Отчет по практике: Спирты

Гипероглавление:
Введение
Одноатомные
ОН ОН
ОН ОН ОН
СПИРТЫ
Алициклические
Ароматические
Алифатические
Этанол
Бензиловый
Циклогексанол
Бутанол — 1
Бутанол — 2
Глава I. Свойства спиртов.
1.1. Физические свойства спиртов.
1.2. Химические свойства спиртов.
1.2.1. Взаимодействие спиртов с щелочными металлами.
Алкоголят натрия
1.2.2. Замещение гидроксильной группы спирта галогеном.
1.2.3. Дегидратация спиртов (отщепление воды).
Н ОН
1.2.4. Образование сложных эфиров спиртов .
1.2.5. Дегидрогенизация спиртов и окисление.
Глава 2. Методы получения спиртов.
2.1. Производство этилового спирта.
2.2. Процесс получения метилового спирта.
2.3. Методы получения других спиртов.
Глава 3. Применение спиртов.
Заключение.
Список литературы
--PAGE_BREAK--
Содержание
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.


Трехатомные
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.

Одноатомные
СН2 – СН2
ОН ОН



СН2 – СН – СН2
ОН ОН ОН



С/>/>
Двухатомные
/>/>/>Н3 – ОН


Метанол

Этандиол-1,2

(этиленгликоль)

Пропантриол-1,2,3

(глицерин)

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].

СПИРТЫ


/>/>/>/>/>


    продолжение
--PAGE_BREAK--Алициклические Ароматические





ОН />/>


Алифатические
СН3СН2ОН
Этанол



СН2ОН
/>/>


Бензиловый
спирт



Циклогексанол
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:




СН3
/>



СН3
43 21321

СБутанол — 1
2 Метилпропанол – 1 или изобутиловый спирт
Н3 – 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:

12 34

/>1

С    продолжение
--PAGE_BREAK--Бутанол — 2
2 Метилпропанол – 2
Н3 – 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 формула

т. пл., С

т. кип., С

Одноатомные










Метанол (метиловый)

СН3ОН

-97

64,5

Этанол (этиловый)

СН3СН2ОН

-115

78

Пропанол-1

СН3СН2СН2ОН

-127

97

Пропанол-2

СН3СН(ОН)СН3

-86

82,5

Бутанол-1

СН3(СН2)2СН2ОН

-80

118

2-Метилпропанол-1

(СН3)2СНСН2ОН

-108

108

Бутанол-2

СН3СН(ОН)СН2СН3

-114

99,5

Двухатомные










Этандиол-1,2 (этиленгликоль)

НОСН2СН2ОН

-17

199

Трехатомные










Пропантриол-1,2,3 (глицерин)

НОСН2СН(ОН)СН2ОН

20

290

Э/>то 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].
    продолжение
--PAGE_BREAK--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):

2/>R – OH + 2Na 2R – ONa + H2

Спирт Алкоголят натрия


Названия алкоголятов производят от названий соответствующих спиртов, например,


2/>С2Н5ОН + 2Na 2С2Н5– ONa + H2


Этиловый спирт

Этилат натрия

Этиловый спирт



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.
    продолжение
--PAGE_BREAK--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/>/>
Галоген-

производное
– OH + HCl RCl +HOH

Спирт


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:

/>/>
Этилен
СН2 – СН2 />СН2= СН2 + Н2О или

    продолжение
--PAGE_BREAK--Н ОН
Al2O3



С/>Н3-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
Спирт

Простой эфир
– OH + HO – R />R – O – R + H2O


Н2SO4

2/>С2Н5ОН 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,

С/>RO


HO


2Н5ОН+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.


300

250

Cu

Cu
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

C/>/>HOH + O C=O + H2O
    продолжение
--PAGE_BREAK--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:

С/>/>/>
О

Н2О
Н2 = 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.