Alcoli monoossidrilici Come ottenere l'alcol monoidrico definitivo
Composti organici contenenti ossigeno, tra cui vari alcoli, sono importanti derivati funzionali degli idrocarburi. Sono monatomici, biatomici e poliatomici. Gli alcoli monoidrossi sono, infatti, derivati idrocarburici, nel componente molecolare del quale esiste un gruppo idrossile (indicato con "-OH") associato a atomi di carbonio saturi.
diffusione
Gli alcoli monoossidrilici sono ampiamente distribuiti in natura. Ad esempio, alcool metilico in piccole quantità contenute nel succo di un numero di piante (ad esempio, hogweed). Alcol etilico, essendo un prodotto fermentazione alcolica composti organici trovati in frutti acidificati e bacche. L'alcol cetilico si trova nell'olio di balena. La cera d'api contiene cerile, alcoli miricilici. Il 2-feniletanolo è stato trovato nei petali delle rose. Alcoli terpenici sotto forma di sostanze fragranti sono rappresentati in molte culture aromatiche.
classificazione
Gli alcoli sono divisi per il numero molecolare di gruppi ossidrile. Prima di tutto su:
- alcoli monoidrici (ad esempio, etanolo);
- biatomica (etandiolo);
- poliatomico (glicerina).
Per la natura del radicale idrocarburico, gli alcoli si dividono in aromatici, alifatici, ciclici. A seconda del tipo di atomo di carbonio che ha un legame con un gruppo ossidrile, gli alcoli sono considerati primari, secondari e terziari. La formula generale di un alcol monoossidrilico applicato agli alcoli monoidrici saturi è espressa come: С n H 2n + 2 O.
nomenclatura
Il nome degli alcoli nella nomenclatura radical-funzionale è formato dal nome associato al gruppo ossidrile del radicale e dalla parola "alcool". Secondo la nomenclatura sistematica di IUPAC, il nome dell'alcol si forma dal corrispondente alcano con l'aggiunta della desinenza "-ol". Ad esempio:
- metanolo - alcol metilico;
- metilpropanolo-1-2 - isobutile (tert-butile);
- etanolo - etile;
- butanolo-1-2 - butile (V-butile);
- propanolo-1-2 - propile (isoprapile).
La numerazione secondo le regole di IUPAC è classificata dalla posizione del gruppo ossidrile, ottiene un numero più piccolo. Ad esempio: pentanediolo-2-4, 4-metilpentanolo-2, ecc.
isomerism
Limitare alcoli monoidrici hanno i seguenti tipi di isomerismo strutturale e spaziale. Ad esempio:
- Scheletro di carbonio
- Eteri isomerici.
- La posizione del gruppo funzionale.
L'isomeria spaziale degli alcoli è rappresentata dall'isomerismo ottico. L'isomerismo ottico è possibile quando un atomo di carbonio asimmetrico è presente nella molecola (contenente quattro diversi sostituenti).
Metodi per la produzione di alcoli monoidrici
Per ottenere il massimo di alcol monoidrico possono essere diversi metodi:
- Idrolisi di alogeni-alcani.
- Idratazione di alcheni
- Recupero di aldeidi e chetoni.
- Sintesi organomagnesio.
L'idrolisi degli alogeni-alcani è uno dei metodi di laboratorio più comuni per la produzione di alcoli. Gli alcoli di trattamento dell'acqua (in alternativa - una soluzione acquosa di alcali) sono primari e secondari:
CH 3 - CH 2 -Br + NaOH → CH 3 - CH 2 - OH + NaBr.
Gli alogenoalcani terziari vengono idrolizzati ancora più facilmente, ma hanno una reazione laterale più facile di eliminazione. Pertanto, gli alcoli terziari ottengono altri metodi.
Gli alcheni sono idratati mediante aggiunta di acqua ad alcheni in presenza di catalizzatori contenenti acido (H 3 PO 4) . Il metodo è alla base della produzione industriale di alcoli come l'etile, l'isopropilico, il terz-butile.
Il gruppo carbonile viene ridotto dall'idrogeno in presenza di un catalizzatore di idrogenazione (Ni o Pt). In questo caso, alcoli secondari sono formati da chetoni e aldeidi sono alcoli monoidrici terminali primari. La formula del processo:
CH 3 - C = O (-H) + H 2 (etanico) → CH 3 - CH 2 - OH (etanolo).
Con l'aggiunta di aldeidi e chetoni agli alogenuri di magnesio alchilico si ottengono composti organici magnesio. La reazione viene condotta in dietil etere secco. La successiva idrolisi di composti di organomagnesio forma alcoli monoossidanti.
Gli alcoli primari sono formati dalla reazione di Grignard solo dalla formaldeide e da qualsiasi alogenuro di alchil magnesio. Altre aldeidi danno alcoli secondari per questa reazione, chetoni - alcoli terziari.
Sintesi industriale del metanolo
I metodi industriali, di regola, sono processi continui con ricircolo multiplo di grandi quantità di reagenti eseguite nella fase gassosa. Alcol industriali importanti sono il metanolo e l'etanolo.
Il metanolo (i suoi volumi di produzione sono i più grandi tra gli alcolici) fino al 1923 sono stati ottenuti dalla distillazione a secco (riscaldamento senza accesso all'aria) del legno. Oggi è generato dal gas di sintesi (una miscela di CO e H 2 ). Il processo viene condotto sotto una pressione di 5-10 MPa usando catalizzatori di ossido (ZnO + Cr 2 O 3 , CuO + ZnO + Al 2 O 3 e altri) nell'intervallo di temperatura di 250-400 ° C, come risultato si ottengono alcoli monovalenti. La formula di reazione è CO + 2H 2 → CH 3 OH.
Negli anni '80, studiando il meccanismo di questo processo, si è scoperto che il metanolo non si forma dal monossido di carbonio, ma dal biossido di carbonio prodotto dall'interazione del monossido di carbonio con tracce di acqua.
Sintesi industriale di etanolo
Un metodo di produzione comune per la sintesi dell'etanolo tecnico è l'idratazione dell'etilene. La formula di alcol etilico monoidrato riceverà la seguente forma:
CH 2 = CH 2 + H 2 O → CH 3 - CH 2 OH.
Il processo viene eseguito sotto una pressione di 6-7 MPa nella fase gassosa, passando etilene e vapore acqueo sul catalizzatore. Il catalizzatore è fosforico o acido solforico applicato al gel di silice.
Cibo e medicina alcool etilico ottenere idrolisi enzimatica degli zuccheri contenuti in uva, bacche, cereali, patate, seguita da fermentazione di glucosio formato. Fermentazione delle sostanze zuccherine causate dal lievito, appartenente al gruppo degli enzimi. Per il processo, la temperatura più favorevole è 25-30 ° C. Nelle imprese industriali viene utilizzato l'etanolo ottenuto dalla fermentazione del legno e dalla produzione di polpa e carta di carboidrati formatisi durante l'idrolisi del legno.
Proprietà fisiche degli alcoli monoidrici
Nelle molecole degli alcoli ci sono atomi di idrogeno associati all'elemento elettronegativo - l'ossigeno, quasi privo di elettroni. I legami idrogeno intermolecolari si formano tra questi atomi di idrogeno e gli atomi di ossigeno che hanno coppie di elettroni solitari.
Il legame idrogeno è dovuto alle caratteristiche specifiche dell'atomo di idrogeno:
- Quando gli elettroni di legame vengono tirati sull'atomo più elettronegativo, il nucleo dell'atomo di idrogeno diventa "nudo" e un protone non è schermato da altri elettroni. Quando qualsiasi altro atomo è ionizzato, rimane il guscio elettronico che protegge il nucleo.
- L'atomo di idrogeno ha una dimensione ridotta rispetto ad altri atomi, in conseguenza del quale è in grado di penetrare abbastanza profondamente nel guscio elettronico di un vicino atomo polarizzato negativamente, senza essere collegato ad esso da un legame covalente.
Il legame idrogeno è circa 10 volte più debole del solito legame covalente. L'energia del legame idrogeno è nell'intervallo di 4-60 kJ / mol, per le molecole di alcol è di 25 kJ / mol. Si differenzia dai comuni legami s in una lunghezza maggiore (0,166 nm) rispetto alla lunghezza del legame OH (0,107 nm).
Proprietà chimiche
Le reazioni chimiche degli alcoli monoossidanti sono determinate dalla presenza di un gruppo idrossile nelle loro molecole, che è funzionale. L'atomo di ossigeno si trova nello stato ibrido sp3. L'angolo di valenza è vicino al tetraedrico. Due orbitali ibridi sp3 vanno a formare legami con altri atomi e gli altri due orbitali sono coppie solitarie di elettroni. Di conseguenza, una carica negativa parziale è concentrata sull'atomo di ossigeno e cariche parziali positive sugli atomi di idrogeno e carbonio.
I legami di CO e CH sono polari covalenti (quest'ultimo è più polare). La scissione eterolitica del legame OH per formare H + causa le proprietà acide degli alcoli monoidrici. Un atomo di carbonio con una carica positiva parziale può essere soggetto ad attacco da parte di un reagente nucleofilo.
Proprietà acide
Gli alcoli sono acidi molto deboli, più deboli dell'acqua, ma più forti dell'acetilene. Non provocano cambiamenti nel colore dell'indicatore. L'ossidazione degli alcoli monoidrici si verifica quando si interagisce con metalli attivi (alcali e alcalino-terrosi) con il rilascio di idrogeno e la formazione di alcolati:
2ROH + 2Na → 2RONa + H 2.
Metalli alcalini di metalli alcalini - sostanze con legame ionico tra l'ossigeno e il sodio, in una soluzione di un alcol monoidrico, si dissociano per formare ioni alcosidici:
CH 3 ONa → CH 3 O - + Na + (ione metossido).
La formazione di alcolati può anche essere effettuata dalla reazione dell'alcool con sodio ammide:
C 2 H 5 OH + NaNH 2 → C 2 H 5 ONa + NH 3 .
L'etanolo reagirà con l'alcali? Praticamente no. L'acqua è un acido più forte dell'alcool etilico, quindi l'equilibrio è stabilito qui. Con un aumento della lunghezza del radicale idrocarburico nella molecola alcolica, le proprietà acide diminuiscono. Limitare anche gli alcoli monoidrici sono caratterizzati da una diminuzione dell'acidità nella serie: primario → secondario → terziario.
Reazione di sostituzione nucleofila
Negli alcoli, il legame di CO è polarizzato, una carica positiva parziale è concentrata sull'atomo di carbonio. Di conseguenza, l'atomo di carbonio viene attaccato da particelle nucleofile. Nel processo di rottura di un legame di CO, un altro nucleofilo sostituisce un gruppo ossidrile.
Una di queste reazioni è l'interazione di alcoli con alogenuri di idrogeno o le loro soluzioni concentrate. Equazione di reazione:
C 2 H 5 OH + HBr → C 2 H 5 Br + H 2 O.
Per facilitare la rimozione del gruppo ossidrile, l'acido solforico concentrato viene usato come catalizzatore. Protone un atomo di ossigeno, attivando così una molecola di alcol monoidrico.
Gli alcoli primari, come gli alogenoalcani primari, entrano nelle reazioni di scambio usando il meccanismo SN 2 . Alcoli monoidrici secondari, come gli alogeni alogeni secondari, reagiscono con acidi idroalici. Le condizioni di interazione degli alcoli sono soggette alla natura dei componenti che reagiscono. La reattività degli alcoli è soggetta alle seguenti leggi:
R 3 COH → R 2 CHOH → RCH 2 OH.
ossidazione
In condizioni blande (soluzioni neutre o alcaline di permanganato di potassio, miscela cromica a una temperatura di 40-50 ° C), gli alcoli primari vengono ossidati ad aldeidi, quando riscaldati ad una temperatura più elevata - agli acidi. Gli alcoli secondari subiscono un processo di ossidazione a chetoni. Terziario ossidato in presenza di acido in condizioni molto difficili (ad esempio, miscela cromica a una temperatura di 180 ° C). La reazione di ossidazione degli alcoli terziari passa attraverso la disidratazione dell'alcool con la formazione di alchene e l'ossidazione di quest'ultimo con rottura del doppio legame.