Монохидрични алкохоли. Како добити ултимативни монохидрични алкохол

Органска једињења која садрже кисеоник, међу којима су и различити алкохоли, су важни функционални деривати угљоводоника. Оне су монатомске, дијатомске и полиатомске. Монохидрокси алкохоли су, заправо, деривати угљоводоника, у молекуларној компоненти чија је једна хидроксилна група (означена са "-ОХ") повезана са засићеним атомима угљеника.

Спреад

Монохидрични алкохоли су широко распрострањени у природи. Тако метил алкохол у малим количинама садржан у соку из више биљака (на пример, хогвеед). Етил алкохол је производ алкохолна ферментација органска једињења која се налазе у киселом воћу и бобицама. Цетилни алкохол се налази у китовом уљу. Пчелињи восак укључује церил, мирицил алкохоле. 2-фенилетанол је пронађен у латицама ружа. Терпенски алкохоли у облику мирисних супстанци су заступљени у многим ароматичним културама.

Класификација

Алкохоли су подељени са молекулским бројем хидроксилних група. Пре свега:

• монохидричних алкохола (на пример, етанол);
• диатомски (етандиол);
• полиатомски (глицерин).

По природи угљоводоничног радикала, алкохоли се деле на ароматичне, алифатске, цикличне. У зависности од типа атома угљеника који има везу са хидроксилном групом, алкохоли се сматрају примарним, секундарним и терцијарним. Општа формула монохидратног алкохола која се примењује на засићене монохидричне алкохоле изражава се као: С _н Х _2н + ₂ О.

Номенклатура

Назив алкохола у радикално-функционалној номенклатури формиран је из назива који се повезује са хидроксилном групом радикала и речи "алкохол". Према систематској номенклатури ИУПАЦ-а, назив алкохола се формира из одговарајућег алкана са додатком завршетка "-ол". На пример:

• метанол - метил алкохол;
• метил пропанол-1-2-изобутил (терц-бутил);
• етанол - етил;
• бутанол-1-2-бутил (В-бутил);
• пропанол-1-2 - пропил (изопрапил).

Нумерација према правилима ИУПАЦ-а се класификује према положају хидроксилне групе, добија се мањи број. На пример: пентандиол-2-4, 4-метилпентанол-2, итд.

Изомеризам

Ограничени монохидрични алкохоли имају следеће типове структурне и просторне изомерије. На пример:

• Царбон скелетон.
• Изомерни етери.
• Положај функционалне групе.

Просторна изомерија алкохола је представљена оптичком изомеријом. Оптичка изомерија је могућа када је у молекулу присутан асиметрични атом угљеника (који садржи четири различита супституента).

Методе за производњу монохидричних алкохола

Да бисте добили максимални монохидрични алкохол може бити неколико метода:

• Хидролиза халоген-алкана.
• Хидратација алкена.
• Опоравак алдехида и кетона.
• Синтеза органомазија.

Хидролиза халоген-алкана је једна од уобичајених лабораторијских метода за производњу алкохола. Припрема воде (алтернативно - водени раствор алкалних) алкохоли су примарни и секундарни:

ЦХ3-ЦХ2-Бр + НаОХ → ЦХ3-ЦХ2-ОХ + НаБр.

Терцијарни халогеноалкани се још лакше хидролизују, али имају лакшу споредну реакцију елиминације. Према томе, терцијарни алкохоли добијају друге методе.

Алкени се хидрирају додавањем воде у алкенове у присуству катализатора који садрже киселину (Х3П04 ₎ . Поступак је основа индустријске производње алкохола као што је етил, изопропил, терц-бутил.

Карбонил група је редукована водоником у присуству катализатора за хидрогенизацију (Ни или Пт). У овом случају, секундарни алкохоли се формирају из кетона, а алдехиди су примарни терминални монохидрични алкохоли. Формула процеса:

ЦХ3 - Ц = О (-Х) + Х2 (етанал) → ЦХ3-ЦХ2-ОХ (етанол).

Додавањем алдехида и кетона у алкил магнезијум халиде добијају се магнезијум-органска једињења. Реакција се изводи у сувом диетил етру. Накнадна хидролиза органомагнезијевих једињења формира монохидричне алкохоле.

Примарни алкохоли се формирају Григнардовом реакцијом само из формалдехида и било ког алкил магнезијум халида. Други алдехиди дају секундарне алкохоле за ову реакцију, кетони - терцијарни алкохоли.

Индустријска синтеза метанола

Индустријске методе, по правилу, су континуирани процеси са вишеструком рециркулацијом великих маса реактаната који се изводе у гасној фази. Индустријски важни алкохоли су метанол и етанол.

Метанол (његови производни волумени су највећи међу алкохолима) до 1923. године добијени су сувом дестилацијом (грејање без приступа ваздуху) дрвета. Данас се добија из синтетског гаса (смеша ЦО и Х ₂ ). Процес се проводи под тлаком од 5–10 МПа користећи оксидне катализаторе (ЗнО + Цр ₂ О ₃ , ЦуО + ЗнО + Ал ₂ О ₃ и друге) у температурном распону од 250–400 ° Ц, чиме се добијају монохидрични алкохоли. Реакциона формула је ЦО + 2Х2 → ЦХ3ОХ.

Осамдесетих година прошлог века, приликом проучавања механизма овог процеса, утврђено је да метанол не настаје из угљен моноксида, већ из угљен-диоксида који настаје интеракцијом угљен-моноксида са траговима воде.

Синтеза индустријског етанола

Уобичајени начин производње за синтезу техничког етанола је хидратација етилена. Формула монохидратног алкохола етанола ће добити следећи облик:

ЦХ2 = ЦХ2 + Х20 → ЦХ3-ЦХ2ОХ.

Процес се изводи под притиском од 6-7 МПа у гасној фази, пролазећи етилен и водену пару преко катализатора. Катализатор је фосфор или сумпорна киселина наноси се на силика гел.

Храна и медицина етил алкохол добијају ензиматску хидролизу шећера садржаних у грожђу, бобицама, житарицама, кромпиру, након чега слиједи ферментација настале глукозе. Ферментација шећерних супстанци узрокованих квасцем, који припадају групи ензима. За овај процес најповољнија температура је 25-30 ° Ц. У индустријским предузећима користи се етанол, који се добива ферментацијом дрвета и целулозе и производње угљених хидрата насталих током хидролизе дрвета.

Физичка својства монохидричних алкохола

У молекулима алкохола постоје атоми водоника повезани са електронегативним елементом - кисеоником, скоро без електрона. Међумолекуларне водикове везе формирају се између ових атома водоника и атома кисеоника који имају усамљене електронске парове.

Водонична веза је због специфичних карактеристика атома водоника:

• Када се везни електрони привуку на више електронегативни атом, језгро атома водоника постаје "голо", а протон је незаштићен од других електрона. Када је било који други атом јонизован, електронска љуска која штити нуклеус и даље остаје.
• Атом водоника има малу величину у поређењу са другим атомима, због чега је у стању да довољно дубоко продре у електронску љуску суседног негативно поларизованог атома, без да буде повезан са њом ковалентном везом.

Водонична веза је око 10 пута слабија од уобичајене ковалентне везе. Енергија водоничне везе је у распону од 4-60 кЈ / мол, а за молекуле алкохола 25 кЈ / мол. Она се разликује од обичних с-веза у дужој дужини (0.166 нм) у поређењу са дужином ОХ везе (0.107 нм).

Хемијска својства

Хемијске реакције монохидричних алкохола одређују се присуством хидроксилних група у њиховим молекулима, које су функционалне. Атом кисеоника је у сп3 хибридном стању. Валентни угао је близу тетраедарске. Две сп3-хибридне орбитале формирају везе са другим атомима, а друге две орбите су усамљени парови електрона. Сходно томе, парцијални негативни набој је концентрисан на атом кисеоника, а парцијални позитивни набоји на атоме водоника и угљеника.

ЦО и ЦХ везе су ковалентни поларни (други је поларнији). Хетеролитичко цепање ОХ везе да би се формирао Х + изазива кисела својства монохидроксих алкохола. Атом угљеника са делимичним позитивним набојем може бити предмет напада нуклеофилног реагенса.

Ацид пропертиес

Алкохоли су веома слабе киселине, слабије од воде, али јаче од ацетилена. Не изазивају промену боје индикатора. Оксидација монохидроксих алкохола се дешава у интеракцији са активним металима (алкалним и земно алкалним) са ослобађањем водоника и формирањем алкохолата:

2РОХ + 2На → 2РОНа + Х _2.

Алкални метали алкалних метала - супстанце са ионска веза између кисеоника и натријума, у раствору монохидричног алкохола, дисоцирају се да би формирали алкозидне јоне:

ЦХ ₃ ОНа → ЦХ ₃ О ^- + На ⁺ (метоксидни јон).

Формирање алкохолата се такође може извести реакцијом алкохола са натријум амидом:

Ц2Х5ОХ + НаНХ2 → Ц2Х5ОНа + НХ3.

Да ли етанол реагује са алкалијама? Практично не. Вода је јача киселина од етил алкохола, тако да се овде успоставља равнотежа. Са повећањем дужине угљоводоничног радикала у молекулу алкохола, киселинска својства се смањују. Такође ограничење монохидричних алкохола карактерише смањење киселости у серији: примарни → секундарни → терцијарни.

Реакција нуклеофилне супституције

У алкохолима, ЦО веза је поларизована, парцијални позитивни набој је концентрисан на атому угљеника. Као резултат, атом угљеника је нападнут нуклеофилним честицама. У процесу разбијања ЦО везе, други нуклеофил замењује хидроксилну групу.

Једна од тих реакција је интеракција алкохола са водоникхалогенидима или њиховим концентрованим растворима. Једначина реакције:

Ц2Х5ОХ + ХБр → Ц2Х5Бр + Х20.

Да би се олакшало уклањање хидроксилне групе, концентрована сумпорна киселина се користи као катализатор. Протонира атом кисеоника, активирајући тако монохидрични молекул алкохола.

Примарни алкохоли, као примарни халогеноалкани, улазе у реакције размене користећи СН ₂ механизам. Секундарни монохидрични алкохоли, као секундарни халогеноалкани, реагују са халогеноводоничним киселинама. Услови интеракције алкохола подлежу природи реагујућих компоненти. Реактивност алкохола подлеже следећим законима:

Р3 ЦОХ → Р2ЦХОХ → РЦХ2ОХ.

Оксидација

У благим условима (неутрални или алкални раствори калијум перманганата, хромне мешавине на температури од 40-50 ° Ц), примарни алкохоли се оксидују у алдехиде, када се загревају на вишу температуру - у киселине. Секундарни алкохоли пролазе процес оксидације до кетона. Терцијарно се оксидише у присуству киселине у веома тешким условима (на пример хромна мешавина на температури од 180 ° Ц). Реакција оксидације терцијарних алкохола пролази кроз дехидратацију алкохола уз формирање алкена и оксидацију потоњег разбијањем двоструке везе.