|
Реферат: Спирты (Химия)
Оформление курсовой
1.Титульный лист
Курсовая работа
по химии
Тема:
Спирты.
Выполнил:Юрченко Антон
Проверила:Иманкулова Т.А.
Арсеньев 1999г.
2.Содержание курсовой работы
а)Строение
б)Физические и химические свойства
в)Получение и применение
Дополнительная литература
3.Охрана окружающей среды
Литература:
Ситабников . В.Н
Роститер . И.Н.
Процюк . Т.Б.
Э.С.М. 1976.
Учебник по химии за 10-ый класс .
Л.А.Цветков.
1.Стрение этилого спирта.
Этиловый спирт С8Н6О-бесцветная жидкость со своебразным за-
коном, легче воды Р=0,8г/см , кипит при t-78,3 С, хорошо раство-
ряется в воде и сам является растворителем многих неорганиче-
ских и органических веществ. Зная молекулярную формулу спирта
и валентность элементов , попытаемся изобразить его строение.
Напишим две структурные формулы.
Н Н
Н Н
Н-С-О-С-Н (1) Н-С-С-О-
Н
Н Н
Н Н
Сопостовляя формулы ,мы замечаем , что если справидлива первая
из них , то в молекуле спирта все атомы водорода
соеденены с молекулами углерода , и можно предполагать,
что они одинаковы по свойствам . Если же истинна вторая
формула , то один атом водорода в молекуле соединён с атомом
углерода через кислород и он , по-всевидимому , будет отличаться
от других водородных атомов . Оказывается , можно проверить
опытом, одинаковы или различны по свойствам атомы в спирте.
Поместим в пробирку со спиртом (не содержащий воды)
кусочек натрия . Начинается реакция , сопровождающаяся выделением
газа . Нетрудно установить , что это водород . При
помощи другого , более сложного опыта можно определить ,
сколько атомов водорода выделяется при реакции из каждой
молекулы спирта . В колбу с мелкими кусочками натрия (рис.1)
приливается по каплям из воронки определённое количество спирта
Выделяющийся из спирта водород вытесняет воду из двугорлой
склянки в цилиндр . Обьём вытесненной воды в цилиндре
соответствует обьёму выделевшегося водорода .Опыт показывает,
что из 0,1 моль спирта удаётся получить 1,12л. водорода . Это
означает , что из 1 моль спирта натрий вытесняет 1,12л. т.е.
0,5 моль водорода.
Иначе говоря , из каждой молекулы спирта натрием вытесняется
Только один атом водорода . Формула (1) не даёт обьяснения
такому факту . Согласно этой формуле все атомы водорода
равноцены . Наоборот, формула (2) отражает наличие одного атома,
находящегося в особом положении : он соединён с атомом углерода
через кислород ; можно заключать , что именно этот
атом водорода связан менее прочно. Он и вытесняется натрием .
Следовательно вторая из приведёных формул и будет структурной
формулой этилого спирта . Чтобы подчеркнуть , что в молекуле
спирта содержится гидроксильная чруппа-ОН , соединённая с
углеводородным радикалом , молекулярную формулу этилового
спирта часто пишут так :
СН3-СН2-ОН или С2Н5ОН
Очивидно , здесь мы снова встречаемся с влиянием атомов друг
на друга . Чтобы понять сущность этого влияния , обратимся к
электроному строению молекулы . Характер связей С-СuC-Н нам
уже хорошо известен – это ковалентные q –связи . Атом О2
образует с атомом “H” и с углеводородным радикалом такие же
связи , при этом его наружный электронный слой дополняется до
октета .
Формула спирта в таком случае можно изобразить так :
Н Н
Н С С О
Н
Н Н
Однако распределение электронной плотности в молекуле спирта
не такое равномерное , как в углеродах . Связь О-Н полимерная ,
так как наибольшая электронная плотность её смещена к атому
О2 , как элементу более электроотрицательному . Атом “Н”
оказывается как бы более свободным от электронов , менее
связаным с молекулой и поэтому может сравнительно легко
вытесняется натрием . Смещение электронной плотности можно
показать в формуле следующим образом
Н Н
Н-С-С-О Н
Н Н
О пространственном расположении атомов в молекуле спирта
дают представление модели , изображённые на (рисунки 2)
Как видим , атом кислорода образует ковалентные связи с
другими атомами под некоторым углом друг к другу , а
не по
прямой линии . Вспомним , что в наружном электронном слое
наряду с двумя спаренными S-электронами и двумя спареными
р-электронами имеются два неспареных р-электрона . Оси этих
электронных облаков взаимно перпендикулярно . В направлении их
и образуются ковалентные связи атома кислорода с другими
атомами (фактически в следствии гибридизации и действия других
факторов валентный угол несколько отклоняется от
прямого). Мы знаем , что молекуле воды имеет подобное
пространственное строение .
Гомологический ряд спиртов .
Этиловый спирт –один из членов гомологического ряда .
Другие спирты ряда имеют аналогичное химическое и электронное
строение . Первый член ряда метиловый спирт .
Н
Н –С –О –Н
Н
Ближащий следующий гомолог этилого спирта пропиловый спирт.
Н Н Н
Н –С –С –С –О –Н
Н Н Н
В молекулах спиртов может содержаться не одна , а две и
больше гидроксильных групп как мы уже видели на примере
реакции с натрием и убедимся ещё далее , наличие гидроксильных
групп в молекулах обусловливает характерные химических свойства
спиртов , т.е. их химическую функцию .
Такие группы атомов называются функциональными группами .
Спиртами называются органические вещества , молекулы которых
содержат одну или несколько функциональных гидроксильных
групп , соединённых с углеводородным радикалом
Они могут расматриваться поэтому как производные углеводородов ,
в молекулах которых один или несколько атомов водорода
заменены на гидроксильные группы .
Спирты приведённого высше ряда можно считать производно
предельных углеводоров , в молекулах которых один атом водорода
заменён на гидроксильную группу . Это гомологический
ряд предельных одноатомных спиртов . Общая формула веществ
этого ряда СпН2п+ОН или R-OH .
Таблица №1 Гомологический ряд предельных одноатомных
спиртов .
| | |Температура |
|Название спиртов |Формула |кипения (t) |
| | | |
|Метиловый (метанол) |СН3ОН |64,7 |
| | | |
|Этиловый (этанол) |С2Н5ОН |78,3 |
| | | |
|Пропиловый (пропанол-1) |С3Н7ОН |97,2 |
| | | |
|Бутиловый (бутанол-1) |С4Н9ОН |117,7 |
| | | |
|Аниловый (пентанол-1) |С5Н11ОН |137,8 |
| | | |
|Гексиловый (гексанол-1) |С6Н13ОН |157,2 |
| | | |
|Гептиловый (гептанол-1) |С7Н15ОН |176,3 |
Согласно систематической номеклатуре названия спиртов ,
производится от названий спиртов , соответствующих углеводородов
с добавлением суфикса -0^ ; цифрой указывают атом углерода
при
котором находится гидроксильная группа . Нумерацию углеродных
атомов начинают с того конца , к которому ближе
функциональная
группа .
Изомерия спиртов обуславливается как изомерией углеводородного
скелета , так и положением гидроксильной группы .
Химические свойства .
Спирты горят при поджигании , выделяет кислоту , например:
С2Н5ОН+3О2 -2СО+3Н2О+137
однако при горении у них наблюдаются и различия . Нальём по
одному миллилитру разных спиртов в форфоровые чашки и
подожжём жидкости . Заметим , что спирты –первые члены ряда –
легко воспламеняются синеватым почти не светящимся пламенем ,
и
после сгорания их остаётся чёрный налёт .
Взаимодействие этилого спирта с натрием .
2С2Н5ОН+2Na –2C2Н5Оna+H2
Продукт замещения водорода в э.с. называется этилатом натрия
, он может быть выделен после реакции в твёрдом виде. Также
реагируют
со щелочными металлами другие растворимые спирты образуя
соответствующие алкоголиенты .
Однако спирты к классу кислот не относятся , так как степень
дисоциации их крайне незначительна , даже меньше чем у воды
, их
растворы неизменяют окраску индикаторов .
Положение степени дисоциации спиртов по сравнению с водой можно
обьяснить влиянием углеводородного радикала : смещение радикалом
электронной плотности связи . 6 –0 в сторону атома кислород
ведёт
к увиличению на последнем частичного отрицательного заряда
вседствии чего он прочнее удерживает атом водорода .
Можно повысить стпень , если в молекулу ввести заместитель
притягивающий к себе электроны химической связи . Так , степнь
дисоциации если 2 –хлорэтанола ClCu2 –CH2OH возрастает в несколько
раз по сравнению с этанолом (этиловым спиртом) .
У спиртов может вступать не только гидроксильный атом
водорода ,
но и вся гидроксильная группа . Если в колбе с
присоеденённым к ней холодильником нагревать этиловый спирт с
галогеноводородной
кислотой , например с бромоводородной (для образования
бромоводорода берут смесь бромида калия или бромида натрия с
серной кислотой) , то через некоторое время можно заметить ,
что в
пробирке под слоем воды собирается тяжёлая жидкость–броэтан .
С2Н5ОН+НBr–С2Н5Br+H2O
Эта реакция тоже идёт с ионым расщиплением ковалентной связи С-О
Она напоминает нам реакцию оснований и этилового спирта ,
образуется бромистан .
При нагревании с концентрированной кислотой в качестве католизатора
спирты легко дигидратируются , т.е. отщепляет воду . Из
этилового
спирта при этом образуется этилен .
Н Н
Н –С –С –Н –СН2=СН2+Н2О
Н ОН
Дигидрация последующих ломологов приводит к получению других
непредельных углеводородов .
Н Н Н
Н –С –С –С –Н СН3 –СН
=СН2+Н2О
Н Н ОН
При несколько иных условиях дигидрация спиртов может ,
происходить с отщиплением молекулы воды не от каждой
молекулы
спирта , а от двух молекул . Так , при более слабом
нагревания этилового спирта с серной кислотой (не выше +140
С и при избытке
спирта) диэтиловый эфир .
С2Н5ОН+ОНС2Н5 –С2Н5 –О –С 2Н5+Н2О
Диэтиловый эфир –летучая , легко воспламеняющаяся жидкость ,
применяют в медицине в качестве наркоза . Он относится к
классу простых эфиров–органических веществ , молекулы которых
состоят из
двух углеводородных радикалов , соединёных посредственно атома
кислорода .
С диэтиловым эфиром мы встречались когда выяснили строение
этилового спирта . Из двух возможных структур отвечающих
формуле
С2Н6О , мы выбрали одну позволяющую понять свойства спирта .
Другая не принетая нами формула хотя она также отвечает
правилом
важности , выражает стрение диментилового эфира . Имея одну и
эту же молекулярную формулу , эти вещества , следовательно ,
являются изомерами , принадлежат к различным классам
органических соединений .
Физические свойства.
Вы , несомненно обратили внимание , что , в отличие от ранее
рассматривавшихся предельных и непредельных углеводородов , в
данном гамологическом ряду ней газообразных веществ , уже
первый член ряда –метиловый спирт –жидкость. Как обьяснить такое
повышение
температуры кипения веществ . Может тем , что при вступлении
атома
кислорода в молекулу сильно возрастёт молекулярная масса
вещества
Но у метилового спирта молекулярная масса –32 , у пропана –44
, однако и он представляет собой газообразное вещество .
Тогда что же
удерживает молекулы метилового спирта , сами по себе довольно
лёгкие , в жидком состоянии ?
В молекулах спирта , как мы выяснили , углеводородный радикал
и атом кислорода не на одной прямой , а под некоторым углом
друг к другу . У атома О2 имеются ещё свободные
электронные пары . Поэтому он может взаимодействовать с
атомом водорода другой молекуы , имеющий некоторый
положительный заряд в результате
смещения электронов к атому кислороду (рис.3 а) . Так между
атомами возникает водородная связь , которая обозначается в
формулах
точками :
Прочность водородной связи значительно меньше обычной
ковалентной связи (примерно в десять раз) . За счёт
водородных связей молекулы спирта оказываются ассоциированными
, как бы прилипли друг к другу . Поэтому на разрыв этих
связей необходимо затратить дополнительную энергию , чтобы
молекулы стали свободными и вещество преобрело летучесть .
Это и является причиной более высокой температуры кипения
всех спиртов по сравнению с соответствующими углеводородами .
Теперь можно понять почему вода при такой небольшой
молекулярной массе имеет необычно высокую температу кипения
(рис.35) .
Водородные связи могут установливаться и между молекулами
спирта
и воды (рис.31в) . Именно этим обьясняется растворимость
спиртов в отличие от углеводородов , которые из-за малой
полярности связей
С–Н не образуют с водой водородных связей и поэтому не
растворяется в ней . норастворимость спиртов в воде (вспомним
, что члены гамологических рядов при сходстве свойств имеют
индивидуальные различия) . Если в равные обьёмом воды в
стаканчиках
мы прильём по одинаковому обьёму (например 5мл.) , метилового
,
пропилового, этилового, бутилового и аминового спиртов и
перемешаем
жидкости , то заметим , что первые три спирта расворяются
полностью
а бутиловый и особенно аминовый спирты в меньшей степени .
Понижение растворимости можно обьяснить тем , что , чем больше
углеводородный радикал в молекуле спирта , тем труднее
гидроксильной группе удержать такую молекулу в растворе за
счёт образования водородных связей (углеводороды в воде не
растворимы)
Применение и получение спиртов .
Получение .
До начала 30-х годов 20 века его получали исключительно
сбраживанием пищ углеводсодержащего сырья , и при обработки
зерна
(рожь , ячмень , кукуруза , овёс , просо) . В 30-е по 50-е годы
было разработанно несколько способов синтеза Э.С. из
химического сырья
например : лидрирования ацентальдецида и д.р. . Оси современных
способов –односейадистная (прямая) гидраитация . Этилена
(CU2=CU2+H2O –C2H5OH) , осуществляется на фосфорно-кислотном
католизаторе при 280-300 С и 7,2-8,3 Мн/м (72-83 кг/см ). Так
, в США
в 1976 г. было выработано около 800 тыс. тонн этонола , в
т.ч. 550 тыс. тонн прямой гидротацией (остальное сбраживание
пищевого сырья) . В других странах (СССР , Франция и др.)
Э.С. получают также двухстадийной (сернокислотной гидраитацией
этилена при :
75-80 С и 2,48 Мн/м/24,8 нес/м ) этилен взаимодействует с
концетрированой серной кислотой с образованием смеси моно и
диэнтилеульфатов [С2Н5OSO2ОН и (С2Н5О)2SO2] , которые затем
гидрилизуясь при 100 С и 0,3-0,4 Мн/м дают Э.С. и Н2SO4 .
В ряде стран Э.С. получают также сбраживанием продуктов
гидролиза растительных материалов . Очистку технических Э.С.
проводят различными способами . Пищевой спирт-сырец , обычно
освобождают от примесей (сивушные масла и др.) рекитификацией
.
Слинтентичиский Э.С. очищают от этилового эфира ,
ацетальдегида и др. рекитификаций в присутствии щёлочи и
гидрированием в паровой
фазе на никелевых католизаторах при 105 С и 0,52 Мн/м (5,2
кгс/см)
Спирт –рекитификат представляет собой асеотропную смесь Э.С. с
Водой (95,57% спирта t кипения 78,15 С . ) . Для многих
целей требуется обезвоженый , Т.Н. абсолютный , Э.С. Последний в
промышленности готовят , воду в виде стройной азеотропной
смеси вода-спирит-бензол (специальная добавка) , а в
лабороторных условиях-
химическом связыванием воды различными реагентами , окисью
кальция , металлическим кальцием или магнием Э.С. ,
предназначеный для технических и бытовых целей , иногда
денантурируют .
Применение .
На многих производствах спирты применяются в качестве
растворителей . В химической промышленности они используются
для
различных синтезов . Метиловый спирт в больших количествах
идёт на получение формальдегида , используемого в производстве
пластмасс
уксусной кислоты и других органических веществ . В настоящее
время
разрабатывается много новых технологических процессов на
основе использования метилового спирта как исходного продукта
, поэтому значение его в промышленном производстве нужных
народному хозяйству , веществ и материалов будет всё более
возрастать .
Перспективным считается использование метилового спирта в
качестве
моторного топлива т.к. добавка его к бензину повышает
актановое число горючей смеси и снижает образование вредных
веществ в выхлопных газах .
Этиловый спирт в больших количествах идёт на производство
синтетического каучука . Окислением спирта получают пищевую
уксусную кислоту . Путём его дигидратации готовят диэтиловый
(медицинский) эфир , с взаимодействием с хлороводородом
получают хлорэтан , для местной анестозии. Спирт применяется при
изготовлении
многих лекарств . В парфюмерии он идёт на изготовление духов
и адеколонов .
Охрана окружающей среды .
Спирты оказывают негативное воздействие на организм . Особенно
ядовит метиловый спирт . Самое незначительное количество его
при
приёме внутрь разрушает зрительный нерв и вызывает
необратимую
слепоту . 5-10 мл спирта вызывает сильное отравление организма
, а 30 мл могут привести к смертельному исходу . Этиловый
спирт-наркотик , при приёме внутрь он вследствие высокой
растворимости быстро всасывает в кровь и сильно действует
на организм . Под влиянием спиртного у человека ослабляется
внимание затормаживается
реакция нарушается корреляция движения , появляется
развязанность,
грубость в поведении и т.д. , всё это делает его неприятным
в обществе . Но вследствии употребления алкоголя ещё более
опасны , т.к. у пьющего человека появляется привыкание ,
погубное пристрастие
к нему и в конце в концов он тяжело заболевает
алкоголизмом . Спирт поражает слизистые оболочки желудочно-
кишечного тракта , что
ведёт к возникновению гастрита язвенной болезни желудка ,
двенадцатой кишки . Печень , где должно происходить разрушение
спирта , не справляясь с нагрузкой , начинает перерождаться в
результате возможен цирроз . Проникая в головной мозг спирт
отравляюще действует на нервные клетки , что проявляется в
нарушении сознания , речи , умственных способностей , в
появлении , тяжёлых психических растройств и ведёт к
деградации личности . Особенно опасен алкоголь для молодых
людей , так как в растущем организме интенсивно протекают
процессы обмена веществ и они особенно чувствительны к
алкоголическому воздействию . Поэтому у молодых быстрея , чем
у взрослых , может появиться заболевание – алкоголизм .
Все виды спиртного должны быть полностью исключены из жизни
молодёжи !!!
Реферат на тему: Спирты
Содержание
Введение 2
Глава I. Свойства спиртов. 5
1.1. Физические свойства спиртов. 5
1.2. Химические свойства спиртов. 6
1.2.1. Взаимодействие спиртов с щелочными металлами. 7
1.2.2. Замещение гидроксильной группы спирта галогеном. 8
1.2.3. Дегидратация спиртов (отщепление воды). 9
1.2.4. Образование сложных эфиров спиртов . 10
1.2.5. Дегидрогенизация спиртов и окисление. 10
Глава 2. Методы получения спиртов. 12
2.1. Производство этилового спирта. 12
2.2. Процесс получения метилового спирта. 14
2.3. Методы получения других спиртов. 15
Глава 3. Применение спиртов. 16
Заключение. 19
Список литературы 20
Введение
Спиртами называются органические вещества, молекулы которых содержат
одну или несколько функциональных гидроксильных групп, соединенных с
углеводородным радикалом.
Они могут рассматриваться поэтому как производные углеводородов, в
молекулах которых один или несколько атомов водорода заменены на
гидроксильные группы.
В зависимости от числа гидроксильных групп спирты подразделяются на
одно-, двух-, трехатомные и т. д. Двухатомные спирты часто называют
гликолями по названию простейшего представителя этой группы – этиленгликоля
(или просто гликоля). Спирты, содержащие большее количество гидроксильных
групп, обычно объединяют общим названием многоатомные спирты.
СН3 – ОН
По положению гидроксильной группы спирты делятся на : первичные – с
гидроксильной группой у конечного звена цепи углеродных атомов, у которого,
кроме того, имеются два водородных атома (R-CH2-OH); вторичные, в которых
гидроксил присоединен к углеродному атому, соединенному, кроме ОН-группы, с
одним водородным атомом [R-СН(ОН)-R1], и третичные, у которых гидроксил
соединен с углеродом, не содержащим водородных атомов [(R)С-ОН] (R-радикал:
СН3,С2Н5 и т.д.)
В зависимости от характера углеводородного радикала спирты делятся на
алифатические, алициклические и ароматические. В отличие от
галогенпроизводных, у ароматических спиртов гидроксильная группа не связана
непосредственно с атомом углерода ароматического кольца [3].
По заместительной номенклатуре названия спиртов составляют из
названия родоначального углеводорода с прибавлением суффикса –ол. Если в
молекуле несколько гидроксильных групп, то используют умножительную
приставку: ди- (этандиол-1,2), три- (пропантриол-1,2,3) и т. д. Нумерацию
главной цепи начинают с того конца, ближе к которому находится
гидроксильная группа. По радикально-функциональной номенклатуре название
производят от названия углеводородного радикала, связанного с гидроксильной
группой, с прибавлением слова спирт.
Структурная изомерия спиртов определяется изомерией углеродного
скелета и изомерией положения гидроксильной группы.
Рассмотрим изомерию на примере бутиловых спиртов.
В зависимости от строения углеродного скелета, изомерами будут два
спирта – производные бутана и изобутана:
4 3 2 1 3
2 1
СН3 – СН2 – СН2 –СН2 – ОН СН3 – СН – СН2 – ОН
В зависимости от положения гидроксильной группы при том и другом
углеродном скелете возможны еще два изомерных спирта:
1 2 3 4
1
СН3 – СН – СН2 –СН3 Н3С – С – СН3
ОН
ОН
Число структурных изомеров в гомологическом ряду спиртов быстро
возрастает. Например, на основе бутана существует 4 изомера, пентана – 8, а
декана – уже 567 [5].
Глава I. Свойства спиртов.
1.1. Физические свойства спиртов.
Физические свойства спиртов существенно зависят от строения
углеводородного радикала и положения гидроксильной группы. Первые
представители гомологического ряда спиртов – жидкости, высшие спирты –
твердые вещества.
Метанол, этанол и пропанол смешиваются с водой во всех соотношениях.
С ростом молекулярной массы растворимость спиртов в воде резко падает, так,
начиная с гексилового, одноатомные спирты практически нерастворимы. Высшие
спирты не растворимы в воде. Растворимость спиртов с разветвленной
структурой выше, чем у спиртов с имеющих неразветвленное, нормальное
строение. Низшие спирты обладают характерным алкогольным запахом, запах
средних гомологов сильный и часто неприятный. Высшие спирты практически не
имеют запаха. Третичные спирты обладают особым характерным запахом плесени.
Низшие гликоли – вязкие бесцветные жидкости, не имеющие запаха;
хорошо растворимы в воде и этаноле, обладают сладким вкусом.
С введением в молекулу второй гидроксильной группы происходит
повышение относительной плотности и температуры кипения спиртов. Например,
плотность этиленгликоля при 0(С – 1,13, а этилового спирта – 0,81.
Спирты обладают аномально высокими температурами кипения по сравнению
со многими классами органических соединений и чем можно ожидать на
основании их молекулярных весов (Табл.1).
Таблица 1.
Физические свойства спиртов.
|Отдельные представители |Физические свойства |
|название |структурная |т. пл., (С |т. кип., (С |
| |формула | | |
|Одноатомные | | | |
|Метанол |СН3ОН |-97 |64,5 |
|(метиловый) | | | |
|Этанол |СН3СН2ОН |-115 |78 |
|(этиловый) | | | |
|Пропанол-1 |СН3СН2СН2ОН |-127 |97 |
|Пропанол-2 |СН3СН(ОН)СН3 |-86 |82,5 |
|Бутанол-1 |СН3(СН2)2СН2ОН |-80 |118 |
|2-Метилпропанол|(СН3)2СНСН2ОН |-108 |108 |
|-1 | | | |
|Бутанол-2 |СН3СН(ОН)СН2СН3 |-114 |99,5 |
|Двухатомные | | | |
|Этандиол-1,2 |НОСН2СН2ОН |-17 |199 |
|(этиленгликоль)| | | |
|Трехатомные | | | |
|Пропантриол-1,2|НОСН2СН(ОН)СН2ОН |20 |290 |
|,3 (глицерин) | | | |
Это объясняется особенностями строения спиртов – с образованием
межмолекулярных водородных связей по схеме:
Спирты разветвленной структуры кипят ниже, чем нормальные спирты того
же молекулярного веса; первичные спирты кипят выше вторичных и третичных их
изомеров [3].
1.2. Химические свойства спиртов.
Как у всех кислородосодержащих соединений, химические свойства
спиртов определяются, в первую очередь, функциональными группами и, в
известной степени, строением радикала.
Характерной особенностью гидроксильной группы спиртов является
подвижность атома водорода, что объясняется электронным строением
гидроксильной группы. Отсюда способность спиртов к некоторым реакциям
замещения, например, щелочными металлами. С другой стороны, имеет значение
и характер связи углерода с кислородом. Вследствие большой
электроотрицательности кислорода по сравнению с углеродом, связь углерод-
кислород также в некоторой степени поляризована с частичным положительным
зарядом у атома углерода и отрицательным – у кислорода. Однако, эта
поляризация не приводит к диссоциации на ионы, спирты не являются
электролитами, а представляют собой нейтральные соединения, не изменяющие
окраску индикаторов, но они имеют определенный электрический момент диполя
[3,4].
Спирты являются амфотерными соединениями, то есть могут проявлять как
свойства кислот, так и свойства оснований.
1.2.1. Взаимодействие спиртов с щелочными металлами.
Спирты как кислоты взаимодействуют с активными металлами (K, Na, Ca).
При замещении атома водорода гидроксильной группы металлом образуются
соединения, называемые алкоголятами (от названия спиртов – алкоголи):
2R – OH + 2Na 2R – ONa + H2
Названия алкоголятов производят от названий соответствующих спиртов,
например,
2С2Н5ОН + 2Na 2С2Н5 – ONa + H2
Низшие спирты бурно реагируют с натрием. С ослаблением кислотных
свойств у средних гомологов реакция замедляется. Высшие спирты образуют
алкоголяты лишь при нагревании [4].
Алкоголяты легко гидролизуются водой:
С2Н5 – ONa + HОН С2Н5 - ОН + NaОН
В отличие от спиртов, алкоголяты – твердые вещества, хорошо
растворимые в соответствующих спиртах [1].
Известны алкоголяты и других металлов, кроме щелочных, но они
образуются косвенными путями. Так, щелочноземельные металлы непосредственно
со спиртами не реагируют. Но алкоголяты щелочноземельных металлов, а также
Mg, Zn, Cd, Al и других металлов, образующих реакционноспособные
металлоорганические соединения, можно получить действием спирта на такие
металлоорганические соединения.
1.2.2. Замещение гидроксильной группы спирта галогеном.
Гидроксильная группа спиртов может быть замещена на галоген действием
на них галогенводородных кислот, галогенных соединений фосфора или
тионилхлорида, например,
R – OH + HCl RCl + HOH
Наиболее удобно для замещения гидроксильной группы использовать
тионилхлорид; применение галогенных соединений фосфора осложняется
образованием побочных продуктов. Образующаяся при такой реакции вода
разлагает галогеналкил на спирт и галогенводород, поэтому реакция обратима.
Для ее успешного проведения необходимо, чтобы исходные продукты содержали
минимальное количество воды. В качестве водоотнимающих средств применяют
хлорид цинка, хлорид кальция, серную кислоту.
Данная реакция протекает с расщеплением ковалентной связи, что можно
представить равенством
R : OH + H : Cl R - Cl + H2O
Скорость этой реакции возрастает от первичных к третичным спиртам,
причем она также зависит от галогена: наибольшей она является для иода,
наименьшей – для хлора.
1.2.3. Дегидратация спиртов (отщепление воды).
В зависимости от условий дегидратации образуются олефины или простые
эфиры.
Олефины (этиленовые углеводороды) образуются при нагревании спирта
(кроме метилового) с избытком концентрированной серной кислоты, а также при
пропускании паров спирта над окисью алюминия при 350( - 450(. При этом
происходит внутримолекулярное отщепление воды, то есть Н+ и ОН – отнимаются
от одной и той же молекулы спирта, например:
СН2 – СН2 [pic] СН2 = СН2 + Н2О или
СН3-СН2-СН2ОН СН3-СН=СН2+Н2О
Простые эфиры образуются при осторожном нагревании избытка спирта с
концентрированной серной кислотой. В этом случае происходит межмолекулярное
отщепление воды, то есть Н+ и ОН – отнимаются от гидроксильных групп разных
молекул спирта, как это показано на схеме:
R – OH + HO – R [pic] R – O – R + H2O
2С2Н5ОН С2Н5-О-С2Н5+Н2О
Первичные спирты дегидратируются труднее вторичных, легче отнимается
молекула воды от третичных спиртов [5].
1.2.4. Образование сложных эфиров спиртов .
При действии кислородных минеральных и органических кислот на спирты
образуются сложные эфиры, например,
С2Н5ОН+СН3СООН С2Н5СООСН3+Н2О
ROH + SO2 SO2+H2O
Такого рода взаимодействие спирта с кислотами называется реакцией
этерификации. Скорость этерификации зависит от силы кислоты и природы
спирта: с увеличением силы кислоты она возрастает, первичные спирты
реагируют быстрее вторичных, вторичные спирты – быстрее третичных.
Этерификация спиртов карбоновыми кислотами ускоряется при добавлении
сильных минеральных кислот. реакция обратима, обратная реакция называется
гидролизом. Сложные эфиры получаются также при действии на спирты
галогенангидридов и ангидридов кислот.
1.2.5. Дегидрогенизация спиртов и окисление.
Образование разных продуктов в реакциях дегидрогенизации и окисления
является важнейшим свойством, позволяющим отличить первичные, вторичные и
третичные спирты.
При пропускании паров первичного или вторичного, но не третичного
спирта над металлической медью при повышенной температуре происходит
выделение двух атомов водорода и первичный спирт превращается в альдегид,
вторичные спирты дают в этих условиях кетоны.
СН3СН2ОН ( СН3СНО + Н2 ; СН3СН(ОН)СН3 ( СН3СОСН3 + Н2;
третичные спирты в тех же условиях не дегидрируются.
Такое же различие проявляют первичные и вторичные спирты при
окислении, которое можно проводить "мокрым" путем, например, действием
хромовой кислоты, или каталитически, причем катализатором окисления
служит также металлическая медь, а окислителем кислород воздуха:
RCH2OH + O ( R-COH + H2O
CHOH + O ( C=O + H2O
Глава 2. Методы получения спиртов.
В свободном виде многие спирты содержатся в летучих эфирных маслах
растений и вместе с тем с другими соединениями обусловливают запах многих
цветочных эссенций, например, розового масла и др. Кроме того, спирты
находятся в виде сложных эфиров во многих природных соединениях – в воске,
эфирных и жирных маслах, в животных жирах. Наиболее распространенным и из
спиртов, находящихся в природных продуктах, является глицерин –
обязательная составная часть всех жиров, которые до сих пор служат главным
источником его получения. К числу весьма распространенных в природе
соединений относятся многоатомные альдегидо- и кетоноспирты, объединяемые
под общим названием сахаров. Синтез важнейших в техническом отношении
спиртов рассмотрен ниже [5].
2.1. Производство этилового спирта.
Процессы гидратации – это взаимодействие с водой. Присоединение воды
в ходе проведения технологических процессов может вестись двумя методами:
1. Прямой метод гидратации осуществляется при непосредственном
взаимодействии воды и сырья, используемого для производства. Этот процесс
ведется в присутствии катализаторов. Чем больше атомов углерода находится в
цепи, тем быстрее идет процесс гидратации.
2. Косвенный метод гидратации осуществляется при помощи образования
промежуточных продуктов реакции в присутствии серной кислоты. А затем
реакции гидролиза подвергаются создаваемые промежуточные продукты.
При современном производстве этилового спирта используют метод прямой
гидратации этилена:
СН2=СН2 + Н2О ( С2Н5ОН – Q
Получение ведется в контактных аппаратах полочного типа. Спирт
отделяется из побочных продуктов реакции в сепараторе, а для окончательной
очистки используется ректификация [2].
Реакция начинается с атаки ионом водорода того углеродного атома,
который связан с большим числом водородных атомов и является поэтому более
электроотрицательным, чем соседний углерод. После этого к соседнему
углероду присоединяется вода с выбросом Н+. Этим методом в промышленном
масштабе готовят этиловый, втор-пропиловый и трет-бутиловый спирты.
Для получения этилового спирта издавна пользуются различными сахаристыми
веществами, например, виноградным сахаром, или глюкозой, которая путем
"брожения", вызываемого действием ферментов (энзимов), вырабатываемых
дрожжевыми грибками, превращается в этиловый спирт.
С6Н12О6 ( 2С2Н5ОН + 2СО2
Глюкоза в свободном виде содержится, например, в виноградном соке,
при брожении которого получается виноградное вино с содержанием спирта от 8
до 16%.
Исходным продуктом для получения спирта может служить полисахарид
крахмал, содержащийся, например, в клубнях картофеля, зернах ржи, пшеницы,
кукурузы. Для превращения в сахаристые вещества (глюкозу) крахмал
предварительно подвергают гидролизу. Для этого муку или измельченный
картофель заваривают горячей водой и по охлаждении добавляют солод –
проросшие, а затем подсушенные и растертые с водой зерна ячменя. В солоде
содержится диастаз (сложная смесь ферментов), действующий на процесс
осахаривания крахмала каталитически. По оканчании осахаривания к полученной
жидкости прибавляют дрожжи, под действием фермента которых образуется
спирт. Его отгоняют, а затем очищают повторной перегонкой.
В настоящее время осахариванию подвергают также другой полисахарид –
целлюлозу (клетчатку), образующую главную массу древесины. Для этого
целлюлозу подвергают гидролизу в присутствии кислот (например, древесные
опилки при 150 -170(С обрабатывают 0,1 - 5% серной кислотой под давлением
0,7 - 1,5 МПа). Полученный таким образом продукт также содержит глюкозу и
сбраживается на спирт при помощи дрожжей. Из 5500 т сухих опилок (отходы
лесопильного завода средней производительности за год) можно получить 790 т
спирта (считая на 100%-ный). Это дает возможность сэкономить около 3000 т
зерна или 10000 т картофеля [1].
2.2. Процесс получения метилового спирта.
Важнейшей реакцией этого типа является взаимодействие окиси углерода
и водорода при 400(С под давлением 20 – 30 МПа в присутствии смешанного
катализатора, состоящего из окиси меди, хрома, алюминия и др.
СО + 2Н2 ( СН3ОН – Q
Получение метилового спирта ведется в контактных аппаратах полочного
типа. Наряду с образованием метилового спирта идут процессы образования
побочных продуктов реакции, поэтому после проведения процесса продукты
реакции необходимо разделить. Для выделения метанола используется
холодильник – конденсатор, а затем доочистку спирта осуществляют, используя
многократную ректификацию [2].
Практически весь метанол (СН3ОН) получают в промышленности этим
способом; кроме него, при других условиях, так могут быть получены смеси
более сложных спиртов. Метиловый спирт образуется и при сухой перегонке
дерева, поэтому его называют также древесным спиртом.
2.3. Методы получения других спиртов.
Известны и другие способы синтетического получения спиртов:
- гидролизом галогенпроизводных при нагревании с водой или водным раствором
щелочи
СН3 – СНВr – CH3 + H2O ( CH3 – CH(OH) – CH3 + HBr
получают первичные и вторичные спирты, третичные галогеналкилы образуют при
этой реакции олефины;
- гидролизом сложных эфиров, главным образом, природных (жиры,воски);
- окислением насыщенных углеводородов при 100(- 300( и давлении 15 – 50
атм.
Олефины окислением превращают в циклические окиси, которые при
гидратации дают гликоли, так в промышленности получают этиленгликоль:
СН2 = СН2 ( СН2 – СН2 ( НОСН2 – СН2ОН;
Существуют способы, имеющие главным образом лабораторное
применение; некоторые из них практикуются в тонком промышленном синтезе,
например, при производстве небольших количеств ценных спиртов, используемых
в парфюмерии. К числу таких методов относится альдольная конденсация или
реакция Гриньяра. Так, по методу химика П.П.Шорыгина получают из окиси
этилена и фенилмагний-галогенида фенилэтиловый спирт – ценное душистое
вещество с запахом розы [3].
Глава 3. Применение спиртов.
Ввиду разнообразия свойств спиртов различной структуры область их
применения очень обширна. Спирты – древесный, винный и сивушные масла –
долгое время служили главным сырьевым источником для производства
ациклических (жирных) соединений. В настоящее время большую часть
органического сырья поставляет нефтехимическая промышленность, в частности
в виде олефинов и парафиновых углеводородов. Простейшие спирты (метиловый,
этиловый, пропиловый, бутиловый) в больших количествах расходуются как
таковые , а также в форме эфиров уксусной кислоты, как растворители в
лакокрасочном производстве, а высшие спирты, начиная с бутилового, - в виде
эфиров фталевой, себациновой и других двухосновных кислот – как
пластификаторы.
Метанол служит сырьем для получения формальдегида, из которого
готовятся синтетические смолы, используемые в огромных количествах в
производстве феноло-формальдегидных пластических материалов, метанол служит
полупродуктом для производства метилацетата, метил- и диметиланилина,
метиламинов и многих красителей, фармацевтических препаратов, душистых и
др. веществ. Метанол – хороший растворитель, им широко пользуются в
лакокрасочной промышленности. В нефтеперерабатывающей промышленности его
применяют в качестве растворителя щелочи при очистке бензинов , а также при
выделении толуола путем азеотропной ректификации.
Этанол находит применение в составе этиловой жидкости как добавка к
топливам для карбюраторных двигателей внутреннего сгорания. Этиловый спирт
в больших количествах потребляется в производстве дивинила, для
производства одного из важнейших инсектицидов ДДТ. В качестве растворителя
широко применяется при производстве фармацевтических, душистых, красящих и
других веществ. Этиловый спирт – хорошее антисептическое средство.
Этиленгликоль с успехом применяют для приготовления антифриза. Он
гигроскопичен, поэтому применяется при изготовлении печатных красок
(текстильных, типографских и штемпельных). Азотнокислый эфир этиленгликоля
– сильное взрывчатое вещество, заменяющее в известной мере нитроглицерин.
Диэтиленгликоль – применяется как растворитель и для заполнения
тормозных гидравлических приспособлений; в текстильной промышленности его
используют при отделке и крашении тканей.
Глицерин – применяется в больших количествах в химической, пищевой
(для изготовления кондитерских изделий, ликеров, прохладительных напитков и
др.), текстильной и полиграфической промышленностях (добавляется в печатную
краску для предохранения от высыхания), а также в других отраслях
производства – производстве пластических масс и лаков, взрывчатых веществ и
порохов, косметических и лекарственных препаратов, а также в качестве
антифриза.
Большое практическое значение имеет реакция каталитической
дегидрогенизации и дегидратации винного спирта, разработанная русским
химиком С.В. Лебедевым и протекающая по схеме:
2С2Н5ОН ( 2Н2О+Н2+С4Н6;
получающийся таким образом бутадиен СН2=СН-СН=СН2-1,3 является сырьем для
производства синтетического каучука.
Некоторые спирты ароматического ряда , имеющие длинные боковые цепи в
форме их сульфированных производных, служат моющими и эмульгирующими
средствами. Многие спирты, например, линалоол, терпинеол и др. являются
ценными душистыми веществами и широко используются в парфюмерии. Так
называемые нитроглицерин и нитрогликоли, а также некоторые другие сложные
эфиры азотной кислоты двух-, трех- и многоатомных спиртов применяются в
горном и дорожностроительном деле в качестве взрывчатых веществ. Спирты
необходимы в производстве лекарственных препаратов, в пищевой
промышленности, парфюмерии и т. д.[1,3,5].
Заключение.
Спирты могут оказывать негативное воздействие на организм. Особенно
ядовит метиловый спирт: 5 –10 мл спирта вызывают слепоту и сильное
отравление организма, а 30 мл могут привести к смертельному исходу.
Этиловый спирт – наркотик. При приеме внутрь он вследствие высокой
растворимости быстро всасывается в кровь и возбуждающе действует на
организм. Под влиянием спиртного у человека ослабевает внимание,
затормаживается реакция, нарушается координация, появляется развязность,
грубость в поведении и т. д. Все это делает его неприятным и неприемлемым
для общества. Но следствия употребления алкоголя могут быть и более
глубокими. При частом потреблении появляется привыкание, пагубное
пристрастие к нему и в конце концов тяжелое заболевание – алкоголизм.
Спиртом поражаются слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, что может
вести к возникновению гастрита, язвенной болезни желудка,
двенадцатиперстной кишки. Печень, где должно происходить разрушение спирта,
не справляясь с нагрузкой, начинает перерождаться, в результате возникает
цирроз. Проникая в головной мозг, спирт отравляюще действует на нервные
клетки, что проявляется в нарушении сознания, речи, умственных
способностей, в появлении психических расстройств и ведет к деградации
личности.
Особенно опасен алкоголь для молодых людей, так как в растущем
организме интенсивно протекают процессы обмена веществ, а они особенно
чувствительны к токсическому воздействию. Поэтому у молодежи быстрее, чем у
взрослых, может появиться алкоголизм.
Список литературы
1. Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1978. – 720 с.
2.Джатдоева М.Р. Теоретические основы прогрессивных технологий. Химический
раздел. – Ессентуки: ЕГИЭиМ, 1998. – 78 с.
3. Зурабян С.Э., Колесник Ю.А., Кост А.А. Органическая химия: Учебник. –
М.: Медицина, 1989. - 432 с.
4. Метлин Ю.Г., Третьяков Ю.Д. Основы общей химии. – М.: Просвещение, 1980.
– 157 с.
5. Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. - М.: Химия,
1974. - 624 с.
-----------------------
Бутанол - 1
СН3
2 Метилпропанол – 1 или изобутиловый спирт
Cu
RO
HO
СН3
Спирт
Алкоголят натрия
Этиловый спирт
Этилат натрия
Этиловый спирт
Спирт
Простой эфир
Н ОН
Этилен
[pic]
[pic]
[pic]
[pic]
Спирт
Галоген-
производное
Одноатомные
Метанол
СН2 – СН2
ОН ОН
Этандиол-1,2
(этиленгликоль)
Двухатомные
СН2 – СН – СН2
ОН ОН ОН
Пропантриол-1,2,3
(глицерин)
Трехатомные
СПИРТЫ
Алифатические
Алициклические
Ароматические
СН3СН2ОН
Этанол
ОН
Циклогексанол
СН2ОН
Бензиловый
спирт
О
О
Н2О
О
О
О
Н
Н
Н
R
R
R
Н2SO4
Al2O3
HO
HO
300(
250(
Бутанол - 2
2 Метилпропанол – 2
Cu
R
R'
R
R'
| |
