Властивості спиртів

Фізичні властивості. Нижчі гомологи спиртів за звичайних умов являють собою рідини, вищі – тверді речовини. Температури кипіння спиртів аномально великі, порівнюючи з температурами кипіння інших сполук з подібною будовою і близькою молекулярною масою. Ненормально великі температури кипіння спиртів обумовлюються молекулярною асоціацією. Причиною молекулярної асоціації є утворення нових зв’язків між молекулами спиртів:

.

Нормальні спирти порівняно з ізомерними мають вищу температуру кипіння. На температуру кипіння спиртів впливає також положення гідроксильної групи. Наприклад, з ізомерних спиртів первинні киплять при більш високій температурі ніж вторинні, а вторинні – при більш високій, ніж третинні. Питома маса всіх спиртів менша одиниці. Нижчі спирти легко розчиняються у воді. Метанол, етанол і пропанол змішуються з водою в довільних співвідношеннях. Із зростанням молекулярної маси розчинність їх швидко зменшується, вищі спирти практично нерозчинні в воді.

Розчинність первинних і вторинних спиртів у воді менша розчинності третинних спиртів з тією ж кількістю атомів Карбону у молекулі. Нижчі спирти мають характерний алкогольний запах; середні члени ряду мають неприємний запах – вищі спирти запаху не мають.

Хімічні властивості. Характерні реакції спиртів визначаються наявністю в молекулі гідроксильної групи –ОН, яка й обумовлює їх значну реакційну здатність. Оскільки атом Оксигену цієї групи більш електронегативний, ніж атоми Карбону і Гідрогену, то електронна густина зміщується від них до цього атома, зв’язки С – О і О – Н поляризуються:

.

Тому, в хімічних реакціях, спирти можуть віддавати протон і виявляти, таким чином, кислотні властивості. Крім того, на атомі Оксигену гідроксильної групи є вільні пари електронів. За рахунок цих електронів (у реакціях виявляє активність тільки одна електронна пара) спирти можуть також приєднувати протон до атома Оксигену ОН-групи і виявляти при цьому основні властивості. Для спиртів існують реакції, які відбуваються як з участю атома Гідрогену гідроксильної групи (кислотні властивості), так із участю всієї гідроксильної групи (основні властивості). Отже, спирти мають амфотерні властивості. Але як кислотні, так основні властивості в них виражені дуже слабо. Тому розчини спиртів у воді нейтральні і не змінюють забарвлення індикаторів.

1. Реакції з лужними металами. При дії лужних металів на спирти атом Гідрогену гідроксильної групи заміщується атомом металу і утворюються алкоголяти:

.

Спирти можуть взаємодіяти з лужноземельними металами, але менш енергійно. Відомі також алкоголяти алюмінію та інших металів.

Алкоголяти (особливо алкоголяти лужних металів) в органічній хімії мають широке застосування як конденсуючі і алкілуючі засоби, а також для введення груп сnн₂n+₁О в інші молекули.

2. Реакція з галогеноводневими кислотами. Спирти взаємодіють з галогеноводневими кислотами, утворюючи галогеналкіли.

3. Реакція з галогенідами фосфору. При взаємодії з галогенідами фосфору спирти утворюють галогеналкіли.

4. Добування простих ефірів. При дії на спирти водовіднімаючих засобів утворюються прості ефіри:

.

5. Добування складних ефірів. При дії на спирти органічних кислот утворюються складні ефіри:

.

Реакція утворення складного ефіру шляхом взаємодії кислоти зі спиртом називається реакцією етерифікації.

6. Утворення складних ефірів мінеральних кислот. Спирти взаємодіють з мінеральними кислотами, утворюючи складні ефіри мінеральних кислот.

А) Ефіри сульфатної кислоти. При взаємодії первинних спиртів з концентрованою сульфатною кислотою спочатку утворюється кислий ефір сульфатної кислоти і відповідного спирту – алкілсульфатна кислота:

.

Б) Ефіри нітратної кислоти. При взаємодії спиртів з нітратною кислотою в присутності концентрованої сульфатної кислоти утворюються складні ефіри – алкілнітрати:

З ефірів нітратної кислоти найбільше значення мають нітрогліцерин і нітроклітковина.

В) Ефіри нітритної кислоти. Складні ефіри нітритної кислоти – алкілнітрити добувають дією на спирти нітритного ангідриду або нітритної кислоти в момент виділення останньої у вільному стані:

, .

З ефірів нітритної кислоти найбільше значення мають етилнітрит і амілнітрит, які застосовуються в медицині при лікуванні астми та грудної жаби.

7. Дегідратація. Спирти можуть відщеплювати елементи води і перетворюватись в алкени.

8. Окислення спиртів. Спирти по-різному реагують на дію окислювачів. Первинні спирти при цьому легко окислюються в альдегіди:

.

Вторинні спирти при дії окислювачів переходять у кетони:

.

Третинні спирти більш стійкі до окислювачів. При енергійному окисленні третинних спиртів вони розщеплюються з утворенням суміші карбонових кислот, які містять меншу кількість атомів карбону, ніж вихідний спирт. Таким чином, за продуктами окислення спирту можна визначити яким він був: первинним, вторинним або третинним.

9. Дегідрування спиртів. При пропусканні пари первинних або вторинних спиртів над розжареним залізом, цинком та іншими металами відбувається дегідрування спирту і утворюються альдегіди або кетони, наприклад:

,

.

Окремі представники. Метиловий спирт (метанол, карбінол, деревний спирт) СН₃ОН до 1924 p. Добувався майже виключно з підсмольної води в результаті сухої перегонки деревини. Сучасним методом виробництва метилового спирту є каталітичний синтез його з карбон монооксиду й гідрогену при температурі 300 – 400°С під тиском 100 – 1000 ат. У присутності каталізаторів – суміші оксиду хрому з оксидом цинку або міді, активованої оксидами хрому, цинку і ванадію. Сировиною служить водяний газ, збагачений гідрогеном.

Метиловий спирт – безбарвна рухома рідина, змішується з водою і багатьма органічними розчинниками, запахом нагадує етиловий спирт. Горить блідувато синім полум’ям. Метиловий спирт є сильною отрутою. Прийом його в середину викликає спочатку оп’яніння, потім сліпоту і смерть (50 мл).

Велика кількість метилового спирту використовується для добування мурашиного альдегіду. Він застосовується при виготовленні фармацевтичних препаратів. Крім того, метиловий спирт використовується як розчинник у виробництві лаків і політур. Додають до рідкого палива для підвищення його октанового числа і денатурування винного спирту.

Етиловий спирт, або винний спирт, або етанол, C₂H₅OH утворюється при бродінні вуглеводів. Бродіння являє собою. Процес глибокого розкладу органічних речовин, переважно цукрів, який відбувається під впливом живих клітин, або виділених з них ферментів. У залежності від виду мікроорганізмів і умов середовища можливе бродіння різних типів: спиртове, маслянокисле, бутанолово-ацетонове та ін. Особливого роду мікроорганізми, які називаються дріжджовими грибками, викликають спиртове бродіння вуглеводів, які розпадаються з виділенням етилового спирту і вугільного ангідриду.

Етиловий спирт – безбарвна легкорухома горюча рідина, пекуча на смак. Легко розчиняється у воді, причому при змішуванні спирту з водою відбувається помітне підвищення температури і зменшення об’єму розчину.

Застосовується етиловий спирт у різних галузях народного господарства. Велика кількість його йде на добування синтетичного каучуку за методом С.В. Лебедєва, а також у хімічній і фармацевтичній промисловості для виготовлення оцтової кислоти, різних ефірів, барвників і ліків. Часто використовується як розчинник. З етилового спирту виготовляють спиртові напої.

Пропілові спирти. Пропанол-1. СН₃СН₂СН₂ОН у невеликій кількості знаходиться в сивушному маслі. Це – прозора безбарвна рідина, яка змішується в усіх відношеннях з водою, спиртом, ефіром. Добувається при перегонці сивушного масла і при синтезі спиртів з оксиду карбону й гідрогену.

Ізопропіловий спирт, або пропанол-2 – безбарвна рідина, що змішується в усіх відношеннях з водою і багатьма органічними розчинниками.

У техніці ізопропіловий спирт добувають головним чином гідратацією пропілену, який міститься в газах крекінга нафти. Останнім часом його добувають також термічним окисленням пропану при 300 – 350°С і тиску 30 – 35 ат.

Більша частина ізопропілового спирту застосовується для добування ацетону і складних ефірів. Крім того, він використовується як розчинник у лакофарбовій та інших галузях промисловості.

Бутилові спирти. Відомі чотири ізомерні бутилові спирти: первинний бутиловий спирт (бутанол-1) СН₃СН₂СН₂СН₂ОН; вторинний бутиловий спирт (бутанол-2) СН₃СН₂СНОНСН₃; ізобутиловий спирт (2-метилпропанол-1) (СН₃)₂СН–СН₂ОН; триметилкарбінол (2-метилпропанол-2) (СН₃)₃СОН.

Первинний бутиловий спирт – безбарвна рідина зі слабким запахом сивушного масла. У промисловості бутанол-1 добувають різними способами.

1. Ферментативним бродінням крохмалю, глюкози й інших речовин, що містять вуглеводні.

2. Оксосинтезом з пропілену в присутності каталізаторів – карбонілів кобальту, нікелю й ін. При 130 – 180°С і тиску 150 – 200 ат.

3. Як побічний продукт при виробництві 1,3-бутадієну з етилового спирту за методом С.В. Лебедєва.

Бутанол-1 використовується як розчинник у лакофарбовій промисловості та пластичних мас і як напівпродукт для синтезу складних ефірів (дибутилфталату, бутилксантату), що застосовуються як пластифікатори.

Вторинний бутиловий спирт – безбарвна рідина, добувається гідратацією бутену-1 і бутену-2. Вторинний бутиловий спирт застосовується як розчинник і як напівпродукт для синтезу бутанону-2, вторинного бутилацетату і деяких інших сполук. Ізобутиловий спирт – безбарвна рідина, добувається в промисловості двома основними способами.

1. З суміші оксиду карбону й гідрогену в присутності каталізаторів металів VIII групи при тиску 300 – 700 ат;

2. Методом оксосинтезу – безпосереднім приєднанням оксиду карбону і гідрогену до пропілену. Реакцію провадять у паровій фазі.

Ізобутиловий спирт застосовується для добування фруктових есенцій, деяких фармацевтичних препаратів, як розчинник.

Вищі спирти. В останні роки важливого народногосподарського значення набули вищі спирти (сnн₂n+₁ОН) з кількістю карбонових атомів у молекулі від 10 до 20. Ці спирти можуть використовуватись як сировина для виробництва високоефективних миючих засобів, піногасителів, композицій для просочування тканини, речовин для флотації пластифікаторів, присадок до мастил і ін.

Вищі спирти до останнього часу не знаходили широкого застосування через свою малодоступність їх добували з спермацету кашалота або складним багатостадійним методом: одержували вищі жирні кислоти, які відновлювали до спиртів.

Зараз розроблено новий спосіб добування вищих спиртів з кількістю карбонових атомів у молекулі від С₁₁ до С₁₇ прямим окисленням алканів. Цей метод відрізняється простотою й економічністю, забезпечує високий вихід спиртів, що досягає 60 – 70% від вихідної сировини.

Дата добавления: 2014-11-09