Еднолични алкохоли. Как да получите най-добрия еднооксиден алкохол

Органични кислородсъдържащи съединения, сред които са различни алкохоли, са важни функционални производни на въглеводородите. Те са едноатомни, двуатомни и многоатомни. Монохидрокси алкохоли са, всъщност, въглеводородни производни, в молекулярния компонент на които има една хидроксилна група (означена с "-ОН"), свързана с наситени въглеродни атоми.

разпространение

Едноличните алкохоли са широко разпространени в природата. Например, метилов алкохол в малки количества, съдържащи се в сока на редица растения (например, борщ). Етилов алкохол като продукт алкохолна ферментация органични съединения, намиращи се в подкислени плодове и плодове. Цетилов алкохол се намира в китовото масло. Пчелният восък включва церилови, мирицилови алкохоли. 2-фенилетанол е намерен в листенца от рози. Терпеновите алкохоли под формата на ароматни вещества са представени в много ароматни култури.

класификация

Алкохолите са разделени по молекулярния брой на хидроксилните групи. Първо на:

• едноатомни алкохоли (например, етанол);
• двуатомна (етандиол);
• многоатомно (глицерин).

По природа на въглеводородния радикал алкохолите се разделят на ароматни, алифатни, циклични. В зависимост от вида на въглеродния атом, който има връзка с хидроксилна група, алкохолите се считат за първични, вторични и третични. Общата формула на едноатомния алкохол, приложена към наситени монохидратни алкохоли, се изразява като: С _n H _2n + ₂ O.

номенклатура

Името на алкохолите в радикално-функционалната номенклатура се формира от името, свързано с хидроксилната група на радикала, и от думата "алкохол". Съгласно систематичната номенклатура на IUPAC наименованието на алкохола се образува от съответния алкан с добавянето на края "-ol". Например:

• метанол - метилов алкохол;
• метил пропанол-1-2-изобутил (трет-бутил);
• етанол - етил;
• бутанол-1-2-бутил (V-бутил);
• пропанол-1-2-пропил (изопрапил).

Номерирането според правилата на IUPAC се класифицира по позицията на хидроксилната група, получава по-малък брой. Например: пентандиол-2-4, 4-метилпентанол-2 и др.

изомерия

Граничните едноатомни алкохоли имат следните видове структурна и пространствена изомеризъм. Например:

• Въглероден скелет.
• Изомерни етери.
• Позицията на функционалната група.

Пространствената изомерия на алкохолите е представена чрез оптична изомерия. Оптичната изомерия е възможна, когато в молекулата присъства асиметричен въглероден атом (съдържащ четири различни заместителя).

Методи за производство на едноатомни алкохоли

За да се получи максимален монохидратния алкохол, може да се използват няколко метода:

• Хидролиза на халоген-алкани.
• Хидратация на алкени.
• Възстановяване на алдехиди и кетони.
• Синтез на организма.

Хидролизата на халоген-алкани е един от обичайните лабораторни методи за производство на алкохоли. Пречистването на водата (алтернативно - воден разтвор на алкални) алкохоли са първични и вторични:

CH3-CH2-Br + NaOH → CH3-CH2-OH + NaBr.

Третичните халогеналкани се хидролизират още по-лесно, но те имат по-лесна странична реакция на елиминиране. Следователно, третичните алкохоли получават други методи.

Алкените се хидратират чрез добавяне на вода към алкени в присъствието на киселинно-съдържащи катализатори (Н3РО4 ₎ . Методът е в основата на промишленото производство на алкохоли като етил, изопропил, трет-бутил.

Карбонилната група се редуцира с водород в присъствието на катализатор за хидрогениране (Ni или Pt). В този случай, вторичните алкохоли се образуват от кетони, а алдехидите са първични крайни монохидратни алкохоли. Формулата на процеса:

СН3-С = О (-Н) + Н2 (етанал) → СН3-СН2-ОН (етанол).

Чрез добавяне на алдехиди и кетони към алкилмагнезиеви халиди се получават магнезиево-органични съединения. Реакцията се провежда в сух диетилов етер. Последващата хидролиза на органомагнезиеви съединения образува едноосновни алкохоли.

Първичните алкохоли се образуват чрез реакцията на Grignard само от формалдехид и всякакви алкилмагнезиеви халиди. Други алдехиди дават вторични алкохоли за тази реакция, кетони - третични алкохоли.

Индустриален синтез на метанол

Индустриалните методи, като правило, са непрекъснати процеси с многократна рециркулация на големи маси от реагенти, извършвани в газовата фаза. Индустриално важните алкохоли са метанол и етанол.

Метанолът (неговите производствени обеми са най-големи сред алкохолите) до 1923 г. са получени чрез суха дестилация (отопление без достъп на въздух) от дърво. Днес тя се генерира от синтетичен газ (смес от CO и H ₂ ). Процесът се провежда при налягане 5–10 МРа с оксидни катализатори (ZnO + Cr ₂ O ₃ , CuO + ZnO + Al ₂ O ₃ и др.) В температурния диапазон 250–400 ° C, в резултат на което се получават едноалкохолни алкохоли. Реакционната формула е СО + 2Н2 → СНЗОН.

През 80-те години, когато се изследва механизмът на този процес, се установява, че метанолът се образува не от въглероден оксид, а от въглероден диоксид, получен от взаимодействието на въглероден оксид със следи от вода.

Индустриален синтез на етанол

Общ метод на производство за синтез на технически етанол е хидратирането на етилена. Формулата на етанол с едноазотен алкохол ще получи следната форма:

СН2 = СН2 + Н20 → СН3-СН2ОН.

Процесът се провежда при налягане 6-7 МРа в газовата фаза, преминаване на етилен и водна пара над катализатора. Катализаторът е фосфорна или сярна киселина прилага се върху силикагел.

Храна и Медицина етилов алкохол получават ензимна хидролиза на захари, съдържащи се в грозде, плодове, зърнени храни, картофи, последвано от ферментация на образуваната глюкоза. Ферментация на захарни вещества, причинени от дрожди, принадлежащи към групата на ензимите. За процеса най-благоприятната температура е 25-30 ° С. В промишлените предприятия се използва етанол, получен чрез ферментация на дървесина и производство на хартия и хартия на въглехидрати, образувани при хидролизата на дървесината.

Физични свойства на едноатомните алкохоли

В молекулите на алкохолите има водородни атоми, свързани с електроотрицателния елемент - кислород, почти лишен от електрони. Междумолекулните водородни връзки се образуват между тези водородни атоми и кислородни атоми, които имат самостоятелни електронни двойки.

Водородната връзка се дължи на специфичните характеристики на водородния атом:

• Когато свързващите електрони се изтеглят към по-електроотрицателния атом, ядрото на водородния атом става “голи” и протонът не е защитен от други електрони. Когато някой друг атом е йонизиран, електронната обвивка, която защитава ядрото, все още остава.
• Водородният атом има малък размер в сравнение с други атоми, в резултат на което той е способен да проникне достатъчно дълбоко в електронната обвивка на съседен отрицателно поляризиран атом, без да е свързан с него чрез ковалентна връзка.

Водородната връзка е около 10 пъти по-слаба от обичайната ковалентна връзка. Енергията на водородната връзка е в диапазона 4-60 kJ / mol, а за алкохолните молекули - 25 kJ / mol. Тя се различава от обикновените s-връзки в по-голяма дължина (0.166 nm) в сравнение с дължината на OH връзката (0.107 nm).

Химични свойства

Химичните реакции на едноалкохолните алкохоли се определят от наличието на хидроксилна група в техните молекули, която е функционална. Кислородният атом е в sp3 хибридно състояние. Валентният ъгъл е близък до тетраедричния. Две sp3-хибридни орбитали образуват връзки с други атоми, а другите две орбитали са самотни двойки електрони. Съответно, частичен отрицателен заряд се концентрира върху кислородния атом, а частичните положителни заряди върху атомите на водорода и въглерода.

СО и СН връзки са ковалентни полярни (последният е по-полярен). Хетеролитичното разцепване на ОН връзката с образуването на Н + води до киселинните свойства на едноатомните алкохоли. Въглероден атом с частичен положителен заряд може да бъде подложен на атака от нуклеофилен реагент.

Киселинни свойства

Алкохолите са много слаби киселини, по-слаби от водата, но по-силни от ацетилена. Те не предизвикват промяна в цвета на индикатора. Окисляването на едноатомните алкохоли се осъществява при взаимодействие с активни метали (алкални и алкалоземни) с отделянето на водород и образуването на алкохолати:

2ROH + 2Na → 2RONa + H _2.

Алкални метали с алкални метали - вещества с йонна връзка между кислород и натрий, в разтвор на едноосновен алкохол, те се дисоциират, за да образуват алкохолни йони:

СНЗОН / СНЗО ^- + Na ⁺ (метоксиден йон).

Образуването на алкохолати може да се извърши и чрез взаимодействие на алкохол с натриев амид:

C2H5OH + NaNH2 → C2H5ONa + NH3.

Ще реагира ли етанол с алкали? Практически не. Водата е по-силна от етилов алкохол, така че тук се установява равновесие. С увеличаване на дължината на въглеводородния радикал в алкохолната молекула, киселинните свойства намаляват. Също така се ограничават монохидратните алкохоли, които се характеризират с намаляване на киселинността в сериите: първични → вторични → третични.

Реакция на нуклеофилно заместване

В алкохолите СО връзката е поляризирана, частичен положителен заряд е концентриран върху въглеродния атом. В резултат на това въглеродният атом е атакуван от нуклеофилни частици. В процеса на разкъсване на СО връзка, друг нуклеофил замества хидроксилна група.

Една от тези реакции е взаимодействието на алкохолите с водородни халогениди или техните концентрирани разтвори. Уравнение на реакцията:

C2H5OH + HBr → C2H5Br + H20.

За да се улесни отстраняването на хидроксилната група, като катализатор се използва концентрирана сярна киселина. Протонира кислороден атом, като по този начин активира молекула на едноосновния алкохол.

Първичните алкохоли, като първичните халогеналкани, влизат в обменни реакции, използвайки SN2 механизма. Вторичните монохидратни алкохоли, като вторичните халогеналкани, реагират с халогенни киселини. Условията на взаимодействие на алкохолите са предмет на естеството на реагиращите компоненти. Реактивността на алкохолите се подчинява на следните закони: t

R3COH → R2CHOH → RCH2OH.

окисляване

При меки условия (неутрални или алкални разтвори на калиев перманганат, хромова смес при температура 40-50 ° С) първичните алкохоли се окисляват до алдехиди, когато се нагряват до по-висока температура - до киселини. Вторичните алкохоли преминават процес на окисление до кетони. Третичен се окислява в присъствието на киселина в много тежки условия (например, хромова смес при температура 180 ° С). Реакцията на окисление на третичните алкохоли преминава през дехидратация на алкохол с образуването на алкен и окислението на последния с раздробяване на двойна връзка.