Esta lección está destinada al estudio independiente del tema “Alcoholes. Clasificación de alcoholes. Alcoholes monohídricos saturados: estructura y nomenclatura”. Aprenderás que los alcoholes son hidrocarburos en los que un átomo de hidrocarburo (o varios) se reemplaza por hidroxilo, los tipos de alcoholes y su estructura.
En esta lección estudiaste el tema “Alcoholes. Clasificación de alcoholes. Alcoholes monohídricos saturados: estructura y nomenclatura”. Aprendiste que los alcoholes son hidrocarburos en los que un átomo de hidrocarburo (o varios) se reemplaza por hidroxilo, sobre los tipos de alcoholes, sobre su estructura.
Referencias
1. Rudzitis G.E. Química. Fundamentos de química general. Décimo grado: libro de texto para instituciones de educación general: nivel básico / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14ª edición. - M.: Educación, 2012.
2. Química. Décimo grado. Nivel de perfil: académico. para educación general instituciones/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin et al. - M.: Avutarda, 2008. - 463 p.
3. Química. 11º grado. Nivel de perfil: académico. para educación general instituciones/ V.V. Eremin, N.E. Kuzmenko, V.V. Lunin et al. - M.: Avutarda, 2010. - 462 p.
4. Khomchenko G.P., Khomchenko I.G. Colección de problemas de química para quienes ingresan a las universidades. - 4ª ed. - M.: RIA "Nueva Ola": Editorial Umerenkov, 2012. - 278 p.
Tarea
1. Nos. 3, 4 (p. 85) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Química: Química orgánica. Décimo grado: libro de texto para instituciones de educación general: nivel básico / G. E. Rudzitis, F.G. Feldman. - 14ª edición. M.: Educación, 2012.
2. Escribe la fórmula estructural del glicerol. Llámelo según la nomenclatura IUPAC.
3. Escribe las ecuaciones de reacción para la combustión de etanol.
(alcoholes) una clase de compuestos orgánicos que contienen uno o más grupos COH, con el grupo hidroxilo OH unido a un átomo de carbono alifático (los compuestos en los que el átomo de carbono del grupo COH forma parte del anillo aromático se denominan fenoles)La clasificación de los alcoholes es variada y depende de qué característica estructural se toma como base.
1. Dependiendo de la cantidad de grupos hidroxilo en la molécula, los alcoholes se dividen en:
a) monoatómico (contiene un grupo hidroxilo OH), por ejemplo, metanol CH 3 OH, etanol C 2 H 5 OH, propanol C 3 H 7 OH
b) poliatómico (dos o más grupos hidroxilo), por ejemplo, etilenglicol
HO С H 2 CH 2 OH , glicerol HOCH 2 CH(OH)CH 2 OH, pentaeritritol C(CH 2 OH) 4.Compuestos en los que un átomo de carbono
Existen dos grupos hidroxilo, en la mayoría de los casos son inestables y se convierten fácilmente en aldehídos, eliminando agua: RCH (OH) 2 ® RCH = O + H 2 O , no existen.2. Según el tipo de átomo de carbono al que está unido el grupo OH, los alcoholes se dividen en:
a) primario, en el que el grupo OH está unido al átomo de carbono primario. Un átomo de carbono (resaltado en rojo) que está unido a un solo átomo de carbono se llama primario. Ejemplos de alcoholes primarios etanol C
H3CH2OH, propanol CH3CH2CH2OH. b) secundario, en el que el grupo OH está unido a un átomo de carbono secundario. Un átomo de carbono secundario (resaltado en azul) está unido a dos átomos de carbono al mismo tiempo, por ejemplo, propanol secundario, butanol secundario (Fig. 1).
Arroz. 1. ESTRUCTURA DE LOS ALCOHOLES SECUNDARIOS
c) terciario, en el que el grupo OH está unido al átomo de carbono terciario. El átomo de carbono terciario (resaltado en verde) está unido a tres átomos de carbono vecinos simultáneamente, por ejemplo, butanol terciario y pentanol (Figura 2).
Arroz. 2. ESTRUCTURA DE LOS ALCOHOLES TERCIARIOS
Según el tipo de átomo de carbono, el grupo alcohol unido a él también se denomina primario, secundario o terciario.
En los alcoholes polihídricos que contienen dos o más grupos OH, tanto los grupos HO primarios como los secundarios pueden estar presentes simultáneamente, por ejemplo, en glicerol o xilitol (Fig. 3).
Arroz. 3. COMBINACIÓN DE GRUPOS OH PRIMARIO Y SECUNDARIO EN LA ESTRUCTURA DE ALCOHOLES POLIATÓMICOS.
3. Según la estructura de los grupos orgánicos conectados por un grupo OH, los alcoholes se dividen en saturados (metanol, etanol, propanol), insaturados, por ejemplo, alcohol alílico CH 2 = CHCH 2 OH, aromáticos (por ejemplo, alcohol bencílico C 6 H 5 CH 2 OH), que contiene como parte del grupo
R grupo aromático.Alcoholes insaturados en los que el grupo OH es "adyacente" al doble enlace, es decir unidos a un átomo de carbono involucrado simultáneamente en la formación de un doble enlace (por ejemplo, alcohol vinílico CH 2 =CHOH), son extremadamente inestables y se isomerizan inmediatamente ( centímetro.ISOMERIZACIÓN) en aldehídos o cetonas:
CH 2 =CHOH ® CH 3 CH=O Nomenclatura de alcoholes. Para los alcoholes comunes con una estructura simple, se utiliza una nomenclatura simplificada: el nombre del grupo orgánico se convierte en un adjetivo (usando el sufijo y la terminación “ nuevo") y añadir la palabra "alcohol":En el caso de que la estructura de un grupo orgánico sea más compleja, se utilizan reglas comunes a toda la química orgánica. Los nombres compilados de acuerdo con tales reglas se denominan sistemáticos. De acuerdo con estas reglas, la cadena de hidrocarburos se numera desde el extremo al que se encuentra el grupo OH más cercano. A continuación, esta numeración se utiliza para indicar la posición de varios sustituyentes a lo largo de la cadena principal; al final del nombre se añade el sufijo “ol” y un número que indica la posición del grupo OH (Fig. 4):
4. NOMBRES SISTEMÁTICOS DE ALCOHOLES. Los grupos funcionales (OH) y sustituyentes (CH 3), así como sus correspondientes índices digitales, están resaltados en diferentes colores.Los nombres sistemáticos de los alcoholes más simples siguen las mismas reglas: metanol, etanol, butanol. Para algunos alcoholes, se han conservado nombres triviales (simplificados) que se desarrollaron históricamente: alcohol propargílico NSє
CCH 2 OH, glicerol HOCH 2 CH(OH)CH 2 OH, pentaeritritol C(CH 2 OH) 4, alcohol fenetílico C 6 H 5 CH 2 CH 2 OH.Propiedades físicas de los alcoholes.
Los alcoholes son solubles en la mayoría de los disolventes orgánicos; los tres primeros representantes más simples: metanol, etanol y propanol, así como butanol terciario (H 3 C) 3 СОН, se mezclan con agua en cualquier proporción. Con un aumento en el número de átomos de C en un grupo orgánico, el efecto hidrofóbico (repelente al agua) comienza a afectar, la solubilidad en agua se vuelve limitada y cuando R que contiene más de 9 átomos de carbono prácticamente desaparece. Debido a la presencia de grupos OH, surgen enlaces de hidrógeno entre las moléculas de alcohol.
Arroz. 5. ENLACES DE HIDRÓGENO EN ALCOHOLES(mostrado en línea de puntos)
Como resultado, todos los alcoholes tienen un punto de ebullición más alto que los hidrocarburos correspondientes, p.e. etanol +78°C y T. hervir. etano 88,63°C; T. kip. butanol y butano, respectivamente, +117,4° C y 0,5° C.
Propiedades químicas de los alcoholes. Los alcoholes tienen una variedad de transformaciones. Las reacciones de los alcoholes tienen algunos principios generales: la reactividad de los alcoholes monohídricos primarios es mayor que la de los secundarios, a su vez, los alcoholes secundarios son químicamente más activos que los terciarios. Para los alcoholes dihídricos, en el caso de que los grupos OH estén ubicados en átomos de carbono vecinos, se observa una mayor reactividad (en comparación con los alcoholes monohídricos) debido a la influencia mutua de estos grupos. Para los alcoholes, son posibles reacciones que implican la ruptura de enlaces CO y OH.1. Reacciones que ocurren a través del enlace OH.
Al interactuar con metales activos (Na, K, Mg, Al), los alcoholes exhiben las propiedades de los ácidos débiles y forman sales llamadas alcoholatos o alcóxidos:
CH 3 OH + 2 Na ® 2 CH 3 OK + H 2Los alcoholatos son químicamente inestables y, cuando se exponen al agua, se hidrolizan para formar alcohol e hidróxido metálico:
C2H5OK + H2O
® C2H5OH + KOHEsta reacción muestra que los alcoholes son ácidos más débiles en comparación con el agua (un ácido fuerte desplaza a uno débil, además, al interactuar con soluciones alcalinas, los alcoholes no forman alcoholatos); Sin embargo, en los alcoholes polihídricos (en el caso de que los grupos OH estén unidos a átomos de C vecinos), la acidez de los grupos alcohol es mucho mayor y pueden formar alcoholatos no solo al interactuar con metales, sino también con álcalis:
HOCH2CH2OH + 2NaOH® NaOCH2CH2ONa + 2H2OCuando los grupos HO en alcoholes polihídricos están unidos a átomos de C no adyacentes, las propiedades de los alcoholes son cercanas a las monovalentes, ya que no aparece la influencia mutua de los grupos HO.Al interactuar con ácidos minerales u orgánicos, los alcoholes forman compuestos ésteres que contienen un fragmento.
ROA (Un residuo ácido). La formación de ésteres también se produce durante la interacción de alcoholes con anhídridos y cloruros de ácido. ácidos carboxílicos(Figura 6).Bajo la acción de agentes oxidantes (K 2 Cr 2 O 7, KMnO 4), los alcoholes primarios forman aldehídos y los alcoholes secundarios, cetonas (Fig.7).
Arroz. 7. FORMACIÓN DE ALDEHÍDOS Y CETONAS DURANTE LA OXIDACIÓN DE ALCOHOLES
La reducción de alcoholes conduce a la formación de hidrocarburos que contienen el mismo número de átomos de C que la molécula del alcohol original (Fig. 8).
8. RESTAURACIÓN DE BUTANOL2. Reacciones que ocurren a través del enlace CO.
En presencia de catalizadores o ácidos minerales fuertes, se produce la deshidratación de los alcoholes (eliminación de agua) y la reacción puede desarrollarse en dos direcciones:
a) deshidratación intermolecular que involucra dos moléculas de alcohol, en la que los enlaces de CO en una de las moléculas se rompen, como resultado de lo cual se forman éteres, compuestos que contienen un fragmento
R О R (Figura 9A).b) la deshidratación intramolecular produce alquenos, hidrocarburos con un doble enlace. A menudo, ambos procesos, la formación de un éter y un alqueno, ocurren en paralelo (Fig. 9B).
En el caso de los alcoholes secundarios, durante la formación de un alqueno, son posibles dos direcciones de reacción (Fig. 9B), la dirección predominante es aquella en la que, durante el proceso de condensación, el hidrógeno se separa del átomo de carbono menos hidrogenado (marcado por el número 3), es decir rodeado por menos átomos de hidrógeno (en comparación con el átomo 1). Mostrado en la Fig. Se utilizan 10 reacciones para producir alquenos y éteres.
La ruptura del enlace CO en los alcoholes también se produce cuando el grupo OH se reemplaza por un grupo halógeno o amino (Fig. 10).
Arroz. 10. SUSTITUCIÓN DEL GRUPO OH EN ALCOHOLES POR GRUPO HALÓGENO O AMINO
Las reacciones mostradas en la Fig. 10 se utiliza para la producción de halocarbonos y aminas.
Preparación de alcoholes. Algunas de las reacciones que se muestran arriba (Fig. 6,9,10) son reversibles y, cuando cambian las condiciones, pueden proceder en la dirección opuesta, lo que lleva a la producción de alcoholes, por ejemplo, durante la hidrólisis de ésteres y halocarbonos (Fig. 11A y B, respectivamente), así como por hidratación de alquenos mediante la adición de agua (Fig. 11B).
Arroz. 11. OBTENCIÓN DE ALCOHOLES POR HIDRÓLISIS E HIDRATACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS
La reacción de hidrólisis de alquenos (Fig. 11, Esquema B) es la base de la producción industrial de alcoholes inferiores que contienen hasta 4 átomos de C.
El etanol también se forma durante la llamada fermentación alcohólica de azúcares, por ejemplo, glucosa C 6 H 12 O 6. El proceso se produce en presencia de levadura y conduce a la formación de etanol y CO 2:
® 2C 2 H 5 OH + 2CO 2La fermentación no puede producir más de un 15% de solución acuosa de alcohol, ya que a mayor concentración de alcohol los hongos de levadura mueren. Las soluciones alcohólicas de mayor concentración se obtienen por destilación.
El metanol se produce industrialmente mediante la reducción del monóxido de carbono a 400
° C bajo una presión de 2030 MPa en presencia de un catalizador compuesto por óxidos de cobre, cromo y aluminio:® H 3 HIJO Si en lugar de hidrólisis de alquenos (Fig.11) se lleva a cabo oxidación, se forman alcoholes dihídricos (Fig.12).
12.
PREPARACIÓN DE ALCOHOLES DIOHÓMICOSUso de alcoholes.
La capacidad de los alcoholes para participar en una variedad de reacciones químicas permite que se utilicen para producir todo tipo de compuestos orgánicos: aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, éteres y ésteres, utilizados como disolventes orgánicos en la producción de polímeros, colorantes y fármacos. El metanol CH 3 OH se utiliza como disolvente, así como en la producción de formaldehído, utilizado para producir resinas de fenol-formaldehído; recientemente el metanol se ha considerado como un combustible de motor prometedor. Se utilizan grandes volúmenes de metanol en la producción y transporte de gas natural. Metanol, el compuesto más tóxico entre todos los alcoholes, dosis letal cuando se toma por vía oral 100 ml.
Etanol C 2 H 5 OH el compuesto de partida para la producción de acetaldehído, ácido acético, así como para la producción de ésteres de ácidos carboxílicos utilizados como disolventes. Además, el etanol es el componente principal de todas las bebidas alcohólicas; se utiliza ampliamente en medicina como desinfectante.
El butanol se utiliza como disolvente de grasas y resinas; además, sirve como materia prima para la producción de sustancias aromáticas (acetato de butilo, salicilato de butilo, etc.). En champús se utiliza como componente que aumenta la transparencia de las soluciones.
El alcohol bencílico C 6 H 5 CH 2 OH en estado libre (y en forma de ésteres) se encuentra en los aceites esenciales de jazmín y jacinto. Tiene propiedades antisépticas (desinfectantes); en cosmética se utiliza como conservante de cremas, lociones, elixires dentales y en perfumería como sustancia fragante.
El alcohol fenetílico C 6 H 5 CH 2 CH 2 OH tiene aroma a rosas, se encuentra en el aceite de rosas y se utiliza en perfumería.
El etilenglicol HOCH 2 CH 2 OH se utiliza en la producción de plásticos y como anticongelante (aditivo que reduce el punto de congelación de soluciones acuosas), además, en la fabricación de tintas textiles y de impresión.
El dietilenglicol HOCH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 OH se utiliza para rellenar dispositivos de frenos hidráulicos, así como en la industria textil para el acabado y teñido de tejidos.
Glicerol
HOCH2CH(OH)CH2OH Se utiliza para producir resinas de poliéster gloftálico; además, es un componente de muchas preparaciones cosméticas. La nitroglicerina (Fig. 6) es el componente principal de la dinamita y se utiliza como explosivo en la minería y la construcción de ferrocarriles.Pentaeritritol (
HOCH 2) El 4 C se utiliza para producir poliésteres (resinas pentaftálicas), como endurecedor de resinas sintéticas, como plastificante para cloruro de polivinilo y también en la producción del explosivo tetranitropentaeritritol.Los alcoholes polihídricos xilitol HOCH 2 (CHOH) 3 CH 2 OH y sorbitol neHOCH 2 (CHOH) 4 CH 2 OH tienen un sabor dulce, se utilizan en lugar del azúcar en la elaboración de productos de confitería para pacientes con diabetes y personas que padecen obesidad. El sorbitol se encuentra en las bayas de serbal y cereza.
Mijaíl Levitski
LITERATURA Shabarov Yu.S. quimica organica. Moscú, “Química”, 1994El alcohol etílico o el alcohol vínico es un representante muy extendido de los alcoholes. Hay muchas sustancias conocidas que contienen oxígeno, además de carbono e hidrógeno. Entre los compuestos que contienen oxígeno, lo que más me interesa es la clase de los alcoholes.
Etanol
Propiedades físicas del alcohol. . El alcohol etílico C 2 H 6 O es un líquido incoloro con un olor peculiar, más ligero que el agua (gravedad específica 0,8), hierve a una temperatura de 78 ° ,3 y disuelve bien muchas sustancias inorgánicas y orgánicas. El alcohol rectificado contiene un 96% de alcohol etílico y un 4% de agua.
La estructura de la molécula de alcohol. .Según la valencia de los elementos, la fórmula C 2 H 6 O corresponde a dos estructuras:
Para resolver la cuestión de cuál de las fórmulas corresponde realmente al alcohol, recurramos a la experiencia.
Coloca un trozo de sodio en un tubo de ensayo con alcohol. Inmediatamente comenzará una reacción, acompañada de la liberación de gas. No es difícil establecer que este gas es hidrógeno.
Ahora configuremos el experimento de modo que podamos determinar cuántos átomos de hidrógeno se liberan durante la reacción de cada molécula de alcohol. Para ello, agregue gota a gota una cierta cantidad de alcohol, por ejemplo 0,1 gramos de molécula (4,6 gramos), desde un embudo a un matraz con pequeños trozos de sodio (Fig. 1). El hidrógeno liberado del alcohol desplaza el agua del matraz de dos bocas hacia la probeta graduada. El volumen de agua desplazada en el cilindro corresponde al volumen de hidrógeno liberado.
Fig.1. Experiencia cuantitativa en la producción de hidrógeno a partir de alcohol etílico.
Dado que para el experimento se tomaron 0,1 gramos de molécula de alcohol, es posible obtener aproximadamente 1,12 de hidrógeno (en condiciones normales). litros Esto significa que el sodio desplaza 11,2 de una molécula de gramo de alcohol. litros, es decir. medio gramo de molécula, es decir, 1 átomo gramo de hidrógeno. En consecuencia, el sodio desplaza sólo un átomo de hidrógeno de cada molécula de alcohol.
Evidentemente, en la molécula de alcohol, este átomo de hidrógeno se encuentra en una posición especial en comparación con los otros cinco átomos de hidrógeno. La fórmula (1) no explica este hecho. Según él, todos los átomos de hidrógeno están igualmente unidos a los átomos de carbono y, como sabemos, no son desplazados por el sodio metálico (el sodio se almacena en una mezcla de hidrocarburos, en queroseno). Por el contrario, la fórmula (2) refleja la presencia de un átomo ubicado en una posición especial: está conectado al carbono a través de un átomo de oxígeno. Podemos concluir que es este átomo de hidrógeno el que está menos unido al átomo de oxígeno; resulta más móvil y es reemplazado por sodio. Por tanto, la fórmula estructural del alcohol etílico es:
A pesar de la mayor movilidad del átomo de hidrógeno del grupo hidroxilo en comparación con otros átomos de hidrógeno, el alcohol etílico no es un electrolito y no se disocia en iones en una solución acuosa.
Para enfatizar que una molécula de alcohol contiene un grupo hidroxilo, OH, conectado a un radical hidrocarbonado, la fórmula molecular del alcohol etílico se escribe de la siguiente manera:
Propiedades químicas del alcohol. . Vimos arriba que el alcohol etílico reacciona con el sodio. Conociendo la estructura del alcohol, podemos expresar esta reacción con la ecuación:
El producto de sustituir el hidrógeno del alcohol por sodio se llama etóxido de sodio. Puede aislarse después de la reacción (por evaporación del exceso de alcohol) como un sólido.
Cuando se enciende en el aire, el alcohol arde con una llama azulada, apenas perceptible, y libera mucho calor:
Si calienta alcohol etílico con ácido halohídrico, por ejemplo HBr, en un matraz con refrigerador (o una mezcla de NaBr y H 2 SO 4, que durante la reacción produce bromuro de hidrógeno), se destilará un líquido aceitoso. - bromuro de etilo C 2 H 5 Br:
Esta reacción confirma la presencia de un grupo hidroxilo en la molécula de alcohol.
Cuando se calienta con ácido sulfúrico concentrado como catalizador, el alcohol se deshidrata fácilmente, es decir, se separa del agua (el prefijo "de" indica la separación de algo):
Esta reacción se utiliza para producir etileno en el laboratorio. Cuando el alcohol se calienta más débilmente con ácido sulfúrico (no más de 140°), cada molécula de agua se separa de dos moléculas de alcohol, lo que resulta en la formación de éter dietílico, un líquido volátil e inflamable:
El éter dietílico (a veces llamado éter sulfúrico) se utiliza como disolvente (limpieza de tejidos) y en medicina para anestesia. el pertenece a la clase éteres - sustancias orgánicas cuyas moléculas están formadas por dos radicales hidrocarbonados conectados mediante un átomo de oxígeno: R - O - R1
Uso de alcohol etílico. . El alcohol etílico tiene una gran importancia práctica. Se consume mucho alcohol etílico para producir caucho sintético según el método del académico S.V. Al pasar vapor de alcohol etílico a través de un catalizador especial, se obtiene divinilo:
que luego puede polimerizarse formando caucho.
El alcohol se utiliza para producir colorantes, éter dietílico, diversas “esencias de frutas” y otras sustancias orgánicas. El alcohol como disolvente se utiliza para elaborar perfumes y muchos medicamentos. Se preparan varios barnices disolviendo resinas en alcohol. El alto poder calorífico del alcohol determina su uso como combustible (combustible de motor = etanol).
Obtención de alcohol etílico . La producción mundial de alcohol se mide en millones de toneladas por año.
Un método común para producir alcohol es la fermentación de sustancias azucaradas en presencia de levadura. Estos organismos vegetales inferiores (hongos) producen sustancias especiales: enzimas, que sirven como catalizadores biológicos para la reacción de fermentación.
Como materia prima para la producción de alcohol se utilizan semillas de cereales o tubérculos de patata ricos en almidón. El almidón se convierte primero en azúcar utilizando malta que contiene la enzima diastasa, que luego se fermenta hasta obtener alcohol.
Los científicos han trabajado arduamente para reemplazar las materias primas alimentarias para la producción de alcohol por materias primas no alimentarias más baratas. Estas búsquedas se vieron coronadas por el éxito.
Recientemente, debido al hecho de que durante el craqueo del petróleo se forma mucho etileno, el acero
La reacción de hidratación del etileno (en presencia de ácido sulfúrico) fue estudiada por A. M. Butlerov y V. Goryainov (1873), quienes también predijeron su importancia industrial. También se ha desarrollado e introducido en la industria un método de hidratación directa de etileno haciéndolo pasar en mezcla con vapor de agua sobre catalizadores sólidos. Producir alcohol a partir de etileno es muy económico, ya que el etileno forma parte de los gases de craqueo del petróleo y otros gases industriales y, por tanto, es una materia prima ampliamente disponible.
Otro método se basa en el uso de acetileno como producto de partida. El acetileno se hidrata según la reacción de Kucherov y el acetaldehído resultante se reduce catalíticamente con hidrógeno en presencia de níquel para formar alcohol etílico. Todo el proceso de hidratación del acetileno seguido de la reducción con hidrógeno sobre un catalizador de níquel para obtener alcohol etílico se puede representar mediante un diagrama.
Serie homóloga de alcoholes.
Además del alcohol etílico, se conocen otros alcoholes que le son similares en estructura y propiedades. Todos ellos pueden considerarse derivados de los correspondientes hidrocarburos saturados, en cuyas moléculas un átomo de hidrógeno se sustituye por un grupo hidroxilo:
Mesa
|
Hidrocarburos |
alcoholes |
Punto de ebullición de los alcoholes en ºC |
| Metano CH4 | Metil CH 3 OH | 64,7 |
| Etano C 2 H 6 | Etil C 2 H 5 OH o CH 3 - CH 2 - OH | 78,3 |
| Propano C 3 H 8 | Propil C 4 H 7 OH o CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH | 97,8 |
| Butano C 4 H 10 | Butilo C 4 H 9 OH o CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH | 117 |
Al ser similares en propiedades químicas y diferenciarse entre sí en la composición de las moléculas por un grupo de átomos de CH 2, estos alcoholes forman una serie homóloga. Comparando las propiedades físicas de los alcoholes, en esta serie, así como en la serie de hidrocarburos, observamos la transición de cambios cuantitativos a cambios cualitativos. La fórmula general de los alcoholes de esta serie es R - OH (donde R es un radical hidrocarbonado).
Se conocen alcoholes cuyas moléculas contienen varios grupos hidroxilo, por ejemplo:
Los grupos de átomos que determinan las propiedades químicas características de los compuestos, es decir, su función química, se denominan grupos funcionales.
Los alcoholes son sustancias orgánicas cuyas moléculas contienen uno o más grupos hidroxilo funcionales conectados a un radical hidrocarbonado. .
En su composición, los alcoholes se diferencian de los hidrocarburos, correspondientes a ellos en el número de átomos de carbono, por la presencia de oxígeno (por ejemplo, C 2 H 6 y C 2 H 6 O o C 2 H 5 OH). Por tanto, los alcoholes pueden considerarse como productos de oxidación parcial de hidrocarburos.
Relación genética entre hidrocarburos y alcoholes.
Es bastante difícil oxidar directamente los hidrocarburos en alcohol. En la práctica, es más fácil hacerlo mediante un derivado halógeno de un hidrocarburo. Por ejemplo, para obtener alcohol etílico a partir de etano C 2 H 6, primero se puede obtener bromuro de etilo mediante la reacción:
y luego convertir el bromuro de etilo en alcohol calentando con agua en presencia de álcali:
En este caso, se necesita un álcali para neutralizar el bromuro de hidrógeno que se forma y eliminar la posibilidad de su reacción con el alcohol, es decir. mueva esta reacción reversible hacia la derecha.
De forma similar, se puede obtener alcohol metílico según el siguiente esquema:
Así, los hidrocarburos, sus derivados halógenos y los alcoholes se encuentran en una conexión genética entre sí (relación por origen).
Contenido del artículo
ALCOHOLES(alcoholes): una clase de compuestos orgánicos que contienen uno o más grupos C-OH, con el grupo hidroxilo OH unido a un átomo de carbono alifático (los compuestos en los que el átomo de carbono del grupo C-OH forma parte del anillo aromático se denominan fenoles)
La clasificación de los alcoholes es variada y depende de qué característica estructural se toma como base.
1. Dependiendo de la cantidad de grupos hidroxilo en la molécula, los alcoholes se dividen en:
a) monoatómico (contiene un grupo hidroxilo OH), por ejemplo, metanol CH 3 OH, etanol C 2 H 5 OH, propanol C 3 H 7 OH
b) poliatómico (dos o más grupos hidroxilo), por ejemplo, etilenglicol
HO–CH 2 –CH 2 –OH, glicerol HO–CH 2 –CH(OH)–CH 2 –OH, pentaeritritol C(CH 2 OH) 4.
Los compuestos en los que un átomo de carbono tiene dos grupos hidroxilo son en la mayoría de los casos inestables y se convierten fácilmente en aldehídos, eliminando agua: RCH(OH) 2 ® RCH=O + H 2 O
2. Según el tipo de átomo de carbono al que está unido el grupo OH, los alcoholes se dividen en:
a) primario, en el que el grupo OH está unido al átomo de carbono primario. Un átomo de carbono (resaltado en rojo) que está unido a un solo átomo de carbono se llama primario. Ejemplos de alcoholes primarios - etanol CH 3 - do H 2 –OH, propanol CH 3 –CH 2 – do H2-OH.
b) secundario, en el que el grupo OH está unido a un átomo de carbono secundario. Un átomo de carbono secundario (resaltado en azul) está unido a dos átomos de carbono al mismo tiempo, por ejemplo, propanol secundario, butanol secundario (Fig. 1).
Arroz. 1. ESTRUCTURA DE LOS ALCOHOLES SECUNDARIOS
c) terciario, en el que el grupo OH está unido al átomo de carbono terciario. El átomo de carbono terciario (resaltado en verde) está unido a tres átomos de carbono vecinos simultáneamente, por ejemplo, butanol terciario y pentanol (Figura 2).
Arroz. 2. ESTRUCTURA DE LOS ALCOHOLES TERCIARIOS
Según el tipo de átomo de carbono, el grupo alcohol unido a él también se denomina primario, secundario o terciario.
En los alcoholes polihídricos que contienen dos o más grupos OH, tanto los grupos HO primarios como los secundarios pueden estar presentes simultáneamente, por ejemplo, en glicerol o xilitol (Fig. 3).
Arroz. 3. COMBINACIÓN DE GRUPOS OH PRIMARIO Y SECUNDARIO EN LA ESTRUCTURA DE ALCOHOLES POLIATÓMICOS.
3. Según la estructura de los grupos orgánicos conectados por un grupo OH, los alcoholes se dividen en saturados (metanol, etanol, propanol), insaturados, por ejemplo, alcohol alílico CH 2 =CH–CH 2 –OH, aromáticos (por ejemplo, alcohol bencílico C 6 H 5 CH 2 OH) que contiene un grupo aromático en el grupo R.
Alcoholes insaturados en los que el grupo OH es "adyacente" al doble enlace, es decir unidos a un átomo de carbono involucrado simultáneamente en la formación de un doble enlace (por ejemplo, alcohol vinílico CH 2 =CH–OH), son extremadamente inestables y se isomerizan inmediatamente ( centímetro ISOMERIZACIÓN) a aldehídos o cetonas:
CH 2 =CH–OH ® CH 3 –CH=O
Nomenclatura de alcoholes.
Para los alcoholes comunes con una estructura simple, se utiliza una nomenclatura simplificada: el nombre del grupo orgánico se convierte en un adjetivo (usando el sufijo y la terminación “ nuevo") y añadir la palabra "alcohol":
En el caso de que la estructura de un grupo orgánico sea más compleja, se utilizan reglas comunes a toda la química orgánica. Los nombres compilados de acuerdo con tales reglas se denominan sistemáticos. De acuerdo con estas reglas, la cadena de hidrocarburos se numera desde el extremo al que se encuentra el grupo OH más cercano. A continuación, esta numeración se utiliza para indicar la posición de varios sustituyentes a lo largo de la cadena principal; al final del nombre se añade el sufijo “ol” y un número que indica la posición del grupo OH (Fig. 4):
Arroz. 4. NOMBRES SISTEMÁTICOS DE ALCOHOLES. Los grupos funcionales (OH) y sustituyentes (CH 3), así como sus correspondientes índices digitales, están resaltados en diferentes colores.
Los nombres sistemáticos de los alcoholes más simples siguen las mismas reglas: metanol, etanol, butanol. Para algunos alcoholes, se han conservado los nombres triviales (simplificados) que se desarrollaron históricamente: alcohol propargílico HCє C–CH 2 –OH, glicerina HO–CH 2 –CH(OH)–CH 2 –OH, pentaeritritol C(CH 2 OH) 4 , alcohol fenetílico C 6 H 5 –CH 2 –CH 2 –OH.
Propiedades físicas de los alcoholes.
Los alcoholes son solubles en la mayoría de los disolventes orgánicos; los tres primeros representantes más simples (metanol, etanol y propanol, así como butanol terciario (H 3 C) 3 СОН) se mezclan con agua en cualquier proporción. Con un aumento en el número de átomos de C en un grupo orgánico, comienza a actuar un efecto hidrófobo (repelente al agua), la solubilidad en agua se vuelve limitada y cuando R contiene más de 9 átomos de carbono, prácticamente desaparece.
Debido a la presencia de grupos OH, surgen enlaces de hidrógeno entre las moléculas de alcohol.
Arroz. 5. ENLACES DE HIDRÓGENO EN ALCOHOLES(mostrado en línea de puntos)
Como resultado, todos los alcoholes tienen un punto de ebullición más alto que los hidrocarburos correspondientes, p.e. etanol +78°C y T. hervir. etano –88,63° C; T. kip. butanol y butano, respectivamente, +117,4° C y –0,5° C.
Propiedades químicas de los alcoholes.
Los alcoholes tienen una variedad de transformaciones. Las reacciones de los alcoholes tienen algunos principios generales: la reactividad de los alcoholes monohídricos primarios es mayor que la de los secundarios, a su vez, los alcoholes secundarios son químicamente más activos que los terciarios. Para los alcoholes dihídricos, en el caso de que los grupos OH estén ubicados en átomos de carbono vecinos, se observa una mayor reactividad (en comparación con los alcoholes monohídricos) debido a la influencia mutua de estos grupos. En el caso de los alcoholes, son posibles reacciones que implican la ruptura de enlaces C – O y O – H.
1. Reacciones que ocurren en el enlace O-H.
Al interactuar con metales activos (Na, K, Mg, Al), los alcoholes exhiben las propiedades de los ácidos débiles y forman sales llamadas alcoholatos o alcóxidos:
2CH3OH + 2Na® 2CH3OK + H2
Los alcoholatos son químicamente inestables y, cuando se exponen al agua, se hidrolizan para formar alcohol e hidróxido metálico:
C 2 H 5 OK + H 2 O ® C 2 H 5 OH + KOH
Esta reacción muestra que los alcoholes son ácidos más débiles en comparación con el agua (un ácido fuerte desplaza a uno débil, además, al interactuar con soluciones alcalinas, los alcoholes no forman alcoholatos); Sin embargo, en los alcoholes polihídricos (en el caso de que los grupos OH estén unidos a átomos de C vecinos), la acidez de los grupos alcohol es mucho mayor y pueden formar alcoholatos no solo al interactuar con metales, sino también con álcalis:
HO–CH 2 –CH 2 –OH + 2NaOH ® NaO–CH 2 –CH 2 –ONa + 2H 2 O
Cuando los grupos HO en alcoholes polihídricos están unidos a átomos de C no adyacentes, las propiedades de los alcoholes son cercanas a las monovalentes, ya que no aparece la influencia mutua de los grupos HO.
Al interactuar con ácidos minerales u orgánicos, los alcoholes forman ésteres, compuestos que contienen el fragmento R-O-A (A es el residuo ácido). La formación de ésteres también ocurre durante la interacción de alcoholes con anhídridos y cloruros de ácidos carboxílicos (Fig. 6).
Bajo la acción de agentes oxidantes (K 2 Cr 2 O 7, KMnO 4), los alcoholes primarios forman aldehídos y los alcoholes secundarios, cetonas (Fig.7).
Arroz. 7. FORMACIÓN DE ALDEHÍDOS Y CETONAS DURANTE LA OXIDACIÓN DE ALCOHOLES
La reducción de alcoholes conduce a la formación de hidrocarburos que contienen el mismo número de átomos de C que la molécula del alcohol original (Fig. 8).
Arroz. 8. RESTAURACIÓN DE BUTANOL
2. Reacciones que ocurren en el enlace C-O.
En presencia de catalizadores o ácidos minerales fuertes, se produce la deshidratación de los alcoholes (eliminación de agua) y la reacción puede desarrollarse en dos direcciones:
a) deshidratación intermolecular que involucra dos moléculas de alcohol, en la cual los enlaces C-O de una de las moléculas se rompen, lo que resulta en la formación de éteres, compuestos que contienen el fragmento R-O-R (Fig. 9A).
b) la deshidratación intramolecular produce alquenos, hidrocarburos con un doble enlace. A menudo, ambos procesos (la formación de un éter y un alqueno) ocurren en paralelo (figura 9B).
En el caso de los alcoholes secundarios, durante la formación de un alqueno, son posibles dos direcciones de reacción (Fig. 9B), la dirección predominante es aquella en la que, durante el proceso de condensación, el hidrógeno se separa del átomo de carbono menos hidrogenado (marcado por el número 3), es decir rodeado por menos átomos de hidrógeno (en comparación con el átomo 1). Mostrado en la Fig. Se utilizan 10 reacciones para producir alquenos y éteres.
La ruptura del enlace C-O en los alcoholes también ocurre cuando el grupo OH se reemplaza por un grupo halógeno o amino (Fig. 10).
Arroz. 10. SUSTITUCIÓN DEL GRUPO OH EN ALCOHOLES POR GRUPO HALÓGENO O AMINO
Las reacciones mostradas en la Fig. 10 se utiliza para la producción de halocarbonos y aminas.
Preparación de alcoholes.
Algunas de las reacciones que se muestran arriba (Fig. 6,9,10) son reversibles y, cuando cambian las condiciones, pueden proceder en la dirección opuesta, lo que lleva a la producción de alcoholes, por ejemplo, durante la hidrólisis de ésteres y halocarbonos (Fig. 11A y B, respectivamente), así como por hidratación de alquenos, agregando agua (Fig. 11B).
Arroz. 11. OBTENCIÓN DE ALCOHOLES POR HIDRÓLISIS E HIDRATACIÓN DE COMPUESTOS ORGÁNICOS
La reacción de hidrólisis de alquenos (Fig. 11, Esquema B) es la base de la producción industrial de alcoholes inferiores que contienen hasta 4 átomos de C.
El etanol también se forma durante la llamada fermentación alcohólica de azúcares, por ejemplo, glucosa C 6 H 12 O 6. El proceso se produce en presencia de levadura y conduce a la formación de etanol y CO 2:
C 6 H 12 O 6 ® 2C 2 H 5 OH + 2CO 2
La fermentación no puede producir más de un 15% de solución acuosa de alcohol, ya que a mayor concentración de alcohol los hongos de levadura mueren. Las soluciones alcohólicas de mayor concentración se obtienen por destilación.
El metanol se produce industrialmente mediante la reducción de monóxido de carbono a 400 °C bajo una presión de 20 a 30 MPa en presencia de un catalizador compuesto por óxidos de cobre, cromo y aluminio:
CO + 2 H 2 ® H 3 COH
Si en lugar de hidrólisis de alquenos (Fig.11) se lleva a cabo oxidación, se forman alcoholes dihídricos (Fig.12).
Arroz. 12. PREPARACIÓN DE ALCOHOLES DIOHÓMICOS
Uso de alcoholes.
La capacidad de los alcoholes para participar en una variedad de reacciones químicas permite que se utilicen para producir todo tipo de compuestos orgánicos: aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos, éteres y ésteres, utilizados como disolventes orgánicos en la producción de polímeros, colorantes y fármacos.
El metanol CH 3 OH se utiliza como disolvente, así como en la producción de formaldehído, utilizado para producir resinas de fenol-formaldehído; recientemente el metanol se ha considerado como un combustible de motor prometedor. Se utilizan grandes volúmenes de metanol en la producción y transporte de gas natural. El metanol es el compuesto más tóxico entre todos los alcoholes, la dosis letal cuando se ingiere es de 100 ml.
El etanol C 2 H 5 OH es el compuesto de partida para la producción de acetaldehído, ácido acético, así como para la producción de ésteres de ácidos carboxílicos utilizados como disolventes. Además, el etanol es el componente principal de todas las bebidas alcohólicas; se utiliza ampliamente en medicina como desinfectante.
El butanol se utiliza como disolvente de grasas y resinas; además, sirve como materia prima para la producción de sustancias aromáticas (acetato de butilo, salicilato de butilo, etc.). En champús se utiliza como componente que aumenta la transparencia de las soluciones.
El alcohol bencílico C 6 H 5 –CH 2 –OH en estado libre (y en forma de ésteres) se encuentra en los aceites esenciales de jazmín y jacinto. Tiene propiedades antisépticas (desinfectantes); en cosmética se utiliza como conservante de cremas, lociones, elixires dentales y en perfumería como sustancia fragante.
El alcohol fenetílico C 6 H 5 –CH 2 –CH 2 –OH tiene aroma a rosas, se encuentra en el aceite de rosas y se utiliza en perfumería.
El etilenglicol HOCH 2 –CH 2 OH se utiliza en la producción de plásticos y como anticongelante (aditivo que reduce el punto de congelación de soluciones acuosas), además, en la fabricación de tintas textiles y de impresión.
El dietilenglicol HOCH 2 –CH 2 OCH 2 –CH 2 OH se utiliza para rellenar dispositivos de freno hidráulico, así como en la industria textil para el acabado y teñido de tejidos.
El glicerol HOCH 2 –CH(OH)–CH 2 OH se utiliza para producir resinas de poliéster gloftálico, además, es un componente de muchas preparaciones cosméticas; La nitroglicerina (Fig. 6) es el componente principal de la dinamita y se utiliza como explosivo en la minería y la construcción de ferrocarriles.
El pentaeritritol (HOCH 2) 4 C se utiliza para producir poliésteres (resinas pentaftálicas), como endurecedor de resinas sintéticas, como plastificante para cloruro de polivinilo y también en la producción del explosivo tetranitropentaeritritol.
Los alcoholes polihídricos xilitol СОН2–(СНН)3–CH2ОН y sorbitol СОН2– (СНН)4–СН2ОН tienen un sabor dulce y se utilizan en lugar del azúcar en la producción de productos de confitería para pacientes con diabetes y personas que padecen obesidad; El sorbitol se encuentra en las bayas de serbal y cereza.
Mijaíl Levitski
Los alcoholes son solubles en la mayoría de los disolventes orgánicos; los tres primeros representantes más simples (metanol, etanol y propanol, así como butanol terciario (H 3 C) 3 SON) se mezclan con agua en cualquier proporción. Con un aumento en el número de átomos de C en un grupo orgánico, comienza a actuar un efecto hidrófobo (repelente al agua), la solubilidad en agua se vuelve limitada y cuando R contiene más de 9 átomos de carbono, prácticamente desaparece.
Debido a la presencia de grupos OH, surgen enlaces de hidrógeno entre las moléculas de alcohol.
Arroz. 5.
Como resultado, todos los alcoholes tienen un punto de ebullición más alto que los hidrocarburos correspondientes, p.e. etanol +78°C y T. hervir. etano -88,63°C; T. kip. butanol y butano, respectivamente, +117,4° C y -0,5° C.
Propiedades químicas de los alcoholes.
Los alcoholes tienen una variedad de transformaciones. Las reacciones de los alcoholes tienen algunos principios generales: la reactividad de los alcoholes monohídricos primarios es mayor que la de los secundarios, a su vez, los alcoholes secundarios son químicamente más activos que los terciarios. Para los alcoholes dihídricos, en el caso de que los grupos OH estén ubicados en átomos de carbono vecinos, se observa una mayor reactividad (en comparación con los alcoholes monohídricos) debido a la influencia mutua de estos grupos. Para los alcoholes, son posibles reacciones que implican la ruptura de enlaces C-O y O-H.
1). Reacciones que ocurren a través del enlace O-H.
Al interactuar con metales activos (Na, K, Mg, Al), los alcoholes exhiben las propiedades de los ácidos débiles y forman sales llamadas alcoholatos o alcóxidos:
2CH3OH + 2Na® 2CH3OK + H2
Los alcoholatos son químicamente inestables y, cuando se exponen al agua, se hidrolizan para formar alcohol e hidróxido metálico:
C 2 H 5 OK + H 2 O ® C 2 H 5 OH + KOH
Esta reacción muestra que los alcoholes son ácidos más débiles en comparación con el agua (un ácido fuerte desplaza a uno débil, además, al interactuar con soluciones alcalinas, los alcoholes no forman alcoholatos); Sin embargo, en los alcoholes polihídricos (en el caso de que los grupos OH estén unidos a átomos de C vecinos), la acidez de los grupos alcohol es mucho mayor y pueden formar alcoholatos no solo al interactuar con metales, sino también con álcalis:
HO-CH 2 -CH 2 -OH + 2NaOH ® NaO-CH 2 -CH 2 -ONa + 2H 2 O
Cuando los grupos HO en alcoholes polihídricos están unidos a átomos de C no adyacentes, las propiedades de los alcoholes son cercanas a las monovalentes, ya que no aparece la influencia mutua de los grupos HO.
Al interactuar con ácidos minerales u orgánicos, los alcoholes forman ésteres, compuestos que contienen el fragmento R-O-A (A es el residuo ácido). La formación de ésteres también ocurre durante la interacción de alcoholes con anhídridos y cloruros de ácidos carboxílicos (Fig. 6).
1. Combustión con liberación de calor:
C 2 H 5 OH + 3O 2 2C 2 + 3H 2 O + a
- 2. Interacción con metales activos:
- 2C 2 H 5 OH+ Na 2C 2 H 5 O Na +H 2 - alcoholatos
- 3. Interacción con hidrógenos.
Ce CH 3 -Ce + H 2 O
H 2 SO 4 - clorometano
4. Cuando la temperatura aumenta en presencia de sustancias purificadoras de agua, las condiciones máximas de operación no son
C2H5OH t>140 0 ºC C 2 H 4 + H 2 O - etileno
La reacción en la que se elimina el agua se llama reacción de detración.
5. Interacción entre sí para formar éteres.
CH 3 -O - CH 3 - dimetil éter
Reacciona con ácidos para formar ésteres.
Arroz. 6.
Bajo la acción de agentes oxidantes (K 2 Cr 2 O 7, KMnO 4), los alcoholes primarios forman aldehídos y los alcoholes secundarios, cetonas (Fig.7).
Arroz. 7.
La reducción de alcoholes conduce a la formación de hidrocarburos que contienen el mismo número de átomos de C que la molécula del alcohol original (Fig. 8).
Arroz. 8.
2) Reacciones que ocurren a través del enlace C-O
En presencia de catalizadores o ácidos minerales fuertes, se produce la deshidratación de los alcoholes (eliminación de agua) y la reacción puede desarrollarse en dos direcciones:
- a) deshidratación intermolecular que involucra dos moléculas de alcohol, en la que los enlaces C-O en una de las moléculas se rompen, como resultado de lo cual se forman éteres, compuestos que contienen el fragmento R-O-R (Fig. 9A).
- b) la deshidratación intramolecular produce alquenos, hidrocarburos con un doble enlace. A menudo, ambos procesos (la formación de un éter y un alqueno) ocurren en paralelo (Fig. 9B).
En el caso de los alcoholes secundarios, durante la formación de un alqueno, son posibles dos direcciones de reacción, la dirección predominante es aquella en la que, durante el proceso de condensación, el hidrógeno se separa del átomo de carbono menos hidrogenado (marcado con el número 3), es decir. rodeado por menos átomos de hidrógeno (en comparación con el átomo 1).