атома углерода (соседнего с –OH).

Правило Зайцева (1875 г.)

При дегидратации бутанола-2 главным продуктом является бутен-2 (85%), а не бутен-1.

Шаг 1
Анализ температуры реакции
Если t > 140 °C — внутримолекулярное отщепление; если t < 140 °C — простой эфир.
Шаг 2
Применение правила Зайцева
Оторвать водород от соседнего CH или CH₂ (где меньше водорода).
Шаг 3
Проверка окисления
Окисление хромовой смесью первичных спиртов дает альдегиды, вторичных — кетоны.
Окисление этанола оксидом меди(II)
C2H5OH+CuO→t∘CH3 ⁣−CHO+Cu↓+H2O\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + \text{CuO} \xrightarrow{t^{\circ}} \text{CH}_3\!-\text{CHO} + \text{Cu}\downarrow + \text{H}_2\text{O}
Черный порошок CuO восстанавливается до розовой металлической меди, ощущается запах зеленых яблок (ацетальдегид).

Фенол (карболовая кислота) C₆H₅OH — ароматическое гидроксильное соединение, в котором группа –OH соединена непосредственно с бензольным кольцом.

Взаимное влияние атомов в молекуле фенола:

1. Неподеленная электронная пара кислорода вступает в сопряжение с π-электронным секстетом бензольного кольца (+M-эффект). Вследствие этого связь O–H сильно поляризуется, и протон H⁺ легко отщепляется. Поэтому фенол проявляет выраженные кислотные свойства (pKa = 9.98, в миллион раз сильнее этанола!) и легко реагирует со щелочами с образованием фенолятов:

C₆H₅OH + NaOH ⇄ C₆H₅ONa (фенолят натрия) + H₂O.

2. В свою очередь бензольное кольцо под влиянием гидроксила активируется в положениях 2, 4, 6, поэтому фенол легко нитруется и бромируется без всяких катализаторов!

Качественные реакции на спирты и фенолы:

• Качественная реакция на многоатомные спирты (этиленгликоль, глицерин): взаимодействие со свежеосажденным голубым гидроксидом меди(II) Cu(OH)₂ в щелочной среде — осадок растворяется с образованием прозрачного хелатного раствора васильково-синего цвета (глицерат меди(II));

• Качественная реакция на фенол: добавление раствора хлорида железа(III) FeCl₃ вызывает появление интенсивного фиолетового окрашивания комплексного фенолята железа(III).

Карболовая кислота

Фенол C₆H₅OH

Слабая кислота, образующая феноляты со щелочами и трибромфенол с бромной водой.
Хелатный комплекс

Качественная реакция на глицерин

Растворение Cu(OH)₂ с образованием васильково-синего глицерата меди(II).

Карболка Листера

В 1867 г. Джозеф Листер впервые применил карболовую кислоту (фенол) в качестве антисептика в хирургии, снизив смертность от раневых инфекций в разы.

Шаг 1
Тест на многоатомный спирт
Добавить свежий Cu(OH)₂: появление ярко-синей окраски раствора доказывает гликоль или глицерин.
Шаг 2
Тест на фенол с FeCl₃
Прилить каплю FeCl₃: появление темно-фиолетового цвета подтверждает фенольную группу.
Шаг 3
Тест с бромной водой
Приливание бромной воды к фенолу дает мгновенный белый осадок 2,4,6-трибромфенола.
Качественная реакция на фенол с бромной водой
C6H5OH+3Br2⟶2,4,6-Br3C6H2OH↓⏟белый осадок+3HBr\text{C}_6\text{H}_5\text{OH} + 3\text{Br}_2 \longrightarrow \underbrace{2,4,6\text{-Br}_3\text{C}_6\text{H}_2\text{OH}\downarrow}_{\text{белый осадок}} + 3\text{HBr}
В отличие от бензола, фенол мгновенно обесцвечивает бромную воду с выпадением трибромфенола.

Идентификация гидроксильных соединений в лаборатории:

Шаг 1
Реакция со щелочными металлами (все спирты и фенолы)
При внесении кусочка металлического Na наблюдается бурное выделение водорода: 2C₂H₅OH + 2Na → 2C₂H₅ONa (этилат натрия) + H₂↑.
Шаг 2
Качественная реакция на многоатомные спирты (глицерин, этиленгликоль)
Свежеосажденный гидроксид меди(II) Cu(OH)₂ растворяется в щелочной среде с образованием прозрачного ярко-синего раствора глицерата меди(II).
Шаг 3
Качественная реакция на фенол C₆H₅OH
1. С хлоридом железа(III) FeCl₃ образуется интенсивное фиолетовое окрашивание (комплекс железа); 2. С бромной водой Br₂ мгновенно выпадает белый осадок 2,4,6-трибромфенола.

Классический вопрос ЕНТ на ранжирование кислотности:

«Расположите в порядке возрастания кислотных свойств: этанол, фенол, вода».

Закономерность:

Этанол C₂H₅OH < Вода H₂O < Фенол C₆H₅OH!

Объяснение:

1. Этанол C₂H₅OH — слабейшая кислота (этильная группа — донор электронов, снижает полярность O-H). Спирты реагируют со щелочными металлами Na, но со щелочами NaOH НЕ РЕАГИРУЮТ!

2. Фенол C₆H₅OH — карболовая кислота! Неподеленная электронная пара кислорода вступает в сопряжение с бензольным кольцом (+M эффект), связь O-H сильно поляризуется. Фенол РЕАГИРУЕТ СО ЩЕЛОЧАМИ:

C₆H₅OH + NaOH → C₆H₅ONa (фенолят натрия) + H₂O!

Но фенол слабее даже угольной кислоты H₂CO₃, поэтому CO₂ вытесняет фенол из фенолятов!

Фенол реагирует со щелочью, спирт — нет

Спирты реагируют только с Na, но не с NaOH. Фенол легко реагирует с водным раствором NaOH, образуя фенолят натрия, потому что фенол — более сильная кислота, чем вода и спирт!

Ваш прогресс по теме25%
Шпаргалка формул10 класс
Закон Гесса:
ΔHреакции0=∑nΔHf0(продуктов)−∑mΔHf0(реагентов)\Delta H^0_{реакции} = \sum n \Delta H^0_f (продуктов) - \sum m \Delta H^0_f (реагентов)[кДж/моль]
Энергия Гиббса реакции:
ΔG0=ΔH0−T⋅ΔS0\Delta G^0 = \Delta H^0 - T \cdot \Delta S^0[кДж/моль]
Закон действующих масс Гульдберга — Вааге:
v=k⋅[A]a⋅[B]bv = k \cdot [A]^a \cdot [B]^b[моль/(л·с)]
Правило Вант-Гоффа:
v2/v1=γ(T2−T1)/10v_2 / v_1 = \gamma^{(T_2 - T_1) / 10}
Следующая тема

Альдегиды и кетоны: электронное строение карбонильной группы, нуклеофильное присоединение, качественные реакции

Перейти к теме →