Свойства спиртов

Содержание

Введение.......................................................................2

Глава I. Свойства спиртов......................................................5

1.1. Физические свойства  спиртов...............................................5

1.2. Химические свойства  спиртов...............................................6

1.2.1. Взаимодействие спиртов  с щелочными металлами. 7

1.2.2. Замещение гидроксильной  группы спирта галогеном.            8

1.2.3. Дегидратация спиртов  (отщепление воды)............... 9

1.2.4. Образование  сложных  эфиров спиртов .................. 10

1.2.5. Дегидрогенизация спиртов  и окисление.................. 10

Глава 2. Методы получения  спиртов.............................................12

2.1. Производство этилового  спирта............................................12

2.2. Процесс  получения  метилового спирта.................................. 14

2.3. Методы получения других  спиртов..........................................15

Глава 3. Применение спиртов...................................................16

Заключение....................................................................19

Список литературы.............................................................20

    

 

Введение

 

 

Спиртами называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или

несколько функциональных гидроксильных  групп, соединенных с углеводородным

радикалом.

Они могут рассматриваться  поэтому как производные углеводородов, в молекулах

которых один или несколько  атомов водорода заменены на гидроксильные  группы.

    

Трехатомные

 

 

В зависимости от числа  гидроксильных групп спирты подразделяются на одно-,

двух-, трехатомные и т. д. Двухатомные спирты часто называют гликолями по

названию простейшего  представителя этой группы – этиленгликоля (или просто

гликоля). Спирты, содержащие большее количество гидроксильных  групп, обычно

объединяют общим названием  многоатомные спирты.

    

Одноатомные

 

СН2 – СН2

 

ОН ОН

 

СН2 – СН – СН2

 

ОН ОН ОН

 

 

    

Двухатомные

 

 

СН3 – ОН

    

Метанол

 

Этандиол-1,2

 

(этиленгликоль)

 

Пропантриол-1,2,3

 

(глицерин)

 

 

По положению гидроксильной  группы спирты делятся на : первичные  – с

гидроксильной группой у  конечного звена цепи углеродных атомов, у которого,

кроме того, имеются два  водородных атома (R-CH2-OH); вторичные, в

которых гидроксил присоединен  к углеродному атому, соединенному, кроме

ОН-группы, с одним водородным атомом [R-СН(ОН)-R1], и третичные, у

которых гидроксил соединен с углеродом, не содержащим водородных атомов

[(R)С-ОН] (R-радикал: СН3,С2Н5  и т.д.)

В зависимости от характера  углеводородного радикала спирты делятся  на

алифатические, алициклические и ароматические. В отличие от

галогенпроизводных, у ароматических  спиртов гидроксильная группа не связана

непосредственно с атомом углерода ароматического кольца [3].

    

 

 

 

Алифатические

 

СН3СН2ОН

 

Этанол

 

Циклогексанол

 

 

По заместительной номенклатуре названия спиртов составляют из названия

родоначального углеводорода с прибавлением суффикса –ол. Если в

молекуле несколько гидроксильных  групп, то используют умножительную  приставку:

ди- (этандиол-1,2), три- (пропантриол-1,2,3) и т. д. Нумерацию

главной цепи начинают с того конца, ближе к которому находится  гидроксильная

группа. По радикально-функциональной номенклатуре название производят от

названия углеводородного  радикала, связанного с гидроксильной  группой, с

прибавлением слова спирт.

Структурная изомерия спиртов  определяется изомерией углеродного  скелета и

изомерией положения гидроксильной  группы.

Рассмотрим изомерию на примере  бутиловых спиртов.

В зависимости от строения углеродного скелета, изомерами  будут два спирта –

производные бутана и изобутана:

    

СН3

 

 

    

СН3

 

 

     4          3          2         1                                      

3         2          1

    

2 Метилпропанол – 1 или  изобутиловый спирт

 

    

Бутанол - 1

 

 

СН3 – СН2 – СН2 –СН2 –  ОН                        СН3 –  СН – СН2 – ОН

В зависимости от положения  гидроксильной группы при том  и другом углеродном

скелете возможны еще два  изомерных спирта:

     1          2         3         4

                                                                    1

    

2 Метилпропанол – 2

 

    

Бутанол - 2

 

 

СН3 – СН – СН2 –СН3                                   Н3С –  С – СН3

    

 

ОН                                                                  ОН

Число структурных изомеров в гомологическом ряду спиртов быстро возрастает.

Например, на основе бутана существует 4 изомера, пентана – 8, а декана –  уже

567 [5].

    

     

Глава I. Свойства спиртов.

 

 

1.1. Физические свойства  спиртов.

 

 

Физические свойства спиртов  существенно зависят от строения углеводородного

радикала и положения  гидроксильной группы. Первые представители

гомологического ряда спиртов  – жидкости, высшие спирты – твердые  вещества.

Метанол, этанол и пропанол смешиваются с водой во всех соотношениях. С ростом

молекулярной массы растворимость  спиртов в воде резко падает, так, начиная с

гексилового, одноатомные  спирты практически нерастворимы. Высшие спирты не

растворимы в воде. Растворимость  спиртов с разветвленной структурой выше, чем

у спиртов с имеющих  неразветвленное, нормальное строение. Низшие спирты

обладают характерным  алкогольным запахом, запах средних  гомологов сильный и

часто неприятный. Высшие спирты практически не имеют запаха. Третичные  спирты

обладают особым характерным  запахом плесени.

Низшие гликоли – вязкие бесцветные жидкости, не имеющие запаха; хорошо

растворимы в воде и  этаноле, обладают сладким вкусом.

С введением в молекулу второй гидроксильной группы происходит повышение

относительной плотности  и температуры кипения спиртов. Например, плотность

этиленгликоля при 0°С – 1,13, а этилового спирта – 0,81.

Спирты обладают аномально  высокими температурами кипения  по сравнению со

многими классами органических соединений и чем можно ожидать  на основании их

молекулярных весов (Табл.1).

                                                                      Таблица 1.

                          Физические свойства спиртов.                         

    

Отдельные представители Физические свойства

название структурная формула т. пл., °С т. кип., °С

Одноатомные

 

Метанол (метиловый) 

СН3ОН

 

-97 64,5

Этанол (этиловый) 

СН3СН2ОН

 

-115 78

Пропанол-1 

СН3СН2СН2ОН

 

-127 97

Пропанол-2 

СН3СН(ОН)СН3

 

-86 82,5

Бутанол-1 

СН3(СН2)2СН2ОН

 

-80 118

2-Метилпропанол-1 

(СН3)2СНСН2ОН

 

-108 108

Бутанол-2 

СН3СН(ОН)СН2СН3

 

-114 99,5

Двухатомные

 

Этандиол-1,2 (этиленгликоль) 

НОСН2СН2ОН

 

-17 199

Трехатомные

 

Пропантриол-1,2,3 (глицерин) 

НОСН2СН(ОН)СН2ОН

 

20 290

 

     Это объясняется  особенностями

строения спиртов –  с образованием межмолекулярных  водородных связей по схеме:

Спирты разветвленной  структуры кипят ниже, чем нормальные спирты того же

молекулярного веса; первичные  спирты кипят выше вторичных и  третичных их

изомеров [3].

    

1.2. Химические свойства  спиртов.

 

 

Как у всех кислородосодержащих  соединений, химические свойства

спиртов определяются, в первую очередь, функциональными группами и, в

известной степени, строением  радикала.

Характерной особенностью гидроксильной  группы спиртов является подвижность

атома водорода, что объясняется  электронным строением гидроксильной  группы.

Отсюда способность спиртов  к некоторым реакциям замещения, например,

щелочными металлами. С другой стороны, имеет значение и характер связи

углерода с кислородом. Вследствие большой электроотрицательности кислорода по

сравнению с углеродом, связь  углерод-кислород также в некоторой  степени

поляризована с частичным  положительным зарядом у атома  углерода и

отрицательным – у кислорода. Однако, эта поляризация не приводит к

диссоциации на ионы, спирты не являются электролитами, а представляют собой

нейтральные соединения, не изменяющие окраску индикаторов, но они имеют

определенный электрический  момент диполя [3,4].

Спирты являются амфотерными  соединениями, то есть могут проявлять  как

свойства кислот, так и  свойства оснований.

    

1.2.1. Взаимодействие спиртов  с щелочными металлами.

 

 

Спирты как кислоты  взаимодействуют с активными  металлами (K, Na, Ca). При

замещении атома водорода гидроксильной группы металлом образуются соединения,

называемые алкоголятами (от названия спиртов – алкоголи):

     2R – OH + 2Na           2R – ONa + H2

    

Спирт

 

Алкоголят натрия

 

 

Названия алкоголятов  производят от названий соответствующих  спиртов, например,

     2С2Н5ОН + 2Na           2С2Н5  – ONa + H2

    

Этилат натрия

 

Этиловый спирт

 

Этиловый спирт

 

 

Низшие спирты бурно реагируют  с натрием. С ослаблением кислотных  свойств у

средних гомологов реакция  замедляется. Высшие спирты образуют алкоголяты лишь

при нагревании [4].

Алкоголяты легко гидролизуются  водой:

        С2Н5  – ONa + HОН          С2Н5 - ОН + NaОН

В отличие от спиртов, алкоголяты – твердые вещества, хорошо растворимые  в

соответствующих спиртах [1].

Известны алкоголяты и  других металлов, кроме щелочных, но они образуются

косвенными путями. Так, щелочноземельные металлы непосредственно со спиртами

не реагируют. Но алкоголяты щелочноземельных металлов, а также Mg, Zn, Cd, Al

и других металлов, образующих реакционноспособные металлоорганические

соединения, можно получить действием спирта на такие металлоорганические

соединения.

    

1.2.2. Замещение гидроксильной  группы спирта галогеном.

 

 

Гидроксильная группа спиртов  может быть замещена на галоген действием  на них

галогенводородных кислот, галогенных соединений фосфора или тионилхлорида,

например,

    

Галоген-

 

производное

 

 

     R – OH + HCl       RCl + HOH

    

Спирт

 

 

Наиболее удобно для замещения  гидроксильной группы использовать тионилхлорид;

применение галогенных соединений фосфора осложняется образованием побочных

продуктов. Образующаяся при  такой реакции вода разлагает  галогеналкил на

спирт и галогенводород, поэтому  реакция обратима. Для ее успешного  проведения

необходимо, чтобы исходные продукты содержали минимальное  количество воды. В

качестве водоотнимающих средств применяют хлорид цинка, хлорид кальция,

серную кислоту.

Данная реакция протекает  с расщеплением ковалентной связи, что можно

представить равенством

                               

    

 

 

 

    

 

 

 

    

 

 

 

    

 

 

 

R : OH  + H : Cl        R - Cl + H2O

Скорость этой реакции  возрастает от первичных к третичным  спиртам, причем она

также зависит от галогена: наибольшей она является для иода, наименьшей – для

хлора.

    

1.2.3. Дегидратация спиртов  (отщепление воды).

 

 

В зависимости от условий  дегидратации образуются олефины или  простые эфиры.

Олефины (этиленовые углеводороды) образуются при нагревании спирта (кроме

метилового) с избытком концентрированной  серной кислоты, а также при

пропускании паров спирта над окисью алюминия при 350° - 450°. При  этом

происходит внутримолекулярное отщепление воды, то есть Н+ и ОН

– отнимаются от одной и  той же молекулы спирта, например:

    

Этилен

 

СН2 – СН2     СН2 = СН2 + Н2О  или

    

 

Al2O3

 

 

     СН3-СН2-СН2ОН                  СН3-СН=СН2+Н2О

Простые эфиры образуются при осторожном нагревании избытка  спирта с

концентрированной серной кислотой. В этом случае происходит межмолекулярное

отщепление воды, то есть Н+ и ОН – отнимаются от

гидроксильных групп разных молекул спирта, как это показано на схеме:

    

Спирт

 

 

    

Простой эфир

 

 

R – OH + HO – R   R –  O – R + H2O

    

Н2SO4

 

 

     2С2Н5ОН             С2Н5-О-С2Н5+Н2О

Первичные спирты дегидратируются  труднее вторичных, легче отнимается молекула

воды от третичных спиртов [5].

    

1.2.4. Образование  сложных  эфиров спиртов .

 

 

При действии кислородных  минеральных и органических кислот на спирты

образуются сложные эфиры, например,

    

RO

 

HO

 

 

     С2Н5ОН+СН3СООН          С2Н5СООСН3+Н2О

    

 

 

 

ROH +             SO2                            SO2+H2O

Такого рода взаимодействие спирта с кислотами называется реакцией

этерификации. Скорость этерификации зависит от силы кислоты и природы  спирта:

с увеличением силы кислоты  она возрастает, первичные спирты реагируют быстрее

вторичных, вторичные спирты – быстрее третичных. Этерификация спиртов

карбоновыми кислотами ускоряется при добавлении сильных минеральных  кислот.