Едновалентни алкохоли са примери. Химични свойства на едновалентни и многовалентни алкохоли

Следващият клас вещества, които бих искал да разгледам, са алкохолите. Това са съединения, които имат -OH група, свързана с въглероден атом. Такава група е едновалентна и алкохол може да се получи от всеки алкан чрез промяна на един от водородните атоми в ОН. Например метанът съответства на метилов алкохол, етанът на етилов алкохол и т.н. Съкращават се и с окончанието "ол": метанол, етанол, пропанол.

Метанол, етанол, пропанол

Започвайки с пропанол, алкохолите имат изомерия - в допълнение към факта, че самите алкани имат изомери, хидроксилната група също може да бъде прикрепена към различни въглеродни атоми. Например, името "бутанол" вече съответства на 4 молекули с различна структура.

Четири изомерни бутилови алкохола: n-бутанол, сек-бутанол, терт-бутанол, изобутанол.

Както можете да видите, алкохолът, който запазва линейна структура, по аналогия с алканите, се нарича "нормален". Такива алкохоли също са първични, тъй като въглеродният атом, свързан с хидроксилната група, е свързан директно само с един въглероден атом. Има също вторични и третични алкохоли (двете средни структури на фигурата).

Алкохолите са донякъде сходни по свойства с водата: водата също съдържа хидроксил (и това е името на -OH групата), но свързана с водороден атом (следователно може да се нарече водороден хидроксид, въпреки че никой не го прави). Благодарение на хидроксилните групи молекулите са по-силно свързани една с друга (поради водородни връзки), така че дори нисшият алкохол - метанолът - е течност, въпреки че се изпарява доста лесно. Почти всички нисши алкохоли са течни, до октанол. Отново тук има усложнение поради Голям бройизомери.
Обща формулаалкохоли C n H 2n+1 OH.
Най-известният от алкохолите е етанолът, известен още като етилов алкохол - същият, който се съдържа в Алкохолни напитки. Той кипи при 78 и може да бъде изолиран от разтвора чрез дестилация, но концентрацията не може да бъде повишена над 96% по този начин (което обаче не пречи да се получи 100% етанол по други начини, например чрез отстраняване на водата от 96 % със сушител). Със сигурност всеки е чувал за метанола, който е неразличим от етанола на външен вид и мирис, но е смъртоносно отровен. Ако обаче не го вкусите, тогава метанолът е отличен разтворител, както и гориво и междинен продукт за много химични процеси.

Тъй като метанолът и етанолът се контролират от закона, вместо тях често се използва следващият алкохол, пропанолът. Освен това n-пропанолът е много по-рядко срещан от неговия изомер - изопропанол, който често се използва като разтворител и обезмаслител (също подходящ за спиртни лампи, ако има). Мирише различно от метанол и етанол, по-вискозно е (особено при ниски температури) и кипи при малко по-високи температури.

Бутанолът и примесите от по-тежки алкохоли формират основата на фузеловите масла - те не са вътре големи количестваобразувани по време на ферментацията и имат неприятна тежка миризма. В противен случай такива алкохоли се използват предимно като реагенти за получаването на други съединения.

В една молекула може да има няколко функционални групи, по-специално алкохолни. Всички разгледани по-горе съединения се наричат ​​едновалентни алкохоли - според броя на хидроксилните групи. Има също двувалентен алкохол етилен гликол и тривалентен алкохол глицерин:

Етилен гликол и глицерин

Те имат свойства, подобни на първичните алкохоли, но дори по-изразени: те са гъсти течности с висока точка на кипене (етиленгликолът се използва като компонент на топлопреносните течности при отопление, както и като компонент на антифриз "антифриз"). И това, и другото се смесват с вода във всякакви пропорции. За разлика от етиленгликола, глицеринът има ниска токсичност и освен това има сладък вкус (оттук и името: "гликос" - сладък), поради известно сходство в структурата с въглехидратите, които формално също са алкохоли. Това обяснява по-специално защо въглехидратите (включително захарта) се разтварят добре във вода.

Алкохолите са подобни на алканите, в чиято молекула е "вграден" кислороден атом. Всъщност в много учебници пишат, че метанолът може да се получи чрез непълно окисление на метана. Това обаче изисква много специални условия, които се реализират само в индустрията: високи налягания, контрол на температурата, използване на катализатори. Получава се и от т.нар. "синтезен газ" е смес от въглероден оксид и водород, а синтезният газ от своя страна се получава от метан и вода при висока температура.

Производство на метанол от синтез газ

Като цяло метанолът е широкомащабен продукт (през 2004 г. производството му се оценява на 32 милиона тона в световен мащаб) и индустриалната химия обикновено е много различна от лабораторната химия (сравнете дестилационни колони и лабораторен дестилационен апарат). В малки количества метанолът се образува при сухата дестилация на дървесината, затова другото му име е дървесен спирт.

Ферментацията се използва за производството на етанол: някои видове микроорганизми могат да преобразуват захарите, присъстващи в растителния материал (като пшеница или захарна тръстика) в етанол, за да осигурят енергия. След това етанолът се отделя чрез дестилация и се използва например като добавка към автомобилното гориво (т.нар. биогориво). Така се произвеждат около 60 млн.т. тона етанол годишно (главно в САЩ и Бразилия). В такъв мащаб не искам да говоря за получаването му от петролни продукти, но все пак има начин да го получите от етилен: въглеводород, в който два въглеродни атома са свързани не с една, а с двойна връзка. При определени условия тази връзка може да се отвори чрез свързване на водна молекула. Това произвежда етанол; по същия начин други алкохоли могат да бъдат получени от съответните алкени.

Реакция на хидратиране на етилен

Метанолът се окислява до формалдехид или мравчена киселина. Етанол, съответно - в ацеталдехид или оцетна киселина.

Какво и при какви условия, както и други реакции на алкохоли ще бъдат описани в следващата статия.

Статистиката за производството на биоетанол може да бъде намерена тук: http://ethanolrfa.org/resources/industry/statistics/

Производни на въглеводороди с един или повече водородни атоми в молекулата, заместени с -OH група (хидроксилна група или хидрокси група) са алкохоли. Химичните свойства се определят от въглеводородния радикал и хидроксилната група. Алкохолите образуват отделен в него, всеки следващ представител се различава от предишния член с хомологична разлика, съответстваща на =CH2. Всички вещества от този клас могат да бъдат представени с формулата: R-OH. За едноатомни наситени съединения, общото химична формулаима формата CnH2n+1OH. от международна номенклатураимена могат да се образуват от въглеводород с добавяне на окончанието -ол (метанол, етанол, пропанол и т.н.).

Това е много разнообразен и обширен клас. химични съединения. В зависимост от броя на -OH групите в молекулата, тя се разделя на едно-, двуатомни и т.н. - многоатомни съединения. Химичните свойства на алкохолите също зависят от съдържанието на хидроксилни групи в молекулата. Тези вещества са неутрални и не се дисоциират на йони във вода, като силни киселини или силни основи. Въпреки това, те могат слабо да проявяват както киселинни (намаляване с увеличаване на броя на алкохолите с молекулно тегло и разклоняване на въглеводородната верига), така и основни (увеличаване с увеличаване на молекулното тегло и разклоняване на молекулата) свойства.

Химичните свойства на алкохолите зависят от вида и пространственото разположение на атомите: молекулите идват с верижна изомерия и позиционна изомерия. В зависимост от максималния брой единични връзки на въглероден атом (свързан към хидрокси група) с други въглеродни атоми (с 1-ви, 2-ри или 3-ти) се разграничават първични (нормални), вторични или третични алкохоли. Първичните алкохоли имат хидроксилна група, свързана с първичния въглероден атом. В средното и висшето - съответно на средно и висше. Започвайки с пропанол, се появяват изомери, които се различават по позицията на хидроксилната група: пропилов алкохол C3H7-OH и изопропилов алкохол CH3-(CHOH)-CH3.

Има няколко основни реакции, които характеризират Химични свойстваалкохоли:

1. При взаимодействие с или техните хидроксиди (реакция на депротониране) се образуват алкохолати (водороден атом се заменя с метален атом), в зависимост от въглеводородния радикал се получават метилати, етилати, пропилати и т.н., например натриев пропилат: 2CH3CH2OH + 2Na → 2CH3CH2ONa + H2.
2. При взаимодействие с концентрирани халогеноводородни киселини се образува HBr + CH3CH2OH ↔ CH3CH2Br + H2O. Тази реакция е обратима. В резултат на това възниква нуклеофилно заместване на хидроксилна група с халогенен йон.
3. Алкохолите могат да бъдат окислени до въглероден диоксид, до алдехиди или до кетони. Алкохолите горят в присъствието на кислород: 3O2 + C2H5OH → 2CO2 + 3H2O. Под действието на силен окислител (хромна киселина и т.н.) първичните алкохоли се превръщат в алдехиди: C2H5OH → CH3COH + H2O, а вторичните алкохоли се превръщат в кетони: CH3-(CHOH)-CH3 → CH3-(CHO )-CH3 + H2O.
4. Реакцията на дехидратация протича при нагряване в присъствието на вещества, премахващи водата (сярна киселина и др.). В резултат на това се образуват алкени: C2H5OH → CH2=CH2 + H2O.
5. Реакцията на естерификация също протича при нагряване в присъствието на съединения, премахващи водата, но за разлика от предишната реакция при по-ниска температура и с образуването на 2C2H5OH → C2H5—O—C2H5O. При сярна киселина реакцията протича на два етапа. Първо се образува естер на сярна киселина: C2H5OH + H2SO4 → C2H5O–SO2OH + H2O, след това при нагряване до 140 ° C и в излишък на алкохол се образува диетилов (често се нарича сярна) естер: C2H5OH + C2H5O–SO2OH → C2H5–O–C2H5O + H2SO4.

Химичните свойства на поливалентните алкохоли, по аналогия с техните физични свойства, зависят от вида на въглеводородния радикал, който образува молекулата, и, разбира се, от броя на хидроксилните групи в нея. Например етилен гликол CH3OH-CH3OH (точка на кипене 197 ° C), който е 2-атомен алкохол, е безцветна течност (има сладникав вкус), която се смесва с H2O, както и с по-ниски алкохоли във всяко съотношение. Етиленгликолът, както и неговите висши хомолози, влизат във всички реакции, характерни за едновалентните алкохоли. Глицеринът CH2OH-CHOH-CH2OH (температура на кипене 290 °C) е най-простият представител на 3-атомните алкохоли. Това е гъста течност със сладък вкус, която се смесва с него във всякакви съотношения. Разтворим в алкохол. За глицерол и неговите хомолози също са характерни всички реакции на моновалентни алкохоли.

Химичните свойства на алкохолите определят насоките на тяхното приложение. Използват се като гориво (биоетанол или биобутанол и други), като разтворители в различни индустрии; като суровина за производството на повърхностно активни вещества и детергенти; за синтез полимерни материали. Някои членове на този клас органични съединенияшироко използвани като смазочни материали или хидравлични течности и за производство лекарстваи биологично активни вещества.

Етилов алкохол или винен алкохол е широко разпространен представител на алкохолите. Известни са много вещества, които съдържат кислород заедно с въглерод и водород. Сред кислородсъдържащите съединения се интересувам преди всичко от класа алкохоли.

Етанол

Физични свойства на алкохола . Етилов алкохол C 2 H 6 O е безцветна течност със специфична миризма, по-лека от вода (специфично тегло 0,8), кипи при температура 78 °.3, разтваря добре много неорганични и органични вещества. Алкохолът "ректифициран" съдържа 96% етилов алкохоли 4% вода.

Структурата на молекулата на алкохола .Според валентността на елементите формулата C 2 H 6 O съответства на две структури:

За да решим коя от формулите всъщност отговаря на алкохола, нека се обърнем към опита.

Поставете парче натрий в епруветка с алкохол. Веднага ще започне реакция, придружена от отделяне на газ. Лесно е да се установи, че този газ е водород.

Сега нека поставим експеримента, така че да можем да определим колко водородни атома се отделят по време на реакцията от всяка молекула алкохол. За да направите това, добавете определено количество алкохол, например 0,1 грам-молекула (4,6 грама), в колба с малки парченца натрий (фиг. 1) капка по капка от фуния. Водородът, отделен от алкохола, измества водата от колбата с две гърла в мерителния цилиндър. Обемът на изместената вода в цилиндъра съответства на обема на отделения водород.

Фиг. 1. Количествен опит за получаване на водород от етилов алкохол.

Тъй като за експеримента е взета 0,1 грама молекула алкохол, може да се получи водород (по отношение на нормални условия) около 1.12 литри.Това означава, че натрият измества 11.2 литри, т.е. половин грам молекула, с други думи 1 грам водороден атом. Следователно само един водороден атом се измества от натрий от всяка молекула алкохол.

Очевидно в молекулата на алкохола този водороден атом е в специална позиция в сравнение с останалите пет водородни атома. Формула (1) не обяснява този факт. Според него всички водородни атоми са еднакво свързани с въглеродни атоми и, както знаем, не се изместват от метален натрий (натрият се съхранява в смес от въглеводороди - в керосин). Напротив, формула (2) отразява присъствието на един атом в специална позиция: той е свързан с въглерод чрез кислороден атом. Може да се заключи, че именно този водороден атом е по-слабо свързан с кислородния атом; той се оказва по-подвижен и се измества от натрия. следователно структурна формулаетилов алкохол:

Въпреки по-голямата подвижност на водородния атом на хидроксилната група в сравнение с други водородни атоми, етиловият алкохол не е електролит и не се дисоциира на йони във воден разтвор.

За да се подчертае, че молекулата на алкохола съдържа хидроксилна група - ОН, свързана с въглеводороден радикал, молекулната формула на етилов алкохол се записва, както следва:

Химични свойства на алкохола . Видяхме по-горе, че етилов алкохол реагира с натрий. Познавайки структурата на алкохола, можем да изразим тази реакция чрез уравнението:

Продуктът от заместването на водорода в алкохола с натрий се нарича натриев етоксид. Той може да бъде изолиран след реакцията (чрез изпаряване на излишния алкохол) като твърдо вещество.

При запалване във въздуха алкохолът гори със синкав, едва забележим пламък, отделяйки много топлина:

Ако етилов алкохол се нагрява в колба с хладилник с халогеноводородна киселина, например с HBr (или смес от NaBr и H 2 SO 4, която дава бромоводород по време на реакцията), тогава ще се дестилира маслена течност - етил бромид C 2 H 5 Br:

Тази реакция потвърждава наличието на хидроксилна група в алкохолната молекула.

Когато се нагрява с концентрирана сярна киселина като катализатор, алкохолът лесно се дехидратира, т.е. разделя водата (префиксът "de" показва отделянето на нещо):

Тази реакция се използва за получаване на етилен в лабораторията. При по-слабо нагряване на алкохол със сярна киселина (не по-висока от 140 °), всяка молекула вода се отделя от две молекули алкохол, в резултат на което се образува диетилов етер - летлива запалима течност:

Диетилов етер (понякога наричан серен етер) се използва като разтворител (почистване на тъкани) и в медицината за анестезия. Принадлежи към класа етери - органични вещества, чиито молекули се състоят от два въглеводородни радикала, свързани чрез кислороден атом: R - O - R1

Използването на етилов алкохол . Етиловият алкохол има голям практическа стойност. Много етилов алкохол се изразходва за производството на синтетичен каучук по метода на академик С. В. Лебедев. Чрез преминаване на пари от етилов алкохол през специален катализатор се получава дивинил:

който след това може да се полимеризира в каучук.

Алкохолът се използва за производство на багрила, диетилов етер, различни "плодови есенции" и редица други органични вещества. Алкохолът като разтворител се използва за производството на парфюмерия, много лекарства. Чрез разтваряне на смоли в спирт се приготвят различни лакове. Високата калоричност на алкохола определя използването му като гориво (автомобилно гориво = етанол).

Получаване на етилов алкохол . Световното производство на алкохол се измерва в милиони тонове годишно.

Често срещан начин за получаване на алкохол е ферментацията на захарни вещества в присъствието на дрожди. В тези по-ниски растителни организми(гъбички) произвеждат специални вещества - ензими, които служат като биологични катализатори за реакцията на ферментация.

Като изходни материали при производството на алкохол се вземат зърнени семена или картофени клубени, богати на нишесте. Нишестето с помощта на малц, съдържащ ензима диастаза, първо се превръща в захар, която след това ферментира в алкохол.

Учените са работили усилено, за да заменят хранителните суровини за производството на алкохол с по-евтини нехранителни суровини. Тези търсения бяха успешни.

Напоследък, поради факта, че много етилен се образува по време на крекинг на масло, стомана

Реакцията на хидратиране на етилен (в присъствието на сярна киселина) е изследвана от А. М. Бутлеров и В. Горяйнов (1873), които също предсказват нейното индустриално значение. Също така е разработен и въведен в промишлеността метод за директна хидратация на етилен чрез преминаването му в смес с водна пара върху твърди катализатори. Производството на алкохол от етилен е много икономично, тъй като етиленът е част от крекинг газовете на нефта и други промишлени газове и следователно е широко достъпна суровина.

Друг метод се основава на използването на ацетилен като изходен продукт. Ацетиленът се хидратира чрез реакцията на Кучеров и полученият ацеталдехид се редуцира каталитично с водород в присъствието на никел до етилов алкохол. Целият процес на хидратиране на ацетилена, последван от редукция на водород върху никелов катализатор до етанол, може да бъде представен чрез диаграма.

Хомоложни серии от алкохоли

В допълнение към етиловия алкохол са известни и други алкохоли, които са подобни на него по структура и свойства. Всички те могат да се разглеждат като производни на съответните наситени въглеводороди, в молекулите на които един водороден атом е заменен с хидроксилна група:

Таблица

въглеводороди	алкохоли	Точка на кипене на алкохолите в ºC
Метан CH 4	Метил СН3ОН	64,7
Етан C 2 H 6	Етил C2H5OH или СН3-СН2-ОН	78,3
Пропан C3H8	Пропил C 4 H 7 OH или CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH	97,8
Бутан C 4 H 10	Бутил C4H9OH или СН3-СН2-СН2-ОН	117

Тъй като са сходни по химични свойства и се различават един от друг в състава на молекулите от група от СН2 атоми, тези алкохоли представляват хомоложна серия. Сравняване физични свойстваалкохоли, в този ред, както и в реда на въглеводородите, наблюдаваме преход на количествени промени в качествени промени. Общата формула на алкохолите от тази серия R е ОН (където R е въглеводороден радикал).

Известни са алкохоли, чиито молекули включват няколко хидроксилни групи, например:

Групи от атоми, които определят характерните химични свойства на съединенията, т.е химическа функция, са наречени функционални групи.

Алкохолите са органични вещества, чиито молекули съдържат една или повече функционални хидроксилни групи, свързани с въглеводороден радикал. .

По своя състав алкохолите се различават от въглеводородите, съответстващи на броя на въглеродните атоми, чрез наличието на кислород (например C 2 H 6 и C 2 H 6 O или C 2 H 5 OH). Следователно алкохолите могат да се разглеждат като продукти на частично окисление на въглеводороди.

Генетична връзка между въглеводороди и алкохоли

Доста трудно е директно да се окисли въглеводород до алкохол. На практика е по-лесно да се направи това чрез халогенирания въглеводород. Например, за да получите етилов алкохол, започвайки от етан C 2 H 6, можете първо да получите етил бромид чрез реакцията:

и след това превръщайте етилбромида в алкохол чрез нагряване с вода в присъствието на алкали:

В този случай е необходим алкал, за да неутрализира получения бромоводород и да елиминира възможността за реакцията му с алкохол, т.е. изместете тази обратима реакция надясно.

По същия начин метиловият алкохол може да се получи по схемата:

Така въглеводородите, техните халогенни производни и алкохолите са в генетична връзка помежду си (връзки по произход).

алкохоли(или алканоли) са органични вещества, чиито молекули съдържат една или повече хидроксилни групи (-ОН групи), свързани с въглеводороден радикал.

Класификация на алкохола

Според броя на хидроксилните групи(атомност) алкохолите се разделят на:

моноатомен, Например:

двуатомна(гликоли), например:

Триатомен, Например:

По естеството на въглеводородния радикалразграничават се следните алкохоли:

Лимитсъдържащи само наситени въглеводородни радикали в молекулата, например:

Неограниченсъдържащ множество (двойни и тройни) връзки между въглеродни атоми в молекулата, например:

ароматен, т.е. алкохоли, съдържащи бензенов пръстен и хидроксилна група в молекулата, свързани един с друг не директно, а чрез въглеродни атоми, например:

Органичните вещества, съдържащи хидроксилни групи в молекулата, директно свързани с въглеродния атом на бензеновия пръстен, се различават значително по химични свойства от алкохолите и следователно се открояват в независим клас органични съединения - феноли.

Например:

Има и многоатомни (многовалентни алкохоли), съдържащи повече от три хидроксилни групи в молекулата. Например, най-простият шестводен алкохол хексаол (сорбитол)

Номенклатура и изомерия на алкохолите

При формирането на имената на алкохолите към името на въглеводорода, съответстващ на алкохола, се добавя (родовата) наставка -. ол.

Цифрите след наставката показват позицията на хидроксилната група в главната верига, а префиксите ди-, три-, тетра-и т.н. - броят им:

При номерирането на въглеродните атоми в главната верига позицията на хидроксилната група има предимство пред позицията на множествените връзки:

Започвайки от третия член на хомоложната серия, алкохолите имат изомерия на позицията на функционалната група (пропанол-1 и пропанол-2), а от четвъртия - изомерията на въглеродния скелет (бутанол-1, 2-метилпропанол -1). Те също се характеризират с междукласова изомерия - алкохолите са изомерни на етери:

Нека дадем име на алкохола, чиято формула е дадена по-долу:

Наименование на строителния ред:

1. Въглеродната верига е номерирана от края, до който е по-близо групата -OH.
2. Основната верига съдържа 7 C атома, така че съответният въглеводород е хептан.
3. Броят на -OH групите е 2, префиксът е "di".
4. Хидроксилните групи са при 2 и 3 въглеродни атома, n = 2 и 4.

Име на алкохола: хептандиол-2,4

Физични свойства на алкохолите

Алкохолите могат да образуват водородни връзки както между алкохолни молекули, така и между алкохолни и водни молекули. Водородните връзки възникват по време на взаимодействието на частично положително зареден водороден атом на една алкохолна молекула и частично отрицателно зареден кислороден атом на друга молекула. ​​Благодарение на водородните връзки между молекулите алкохолите имат точки на кипене, които са необичайно високи за тяхното молекулно тегло. Така пропанът с относително молекулно тегло 44 at нормални условияе газ, а най-простият от алкохолите е метанолът, имащ относително молекулно тегло 32, при нормални условия течност.

Долните и средните членове на серия от ограничаващи едновалентни алкохоли, съдържащи от 1 до 11 въглеродни атома - течност. Висши алкохоли (започвайки от C12H25OH)твърди вещества при стайна температура. Нисшите алкохоли имат алкохолна миризма и горящ вкус, те са силно разтворими във вода.С увеличаването на въглеродния радикал разтворимостта на алкохолите във вода намалява и октанолът вече не се смесва с вода.

Химични свойства на алкохолите

Имоти органична материяопределени от техния състав и структура. Алкохолите потвърждават общо правило. Техните молекули включват въглеводородни и хидроксилни групи, така че химичните свойства на алкохолите се определят от взаимодействието на тези групи една с друга.

Свойствата, характерни за този клас съединения, се дължат на наличието на хидроксилна група.

1. Взаимодействие на алкохоли с алкални и алкалоземни метали.За да се идентифицира ефектът на въглеводороден радикал върху хидроксилна група, е необходимо да се сравнят свойствата на вещество, съдържащо хидроксилна група и въглеводороден радикал, от една страна, и вещество, съдържащо хидроксилна група и несъдържащо въглеводороден радикал , от друга. Такива вещества могат да бъдат например етанол (или друг алкохол) и вода. Водородът от хидроксилната група на алкохолните молекули и водните молекули може да се редуцира от алкални и алкалоземни метали (заместени от тях)
2. Взаимодействие на алкохоли с халогеноводороди.Заместването на хидроксилна група с халоген води до образуването на халоалкани. Например:
   Тази реакция е обратима.
3. Междумолекулна дехидратацияалкохоли-отделяне на водна молекула от две алкохолни молекули при нагряване в присъствието на средства за отстраняване на вода:
   В резултат на междумолекулна дехидратация на алкохоли, етери.Така че, когато етилов алкохол се нагрява със сярна киселина до температура от 100 до 140 ° C, се образува диетилов (сярен) етер.
   
4. Взаимодействието на алкохоли с органични и Не органични киселинис образование естери(реакция на естерификация)
   
   Реакцията на естерификация се катализира от силни неорганични киселини. Например при взаимодействието на етилов алкохол и оцетна киселинаобразува се етилацетат:
   
   
5. Вътремолекулна дехидратация на алкохоливъзниква, когато алкохолите се нагряват в присъствието на дехидратиращи агенти до температура, по-висока от температурата на междумолекулна дехидратация. В резултат на това се образуват алкени. Тази реакция се дължи на наличието на водороден атом и хидроксилна група при съседни въглеродни атоми. Пример за това е реакцията на получаване на етен (етилен) чрез нагряване на етанол над 140 ° C в присъствието на концентрирана сярна киселина:
   
6. Окисляване на алкохолобикновено се извършва със силни окислители, например калиев дихромат или калиев перманганат в кисела среда. В този случай действието на окислителя е насочено към въглеродния атом, който вече е свързан с хидроксилната група. В зависимост от естеството на алкохола и условията на реакцията могат да се образуват различни продукти. И така, първичните алкохоли се окисляват първо до алдехиди, а след това до карбоксилни киселини:
   Когато вторичните алкохоли се окисляват, се образуват кетони:
   
   Третичните алкохоли са доста устойчиви на окисляване. Въпреки това, при тежки условия (силен окислител, топлина) възможно е окисление на третични алкохоли, което се случва с разрушаването на връзките въглерод-въглерод, които са най-близо до хидроксилната група.
7. Дехидрогениране на алкохоли.Когато алкохолните пари преминават при 200-300 ° C върху метален катализатор, като мед, сребро или платина, първичните алкохоли се превръщат в алдехиди, а вторичните в кетони:
   
   
8. Качествена реакция към многовалентни алкохоли.
   Наличието на няколко хидроксилни групи едновременно в молекулата на алкохола определя специфичните свойства на поливалентните алкохоли, които са способни да образуват ярко сини комплексни съединения, разтворими във вода, когато взаимодействат със свежа утайка от меден (II) хидроксид. За етилен гликол можете да напишете:
   
   Едновалентни алкохолине може да влезе в тази реакция. Следователно това е качествена реакция към поливалентните алкохоли.
   

Получаване на алкохоли:

Употребата на алкохоли

метанол(метилов алкохол CH 3 OH) е безцветна течност с характерна миризма и точка на кипене 64,7 ° C. Гори с леко синкав пламък. Историческото наименование на метанол - дървесен алкохол се обяснява с един от начините за получаването му чрез метода на дестилация на твърда дървесина (гръцки methy - вино, да се напиеш; hule - вещество, дърво).

Метанолът изисква внимателно боравене при работа с него. Под действието на ензима алкохолдехидрогеназа той се превръща в организма във формалдехид и мравчена киселина, които увреждат ретината на окото и причиняват смърт. оптичен нервИ пълна загубавизия. Поглъщането на повече от 50 ml метанол причинява смърт.

етанол(етилов алкохол C 2 H 5 OH) е безцветна течност с характерна миризма и точка на кипене 78,3 ° C. горими Смесва се с вода във всяко съотношение. Концентрацията (силата) на алкохола обикновено се изразява като обемни проценти. "Чист" (медицински) алкохол е продукт, получен от хранителни суровини и съдържащ 96% (по обем) етанол и 4% (по обем) вода. За да се получи безводен етанол - "абсолютен алкохол", този продукт се обработва с вещества, които химически свързват вода (калциев оксид, безводен меден (II) сулфат и др.).

За да се направи алкохолът, използван за технически цели, негоден за пиене, в него се добавят и оцветяват малки количества трудноотделими отровни, неприятни и отвратителни на вкус вещества. Алкохолът, съдържащ такива добавки, се нарича денатуриран или метилов спирт.

Етанолът се използва широко в промишлеността за производство на синтетичен каучук, лекарства, използвани като разтворител, влиза в състава на лакове и бои, парфюми. В медицината най-важен е етиловият алкохол дезинфектант. Използва се за производство на алкохолни напитки.

Малки количества етилов алкохол при поглъщане намаляват чувствителност към болкаи блокират процесите на инхибиране в мозъчната кора, причинявайки състояние на интоксикация. На този етап от действието на етанола се увеличава отделянето на вода в клетките и съответно се ускорява образуването на урина, което води до дехидратация на тялото.

В допълнение, етанолът причинява разширяване на кръвоносните съдове. Повишеният кръвоток в кожните капиляри води до зачервяване на кожата и усещане за топлина.

В големи количества етанолът инхибира активността на мозъка (етап на инхибиране), причинява нарушение на координацията на движенията. Междинният продукт от окисляването на етанола в организма - ацеталдехидът - е изключително токсичен и причинява тежко отравяне.

Системната употреба на етилов алкохол и съдържащите го напитки води до трайно намаляване на производителността на мозъка, смърт на чернодробните клетки и заместването им със съединителна тъкан - цироза на черния дроб.

Етандиол-1,2(етилен гликол) е безцветна вискозна течност. Отровни. Свободно разтворим във вода. Водните разтвори не кристализират при температури значително под 0 ° C, което позволява да се използва като компонент на незамръзващи охлаждащи течности - антифризи за двигатели с вътрешно горене.

Пролактриол-1,2,3(глицерин) - вискозна сиропообразна течност, сладка на вкус. Свободно разтворим във вода. Енергонезависим Като съставна част на естерите, влиза в състава на мазнините и маслата.

Широко използван в козметиката, фармацевтиката и хранително-вкусовата промишленост. IN козметикаГлицеринът играе ролята на омекотяващо и успокояващо средство. Добавя се към пастата за зъби, за да я предпази от изсушаване.

Глицеринът се добавя към сладкарските продукти, за да се предотврати тяхната кристализация. Пръска се върху тютюна, като в този случай действа като овлажнител, предотвратявайки изсъхването и натрошаването на тютюневите листа преди обработка. Добавя се към лепилата, за да не изсъхнат твърде бързо, и към пластмасите, особено към целофана. В последния случай глицеринът действа като пластификатор, действайки като лубрикант между полимерните молекули и по този начин придавайки на пластмасата необходимата гъвкавост и еластичност.

(алкохоли) клас органични съединения, съдържащи една или повече COH групи, докато OH хидроксилната група е свързана с алифатен въглероден атом (съединенията, в които въглеродният атом в COH групата е част от ароматното ядро, се наричат ​​феноли)

Класификацията на алкохолите е разнообразна и зависи от това коя особеност на структурата се взема за основа.

1. В зависимост от броя на хидроксилните групи в молекулата, алкохолите се разделят на:

а) моноатомни (съдържат една хидроксилна ОН група), например метанол CH 3 OH, етанол C 2 H 5 OH, пропанол C 3 H 7 OH

б) многоатомни (две или повече хидроксилни групи), например етилен гликол

HO С H 2 CH 2 OH , глицерин HOCH 2 CH (OH) CH 2 OH, пентаеритритол C (CH 2 OH) 4.

Съединения, в които един въглероден атом

има две хидроксилни групи, в повечето случаи те са нестабилни и лесно се превръщат в алдехиди, докато разделят водата: RCH (OH) 2 ® RCH \u003d O + H 2 O , не съществува.

2. Според вида на въглеродния атом, към който е свързана ОН групата, алкохолите се разделят на:

а) първичен, при който ОН групата е свързана с първичния въглероден атом. Първичният въглероден атом се нарича (маркиран в червено), свързан само с един въглероден атом. Примери за първични алкохоли етанол С

H 3 CH 2 OH, пропанол CH 3 CH 2 CH 2 OH. б) вторичен, при който ОН групата е свързана с вторичен въглероден атом. Вторичният въглероден атом (маркиран в синьо) е свързан едновременно с два въглеродни атома, например вторичен пропанол, вторичен бутанол (фиг. 1).

Ориз. 1. СТРУКТУРА НА ВТОРИЧНИТЕ АЛКОХОЛИ

в) третичен, при който ОН групата е свързана с третичния въглероден атом. Третичен въглероден атом (изолиран в зелено) е свързан едновременно с три съседни въглеродни атома, например третичен бутанол и пентанол (фиг. 2).

Ориз. 2. СТРУКТУРА НА ТРЕТИЧНИ АЛКОХОЛИ

Алкохолната група, свързана с него, се нарича още първична, вторична или третична, според вида на въглеродния атом.

В поливалентните алкохоли, съдържащи две или повече ОН групи, първичните и вторичните НО групи могат да присъстват едновременно, например в глицерол или ксилитол (фиг. 3).

Ориз. 3. КОМБИНАЦИЯ ОТ ПЪРВИЧНИ И ВТОРИЧНИ ОН-ГРУПИ В СТРУКТУРАТА НА МНОГОАТОМНИТЕ АЛКОХОЛИ.

3. Според структурата на органичните групи, свързани с ОН група, алкохолите се разделят на наситени (метанол, етанол, пропанол), ненаситени, например алилов алкохол CH 2 \u003d CHCH 2 OH, ароматни (например бензилов алкохол C 6 H 5 CH 2 OH), съдържащи се в групата

Р ароматна група.

Ненаситени алкохоли, в които ОН групата "приляга" към двойната връзка, т.е. свързани с въглероден атом, който едновременно участва в образуването на двойна връзка (например винилов алкохол CH 2 \u003d CHOH), са изключително нестабилни и незабавно изомеризират ( смИЗОМЕРИЗАЦИЯ) до алдехиди или кетони:

CH 2 \u003d CHOH ® CH 3 CH \u003d O Номенклатура на алкохолите. За обикновени алкохоли с проста структура се използва опростена номенклатура: името на органичната група се преобразува в прилагателно (с помощта на наставката и окончанието " нов“) и добавете думата „алкохол“:В случай, че структурата на органичната група е по-сложна, се използват правилата, общи за цялата органична химия. Имената, съставени по такива правила, се наричат ​​систематични. В съответствие с тези правила въглеводородната верига се номерира от края, до който е най-близо ОН групата. След това това номериране се използва за обозначаване на позицията на различни заместители по протежение на главната верига, наставката "ol" и номер, указващ позицията на OH групата, се добавят към края на името (фиг. 4):4. СИСТЕМАТИЧНИ НАИМЕНОВАНИЯ НА АЛКОХОЛИТЕ. Функционалните (OH) и заместителните (CH 3) групи, както и съответните им цифрови индекси, са подчертани в различни цветове.Систематичните имена на най-простите алкохоли се правят по същите правила: метанол, етанол, бутанол. За някои алкохоли са запазени тривиални (опростени) имена, които са се развили исторически: пропаргилов алкохол NSє CCH 2 OH, глицерин HOCH 2 CH (OH)CH 2 OH, пентаеритритол C (CH 2 OH) 4, фенетилов алкохол C 6 H 5 CH 2 CH 2 OH.Физични свойства на алкохолите. Алкохолите са разтворими в повечето органични разтворители, първите три най-прости представители - метанол, етанол и пропанол, както и третичният бутанол (Н 3 С) 3 СОН се смесват с вода във всяко съотношение. С увеличаване на броя на С атомите в органичната група, хидрофобният (водоотблъскващ) ефект започва да се отразява, разтворимостта във вода става ограничена и когатоР съдържащ повече от 9 въглеродни атома, практически изчезва.

Поради наличието на ОН групи се образуват водородни връзки между молекулите на алкохола.

Ориз. 5. ВОДОРОДНИ ВРЪЗКИ В АЛКОХОЛИТЕ(показано с пунктирана линия)

В резултат на това всички алкохоли имат по-висока точка на кипене от съответните въглеводороди, например T. kip. етанол + 78 ° C и Т. кип. етан 88,63°С; Т. кип. бутанол и бутан +117,4°C и 0,5°C, съответно.

Химични свойства на алкохолите. Алкохолите се отличават с различни трансформации. Реакциите на алкохолите имат някои общи модели: реактивността на първичните едновалентни алкохоли е по-висока от вторичните, от своя страна вторичните алкохоли са химически по-активни от третичните. За двувалентните алкохоли, в случай че ОН групите са разположени в съседни въглеродни атоми, се наблюдава повишена (в сравнение с едновалентните алкохоли) реактивност поради взаимното влияние на тези групи. За алкохолите са възможни реакции, които разрушават както СО, така и ОН връзките.

1. Реакции, протичащи през ОН връзката.

При взаимодействие с активни метали(Na, K, Mg, Al) алкохолите проявяват свойствата на слаби киселини и образуват соли, наречени алкохолати или алкоксиди:

CH 3 OH + 2 Na ® 2 CH 3 OK + H 2

Алкохолатите са химически нестабилни и се хидролизират под действието на вода, за да образуват алкохол и метален хидроксид:

C2H5OK + H2O

® C2H5OH + KOH

Тази реакция показва, че алкохолите са по-слаби киселини в сравнение с водата (силната киселина измества слабата), освен това, когато взаимодействат с алкални разтвори, алкохолите не образуват алкохолати. Въпреки това, в поливалентните алкохоли (в случай, когато ОН групите са прикрепени към съседни С атоми), киселинността на алкохолните групи е много по-висока и те могат да образуват алкохолати не само при взаимодействие с метали, но и с основи:

HOCH 2 CH 2 OH + 2NaOH ® NaOCH2CH2ONa + 2H2OКогато HO групите в поливалентните алкохоли са прикрепени към несъседни С атоми, свойствата на алкохолите са близки до едновалентни, тъй като взаимното влияние на HO групите не се проявява.

При взаимодействие с минерални или органични киселини алкохолите образуват естери - съединения, съдържащи фрагмент

Р О А (Киселинен остатък). Образуването на естери възниква и при взаимодействието на алкохоли с анхидриди и киселинни хлориди. карбоксилни киселини(фиг. 6).

Под действието на окислители (K 2 Cr 2 O 7, KMnO 4), първичните алкохоли образуват алдехиди, а вторичните кетони (фиг. 7)

Ориз. 7. ОБРАЗУВАНЕ НА АЛДЕХИДИ И КЕТОНИ ПО ВРЕМЕ НА ОКИСЛЯВАНЕТО НА АЛКОХОЛИ

Редукцията на алкохолите води до образуването на въглеводороди, съдържащи същия брой С атоми като първоначалната алкохолна молекула (фиг. 8).

8. ВЪЗСТАНОВЯВАНЕ НА БУТАНОЛ

2. Реакции, протичащи през СО връзката.

В присъствието на катализатори или силни минерални киселини алкохолите се дехидратират (водата се отделя), докато реакцията може да протече в две посоки:

а) междумолекулна дехидратация, включваща две молекули алкохол, докато CO връзките в една от молекулите се разкъсват, което води до образуването на етерни съединения, съдържащи фрагмент

R O R (Фиг. 9А).

б) при вътрешномолекулна дехидратация се образуват алкени - въглеводороди с двойна връзка. Често и двата процеса на образуване на етер и алкен протичат паралелно (фиг. 9В).

В случай на вторични алкохоли, по време на образуването на алкен, са възможни две посоки на реакцията (фиг. 9C), преобладаващата посока е тази, в която водородът се отделя от най-слабо хидрогенирания въглероден атом по време на кондензация (маркирана с номер 3), т.е. заобиколен от по-малко водородни атоми (в сравнение с атом 1). Показано на фиг. 10 реакции се използват за получаване на алкени и етери.

Разкъсването на СО връзката в алкохолите също се случва, когато ОН групата се замени с халоген или амино група (фиг. 10).

Ориз. 10. ЗАМЯНА НА OH-ГРУПАТА В АЛКОХОЛИТЕ С ХАЛогенНА ИЛИ АМИНОВА ГРУПА

Реакциите, показани на фиг. 10 се използват за производство на халокарбони и амини.

Получаване на алкохоли. Някои от реакциите, показани по-горе (фиг. 6,9,10), са обратими и при променящи се условия могат да протичат в обратна посока, което води до производството на алкохоли, например по време на хидролизата на естери и халогенокарбони (фиг. 11A и B, съответно), както и хидратиращи алкени чрез добавяне на вода (фиг. 11B).

Ориз. единадесет. ПРОИЗВОДСТВО НА АЛКОХОЛИ ЧРЕЗ ХИДРОЛИЗА И ХИДРАТАЦИЯ НА ОРГАНИЧНИ СЪЕДИНЕНИЯ

Реакцията на хидролиза на алкени (фиг. 11, схема B) е в основата на промишленото производство на нисши алкохоли, съдържащи до 4 въглеродни атома.

Етанолът се образува и по време на т.нар алкохолна ферментациязахари, например глюкоза C 6 H 12 O 6. Процесът протича в присъствието на дрождени гъбички и води до образуването на етанол и CO 2:

® 2C 2 H 5 OH + 2CO 2

При ферментацията може да се получи не повече от 15% воден разтвор на алкохол, тъй като дрождите умират при по-висока концентрация на алкохол. Чрез дестилация се получават алкохолни разтвори с по-висока концентрация.

Метанолът се получава в промишлеността чрез редукция на въглероден окис при 400

° При налягане 2030 MPa в присъствието на катализатор, състоящ се от оксиди на мед, хром и алуминий:® H 3 СИН Ако вместо хидролиза на алкени (фиг. 11) се извършва окисление, тогава двувалентни алкохоли(фиг. 12) 12. ПОЛУЧАВАНЕ НА ДВУАТОМНИ АЛКОХОЛИУпотребата на алкохоли. Способността на алкохолите да участват в различни химична реакцияпозволява да се използват за получаване на всички видове органични съединения: алдехиди, кетони, карбоксилни киселини, етери и естери, използвани като органични разтворители, в производството на полимери, багрила и лекарства.

Метанолът CH 3 OH се използва като разтворител и при производството на формалдехид, използван за производство на фенолформалдехидни смоли, метанолът напоследък се счита за обещаващо моторно гориво. Големи количества метанол се използват в производството и транспорта природен газ. Метанолът е най-токсичното съединение сред всички алкохоли, смъртоносна доза при перорален прием от 100 ml.

Етанолът C 2 H 5 OH е изходното съединение за производството на ацеталдехид, оцетна киселина, както и за производството на естери на карбоксилни киселини, използвани като разтворители. В допълнение, етанолът е основният компонент на всички алкохолни напитки, той също се използва широко в медицината като дезинфектант.

Бутанолът се използва като разтворител за мазнини и смоли, освен това служи като суровина за производството на ароматни вещества (бутилацетат, бутилсалицилат и др.). В шампоаните се използва като компонент, който повишава прозрачността на разтворите.

Бензилов алкохол C 6 H 5 CH 2 OH в свободно състояние (и под формата на естери) се намира в етерични маслажасмин и зюмбюл. Има антисептични (дезинфекционни) свойства, в козметиката се използва като консервант за кремове, лосиони, зъбни еликсири, а в парфюмерията като ароматизиращо вещество.

Фенетиловият алкохол C 6 H 5 CH 2 CH 2 OH има мирис на роза, намира се в розовото масло и се използва в парфюмерията.

Етилен гликол HOCH 2 CH 2 OH се използва в производството на пластмаси и като антифриз (добавка, която намалява точката на замръзване водни разтвори), също и в производството на текстилни и печатарски мастила.

Диетилен гликол HOCH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 OH се използва за пълнене на хидравлични спирачни устройства, както и в текстилна индустрияпри довършване и боядисване на тъкани.

Глицерол

HOCH 2 CH (OH ) CH 2 OH използва се за получаване на полиестерни глиптални смоли, освен това е компонент на много козметични препарати. Нитроглицерин (фиг. 6) основният компонент на динамита, използван в минното дело и железопътното строителство като експлозив.

Пентаеритритол (

ХОЧ 2) 4 C се използва за производството на полиестери (пентафталови смоли), като втвърдител за синтетични смоли, като пластификатор за поливинилхлорид, а също и при производството на експлозив тетранитропентаеритритол.

Многовалентните алкохоли ксилитол HOCH 2 (CHOH) 3 CH 2 OH и сорбитол neHOCH 2 (CHOH) 4 CH 2 OH имат сладък вкус, те се използват вместо захар в производството сладкарски изделияза диабетици и хора със затлъстяване. Сорбитолът се намира в плодовете на офика и череши.

Михаил Левицки

ЛИТЕРАТУРА Шабаров Ю.С. Органична химия . Москва, "Химия", 1994 г