Спирты: физические и химические свойства, получение, применение

19 Фев

vodorodnye-svyaziФизические свойства

МЕТАНОЛ (древесный спирт) – жидкость (tкип=64,5; tпл=-98; ρ = 0,793г/см3), с запахом алкоголя,  хорошо растворяется в воде. Ядовит – вызывает слепоту, смерть наступает от паралича верхних дыхательных путей.

ЭТАНОЛ (винный спирт) – б/цв жидкость, с запахом спирта, хорошо смешивается с водой.

Первые представители гомологического ряда спиртов — жидкости, высшие — твердые вещества. Метанол и этанол смешиваются с водой в любых соотношениях. С ростом молекулярной массы растворимость спиртов в воде падает. Высшие спирты практически нерастворимы в воде.

В химических реакциях гидроксисоединений возможно разрушение одной из двух связей:

·        С–ОН с отщеплением ОН-группы

·        О–Н с отщеплением водорода

Это могут быть реакции замещения, в которых происходит замена ОН или Н, или реакция отщепления (элиминирования), когда образуется двойная связь.

Полярный характер связей С–О и О–Н способствует гетеролитическому их разрыву и протеканию реакций по ионному механизму. При разрыве связи О–Н с отщеплением протона (Н+) проявляются кислотные свойства гидроксисоединения, а при разрыве связи С–О – свойства основания и нуклеофильного реагента.

o2501

С разрывом связи О–Н идут реакции окисления, а по связи С–О – восстановления.

Таким образом, гидроксисоединения могут вступать в многочисленные реакции, давая различные классы соединений. Вследствие доступности гидроксильных соединений, в особенности спиртов, каждая из этих реакций является одним из лучших способов получения определенных органических соединений.

I. Кислотно-основные

RO + H+ROHR+ + OH

                                           алкоголят-ион

Кислотные свойства уменьшаются в ряду, а основные возрастают:

HOH →    R-CH2-OH    →    R2CH-OH    →    R3C-OH

вода          первичный           вторичный          третичный

Кислотные свойства

С активными щелочными металлами:

2C2H5OH + 2 Na → 2C2H5ONa + H2

                                    этилат натрия

Алкоголяты подвергаются гидролизу, это доказывает, что у воды более сильные кислотные свойства

C2H5ONa + H2OC2H5OH + NaOH

Основные свойства

С галогенводородными кислотами:

C2H5OH + HBr  H2SO4(конц)C2H5Br + H2O

                                                   бромэтан

o2521

Лёгкость протекания реакции зависит от природы галогенводорода и спирта – увеличение реакционной способности происходит в следующих рядах:

HF < HCl < HBr  < HI
первичные  <  вторичные  <   третичные

 II. Окисление

1). В присутствии окислителей [O] – K2Cr2O7 или KMnO4 спирты окисляются до карбонильных соединений:

Первичные спирты при окислении образуют альдегиды, которые затем легко окисляются до карбоновых кислот.

o25131
При окислении вторичных спиртов образуются кетоны.
o25132

Третичные спирты более устойчивы к действию окислителей. Они окисляются только в жестких условиях (кислая среда, повышенная температура), что приводит к разрушению углеродного скелета молекулы и образованию смеси продуктов (карбоновых кислот и кетонов с меньшей молекулярной массой).                                    

В кислой среде: 

Для первичных и вторичных одноатомных спиртов качественной реакцией является взаимодействие их с кислым раствором дихромата калия. Оранжевая окраска гидратированного иона Cr2O72- исчезает и появляется зеленоватая окраска, характерная для иона Cr3+ . Эта смена окраски позволяет определять даже следовые количества спиртов. 

CH3— OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → CO2 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 6H2O 

3CH3-CH2-OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → 3CH3COH + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 7H2O

В более жёстких условиях окисление первичных спиртов идёт сразу до карбоновых кислот:                                                             

3CH3-CH2-OH + 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 t→ 3CH3COOH + 2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 11H2O

Третичные спирты устойчивы к окислению в щелочной и нейтральной среде. В жёстких условиях (при нагревании, в кислой среде) они окисляются с расщеплением связей С-С и образованием кетонов и карбоновых кислот. 

В нейтральной среде: 

CH3OH + 2KMnO4 K2CO3 + 2MnO2 + 2H2O, а остальные спирты до солей соответствующих карбоновых кислот.

2). Качественная реакция на первичные спирты!

l6

3). Горение (с увеличением массы углеводородного радикала – пламя  становится всё более коптящим)                              

CnH2n+1-OH + O2 t → CO2 + H2O + Q 

III. Реакции отщепления

1) Внутримолекулярная дегидратация

CH3-CH2-CH(OH)-CH3        t>140,H2SO4(к)→      CH3-CH=CH-CH3 + H2O

бутанол-2                                                                  бутен-2                                                          

33

В тех случаях, когда возможны 2 направления реакции, например:

o2522_2

дегидратация идет преимущественно в направлении I, т.е. по правилу Зайцева – с образованием более замещенного алкена. Правило Зайцева: Водород отщепляется от наименее гидрированного атома углерода соседствующего с углеродом, несущим гидроксил. 

o2613

2) Межмолекулярная дегидратация

                

2C2H5OH     t<140,H2SO4(к)→   С2H5-O-C2H5 + H2O

                                                     простой эфир 

o2523

— при переходе от первичных спиртов к третичным увеличивается склонность  к отщеплению воды и образованию алкенов; уменьшается способность образовывать простые эфиры.

3) Реакция дегидрирование и дегидратация предельных одноатомных спиртовреакция С.В. Лебедева

2C2H5OH      425,ZnO,Al2O3→     CH2=CH-CH=CH2 + H2 + 2H2O

IV. Реакции этерификации

Спирты вступают в реакции с минеральными и органическими кислотами, образуя сложные эфиры. Реакция обратима (обратный процесс – гидролиз сложных эфиров).

 o25121
o25122

Получение спиртов

I. В промышленности

1. Из водяного газа (получение метанола – древесный спирт)

CO + 2H2 t,p → CH3OH

2. Брожение глюкозы (получение этанола)

C6H12O6    дрожжи →    2C2H5OH + 2CO2 

3. Гидратация алкенов

l7

II. В лаборатории 

Взаимодействие галогеналканов R-Г с водными растворами щелочей

CH3Cl + NaOH t, водн.р-р.→ CH3OH + NaCl (р. обмен)

 

Применение спиртов

Метанол CH3OH (метиловый спирт)

— производство формальдегида, муравьиной кислоты;

— растворитель.

 

Этанол С2Н5ОН (этиловый спирт)

— производство ацетальдегида, уксусной кислоты, бутадиена,

простых и сложных эфиров;

— растворитель для красителей, лекарственных и парфюмерных средств;

— производство ликеро-водочных изделий;

— дезинфицирующее средство в медицине;

— горючее для двигателей, добавка к моторным топливам.

 

spirty-nomenklatura-poluchenie-svojstva1

Поделиться в соц. сетях

Опубликовать в Одноклассники

Комментарии: