Химические свойства и характеристики спиртов
Определение и классификация спиртов. Номенклатура спиртов и составляющие их систематических названий. Характеристика физических свойств спиртов. Химические свойства спиртов, их превращения, реакции, активность. Технология получения и применение спиртов.
| Рубрика | Химия |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.02.2009 |
| Размер файла | 153,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
13
Реферат
Химические свойства и характеристики спиртов
Содержание
- 1. Понятие, классификация и номенклатура спиртов 3
- 1.1. Понятие и классификация спиртов 3
- 1.2. Номенклатура спиртов 5
- 2. Физические и химические свойства спиртов 7
- 2.1. Физические свойства спиртов 7
- 2.2. Химические свойства спиртов 7
- 3. Получение спиртов 12
- 4. Применение спиртов 13
- Список литературы 15
1. Понятие, классификация и номенклатура спиртов
1.1 Понятие и классификация спиртов
СПИРТЫ (алкоголи) - класс органических соединений, содержащих одну или несколько группировок С-ОН, при этом гидроксильная группа ОН связана с алифатическим атомом углерода (соединения, у которых атом углерода в группировке С-ОН входит в состав ароматического ядра, называются фенолами). Классификация спиртов разнообразна и зависит от того, какой признак строения взят за основу.
1. В зависимости от количества гидроксильных групп в молекуле спирты делят на:
а) одноатомные (содержат одну гидроксильную ОН-группу), например, метанол СН3ОН, этанол С2Н5ОН, пропанол С3Н7ОН
б) многоатомные (две и более гидроксильных групп), например, этиленгликоль
HO-СH2-CH2-OH, глицерин HO-СH2-СН(ОН)-CH2-OH, пентаэритрит С(СН2ОН)4.
Соединения, в которых у одного атома углерода есть две гидроксильных группы, в большинстве случаев нестабильны и легко превращаются в альдегиды, отщепляя при этом воду: RCH(OH)2 ® RCH=O + H2O
Спирты, содержащие три группы ОН у одного атома углерода , не существуют.
2. По типу атома углерода, с которым связана группа ОН, спирты делят на:
а) первичные, у которых ОН-группа связана с первичным атомом углерода. Первичным называют атом углерода (выделен красным цветом), связанный всего с одним углеродным атомом. Примеры первичных спиртов - этанол СH3-CH2-OH, пропанол СH3-CH2-CH2-OH.
б) вторичные, у которых ОН-группа связана с вторичным атомом углерода. Вторичный атом углерода (выделен синим цветом) связан одновременно с двумя атомами углерода, например, вторичный пропанол, вторичный бутанол (рис. 1).
Рис. 1. Строение вторичных спиртов
в) третичные, у которых ОН-группа связана с третичным атомом углерода. Третичный углеродный атом (выделен зеленым цветом) связан одновременно с тремя соседними атомами углерода, например, третичный бутанол и пентанол (рис. 2).
Рис. 2. Строение третичных спиртов
В соответствии с типом углеродного атома присоединенную к нему спиртовую группу также называют первичной, вторичной или третичной.
У многоатомных спиртов, содержащих две или более ОН-групп, могут присутствовать одновременно как первичные, так и вторичные НО-группы, например, в глицерине или ксилите (рис. 3).
Рис. 3. Сочетание в структуре многоатомных спиртов первичных и вторичных ОН-групп
3. По строению органических групп, связанных ОН-группой, спирты подразделяют на предельные (метанол, этанол, пропанол), непредельные, например, аллиловый спирт СН2=СН-СН2-ОН, ароматические (например, бензиловый спирт С6Н5СН2ОН), содержащие в составе группы R ароматическую группу.
Непредельные спирты, у которых ОН-группа «примыкает» к двойной связи, т.е. связана с атомом углерода, участвующим одновременно в образовании двойной связи (например, виниловый спирт СН2=СН-ОН), крайне нестабильны и сразу же изомеризуются (см. ИЗОМЕРИЗАЦИЯ) в альдегиды или кетоны:
CH2=CH-OH ® CH3-CH=O
1.2 Номенклатура спиртов
Для распространенных спиртов, имеющих простое строение, используют упрощенную номенклатуру: название органической группы преобразуют в прилагательное (с помощью суффикса и окончания «овый») и добавляют слово «спирт»:
|
СН3ОН |
метиловый спирт |
|
|
С2Н5ОН |
этиловый спирт |
|
|
(Н3С)2СНОН |
изопропиловый спирт |
|
|
С4Н9ОН |
бутиловый спирт |
|
Предельные у.в. (алкены) |
Непредельные у.в. (алкены) |
|
|
Метан СН4 |
С2Н4 этилен -этан |
|
|
Этан С2Н6 |
С3Н6 пропилен - пропан - газы |
|
|
Пропан С4Н8 |
С4Н8 бутилен - бутен |
|
|
Бутан С4 Н10 |
С5Н10 амилен - аментен |
|
|
Пентан С5 Н12 |
С6Н12 гинтен - гекиен |
|
|
Гексан С6Н16 |
С7Н гетилен (и) |
|
|
Октан С8Н18 |
||
|
Нонан С9 Н20 |
||
|
Декан С10Н22 |
В том случае, когда строение органической группы более сложное, используют общие для всей органической химии правила. Названия, составленные по таким правилам, называют систематическими. В соответствии с этими правилами, углеводородную цепь нумеруют с того конца, к которому ближе расположена ОН-группа. Далее используют эту нумерацию, чтобы указать положение различных заместителей вдоль основной цепи, в конце названия добавляют суффикс «ол» и цифру, указывающую положение ОН-группы (рис. 4):
Рис. 4. Систематические названия спиртов
Функциональные (ОН) и замещающие (СН3) группы, а также соответствующие им цифровые индексы выделены различающимися цветами.
Систематические названия простейших спиртов составляют по тем же правилам: метанол, этанол, бутанол. Для некоторых спиртов сохранились тривиальные (упрощенные) названия, сложившиеся исторически: пропаргиловый спирт НСєС-СН2-ОН, глицерин HO-СH2-СН(ОН)-CH2-OH, пентаэритрит С(СН2ОН)4, фенетиловый спирт С6Н5-CH2-CH2-OH.
2. Физические и химические свойства спиртов
2.1 Физические свойства спиртов
Спирты растворимы в большинстве органических растворителей, первые три простейших представителя - метанол, этанол и пропанол, а также третичный бутанол (Н3С)3СОН - смешиваются с водой в любых соотношениях. При увеличении количества атомов С в органической группе начинает сказываться гидрофобный (водоотталкивающий) эффект, растворимость в воде становится ограниченной, а при R, содержащем свыше 9 атомов углерода, практически исчезает.
Благодаря наличию ОН-групп между молекулами спиртов возникают водородные связи.
Рис. 5. Водородные связи в спиртах (показаны пунктиром)
В результате у всех спиртов более высокая температура кипения, чем у соответствующих углеводородов, например, Т. кип. этанола +78° С, а Т. кип. этана -88,63° С; Т. кип. бутанола и бутана соответственно +117,4° С и -0,5° С.
2.2 Химические свойства спиртов
Спирты отличаются разнообразными превращениями. Реакции спиртов имеют некоторые общие закономерности: реакционная способность первичных одноатомных спиртов выше, чем вторичных, в свою очередь, вторичные спирты химически более активны, чем третичные. Для двухатомных спиртов, в том случае, когда ОН-группы находятся у соседних атомов углерода, наблюдается повышенная (в сравнении с одноатомными спиртами) реакционная способность из-за взаимного влияния этих групп. Для спиртов возможны реакции, проходящие с разрывом как С-О, так и О-Н - связей.
1). Реакции, протекающие по связи О-Н.
При взаимодействии с активными металлами (Na, K, Mg, Al) спирты проявляют свойства слабых кислот и образуют соли, называемые алкоголятами или алкоксидами:
2CH3OH + 2Na ® 2CH3OK + H2
Алкоголяты химически не стабильны и при действии воды гидролизуются с образованием спирта и гидроксида металла:
C2H5OК + H2O ® C2H5OH + КOH
Эта реакция показывает, что спирты в сравнении с водой представляют собой более слабые кислоты (сильная кислота вытесняет слабую), кроме того, при взаимодействии с растворами щелочей спирты не образуют алкоголяты. Тем не менее, в многоатомных спиртах (в том случае, когда ОН-группы присоединены к соседним атомам С) кислотность спиртовых групп намного выше, и они могут образовывать алкоголяты не только при взаимодействии с металлами, но и со щелочами:
HO-CH2-CH2-OH + 2NaOH ® NaO-CH2-CH2-ONa + 2H2O
Когда в многоатомных спиртах НО-группы присоединены к не соседствующим атомам С, свойства спиртов близки к одноатомным, поскольку взаимовлияние НО-групп не проявляется.
При взаимодействии с минеральными или органическими кислотами спирты образуют сложные эфиры - соединения, содержащие фрагмент R-O-A (А - остаток кислоты). Образование сложных эфиров происходит и при взаимодействии спиртов с ангидридами и хлорангидридами карбоновых кислот (рис. 6).
1. Горение с выделением тепла:
С2Н5ОН+ 3О2 2С2+3Н2О +а
2. Взаимодействие с активными металлами:
2С2Н5ОН+ Na 2С2Н5О Na +Н2 - алкоголяты
3. Взаимодействие с водородами.
СН5 - 13
Се СН3-Се+Н2О
Н2SO4 - хлорметан
4. При повышении температуры в присутствии водоотчищающих веществ не предельные у.в.
С2Н5ОН t>1400C C2H4+H2O - этилен
Н2SO4
Реакция, в которой проходит отщепление воды, называется реакцией детратации.
5. Взаимодействие друг с другом с образованием простых эфиров.
СН3 -О - СН3 - диметиловвый эфир
Взаимодействует с кислотами, образуют сложные эфиры.
Рис. 6. Образование сложных эфиров из спиртов
При действии окислителей (К2Cr2O7, KMnO4) первичные спирты образуют альдегиды, а вторичные - кетоны (рис.7)
Рис. 7. Образование альдегидов и кетонов при окислении спиртов
Восстановление спиртов приводит к образованию углеводородов, содержащих то же количество атомов С, что молекула исходного спирта (рис.8).
Рис. 8. Восстановление бутанола
2) Реакции, протекающие по связи С-О
В присутствии катализаторов или сильных минеральных кислот происходит дегидратация спиртов (отщепление воды), при этом реакция может идти в двух направлениях:
а) межмолекулярная дегидратация с участием двух молекул спирта, при этом связи С-О у одной из молекул разрываются, в результате образуются простые эфиры - соединения, содержащие фрагмент R-О-R (рис. 9А).
б) при внутримолекулярной дегидратации образуются алкены - углеводороды с двойной связью. Часто оба процесса - образование простого эфира и алкена - протекают параллельно (рис. 9Б).
В случае вторичных спиртов при образовании алкена возможны два направления реакции, преимущественное направление то, при котором в процессе конденсации отщепляется водород от наименее гидрогенизированного атома углерода (отмечен цифрой 3), т.е. окруженного меньшим количеством атомов водорода (в сравнении с атомом 1).
3. Получение спиртов
Некоторые из показанных выше реакций (рис. 6,9,10) обратимы и при изменении условий могут протекать в противоположном направлении, приводя к получению спиртов, например при гидролизе сложных эфиров и галогенуглеводородов, а также гидратацией алкенов - присоединением воды.
Реакция гидролиза алкенов лежит в основе промышленного производства низших спиртов, содержащих до 4 атомов С.
Этанол образуется и при так называемом спиртовом брожении сахаров, например, глюкозы С6Н12О6. Процесс протекает в присутствии дрожжевых грибков и приводит к образованию этанола и СО2:
С6Н12О6 ® 2С2Н5ОН + 2СО2
Брожением можно получить не более чем 15%-ный водный раствор спирта, поскольку при более высокой концентрации спирта дрожжевые грибки погибают. Растворы спирта более высокой концентрации получают перегонкой.
Метанол получают в промышленности восстановлением монооксида углерода при 400° С под давлением 20-30 МПа в присутствии катализатора, состоящего из оксидов меди, хрома, и алюминия:
СО + 2 Н2 ® Н3СОН
Если вместо гидролиза алкенов проводить окисление, то образуются двухатомные спирты (рис.9)
Рис.9. Получение двухатомных спиртов
4. Применение спиртов
Способность спиртов участвовать в разнообразных химических реакциях позволяет их использовать для получения всевозможных органических соединений: альдегидов, кетонов, карбоновых кислот простых и сложных эфиров, применяемых в качестве органических растворителей, при производстве полимеров, красителей и лекарственных препаратов.
Метанол СН3ОН используют как растворитель, а также в производстве формальдегида, применяемого для получения фенолформальдегидных смол, в последнее время метанол рассматривают как перспективное моторное топливо. Большие объемы метанола используют при добыче и транспорте природного газа. Метанол - наиболее токсичное соединение среди всех спиртов, смертельная доза при приеме внутрь - 100 мл.
Этанол С2Н5ОН - исходное соединение для получения ацетальдегида, уксусной кислоты, а также для производства сложных эфиров карбоновых кислот, используемых в качестве растворителей. Кроме того, этанол - основной компонент всех спиртных напитков, его широко применяют и в медицине как дезинфицирующее средство.
Бутанол используют как растворитель жиров и смол, кроме того, он служит сырьем для получения душистых веществ (бутилацетата, бутилсалицилата и др.). В шампунях он используется как компонент, повышающий прозрачность растворов.
Бензиловый спирт С6Н5-CH2-OH в свободном состоянии (и в виде сложных эфиров) содержится в эфирных маслах жасмина и гиацинта. Он обладает антисептическими (обеззараживающими) свойствами, в косметике он используется как консервант кремов, лосьонов, зубных эликсиров, а в парфюмерии - как душистое вещество.
Фенетиловый спирт С6Н5-CH2-CH2-OH обладает запахом розы, содержится в розовом масле, его используют в парфюмерии.
Этиленгликоль HOCH2-CH2OH используют в производстве пластмасс и как антифриз (добавка, снижающая температуру замерзания водных растворов), кроме того, при изготовлении текстильных и типографских красок. Диэтиленгликоль HOCH2-CH2OCH2-CH2OH используют для заполнения тормозных гидравлических приспособлений, а также в текстильной промышленности при отделке и крашении тканей.
Глицерин HOCH2-CH(OH)-CH2OH применяют для получения полиэфирных глифталевых смол, кроме того, он является компонентом многих косметических препаратов. Нитроглицерин (рис. 6) - основной компонент динамита, применяемого в горном деле и железнодорожном строительстве в качестве взрывчатого вещества.
Пентаэритрит (HOCH2)4С применяют для получения полиэфиров (пентафталевые смолы), в качестве отвердителя синтетических смол, как пластификатор поливинилхлорида, а также в производстве взрывчатого вещества тетранитропентаэритрита.
Многоатомные спирты ксилит НОСН2-(СНОH)3-CН2ОН и сорбит neНОСН2- (СНОН)4-СН2OН имеют сладкий вкус, их используют вместо сахара в производстве кондитерских изделий для больных диабетом и людей страдающих от ожирения. Сорбит содержится в ягодах рябины и вишни.
Коньяк, вина и ликеры. Эти напитки употребляют для улучшения вкуса и аромата кремов, желе и сиропов, промочки бисквитных тортов и пирожных, производстве мучных и кондитерских изделий. Применяют главным образом коньяки или крепкие спиртовые виноградные вина. Содержат 16-20% спирта и от 3 до 10% сахара. К ним относятся портвейн, мадера, херес. В меньшей степени используют ликерочные десертные вина: мускат, тогай, кагор, вермут. Вина должны быть не скисшими и иметь свойственные им аромат и вкус. Спирт этиловый (ректификат). Спирт вырабатывают из зерна картофеля, сахарной свеклы, используется он при приготовлении некоторых полуфабрикатов: ванильной пудры, кофейной вытяжки и др., а также эссенций.
Список литературы
1. Азимов А. Краткая история химии. СПб, Амфора, 2002
2. Некрасов Б. В., Основы общей химии, 3 изд., [т.] 1, М., 1973
3. Некрасов Б. В., Основы общей химии, т. 1, М., 1965
4. Реми Г., Курс неорганической химии, пер. с нем., т. 1, М., 1963
5. Рысс И. Г., Химия фтора и его неорганических соединений, М., 1956; Фтор и его соединения, пер. с англ., т. 1-2, М., 1953-56
6. Степин Б.Д., Аликберова Л.Ю. Книга по химии для домашнего чтения. М., Химия, 1994
7. Химия и Жизнь (Солтеровская химия). Ч.1. Понятия химии. М.: изд-во РХТУ им. Д.И.Менделеева, 1997
8. Шабаров Ю.С. Органическая химия. Москва, «Химия», 1994
Подобные документы
Электронное строение и физико-химические свойства спиртов. Химические свойства спиртов. Область применения. Пространственное и электронное строение, длины связей и валентные углы. Взаимодействие спиртов с щелочными металлами. Дегидратация спиртов.
курсовая работа [221,6 K], добавлен 02.11.2008Общие черты в строении молекул одноатомных и многоатомных спиртов. Свойства этилового спирта. Действие алкоголя на организм человека. Установление соответствия между исходными веществами и продуктами реакции. Химические свойства многоатомных спиртов.
презентация [378,3 K], добавлен 20.11.2014Реакционные центры в молекуле спиртов. Разновидности механизма превращения спиртов в алкилхлориды взаимодействием их с тионилхлоридом. Превращение спиртов в алкилсульфонаты и их дальнейшие реакции. Механизм дегидратации спиртов по правилам Е1 и Е2.
реферат [173,0 K], добавлен 04.02.2009Типы спиртов в зависимости от строения радикалов, связанных с атомом кислорода. Радикально-функциональная номенклатура спиртов, их структурная изомерия и свойства. Синтез простых эфиров, реакция Вильямсона. Дегидратация спиртов, получение алкенов.
презентация [870,1 K], добавлен 02.08.2015Виды спиртов, их применение, физические свойства (кипение и растворимость в воде). Ассоциаты спиртов и их строение. Способы получения спиртов: гидрогенизация окиси углерода, ферментация, брожение, гидратация алкенов, оксимеркурирование-демеркурирование.
реферат [116,8 K], добавлен 04.02.2009Соединения енолов и фенолов. Происхождение слова алкоголь. Классификация спиртов по числу гидроксильных групп, характеру углеводородного радикала. Их изомерия, химические свойства, способы получения. Примеры применения этилового и метилового спиртов.
презентация [803,3 K], добавлен 27.12.2015Определение спиртов, общая формула, классификация, номенклатура, изомерия, физические свойства. Способы получения спиртов, их химические свойства и применение. Получение этилового спирта путем каталитической гидратации этилена и брожения глюкозы.
презентация [5,3 M], добавлен 16.03.2011Класс органических соединений - спиртов, их распространение в природе, промышленное значение и исключительные химические свойства. Одноатомные и многоатомные спирты. Свойства изомерных спиртов. Получение этилового спирта. Особенности реакций спиртов.
доклад [349,8 K], добавлен 21.06.2012Виды и реакции спиртов. Реакционные центры в молекуле спиртов. Кислотно-основные свойства спиртов, реакции в которых они проявляются. Реакции с участием нуклеофильного центра. О-Ацилирование. Реакция этерификации. О-Алкилирование, алкилирующие агенты.
реферат [127,5 K], добавлен 04.02.2009Основные способы получения спиртов. Гидрогенизация окиси углерода. Ферментация. Синтез спиртов из алкенов. Синтез спиртов из галогеноуглеводородов, из металлоорганических соединений. Восстановление альдегидов, кетонов и эфиров карбоновых кислот.
реферат [150,9 K], добавлен 04.02.2009
