Monohydricky alkoholy. Jak získat konečný monohydrát alkoholu

Organické sloučeniny obsahující kyslík, mezi nimiž jsou různé alkoholy, jsou důležitými funkčními deriváty uhlovodíků. Jsou monatomické, diatomické a polyatomické. Monohydroxyalkoholy jsou ve skutečnosti uhlovodíkové deriváty, jejichž molekulární složkou je jedna hydroxylová skupina (označená "-OH") spojená s nasycenými atomy uhlíku.

Spread

Monohydricní alkoholy jsou v přírodě široce distribuovány. Takže methylalkoholu v malých množstvích obsažených v džusu z řady rostlin (například zubatý). Ethylalkohol je výrobek alkoholové kvašení organické sloučeniny nacházející se v kyselém ovoci a bobulích. Cetylalkohol se nachází ve velrybím oleji. Včelí vosk obsahuje cerylové, myricylalkoholy. 2-fenylethanol byl nalezen v okvětních lístcích růží. Terpénové alkoholy ve formě vonných látek jsou zastoupeny v mnoha aromatických kulturách.

Klasifikace

Alkoholy jsou děleny molekulovým počtem hydroxylových skupin. Za prvé:

• monohydricní alkoholy (například ethanol);
• diatomický (ethandiol);
• polyatomický (glycerin).

Podle povahy uhlovodíkového radikálu jsou alkoholy rozděleny na aromatické, alifatické, cyklické. V závislosti na typu atomu uhlíku, který má vazbu s hydroxylovou skupinou, se alkoholy považují za primární, sekundární a terciární. Obecný vzorec monohydrického alkoholu, který se aplikuje na nasycené monohydroxylové alkoholy, je vyjádřen jako: CnH2n + 2O.

Nomenklatura

Název alkoholů v radikálně funkční nomenklatuře je tvořen jménem spojeným s hydroxylovou skupinou radikálu a slovem "alkohol". Podle systematické nomenklatury IUPAC je název alkoholu tvořen z odpovídajícího alkánu s přídavkem koncového "-ol". Například:

• methanol - methylalkohol;
• methylpropanol-l, 2-isobutyl (terc-butyl);
• ethanol - ethyl;
• butanol-l, 2-butyl (V-butyl);
• propanol-l-2-propyl (isoprapyl).

Číslování podle pravidel IUPAC se klasifikuje podle polohy hydroxylové skupiny, čímž se získá menší počet. Například: pentandiol-2-4, 4-methylpentanol-2, atd.

Isomerismus

Limit monohydric alkoholů má následující typy strukturální a prostorové isomerismus. Například:

• Uhlíkový skelet.
• Izomerní ethery.
• Pozice funkční skupiny.

Prostorová isomerizace alkoholů je reprezentována optickou isomerizací. Optická isomerizace je možná, když je v molekule přítomen asymetrický atom uhlíku (obsahující čtyři různé substituenty).

Způsoby výroby monohydrických alkoholů

K získání maximálního monohydrického alkoholu může být několik metod:

• Hydrolýza halogenalkanů.
• Hydratace alkenů.
• Rekuperace aldehydů a ketonů.
• Syntéza organomagnesium.

Hydrolýza halogenalkanů je jednou z běžných laboratorních metod pro výrobu alkoholů. Úprava vody (alternativně - vodný roztok alkalických) alkoholů je primární a sekundární:

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

Terciární halogenalkany se hydrolyzují ještě snadněji, ale mají snadnější vedlejší reakci při eliminaci. Terciární alkoholy proto získají jiné metody.

Alkeny se hydratují přidáním vody k alkenům v přítomnosti katalyzátorů obsahujících kyselinu (H ₃ PO ₄₎ . Tato metoda je základem průmyslové výroby alkoholů, jako je ethyl, isopropyl, terc-butyl.

Karbonylová skupina se redukuje vodíkem v přítomnosti hydrogenačního katalyzátoru (Ni nebo Pt). V tomto případě se tvoří sekundární alkoholy z ketonů a aldehydy jsou primárními koncovými jednosytnými alkoholy. Vzorec procesu:

CH3-C = O (-H) + H2 (ethanal) → CH3-CH2-OH (ethanol).

Přidáním aldehydů a ketonů alkylmagnesiumhalogenidů se získají organické sloučeniny hořčíku. Reakce se provádí v suchém diethyletheru. Následná hydrolýza organohořečnatých sloučenin tvoří jednosytné alkoholy.

Primární alkoholy se vytvářejí Grignardovou reakcí pouze z formaldehydu a libovolných alkylhalogenidových halogenidů. Jiné aldehydy poskytují pro tuto reakci sekundární alkoholy, ketony - terciární alkoholy.

Průmyslová syntéza methanolu

Průmyslové metody jsou zpravidla kontinuální procesy s vícenásobnou recirkulací velkých hmotností reakčních složek prováděných v plynné fázi. Mezi průmyslově důležité alkoholy patří methanol a ethanol.

Methanol (jeho objemy výroby jsou největší mezi alkoholy) až do roku 1923 byly získány suchou destilací (topení bez přístupu vzduchu) dřeva. Dnes je generován z syntézního plynu (směs CO a H2). Způsob se provádí za tlaku 5 až 10 MPa za použití oxidových katalyzátorů (ZnO + Cr2O3, CuO + ZnO + AI2O3 a další) v teplotním rozmezí 250 až 400 ° C, což vede k tvorbě monohydrických alkoholů. Reakční vzorec je CO + 2H2 → CH3OH.

V osmdesátých letech, když studoval mechanismus tohoto procesu, bylo zjištěno, že methanol není tvořen oxidem uhelnatým, ale oxidem uhličitým produkovaným interakcí oxidu uhelnatého se stopami vody.

Průmyslová syntéza ethanolu

Společným výrobním způsobem syntézy technického ethanolu je hydratace ethylenu. Vzorec monohydric alkoholového etanolu bude mít následující podobu:

CH ₂ = CH ₂ + H ₂ O - CH ₃ -CH 2OH.

Způsob se provádí za tlaku 6 až 7 MPa v plynné fázi, přičemž ethylen a vodní pára procházejí přes katalyzátor. Katalyzátor je fosforečný nebo kyselina sírová na silikagel.

Potraviny a lékařství ethylalkoholu získat enzymatickou hydrolýzu cukrů obsažených v hroznech, bobulích, obilovinách, bramborách a následně fermentaci vytvořené glukózy. Fermentace sladkých látek způsobených kvasinkami patřící do skupiny enzymů. Pro tento proces je nejvýhodnější teplota 25-30 ° C. V průmyslových podnicích se používá etanol, který se získává fermentací dřeva a celulózou a papírovou výrobou uhlohydrátů vzniklých během hydrolýzy dřeva.

Fyzikální vlastnosti jednosytných alkoholů

V molekulách alkoholů jsou atomy vodíku spojené s elektro-negativním prvkem - kyslíkem, téměř bez elektronů. Mezi těmito atomy vodíku a atomy kyslíku, které mají dvojice elektronů, se tvoří intermolekulární vodíkové vazby.

Vodíková vazba je způsobena specifickými vlastnostmi atomu vodíku:

• Když jsou vazné elektrony přitahovány k více elektronativnímu atomu, jádro atomu vodíku se stává "holou" a proton je nestíněn jinými elektrony. Když je jiný atom ionizován, zůstává elektronová skořápka, která chrání jádro.
• Vodíkový atom má malou velikost ve srovnání s jinými atomy, což vede k tomu, že je schopen penetrovat dostatečně hluboko do elektronového pláště sousedního negativně polarizovaného atomu, aniž by byl k němu připojen kovalentní vazbou.

Vodíková vazba je asi desetkrát slabší než obvyklá kovalentní vazba. Energie vodíkové vazby je v rozmezí 4-60 kJ / mol, pro molekuly alkoholu je to 25 kJ / mol. Odlišuje se od běžných s-vazeb v delší délce (0.166 nm) ve srovnání s délkou OH vazby (0.107 nm).

Chemické vlastnosti

Chemické reakce monohydrických alkoholů jsou určovány přítomností hydroxylové skupiny ve svých molekulách, která je funkční. Atom kyslíku je v sp3 hybridním stavu. Válečný úhel se blíží k tetrahedral. Dvě sp3-hybridní orbitály se spojují s jinými atomy a další dvě orbitály jsou osamocené dvojice elektronů. Podle toho se částečně negativní náboj soustředí na atom kyslíku a částečně kladné náboje na atomy vodíku a uhlíku.

CO a CH vazby jsou kovalentní polární (poslední je polárnější). Heterolytické štěpení OH vazby s tvorbou H + způsobuje kyselé vlastnosti jednosytných alkoholů. Uhlíkový atom s částečným pozitivním nábojem může být vystaven napadení nukleofilním činidlem.

Vlastnosti kyselin

Alkoholy jsou velmi slabé kyseliny, slabší než voda, ale silnější než acetylen. Nezpůsobují změnu barvy indikátoru. Oxidace monohydrických alkoholů nastává při interakci s aktivními kovy (alkalické a alkalické zeminy) s uvolňováním vodíku a tvorbou alkoholátů:

2ROH + 2Na → 2RONa + H _2.

Alkalické kovy alkalických kovů - látky s iontová vazba mezi kyslíkem a sodíkem, v roztoku monohydrického alkoholu se disociují za vzniku alkosidových iontů:

CH ₃ ONa → CH 3O ^- + Na ⁺ (methoxidový ion).

Tvorba alkoholátů se může také provádět reakcí alkoholu s amidem sodným:

C ₂ H 5OH + NaNH ₂ → C ₂ H ₅ ONa + NH ₃ .

Bude ethanol reagovat s alkalickými? Prakticky ne. Voda je silnější kyselinou než ethylalkohol, takže zde vzniká rovnováha. S nárůstem délky uhlovodíkového radikálu v molekule alkoholu klesají kyselé vlastnosti. Rovněž limitní monohydrické alkoholy se vyznačují poklesem kyselosti v sérii: primární → sekundární → terciární.

Nukleofilní substituční reakce

V alkoholech je vazba CO polarizována, částečně pozitivní náboj je koncentrován na atom uhlíku. V důsledku toho je uhlíkový atom napaden nukleofilními částicemi. Při procesu rozbití vazby CO nahrazuje jiný nukleofil hydroxylovou skupinu.

Jednou z těchto reakcí je interakce alkoholů s halogenovodíky nebo jejich koncentrovanými roztoky. Reakční rovnice:

C ₂ H 5OH + HBr → C ₂ H ₅ Br + H ₂ O.

Pro usnadnění odstranění hydroxylové skupiny se jako katalyzátor používá koncentrované kyseliny sírové. Protonuje atom kyslíku, čímž aktivuje molekulu monohydrického alkoholu.

Primární alkoholy, jako primární halogenoalkany, vstupují do výměnných reakcí pomocí mechanismu SN2. Sekundární jednosytné alkoholy, jako jsou sekundární halogenoalkany, reagují s halogenovodíkovými kyselinami. Podmínky interakce alkoholů jsou podmíněny povahou reagujících složek. Reaktivita alkoholů podléhá těmto zákonům:

R ₃ COH → R 2CHOH → RCH 2OH.

Oxidace

Za mírných podmínek (neutrální nebo alkalické roztoky manganistanu draselného, ​​směs chromu při teplotě 40-50 ° C) se primární alkoholy oxidují na aldehydy, když se zahřívají na vyšší teplotu - na kyseliny. Sekundární alkoholy procházejí oxidací na ketony. Terciární oxiduje v přítomnosti kyseliny ve velmi drsných podmínkách (například směs chromu při teplotě 180 ° C). Oxidační reakce terciárních alkoholů prochází dehydratací alkoholu za vzniku alkenu a jeho oxidace se rozštěpí dvojitou vazbou.