Alkoholių struktūros savybių taikymo gavimas. Organinė chemija

Ši pamoka skirta savarankiškam temos „Alkoholiai. Alkoholių klasifikacija. Riboti monohidroksilius: struktūra ir nomenklatūra. Sužinosite apie tai, kas angliavandeniliai vadinami alkoholiais, kuriuose vienas (ar keli) angliavandenilio atomai pakeisti hidroksilu, apie alkoholių rūšis, apie jų struktūrą.

Šioje pamokoje studijavote temą „Alkoholiai. Alkoholių klasifikacija. Riboti monohidroksilius: struktūra ir nomenklatūra. Sužinojote, kad angliavandeniliai vadinami alkoholiais, kuriuose vienas (ar keli) angliavandenilio atomai yra pakeisti hidroksilu, apie alkoholių rūšis, apie jų struktūrą.

Bibliografija

1. Rudzitis G.E. Chemija. Bendrosios chemijos pagrindai. 10 klasė: vadovėlis ugdymo įstaigoms: pagrindinis lygis / G. E. Rudzitis, F.G. Feldmanas. – 14-asis leidimas. - M.: Švietimas, 2012 m.

2. Chemija. 10 klasė. Profilio lygis: vadovėlis. bendrajam lavinimui institucijos / V.V. Ereminas, N.E. Kuzmenko, V.V. Luninas ir kiti - M.: Drofa, 2008. - 463 p.

3. Chemija. 11 klasė. Profilio lygis: vadovėlis. bendrajam lavinimui institucijos / V.V. Ereminas, N.E. Kuzmenko, V.V. Luninas ir kiti - M.: Drofa, 2010. - 462 p.

4. Chomčenko G.P., Khomčenko I.G. Chemijos uždavinių rinkinys stojantiems į universitetus. – 4-asis leidimas. - M.: RIA "Naujoji banga": Leidėjas Umerenkov, 2012. - 278 p.

Namų darbai

1. Nr.3, 4 (p. 85) Rudzitis G.E., Feldman F.G. Chemija: organinė chemija. 10 klasė: vadovėlis ugdymo įstaigoms: pagrindinis lygis / G. E. Rudzitis, F.G. Feldmanas. – 14-asis leidimas. M.: Švietimas, 2012 m.

2. Parašykite glicerolio struktūrinę formulę. Pavadinkite jį pagal IUPAC nomenklatūrą.

3. Parašykite etanolio degimo reakcijų lygtis.

(alkoholiai) organinių junginių klasė, kurioje yra viena ar daugiau COH grupių, o OH hidroksilo grupė yra prijungta prie alifatinio anglies atomo (junginiai, kuriuose COH grupės anglies atomas yra aromatinio branduolio dalis, vadinami fenoliais)

Alkoholių klasifikacija yra įvairi ir priklauso nuo to, kuri struktūros ypatybė yra pagrįsta.

1. Priklausomai nuo hidroksilo grupių skaičiaus molekulėje, alkoholiai skirstomi į:

a) monoatominė (turi vieną hidroksilo OH grupę), pavyzdžiui, metanolis CH 3 OH, etanolis C 2 H 5 OH, propanolis C 3 H 7 OH

b) poliatominės (dvi ar daugiau hidroksilo grupių), pavyzdžiui, etilenglikolis

HO С H 2 CH 2 OH , glicerinas HOCH 2 CH (OH) CH 2 OH, pentaeritritolis C (CH 2 OH) 4.

Junginiai, kuriuose vienas anglies atomas

Yra dvi hidroksilo grupės, dažniausiai jos yra nestabilios ir lengvai virsta aldehidais, atskildamos vandenį: RCH (OH) 2 ® RCH \u003d O + H 2 O , neegzistuoja.

2. Pagal anglies atomo, prie kurio yra prijungta OH grupė, tipą, alkoholiai skirstomi į:

a) pirminis, kuriame OH grupė yra prijungta prie pirminio anglies atomo. Pirminis anglies atomas vadinamas (paryškintas raudonai), susietas tik su vienu anglies atomu. Pirminių alkoholių pavyzdžiai etanolis C

H 3 CH 2 OH, propanolis CH 3 CH 2 CH 2 OH. b) antrinis, kuriame OH grupė yra prijungta prie antrinio anglies atomo. Antrinis anglies atomas (pažymėtas mėlyna spalva) vienu metu yra prijungtas prie dviejų anglies atomų, pavyzdžiui, antrinio propanolio, antrinio butanolio (1 pav.).

Ryžiai. 1. ANTRINIŲ ALKOHOLIŲ STRUKTŪRA

c) tretinis, kuriame OH grupė yra prijungta prie tretinio anglies atomo. Tretinis anglies atomas (pažymėtas žaliai) vienu metu yra prijungtas prie trijų gretimų anglies atomų, pavyzdžiui, tretinio butanolio ir pentanolio (2 pav.).

Ryžiai. 2. TREČIŲJŲ ALKOHOLIŲ STRUKTŪRA

Prie jos prisijungusi alkoholio grupė pagal anglies atomo tipą dar vadinama pirmine, antrine arba tretine.

Daugiahidroksiliuose alkoholiuose, kuriuose yra dvi ar daugiau OH grupių, vienu metu gali būti ir pirminės, ir antrinės H O grupės, pavyzdžiui, glicerolyje arba ksilitolyje (3 pav.).

Ryžiai. 3. PIRMINIŲ IR ANTRINIŲ OH-GRUPIŲ DERINIMAS POLIATOMINIŲ ALKOHOLIŲ STRUKTŪROJE.

3. Pagal OH grupe susietų organinių grupių sandarą alkoholiai skirstomi į sočiuosius (metanolis, etanolis, propanolis), nesočiuosius, pavyzdžiui, alilo alkoholis CH 2 \u003d CHCH 2 OH, aromatinius (pvz., benzilo alkoholis). C 6 H 5 CH 2 OH), esantis grupėje

R aromatinė grupė.

Nesotieji alkoholiai, kuriuose OH grupė „prisijungia“ prie dvigubos jungties, t.y. surišti su anglies atomu, kuris tuo pat metu dalyvauja formuojant dvigubą jungtį (pavyzdžiui, vinilo alkoholis CH 2 \u003d CHOH), yra labai nestabilūs ir iškart izomerizuojasi ( cm.IZOMERIZACIJA) į aldehidus arba ketonus:

CH 2 \u003d CHOH ® CH 3 CH \u003d O Alkoholių nomenklatūra. Paprastiems alkoholiams, kurių struktūra yra paprasta, naudojama supaprastinta nomenklatūra: organinės grupės pavadinimas paverčiamas būdvardžiu (naudojant priesagą ir galūnę " naujas“) ir pridėti žodį „alkoholis“:Tuo atveju, kai organinės grupės struktūra sudėtingesnė, taikomos visai organinei chemijai bendros taisyklės. Vardai, sudaryti pagal tokias taisykles, vadinami sisteminiais. Pagal šias taisykles angliavandenilių grandinė numeruojama nuo to galo, prie kurio yra arčiausiai OH grupė. Toliau tokia numeracija nurodoma įvairių pakaitų padėčiai pagrindinėje grandinėje, pavadinimo gale pridedama priesaga „ol“ ir skaičius, nurodantis OH grupės padėtį (4 pav.):

4. SISTEMINIAI ALKOHOLIŲ PAVADINIMAI. Funkcinės (OH) ir pakaitinės (CH 3) grupės, taip pat jas atitinkantys skaitmeniniai indeksai paryškinti skirtingomis spalvomis.Pagal tas pačias taisykles daromi sisteminiai paprasčiausių alkoholių pavadinimai: metanolis, etanolis, butanolis. Kai kuriems alkoholiams buvo išsaugoti nereikšmingi (supaprastinti) pavadinimai, susiformavę istoriškai: propargilo alkoholis NSє CCH 2 OH, glicerinas HOCH 2 CH (OH) CH 2 OH, pentaeritritolis C (CH 2 OH) 4, fenetilo alkoholis C 6 H 5 CH 2 CH 2 OH.Fizinės alkoholių savybės. Alkoholiai tirpsta daugumoje organinių tirpiklių, pirmieji trys paprasčiausi atstovai - metanolis, etanolis ir propanolis, taip pat tretinis butanolis (Н 3 С) 3 СОН maišosi su vandeniu bet kokiu santykiu. Didėjant C atomų skaičiui organinėje grupėje, pradeda veikti hidrofobinis (vandenį atstumiantis) poveikis, ribojamas tirpumas vandenyje, o kai R turintis daugiau nei 9 anglies atomus, praktiškai išnyksta.

Dėl OH grupių buvimo tarp alkoholio molekulių susidaro vandenilio ryšiai.

Ryžiai. 5. VANDENILINIAI RYŠIAI ALKOHOLIUOSE(rodoma punktyrine linija)

Dėl to visi alkoholiai turi aukštesnę virimo temperatūrą nei atitinkami angliavandeniliai, pavyzdžiui, T. kip. etanolis + 78 °C, o T. kip. etanas 88,63 °C; T. kip. butanolis ir butanas atitinkamai +117,4°C ir 0,5°C.

Cheminės alkoholių savybės. Alkoholiai išsiskiria įvairiomis transformacijomis. Alkoholių reakcijos turi keletą bendrų dėsningumų: pirminių vienahidroksilių alkoholių reaktyvumas yra didesnis nei antrinių, savo ruožtu antriniai alkoholiai yra chemiškai aktyvesni nei tretiniai. Dvihidroms alkoholiams tuo atveju, kai OH grupės yra prie gretimų anglies atomų, dėl šių grupių abipusės įtakos pastebimas padidėjęs (lyginant su vienahidroksiliais alkoholiais) reaktyvumas. Dėl alkoholių galimos reakcijos, kurios nutraukia ir CO, ir OH ryšius.

1. Reakcijos, vykstančios per OH ryšį.

Sąveikaujant su aktyviais metalais (Na, K, Mg, Al), alkoholiai pasižymi silpnų rūgščių savybėmis ir sudaro druskas, vadinamas alkoholiatais arba alkoksidais:

CH 3 OH + 2 Na ® 2 CH 3 OK + H 2

Alkoholiai yra chemiškai nestabilūs ir veikiami vandens hidrolizuojasi, sudarydami alkoholį ir metalo hidroksidą:

C 2 H 5 OK + H 2 O

® C 2 H 5 OH + KOH

Ši reakcija rodo, kad alkoholiai yra silpnesnės rūgštys, lyginant su vandeniu (stipri rūgštis išstumia silpnąją), be to, sąveikaudami su šarmų tirpalais alkoholiai nesudaro alkoholiatų. Tačiau polihidroksiliuose alkoholiuose (tuo atveju, kai OH grupės yra prijungtos prie gretimų C atomų), alkoholio grupių rūgštingumas yra daug didesnis ir jie gali sudaryti alkoholiatus ne tik sąveikaudami su metalais, bet ir su šarmais:

HOCH 2 CH 2 OH + 2NaOH ® NaOCH 2 CH 2 ONa + 2H 2 OKai H O grupės daugiahidročiuose alkoholiuose yra prijungtos prie negretimų C atomų, alkoholių savybės yra artimos vienareikšmėms, nes H O grupių tarpusavio įtaka neatsiranda.

Sąveikaujant su mineralinėmis arba organinėmis rūgštimis, alkoholiai sudaro esterius – junginius, turinčius fragmentą

R O A (Rūgšties likutis). Esteriai taip pat susidaro sąveikaujant alkoholiams su anhidridais ir rūgščių chloridais. karboksirūgštys(6 pav.).

Veikiant oksidatoriams (K 2 Cr 2 O 7, KMnO 4), pirminiai alkoholiai sudaro aldehidus, o antriniai ketonai (7 pav.)

Ryžiai. 7. ALDEHIDŲ IR KETONŲ SIDARYMAS ALKOHOLIŲ OKSIDAVIMO METU

Redukuojant alkoholius susidaro angliavandeniliai, kuriuose yra tiek pat C atomų, kiek ir pradinėje alkoholio molekulėje (8 pav.).

8. BUTANOLIŲ ATGAVIMAS

2. Reakcijos, vykstančios per CO jungtį.

Esant katalizatoriams ar stiprioms mineralinėms rūgštims, alkoholiai dehidratuojami (vanduo atskilęs), o reakcija gali vykti dviem kryptimis:

a) tarpmolekulinė dehidratacija, apimanti dvi alkoholio molekules, o CO ryšiai vienoje iš molekulių nutrūksta, todėl susidaro eteriniai junginiai, kuriuose yra fragmentas

R O R (9A pav.).

b) intramolekulinės dehidratacijos metu susidaro alkenai - angliavandeniliai su dviguba jungtimi. Dažnai abu eterio ir alkeno susidarymo procesai vyksta lygiagrečiai (9B pav.).

Antrinių alkoholių atveju, susidarant alkenui, galimos dvi reakcijos kryptys (9C pav.), vyraujanti kryptis yra ta, kuria vandenilis kondensacijos metu atsiskiria nuo mažiausiai hidrinto anglies atomo (pažymėta numeris 3), t.y. apsuptas mažiau vandenilio atomų (palyginti su 1 atomu). Pavaizduota fig. Alkenams ir eteriams gaminti naudojama 10 reakcijų.

CO jungtis alkoholiuose nutrūksta ir tada, kai OH grupė pakeičiama halogenu arba amino grupe (10 pav.).

Ryžiai. 10. OH-GRUPĖS PAKEITIMAS AKOHOLIUOSE HALOGENŲ ARBA AMINŲ GRUPE

Reakcijos, parodytos fig. 10 yra naudojami halogeninių angliavandenilių ir aminų gamybai.

Gauti alkoholio. Kai kurios aukščiau parodytos reakcijos (6,9,10 pav.) yra grįžtamos ir, besikeičiančiomis sąlygomis, gali vykti priešinga kryptimi, todėl susidaro alkoholiai, pavyzdžiui, esterių ir halogeninių angliavandenilių hidrolizės metu (1 pav.). 11A ir B), taip pat hidratacijos alkenus pridedant vandens (11B pav.).

Ryžiai. vienuolika. ALKOHOLIŲ GAMYBA ORGANINIŲ JUNGINIŲ HIDROLIZE IR HIDRANT

Alkenų hidrolizės reakcija (11 pav., B schema) yra žemesniųjų alkoholių, turinčių iki 4 anglies atomų, pramoninės gamybos pagrindas.

Etanolis taip pat susidaro vykstant vadinamajai alkoholinei cukrų, pavyzdžiui, gliukozės C 6 H 12 O 6, fermentacijai. Procesas vyksta esant mielių grybeliams ir susidaro etanolis bei CO 2:

® 2C 2H 5OH + 2CO 2

Fermentuojant gali susidaryti ne daugiau kaip 15% vandeninis alkoholio tirpalas, nes esant didesnei alkoholio koncentracijai, mielės miršta. Didesnės koncentracijos alkoholio tirpalai gaunami distiliuojant.

Metanolis pramonėje gaunamas redukuojant anglies monoksidą iki 400

° Esant 2030 MPa slėgiui, esant katalizatoriui, kurį sudaro vario, chromo ir aliuminio oksidai:® H 3 SŪNUS Jei vietoj alkenų hidrolizės (11 pav.) atliekama oksidacija, tada susidaro dvihidriniai alkoholiai (12 pav.)

12. DIATOMINIŲ ALKOHOLIŲ GAVIMASAlkoholių vartojimas. Alkoholių gebėjimas dalyvauti įvairiose cheminėse reakcijose leidžia juos panaudoti visų rūšių organiniams junginiams gauti: aldehidams, ketonams, karboksirūgštims, eteriams ir esteriams, naudojamiems kaip organiniai tirpikliai, polimerų, dažiklių ir vaistų gamyboje.

Metanolis CH 3 OH naudojamas kaip tirpiklis, o gaminant formaldehidą, naudojamą fenolio-formaldehido dervoms gaminti, metanolis pastaruoju metu buvo laikomas perspektyviu variklių kuru. Gamtinėms dujoms gaminti ir transportuoti sunaudojami dideli metanolio kiekiai. Metanolis yra toksiškiausias junginys tarp visų alkoholių, mirtina dozė išgėrus 100 ml.

Etanolis C 2 H 5 OH yra pradinis junginys gaminant acetaldehidą, acto rūgštį, taip pat gaminant karboksirūgščių esterius, naudojamus kaip tirpiklius. Be to, etanolis yra pagrindinis visų alkoholinių gėrimų komponentas, jis taip pat plačiai naudojamas medicinoje kaip dezinfekavimo priemonė.

Butanolis naudojamas kaip riebalų ir dervų tirpiklis, be to, jis tarnauja kaip žaliava aromatinių medžiagų (butilo acetato, butilo salicilato ir kt.) gamybai. Šampūnuose jis naudojamas kaip tirpalų skaidrumą didinantis komponentas.

Benzilo alkoholis C 6 H 5 CH 2 OH laisvas (ir esterių pavidalu) randamas jazminų ir hiacinto eteriniuose aliejuose. Pasižymi antiseptinėmis (dezinfekuojančiomis) savybėmis, kosmetikoje naudojamas kaip kremų, losjonų, dantų eliksyrų konservantas, parfumerijoje kaip kvapioji medžiaga.

Fenetilo alkoholis C 6 H 5 CH 2 CH 2 OH turi rožių kvapą, randamas rožių aliejuje, naudojamas parfumerijoje.

Etilenglikolis HOCH 2 CH 2 OH naudojamas plastikų gamyboje ir kaip antifrizas (priedas, mažinantis vandeninių tirpalų užšalimo temperatūrą), be to, tekstilės ir spaudos dažų gamyboje.

Dietilenglikolis HOCH 2 CH 2 OCH 2 CH 2 OH naudojamas hidrauliniams stabdžių įtaisams užpildyti, taip pat tekstilės pramonėje apdailinant ir dažant audinius.

Glicerolis

HOCH 2 CH (OH ) CH 2 OH naudojamas poliesterio gliptalio dervoms gauti, be to, jis yra daugelio kosmetikos preparatų komponentas. Nitroglicerinas (6 pav.) – pagrindinis dinamito komponentas, naudojamas kasyboje ir geležinkelių statyboje kaip sprogmuo.

pentaeritritolis (

HOCH 2) 4 C naudojamas poliesteriams (pentaftalio dervoms) gaminti, kaip sintetinių dervų kietiklis, kaip polivinilchlorido plastifikatorius, taip pat tetranitropentaeritritolio sprogstamosios medžiagos gamyboje.

Daugiahidroksiliai alkoholiai ksilitolis HOCH 2 (CHOH) 3 CH 2 OH ir sorbitolis neHOCH 2 (CHOH) 4 CH 2 OH yra saldaus skonio, jie naudojami vietoj cukraus gaminant konditerijos gaminius diabetikams ir nutukusiems žmonėms. Sorbitolio yra šermukšnių ir vyšnių uogose.

Michailas Levitskis

LITERATŪRA Šabarovas Yu.S. Organinė chemija. Maskva, „Chemija“, 1994 m

Etilo alkoholis arba vyno alkoholis yra plačiai paplitęs alkoholių atstovas. Yra žinoma daug medžiagų, kuriose kartu su anglimi ir vandeniliu yra deguonies. Iš deguonies turinčių junginių mane pirmiausia domina alkoholių klasė.

Etanolis

Fizinės alkoholio savybės . Etilo alkoholis C 2 H 6 O yra bespalvis, savito kvapo skystis, lengvesnis už vandenį (savitasis tankis 0,8), verda 78 °,3 temperatūroje, gerai tirpdo daug neorganinių ir organinių medžiagų. Rektifikuotame alkoholyje yra 96 % etilo alkoholio ir 4 % vandens.

Alkoholio molekulės struktūra .Pagal elementų valentiškumą formulė C 2 H 6 O atitinka dvi struktūras:

Norėdami nuspręsti, kuri iš formulių iš tikrųjų atitinka alkoholį, atsigręžkime į patirtį.

Įdėkite natrio gabalėlį į mėgintuvėlį su alkoholiu. Nedelsiant prasidės reakcija, kurią lydės dujų išsiskyrimas. Nesunku nustatyti, kad šios dujos yra vandenilis.

Dabar nustatykime eksperimentą, kad galėtume nustatyti, kiek vandenilio atomų išsiskiria reakcijos metu iš kiekvienos alkoholio molekulės. Norėdami tai padaryti, į kolbą su mažais natrio gabalėliais (1 pav.) lašas po lašo įpilkite tam tikrą alkoholio kiekį, pavyzdžiui, 0,1 gramo molekulės (4,6 gramo). Iš alkoholio išsiskiriantis vandenilis išstumia vandenį iš dvikaklelio kolbos į matavimo cilindrą. Cilindre išstumto vandens tūris atitinka išleisto vandenilio tūrį.

1 pav. Kiekybinė patirtis gaunant vandenilį iš etilo alkoholio.

Kadangi eksperimentui buvo paimta 0,1 gramo alkoholio molekulės, vandenilio galima gauti (normaliomis sąlygomis) apie 1,12 litrų. Tai reiškia, kad natris išstumia 11.2 litrų, t.y. pusė gramo molekulės, kitaip tariant 1 gramas vandenilio atomo. Vadinasi, tik vienas vandenilio atomas išstumiamas natriu iš kiekvienos alkoholio molekulės.

Akivaizdu, kad alkoholio molekulėje šis vandenilio atomas yra ypatingoje padėtyje, palyginti su kitais penkiais vandenilio atomais. Formulė (1) šio fakto nepaaiškina. Pagal ją visi vandenilio atomai yra vienodai susieti su anglies atomais ir, kaip žinome, jų neišstumia metalinis natris (natris kaupiamas angliavandenilių mišinyje – žibale). Priešingai, (2) formulė atspindi vieno atomo buvimą specialioje padėtyje: jis yra prijungtas prie anglies per deguonies atomą. Galima daryti išvadą, kad būtent šis vandenilio atomas yra mažiau susietas su deguonies atomu; pasirodo, kad jis yra mobilesnis ir jį išstumia natris. Todėl etilo alkoholio struktūrinė formulė yra:

Nepaisant didesnio hidroksilo grupės vandenilio atomo mobilumo, palyginti su kitais vandenilio atomais, etilo alkoholis nėra elektrolitas ir vandeniniame tirpale nesiskiria į jonus.

Norint pabrėžti, kad alkoholio molekulėje yra hidroksilo grupė – OH, sujungta su angliavandenilio radikalu, etilo alkoholio molekulinė formulė rašoma taip:

Cheminės alkoholio savybės . Aukščiau matėme, kad etilo alkoholis reaguoja su natriu. Žinodami alkoholio struktūrą, šią reakciją galime išreikšti lygtimi:

Alkoholyje esančio vandenilio pakeitimo natriu produktas vadinamas natrio etoksidu. Jį galima išskirti po reakcijos (išgarinant alkoholio perteklių) kaip kietą medžiagą.

Užsidegęs ore alkoholis dega melsva, vos pastebima liepsna, išskirdamas daug šilumos:

Jei etilo alkoholis kaitinamas kolboje su šaldytuvu su vandenilio halogeno rūgštimi, pavyzdžiui, su HBr (arba NaBr ir H 2 SO 4 mišiniu, kuris reakcijos metu suteikia vandenilio bromidą), tada bus distiliuotas aliejinis skystis - etilo bromidas C 2 H 5 Br:

Ši reakcija patvirtina hidroksilo grupės buvimą alkoholio molekulėje.

Kaitinamas su koncentruota sieros rūgštimi kaip katalizatoriumi, alkoholis lengvai dehidratuoja, t. y. atskiria vandenį (priešdėlis „de“ rodo kažko atsiskyrimą):

Ši reakcija naudojama etilenui gaminti laboratorijoje. Silpniau kaitinant alkoholį sieros rūgštimi (ne aukštesnėje kaip 140 °), kiekviena vandens molekulė atsiskiria nuo dviejų alkoholio molekulių, dėl to susidaro dietilo eteris - lakus degus skystis:

Dietilo eteris (kartais vadinamas sieros eteriu) naudojamas kaip tirpiklis (audinių valymui) ir medicinoje anestezijai. Tai priklauso klasei eteriai - organinės medžiagos, kurių molekulės susideda iš dviejų angliavandenilių radikalų, sujungtų per deguonies atomą: R - O - R1

Etilo alkoholio naudojimas . Etilo alkoholis turi didelę praktinę reikšmę. Daug etilo alkoholio išleidžiama sintetinio kaučiuko gamybai pagal akademiko S. V. Lebedevo metodą. Etilo alkoholio garus leidžiant per specialų katalizatorių, gaunamas divinilas:

kuri vėliau gali polimerizuotis į gumą.

Iš alkoholio gaminami dažikliai, dietilo eteris, įvairios „vaisių esencijos“ ir nemažai kitų organinių medžiagų. Alkoholis kaip tirpiklis naudojamas parfumerijos gaminiams, daugeliui vaistų gaminti. Tirpinant dervas spirite, ruošiami įvairūs lakai. Didelis alkoholio kaloringumas lemia jo naudojimą kaip kurą (automobilių degalai = etanolis).

Gauti etilo alkoholį . Pasaulio alkoholio gamyba matuojama milijonais tonų per metus.

Dažnas alkoholio gavimo būdas yra cukraus turinčių medžiagų fermentacija, esant mielėms. Šiuose žemesniuosiuose augalų organizmuose (grybuose) gaminasi specialios medžiagos – fermentai, kurie tarnauja kaip biologiniai fermentacijos reakcijos katalizatoriai.

Alkoholio gamyboje kaip pradinės medžiagos imamos javų sėklos arba bulvių gumbai, kuriuose gausu krakmolo. Salyklo, kuriame yra fermento diastazės, pagalba krakmolas pirmiausia paverčiamas cukrumi, kuris vėliau fermentuojamas į alkoholį.

Mokslininkai daug dirbo, kad maisto žaliavas alkoholio gamybai pakeistų pigesnėmis nemaistinėmis žaliavomis. Šios paieškos buvo sėkmingos.

Pastaruoju metu dėl to, kad trūkinėjant alyvai, plienui susidaro daug etileno

Etileno hidratacijos reakciją (esant sieros rūgščiai) tyrė A. M. Butlerovas ir V. Gorjainovas (1873), numatę ir jos pramoninę reikšmę. Taip pat buvo sukurtas ir pramonėje pradėtas naudoti tiesioginio etileno hidratavimo būdas, perleidžiant jį mišinyje su vandens garais virš kietų katalizatorių. Alkoholio gamyba iš etileno yra labai ekonomiška, nes etilenas yra naftos ir kitų pramoninių dujų krekingo dujų dalis, todėl yra plačiai prieinama žaliava.

Kitas metodas pagrįstas acetileno kaip pradinio produkto naudojimu. Acetilenas yra hidratuojamas Kučerovo reakcijos būdu, o gautas acetaldehidas kataliziškai redukuojamas vandeniliu, esant nikeliui, iki etilo alkoholio. Visas acetileno hidratacijos procesas, po kurio vyksta vandenilio redukcija nikelio katalizatoriuje iki etanolio, gali būti pavaizduotas diagrama.

Homologinė alkoholių serija

Be etilo alkoholio, žinomi ir kiti alkoholiai, kurie savo struktūra ir savybėmis yra panašūs į jį. Visi jie gali būti laikomi atitinkamų sočiųjų angliavandenilių dariniais, kurių molekulėse vienas vandenilio atomas yra pakeistas hidroksilo grupe:

Lentelė

angliavandeniliai	Alkoholiai	Alkoholių virimo temperatūra ºC
Metanas CH 4	Metilo CH3OH	64,7
Etanas C 2 H 6	Etilas C 2 H 5 OH arba CH3-CH2-OH	78,3
Propanas C 3 H 8	Propilas C 4 H 7 OH arba CH 3 - CH 2 - CH 2 - OH	97,8
Butanas C 4 H 10	Butilas C 4 H 9 OH arba CH3-CH2-CH2-OH	117

Šie alkoholiai yra panašūs cheminėmis savybėmis ir skiriasi vienas nuo kito molekulių sudėtimi CH 2 atomų grupe, todėl šie alkoholiai sudaro homologinę seriją. Lyginant alkoholių fizines savybes, šioje, kaip ir angliavandenilių serijoje, stebime kiekybinių pokyčių perėjimą į kokybinius pokyčius. Bendra šios serijos R alkoholių formulė yra OH (kur R yra angliavandenilio radikalas).

Yra žinomi alkoholiai, kurių molekulėse yra keletas hidroksilo grupių, pavyzdžiui:

Vadinamos atomų grupės, lemiančios būdingas chemines junginių savybes, tai yra jų cheminę funkciją funkcines grupes.

Alkoholiai yra organinės medžiagos, kurių molekulėse yra viena ar daugiau funkcinių hidroksilo grupių, sujungtų su angliavandenilio radikalu. .

Savo sudėtimi alkoholiai skiriasi nuo angliavandenilių, atitinkančių juos anglies atomų skaičiumi, deguonies buvimu (pavyzdžiui, C 2 H 6 ir C 2 H 6 O arba C 2 H 5 OH). Todėl alkoholius galima laikyti dalinės angliavandenilių oksidacijos produktais.

Genetinis ryšys tarp angliavandenilių ir alkoholių

Gana sunku tiesiogiai oksiduoti angliavandenilį į alkoholį. Praktiškai tai lengviau padaryti naudojant halogenintą angliavandenilį. Pavyzdžiui, norėdami gauti etilo alkoholį, pradedant iš etano C 2 H 6, pirmiausia galite gauti etilo bromidą reakcijos būdu:

ir tada etilo bromidą paverskite alkoholiu, kaitindami su vandeniu, esant šarmui:

Šiuo atveju šarmas reikalingas, kad neutralizuotų susidariusį vandenilio bromidą ir pašalintų jo reakcijos su alkoholiu galimybę, t.y. perkelti šią grįžtamąją reakciją į dešinę.

Panašiai metilo alkoholį galima gauti pagal schemą:

Taigi angliavandeniliai, jų halogenų dariniai ir alkoholiai yra tarpusavyje susiję genetiškai (ryšiai pagal kilmę).

Straipsnio turinys

ALKOHOLIS(alkoholiai) - organinių junginių klasė, kurioje yra viena ar daugiau C-OH grupių, o OH hidroksilo grupė yra prijungta prie alifatinio anglies atomo (junginiai, kuriuose anglies atomas C-OH grupėje yra aromatinio branduolio dalis, yra vadinami fenoliais)

Alkoholių klasifikacija yra įvairi ir priklauso nuo to, kuri struktūros ypatybė yra pagrįsta.

1. Priklausomai nuo hidroksilo grupių skaičiaus molekulėje, alkoholiai skirstomi į:

a) monoatominė (turi vieną hidroksilo OH grupę), pavyzdžiui, metanolis CH 3 OH, etanolis C 2 H 5 OH, propanolis C 3 H 7 OH

b) poliatominės (dvi ar daugiau hidroksilo grupių), pavyzdžiui, etilenglikolis

HO-CH2-CH2-OH, glicerolis HO-CH2-CH (OH) -CH2-OH, pentaeritritolis C (CH2OH) 4.

Junginiai, kuriuose vienas anglies atomas turi dvi hidroksilo grupes, daugeliu atvejų yra nestabilūs ir lengvai virsta aldehidais, atskirdami vandenį: RCH (OH) 2 ® RCH \u003d O + H 2 O

2. Pagal anglies atomo, prie kurio yra prijungta OH grupė, tipą, alkoholiai skirstomi į:

b) antrinis, kuriame OH grupė yra prijungta prie antrinio anglies atomo. Antrinis anglies atomas (pažymėtas mėlyna spalva) vienu metu yra prijungtas prie dviejų anglies atomų, pavyzdžiui, antrinio propanolio, antrinio butanolio (1 pav.).

Ryžiai. 1. ANTRINIŲ ALKOHOLIŲ STRUKTŪRA

Ryžiai. 2. TREČIŲJŲ ALKOHOLIŲ STRUKTŪRA

Prie jos prisijungusi alkoholio grupė pagal anglies atomo tipą dar vadinama pirmine, antrine arba tretine.

Daugiahidroksiliuose alkoholiuose, kuriuose yra dvi ar daugiau OH grupių, vienu metu gali būti ir pirminės, ir antrinės H O grupės, pavyzdžiui, glicerolyje arba ksilitolyje (3 pav.).

Ryžiai. 3. PIRMINIŲ IR ANTRINIŲ OH-GRUPIŲ DERINIMAS POLIATOMINIŲ ALKOHOLIŲ STRUKTŪROJE.

3. Pagal OH grupe susietų organinių grupių sandarą alkoholiai skirstomi į sočiuosius (metanolis, etanolis, propanolis), nesočiuosius, pvz., alilo alkoholis CH 2 \u003d CH - CH 2 -OH, aromatinius (pvz. , benzilo alkoholis C 6 H 5 CH 2 OH), turintis aromatinę grupę R grupėje.

Nesotieji alkoholiai, kuriuose OH grupė „prisijungia“ prie dvigubos jungties, t.y. surišti su anglies atomu, kuris tuo pat metu dalyvauja formuojant dvigubą jungtį (pavyzdžiui, vinilo alkoholis CH 2 \u003d CH–OH), yra labai nestabilūs ir iškart izomerizuojasi ( cm.IZOMERIZACIJA) į aldehidus arba ketonus:

CH 2 \u003d CH–OH ® CH 3 -CH \u003d O

Alkoholių nomenklatūra.

Paprastiems alkoholiams, kurių struktūra yra paprasta, naudojama supaprastinta nomenklatūra: organinės grupės pavadinimas paverčiamas būdvardžiu (naudojant priesagą ir galūnę " naujas“) ir pridėti žodį „alkoholis“:

Tuo atveju, kai organinės grupės struktūra sudėtingesnė, taikomos visai organinei chemijai bendros taisyklės. Vardai, sudaryti pagal tokias taisykles, vadinami sisteminiais. Pagal šias taisykles angliavandenilių grandinė numeruojama nuo to galo, prie kurio yra arčiausiai OH grupė. Toliau tokia numeracija nurodoma įvairių pakaitų padėčiai pagrindinėje grandinėje, pavadinimo gale pridedama priesaga „ol“ ir skaičius, nurodantis OH grupės padėtį (4 pav.):

Ryžiai. 4. SISTEMINIAI ALKOHOLIŲ PAVADINIMAI. Funkcinės (OH) ir pakaitinės (CH 3) grupės, taip pat jas atitinkantys skaitmeniniai indeksai paryškinti skirtingomis spalvomis.

Pagal tas pačias taisykles daromi sisteminiai paprasčiausių alkoholių pavadinimai: metanolis, etanolis, butanolis. Kai kuriems alkoholiams buvo išsaugoti istoriškai susiformavę trivialūs (supaprastinti) pavadinimai: propargilo alkoholis HCє C–CH 2 –OH, glicerolis HO–CH 2 –CH (OH)–CH 2 –OH, pentaeritritolis C (CH 2 OH) 4, fenetilo alkoholis C6H5-CH2-CH2-OH.

Fizinės alkoholių savybės.

Alkoholiai tirpsta daugumoje organinių tirpiklių, pirmieji trys paprasčiausi atstovai – metanolis, etanolis ir propanolis, taip pat tretinis butanolis (H 3 C) 3 COH – maišosi su vandeniu bet kokiu santykiu. Didėjant C atomų skaičiui organinėje grupėje, pradeda veikti hidrofobinis (vandenį atstumiantis) efektas, tirpumas vandenyje ribojamas, o esant R, kuriame yra daugiau nei 9 anglies atomai, praktiškai išnyksta.

Dėl OH grupių buvimo tarp alkoholio molekulių susidaro vandenilio ryšiai.

Ryžiai. 5. VANDENILINIAI RYŠIAI ALKOHOLIUOSE(rodoma punktyrine linija)

Dėl to visi alkoholiai turi aukštesnę virimo temperatūrą nei atitinkami angliavandeniliai, pavyzdžiui, T. kip. etanolis + 78 °C, o T. kip. etanas –88,63°C; T. kip. butanolis ir butanas atitinkamai +117,4°C ir –0,5°C.

Cheminės alkoholių savybės.

Alkoholiai išsiskiria įvairiomis transformacijomis. Alkoholių reakcijos turi keletą bendrų dėsningumų: pirminių vienahidroksilių alkoholių reaktyvumas yra didesnis nei antrinių, savo ruožtu antriniai alkoholiai yra chemiškai aktyvesni nei tretiniai. Dvihidroms alkoholiams tuo atveju, kai OH grupės yra prie gretimų anglies atomų, dėl šių grupių abipusės įtakos pastebimas padidėjęs (lyginant su vienahidroksiliais alkoholiais) reaktyvumas. Dėl alkoholių galimos reakcijos, kurios vyksta suskaidžius ir C-O, ir O-H ryšius.

1. Reakcijos, vykstančios per О–Н jungtį.

Sąveikaujant su aktyviais metalais (Na, K, Mg, Al), alkoholiai pasižymi silpnų rūgščių savybėmis ir sudaro druskas, vadinamas alkoholiatais arba alkoksidais:

2CH 3 OH + 2 Na® 2CH 3 OK + H 2

Alkoholiai yra chemiškai nestabilūs ir veikiami vandens hidrolizuojasi, sudarydami alkoholį ir metalo hidroksidą:

C 2 H 5 OK + H 2 O ® C 2 H 5 OH + KOH

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

Kai H O grupės daugiahidročiuose alkoholiuose yra prijungtos prie negretimų C atomų, alkoholių savybės yra artimos vienareikšmėms, nes H O grupių tarpusavio įtaka neatsiranda.

Sąveikaujant su mineralinėmis arba organinėmis rūgštimis, alkoholiai sudaro esterius – junginius, kuriuose yra R-O-A fragmentas (A yra rūgšties liekana). Esteriai susidaro ir alkoholiams sąveikaujant su karboksirūgščių anhidridais ir rūgščių chloridais (6 pav.).

Veikiant oksiduojantiems agentams (K 2 Cr 2 O 7, KMnO 4), pirminiai alkoholiai sudaro aldehidus, o antriniai – ketonus (7 pav.)

Ryžiai. 7. ALDEHIDŲ IR KETONŲ SIDARYMAS ALKOHOLIŲ OKSIDAVIMO METU

Redukuojant alkoholius susidaro angliavandeniliai, kuriuose yra tiek pat C atomų, kiek ir pradinėje alkoholio molekulėje (8 pav.).

Ryžiai. 8. BUTANOLIŲ ATGAVIMAS

2. Reakcijos, vykstančios ties C–O ryšiu.

Esant katalizatoriams ar stiprioms mineralinėms rūgštims, alkoholiai dehidratuojami (vanduo atskilęs), o reakcija gali vykti dviem kryptimis:

a) tarpmolekulinė dehidratacija dalyvaujant dviem alkoholio molekulėms, o C–O ryšiai vienoje iš molekulių nutrūksta, todėl susidaro eteriai – junginiai, kuriuose yra R–O–R fragmentas (9A pav.).

b) intramolekulinės dehidratacijos metu susidaro alkenai - angliavandeniliai su dviguba jungtimi. Dažnai abu procesai – eterio ir alkeno susidarymas – vyksta lygiagrečiai (9B pav.).

C–O ryšys nutrūksta ir alkoholiuose, kai OH grupė pakeičiama halogenu arba amino grupe (10 pav.).

Ryžiai. 10. OH-GRUPĖS PAKEITIMAS AKOHOLIUOSE HALOGENŲ ARBA AMINŲ GRUPE

Reakcijos, parodytos fig. 10 yra naudojami halogeninių angliavandenilių ir aminų gamybai.

Gauti alkoholio.

Kai kurios aukščiau parodytos reakcijos (6,9,10 pav.) yra grįžtamos ir, besikeičiančiomis sąlygomis, gali vykti priešinga kryptimi, todėl susidaro alkoholiai, pavyzdžiui, esterių ir halogeninių angliavandenilių hidrolizės metu (1 pav.). 11A ir B atitinkamai), taip pat hidratacijos alkenus – pridedant vandens (11B pav.).

Ryžiai. vienuolika. ALKOHOLIŲ GAMYBA ORGANINIŲ JUNGINIŲ HIDROLIZE IR HIDRANT

Alkenų hidrolizės reakcija (11 pav., B schema) yra žemesniųjų alkoholių, turinčių iki 4 anglies atomų, pramoninės gamybos pagrindas.

Etanolis taip pat susidaro vykstant vadinamajai alkoholinei cukrų, pavyzdžiui, gliukozės C 6 H 12 O 6, fermentacijai. Procesas vyksta esant mielių grybeliams ir susidaro etanolis bei CO 2:

C 6 H 12 O 6 ® 2C 2 H 5 OH + 2CO 2

Metanolis gaminamas pramoniniu būdu redukuojant anglies monoksidą 400 °C temperatūroje, esant 20–30 MPa slėgiui, esant katalizatoriui, kurį sudaro vario, chromo ir aliuminio oksidai:

CO + 2 H 2 ® H 3 SON

Jei vietoj alkenų hidrolizės (11 pav.) atliekama oksidacija, tada susidaro dvihidriniai alkoholiai (12 pav.)

Ryžiai. 12. DIATOMINIŲ ALKOHOLIŲ GAVIMAS

Alkoholių vartojimas.

Alkoholių gebėjimas dalyvauti įvairiose cheminėse reakcijose leidžia juos panaudoti visų rūšių organiniams junginiams gauti: aldehidams, ketonams, karboksirūgštims, eteriams ir esteriams, naudojamiems kaip organiniai tirpikliai, polimerų, dažiklių ir vaistų gamyboje.

Metanolis CH 3 OH naudojamas kaip tirpiklis, o gaminant formaldehidą, naudojamą fenolio-formaldehido dervoms gaminti, metanolis pastaruoju metu buvo laikomas perspektyviu variklių kuru. Gamtinėms dujoms gaminti ir transportuoti sunaudojami dideli metanolio kiekiai. Metanolis yra toksiškiausias junginys iš visų alkoholių, mirtina dozė išgėrus yra 100 ml.

Benzilo alkoholis C 6 H 5 -CH 2 -OH laisvas (ir esterių pavidalu) randamas jazminų ir hiacinto eteriniuose aliejuose. Pasižymi antiseptinėmis (dezinfekuojančiomis) savybėmis, kosmetikoje naudojamas kaip kremų, losjonų, dantų eliksyrų konservantas, parfumerijoje kaip kvapioji medžiaga.

Fenetilo alkoholis C 6 H 5 -CH 2 -CH 2 -OH turi rožių kvapą, randamas rožių aliejuje ir naudojamas parfumerijoje.

Etilenglikolis HOCH 2 -CH 2 OH naudojamas plastikų gamyboje ir kaip antifrizas (priedas, mažinantis vandeninių tirpalų užšalimo temperatūrą), be to, tekstilės ir spaudos dažų gamyboje.

Dietilenglikolis HOCH 2 -CH 2 OCH 2 -CH 2 OH naudojamas hidrauliniams stabdžių įtaisams užpildyti, taip pat tekstilės pramonėje apdailinant ir dažant audinius.

Glicerinas HOCH 2 -CH(OH) -CH 2 OH naudojamas poliesterio gliptalio dervoms gaminti, be to, jis yra daugelio kosmetikos preparatų komponentas. Nitroglicerinas (6 pav.) yra pagrindinis dinamito komponentas, naudojamas kasyboje ir geležinkelių statyboje kaip sprogmuo.

Pentaeritritolis (HOCH 2) 4 C naudojamas poliesteriams (pentaftalio dervoms) gaminti, kaip sintetinių dervų kietiklis, kaip polivinilchlorido plastifikatorius, taip pat tetranitropentaeritritolio sprogstamosios medžiagos gamyboje.

Daugiahidroksiliai alkoholiai ksilitolis HOCH2–(CHOH)3–CH2OH ir sorbitolis HOCH2– (CHOH)4–CH2OH yra saldaus skonio ir naudojami vietoj cukraus gaminant konditerijos gaminius diabetikams ir nutukusiems žmonėms. Sorbitolio yra šermukšnių ir vyšnių uogose.

Michailas Levitskis

Dėl OH grupių buvimo tarp alkoholio molekulių susidaro vandenilio ryšiai.

Ryžiai. 5.

Dėl to visi alkoholiai turi aukštesnę virimo temperatūrą nei atitinkami angliavandeniliai, pavyzdžiui, T. kip. etanolis + 78 °C, o T. kip. etanas -88,63°C; T. kip. butanolis ir butanas atitinkamai +117,4°C ir -0,5°C.

Cheminės alkoholių savybės

1). Reakcijos vyksta per O-H ryšį.

Sąveikaujant su aktyviais metalais (Na, K, Mg, Al), alkoholiai pasižymi silpnų rūgščių savybėmis ir sudaro druskas, vadinamas alkoholiatais arba alkoksidais:

2CH 3 OH + 2 Na® 2CH 3 OK + H 2

Alkoholiai yra chemiškai nestabilūs ir veikiami vandens hidrolizuojasi, sudarydami alkoholį ir metalo hidroksidą:

C 2 H 5 OK + H 2 O ® C 2 H 5 OH + KOH

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

Kai H O grupės daugiahidročiuose alkoholiuose yra prijungtos prie negretimų C atomų, alkoholių savybės yra artimos vienareikšmėms, nes H O grupių tarpusavio įtaka neatsiranda.

1. Degimas su šilumos išsiskyrimu:

C 2 H 5 OH + 3O 2 2C 2 + 3H 2 O + a

2. Sąveika su aktyviais metalais:
2C 2 H 5 OH + Na 2C 2 H 5 O Na + H 2 - alkoholiatai
3. Sąveika su vandeniliais.

Ce CH 3 -Ce + H 2 O

H 2 SO 4 - chlormetanas

4. Kai temperatūra pakyla esant vandens valymo priemonėms, ribojanti s.v.

C 2 H 5 OH t>140 0 C C 2 H 4 + H 2 O - etilenas

Reakcija, kurios metu vyksta vandens skilimas, vadinama deratacijos reakcija.

5. Sąveika tarpusavyje formuojant eterius.

CH 3 -O - CH 3 - dimetilo eteris

Reaguoja su rūgštimis, sudarydamas esterius.

Ryžiai. 6.

Veikiant oksiduojantiems agentams (K 2 Cr 2 O 7, KMnO 4), pirminiai alkoholiai sudaro aldehidus, o antriniai – ketonus (7 pav.)

Ryžiai. 7.

Redukuojant alkoholius susidaro angliavandeniliai, kuriuose yra tiek pat C atomų, kiek ir pradinėje alkoholio molekulėje (8 pav.).

Ryžiai. 8.

2) Reakcijos, vykstančios per C-O ryšį

Esant katalizatoriams ar stiprioms mineralinėms rūgštims, alkoholiai dehidratuojami (vanduo atskilęs), o reakcija gali vykti dviem kryptimis:

a) tarpmolekulinė dehidratacija, apimanti dvi alkoholio molekules, o C-O ryšiai vienoje iš molekulių nutrūksta, todėl susidaro eteriai – junginiai, kuriuose yra R-O-R fragmentas (9A pav.).
b) intramolekulinės dehidratacijos metu susidaro alkenai - angliavandeniliai su dviguba jungtimi. Dažnai abu procesai – eterio ir alkeno susidarymas – vyksta lygiagrečiai (9B pav.).

Antrinių alkoholių atveju, susidarant alkenui, galimos dvi reakcijos kryptys, pageidautina kryptis, kurioje kondensacijos metu vandenilis atsiskiria nuo mažiausiai hidrinto anglies atomo (pažymėtas skaičiumi 3), t.y. apsuptas mažiau vandenilio atomų (palyginti su 1 atomu).

Alkoholių struktūros savybių taikymo gavimas. Organinė chemija

Etanolis

Homologinė alkoholių serija

Genetinis ryšys tarp angliavandenilių ir alkoholių

Alkoholių nomenklatūra.

Fizinės alkoholių savybės.

Cheminės alkoholių savybės.

Gauti alkoholio.

Alkoholių vartojimas.

Cheminės alkoholių savybės

Esame socialiniuose tinkluose

Kategorijos