Формула винного, или этилового, спирта (этанола) С2Н5ОН, несомненно, знакома многим даже совершенно далёким от химии людям. Это соединение, которое образуется при ферментативном брожении крахмала, глюкозы и фруктозы, в быту называют просто спиртом.
Получение вина путём сбраживания виноградного сока было освоено людьми уже несколько тысячелетий назад. Однако чистый спирт, содержащий лишь незначительное количество воды, выделили при перегонке вина только в XIII в. В Средние века стали известны многие свойства винного спирта, например горючесть (одно из его латинских названий — aqua ardens, что в переводе означает «огненная вода») и способность извлекать из листьев, плодов и кореньев содержащиеся в них биологически активные вещества и красители (полученные растворы в быту называют настойками). Алхимик Арнальдо из Вилановы упоминает спирт в числе медикаментов и противоядий.
Слово «спирт» происходит от древнего латинского названия этого вещества — spiritus vini («дух вина»). Этот термин до сих пор используется в медицине при записи рецептов. В XVI в. в западноевропейских языках, а в XVIII в. и в русском у винного спирта появилось название — алкоголь (араб. «ал-кугул»).
Безводный (абсолютный) этиловый спирт был впервые получен лишь в 1796 г. российским химиком Товием Егоровичем Ловицем и немецким ученым Иеремией Вениамином Рихтером. Для этой цели они применяли вещества, связывающие воду, например оксид кальция (негашёную известь). Абсолютный спирт легко поглощает влагу воздуха, поэтому его хранят в плотно закрытых сосудах.
Спирты (алкоголи) – это производные углеводородов, содержащие в молекуле одну или несколько гидроксильных групп – ОН у насыщенных атомов углерода.
Общая формула спиртов: R(OH)m, m≥1, где R – УВ радикал; m – число функциональных гидроксильных групп – ОН, которое определяет атомность спирта.
Классификация спиртов по строению УВ радикала:
Классификация спиртов по атомности:
Предельные одноатомные спирты (алканолы)
Общая формула: CnH2n+1OH, n≥1
Гомологический ряд
Изомерия и номенклатура
Первые два члена гомологического ряда – СН3ОН и С2Н5ОН – не имеют изомеров, относящихся к классу спиртов. Для остальных алканолов возможны 2 типа изомерии (в пределах своего класса):
— изомерия цепи (углеродного скелета);
— изомерия положения функциональной группы – ОН.
Спирты изомерны другому классу соединений – простым эфирам (R-O-R):
Электронное строение
Атомы углерода в алканолах находятся в состоянии sp3 -гибридизации. Молекулы алканолов представляют собой диполи. Они содержат полярные связи С—Н, С—О, О—Н. Дипольные моменты связей С → О и О ←Н направлены в сторону атома кислорода, поэтому атом «О» имеет частичный отрицательный заряд δ—, а атомы «С» и «Н» — частичные положительные заряды δ+. Полярность связи О—Н больше полярности связи С—О вследствие большей разности электроотрицательностей кислорода и водорода. Однако полярность и этой связи недостаточна для диссоциации ее с образованием ионов Н+. Поэтому спирты являются неэлектролитами.
Физические свойства
Полярность связи О—Н и наличие неподеленных пар электронов на атоме кислорода определяют физические свойства спиртов.
Температуры кипения спиртов больше температуры кипения соответствующих алканов с тем же числом атомов углерода. Это объясняется ассоциацией молекул спиртов вследствие образования межмолекулярных водородных связей.
Водородная связь — это особый вид связи, которая осуществляется при участии атома водорода гидроксильной или аминогруппы одной молекулы и атомами с большой электроотрицательностъю (О, N, F, Сl) другой молекулы. Чем большим положительным зарядом обладает атом водорода и чем больше способность другого атома отдавать свои неподеленные электронные пары, тем легче образуется водородная связь (ВС) и тем она прочнее.
Все алканолы легче воды, бесцветны, жидкие имеют резкий запах, твердые запаха не имеют. Метанол, этанол и пропанол неограниченно растворяются в воде, с увеличением числа углеродных атомов растворимость алканолов в воде уменьшается, высшие спирты не растворяются в воде.
Химические свойства
Химические свойства алканолов определяются особенностями их электронного строения: наличием в их молекулах полярных связей О-Н, С-О, С-Н. Для алканолов характерны реакции, которые идут с расщеплением этих связей: реакции замещения, отщепления, окисления.
I.Реакции замещения
1. Замещение атома водорода гидроксильной группы вследствие разрыва связи О-Н.
а) Взаимодействие с активными металлами с образованием алкоголятов металлов:
2C2H5O[H + 2Na → 2C2H5ONa + H2↑
Эти реакции протекают только в безводной среде; в присутствии воды алкоголяты полностью гидролизуются:
C2H5ONa + H2O → C2H5OH + NaOH
б) Взаимодействие с органическими и неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров (реакции этерификации):
2. Замещение гидроксильной группы вследствие разрыва связи С-О.
а) Взаимодействие с галогеноводородами с образованием галогеналканов:
Следует отметить, что спирты можно превратить в галогенпроизводные действием и других реагентов, например хлоридов фосфора:
R – OH + PCl5 → R – Cl + POCl3 + HCl
б) Взаимодействие с аммиаком с образованием аминов.
Реакции идут при пропускании смеси паров спирта с аммиаком при 300oС над оксидом алюминия:
При избытке спирта алкильными радикалами могут замещаться 2 или 3 атома водорода в молекуле NН3:
II. Реакции отщепления
1.Дегидратация, т.е. отщепление воды
Дегидратация спиртов может быть двух типов: межмолектлярная и внутримолекулярная.
а) Межмолекулярная дегидратация спиртов с образованием простых эфиров R—O—R’. Эти реакции могут протекать с участием одного спирта или смеси двух и более спиртов:
б) Внутримолекулярная дегидратация спиртов с образованием алкенов. Протекает при более высокой температуре. В отличие от межмолекулярной дегидратации в процессе этих реакций происходит отщепление молекулы воды от одной молекулы спирта:
Первый член гомологического ряда алканолов – метанол СН3ОН – не вступает в реакции внутримолекулярной дегидратации.
Дегидратация вторичных и третичных спиртов происходит по правилу Зайцева:
2.Дегидрирование (разрыв связей О – Н и С – Н)
а) При дегидрировании первичных спиртов образуются альдегиды:
В организме человека этот процесс происходит под действием фермента (алкогольдегидрогеназы).
б) При дегидрировании вторичных спиртов образуются кетоны:
в) Третичные спирты не дегидрируются.
III. Реакции окисления
1.Горение (полное окисление)
Спирты горят на воздухе с выделением большого количества тепла:
С2Н5ОН + 3О2 → 2СО2 + 3Н2О
2.Неполное окисление под действием окислителей: кислорода воздуха в присутствии катализаторов (например, Cu), перманганата калия, дихромата калия и др.
Реакции неполного окисления спиртов по своим результатам аналогичны реакциям дегидрирования:
Способы получения алканолов
1.Гидратация алкенов
H2C=CH2 + H2O → CH3 – CH2OH
Кроме прямой гидратации этилена, существует также сернокислотная гидратация, протекающая в две стадии:
— на первой стадии этилен поглощается серной кислотой:
Н2С=СН2 + Н2SO4 → CH3 – CH2 – OSO3H,
— на второй стадии этилсерная кислота гидролизуется с образованием этилового спирта и серной кислоты:
CH3 – CH2 – OSO3H + H2O → CH3 – CH2 – OH + H2SO4
При гидратации гомологов этилена в соответствии с правилом Марковникова образуются вторичные или третичные спирты:
2.Гидролиз галогеналканов
При действии водного раствора NaOH атом галогена в галогеналкане замещается группой —ОН:
C2H5Cl + NaOH → C2H5OH + NaCl
Обратите внимание, что при действии спиртового раствора щелочи на галогеналканы происходит отщепление галогеноводорода и образование алкена (см. способы получения алкенов).
3. Гидрирование альдегидов и кетонов
Как уже было отмечено выше, дегидрирование спиртов по своей химической сущности является окислением. Обратная реакция — гидрирование альдегидов и кетонов — является, таким образом, их восстановлением.
В присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd, Со) альдегиды восстанавливаются до первичных спиртов, а кетоны — до вторичных спиртов:
4.Специфические методы получения метанола и этанола
СО + 2Н2 → СН3ОН
Этанол образуется при брожении (ферментации) углеводов – глюкозы или крахмала:
С6Н12О6 → 2С2Н5ОН + 2СО2
Предельные многоатомные спирты
Свойства многоатомных спиртов рассмотрим на примере простейшего трехатомного спирта – глицерина, или пропантриола-1,2,3:
Физические свойства
Глицерин – вязкая, бесцветная, сладковатая на вкус нетоксичная жидкость с tокип.=230оС. Смешивается с водой во всех отношениях.
Химические свойства
I. Замещение атомов водорода гидроксильных групп
1.Как и одноатомные спирты, многоатомные спирты взаимодействуют со щелочными металлами; при этом могут образовываться моно-, ди- и тризамещенные продукты:
2.Наличие нескольких ОН-групп в молекулах многоатомных спиртов обусловливает увеличение подвижности и способности к замещению гидроксильных атомов водорода по сравнению с одноатомными спиртами. Поэтому, в отличие от алканолов, многоатомные спирты взаимодействуют с гидроксидами тяжелых металлов (например, с гидроксидом меди (II) Cu(OH)2. Продуктами этих реакций являются внутрикомплексные («хелатные») соединения, в молекулах которых атом тяжелого металла образует как обычные ковалентные связи Ме←О за счет замещения атомов водорода ОН-групп, так и донорно-акцепторные связи Ме ←О за счет неподеленных электронных пар атомов кислорода других ОН-групп:
Нерастворимый в воде Cu(OH)2 голубого цвета растворяется в глицерине с образованием ярко-синего раствора глицерата меди (II). Эта реакция является качественной реакцией на все многоатомные спирты.
3.Многоатомные спирты, как и одноатомные, взаимодействуют с органическими и неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров:
II. Замещение гидроксильных групп
Наиболее известными реакциями этого типа является взаимодействие многоатомных спиртов с галогеноводородами. Например, при взаимодействии глицерина с хлороводородом ОН-группы последовательно замещаются атомами хлора:
Способы получения глицерина
1.Гидролиз жиров – основной способ получения глицерина:
2. Синтез из пропилена
В последнее время глицерин получают из пропилена. Существует несколько вариантов этого синтеза. По одному из них пропилен хлорируют при to = 440—500оС, полученный аллилхлорид гидролизуют раствором NaOH. На полученный в результате гидролиза аллиловый спирт действуют пероксидом водорода Н2О2, который в присутствии катализатора присоединяется к спирту по двойной связи с образованием глицерина. Весь процесс можно представить схемой:
Применение важнейших спиртов
В медицине С2Н5ОН применяется как дезинфицирующее средство и средство для компрессов, используется для приготовления экстрактов и настоек, как растворитель для многих лекарственных препаратов.
Скачать:
Скачать бесплатно реферат на тему: «Спирты» Спирты.docx (234 Загрузки)
Скачать бесплатно реферат на тему: «Синтез этилового спирта» Синтез-этилового-спирта.docx (204 Загрузки)
Скачать бесплатно реферат на тему: «Синтез метанола из оксида углерода и водорода» Синтез-метанола-из-оксида-углерода-и-водорода.docx (213 Загрузок)
Скачать рефераты по другим темам можно здесь