Dom · Napomenu · Primarni monohidrični alkoholi. Monohidrični alkoholi. Kako dobiti zasićeni monohidroksilni alkohol

Primarni monohidrični alkoholi. Monohidrični alkoholi. Kako dobiti zasićeni monohidroksilni alkohol

To su derivati ​​ugljikovodika u kojima je jedan atom vodika zamijenjen hidroksi grupom. Opšta formula alkohola je CnH 2 n +1 OH.

Klasifikacija monohidričnih alkohola.

U zavisnosti od pozicije na kojoj se nalazi HE-grupa, razlikovati:

Primarni alkoholi:

Sekundarni alkoholi:

tercijarni alkoholi:

.

Izomerizam monohidričnih alkohola.

Za monohidroksilnih alkohola karakterizira izomerizam ugljičnog skeleta i izomerizam položaja hidroksi grupe.

Fizička svojstva monohidričnih alkohola.

Reakcija je po Markovnikovom pravilu, tako da se iz primarnih alkena može dobiti samo pesnički alkohol.

2. Hidroliza alkil halogenida pod uticajem vodenih rastvora alkalija:

Ako je zagrijavanje slabo, dolazi do intramolekularne dehidracije, što rezultira stvaranjem etera:

B) Alkoholi mogu da reaguju sa halogenovodonicima, pri čemu tercijarni alkoholi reaguju veoma brzo, dok primarni i sekundarni alkoholi reaguju sporo:

Upotreba monohidričnih alkohola.

Alkoholi koristi se prvenstveno u industrijskoj organskoj sintezi, u prehrambenoj industriji, medicini i farmaciji.

DEFINICIJA

Zasićeni monohidrični alkoholi mogu se smatrati derivatima ugljikovodika metanskog niza, u čijim je molekulima jedan atom vodika zamijenjen hidroksilnom grupom.

Dakle, zasićeni monohidrični alkoholi se sastoje od ugljikovodičnih radikala i -OH funkcionalne grupe. U nazivima alkohola, hidroksilna grupa je označena sufiksom -ol.

Opća formula zasićenih monohidričnih alkohola je C n H 2 n +1 OH ili R-OH ili C n H 2 n +2 O. Molekularna formula alkohola ne odražava strukturu molekule, jer dvije potpuno različite supstance može odgovarati istoj bruto formuli, na primjer, molekulska formula C 2 H 5 OH je zajednička i za etil alkohol i za aceton (dimetil keton):

CH 3 -CH 2 -OH (etanol);

CH 3 -O-CH 3 (aceton).

Baš kao i ugljovodonici iz serije metana, zasićeni monohidrični alkoholi formiraju homologni niz metanola.

Sastavimo ovu seriju homologa i razmotrimo obrasce promjena fizičkih svojstava spojeva ove serije u zavisnosti od povećanja ugljikovodičnih radikala (Tablica 1).

Homologni niz (nepotpun) zasićenih monohidričnih alkohola

Tabela 1. Homologne serije (nepotpune) zasićenih monohidroksilnih alkohola.

Zasićeni monohidrični alkoholi su lakši od vode jer je njihova gustina manja od jedinice. Niži alkoholi se miješaju s vodom u svim aspektima; kako se ugljikovodični radikal povećava, ta sposobnost se smanjuje. Većina alkohola je visoko rastvorljiva u organskim rastvaračima. Alkoholi imaju višu tačku ključanja i topljenja od odgovarajućih ugljikovodika ili halogenih derivata, što je posljedica mogućnosti njihovog stvaranja međumolekularnih veza.

Najvažniji predstavnici zasićenih monohidričnih alkohola su metanol (CH 3 OH) i etanol (C 2 H 5 OH).

Primjeri rješavanja problema

PRIMJER 1

Vježbajte U prirodnim biserima maseni odnos kalcijuma, ugljenika i kiseonika je 10:3:12. Koja je najjednostavnija formula za bisere?
Rješenje Da bismo saznali u kakvim se odnosima nalaze hemijski elementi u molekuli, potrebno je pronaći njihovu količinu supstance. Poznato je da za pronalaženje količine supstance treba koristiti formulu:

Nađimo molarne mase kalcijuma, ugljika i kisika (vrijednosti relativnih atomskih masa uzetih iz Periodnog sistema D.I. Mendeljejeva zaokružit ćemo na cijele brojeve). Poznato je da je M = Mr, što znači M(Ca) = 40 g/mol, Ar(C) = 12 g/mol, a M(O) = 32 g/mol.

Tada je količina supstance ovih elemenata jednaka:

n (Ca) = m (Ca) / M (Ca);

n (Ca) = 10 / 40 = 0,25 mol.

n(C) = m(C)/M(C);

n(C) = 3/12 = 0,25 mol.

n(O) = m(O)/M(O);

n(O) = 12/16 = 0,75 mol.

Nađimo molarni omjer:

n(Ca) :n(C):n(O) = 0,25: 0,25: 0,75= 1: 1: 3,

one. Formula bisernog spoja je CaCO 3.
Odgovori CaCO3

PRIMJER 2

Vježbajte Dušikov oksid sadrži 63,2% kiseonika. Koja je formula oksida
Rješenje Maseni udio elementa X u molekuli sastava NX izračunava se pomoću sljedeće formule:

ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%.

Izračunajmo maseni udio dušika u oksidu:

ω(N) = 100% - ω(O) = 100% - 63,2% = 36,8%.

Označimo broj molova elemenata uključenih u jedinjenje sa "x" (azot) i "y" (kiseonik). Tada će molarni omjer izgledati ovako (vrijednosti relativnih atomskih masa preuzete iz periodnog sistema D.I. Mendeljejeva su zaokružene na cijele brojeve):

x:y = ω(N)/Ar(N) : ω(O)/Ar(O);

x:y= 36,8/14: 63,2/16;

x:y= 2,6: 3,95 = 1: 2.

To znači da će formula za spoj dušika i kisika biti NO2. Ovo je dušikov oksid (IV).
Odgovori NE 2

Organska jedinjenja koja sadrže kiseonik, od kojih su jedan različiti alkoholi, važni su funkcionalni derivati ​​ugljovodonika. Oni su jednoatomni, dvoatomni i poliatomski. Monohidrični alkoholi su u suštini derivati ​​ugljovodonika, čiji je molekularni sastojak jedna hidroksilna grupa (označena "-OH") vezana za zasićene atome ugljenika.

Širenje

Monohidrični alkoholi su prilično rasprostranjeni u prirodi. Tako se metilni alkohol nalazi u malim količinama u soku brojnih biljaka (na primjer, svinja). Etilni alkohol, kao proizvod alkoholne fermentacije organskih jedinjenja, nalazi se u zakiseljenom voću i bobicama. Cetil alkohol se nalazi u kitovom ulju. Pčelinji vosak uključuje ceril i miricil alkohole. 2-feniletanol je pronađen u laticama ruže. Terpenski alkoholi u obliku aromatičnih supstanci zastupljeni su u mnogim aromatičnim kulturama.

Klasifikacija

Alkoholi se klasifikuju prema molekularnom broju hidroksilnih grupa. Prije svega na:

  • monohidratni alkoholi (na primjer, etanol);
  • dijatomski (etandiol);
  • polihidrični (glicerol).

Na osnovu prirode ugljikovodičnih radikala, alkoholi se dijele na aromatične, alifatske i ciklične. Ovisno o vrsti atoma ugljika koji je vezan za hidroksilnu grupu, alkoholi se smatraju primarnim, sekundarnim i tercijalnim. Opšta formula monohidričnog alkohola, primijenjena na zasićene monohidrične alkohole, izražava se vrijednošću: C n H 2n + 2 O.

Nomenklatura

Naziv alkohola prema radikalno-funkcionalnoj nomenklaturi nastao je od naziva povezanog s hidroksilnom grupom radikala i riječi “alkohol”. Prema IUPAC sistematskoj nomenklaturi, naziv alkohola izveden je od odgovarajućeg alkana sa dodatkom završetka “-ol”. Na primjer:

  • metanol - metil alkohol;
  • metilpropanol-1-2 - izobutil (terc-butil);
  • etanol - etil;
  • butanol-1-2 - butil (sec-butil);
  • propanol-1-2 - propil (izopropil).

Numeracija prema IUPAC pravilima klasificira se prema položaju hidroksilne grupe, dobiva niži broj. Na primjer: pentandiol-2-4, 4-metilpentanol-2, itd.

Izomerizam

Zasićeni monohidrični alkoholi imaju sljedeće tipove strukturne i prostorne izomerije. Na primjer:

  • Karbonski skelet.
  • Izomerno prema eterima.
  • Odredbe funkcionalne grupe.

Prostorna izomerija alkohola predstavljena je optičkom izomerijom. Optička izomerija je moguća kada postoji asimetrični atom ugljika u molekuli (koji sadrži četiri različita supstituenta).

Metode za proizvodnju monohidričnih alkohola

Zasićeni monohidratni alkohol može se dobiti na nekoliko metoda:

  • Hidroliza haloalkana.
  • Hidratacija alkena.
  • Redukcija aldehida i ketona.
  • Sinteza organomagnezijuma.

Hidroliza haloalkana je jedna od uobičajenih laboratorijskih metoda za proizvodnju alkohola. Tretiranjem vodom (alternativno - vodenim rastvorom alkalija) dobijaju se primarni i sekundarni alkoholi:

CH 3 - CH 2 -Br + NaOH → CH 3 - CH 2 - OH + NaBr.

Tercijarni haloalkani se još lakše hidroliziraju, ali se u njima lakše odvija reakcija sporedne eliminacije. Stoga se tercijarni alkoholi dobijaju drugim metodama.

Hidratacija alkena se vrši dodavanjem vode alkenima u prisustvu katalizatora koji sadrže kiseline (H 3 PO 4). Metoda je u osnovi industrijske proizvodnje alkohola kao što su etil, izopropil i terc-butil.

Redukcija karbonilne grupe se vrši vodonikom u prisustvu katalizatora hidrogenacije (Ni ili Pt). U ovom slučaju, sekundarni alkoholi nastaju iz ketona, a primarni zasićeni monohidrični alkoholi nastaju iz aldehida. Formula procesa:

CH 3 - C = O (-H) + H 2 (etanal) → CH 3 - CH 2 - OH (etanol).

Dodavanjem alkilmagnezijum halida aldehidima i ketonima dobijaju se organomagnezijum jedinjenja. Reakcija se izvodi u suhom dietil eteru. Naknadnom hidrolizom organomagnezijumovih jedinjenja nastaju monohidrični alkoholi.

Primarni alkoholi nastaju Grignardovom reakcijom samo iz formaldehida i svih alkilmagnezijum halida. Drugi aldehidi ovom reakcijom daju sekundarne alkohole, a ketoni tercijarne alkohole.

Industrijska sinteza metanola

Industrijske metode su, po pravilu, kontinuirani procesi sa ponovljenim recikliranjem velikih masa reagujućih supstanci, koji se odvijaju u gasnoj fazi. Industrijski važni alkoholi su metanol i etanol.

Metanol (njegove količine proizvodnje su najveće među alkoholima) do 1923. godine dobijan je suhom destilacijom (grijanje bez pristupa zraka) drveta. Danas se proizvodi iz sintetskog gasa (mješavina CO i H2). Proces se izvodi pod pritiskom od 5-10 MPa upotrebom oksidnih katalizatora (ZnO + Cr 2 O 3, CuO + ZnO + Al 2 O 3 i drugi) u temperaturnom opsegu 250-400˚C, kao rezultat zasićenih monohidrijskih dobijaju se alkoholi. Reakciona formula: CO + 2H 2 → CH 3 OH.

80-ih godina, proučavajući mehanizam ovog procesa, otkriveno je da metanol nastaje ne iz ugljičnog monoksida, već iz ugljičnog dioksida koji nastaje interakcijom ugljičnog monoksida s tragovima vode.

Industrijska sinteza etanola

Uobičajena proizvodna metoda za sintezu tehničkog etanola je hidratacija etilena. Formula monohidričnog alkohola etanola bit će sljedeća:

CH 2 = CH 2 + H 2 O → CH 3 - CH 2 OH.

Proces se izvodi pod pritiskom od 6-7 MPa u gasnoj fazi, propuštanjem etilena i vodene pare preko katalizatora. Katalizator je fosforna ili sumporna kiselina nanesena na silika gel.

Prehrambeni i medicinski etil alkohol proizvodi se enzimskom hidrolizom šećera sadržanih u grožđu, bobičastom voću, žitaricama, krompiru, nakon čega slijedi fermentacija nastale glukoze. Fermentaciju slatkih materija izazivaju gljivice kvasca koje pripadaju grupi enzima. Najpovoljnija temperatura za proces je 25-30˚C. Industrijska preduzeća koriste etanol dobijen fermentacijom ugljenih hidrata nastalih tokom hidrolize drveta i otpada iz proizvodnje celuloze i papira.

Fizička svojstva monohidričnih alkohola

U molekulama alkohola postoje atomi vodika povezani s elektronegativnim elementom - kisikom, praktički bez elektrona. Između ovih atoma vodika i atoma kisika koji imaju usamljene parove elektrona nastaju intermolekularne vodikove veze.

Vodikova veza nastaje zbog specifičnih karakteristika atoma vodika:

  • Kada se vezni elektroni povuku prema elektronegativnijem atomu, jezgro atoma vodika je "golo" i formira se proton, nezaštićen drugim elektronima. Kada je bilo koji drugi atom joniziran, i dalje ostaje elektronska ljuska koja štiti jezgro.
  • Atom vodika je male veličine u usporedbi s drugim atomima, zbog čega je u stanju prodrijeti prilično duboko u elektronsku ljusku susjednog negativno polariziranog atoma bez povezivanja s njim kovalentnom vezom.

Vodikova veza je oko 10 puta slabija od obične kovalentne veze. Energija vodonične veze je u rasponu od 4-60 kJ/mol, a za molekule alkohola 25 kJ/mol. Od običnih s-veza se razlikuje po većoj dužini (0,166 nm) u odnosu na dužinu O-H veze (0,107 nm).

Hemijska svojstva

Hemijske reakcije monohidričnih alkohola određene su prisustvom hidroksilne grupe u njihovim molekulima, koja je funkcionalna. Atom kiseonika je u sp3 hibridnom stanju. Ugao veze je blizu tetraedarskog. Dvije sp3-hibridne orbitale formiraju veze s drugim atomima, a druge dvije orbitale sadrže usamljene parove elektrona. U skladu s tim, djelomični negativni naboj je koncentrisan na atom kisika, a djelomični pozitivni naboj koncentriran je na atome vodika i ugljika.

C-O i C-H veze su kovalentno polarne (posljednja je polarnija). Heterolitičko cijepanje O-H veze sa stvaranjem H+ određuje kisela svojstva monohidričnih alkohola. Ugljikov atom s djelomičnim pozitivnim nabojem može biti napadnut nukleofilnim reagensom.

Svojstva kiselina

Alkoholi su vrlo slabe kiseline, slabije od vode, ali jače od acetilena. Ne uzrokuju promjenu boje indikatora. Oksidacija monohidričnih alkohola nastaje kada oni stupaju u interakciju s aktivnim metalima (zemnoalkalijskim i zemnoalkalnim) oslobađanjem vodika i stvaranjem alkoholata:

2ROH + 2Na → 2RONa + H 2.

Alkoholati alkalnih metala su tvari s ionskom vezom između kisika i natrijuma; u otopini monohidričnog alkohola disociraju u alkoksidne ione:

CH 3 ONa → CH 3 O - + Na + (jon metoksida).

Formiranje alkoholata može se izvesti i reakcijom alkohola sa natrijum amidom:

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

Hoće li etanol reagirati sa alkalijom? Skoro nikad. Voda je jača kiselina od etil alkohola, tako da je ovdje uspostavljena ravnoteža. Kako se dužina ugljikovodičnih radikala u molekuli alkohola povećava, kisela svojstva se smanjuju. Takođe, zasićene monohidrične alkohole karakteriše smanjenje kiselosti u nizu: primarni → sekundarni → tercijarni.

Reakcija nukleofilne supstitucije

U alkoholima, C-O veza je polarizirana, s djelomičnim pozitivnim nabojem koncentrisanim na atomu ugljika. Kao posljedica toga, atom ugljika je napadnut od strane nukleofilnih čestica. U procesu raskida C-O veze, hidroksilna grupa se zamjenjuje drugim nukleofilom.

Jedna od ovih reakcija je interakcija alkohola sa halogenovodonicima ili njihovim koncentriranim rastvorima. Jednačina reakcije:

C 2 H 5 OH + HBr → C 2 H 5 Br + H 2 O.

Da bi se olakšalo uklanjanje hidroksilne grupe, kao katalizator se koristi koncentrirana sumporna kiselina. On protonira atom kiseonika, čime se aktivira monohidrični molekul alkohola.

Primarni alkoholi, poput primarnih haloalkana, ulaze u reakcije razmjene prema SN 2 mehanizmu. Sekundarni monohidrični alkoholi, poput sekundarnih halogeniranih alkana, reagiraju s halogenovodončnim kiselinama. Uslovi za interakciju alkohola zavise od prirode reagujućih komponenti. Reaktivnost alkohola slijedi sljedeći obrazac:

R 3 COH → R 2 CHOH → RCH 2 OH.

Oksidacija

U blagim uslovima (neutralni ili alkalni rastvori kalijum permanganata, mešavina hroma na temperaturi od 40-50°C), primarni alkoholi se oksiduju u aldehide, a kada se zagreju na višu temperaturu u kiseline. Sekundarni alkoholi prolaze kroz proces oksidacije u ketone. Tercijarna jedinjenja se oksidiraju u prisustvu kiseline u veoma teškim uslovima (na primer, sa mešavinom hroma na temperaturi od 180°C). Reakcija oksidacije tercijarnih alkohola odvija se kroz dehidraciju alkohola sa stvaranjem alkena i oksidaciju potonjeg s cijepanjem dvostruke veze.

Derivati ​​ugljovodonika sa jednim ili više atoma vodika u molekulu zamenjenim -OH grupom (hidroksilna grupa ili hidroksi grupa) su alkoholi. Hemijska svojstva određuju ugljikovodični radikal i hidroksilna grupa. Alkoholi čine posebnu grupu u kojoj se svaki sljedeći predstavnik razlikuje od prethodnog člana homološkom razlikom koja odgovara =CH2. Sve supstance u ovoj klasi mogu se predstaviti formulom: R-OH. Za monoatomska zasićena jedinjenja, opšta hemijska formula je CnH2n+1OH. Prema međunarodnoj nomenklaturi, nazivi mogu biti izvedeni od ugljikovodika uz dodatak završetka -ol (metanol, etanol, propanol i tako dalje).

Ovo je veoma raznolika i široka klasa hemijskih jedinjenja. U zavisnosti od broja -OH grupa u molekulu, deli se na jedno-, dvo-, troatomna i tako dalje - poliatomska jedinjenja. Hemijska svojstva alkohola također zavise od sadržaja hidroksi grupa u molekulu. Ove supstance su neutralne i ne disociraju na ione u vodi, kao što su jake kiseline ili jake baze. Međutim, oni mogu slabo pokazivati ​​i kisela (smanjuju se s povećanjem molekularne mase i grananjem lanca ugljikovodika u nizu alkohola) i bazična (rastući s povećanjem molekularne mase i grananjem molekula) svojstva.

Hemijska svojstva alkohola zavise od vrste i prostornog rasporeda atoma: molekuli imaju lančanu izomeriju i pozicijsku izomeriju. U zavisnosti od maksimalnog broja jednostrukih veza atoma ugljika (vezanih za hidroksi grupu) sa drugim atomima ugljika (sa 1, 2 ili 3), razlikuju se primarni (normalni), sekundarni ili tercijarni alkoholi. Primarni alkoholi imaju hidroksilnu grupu vezanu za primarni atom ugljika. U sekundarnom i tercijarnom - na sekundarno i tercijarno, respektivno. Počevši od propanola, pojavljuju se izomeri koji se razlikuju po položaju hidroksilne grupe: propil alkohol C3H7-OH i izopropil alkohol CH3-(CHOH)-CH3.

Potrebno je navesti nekoliko glavnih reakcija koje karakterišu hemijska svojstva alkohola:

  1. Pri reakciji sa ili njihovim hidroksidima (reakcija deprotonacije) nastaju alkoholati (atom vodika je zamijenjen atomom metala), ovisno o ugljovodoničnom radikalu, dobijaju se metilati, etilati, propilati i tako dalje, na primjer, natrijev propoksid: 2CH3CH2OH + 2Na → 2CH3CH2ONa + H2.
  2. U interakciji s koncentriranim halogenovodončnim kiselinama nastaju HBr + CH3CH2OH ↔ CH3CH2Br + H2O. Ova reakcija je reverzibilna. Kao rezultat, dolazi do nukleofilne supstitucije hidroksilne grupe sa halogenim jonom.
  3. Alkoholi se mogu oksidirati u ugljični dioksid, aldehide ili ketone. Alkoholi sagorevaju u prisustvu kiseonika: 3O2 + C2H5OH →2CO2 + 3H2O. Pod uticajem jakog oksidacionog sredstva (hromna kiselina i dr.) primarni alkoholi se pretvaraju u aldehide: C2H5OH → CH3COH + H2O, a sekundarni alkoholi se pretvaraju u ketone: CH3—(CHOH)—CH3 → CH3—(CHO) —CH3 + H2O.
  4. Reakcija dehidracije nastaje kada se zagrije u prisustvu tvari koje uklanjaju vodu (sumporna kiselina, itd.). Kao rezultat, nastaju alkeni: C2H5OH → CH2=CH2 + H2O.
  5. Reakcija esterifikacije se takođe dešava kada se zagreva u prisustvu jedinjenja koja oduzimaju vodu, ali, za razliku od prethodne reakcije, na nižoj temperaturi i sa formiranjem 2C2H5OH → C2H5-O-C2H5O. Sa sumpornom kiselinom reakcija se odvija u dva stupnja. Prvo se formira estar sumporne kiseline: C2H5OH + H2SO4 → C2H5O—SO2OH + H2O, zatim kada se zagrije na 140 °C i u višku alkohola nastaje dietil (često se naziva sumporni) etar: C2H5OH + C2H5O—SO2OH → C2H5 —O—C2H5O + H2SO4 .

Hemijska svojstva polihidričnih alkohola, analogno njihovim fizičkim svojstvima, zavise od vrste ugljikovodičnih radikala koji formiraju molekulu i, naravno, broja hidroksilnih grupa u njemu. Na primjer, etilen glikol CH3OH-CH3OH (tačka ključanja 197 °C), koji je 2-atomski alkohol, je bezbojna tekućina (ima slatkast okus), koja se miješa sa H2O, kao i nižim alkoholima u bilo kojem omjeru. Etilen glikol, kao i njegovi viši homolozi, ulazi u sve reakcije karakteristične za monohidrične alkohole. Glicerol CH2OH—CHOH—CH2OH (tačka ključanja 290 °C) je najjednostavniji predstavnik 3-hidroksi alkohola. Ovo je gusta tečnost slatkog ukusa koja se sa njom ne može mešati u bilo kojoj proporciji. Rastvara se u alkoholu. Glicerol i njegove homologe također karakteriziraju sve reakcije monohidričnih alkohola.

Hemijska svojstva alkohola određuju područja njihove upotrebe. Koriste se kao gorivo (bioetanol ili biobutanol i drugi), kao rastvarači u raznim industrijama; kao sirovina za proizvodnju tenzida i deterdženata; za sintezu polimernih materijala. Neki predstavnici ove klase organskih spojeva naširoko se koriste kao maziva ili hidraulične tekućine, kao i za proizvodnju lijekova i biološki aktivnih supstanci.