Граничні одноатомні спирти. Формула граничних одноатомних спиртів

Зміст статті

СПИРТИ(алкоголі) – клас органічних сполук, що містять одну або декілька угруповань С–ОН, при цьому гідроксильна група ВІН пов'язана з аліфатичним атомом вуглецю (сполуки, у яких атом вуглецю в угрупованні С–ОН входить до складу ароматичного ядра, називаються фенолами)

Класифікація спиртів різноманітна і залежить від того, яку ознаку будови взято за основу.

1. Залежно кількості гідроксильних груп у молекулі спирти ділять на:

а) одноатомні (містять одну гідроксильну ОН-групу), наприклад, метанол СН 3 ОН, етанол С 2 Н 5 ОН, пропанол С 3 Н 7 ОН

б) багатоатомні (дві та більше гідроксильних груп), наприклад, етиленгліколь

HO–СH 2 –CH 2 –OH, гліцерин HO–СH 2 –СН(ОН)–CH 2 –OH, пентаеритрит С(СН 2 ОН) 4 .

З'єднання, в яких один атом вуглецю має дві гідроксильні групи, в більшості випадків нестабільні і легко перетворюються на альдегіди, відщеплюючи при цьому воду: RCH(OH) 2 ® RCH=O + H 2 O

2. За типом атома вуглецю, з яким пов'язана група ВІН, спирти поділяють на:

а) первинні, у яких ОН-група пов'язані з первинним атомом вуглецю. Первинним називають атом вуглецю (виділений червоним кольором), пов'язаний лише з одним вуглецевим атомом. Приклади первинних спиртів – етанол СH 3 – C H 2 -OH, пропанол СH 3 -CH 2 - C H 2 -OH.

б) вторинні, у яких ОН-група пов'язана з вторинним атомом вуглецю. Вторинний атом вуглецю (виділений синім кольором) пов'язаний одночасно з двома атомами вуглецю, наприклад, вторинний пропанол, вторинний бутанол (рис. 1).

Мал. 1. БУДОВА ВТОРИННИХ СПИРТІВ

в) третинні, у яких ОН-група пов'язана з третинним атомом вуглецю. Третичний вуглецевий атом (виділений зеленим кольором) пов'язаний одночасно з трьома сусідніми атомами вуглецю, наприклад, третинний бутанол і пентанол (рис. 2).

Мал. 2. БУДОВА ТРЕТИЧНИХ СПИРТІВ

Відповідно до типу вуглецевого атома приєднану до нього спиртову групу також називають первинною, вторинною або третинною.

У багатоатомних спиртів, що містять дві або більше ОН-груп, можуть бути присутніми як первинні, так і вторинні НО-групи, наприклад, у гліцерині або ксиліті (рис. 3).

Мал. 3. ПОЄДНАННЯ У СТРУКТУРІ БАГАТОАТОМНИХ СПИРТІВ ПЕРВИННИХ І ВТОРИННИХ ВІН-ГРУП.

3. За будовою органічних груп, пов'язаних ОН-групою, спирти поділяють на граничні (метанол, етанол, пропанол), ненасичені, наприклад, аліловий спирт СН 2 =СН–СН 2 –ОН, ароматичні (наприклад, бензиловий спирт С 6 Н 5 СН 2 ОН), що містять у складі групи R ароматичну групу.

Ненасичені спирти, у яких ОН-група «примикає» до подвійного зв'язку, тобто. пов'язана з атомом вуглецю, що бере участь одночасно в утворенні подвійного зв'язку (наприклад, вініловий спирт СН 2 =СН–ОН), вкрай нестабільні і відразу ж ізомеризуються ( см.ІЗОМЕРІЗАЦІЯ) в альдегіди або кетони:

CH 2 =CH-OH ® CH 3 -CH=O

Номенклатура спиртів.

Для поширених спиртів, що мають просту будову, використовують спрощену номенклатуру: назву органічної групи перетворюють на прикметник (за допомогою суфікса та закінчення овий») і додають слово «спирт»:

У тому випадку, коли будова органічної групи складніша, використовують загальні для всієї органічної хімії правила. Назви, складені за такими правилами, називають систематичними. Відповідно до цих правил, вуглеводневий ланцюг нумерують з того кінця, до якого ближче розташована ОН-група. Далі використовують цю нумерацію, щоб вказати положення різних заступників уздовж основного ланцюга, наприкінці назви додають суфікс «ол» і цифру, що вказує положення ОН-групи (рис. 4):

Мал. 4. СИСТЕМАТИЧНІ НАЗВИ СПИРТІВ. Функціональні (ОН) і заміщаючі (СН 3) групи, а також відповідні їм цифрові індекси виділені кольорами, що розрізняються.

Систематичні назви найпростіших спиртів становлять за тими самими правилами: метанол, етанол, бутанол. Для деяких спиртів збереглися тривіальні (спрощені) назви, що склалися історично: пропаргіловий спирт НСє С–СН 2 –ОН, гліцерин HO–СH 2 –СН(ОН)–CH 2 –OH, пентаеритрит С(СН 2 ОН) 4 , фенетиловий спирт 6 Н 5 -CH 2 -CH 2 -OH.

Фізичні властивості спиртів.

Спирти розчиняються в більшості органічних розчинників, перші три найпростіші представники - метанол, етанол і пропанол, а також третинний бутанол (Н 3 С) 3 СОН - змішуються з водою в будь-яких співвідношеннях. При збільшенні кількості атомів С в органічній групі починає позначатися гідрофобний (водовідштовхувальний) ефект, розчинність у воді стає обмеженою, а при R, що містить понад 9 атомів вуглецю, практично зникає.

Завдяки наявності ОН-груп між молекулами спиртів виникають водневі зв'язки.

Мал. 5. Водневі зв'язки в спіртах(показані пунктиром)

В результаті у всіх спиртів вища температура кипіння, ніж у відповідних вуглеводнів, наприклад, Т. кип. етанолу +78 ° С, а Т. кіп. етану -88,63 ° С; Т. кіп. бутанолу та бутану відповідно +117,4°С та –0,5°С.

Хімічні характеристики спиртів.

Спирти відрізняються різноманітними перетвореннями. Реакції спиртів мають деякі загальні закономірності: реакційна здатність первинних одноатомних спиртів вища, ніж вторинних, своєю чергою, вторинні спирти хімічно активніші, ніж третинні. Для двоатомних спиртів, у тому випадку, коли ОН-групи знаходяться у сусідніх атомів вуглецю, спостерігається підвищена (порівняно з одноатомними спиртами) реакційна здатність через взаємний вплив цих груп. Для спиртів можливі реакції, що проходять із розривом як С–О, так і О–Н – зв'язків.

1. Реакції, що протікають по зв'язку О-Н.

При взаємодії з активними металами (Na, K, Mg, Al) спирти виявляють властивості слабких кислот і утворюють солі, які називаються алкоголятами або алкоксидами:

2CH 3 OH + 2Na ® 2CH 3 OK + H 2

Алкоголяти хімічно не стабільні і при дії води гідролізуються з утворенням спирту та гідроксиду металу:

C 2 H 5 OК + H 2 O ® C 2 H 5 OH + КOH

Ця реакція показує, що спирти в порівнянні з водою є більш слабкими кислотами (сильна кислота витісняє слабку), крім того, при взаємодії з розчинами лугів спирти не утворюють алкоголяти. Тим не менш, у багатоатомних спиртах (у тому випадку, коли ОН-групи приєднані до сусідніх атомів С) кислотність спиртових груп набагато вища, і вони можуть утворювати алкоголяти не тільки при взаємодії з металами, але й з лугами:

HO–CH 2 –CH 2 –OH + 2NaOH ® NaO–CH 2 –CH 2 –ONa + 2H 2 O

Коли в багатоатомних спиртах АЛЕ-групи приєднані до несумісних атомів С, властивості спиртів близькі до одноатомних, оскільки взаємовплив АЛЕ-груп не виявляється.

При взаємодії з мінеральними чи органічними кислотами спирти утворюють складні ефіри – сполуки, що містять фрагмент R–O–A (А – залишок кислоти). Утворення складних ефірів відбувається і при взаємодії спиртів з ангідридами та хлорангідридами карбонових кислот (рис. 6).

При дії окислювачів (К 2 Cr 2 O 7 KMnO 4) первинні спирти утворюють альдегіди, а вторинні - кетони (рис.7)

Мал. 7. ОСВІТА АЛЬДЕГІДІВ І КЕТОНІВ ПРИ ОКИСЛЕННІ СПИРТІВ

Відновлення спиртів призводить до утворення вуглеводнів, що містять ту саму кількість атомів, що молекула вихідного спирту (рис.8).

Мал. 8. ВІДНОВЛЕННЯ БУТАНОЛУ

2. Реакції, які відбуваються у зв'язку С–О.

У присутності каталізаторів або сильних мінеральних кислот відбувається дегідратація спиртів (відщеплення води), при цьому реакція може йти у двох напрямках:

а) міжмолекулярна дегідратація за участю двох молекул спирту, при цьому зв'язки С–О в одній із молекул розриваються, у результаті утворюються прості ефіри – сполуки, що містять фрагмент R–О–R (рис. 9А).

б) при внутрішньомолекулярній дегідратації утворюються алкени – вуглеводні з подвійним зв'язком. Часто обидва процеси – утворення простого ефіру та алкену – протікають паралельно (рис. 9Б).

У разі вторинних спиртів при утворенні алкену можливі два напрями реакції (рис. 9В), переважний напрямок те, при якому в процесі конденсації відщеплюється водень від найменш гідрогенізованого атома вуглецю (відзначений цифрою 3), тобто. оточеного меншою кількістю атомів водню (порівняно з атомом 1). Показані на рис. 10 реакції використовують для отримання алкенів та простих ефірів.

Розрив зв'язку С–О у спиртах відбувається також при заміщенні ОН-групи галогеном, або аміногрупою (рис. 10).

Мал. 10. ЗАМІНА ВІН-ГРУПИ У СПИРТАХ ГАЛОГЕНОМ ЧИ АМІНОГРУПОЮ

Реакції, показані на рис. 10 використовують для отримання галогенвуглеводнів і амінів.

Одержання спиртів.

Деякі з наведених вище реакцій (рис. 6,9,10) оборотні і при зміні умов можуть протікати в протилежному напрямку, приводячи до отримання спиртів, наприклад, при гідролізі складних ефірів і галогенвуглеводнів (рис.11А і Б, відповідно), а також гідратацією Алкенів – приєднанням води (рис.11В).

Мал. 11. ОТРИМАННЯ СПИРТІВ ГІДРОЛІЗОМ І ГІДРАТАЦІЄЮ ОРГАНІЧНИХ СПОЛУК

Реакція гідролізу алкенів (рис. 11, схема) лежить в основі промислового виробництва нижчих спиртів, що містять до 4 атомів С.

Етанол утворюється і при так званому спиртовому бродінні цукрів, наприклад, глюкози С6Н12О6. Процес протікає в присутності дріжджових грибків і призводить до утворення етанолу та СО 2:

З 6 Н 12 Про 6 ® 2С 2 Н 5 ВІН + 2СО 2

Бродінням можна отримати не більше ніж 15% водний розчин спирту, оскільки при вищій концентрації спирту дріжджові грибки гинуть. Розчини спирту вищої концентрації одержують перегонкою.

Метанол отримують у промисловості відновленням монооксиду вуглецю при 400° З під тиском 20–30 МПа у присутності каталізатора, що складається з оксидів міді, хрому та алюмінію:

СО + 2 Н 2 ® Н 3 СОН

Якщо замість гідролізу алкенів (рис. 11) проводити окислення, то утворюються двоатомні спирти (рис. 12)

Мал. 12. ОТРИМАННЯ ДВОХАТОМНИХ СПИРТІВ

Застосування спиртів.

Здатність спиртів брати участь у різноманітних хімічних реакціях дозволяє їх використовувати для отримання всіляких органічних сполук: альдегідів, кетонів, карбонових кислот простих і складних ефірів, які застосовують як органічні розчинники, при виробництві полімерів, барвників і лікарських препаратів.

Метанол СН 3 він використовують як розчинник, а також у виробництві формальдегіду, що застосовується для отримання фенолформальдегідних смол, останнім часом метанол розглядають як перспективне моторне паливо. Великі обсяги метанолу використовують при видобутку та транспорті природного газу. Метанол – найбільш токсична сполука серед усіх спиртів, смертельна доза прийому внутрішньо – 100 мл.

Етанол С 2 Н 5 ОН – вихідна сполука для одержання ацетальдегіду, оцтової кислоти, а також для виробництва складних ефірів карбонових кислот, що використовуються як розчинники. Крім того, етанол – основний компонент усіх спиртних напоїв, його широко застосовують і в медицині як дезінфікуючий засіб.

Бутанол використовують як розчинник жирів і смол, крім того, він служить сировиною для отримання запашних речовин (бутилацетату, бутилсаліцилат та ін). У шампунях він використовується як компонент, що підвищує прозорість розчинів.

Бензиловий спирт З 6 Н 5 -CH 2 -OH у вільному стані (і у вигляді складних ефірів) міститься в ефірних оліях жасмину та гіацинту. Він має антисептичні (знезаражуючі) властивості, в косметиці він використовується як консервант кремів, лосьйонів, зубних еліксирів, а в парфумерії - як запашна речовина.

Фенетиловий спирт З 6 Н 5 -CH 2 -CH 2 -OH має запах троянди, міститься в рожевому маслі, його використовують у парфумерії.

Етиленгліколь HOCH 2 -CH 2 OH використовують у виробництві пластмас і як антифриз (добавка, що знижує температуру замерзання водних розчинів), крім того, при виготовленні текстильних та друкарських фарб.

Діетиленгліколь HOCH 2 –CH 2 OCH 2 –CH 2 OH використовують для заповнення гальмівних гідравлічних пристроїв, а також у текстильній промисловості при обробці та фарбуванні тканин.

Гліцерин HOCH 2-CH(OH)-CH 2 OH застосовують для отримання поліефірних гліфталевих смол, крім того, він є компонентом багатьох косметичних препаратів. Нітрогліцерин (рис. 6) – основний компонент динаміту, що застосовується в гірській справі та залізничному будівництві як вибухова речовина.

Пентаеритрит (HOCH 2) 4 С застосовують для отримання поліефірів (пентафталеві смоли), як затверджувача синтетичних смол, як пластифікатор полівінілхлориду, а також у виробництві вибухової речовини тетранітропентаеритриту.

Багатоатомні спирти ксиліт НОСН2–(СНОH)3–CН2ОН та сорбіт НОСН2– (СНОН)4–СН2OН мають солодкий смак, їх використовують замість цукру у виробництві кондитерських виробів для хворих на діабет та людей, які страждають від ожиріння. Сорбіт міститься в ягодах горобини та вишні.

Михайло Левицький

Спиртами називаються похідні вуглеводнів, що містять одну або кілька груп -ОН, звану гідроксильною групою або гідроксилом.

Спирти класифікують:

1. За кількістю гідроксильних груп, що містяться в молекулі, спирти діляться на одноатомні (з одним гідроксилом), двоатомні (з двома гідроксилами), триатомні (з трьома гідроксилами) та багатоатомні.

Подібно до граничних вуглеводнів, одноатомні спирти утворюють закономірно побудований ряд гомологів:

Як і в інших гомологічних рядах, кожен член ряду спиртів відрізняється за складом від попереднього та наступного членів на гомологічну різницю (-СН 2 -).

2. Залежно від того, при якому атомі вуглецю знаходиться гідроксил, розрізняють первинні, вторинні та третинні спирти. У молекулах первинних спиртів міститься група СН 2 ОН, пов'язана з одним радикалом або з атомом водню у метанолу (гідроксил при первинному атомі вуглецю). Для вторинних спиртів характерна група СНОН, пов'язана з двома радикалами (гідроксил при вторинному атомі вуглецю). У молекулах третинних спиртів є група С-ОН, пов'язана з трьома радикалами (гідроксил при третинному атомі вуглецю). Позначаючи радикал через R, можна написати формули цих спиртів у загальному вигляді:

Відповідно до номенклатури ІЮПАК при побудові назви одноатомного спирту до назви родоначального вуглеводню додається суфікс-ол. За наявності у поєднанні старших функцій гідроксильна група позначається префіксом гідрокси- (у російській часто використовується префікс окси-). Як основний ланцюг вибирається найбільш довга нерозгалужена ланцюг вуглецевих атомів, до складу якої входить атом вуглецю, пов'язаний з гідроксильною групою; якщо з'єднання є ненасиченим, то цей ланцюг включається також і кратна зв'язок. Слід зауважити, що при визначенні початку нумерації гідроксильна функція зазвичай має перевагу перед галогеном, подвійним зв'язком і алкілом, отже, нумерацію починають з кінця ланцюга, ближче до якого розташована гідроксильна група:

Найпростіші спирти називають радикалами, з якими з'єднана гідроксильна група: (СН 3) 2 СНОН - ізопропіловий спирт, (СН 3) 3 СОН - трет-бутиловий спирт.

Нерідко використовується оптимальна номенклатура спиртів. Згідно з цією номенклатурою, спирти розглядаються як похідні метилового спирту - карбінолу:

Ця система зручна в тих випадках, коли назва радикала є простою і легко конструюється.

2. Фізичні властивості спиртів

Спирти мають більш високі температури кипіння і значно менш леткі, мають вищі температури плавлення і краще розчиняються у воді, ніж відповідні вуглеводні; проте відмінність зменшується зі зростанням молекулярної маси.

Різниця у фізичних властивостях пов'язана з високою полярністю гідроксильної групи, що призводить до асоціації молекул спирту за рахунок водневого зв'язку:

Таким чином, вищі температури кипіння спиртів у порівнянні з температурами кипіння відповідних вуглеводнів обумовлені необхідністю розриву водневих зв'язків при переході молекул в газову фазу, для чого потрібна додаткова енергія. З іншого боку, такого типу асоціація призводить як до збільшення молекулярної маси, що природно, зумовлює зменшення летючості.

Спирти з низькою молекулярною масою добре розчиняються у воді, це зрозуміло, якщо врахувати можливість утворення водневих зв'язків з молекулами води (сама вода асоційована дуже великою мірою). У метиловому спирті гідроксильна група становить майже половину маси молекули; не дивно тому, що метанол поєднується з водою в усіх відношеннях. У міру збільшення розміру вуглеводневого ланцюга у спирті вплив гідроксильної групи на властивості спиртів зменшується, відповідно знижується розчинність речовин у воді та збільшується їх розчинність у вуглеводнях. Фізичні властивості одноатомних спиртів з високою молекулярною масою виявляються вже дуже подібними до властивостей відповідних вуглеводнів.

Спирти - складні органічні сполуки, вуглеводні, які обов'язково містять один або кілька гідроксилів (груп ОН-), пов'язаних з вуглеводневим радикалом.

Історія відкриття

На думку істориків, вже за 8 століть до нашої ери людина вживала напої, що містять етиловий спирт. Їх отримували методом зброджування фруктів чи меду. У чистому вигляді етанол було виділено з вина арабами приблизно VI-VII століттях, а європейцями — п'ять століть пізніше. У XVII столітті перегонкою деревини було отримано метанол, а ХІХ столітті хіміки встановили, що спирти — це ціла категорія органічних речовин.

Класифікація

- За кількістю гідроксилів спирти ділять на одно-, дво-, три-, багатоатомні. Наприклад, одноатомний етанол; триатомний гліцерин.
— За тим, з яким числом радикалів пов'язаний атом вуглецю, з'єднаний із групою ВІН, спирти поділяють на первинні, вторинні, третинні.
— За характером зв'язків радикалу спирти бувають граничними, ненасиченими, ароматичними. В ароматичних спиртах гідроксил пов'язаний не безпосередньо з бензольним кільцем, а через інший (інші) радикали.
- З'єднання, в яких ВІН прямо пов'язана з бензольним циклом, вважаються окремим класом фенолів.

Властивості

Залежно від того, що в молекулі вуглеводневих радикалів, спирти можуть бути рідкими, в'язкими, твердими. Водорозчинність зменшується із зростанням кількості радикалів.

Найпростіші спирти поєднуються з водою в будь-яких пропорціях. Якщо ж у молекулу входить понад 9 радикалів, то взагалі не розчиняються у воді. Усі спирти добре розчиняються в органічних розчинниках.
— Спирти горять, виділяючи велику кількість енергії.
— Вступають у реакції з металами, у результаті виходять солі — алкоголяти.
— Взаємодіють із основами, виявляючи якості слабких кислот.
— Реагують з кислотами та ангідридами, виявляючи основні властивості. Результатом реакцій є складні ефіри.
- Вплив сильними окислювачами призводить до утворення альдегідів або кетонів (залежно від виду спирту).
— За певних умов із спиртів одержують прості ефіри, алкени (сполуки з подвійним зв'язком), галогенвуглеводні, аміни (похідні від аміаку вуглеводні).

Спирти токсичні для людського організму, деякі – отруйні (метилен, етиленгліколь). Етилен має наркотичний вплив. Небезпечні і пари спиртів, тому роботи з розчинниками на основі спирту повинні виконуватись з дотриманням техніки безпеки.

Тим не менш, спирти беруть участь у природному метаболізмі рослин, тварин та людини. До категорії спиртів належать такі життєво важливі речовини як вітаміни A та D, стероїдні гормони естрадіол та кортизол. Більше половини ліпідів, які постачають енергію нашому організму, мають у своїй основі гліцерин.

Застосування

- В органічному синтезі.
- Біопаливо, добавки у паливо, інгредієнт гальмівної рідини, гідравлічних рідин.
- Розчинники.
— Сировина для виробництва ПАР, полімерів, пестицидів, антифризів, вибухових та отруйних речовин, побутової хімії.
- Запашні речовини для парфумерії. Входять до складу косметичних та медичних засобів.
- основа алкогольних напоїв, розчинник для есенцій; цукрозамінник (маніт тощо); барвник (лютеїн), ароматизатор (ментол).

У нашому магазині можна придбати спирти різного виду.

Бутиловий спирт

Одноатомний спирт. Застосовується як розчинник; пластифікатора при виготовлення полімерів; модифікатора формальдегідних смол; сировини для органічного синтезу та отримання запашних речовин для парфумерії; добавки до палива

Фурфуріловий спирт

Одноатомний спирт. Затребуваний для полімеризації смол і пластиків, як розчинник та плівкоутворювач у лакофарбовій продукції; сировина для органічного синтезу; сполучний та ущільнюючий агент при виробництві полімербетону.

Ізопропіловий спирт (пропанол-2)

Вторинний одноатомний спирт. Активно використовується у медицині, металургії, хімпромі. Замінник етанолу у парфумерних, косметичних, дезінфікуючих продуктах, засобах побутової хімії, антифризах, очисниках.

Етиленгліколь

Двохтомний спирт. Застосовується під час виробництва полімерів; фарб для друкарень та текстильного виробництва; входить до складу антифризів, гальмівних рідин, теплоносіїв. Використовується для осушення газів; як сировину для органічного синтезу; розчинник; засіб для кріогенного «заморожування» живих організмів.

Гліцерин

Трихатомний спирт. Затребуваний в косметології, харчопромі, медицині, як сировина в орг. синтез; для виготовлення вибухової речовини нітрогліцерину. Застосовується у сільському господарстві, електротехніці, текстильній, паперовій, шкіряній, тютюновій, лакофарбовій індустрії, у виробництві пластиків та засобів побутової хімії.

Маніт

Шестиатомний (багатоатомний) спирт. Застосовується як харчова добавка; сировина для виготовлення лаків, фарб, оліф, смол; входить до складу ПАР, парфумерних продуктів.

Граничні одноатомні спирти

Номенклатура.Для назви спиртів використовують раціональну та систематичну номенклатури.

За раціональною номенклатурою назви спиртів утворюються від назви відповідного радикалу, пов'язаного з гідроксильною групою та додаванням слова «спирт».

За систематичною номенклатурою назва дається від назви вуглеводню з додаванням суфіксу -ол.

Ізомеріяу спиртах обумовлена ​​змінами в структурі вуглеводневого скелета та положенням ОН-групи.

Способи одержання спиртів.Існують різні способи одержання спиртів. Тут наводяться лише деякі з них.

1. Ферментивний гідроліз та бродіння вуглеводів. За цим способом етиловий спирт одержують із продуктів, що містять глюкозу або інші цукру. При бродінні глюкози під дією ферментів дріжджів утворюється етанол:

Бродіння фруктових соків, особливо виноградного, дає спиртові розчини із вмістом етанолу 10 – 15 %, які називають винами.

Для отримання етанолу у великих кількостях як вихідна речовина береться більш дешевий вуглевод – крохмаль. Утворення спирту з продуктів, що містять крохмаль, складається з наступних стадій:

а) оцукрювання крохмалю:

Процес утворення мальтози протікає під дією ферменту амілази, що міститься в солоді - пророслих і висушених зернах ячменю.

б) бродіння оцукровеного розчину. Цей процес протікає під дією ферментів, що містяться у дріжджах:

Обидві стадії є результатом спільної дії різних ферментів, що містяться в дріжджах. Ці ферменти називають ще ензими. Отриманий у результаті бродіння розчин містить 18% етанолу. Цю суміш піддають перегонці та отримують спирт-сирець із вмістом етанолу 90 %. Додаткова перегонка дає спирт-ректифікат із вмістом етанолу 95,5 %. Абсолютний спирт (100% етанолу) можна одержати шляхом азеотропної перегонки з бензолом.

У процесі бродіння поряд з етанолом виходять сивушні олії, які знижують якість спирту. Вони являють собою суміш ізомерних спиртів з числом вуглецевих атомів 3 - 5 .

Сивушні олії виходять за рахунок розкладання білкових компонентів, що входять до складу вихідної крохмалевмісної сировини.

Етанол, отриманий за цією технологією, після додаткової очистки, використовується для виготовлення алкогольної продукції. Якщо в якості вихідної сировини замість крохмалю використовувати целюлозу, то отримують «гідролізний» спирт, який використовують тільки для технічних потреб. Процес одержання етанолу з целюлози складається з наступних стадій:

а) гідроліз целюлози:

б) бродіння під впливом ферментів дріжджів:

З 6 Н 12 Про 6 ® 2С 2 Н 5 ВІН + 2СО 2

В якості вихідної сировини використовуються відходи деревопереробної промисловості та гідроліз проводять у жорстких умовах у присутності H 2 SO 4 .

2. Гідратація алкенів. У присутності каталізаторів оліфіни приєднують воду, утворюючи спирти. Приєднання води до несиметричних алкенів відбувається за правилом Морковникова з утворенням вторинних та третинних спиртів.

3. Гідроліз галогенпохідних:

4. Відновлення альдегідів та кетонів:

Відновлення альдегідів дає первинні спирти, відновлення кетонів – вторинні.

5. Відновлення складних ефірів:

6. Гідроліз складних ефірів. Реакція оборотна і вимагає регулювання підвищення виходу спиртів:

7. Синтез альдегідів через металоорганічні сполуки:

Хімічні характеристики спиртів.Основним структурним елементом, що визначає реакційну здатність спиртів, є гідроксогрупа. Основними напрямками реакційної здатності є реакції з розривом зв'язків за напрямами І та ІІ. Акцепторні властивості кисню забезпечують високу полярність зв'язків у цих напрямах.

I напрямок.

За рахунок полярності зв'язку О-Н спирти мають певну кислотність і дисоціюють за схемою:

Більшу кислотність мають первинні спирти, меншу – третинні і дотримується послідовність:

Найменша кислотність третинних спиртів пояснюється позитивними індукційними ефектами алкільних груп, які збільшують електронну щільність на вуглеці та кисні.

1. Взаємодія з металами:

2. Реакція етерифікації:

3. Реакції окиснення. Залежно від природи спирту реакції окиснення протікають по-різному. Ці реакції можуть проходити як реакції дегідрування та реакції окислення. Окислення первинних спиртів дає альдегіди:

Окислення вторинних спиртів дає кетони:

Третичні спирти окислюються з розривом вуглеводневого ланцюжка та утворенням суміші кислот та кетонів:

II напрямок.

1. Гідрогалогенування спиртів. Реакцію проводять у присутності водовіднімних речовин:

Реакційна здатність спиртів змінюється у послідовності:

третинний > вторинний > первинний

2. Взаємодія з галогенідами фосфору:

3. Внутрішньомолекулярна та міжмолекулярна дегідратація спиртів. У жорстких умовах, при t > 180 0 С, проходить внутрішньомолекулярна дегідратація відповідно до правила Зайцева:

У м'яких умовах йде міжмолекулярна дегідратація з утворенням ефірів:

Фізичні властивості спиртів та їх застосування.Спирти з числом вуглецевих атомів С1 – С10 – рідини, вище – тверді речовини. Розчинність спиртів зі збільшенням молекулярної маси знижується, температура кипіння підвищується. Аномально високі температури кипіння для спиртів пояснюються можливістю утворення асоціатів за рахунок водневих зв'язків

Спирти ізобудування мають вищі температури кипіння, ніж спирти нормальної будови.

Метанол.Основну кількість отримували шляхом сухої перегонки деревини. В даний час у промисловості метанол отримують за наступною схемою:

Метанол має широке та різнобічне застосування. Значна кількість його споживається для отримання формальдегіду, метиламіну, барвників, фармакологічних препаратів. Метанол - хороший розчинник і використовується для розчинення лугу, використовується для очищення бензинів, в лакофарбовій промисловості та ін.

Підступність метилового спирту у тому, що дуже схожий на етанол.

Етанол.Використовується в харчовій промисловості для виготовлення лікеро-горілчаної продукції для отримання складних ефірів, що застосовуються в кондитерському виробництві. У парфумерії етанол використовують як розчинник. Його вміст у кремах – 5-10%, лосьйонах – 10 – 60%, дезодорантах – до 80%).

Високомолекулярні первинні спирти.

Цетиловий спирт (З 15 Н 31 СН 2 ОН) у складі складного ефіру входить до складу спермацету, що виділяється з черепних кісток китів. Спермацет використовується в парфумерії та одержанні синтетичних миючих засобів.

Мірициловий спирт (З 30 Н 61 -СН-ОН) у зв'язаному стані входить до складу бджолиного воску:

Двохатомні спирти (гліколі)

Двохатомні спирти містять у своєму складі дві гідроксильні групи. Загальна формула гліколів З n H 2 n (OH) 2 .

За систематичною номенклатурою назви двоатомних спиртів утворюються від назви відповідних алканів з додаванням закінчення «діол», положення -ОН груп вказується цифрами

Органічні кисневмісні сполуки, одними з яких є різні спирти, є важливими функціональними похідними вуглеводнів. Вони бувають одноатомними, дво- та багатоатомними. Одноатомні спирти - це, по суті, похідні вуглеводнів, в молекулярній складовій яких одна гідроксильна група (позначається «-OH»), пов'язана з насиченими атомами вуглецю.

Розповсюдження

Одноатомні спирти досить поширені у природі. Так, метиловий спирт у невеликих кількостях міститься у соку низки рослин (наприклад, борщівник). Етиловий спирт, як продукт спиртового бродіння органічних сполук, міститься в підкислих фруктах і ягодах. Цетиловий спирт знайдено у китовому жирі. Бджолиний віск містить цериловий, мирициловий спирти. У пелюстках троянд виявлено 2-фенілетанол. Терпенові спирти у вигляді запашних речовин представлені у багатьох пряно-ароматичних культурах.

Класифікація

Спирти поділяють за молекулярним числом гідроксильних груп. Насамперед на:

• одноатомні спирти (наприклад, етанол);
• двоатомні (етандіол);
• багатоатомні (гліцерин).

За природою вуглеводневого радикалу спирти поділяються на ароматичні, аліфатичні, циклічні. Залежно від типу атома вуглецю, що має зв'язок із гідроксильною групою, спирти розглядають як первинні, вторинні та третинні. Загальна формула одноатомного спирту у застосуванні до граничних одноатомних спиртів виражається значенням: n H 2n + 2 O.

Номенклатура

Назва спиртів за радикально-функціональною номенклатурою утворюється з назви, що асоціюється з гідроксильною групою радикала, та слова «спирт». За систематичною номенклатурою IUPAC назва спирту утворюється від відповідного алкану з додаванням закінчення «-ол». Наприклад:

• метанол – метиловий спирт;
• метилпропанол-1-2 - ізобутиловий (третбутиловий);
• етанол - етиловий;
• бутанол-1-2 – бутиловий (вторбутиловий);
• пропанол-1-2 – пропіловий (ізопрапіловий).

Нумерація за правилами IUPAC класифікується положенням гідроксильної групи, вона одержує менший номер. Наприклад: пентандіол-2-4, 4-метилпентанол-2 і т.д.

Ізомерія

Граничні одноатомні спирти мають наступні типи структурної та просторової ізомерії. Наприклад:

• Вуглецевий скелет.
• Ізомірні простим ефірам.
• Положення функціональної групи.

Просторова ізомерія спиртів представлена ​​оптичною ізомерією. Оптична ізомерія можлива за наявності в молекулі асиметричного атома вуглецю (що містить чотири різні заступники).

Способи одержання одноатомних спиртів

Отримати граничний одноатомний спирт можна кількома методами:

• Гідроліз галогеналканів.
• Гідратація алкенів.
• Відновленням альдегідів та кетонів.
• Магнійорганічний синтез.

Гідроліз галогеналканів - це один із найпоширеніших лабораторних способів отримання спиртів. Обробкою водою (як альтернатива - водним розчином лугу) спирти отримують первинні та вторинні:

CH 3 - CH 2 -Br + NaOH → CH 3 - CH 2 - OH + NaBr.

Третинні галогеноалкани гідролізуються ще легше, проте вони легше протікає побічна реакція елімінування. Тому третинні спирти одержують іншими методами.

Гідратація алкенів проводиться приєднанням до алкенів води у присутності кислотосодержащих каталізаторів (H 3 PO 4) . Метод лежить в основі промислового одержання таких спиртів, як етиловий, ізопропіловий, трет-бутиловий.

Відновлення карбонільної групи здійснюють воднем у присутності каталізатора гідрування (Ni або Pt). З кетонів утворюються вторинні спирти, з альдегідів - первинні граничні одноатомні спирти. Формула процесу:

CH 3 - C = O (-H) + H 2 (етаналь) → CH 3 - CH 2 - OH (етанол).

Приєднанням до альдегідів та кетонів алкілмагнійгалогенідів отримують магній-органічні сполуки. Реакцію проводять у сухому діетиловому ефірі. Подальший гідроліз магнійорганічних сполук утворює одноатомні спирти.

Первинні спирти утворюються за реакцією Гриньяра тільки з формальдегіду та будь-яких алкілмагнійгалогенідів. Інші альдегіди дають по цій реакції вторинні спирти, кетони - третинні спирти.

Промисловий синтез метанолу

Промислові методи, як правило, є безперервними процесами з багаторазовою рециркуляцією великих мас речовин, що реагують, що здійснюються в газовій фазі. Промислово важливими спиртами є метанол та етанол.

Метанол (його обсяги виробництва найбільші серед спиртів) до 1923 отримували сухою перегонкою (нагріванням без доступу повітря) деревини. Сьогодні його генерують із синтез-газу (суміші CO і H 2). Процес проводять під тиском 5-10 МПа з використанням оксидних каталізаторів (ZnO + Cr 2 O 3 CuO + ZnO + Al 2 O 3 та інших) в інтервалі температур 250-400˚С, в результаті отримували граничні одноатомні спирти. Формула реакції: CO + 2H2 → CH3OH.

У 80-ті роки щодо механізму цього процесу було встановлено, що метанол утворюється не з чадного газу, а з вуглекислого газу, що виходить при взаємодії чадного газу зі слідами води.

Промисловий синтез етанолу

Поширеним виробничим методом синтезу технічного етанолу є гідратація етилену. Формула одноатомного спирту етанолу набуде наступного вигляду:

CH 2 = CH 2 + H 2 O → CH 3 - CH 2 OH.

Процес проводять під тиском 6-7 МПа у газовій фазі, пропускаючи етилен та пари води над каталізатором. Каталізатором виступають фосфорна чи сірчана кислоти, нанесені на силікагель.

Харчовий і медичний етиловий спирт отримують ферментативним гідролізом цукрів, що містяться у винограді, ягодах, злаках, картоплі з подальшим зброджуванням глюкози, що утворюється. Бродіння цукристих речовин викликається дріжджовими грибками, що належать до групи ферментів. Для процесу найбільш сприятлива температура 25-30? На промпідприємствах застосовують етанол, отриманий зброджуванням деревини, що утворюються при гідролізі, і відходів целюлозно-паперового виробництва вуглеводів.

Фізичні властивості одноатомних спиртів

У молекулах спиртів є атоми водню, пов'язані з електронегативним елементом - киснем, практично позбавлені електронів. Між цими атомами водню та атомами кисню, що мають неподілені пари електронів, утворюються міжмолекулярні водневі зв'язки.

Водневий зв'язок обумовлений специфічними особливостями атома водню:

• При відтягуванні електронів, що зв'язують, до більш електронегативного атома ядро ​​атома водню «оголюється», і утворюється неекранований іншими електронами протон. При іонізації будь-якого іншого атома все одно залишається електронна оболонка, що екранує ядро.
• Атом водню має малий розмір проти іншими атомами, унаслідок чого він здатний досить глибоко впроваджуватися в електронну оболонку сусіднього негативно поляризованого атома, не з'єднуючись з ним ковалентним зв'язком.

Водневий зв'язок приблизно в 10 разів слабший за звичайний ковалентний. Енергія водневого зв'язку в межах 4-60 кДж/моль, для молекул спиртів вона становить 25 кДж/моль. Від звичайних s-зв'язків вона відрізняється і більшою довжиною (0,166 нм) порівняно із довжиною зв'язку O-H (0,107 нм).

Хімічні властивості

Хімічні реакції одноатомних спиртів визначаються наявністю в їх молекулах гідроксильної групи, що є функціональною. Атом кисню знаходиться у sp3-гібридному стані. Валентний кут близький до тетраедричного. Дві sp3-гібридні орбіталі йдуть на утворення зв'язків з іншими атомами, а на двох інших орбіталях знаходяться неподілені пари електронів. Відповідно, на атомі кисню зосереджений частковий негативний заряд, але в атомах водню і вуглецю - часткові позитивні заряди.

Зв'язки C-O та C-H - ковалентні полярні (остання більш полярна). Гетеролітичний розрив зв'язку O-H з утворенням H+ зумовлює кислотні властивості одноатомних спиртів. Атом вуглецю з частковим зарядом позитивним може бути об'єктом атаки нуклеофільного реагенту.

Кислотні властивості

Спирти є дуже слабкими кислотами, слабшими, ніж вода, але сильнішими за ацетилен. Вони не викликають зміни фарбування індикатора. Окислення одноатомних спиртів проявляється при взаємодії з активними металами (лужними та лужноземельними) з виділенням водню та утворенням алкоголятів:

2ROH + 2Na → 2RONa + H 2.

Алкоголяти лужних металів - речовини з іонним зв'язком між киснем та натрієм, в розчині одноатомного спирту вони дисоціюють з утворенням алкосід-іонів:

CH 3 ONa → CH 3 O - + Na + (метоксид-іон).

Утворення алкоголятів можна також здійснити по реакції спирту з амідом натрію:

C 2 H 5 OH + NaNH 2 → C 2 H 5 ONa + NH 3 .

А чи відбудеться реакція етанолу із лугом? Практично ні. Вода – сильніша кислота, ніж етиловий спирт, тому тут встановлюється рівновага. Зі збільшенням довжини вуглеводневого радикалу в молекулі спирту кислотні властивості знижуються. Також граничні одноатомні спирти характеризуються зниженням кислотності у ряді: первинний → вторинний → третинний.

Реакція нуклеофільного заміщення

У спиртах зв'язок C-O поляризований, на атомі вуглецю сконцентрований частковий заряд позитивний. Як наслідок – атом вуглецю атакується нуклеофільними частинками. У процесі розриву зв'язку C-O відбувається заміщення іншим нуклеофіл гідроксильної групи.

Однією з таких реакцій є взаємодія спиртів з галогенводнями або концентрованими розчинами. Рівняння реакції:

C 2 H 5 OH + HBr → C 2 H 5 Br + H 2 O.

Для полегшення відщеплення гідроксильної групи використовують як каталізатор концентровану сірчану кислоту. Вона протонує атом кисню, цим активуючи молекулу одноатомного спирту.

Первинні спирти, як і первинні галогеноалкани, вступають у реакції обміну механізмом SN 2 . Побічні одноатомні спирти, як і вторинні галогеноалкани, реагують з галогеноводородними кислотами. Умови взаємодії спиртів підпорядковані природі компонентів, що реагують. Реакційна здатність спиртів підпорядковується наступній закономірності:

R 3 COH → R 2 CHOH → RCH 2 OH.

Окислення

У м'яких умовах (нейтральні або лужні розчини перманганату калію, хромової суміші при температурі 40-50 ° С) окислюються первинні спирти до альдегідів, при нагріванні до вищої температури - до кислот. Вторинні спирти проходять процес окиснення до кетонів. Третичні окислюються у присутності кислоти в дуже жорстких умовах (наприклад, хромовою сумішшю при температурі 180°С). Реакція окислення третинних спиртів йде через дегідратацію спирту з утворенням алкену та окисленням останнього з розривом подвійного зв'язку.