Monohidrični alkoholi. Kako dobiti ultimativni monohidrični alkohol

20. 3. 2019.

Organski spojevi koji sadrže kisik, među kojima su i različiti alkoholi, važni su funkcionalni derivati ​​ugljikovodika. One su monatomske, dijatomejske i poliatomske. Monohidroksi alkoholi su, zapravo, derivati ​​ugljikovodika, u molekularnoj komponenti kojih je jedna hidroksilna skupina (označena sa "-OH") povezana sa zasićenim ugljikovim atomima.

monohidričnih alkohola

širenje

Monohidrični alkoholi su široko rasprostranjeni u prirodi. Na primjer, metil alkohol u malim količinama sadržane u soku brojnih biljaka (na primjer, hogweed). Etilni alkohol je proizvod alkoholno vrenje organski spojevi koji se nalaze u kiselom voću i bobicama. Cetilni alkohol se nalazi u kitovom ulju. Pčelinji vosak uključuje ceril, miricil alkohole. 2-feniletanol pronađen je u laticama ruža. Terpenski alkoholi u obliku mirisnih tvari zastupljeni su u mnogim aromatičnim kulturama.

klasifikacija

Alkoholi se dijele s molekularnim brojem hidroksilnih skupina. Prije svega na:

  • monohidrični alkoholi (na primjer, etanol);
  • dijatomejski (etandiol);
  • poliatomski (glicerin).

Po prirodi ugljikovodičnog radikala, alkoholi se dijele na aromatske, alifatske, cikličke. Ovisno o tipu atoma ugljika koji ima vezu s hidroksilnom skupinom, alkoholi se smatraju primarnim, sekundarnim i tercijarnim. Opća formula monohidratnog alkohola koja se primjenjuje na zasićene monohidrične alkohole izražava se kao: S n H 2n + 2 O.

formula jednolikih alkohola

nomenklatura

Naziv alkohola u radikalno-funkcionalnoj nomenklaturi formiran je od imena povezanog s hidroksilnom skupinom radikala i riječi "alkohol". Prema sustavnoj nomenklaturi IUPAC-a, naziv alkohola se formira iz odgovarajućeg alkana s dodatkom završetka "-ol". Na primjer:

  • metanol - metil alkohol;
  • metil propanol-l-2-izobutil (terc-butil);
  • etanol-etil;
  • butanol-1-2-butil (V-butil);
  • propanol-1-2-propil (izoprapil).

Numeriranje prema pravilima IUPAC-a klasificira se prema položaju hidroksilne skupine, dobiva se manji broj. Na primjer: pentandiol-2-4, 4-metilpentanol-2, itd.

izomera

Granični monohidrični alkoholi imaju sljedeće tipove strukturne i prostorne izomerije. Na primjer:

  • Ugljikov kostur.
  • Izomerni eteri.
  • Položaj funkcionalne skupine.

Prostorna izomerija alkohola predstavljena je optičkom izomerijom. Optička izomerija je moguća kada je u molekuli prisutan asimetrični atom ugljika (koji sadrži četiri različita supstituenta).

formula jednolikog alkohola

Postupci za proizvodnju monohidričnih alkohola

Da biste dobili maksimalni monohidratni alkohol može biti nekoliko metoda:

  • Hidroliza halogen-alkana.
  • Hidracija alkena.
  • Dobivanje aldehida i ketona.
  • Sinteza organognezija.

Hidroliza halogen-alkana je jedan od uobičajenih laboratorijskih metoda za proizvodnju alkohola. Priprema vode (alternativno - vodena otopina alkalija) alkoholi su primarni i sekundarni:

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

Tercijarni halogenoalkani se još lakše hidroliziraju, ali imaju lakšu sporednu reakciju eliminacije. Stoga tercijarni alkoholi dobivaju druge metode.

Alkani se hidriraju dodavanjem vode u alkene u prisutnosti katalizatora koji sadrže kiselinu (H3P04 ) . Postupak je temelj industrijske proizvodnje alkohola kao što je etil, izopropil, tert-butil.

Karbonilna skupina je reducirana vodikom u prisutnosti katalizatora za hidriranje (Ni ili Pt). U ovom slučaju, sekundarni alkoholi se formiraju iz ketona, a aldehidi su primarni terminalni monohidrični alkoholi. Formula procesa:

CH3-C = O (-H) + H2 (etanal) → CH3-CH2-OH (etanol).

Dodavanjem aldehida i ketona alkilnim magnezijevim halidima dobivaju se magnezij-organski spojevi. Reakcija se provodi u suhom dietil eteru. Naknadna hidroliza organomagnezijskih spojeva tvori monohidrične alkohole.

Primarni alkoholi nastaju Grignardovom reakcijom samo iz formaldehida i bilo kojeg alkil magnezij halida. Ostali aldehidi daju sekundarne alkohole za ovu reakciju, ketoni - tercijarni alkoholi.

dobiti ultimativni monohidrični alkohol

Industrijska sinteza metanola

Industrijske metode, u pravilu, su kontinuirani procesi s višestrukom recirkulacijom velikih masa reaktanata koji se provode u plinskoj fazi. Industrijski važni alkoholi su metanol i etanol.

Metanol (njegovi proizvodni volumeni su najveći među alkoholima) do 1923. dobiveni su suhom destilacijom (grijanje bez pristupa zraku) drva. Danas se dobiva iz sintetskog plina (mješavina CO i H 2 ). Proces se provodi pod tlakom od 5-10 MPa s oksidnim katalizatorima (ZnO + Cr 2 O 3 , CuO + ZnO + Al 2 O 3 i dr.) U temperaturnom rasponu od 250–400 ° C, te se dobivaju monohidrični alkoholi. Reakcijska formula je CO + 2H2-CH3OH.

Osamdesetih godina prošlog stoljeća, pri proučavanju mehanizma tog procesa, utvrđeno je da metanol ne nastaje iz ugljičnog monoksida, već iz ugljikovog dioksida koji nastaje interakcijom ugljičnog monoksida s tragovima vode.

ograničiti monohidrične alkohole

Sinteza industrijskog etanola

Uobičajeni način proizvodnje za sintezu tehničkog etanola je hidratacija etilena. Formula jednolančnog alkohola etanola dobit će sljedeći oblik:

CH2 = CH2 + H20 → CH3-CH2OH.

Postupak se provodi pod tlakom od 6-7 MPa u plinskoj fazi, prolazeći etilen i vodenu paru preko katalizatora. Katalizator je fosforni ili sumporna kiselina nanosi se na silikagel.

Hrana i medicina etil alkohol dobiju enzimatsku hidrolizu šećera sadržanih u grožđu, bobicama, žitaricama, krumpiru, nakon čega slijedi fermentacija nastale glukoze. Fermentacija šećernih tvari uzrokovanih kvascem, koji pripadaju skupini enzima. Za postupak najpovoljnija temperatura je 25-30 ° C. U industrijskim poduzećima koristi se etanol, dobiven fermentacijom drva i proizvodnje celuloze i papira ugljikohidrata nastalih tijekom hidrolize drva.

svojstva monohidričnih alkohola

Fizikalna svojstva monohidričnih alkohola

U molekulama alkohola postoje atomi vodika povezani s elektronegativnim elementom - kisikom, gotovo bez elektrona. Međumolekularne vodikove veze formiraju se između tih atoma vodika i atoma kisika koji imaju usamljene parove elektrona.

Vodikova veza je zbog specifičnih značajki vodikovog atoma:

  • Kada su vezni elektroni povučeni na više elektronegativni atom, jezgra vodikovog atoma postaje "goli", a proton je nezaštićen od drugih elektrona. Kada je bilo koji drugi atom ioniziran, elektronska ljuska koja štiti jezgru i dalje ostaje.
  • Atom vodika ima malu veličinu u usporedbi s drugim atomima, zbog čega je sposoban prodrijeti dovoljno duboko u elektronsku ljusku susjednog negativno polariziranog atoma, bez da je povezan s njom kovalentnom vezom.

Vodikova veza je oko 10 puta slabija od uobičajene kovalentne veze. Energija vodikove veze je u rasponu od 4-60 kJ / mol, a za molekule alkohola 25 kJ / mol. Ona se razlikuje od običnih s-veza dužom duljinom (0,166 nm) u usporedbi s dužinom OH veze (0,107 nm).

Kemijska svojstva

Kemijske reakcije monohidričnih alkohola određene su prisutnošću hidroksilnih skupina u njihovim molekulama, koje su funkcionalne. Atom kisika je u sp3 hibridnom stanju. Valentni kut je blizak tetraedralnom. Dvije sp3-hibridne orbitale stvaraju veze s drugim atomima, a ostale dvije orbite su usamljeni parovi elektrona. Prema tome, djelomični negativni naboj koncentriran je na atomu kisika, a parcijalni pozitivni naboji na atomima vodika i ugljika.

CO i CH veze su kovalentni polarni (potonji je više polarni). Heterolitičko cijepanje OH veze s nastankom H + uzrokuje kisela svojstva monohidričnih alkohola. Ugljikov atom s djelomičnim pozitivnim nabojem može biti predmet napada nukleofilnog reagensa.

reakcije monohidričnih alkohola

Kiselinska svojstva

Alkoholi su vrlo slabe kiseline, slabije od vode, ali jače od acetilena. Oni ne uzrokuju promjenu boje indikatora. Oksidacija monohidričnih alkohola događa se u interakciji s aktivnim metalima (alkalnim i zemno alkalijskim) s otpuštanjem vodika i stvaranjem alkoholata:

2ROH + 2Na → 2RONa + H2 .

Alkalijski metali alkalijskih metala - tvari s ionske veze između kisika i natrija, u otopini monohidričnog alkohola, disociraju se da bi tvorili alkozidne ione:

CH3 ONa → CH3O- + Na + (metoksidni ion).

Nastajanje alkoholata može se također provesti reakcijom alkohola s natrijevim amidom:

C2H5OH + NaNH2-C2H5ONa + NH3.

Hoće li etanol reagirati s alkalijama? Praktično ne. Voda je jača kiselina od etilnog alkohola, tako da se ovdje uspostavlja ravnoteža. Povećanjem duljine ugljikovodičnog radikala u molekuli alkohola smanjuju se kiselinska svojstva. Također ograničiti monohidrične alkohole karakterizira smanjenje kiselosti u seriji: primarni → sekundarni → tercijarni.

Reakcija nukleofilne supstitucije

U alkoholima je CO veza polarizirana, a djelomično pozitivan naboj koncentriran na ugljikov atom. Kao rezultat, atom ugljika napadaju nukleofilne čestice. U procesu razbijanja CO veze, drugi nukleofil zamjenjuje hidroksilnu skupinu.

Jedna od tih reakcija je interakcija alkohola s vodikovim halidima ili njihovim koncentriranim otopinama. Jednadžba reakcije:

C2H5OH + HBr → C2H5Br + H20.

Da bi se olakšalo uklanjanje hidroksilne skupine, kao katalizator se koristi koncentrirana sumporna kiselina. Protonira atom kisika i time aktivira molekulu monohidratnog alkohola.

Primarni alkoholi, poput primarnih halogenalkana, ulaze u reakcije izmjene pomoću mehanizma SN2. Sekundarni monohidrični alkoholi, poput sekundarnih halogenalkana, reagiraju s halogenovodičnim kiselinama. Uvjeti interakcije alkohola podložni su prirodi reagirajućih komponenata. Reaktivnost alkohola podliježe sljedećim zakonima:

R3COH → R2CHOH → RCH2OH.

oksidacija

U blagim uvjetima (neutralne ili alkalne otopine kalijevog permanganata, kromne smjese na temperaturi od 40-50 ° C), primarni alkoholi se oksidiraju u aldehide, kada se zagrijavaju na višu temperaturu - u kiseline. Sekundarni alkoholi prolaze proces oksidacije do ketona. Tercijarno se oksidira u prisutnosti kiseline u vrlo teškim uvjetima (na primjer, kromna smjesa na 180 ° C). Reakcija oksidacije tercijarnih alkohola prolazi kroz dehidraciju alkohola s nastajanjem alkena i oksidacijom potonjeg razbijanjem dvostruke veze.