Monohidrični alkoholi. Kako dobiti ultimativni monohidrični alkohol

Organske spojine, ki vsebujejo kisik, med katerimi so tudi različni alkoholi, so pomembni funkcionalni derivati ​​ogljikovodikov. So monomatske, diatomske in poliatomske. Monohidroksi alkoholi so v resnici ogljikovodikovi derivati, v molekularni komponenti katere je ena hidroksilna skupina (označena z "-OH"), povezana z nasičenimi atomi ogljika.

Spread

Monohidrični alkoholi so v naravi široko porazdeljeni. Torej metilni alkohol v majhnih količinah, ki jih vsebuje sok številnih rastlin (na primer, gliste). Etilni alkohol je izdelek alkoholno vrenje organske spojine, ki jih najdemo v kislem sadju in jagodah. Cetilni alkohol najdemo v kitovem olju. Čebelji vosek vsebuje ceril, mirikil alkohol. 2-feniletanol najdemo v cvetnih listih vrtnic. Terpenski alkoholi v obliki dišečih snovi so zastopani v številnih aromatičnih kulturah.

Razvrstitev

Alkohole delimo z molekulskim številom hidroksilnih skupin. Najprej o:

• enodolne alkohole (npr. etanol);
• diatomski (etandiol);
• poliatomski (glicerin).

Po naravi ogljikovodikovih radikalov so alkoholi razdeljeni na aromatske, alifatske, ciklične. Glede na vrsto ogljikovega atoma, ki ima vez s hidroksilno skupino, se alkoholi štejejo za primarne, sekundarne in terciarne. Splošna formula enodolnega alkohola, ki se uporablja za nasičene enodolne alkohole, je izražena kot: S _n H _2n + ₂ O.

Nomenklatura

Ime alkoholov v radikalno-funkcionalni nomenklaturi je nastalo iz imena, povezanega s hidroksilno skupino radikala, in besede "alkohol". V skladu s sistematično nomenklaturo IUPAC se ime alkohola tvori iz ustreznega alkana z dodatkom konca "-ol". Na primer:

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

Številčenje v skladu s pravili IUPAC je razvrščeno po položaju hidroksilne skupine, dobi manjše število. Na primer: pentandiol-2-4, 4-metilpentanol-2 itd.

Izomerizem

Mejni monohidrični alkoholi imajo naslednje tipe strukturne in prostorske izomerije. Na primer:

• Ogljikov skelet.
• Izomerni etri.
• Položaj funkcionalne skupine.

Prostorska izomerija alkoholov je predstavljena z optično izomerijo. Optična izomerija je možna, kadar je v molekuli prisoten asimetrični atom ogljika (ki vsebuje štiri različne substituente).

Metode za proizvodnjo monohidričnih alkoholov

Za pridobitev največjega monohidričnega alkohola lahko uporabimo več metod:

• Hidroliza halogen-alkanov.
• Hidracija alkenov.
• Pridobivanje aldehidov in ketonov.
• Sinteza organomagnezija.

Hidroliza halogen-alkanov je ena od običajnih laboratorijskih metod za proizvodnjo alkoholov. Priprava vode (alternativno - vodna raztopina alkalij) alkoholi so primarni in sekundarni:

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

Terciarne halogenoalkane se še lažje hidrolizirajo, vendar imajo lažjo stransko reakcijo izločanja. Zato terciarni alkoholi dobijo druge metode.

Alkani so hidrirani z dodatkom vode k alkenom v prisotnosti katalizatorjev, ki vsebujejo kislino (H3P04 ₎ . Metoda temelji na industrijski proizvodnji alkoholov, kot so etil, izopropil, terc-butil.

Karbonilno skupino reduciramo z vodikom v prisotnosti katalizatorja za hidrogeniranje (Ni ali Pt). V tem primeru nastanejo sekundarni alkoholi iz ketonov in aldehidi so primarni terminalni monohidrični alkoholi. Formula postopka:

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

Z dodatkom aldehidov in ketonov alkil magnezijevih halogenidov dobimo magnezijeve organske spojine. Reakcijo izvedemo v suhem dietil etru. Naknadna hidroliza organomagnezijevih spojin tvori monohidrične alkohole.

Primarni alkoholi nastanejo z Grignardovo reakcijo samo iz formaldehida in vseh alkil magnezijevih halidov. Drugi aldehidi za to reakcijo dajejo sekundarne alkohole, ketoni - terciarni alkoholi.

Industrijska sinteza metanola

Industrijske metode so praviloma stalni procesi z večkratno recirkulacijo velikih mas reaktantov, ki se izvajajo v plinski fazi. Industrijsko pomembni alkoholi so metanol in etanol.

Metanol (njegovi proizvodni volumni so največji med alkoholi) do leta 1923 so bili pridobljeni s suho destilacijo (ogrevanje brez dostopa do zraka) lesa. Danes nastane iz sinteznega plina (zmes CO in H ₂ ). Postopek se izvaja pod tlakom 5–10 MPa z uporabo oksidnih katalizatorjev (ZnO + Cr ₂ O ₃ , CuO + ZnO + Al ₂ O ₃ in drugih) v temperaturnem območju 250–400 ° C, zaradi česar dobimo monohidrične alkohole. Reakcijska formula je CO + 2H2 → CH3OH.

V osemdesetih letih je bilo pri proučevanju mehanizma tega procesa ugotovljeno, da se metanol ne tvori iz ogljikovega monoksida, temveč iz ogljikovega dioksida, ki nastane z interakcijo ogljikovega monoksida s sledovi vode.

Sinteza industrijskega etanola

Običajna proizvodna metoda za sintezo tehničnega etanola je hidracija etilena. Formula enodolnega alkohola etanola bo dobila naslednjo obliko:

CH2 = CH2 + H20 → CH3-CH2OH.

Postopek izvedemo pod tlakom 6-7 MPa v plinski fazi, pri čemer se preko katalizatorja prehaja etilen in vodna para. Katalizator je fosforna ali žveplove kisline nanesemo na silikagel.

Hrana in medicina etilni alkohol dobijo encimsko hidrolizo sladkorjev, ki jih vsebujejo grozdje, jagode, žita, krompir, čemur sledi fermentacija nastale glukoze. Fermentacija sladkih snovi, ki jih povzroča kvas, ki spada v skupino encimov. Za postopek je najbolj ugodna temperatura 25-30 ° C. Pri industrijskih podjetjih se uporablja etanol, pridobljen s fermentacijo lesa in celuloze ter proizvodnjo ogljikovih hidratov, ki nastanejo med hidrolizo lesa.

Fizikalne lastnosti monohidričnih alkoholov

V molekulah alkoholov obstajajo vodikovi atomi, povezani z elektronegativnim elementom - kisikom, skoraj brez elektronov. Med temi vodikovimi atomi in atomi kisika, ki imajo osamljene elektronske pare, nastanejo med-molekularne vodikove vezi.

Vodikova vez je posledica posebnih značilnosti vodikovega atoma:

• Ko so vezni elektroni potegnjeni na bolj elektronegativni atom, postane jedro vodikovega atoma »golo« in proton je neoklopljen z drugimi elektroni. Ko je katerikoli drug atom ioniziran, še vedno ostane elektronska lupina, ki ščiti jedro.
• Vodikov atom ima majhno velikost v primerjavi z drugimi atomi, zaradi česar lahko prodre dovolj globoko v elektronsko lupino sosednjega negativno polariziranega atoma, ne da bi bil z njo povezan s kovalentno vezjo.

Vodikova vez je približno 10-krat šibkejša od običajne kovalentne vezi. Energija vodikove vezi je v območju 4-60 kJ / mol, pri molekulah alkohola pa je 25 kJ / mol. Od običajnih s-vezi se razlikuje v daljši dolžini (0,166 nm) v primerjavi z dolžino OH vezi (0,107 nm).

Kemijske lastnosti

Kemijske reakcije monohidričnih alkoholov so določene s prisotnostjo hidroksilnih skupin v njihovih molekulah, ki je funkcionalna. Atom kisika je v hibridnem stanju sp3. Valentni kot je blizu tetraedrskega. Dve sp3-hibridni orbitali tvorita vezi z drugimi atomi, druga dve orbitali pa sta osamljena para elektronov. Skladno s tem je delni negativni naboj koncentriran na atom kisika in delni pozitivni naboji na atomih vodika in ogljika.

Povezave CO in CH so kovalentna polarna (slednja je bolj polarna). Heterolitična cepitev OH vezi, da tvori H +, povzroča kisle lastnosti monohidričnih alkoholov. Ogljikov atom z delnim pozitivnim nabojem je lahko predmet napada z nukleofilnim reagentom.

Kislinske lastnosti

Alkoholi so zelo šibke kisline, šibkejše od vode, vendar močnejše od acetilena. Ne povzročajo spremembe barve indikatorja. Oksidacija monohidričnih alkoholov se pojavi pri medsebojnem delovanju z aktivnimi kovinami (alkalijska in alkalno-zemeljska) z sproščanjem vodika in tvorbo alkoholatov:

2ROH + 2Na → 2RONa + H2 _.

Alkalijske kovine - snovi z ionske vezi med kisikom in natrijem, v raztopini enodolnega alkohola, se disociirajo in tvorijo alkozidne ione:

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

Nastajanje alkoholatov se lahko izvede tudi z reakcijo alkohola z natrijevim amidom:

C2H5OH + NaNH2 → C2H5ONa + NH3.

Ali etanol reagira z alkalijami? Praktično ne. Voda je močnejša kislina kot etilni alkohol, zato je ravnovesje tukaj. S povečanjem dolžine ogljikovodičnega radikala v molekuli alkohola se zmanjšajo kislinske lastnosti. Tudi mejni monohidrični alkoholi so označeni z zmanjšanjem kislosti v seriji: primarni → sekundarni → terciarni.

Nukleofilna substitucijska reakcija

Pri alkoholih je CO vez polariziran, delni pozitivni naboj je koncentriran na atomu ogljika. Posledica tega je, da atom ogljika napadajo nukleofilni delci. V procesu razbijanja CO vezi, drugi nukleofil nadomešča hidroksilno skupino.

Ena od teh reakcij je interakcija alkoholov z vodikovimi halidi ali njihovimi koncentriranimi raztopinami. Enačba reakcije:

C2H5OH + HBr → C2H5Br + H20.

Za lažjo odstranitev hidroksilne skupine se kot katalizator uporabi koncentrirana žveplova kislina. Protonira atom kisika in s tem aktivira molekulo monohidričnega alkohola.

Primarni alkoholi, kot primarni halogenoalkani, vstopajo v izmenične reakcije z uporabo mehanizma SN ₂ . Sekundarni monohidrični alkoholi, kot sekundarni halogenoalkani, reagirajo s halogenovimi kislinami. Pogoji interakcije alkoholov so odvisni od narave reagirajočih sestavin. Za reaktivnost alkoholov veljajo naslednji zakoni: t

R3 COH → R2CHOH → RCH2OH.

Oksidacija

V blagih pogojih (nevtralne ali alkalne raztopine kalijevega permanganata, kromova zmes pri temperaturi 40-50 ° C) se primarni alkoholi oksidirajo v aldehide, ko se segrejejo na višjo temperaturo, v kisline. Sekundarni alkoholi so podvrženi oksidacijskemu procesu do ketonov. Terciarno oksidiramo v prisotnosti kisline v zelo težkih pogojih (npr. Kromova zmes pri temperaturi 180 ° C). Oksidacijska reakcija terciarnih alkoholov poteka skozi dehidracijo alkohola z nastajanjem alkena in oksidacijo slednjega z zlomom dvojne vezi.