Спирты или алкоголи. — Этим именем называют большую группу органических соединений, которые имеют сходство в химическом отношении с винным спиртом и заключают в своем составе углерод, водород и кислород. Все они суть гидроксильные производные углеводородов или, другими словами, углеводороды, в которых один или несколько атомов водорода замещены гидроксильной группой OH. В зависимости от количества гидроксильных групп в частице, С. разделяются на одноатомные, двухатомные и т. д. Девятиатомные С. представляют С. высшей атомности из известных в настоящее время. Углеводороды разделяются на гомологические ряды предельных, этиленовых, ацетиленовых, ароматических и т. д. С. в свою очередь разделяются на те же ряды, смотря по углеводороду, от которого можно произвести данный С. заменой атома водорода гидроксильной группой. Названием С. обозначали сперва только винный С. Дюма и Пелиго распространили это название на древесный С., стоящий по свойствам в близком отношении к винному С., и оно теперь распространено на весьма большую группу соединений. В этом смысле имело большое значение распространение понятия С. на глицерины и гликоли, причем была введена идея о многоатомных С. Ближайший большой шаг в истории развития С. сделал Кольбе, который из теоретического рассмотрения окисления их установил первичность, вторичность и третичность С. Огромное значение для этого взгляда имели затем открытия Фриделя и Бутлерова. Фридель приготовил первый вторичный С. Бутлеров характеризовал открытый им триметилкарбинол, как третичный С. Первичными С. называют С. общей формулы R.CH2OH, вторичными — R.CH(OH)R′ и третичными — R.C(OH)R′R″, где R, R′ и R″ — любые углеводородные радикалы. Следовательно, в первичных С. при атоме углерода, связанном с гидроксильной группой, находятся два атома водорода, во вторичных С. — один атом водорода, в третичных — атом углерода, соединенный с гидроксильной группой, непосредственно связан только с углеводородными радикалами. Название С. обуславливается названием радикалов, с которыми соединена гидроксильная группа; так, например, CH3.CH2.OH — этиловый С. (первичный), CH3.CH2.CH2.OH — пропиловый С. (первичный), (CH3)2CH.OH — изопропиловый С. (вторичный) и т. д. По другой, более рациональной, номенклатуре С., древесный С. СН3OH называют карбинолом, а все остальные названия слагаются из названий углеводородных радикалов, которые замещают водороды метиловой группы карбинола, с приставкой к названиям этих радикалов слова «карбинол», например: CH3.CH2OH — метилкарбинол; CH3.CHOH.C2H5 — метилэтилкарбинол; CH3.CHO(CH3)2 — триметилкарбинол и т. д. Женевским конгрессом постановлено называть С. по наименованию углеводорода, из которого замещением атома водорода гидроксильной группой происходит данный С., и прибавлять к имени углеводорода окончание «ол» в случае замещения одного атома водорода, «диол», «триол» и т. д. в случае замещения двух, трех и т. д. атомов водорода гидроксильными группами, например: CH3OH назовется метанол; C2H5OH — этанол; C2H4(OH)2 — этандиол и т. д. При последней системе названий С. положение гидроксильной группы обозначают цифрами, считая атомы углерода главной цепи по порядку, например: CH3.CHOH.CH2СН2.СН2.СН3 будет называться гексанол 2. Эти номенклатуры С. применяются главным образом к одноатомным С. Многоатомные С. носят свои специальные названия: двухатомные С. — гликоли и пинаконы (см.); трехатомные С. — глицерины (см.) и т. п. (см. Пентэритрит, Эритрит, Кверцит, Рамнит, Дульцит, Маннит, Сорбит, Талит, также см. Глюкозы). Кроме того, как одноатомные, так и многоатомные гидроксильные производные углеводородов ряда бензола, заключающие гидроксильные группы в бензольном кольце, называются фенолами (см.). Здесь будут рассмотрены только одноатомные собственно С.
Некоторые физические свойства более известных предельных нормальных С. сопоставлены в следующей таблице:
| Название С. | Состав | Температура плавления |
Температура кипения |
Удельный вес | ||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Метиловый, карбинол, метанол, древесный С. | CH3OH | — | 66° | 0,812 | при 0° по отно- шению к воде при 0° | |
| Этиловый, метилкарбинол, этанол, винный С. | C2H5OH | -130° | 78° | 0,806 | ||
| Пропиловый, этилкарбинол, пропанол | C3H7OH | — | 97° | 0,817 | ||
| Бутиловый, пропилкабинол, бутанол | C4H9OH | — | 117° | 0,823 | ||
| Амиловый, бутилкарбинол, пентанол | C5H11OH | — | 138° | 0,829 | ||
| Гексиловый, амилкабинол, гексанол | C6H13OH | — | 157° | 0,833 | ||
| Гептиловый, гексилкарбинол, гептанол | C7H15OH | — | 176° | 0,836 | ||
| Октиловый, гептилкарбинол, октанол | C8H17OH | — | 195° | 0,839 | ||
| Нониловый, октилкарбинол, нонанол | C9H19OH | -5° | 213° | 0,842 | ||
| Дециловый, нонилкарбинол, деканол | C10H21OH | +7° | 231° | 0,839 | при темпер. плавле- ния по отноше- нию к воде при 4° | |
| Додециловый, ундецилкарбинол, додеканол | C12H25OH | 24° | 143° | при 15 мм дав- ле- ния |
0,831 | |
| Тетрадециловый, тридецилкарбинол, тетрадеканол | C14H29OH | 38° | 167° | 0,824 | ||
| Гексадециловый, пентадецилкарбинол, гексадеканол, эталь, цетиловый | C16H33OH | 50° | 190° | 0,818 | ||
| Октодециловый, гептадецилкарбинол, октадеканол | C18H37OH | 59° | 211° | 0,813 | ||
Предельные С. — нейтральные и бесцветные вещества. Низшие члены предельных С. — легкоподвижные жидкости с характерным запахом и жгучим вкусом, смешивающиеся с водой во всех пропорциях. Из водных растворов могут быть выделены посредством легкорастворимых в воде солей, например поташом. Растворимость их в воде быстро уменьшается с увеличением частичного веса; тогда как первичный пропиловый С. смешивается с водой во всех пропорциях, — для растворения нормального бутилового С. нужно уже 12 частей воды. Предельные С., заключающие от 4 до 11 атомов углерода в частице — маслянистые жидкости, не смешивающиеся с водой. Предельные С. с большим числом атомов углерода в частице — твердые вещества, при обыкновенной температуре кристаллизующиеся из винного С. или эфира. Высшие члены ряда предельных С. — без запаха и вкуса. Предельные С. с еще большим числом атомов углерода в частице, цериловый C27H55OH и мирициловый C30H61OH, находятся в различных сортах воска. Первый плавится при 76—79° и второй при 86°. Из приведенной таблицы видно, что разница температур кипения у рядом стоящих С. до C10 колеблется от 18° до 22°, т. е. приблизительно одна и та же. В следующей таблице сопоставлено различие физических свойств для изомерных С. пропиловых, бутиловых и амиловых.
| Название С. | Формула строения | Температура кипения |
Удельный вес d20°/4° |
Коэффициент преломления μα |
|---|---|---|---|---|
| Пропиловые С. C3H8O: | ||||
| 1. Первичный | CH3.CH2.CH2OH | 97° | 0,804 | 1,3835 |
| 2. Вторичный | CH3CHOH.CH3 | 81° | 0,789 | 1,3757 |
| Бутиловые С. C4H10O: | ||||
| 1. Нормальный первичный | C2H5.CH2.CH2OH | 117° | 0,810 | 1,3971 |
| 2. Нормальный вторичный | C2H5.CHOH.CH3 | 100° | — | — |
| 3. Изобутиловый первичный | (CH3)2CH.CH2OH | 107° | 0,806 | 1,3940 |
| 4. Третичный | (CH3)2COH.CH3 | 83° | 0,789 | 1,3857 |
| Амиловые С. C5H12O: | ||||
| 1. Нормальный первичный | C2H5.CH2.CH2.CH2OH | 138° | 0,815 | — |
| 2. Изобутилкарбинол | (CH3)2CH.CH2.CH2OH | 131° | 0,810 | 1,4051 |
| 3. Вторичнобутилкарбинол | CH3.CH(C2H5).CH2OH | 128° | — | — |
| 4. Метилпропилкарбинол | C2H5.CH2.CHOH.CH3 | 119° | — | — |
| 5. Метилизопропилкарбинол | (CH3)2CH.CHOH.CH3 | 112,5° | — | — |
| 6. Диэтилкарбинол | C2H5.CHOH.C2H5 | 117° | — | — |
| 7. Диметилэтилкарбинол | (CH3)2COH.C2H5 | 102° | — | — |
Третичные С. обладают низшей температурой кипения, чем их изомеры, и, наоборот, высшей температурой плавления. Из четырех бутиловых С. только третичный получен твердым с температурой плавления 25°. Из семи амиловых С. третичный затвердевает легче других при —12°, тогда как изобутиловый застывает только при —134°. Кроме структурных изомеров, обусловленных изомерией радикалов и положением гидроксильной группы, в С. имеются случаи геометрической или оптической изомерии (см. Амильные спирты, Стереохимия).
Химическая натура С. обуславливается, главным образом, способностью гидроксильной группы к реакциям. Водород гидроксильной группы способен к разнообразным замещениям. Так, щелочные металлы, действуя на С., выделяют водород, образуя алкоголяты, которые при действии воды дают обратно С., например:
C2H5OH + Na = C2H5ONa + H;
C2H5ONa + H2O = C2H5OH + NaHO.
По отношению к кислотам С. напоминают основания в неорганической химии. При действии кислородных кислот на С. образуются сложные эфиры и выделяется вода за счет водорода гидроксильной группы, например:
C2H5OH + OHNO2 = C2H5ONO2 + H2O.
Реакция эта протекает не нацело, вследствие наступления обратной реакции. При действии хлорангидридов кислот на С. выделяется хлористый водород за счет водорода гидроксильной группы и образуется сложный эфир:
C2H5OH + ClC2H2O = HCl + C2H5.O.C2H3O.
Галоидные соединения фосфора при действии на С. замещают гидроксильную группу галоидом, например:
C2H5OH + PCl5 = C2H5Cl + HCl + POCl3.
Те же галоидопроизводные С. получаются при действии концентрированного раствора галоидоводородной кислоты на С. при нагревании, например: C2H5OH+HI=C2H5I+H2O. Гидроксильная группа может быть заменена аммиачным остатком при продолжительном нагревании С. с хлористым цинк-аммонием при 250—260°, например:
C4H9OH + NH3 = H2O + C4H9NH2;
2C4H9OH + NH3 = 2H2O + (C4H9)2NH;
3C4H9OH + NH3 = 3H2O + (C4H9)3N.
Под влиянием отнимающих воду веществ, как серная кислота, хлористый цинк и др., при нагревании, гидроксильная группа С. с соседним к ней атомом водорода отщепляется и образуется углеводород этиленного ряда, например: СН3СН2OH—H2O=CH2.СН2. Реакция эта легче идет для третичных и вторичных С., чем для первичных. Присутствие гидроксильной группы в С. является причиной сходства большинства реакций С. с реакциями воды. Сходство это с водой распространяется и на реакции соединения С. Подобно кристаллизационной воде, С. соединяются с некоторыми солями и щелочами; так, например, хлористый кальций образует соединение с метиловым С. CaCl24CH3ОН, с этиловым С. CaCl24C2H5OH. Поэтому при работах со С. нельзя их сушить хлористым кальцием, как другие органические соединения; для этой цели употребляют плавленый поташ. Обезвоживание С. окисью кальция или окисью бария более совершенно, но иногда связано с некоторой потерей спирта. Реакция окисления С. является весьма важной для установления строения их. Окислители легко действуют на С. Для первичных С. в первой стадии окисления получаются альдегиды, например: CH3CH2ОН+О=СН3.СНО+H2O. При дальнейшем окислении образуются кислоты, содержащие в частице столько же атомов углерода, сколько их было в С., например:
СН3.CH2OH + О2 = СН3.COOH + H2O.
Вторичные С. при окислении дают кетоны, например:
СН3.СНОН.СН3 + О = СН3.СО.СН3 + H2O.
При дальнейшем окислении происходит распадение частицы кетона по карбонильной группе и образуются две кислоты, заключающие каждая меньшее число атомов углерода, чем было в С., например:
СН3.СНОН.CH3 + 2О2 = СН3.СООН + CH2O2 + H2O.
При третичных С. вовсе не образуется продукта окисления с тем же числом атомов углерода, какое имел сам С., а получаются кетоны и кислоты, заключающие меньше атомов углерода в частице, чем было в С. Продукты, получаемые при окислении С. дают возможность также определять строение радикалов, входящих в состав С. Кроме реакции окисления, различие между упомянутыми тремя классами С. выражается в способности первичных и вторичных С. давать алкоголяты при нагревании с окисью бария и отсутствие этой реакции у третичных С. (Н. Меншуткин). Первичные С. быстрее, чем вторичные, а вторичные быстрее третичных, образуют сложные эфиры при действии кислот. Предельное количество образующегося сложного эфира для первичных С. больше, чем для вторичных, а для вторичных больше, чем для третичных С. (Н. Меншуткин; см. Эфиры сложные). Следующими реакциями можно с малой затратой материала устанавливать строение С. (В. Мейер). Действием йодисто-водородной кислоты С. переводятся в йодюр (см. выше). При перегонке йодюра С. с азотистокислым серебром образуется нитросоединение, например:
CH3CH2I + AgNO2 = CH3.CH2NO2 + AgI.
Продукты этих реакций отгоняют и к отогнанной жидкости прибавляют азотистокислого калия и едкого кали. Если прибавка к этой смеси слабой серной кислоты вызовет красное окрашивание, то йодюр, а следовательно, и исходный С. был первичный. Синяя окраска показывает, что С. был вторичный. Отсутствие окраски указываете на третичный С. Эта реакция получается для первичных С. до октилового; для вторичных С. она прекращается с членом C5H12O. Вторичный йодистый гексил не дает уже никакого окрашивания. При действии хлора на первичные С. на холоде образуются хлорзамещенные С.; при нагревании — охлоренные альдегиды и ацетали. Действием хлора на вторичные С. образуются охлоренные кетоны. Третичные С. при действии брома дают бромюры типа СnH2nBr2. Предельные С. встречаются в природе в виде сложных эфиров. Многие эфирные масла, получаемые перегонкой с водяным паром различных частей растений, заключают такие эфиры, обмыливанием которых получаются С. Большее значение имеет для получения С. образование их при процессах брожения (см. это слово, также Винокурение, Виноделие, Пиво).
Общие способы получения предельных С. 1) Из галоидопроизводных предельных углеводородов при нагревании их с большим количеством воды, например: C2H5Cl+H2O=C2H5OH+HCl. Реакция эта лучше идет для третичных галоидопроизводных, чем для первичных. Чтобы не было обратной реакции, прибавляют окиси свинца. В присутствии окиси серебра реакция эта идет в некоторых случаях при обыкновенной температуре. В особенности удобно для этой реакции брать йодюры. В некоторых случаях предпочитают замещать галоид гидроксильной группой, переводя предварительно йодюр в уксусный эфир, например:
C4H9I + AgOC2H3O = AgI + C4H9O.C2H3O.
При кипячении со щелочью эфир распадается на уксусную соль и С., например:
C4H9O.C2H3O + NaHO = C4H9OH + C2H3O.ONa.
2) Из углеводородов этиленового ряда (Бертело, Бутлеров) под влиянием крепкой серной кислоты образуется эфир серной кислоты, например:
CH2:CH2 + H2SO4 = CH3.CH2.O.SO2.OH.
Серно-винный эфир распадается при кипячении с водой на спирт и серную кислоту, например:
СН3.СН2О.SO2.ОН + Н2O = СН3.СН2OH + Н2SO4.
Только для этилена образуется первичный С.; из всех других этиленовых углеводородов образуются вторичные и третичные С., так как остаток серной кислоты, а следовательно, и гидроксильная группа, присоединяются к наименее гидрогенизированному атому углерода. На этом способе основывается возможность переводить первичные С. во вторичные или третичные и вторичные в третичные. Серная кислота при нагревании отнимает от С. воду с образованием этиленового углеводорода, который, в свою очередь, присоединяет воду под влиянием серной кислоты уже в другом направлении, например:
СН3.СН2СН2OH — H2O = СН3.СН:СН2;
СН3.СН:СН2 + Н2O = СН3.СНОН.СН3.
Некоторые органические кислоты действуют на этиленовые углеводороды аналогично серной кислоте; так, например, уксусная кислота соединяется с этиленовыми углеводородами при 300° и образует эфиры, обмыливанием которых получаются С. (Д. Коновалов). Эфиры третичных С. легко получаются даже и на холоде при действии органических кислот на этиленовые углеводороды в присутствии хлористого цинка. 3) Из аминов при кипячении водного раствора их азотистокислых солей, например:
CH3(NH2)NO.ОН = N2 + Н2О + СН3OH.
Кроме этих трех общих способов получения предельных С., первичные С. получаются восстановлением альдегидов амальгамой натрия, например: C6H13COH+H2=C6H13CH2OH. Вторичные С. получаются восстановлением кетонов, например:
CH3.CO.CH3 + H2 = CH3.CHOH.CH3.
Вторичные С. можно получать из многоатомных С., переводя последние в монойодюры действием йодисто-водородной кислоты и затем переведением йодюра в С. по первому способу. Все перечисленные способы получения С. дают возможность получать С. с тем же количеством атомов углерода, которое имеет исходное вещество. Следующие способы получения С. будут синтетические, т. е. С. будет получаться из веществ, заключающих меньшее количество атомов углерода, чем содержит получаемый С. Из альдегидов действием цинкметила или цинкэтила и затем разложением продукта реакции водой получаются вторичные С. (Е. Вагнер), например:
CH3.COH + Zn(C2H5)2 = CH3.CH(OZnC2H5)(C2H5);
CH3.CH(OZnC2H5)(C2H5) + Н2O = ZnO + C2H6 + CH3.CH(OH).C2H5.
Из муравьиного альдегида в этих условиях получается первичный С. (В. Тищенко). Точно так же вторичные С. можно получать из муравьиного эфира действием цинкорганических соединений или смесью галоидалкила и цинка в присутствии сплава натрия с цинком (Е. Вагнер и А. Зайцев). Третичные С. получаются синтезом (Бутлеров) из одной частицы хлорангидридов кислот и двух частиц цинкорганических соединений и разложением продукта реакции водой, например:
CH3COCl + 2Zn(CH3)2 = CH3.C(OZnCH3)(CH3)2 + CH3ZnCl;
CH3.C.(OZnCH3)(CH3)2 + H2O = CH3.C(OH)(CH3)2 + ZnO + CH4.
Третичные С. могут также получаться действием цинкметила или цинкэтила на кетоны, в которых к карбонильной группе не примыкает непосредственно метильная группа (А. Зайцев, Соколов). Любой предельный С. можно перевести в первичный С., заключающий на один атом углерода более исходного С. Для этой цели замещают гидроксильную группу галоидом, затем галоид циановой группой, которую обмыливают и получают кислоту, заключающую одним атомом углерода больше исходного С. Кислоту восстановляют в первичный С. Этот род превращений можно представить следующей схемой:
спирт CnH2n+1OH → йодюр CnH2n+1I → цианид CnH2n+1CN → кислота СnH2n+1СООН → альдегид СnH2n+1COH → спирт СnH2n+1CH2OH.
Посредством этого синтеза получены все первичные нормальные С., кончая гексиловым (Либен, Росси, Янечек). Имеется возможность также обратного перехода первичных С. в С., заключающие одним атомом углерода меньше исходного: спирт СnH2n+1СН2OH окисляется в кислоту СnH2n+1СООН. Кислота переводится в амид CnH2n+1CONH2. Из амида кислоты получают амин CnH2n+1NH2. Амин переводится в С. СnH2n+1ОН. Отдельные представители предельных С. см. Метиловый спирт, Древесно-уксусная кислота и древесный спирт, Алкоголь, Этиловый спирт, Винокурение, Виноделие, Виноградное вино, Профильные алкоголи, Бутильные алкоголи, Амильные алкоголи.
Непредельные С. Этим именем называют гидроксильные производные этиленовых и ацетиленовых углеводородов. Их известно сравнительно немного. До сих пор еще не получены непредельные С., в которых гидроксильная группа была бы соединена с атомом углерода, связанным двойной или тройной связью. Попытки получить такие С. приводили к получению альдегида или кетона, изомерного с ожидаемым С. (Эльтеков, Эрленмейер). Впрочем, эфиры таких С. известны — см. Виниловые соединения. Легкость превращения в альдегиды и кетоны проявляется при различных условиях и для других непредельных С.; так, например, изопропенилкарбинол СН2:С(CH3)СН2OH при нагревании со слабой серной кислотой превращается в изомасляный альдегид (СН3)2СН.СНО (Шешуков). Другая особенность непредельных С. состоит в способности их присоединять галоиды, галоидоводородные и хлорноватистую кислоту. При окислении марганцовокислым калием непредельные С. в первой стадии присоединяют гидроксильные группы по месту двойных связей и для С. с одной двойной связью образуют трехатомные С. В остальном непредельные С. по химической натуре сходны с предельными. Способы получения непредельных С. вполне аналогичны получению предельных. Первичные непредельные С. получаются главным образом восстановлением непредельных альдегидов и действием воды или водного раствора поташа на первичные хлорюры СnH2n—1Cl, бромюры или йодюры. Вторичные непредельные С. получаются восстановлением непредельных кетонов или действием цинкорганических соединений на непредельные альдегиды. Третичные непредельные С. получают действием йодистого аллила и цинка на кетоны. Как вторичные, так и третичные непредельные С. можно получать из непредельных вторичных или третичных хлорюров заменой хлора гидроксильной группой. Подробности о некоторых представителях непредельных С. — см. Аллиловый спирт, Кротиловый спирт, Ликареол, Пропаргиловый спирт.
Ароматические С. Ароматическими С. называют гидроксильные производные ароматических углеводородов, в которых гидроксильная группа находится в открытой боковой цепи. В противоположность ароматическим С., гидроксильные производные ароматических углеводородов с гидроксильной группой в бензольном кольце называются фенолами (см.). Следовательно, ароматические С. можно рассматривать как С. жирного ряда, в которых атом или несколько атомов водорода замещены остатками ароматических углеводородов; например, простейший ароматический С. бензиловый C6H5CH2OH можно рассматривать как метиловый С., в котором один атом водорода заменен фенильной группой C6H5. Некоторые ароматические С. находятся в природе в растениях. Получаются они теми же методами, как С. жирного ряда. В особенности применима реакция получения их из соответственных галоидных соединений заменой галоида гидроксильной группой. Характерна реакция получения первичных ароматических С. из альдегидов действием едкого кали. Альдегид частью окисляется в кислоту и частью восстанавливается в С., например:
2C6H5CHO + KHO = С6H5COOK + С6Н5СН2OH.
Реакция эта применима для получения С. в том случае, когда альдегид легко доступен. Первичные ароматические С., в которых группа СН2OH непосредственно примыкает к бензольному кольцу, могут получаться из амидов кислот восстановлением амальгамой натрия в кислых растворах, например:
C6H5CONH2 + 4H = C6H5CH2OH + NH3.
В общем, химические свойства ароматических С. вполне сходны со свойствами жирных. Только при действии серной кислоты на первичные С. здесь не получаются эфиросерные кислоты, но образуются смолоподобные углеводороды. Изомеры ароматических С. могут быть как по типу жирных, так и по типу ароматических соединений. Первичный ароматический С. — см. Бензиловый С. Вторичный ароматический С. — см. Бензгидрол. Примером третичного может быть трифенилкарбинол (С6H5)3COH, открытый Гемилианом при окислении трифенилметана хромовой смесью. Кристаллы трифенилкарбинола плавятся при 159°, температура кипения его выше 370°. Непредельный ароматический С. — см. Коричный спирт.
Нафтенолы или полиметиленовые С. Гидроксильные производные нафтенов или полиметиленовых углеводородов — см. Циклоспирты.
Терпенные С. Гидроксильные производные терпенилов — см. Терпены.