Третичный спирт: структура, свойства и применение
Третичные спирты представляют собой класс органических соединений, в молекуле которых имеется гидроксильная группа -ОН, присоединенная к третичному атому углерода. Эти вещества находят широкое применение в промышленности и лабораторной практике.
Строение молекулы третичного спирта
Третичный спирт отличается от первичного и вторичного спирта тем, что гидроксильная группа присоединена к атому углерода, который уже связан с тремя атомами углерода.
Общая формула третичных спиртов - R1R2R3COH, где R1, R2, R3 - радикалы алкильных или арильных групп.
Например, формула третичного спирта 2-метил-2-пропанола имеет вид:
Как видно, атом углерода, к которому присоединена ОН-группа, соединен с тремя алкильными заместителями.
Химические свойства третичных спиртов
В отличие от первичных и вторичных спиртов, третичный спирт практически не вступает в реакции, характерные для спиртов.
- Третичные спирты не окисляются обычными окислителями, поскольку атом углерода с гидроксильной группой не имеет атомов водорода.
- Реакция дегидратации третичного спирта не происходит из-за отсутствия атомов водорода у атома углерода с ОН-группой.
- Третичные спирты не образуют простых и сложных эфиров.
Однако третичные спирты способны подвергаться реакциям элиминирования с образованием непредельных соединений, например:
Получение третичных спиртов
Третичный спирт можно получить несколькими способами:
- Восстановлением кетонов (реакция Гриньяра):
- Гидратацией алкенов:
- Алкилированием вторичных спиртов галогеналканами:
R1R2CHOH + R3X → R1R2R3COH + HX
где X - галоген Cl, Br, I.
Применение третичных спиртов
Благодаря особенностям химического строения, третичный спирт находит следующие области применения:
- Используются в качестве растворителей для красок и лаков.
- Применяются как пластификаторы и эмульгаторы.
- Служат в качестве промежуточных веществ для синтеза лекарств, витаминов, пестицидов.
| Третичный спирт | Область применения |
| Третичный бутиловый спирт | Производство бензина с высоким октановым числом |
| 2-Метил-2-пропанол | Изготовление клеев, смазочных материалов |
Таким образом, несмотря на свои ограниченные химические свойства, третичные спирты являются важным классом органических соединений для промышленности и науки.
Механизм реакции дегидратации третичных спиртов
Хотя третичные спирты и не подвергаются реакции дегидратации с образованием алкенов, они могут претерпевать другие реакции элиминирования. Рассмотрим механизм этого процесса.
При нагревании в присутствии кислотного катализатора происходит отщепление молекулы воды от третичного спирта с образованием карбокатиона:
Далее карбокатион вступает в реакцию элиминирования с образованием алкена:
Кислотный катализ реакции дегидратации
Реакция дегидратации третичных спиртов эффективно протекает только в присутствии кислот. Наиболее часто в качестве катализаторов используются:
- Серная кислота H2SO4
- Фосфорная кислота H3PO4
- Полифосфорная кислота Hn+2PnO 3n+1
Кислоты ускоряют реакцию дегидратации за счет поляризации связи C-O в молекуле спирта. В результате происходит гетеролитический разрыв этой связи с образованием карбокатиона.
Побочные реакции при дегидратации третичных спиртов
Помимо основной реакции дегидратации при нагревании третичных спиртов в кислой среде могут протекать и другие побочные превращения, например:
- Изомеризация алкенов
- Поликонденсация с образованием олигомеров и полимеров
Эти реакции снижают выход целевого продукта - алкена. Поэтому условия процесса дегидратации нужно оптимизировать таким образом, чтобы подавить побочные реакции.
Применение продуктов дегидратации третичных спиртов
Алкены, получаемые дегидратацией третичных спиртов, находят следующие области применения:
- Использование в качестве мономеров для синтеза полимеров
- Применение в производстве смазочных материалов, пластификаторов
Таким образом, реакция дегидратации позволяет получать ценные непредельные соединения на основе третичных спиртов.
Влияние заместителей на скорость дегидратации
Скорость реакции дегидратации третичных спиртов зависит от природы заместителей R1, R2 и R3 в молекуле.
Наличие объемных заместителей, таких как трет-бутильные или фенильные группы, затрудняет отщепление молекулы воды от спирта. Поэтому реакция дегидратации в этом случае идет медленнее.
Напротив, третичные спирты с малыми заместителями, такими как метильные группы, легче теряют молекулу воды, и реакция протекает быстрее.