15.10.2019
Monohidrični etil alkohol. Fizička i hemijska svojstva alkohola
Koji u svom sastavu sadrže jednu ili više hidroksilnih grupa. Ovisno o broju OH grupa, dijele se na monohidrične alkohole, trihidrične itd. Najčešće se ove složene supstance smatraju derivatima ugljovodonika, čiji su molekuli pretrpeli promene, jer. jedan ili više atoma vodika je zamijenjeno hidroksilnom grupom.
Najjednostavniji predstavnici ove klase su monohidratni alkoholi, čija opća formula izgleda ovako: R-OH ili
Cn + H 2n + 1OH.
- Alkoholi koji sadrže do 15 atoma ugljika su tekućine, 15 ili više su čvrste tvari.
- Rastvorljivost u vodi ovisi o molekulskoj težini, što je veća, to se alkohol lošije otapa u vodi. Tako se niži alkoholi (do propanola) miješaju s vodom u bilo kojem omjeru, dok su viši u njoj praktično nerastvorljivi.
- Tačka ključanja se također povećava s povećanjem atomske mase, na primjer, t kip. CH3OH \u003d 65 ° C, i t bp. S2N5ON = 78 ° S.
- Što je viša tačka ključanja, manja je isparljivost, tj. supstanca ne isparava dobro.
Ova fizička svojstva zasićenih alkohola sa jednom hidroksilnom grupom mogu se objasniti pojavom međumolekularne vodikove veze između pojedinačnih molekula samog spoja ili alkohola i vode.
Monohidrični alkoholi mogu ući u takve hemijske reakcije:
Uzimajući u obzir hemijska svojstva alkohola, možemo zaključiti da su monohidrični alkoholi amfoterna jedinjenja, jer. mogu da reaguju sa alkalnim metalima, pokazujući slaba svojstva, i sa vodonik-halogenidima, pokazujući osnovna svojstva. Sve hemijske reakcije uključuju prekid veze O-H ili C-O.
Dakle, zasićeni monohidrični alkoholi su kompleksna jedinjenja sa jednom OH grupom koja nemaju slobodne valence nakon formiranja C-C veze i pokazuju slaba svojstva i kiselina i baza. Zbog svojih fizičkih i hemijskih svojstava imaju široku primenu u organskoj sintezi, u proizvodnji rastvarača, aditiva za gorivo, kao i u prehrambenoj industriji, medicini i kozmetologiji (etanol).
Ograničite monohidrične alkohole
Nomenklatura. Racionalna i sistematska nomenklatura se koristi za imenovanje alkohola.
Prema racionalnoj nomenklaturi, nazivi alkohola se formiraju od imena odgovarajućeg radikala povezanog s hidroksilnom grupom i dodatka riječi "alkohol".
Prema sistematskoj nomenklaturi naziv je dat od naziva ugljovodonika sa dodatkom sufiksa –ol.
izomerizam u alkoholima je zbog promjena u strukturi ugljikovodika skeleta i položaja OH grupe.
Metode za dobijanje alkohola. Postoje različiti načini za dobijanje alkohola. Evo samo nekoliko njih.
1. Enzimska hidroliza i fermentacija ugljikohidrata. Prema ovoj metodi, etil alkohol se dobija iz proizvoda koji sadrže glukozu ili druge šećere. Tokom fermentacije glukoze pod dejstvom enzima kvasca nastaje etanol:
Fermentacijom voćnih sokova, posebno sokova grožđa, dobijaju se alkoholni rastvori sa sadržajem etanola od 10-15%, koji se nazivaju vina.
Za dobivanje etanola u velikim količinama, kao polazni materijal uzima se jeftiniji ugljikohidrat, škrob. Formiranje alkohola iz proizvoda koji sadrže škrob sastoji se od sljedećih faza:
a) saharifikacija skroba:
Proces stvaranja maltoze odvija se pod djelovanjem enzima amilaze sadržanog u sladu – proklijalim i osušenim zrnima ječma.
b) fermentaciju saharificiranog rastvora. Ovaj proces se odvija pod dejstvom enzima koji se nalaze u kvascu:
Obje faze su rezultat kombiniranog djelovanja širokog spektra enzima koji se nalaze u kvascu. Ovi enzimi se nazivaju i enzimi. Dobivena otopina za fermentaciju sadrži 18% etanola. Ova smjesa se podvrgne destilaciji i dobije se sirovi alkohol sa sadržajem etanola od 90%. Dodatnom destilacijom dobija se rektifikovani alkohol sa sadržajem etanola od 95,5%. Apsolutni alkohol (100% etanol) može se dobiti azeotropnom destilacijom sa benzenom.
U procesu fermentacije, uz etanol, dobijaju se fuzelna ulja koja snižavaju kvalitet alkohola. Oni su mješavina izomernih alkohola s brojem atoma ugljika C 3 - C 5 .
Fusel ulja se dobivaju razgradnjom proteinskih komponenti koje čine izvorne sirovine koje sadrže škrob.
Etanol dobijen ovom tehnologijom, nakon dodatnog prečišćavanja, koristi se za proizvodnju alkoholnih pića. Ako se kao sirovina umjesto škroba koristi celuloza, onda se dobija "hidrolitički" alkohol, koji se koristi samo za tehničke potrebe. Proces dobijanja etanola iz celuloze sastoji se od sledećih faza:
a) hidroliza celuloze:
b) fermentacija pod dejstvom enzima kvasca:
C 6 H 12 O 6 ® 2C 2 H 5 OH + 2CO 2
Kao sirovina koristi se otpad drvnoprerađivačke industrije, a hidroliza se vrši u teškim uslovima u prisustvu H 2 SO 4 .
2. Hidratacija alkena. U prisustvu katalizatora, olefini dodaju vodu i formiraju alkohole. Dodavanje vode nesimetričnim alkenima odvija se prema Morkovnikovom pravilu sa stvaranjem sekundarnih i tercijalnih alkohola.
3. Hidroliza halogenih derivata:
4. Obnavljanje aldehida i ketona:
Redukcija aldehida daje primarne alkohole, redukcija ketona - sekundarne.
5. Obnavljanje estera:
6. Hidroliza estera. Reakcija je reverzibilna i zahtijeva regulaciju kako bi se povećao prinos alkohola:
7. Sinteza aldehida putem organometalnih jedinjenja:
Hemijska svojstva alkohola. Glavni strukturni element koji određuje reaktivnost alkohola je hidrokso grupa. Glavni pravci reaktivnosti su reakcije sa cijepanjem veza u smjeru I i II. Svojstva akceptora kiseonika obezbeđuju visok polaritet veza u ovim pravcima.
I smjer.
Zbog polariteta O-H veze, alkoholi imaju određenu kiselost i disociraju prema shemi:
Primarni alkoholi imaju veću kiselost, tercijarni alkoholi imaju manju kiselost i posmatra se redosled:
Niža kiselost tercijarnih alkohola se objašnjava pozitivnim induktivnim efektima alkil grupa, koje povećavaju gustinu elektrona na ugljiku i kisiku.
1. Interakcija sa metalima:
2. Reakcija esterifikacije:
3. Reakcije oksidacije. Ovisno o prirodi alkohola, oksidacijske reakcije se odvijaju na različite načine. Ove reakcije se mogu odvijati kao reakcije dehidrogenacije i kao reakcije oksidacije. Oksidacija primarnih alkohola daje aldehide:
Oksidacija sekundarnih alkohola daje ketone:
Tercijarni alkoholi se oksidiraju prekidom lanca ugljikovodika i stvaranjem mješavine kiselina i ketona:
II smjer.
1. Hidrohalogenizacija alkohola. Reakcija se izvodi u prisustvu tvari koje uklanjaju vodu:
Reaktivnost alkohola se mijenja u slijedu:
tercijarni > sekundarni > primarni
2. Interakcija sa fosfornim halogenidima:
3. Intramolekularna i intermolekularna dehidracija alkohola. U teškim uslovima, pri t > 180 0 C, odvija se intramolekularna dehidracija u skladu sa Zajcevovim pravilom:
U blagim uslovima dolazi do intermolekularne dehidracije sa stvaranjem estera:
Fizička svojstva alkohola i njihova primjena. Alkoholi sa brojem ugljikovih atoma C 1 - C 10 - tekućine, iznad - čvrste tvari. Rastvorljivost alkohola opada s povećanjem molekularne mase, a temperatura ključanja se povećava. Nenormalno visoke tačke ključanja za alkohole objašnjavaju se mogućnošću stvaranja asocijacija zbog vodikovih veza
Izostrukturni alkoholi imaju više tačke ključanja od normalnih alkohola.
metanol. Njegova glavna količina dobijena je suhom destilacijom drveta. Trenutno se metanol proizvodi u industriji prema sljedećoj shemi:
Metanol ima široku i raznovrsnu primjenu. Značajne količine se troše za dobijanje formaldehida, metilamina, boja i farmakoloških preparata. Metanol je dobar rastvarač i koristi se za rastvaranje alkalija, koristi se za čišćenje benzina, u industriji boja i lakova itd. Treba imati na umu da je metanol najjači otrov koji izaziva sljepoću i paralizu.
Podmuklost metil alkohola je u tome što je vrlo sličan etanolu.
Etanol. Koristi se u prehrambenoj industriji za proizvodnju alkoholnih pića, za proizvodnju estera koji se koriste u konditorskoj industriji. U parfimeriji se etanol koristi kao rastvarač. Njegov sadržaj u kremama je 5-10%, losionima - 10-60%, dezodoransima - do 80%).
Primarni alkoholi visoke molekularne težine.
Cetil alkohol (C 15 H 31 CH 2 OH) kao estar je dio spermaceta koji se izlučuje iz kostiju lobanje kitova. Spermaceti se koristi u parfimeriji i sintetičkim deterdžentima.
Miricilni alkohol (C 30 H 61 -CH-OH) u vezanom stanju je deo pčelinjeg voska:
Dihidrični alkoholi (glikoli)
Dihidrični alkoholi sadrže dvije hidroksilne grupe u svom sastavu. Opšta formula glikola je C n H 2 n (OH) 2.
Prema sistematskoj nomenklaturi, nazivi dihidričnih alkohola formiraju se od naziva odgovarajućih alkana uz dodatak završetka "diol", položaj -OH grupa označen je brojevima.
DEFINICIJA
Ograničite monohidrične alkohole mogu se smatrati derivatima ugljikovodika metanskog niza, u čijim je molekulima jedan atom vodika zamijenjen hidroksilnom grupom.
Dakle, zasićeni monohidrični alkoholi se sastoje od ugljikovodičnih radikala i funkcionalne grupe -OH. U nazivima alkohola, hidroksilna grupa je označena sufiksom -ol.
Opća formula graničnih jednoatomnih alkohola je C n H 2 n +1 OH ili R-OH ili C n H 2 n +2 O. Molekularna formula alkohola ne odražava strukturu molekule, jer dvije potpuno različite supstance mogu odgovaraju istoj bruto formuli, na primjer, molekulska formula C 2 H 5 OH je zajednička i za etil alkohol i za aceton (dimetil keton):
CH 3 -CH 2 -OH (etanol);
CH 3 -O-CH 3 (aceton).
Kao i ugljovodonici iz metanskog niza, zasićeni monohidrični alkoholi formiraju homologni niz metanola.
Sastavimo ovu seriju homologa i razmotrimo obrasce promjena fizičkih svojstava spojeva ove serije u zavisnosti od povećanja ugljikovodičnih radikala (Tablica 1).
Homologni niz (nepotpun) zasićenih monohidričnih alkohola
Tabela 1. Homologne serije (nepotpune) zasićenih monohidroksilnih alkohola.
Granični monohidrični alkoholi su lakši od vode, jer je njihova gustina manja od jedinice. Niži alkoholi se miješaju s vodom u svim aspektima, s povećanjem ugljikovodičnih radikala ova sposobnost se smanjuje. Većina alkohola je visoko rastvorljiva u organskim rastvaračima. Alkoholi imaju višu tačku ključanja i topljenja od odgovarajućih ugljikovodika ili halogenih derivata, zbog mogućnosti stvaranja međumolekulskih veza.
Najvažniji predstavnici zasićenih monohidričnih alkohola su metanol (CH 3 OH) i etanol (C 2 H 5 OH).
Primjeri rješavanja problema
PRIMJER 1
| Vježbajte | U prirodnim biserima maseni omjer kalcijuma, ugljika i kiseonika je 10:3:12. Koja je najjednostavnija formula bisera? |
| Rješenje | Da bismo saznali u kakvom su odnosu hemijski elementi u sastavu molekula, potrebno je pronaći njihovu količinu supstance. Poznato je da za pronalaženje količine supstance treba koristiti formulu: Nađimo molarne mase kalcija, ugljika i kisika (vrijednosti relativnih atomskih masa preuzete iz periodnog sistema D.I. Mendeljejeva zaokružit ćemo na cijele brojeve). Poznato je da je M = Mr, pa je M(Ca)= 40 g/mol, Ar(C)=12 g/mol, a M(O)=32 g/mol. Tada je količina supstance ovih elemenata jednaka: n (Ca) = m (Ca) / M (Ca); n (Ca) = 10 / 40 = 0,25 mol. n(C) = m(C) / M(C); n(C) = 3/12 = 0,25 mol. n(O) = m(O) / M(O); n (O) = 12 / 16 = 0,75 mol. Pronađite molarni omjer: n(Ca) :n(C):n(O) = 0,25: 0,25: 0,75= 1: 1: 3, one. formula bisernog jedinjenja je CaCO 3 . |
| Odgovori | CaCO3 |
PRIMJER 2
| Vježbajte | Dušikov oksid sadrži 63,2% kiseonika. Koja je formula oksida |
| Rješenje | Maseni udio elementa X u molekuli sastava HX izračunava se po sljedećoj formuli: ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Izračunajmo maseni udio dušika u oksidu: ω (N) = 100% - ω (O) = 100% - 63,2% \u003d 36,8%. Označimo broj molova elemenata koji čine jedinjenje kao "x" (azot) i "y" (kiseonik). Tada će molarni omjer izgledati ovako (vrijednosti relativnih atomskih masa uzetih iz periodnog sistema D.I. Mendeljejeva zaokružit će se na cijele brojeve): x:y = ω(N)/Ar(N) : ω(O)/Ar(O); x:y= 36,8/14: 63,2/16; x:y= 2,6: 3,95 = 1: 2. Dakle, formula za spoj dušika i kisika bit će NO2. Ovo je dušikov oksid (IV). |
| Odgovori | NE 2 |
Alkoholi su velika grupa organskih hemikalija. Uključuje podklase monohidričnih i polihidričnih alkohola, kao i sve supstance kombinovane strukture: aldehidne alkohole, derivate fenola, biološke molekule. Ove tvari ulaze u mnoge vrste reakcija kako na hidroksilnoj grupi tako i na atomu ugljika koji je nosi. Ova hemijska svojstva alkohola treba detaljno proučiti.
Vrste alkohola
Alkoholi sadrže hidroksilnu grupu vezanu za atom ugljika nosača. Ovisno o broju ugljikovih atoma na koje je vezan nosač C, alkoholi se dijele na:
- primarni (povezan sa terminalnim ugljenikom);
- sekundarni (povezan s jednom hidroksilnom grupom, jednim atomom vodika i dva atoma ugljika);
- tercijarni (povezan sa tri atoma ugljika i jednom hidroksilnom grupom);
- mješoviti (polihidrični alkoholi u kojima postoje hidroksilne grupe na sekundarnim, primarnim ili tercijalnim atomima ugljika).
Alkoholi se također dijele ovisno o broju hidroksilnih radikala na monohidrične i polihidrične. Prvi sadrže samo jednu hidroksilnu grupu na ugljikovom atomu koji nosi, na primjer, etanol. Polihidrični alkoholi sadrže dvije ili više hidroksilnih grupa na različitim ugljikovim atomima koji nose.
Hemijska svojstva alkohola: tabela
Materijal koji nas zanima najpogodnije je predstaviti kroz tabelu koja odražava opća načela reaktivnosti alkohola.
Reaktivna veza, vrsta reakcije | Reagens | Proizvod |
O-H veza, supstitucija | Aktivni metal, aktivni metalni hidrid, alkalije ili amidi aktivnih metala | alkoholati |
C-O i O-H veza, intermolekularna dehidracija | Alkohol kada se zagrijava u kiseloj sredini | Eter |
C-O i O-H veza, intramolekularna dehidracija | Alkohol kada se zagrije preko koncentrovane sumporne kiseline | Nezasićeni ugljovodonik |
C-O veza, supstitucija | Halovodik, tionil hlorid, kvazifosfonijumova so, fosforni halogenidi | haloalkani |
C-O veza - oksidacija | Donori kiseonika (kalijum permanganat) sa primarnim alkoholom | Aldehid |
C-O veza - oksidacija | Donatori kiseonika (kalijum permanganat) sa sekundarnim alkoholom | |
molekul alkohola | kiseonik (sagorevanje) | ugljični dioksid i voda. |
Reaktivnost alkohola
Zbog prisustva ugljikovodičnih radikala u molekulu monohidričnog alkohola - C-O veza i O-H veze - ova klasa spojeva ulazi u brojne kemijske reakcije. Oni određuju hemijska svojstva alkohola i zavise od reaktivnosti supstance. Potonje, pak, ovisi o dužini ugljikovodičnih radikala vezanih za atom ugljika nosača. Što je veći, to je niži polaritet O-H veze, zbog čega će se reakcije koje se odvijaju s eliminacijom vodika iz alkohola odvijati sporije. Time se također smanjuje konstanta disocijacije navedene supstance.
Hemijska svojstva alkohola također zavise od broja hidroksilnih grupa. Jedan pomiče gustinu elektrona prema sebi duž sigma veza, što povećava reaktivnost prema O-H grupi. Budući da ovo polarizuje C-O vezu, reakcije s njenim rupturom su aktivnije u alkoholima koji imaju dvije ili više O-H grupa. Stoga je veća vjerovatnoća da će reagovati polihidrični alkoholi čija su hemijska svojstva brojnija. Sadrže i nekoliko alkoholnih grupa, zbog čega mogu slobodno reagovati sa svakom od njih.
Tipične reakcije monohidričnih i polihidričnih alkohola
Tipična hemijska svojstva alkohola javljaju se samo u reakciji sa aktivnim metalima, njihovim bazama i hidridima, Lewisovim kiselinama. Tipične su i interakcije sa vodonik halogenidima, fosfornim halogenidima i drugim komponentama za proizvodnju haloalkana. Takođe, alkoholi su takođe slabe baze, pa reaguju sa kiselinama, formirajući halogenovodonike i estre neorganskih kiselina.
Eteri nastaju iz alkohola intermolekularnom dehidratacijom. Iste tvari ulaze u reakcije dehidrogenacije sa stvaranjem aldehida iz primarnog alkohola i ketona iz sekundarnog. Tercijarni alkoholi ne ulaze u takve reakcije. Takođe, hemijska svojstva etil alkohola (i drugih alkohola) ostavljaju mogućnost njihove potpune oksidacije kiseonikom. Ovo je jednostavna reakcija sagorijevanja, praćena oslobađanjem vode s ugljičnim dioksidom i malo topline.
Reakcije na atomu vodika O-N veze
Hemijska svojstva monohidričnih alkohola omogućavaju razbijanje OH veze i eliminaciju vodonika. Ove reakcije se odvijaju u interakciji s aktivnim metalima i njihovim bazama (alkalijama), s aktivnim metalnim hidridima, kao i s Lewisovim kiselinama.
Alkoholi također aktivno reagiraju sa standardnim organskim i neorganskim kiselinama. U ovom slučaju, produkti reakcije su ester ili halougljik.
Reakcije za sintezu haloalkana (preko C-O veze)
Halogenalkani su tipična jedinjenja koja se mogu dobiti iz alkohola nekoliko vrsta hemijskih reakcija. Konkretno, hemijska svojstva monohidričnih alkohola omogućavaju interakciju sa vodonik halogenidima, tri- i petovalentnim fosfornim halogenidima, kvazifosfonijum solima i tionil hloridom. Takođe, haloalkani iz alkohola mogu se dobiti na intermedijarni način, odnosno sintezom alkilsulfonata, koji će kasnije ući u reakciju supstitucije.
Primjer prve reakcije sa halogenvodikom prikazan je u grafičkom dodatku iznad. Ovdje butil alkohol reaguje sa klorovodikom da nastane hlorobutan. Općenito, klasa spojeva koji sadrže hlor i radikal zasićen ugljikovodikom naziva se alkil hlorid. Nusproizvod hemijske interakcije je voda.
Reakcije s proizvodnjom alkil hlorida (jodida, bromida ili fluorida) su prilično brojne. Tipičan primjer je interakcija sa fosfornim tribromidom, fosfor pentakloridom i drugim spojevima ovog elementa i njegovim halogenidima, perhloridima i perfluoridima. Oni se odvijaju mehanizmom nukleofilne supstitucije. Alkoholi takođe reaguju sa tionil hloridom da bi formirali hloroalkan i oslobađali SO 2 .
Vizuelno, hemijska svojstva monohidričnih zasićenih alkohola koji sadrže zasićeni ugljovodonični radikal su predstavljena u obliku reakcija na donjoj ilustraciji.
Alkoholi lako reaguju sa kvazifosfonijumskom soli. Međutim, ova reakcija je najpovoljnija kada se radi s monohidričnim sekundarnim i tercijalnim alkoholima. Oni su regioselektivni i omogućavaju "implantaciju" halogene grupe na strogo određeno mjesto. Proizvodi takvih reakcija se dobijaju sa visokim masenim udjelom prinosa. A polihidrični alkoholi, čija se hemijska svojstva donekle razlikuju od monohidričnih, mogu se izomerizirati tokom reakcije. Stoga je teško doći do ciljanog proizvoda. Primjer reakcije na slici.
Intramolekularna i intermolekularna dehidracija alkohola
Hidroksilna grupa koja se nalazi na nosećem atomu ugljika može se odcijepiti pomoću jakih akceptora. Ovako se odvijaju reakcije intermolekularne dehidracije. Kada jedan molekul alkohola stupi u interakciju s drugim u otopini koncentrirane sumporne kiseline, molekul vode se odvaja od obje hidroksilne grupe, čiji se radikali spajaju u molekulu etera. Intermolekularnom dehidratacijom etanala može se dobiti dioksan - proizvod dehidracije četiri hidroksilne grupe.
Kod intramolekularne dehidracije proizvod je alken.
To su derivati ugljikovodika u kojima je jedan atom vodika zamijenjen hidroksi grupom. Opšta formula alkohola je C&H 2 n +1 Oh.
Klasifikacija monohidričnih alkohola.
Ovisno o lokaciji gdje HE- grupirati, razlikovati:
Primarni alkoholi:
Sekundarni alkoholi:
tercijarni alkoholi:
.
Izomerizam monohidričnih alkohola.
Za monohidroksilnih alkohola karakterističan izomerizam ugljeničnog skeleta i izomerizam položaja hidroksi grupe.
Fizička svojstva monohidričnih alkohola.
Reakcija se odvija prema Markovnikovom pravilu, pa se iz primarnih alkena može dobiti samo primarni alkohol.
2. Hidroliza alkil halogenida pod uticajem vodenih rastvora alkalija:
Ako je zagrijavanje slabo, dolazi do intramolekularne dehidracije, što rezultira stvaranjem etera:
B) Alkoholi mogu da reaguju sa halogenovodonicima, pri čemu tercijarni alkoholi reaguju veoma brzo, dok primarni i sekundarni alkoholi reaguju sporo:
Upotreba monohidričnih alkohola.
Alkoholi Uglavnom se koriste u industrijskoj organskoj sintezi, u prehrambenoj industriji, u medicini i farmaciji.
