Химические и физические свойства спиртов и их применение (формула)

Предельные одноатомные спирты

Номенклатура

Для названия спиртов используют рациональную и систематическую номенклатуры.

По рациональной номенклатуре названия спиртов образуются от названия соответствующего радикала, связанного с гидроксильной группой и добавлением слова «спирт».

По систематической номенклатуре название дается от названия углеводорода с добавлением суффикса –ол.

Изомерия в спиртах обусловлена изменениями в структуре углеводородного скелета и положением ОН- группы.

Способы получения спиртов

Существуют различные способы получения спиртов.

Здесь приводятся лишь некоторые из них.

1. Ферментивный гидролиз и брожение углеводов. По этому способу этиловый спирт получают из продуктов, содержащих глюкозу или другие сахара.

При брожении глюкозы под действием ферментов дрожжей образуется этанол:

Брожение фруктовых соков, особенно виноградного, дает спиртовые растворы с содержанием этанола 10 – 15 %, которые называют винами.

Для получения этанола в больших количествах в качестве исходного вещества берется более дешевый углевод – крахмал. Образование спирта из крахмалсодержащих продуктов складывается из следующих стадий:

а) осахаривание крахмала:

Процесс образования мальтозы протекает под действием фермента амилазы, содержащегося в солоде — проросших и высушенных зернах ячменя.

б) брожение осахаренного раствора.

Этот процесс протекает под действием ферментов, которые содержатся в дрожжах:

Обе стадии являются результатом совместного действия самых различных ферментов, содержащихся в дрожжах.

Эти ферменты называют еще энзимы. Полученный в результате брожения раствор содержит 18 % этанола. Эту смесь подвергают перегонке и получают спирт-сырец с содержанием этанола 90 %. Дополнительная перегонка дает спирт-ректификат с содержанием этанола 95,5 %. Абсолютный спирт (100% этанола) можно получить путем азеотропной перегонки с бензолом.

В процессе брожения наряду с этанолом получаются сивушные масла, которые понижают качество спирта.

Они представляют собой смесь изомерных спиртов с числом углеродных атомов С3 — С5.

Сивушные масла получаются за счет разложения белковых компонентов входящих в состав исходного крахмалсодержащего сырья.

Этанол, полученный по этой технологии, после дополнительной очистки, используется для изготовления алкогольной продукции.

Если в качестве исходного сырья, вместо крахмала, использовать целлюлозу, то получают «гидролизный» спирт, который используют только для технических нужд. Процесс получения этанола из целлюлозы складывается из следующих стадий:

а) гидролиз целлюлозы:

б) брожение под действием ферментов дрожжей:

С6Н12О6 ® 2С2Н5ОН + 2СО2

В качестве исходного сырья используются отходы деревоперерабатывающей промышленности и гидролиз проводят в жестких условиях в присутствии H2SO4.

Гидратация алкенов. В присутствии катализаторов олифины присоединяют воду, образуя спирты. Присоединение воды к несимметричным алкенам происходит по правилу Морковникова с образованием вторичных и третичных спиртов.

Гидролиз галогенпроизводных:

4. Восстановление альдегидов и кетонов:

Восстановление альдегидов дает первичные спирты, восстановление кетонов – вторичные.

Восстановление сложных эфиров:

Гидролиз сложных эфиров. Реакция обратима и требует регулирования для повышения выхода спиртов:

Синтез альдегидов через металлоорганические соединения:

Химические свойства спиртов

Основным структурным элементом, определяющим реакционную способность спиртов является гидроксогруппа.

Основными направлениями реакционной способности являются реакции с разрывом связей по направлениям I и II. Акцепторные свойства кислорода обеспечивают высокую полярность связей по этим направлениям.

I направление.

За счет полярности связи О-Н спирты обладают определенной кислотностью и диссоциируют по схеме:

Большей кислотностью обладают первичные спирты, меньшей – третичные и соблюдается последовательность:

Меньшая кислотность третичных спиртов обясняется положительными индукционными эффектами алкильных групп, которые увеличивают электронную плотность на углероде и кислороде.

1 Взаимодействие с металлами:

2. Реакция этерификации:

3. Реакции окисления. В зависимости от природы спирта реакции окисления протекают по-разному. Эти реакции могут проходить как реакции дегидрирования и как реакции окисления. Окисление первичных спиртов дает альдегиды:

Окисление вторичных спиртов дает кетоны:

Третичные спирты окисляются с разрывом углеводородной цепочки и образованием смеси кислот и кетонов:

II направление.

Гидрогалогенирование спиртов. Реакцию проводят в присутствии водоотнимающих веществ:

Реакционная способность спиртов изменяется в последовательности:

третичный > вторичный > первичный

2. Взаимодействие с галогенидами фосфора:

Внутримолекулярная и межмолекулярная дегидратация спиртов. В жестких условиях, при t > 180 0С, проходит внутримолекулярная дегидратация в соответствии с правилом Зайцева:

В мягких условиях идет межмолекулярная дегидратация с образованием эфиров:

Физические свойства спиртов и их применение

Спирты с числом углеродных атомов С1 – С10 – жидкости, выше – твердые вещества.

Растворимость спиртов с увеличением молекулярной массы понижается, температура кипения увеличивается. Аномально высокие температуры кипения для спиртов объясняяются возможностью образования ассоциатов за счет водородных связей

Спирты изостроения имеют более высокие температуры кипения, чем спирты нормального строения.

Метанол. Основное его количество получали путем сухой перегонки древесины.

В настоящее время в промышленности метанол получают по следующей схеме:

Метанол имеет широкое и разностороннее применение. Значительные количества его потребляются для получения формальдегида, метиламина, красителей, фармакологических препаратов.

Метанол – хороший растворитель и используется для растворения щелочи, употребляется для очистки бензинов, в лакокрасочной промышленности и др. Надо помнить, что метанол – сильнейший яд, вызывающий слепоту и паралич.

Коварность метилового спирта состоит в том, что он очень похож на этанол.

Этанол. Используется в пищевой промышленности для изготовления ликеро-водочной продукции, для получения сложных эфиров, применяемых в кондитерском производстве.

В парфюмерии этанол используют как растворитель. Его содержание в кремах – 5-10 %, лосьонах – 10 – 60%, дезодорантах – до 80%).

Высокомолекулярные первичные спирты.

Цетиловый спирт (С15Н31СН2ОН) в составе сложного эфира входит в состав спермацета, выделяемого из черепных костей китов. Спермацет используется в парфюмерии и получении синтетических моющих средств.

Мирициловый спирт (С30Н61-СН-ОН) в связанном состоянии входит в состав пчелиного воска:

Двухатомные спирты (гликоли)

Двухатомные спирты содержат в своем составе две гидроксильные группы.

Общая формула гликолей СnH2n(OH)2.

По систематической номенклатуре названия двухатомных спиртов образуются от названия соответствующих алканов с прибавлением окончания «диол», положение -ОН групп указывается цифрами

По рациональной номенклатуре сохраняются названия от соответствующих алкенов с прибавлением слова «гликоль»

Способы получения гликолей.Двухатомные спирты можно получить теми же способами, что и одноатомные спирты, или другими.

Важнейшие из них – следующие:

1. Гидролиз дигалогенопроизводных:

2. Гипохлорирование алкенов:

Гидролиз окиси этилена:

Каким способом определяется? Как определить количество спиртов, имеющих структурную формулу С4Н9ОН?

Окисление алкенов.

Химические свойства

За счет взаимного влияния атомов подвижность водорода в гидроксильных группах этиленгликоля значительно больше, чем в спиртах. Гликоли обладают большими кислыми свойствами, чем спирты, и взаимодействуют не только с активными металлами, но и с гидроксидами металлов, образуюя комплексные структуры.

1. Взаимодействие с Cu(OH)2 (качественная реакция на гликоли):

Взаимодействие со спиртами:

При этом происходит образование моно- и дипроизводных.

Межмолекулярная дегидратация гликолей:

4. Взаимодействие с минеральными кислотами:

Нитроэфиры обладают взрывчатыми свойствами.

5. Гидрогалогенирование этиленгликоля:

Применение.Этиленгликоль – вязкая бесцветная жидкость, значительно уменьшает температуру замерзания воды и поэтому используется как антифриз, 60% водный раствор этиленгликоля замерзает при -50°С.

Этиленгликоль применяется в органическом синтезе для получения полиэфиров, смол, волокна ловсан.

Применяется также при изготовлении печатных красок, нанесении рисунка на ткань.

Предельные одноатомные спирты, их строение, физические и химические свойства.

Предельные одноатомные спирты, их строение, свойства. Применение и получение этилового спирта

Применение на примере этилового спирта.

1. Предельные одноатомные спирты – это органические вещества, состоящие из радикала предельного углеводорода и функциональной гидроксильной группы (–OH).

Общая формула предельных одноатомных спиртов: CnH 2n + 1– OH или R-OH.

Гомологический ряд: Изомерия положения группы (–OH)

CH3-OH — метиловый спирт, или метанол CH3 – CH2 – CH2-OH CH3 –CH – CH3.

C2H5OH — этиловый спирт, или этанол пропанол-1 |

C3H7OH — пропиловый спирт, или пропанол OH

пропанол-2

2. Физические свойства. Низшие спирты до C12H25 -OH – жидкости, а высшие – твердые вещества. Низшие спирты хорошо растворимы в воде. По мере увеличения молекулярной массы спирта растворимость уменьшается. Метиловый спирт — сильный яд! Этиловый спирт — медленно действующее наркотическое вещество, вызывающее постепенное отравление организма (действует на печень и мозг, рождение умственно отсталых детей). Метанол, этанол и пропанол-1 имеют алкогольный запах!

3. Химические свойства.

Свойства спиртов определяются функциональной гидроксильной (–ОН) группой.

  • Водные растворы спиртов не действуют на индикаторы, они нейтральны.
  • спирты подобно воде реагируют с активными металлами:

C2H5-OH + 2Na 2C2H5-ONa + H2↑

этанол натрий этилат натрия водород

· в присутствии конц.

серной кислоты спирты реагируют с галогеноводородными кислотами, при этом образуются галогенопроизводные углеводородов:

CH3-OH + H-Cl CH3Cl + H2O

этанол соляная к-та хлорметан вода

  • дегидратация спиртовв присутствии водоотнимающих средств (конц.

H2SO4):

H H

│ │ конц.H2SO4

H–C – C–H CH2=CH2 + H2O

│ │

H OH этилен

  • взаимодействуют с кислотами с образованием сложных эфиров.
  • cпирты горят с образованием углекислого газа и воды:

C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O.

Изомерия и номенклатура одноатомных алканолов

В зависимости от типа углеродного атома, с которым связана гидроксильная группа, различают первичные, вторичные и третичные алканолы (спирты):

Согласно заместительной номенклатуре, углеродные атомы цепи нумеруют таким образом, чтобы гидроксильная группа обозначалась меньшим номером.

Если гидроксильная группа старшая, то ее обозначают суффиксом “-ол”.

Число изомерных спиртов , имеющих формулу C4H9OH равно: А-3 б-4 в-2 г-1

Если в молекуле имеются более старшие группы (  С = О,  СООН), то гидроксильную группу обозначают префиксом “гидрокси-“ (иногда “окси-”). По радикально-функциональной номенклатуре алканолы называются спиртами, например:

Изомерия алканолов определяется местонахождением гидроксильных групп и разветвлением углеродной цепи.

Начиная с бутанола -2, имеет место также стереоизомерия, т.к. появляется хиральный атом углерода.

Методы получения

1. Гидратация алкенов

2. Гидроборирование алкенов

3. Гидролиз галогеналканов

2RCl + Na2CO3 +H2O  2ROH + 2CO2 + 2NaCl

Гидрирование карбонильных соединений.

а) Восстановление водородом

Катализаторами этих процессов являются Ni, Pt, Pd.

б) Восстановление алкоголятами

Взаимодействие карбонильных соединений с реактивом Гриньяра

Можно видеть, что используя в качестве реагента формальдегид получают первичные спирты, содержащие на один атом углерода больше, чем исходное карбонильное соединение.

б) В то же время, конденсация альдегидов (кроме формальдегида) с реактивами Гриньяра с последующим гидролизом приводит к образованию вторичных спиртов.

в) В свою очередь, конденсация кетонов с реактивами Гриньяра и последующий гидролиз приводит к образованию третичных спиртов.

Синтез спиртов из синтез-газа

Физические свойства алканолов

Алканолы являются бесцветными жидкостями или кристаллическими веществами с характерным запахом. Первые члены ряда имеют приятный запах, для бутанолов и пентанолов запах становится неприятным и раздражающим. Высшие алканолы имеют приятный ароматический запах.

Отличительная черта алканолов — более высокая температура кипения, чем для соответствующих хлор-, бром- и иодалканов, несмотря на то, что молекулярные массы галогеналканов выше.

Кислотность

Спирты являются слабыми ОН — кислотами, которые проявляются во взаимодействии с сильными основаниями.

ROH + ОН RO + H2O

Это равновесие существенно смещено в левую сторону, т.к.RO- дестабилизирован из-за положительного индуктивного эффекта алкильной группы.

Обычно для получения алкоголятов применяют реакцию активного металла с безводным спиртом.

2ROH + 2Na  2RONa + H2

6ROH + 2Al  2Al(OR)3 + 3H2

Высокая основность алкоголятов используется для успешного осуществления реакций дегидрогалогенирования и генерирования карбанионов и других анионов, играющих ключевую роль в реакциях конденсации органических соединений

В тоже время алкоголят-анионы являются достаточно сильными нуклеофилами, что позволяет использовать их в качестве реагентов в некоторых важных реакциях нуклеофильного замещения, например, в синтезе простых и сложных эфиров.

RHal + R ONa  R OR + NaHal

Основность

Неподеленная электронная пара на кислородном атоме гидроксильной группы обуславливает возможность взаимодействия его с электрофильными реагентами с образованием донорно-акцепторной связи, при этом кислородный атом приобретает положительный заряд и образуются оксониевые соединения:

где E — кислота Льюиса, например BF3, AlCl3, PCl3, SOCl2, TiCl4, SnCl4, H+, NO2 и др.

Алканолы являются слабыми основаниями

В присутствии сильных концентрированных кислот равновесие в достаточной степени смещено в правую сторону.

Последняя реакция обусловливает легкое отщепление уходящей группы, H2O, и это создает благоприятные условия для реакции нуклеофильного замещения, например, при синтезе простых эфиров.

при замещении гидроксильной группы на галоген или другой кислотный остаток

или суммарно:

ROH + HX  RX + H2O

при алкилировании аренов спиртами

или суммарно:

в реакции дегидратации спиртов

Характерные особенности гомологического ряда спиртов

  • 1) этиловый спирт – один из членов гомологического ряда,
  • 2) другие спирты ряда имеют аналогичное химическое и электронное строение,
  • 3) первый представитель ряда – метиловый спирт,
  • 4) в молекулах спиртов может содержаться не одна, а две и больше гидроксильных групп,
  • 5) наличие гидроксильных групп в молекулах обусловливает характерные химические свойства спиртов, т. е. их химическую функцию.

Такие группы атомов называются функциональными группами,

6) спиртами называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных гидроксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом,

7) они могут рассматриваться как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода заменены на гидроксильные группы.

Спирты приведенного выше ряда можно считать производными предельных углеводородов, в молекулах которых один атом водорода заменен на гидроксильную группу,

8) это гомологический ряд предельных одноатомных спиртов,

9) общая формула веществ этого ряда R-ОН.

10) по систематической номенклатуре названия спиртов производятся от названий соответствующих углеводородов с добавлением суффикса – ол, цифрой указывают атом углерода, при котором находится гидроксильная группа,

11) нумерация углеродных атомов начинается с того конца, к которому ближе функциональная группа,

12) изомерия спиртов обусловливается как изомерией углеродного скелета, так и положением гидроксильной группы.

Рассмотрим ее на примере бутиловых спиртов,

13) в зависимости от строения углеродного скелета изомерами будут два спирта – производные бутана и изобутана (н-бутанол, изобутанол),

14) в зависимости от положения гидроксильной группы при том и другом углеродном скелете возможны еще изомеры (вторбутиловый и изобутиловый спирты),

15) водородная связь между молекулами.

Физические свойства спиртов

  • 1 Прочность водородной связи значительно меньше прочности обычной ковалентной связи (примерно в 10 раз).
  • 2. За счет водородных связей молекулы спирта оказываются ассоциированными, как бы прилипшими друг к другу, на разрыв этих связей необходимо затратить дополнительную энергию, чтобы молекулы стали свободными и вещество приобрело летучесть.
  • 3 Это и является причиной более высокой температуры кипения всех спиртов по сравнению с соответствующими углеводородами.
  • 4. Вода при такой небольшой молекулярной массе имеет необычно высокую температуру кипения.

Гомологический ряд спиртов

Изомерия спиртов

Для спиртов характерна структурная изомерия:

  • изомерия положения ОН-группы (начиная с С);
    например:
  • углеродного скелета (начиная с С);
    например, формуле C4H9OH соответствует 4 структурных изомера:
  • межклассовая изомерия с простыми эфирами
    (например, этиловый спирт СН3CH2–OH и диметиловый эфир CH3–O–CH3).

Возможна также пространственная изомерия — оптическая (часть II, раздел 2.3.3).

Например, бутанол-2 СHH(OH)СHCH, в молекуле которого второй атом углерода (выделен цветом) связан с четырьмя различными заместителями, существует в форме двух оптических изомеров.

Таким образом, формуле C4H9OH соответствует 5 изомерных спиртов (4 структурных изомера и один из них — бутанол-2 — в виде двух оптических изомеров).

Составьте структурные формулы 2-метилбутанола-2;2,3,4-триметилпентанола-2. 2.Число изомерных спиртов, имеющих формулу C4H9OH, равно: а3 б4 в2 г1 Во втором задании нужно все расписать подробно, с формулами.

Ответ 1:

CH3

|

СH3 — СH2 — С -CH3  2-метилбутанол-2

|

OH

CH3 CH3 CH3

|      |          |

H3С — С — СH — СH — СH3    2,3,4-триметилпентанол-2

|

OH

2. C4H9OH

1)H3C — H2C — H2C — CH2-OH

2)CH3-CH2-CH-CH3

|

OH

CH3

|

3)CH3-C-CH3

|

OH

CH3

|

4)  CH3 — CH — CH2-OH

cyber
Оцените автора
CyberLesson | Быстро освоить программирование Pascal и C++. Решение задач Pascal и C++
Добавить комментарий