Alkoholid(või alkanoolid) on orgaanilised ained, mille molekulid sisaldavad ühte või mitut hüdroksüülrühma (-OH rühma), mis on seotud süsivesinikradikaaliga.
Alkoholide klassifikatsioon
Vastavalt hüdroksüülrühmade arvule(aatomiga) alkoholid jagunevad:
Monatoomiline, Näiteks: 
Diatoomiline(glükoolid), näiteks:
Kolmeaatomiline, Näiteks: 
Vastavalt süsivesinikradikaali olemusele Vabanevad järgmised alkoholid:
Piirang mis sisaldavad molekulis ainult küllastunud süsivesinikradikaale, näiteks: 
Piiramatu mis sisaldavad molekulis mitut (kaksik- ja kolmiksidet) süsinikuaatomite vahel, näiteks:
Aromaatne st alkoholid, mis sisaldavad molekulis benseenitsüklit ja hüdroksüülrühma, mis on omavahel seotud mitte otse, vaid süsinikuaatomite kaudu, näiteks:
Molekulis hüdroksüülrühmi sisaldavad orgaanilised ained, mis on otseselt seotud benseenitsükli süsinikuaatomiga, erinevad keemiliste omaduste poolest oluliselt alkoholidest ja klassifitseeritakse seetõttu iseseisvaks orgaaniliste ühendite klassiks - fenoolid.
Näiteks:
Samuti leidub molekulis rohkem kui kolme hüdroksüülrühma sisaldavaid mitmehüdroksüülseid (polühüdrilisi alkohole). Näiteks kõige lihtsam heksahüdroalkohol heksaool (sorbitool)
Alkoholide nomenklatuur ja isomeeria
Alkoholide nimetuste moodustamisel lisatakse alkoholile vastava süsivesiniku nimele (üldine) järelliide. ol.
Sufiksi järel olevad numbrid näitavad hüdroksüülrühma asukohta peaahelas ja eesliiteid di-, tri-, tetra- jne - nende number:
Peaahela süsinikuaatomite nummerdamisel on hüdroksüülrühma positsioon ülimuslik mitme sideme positsiooni suhtes:
Alates homoloogse seeria kolmandast liikmest on alkoholidel funktsionaalrühma (propanool-1 ja propanool-2) positsiooni isomeeria ning neljandast süsinikskeleti (butanool-1, 2-metüülpropanool-1) isomeeria. ). Neid iseloomustab ka klassidevaheline isomeeria - alkoholid on eetrite suhtes isomeersed:
Anname alkoholile nime, mille valem on toodud allpool:
Nimeta ehitustellimus:
1. Süsinikuahel on nummerdatud –OH rühmale lähimast otsast.
2. Peaahel sisaldab 7 C aatomit, mis tähendab, et vastav süsivesinik on heptaan.
3. –OH rühmade arv on 2, eesliide on "di".
4. Hüdroksüülrühmad asuvad 2 ja 3 süsinikuaatomi juures, n = 2 ja 4.
Alkoholi nimetus: heptaandiool-2,4
Alkoholide füüsikalised omadused
Alkoholid võivad moodustada vesiniksidemeid nii alkoholimolekulide kui ka alkoholi ja vee molekulide vahel. Vesiniksidemed tekivad ühe alkoholimolekuli osaliselt positiivselt laetud vesinikuaatomi ja teise molekuli osaliselt negatiivselt laetud hapnikuaatomi interaktsioonil. Tänu molekulidevahelistele vesiniksidemetele on alkoholidel nende molekulmassi kohta ebanormaalselt kõrge keemistemperatuur. propaan suhtelise molekulmassiga 44 normaaltingimustes on gaas ja lihtsaim alkoholidest metanool, mille suhteline molekulmass on 32, tavatingimustes on see vedelik.
1 kuni 11 süsinikuaatomit sisaldavate küllastunud ühehüdroksüülsete alkoholide seeria alumised ja keskmised liikmed on vedelikud Kõrgemad alkoholid (alates C12H25OH) toatemperatuuril - tahked ained. Madalamad alkoholid on alkoholilõhna ja terava maitsega, vees hästi lahustuvad.Süsinikuradikaali suurenedes alkoholide lahustuvus vees väheneb ja oktanool ei segune enam veega.
Alkoholide keemilised omadused
Orgaaniliste ainete omadused määratakse nende koostise ja struktuuri järgi. Alkoholid kinnitavad üldreeglit. Nende molekulid sisaldavad süsivesinik- ja hüdroksüülrühmi, seega määrab alkoholide keemilised omadused nende rühmade vastastikmõju.
Sellele ühendite klassile iseloomulikud omadused tulenevad hüdroksüülrühma olemasolust.
- Alkoholide koostoime leelis- ja leelismuldmetallidega. Et teha kindlaks süsivesinikradikaali mõju hüdroksüülrühmale, on vaja võrrelda ühelt poolt hüdroksüülrühma ja süsivesinikradikaali sisaldava aine ning hüdroksüülrühma sisaldava ja süsivesinikradikaali mittesisaldava aine omadusi. , teiselt poolt. Sellised ained võivad olla näiteks etanool (või muu alkohol) ja vesi. Alkoholimolekulide ja veemolekulide hüdroksüülrühma vesinik on võimeline redutseerima leelis- ja leelismuldmetallidega (nende poolt asendatud)
- Alkoholide koostoime vesinikhalogeniididega. Hüdroksüülrühma asendamine halogeeniga põhjustab haloalkaanide moodustumist. Näiteks:
See reaktsioon on pöörduv. - Molekulidevaheline dehüdratsioonalkoholid - veemolekuli eraldamine kahest alkoholimolekulist, kui seda kuumutatakse vett eemaldavate ainete juuresolekul:
Alkoholide molekulidevahelise dehüdratsiooni tulemusena eetrid. Seega, kui etüülalkoholi kuumutatakse väävelhappega temperatuurini 100–140 °C, moodustub dietüül(väävel)eeter. - Alkoholide interaktsioon orgaaniliste ja anorgaaniliste hapetega estrite moodustamiseks (esterdamisreaktsioon)
Esterdamisreaktsiooni katalüüsivad tugevad anorgaanilised happed. Näiteks etüülalkoholi ja äädikhappe reageerimisel moodustub etüülatsetaat:
- Alkoholide intramolekulaarne dehüdratsioon tekib siis, kui alkohole kuumutatakse vett eemaldavate ainete juuresolekul kõrgemale temperatuurile kui molekulidevahelise dehüdratsiooni temperatuur. Selle tulemusena moodustuvad alkeenid. See reaktsioon on tingitud vesinikuaatomi ja hüdroksüülrühma olemasolust külgnevates süsinikuaatomites. Näide on reaktsioon eteeni (etüleeni) tootmiseks, kuumutades etanooli kontsentreeritud väävelhappe juuresolekul üle 140 °C:
- Alkoholide oksüdatsioon tavaliselt viiakse läbi tugevate oksüdeerivate ainetega, näiteks kaaliumdikromaadi või kaaliumpermanganaadiga happelises keskkonnas. Sel juhul on oksüdeerija toime suunatud süsinikuaatomile, mis on juba hüdroksüülrühmaga seotud. Sõltuvalt alkoholi olemusest ja reaktsioonitingimustest võib moodustuda mitmesuguseid tooteid. Seega oksüdeeritakse primaarsed alkoholid esmalt aldehüüdideks ja seejärel karboksüülhapeteks:
Sekundaarsete alkoholide oksüdeerimisel tekivad ketoonid: 
Tertsiaarsed alkoholid on oksüdatsioonile üsna vastupidavad. Kuid karmides tingimustes (tugev oksüdeerija, kõrge temperatuur) on võimalik tertsiaarsete alkoholide oksüdatsioon, mis toimub hüdroksüülrühmale kõige lähemal asuvate süsinik-süsinik sidemete purunemisel. - Alkoholide dehüdrogeenimine. Kui alkoholiaur juhitakse temperatuuril 200–300 °C üle metallkatalüsaatori, nagu vask, hõbe või plaatina, muundatakse primaarsed alkoholid aldehüüdideks ja sekundaarsed alkoholid ketoonideks:
- Kvalitatiivne reaktsioon mitmehüdroksüülsetele alkoholidele.
Mitme hüdroksüülrühma olemasolu alkoholimolekulis määrab samaaegselt mitmehüdroksüülsete alkoholide spetsiifilised omadused, mis on võimelised moodustama vees lahustuvaid helesiniseid kompleksühendeid, kui nad interakteeruvad värskelt saadud vask(II)hüdroksiidi sademega. Etüleenglükooli kohta võime kirjutada:
Ühehüdroksüülsed alkoholid ei saa selles reaktsioonis osaleda. Seetõttu on see kvalitatiivne reaktsioon mitmehüdroksüülsetele alkoholidele.
Alkoholide valmistamine:
Alkoholide kasutamine
metanool(metüülalkohol CH 3 OH) on värvitu iseloomuliku lõhnaga vedelik, mille keemistemperatuur on 64,7 ° C. Põleb kergelt sinaka leegiga. Metanooli ajalooline nimetus - puidupiiritus on seletatav ühe selle valmistamise viisiga kõva puidu destilleerimisel (kreeka methy - vein, joo end purju; hule - aine, puit).
Metanool nõuab sellega töötamisel hoolikat käsitsemist. Ensüümi alkoholdehüdrogenaasi toimel muutub see organismis formaldehüüdiks ja sipelghappeks, mis kahjustavad võrkkesta, põhjustavad nägemisnärvi surma ja nägemise täielikku kaotust. Üle 50 ml metanooli allaneelamine põhjustab surma.
Etanool(etüülalkohol C 2 H 5 OH) on värvitu iseloomuliku lõhnaga vedelik, mille keemistemperatuur on 78,3 ° C. Tuleohtlik Seguneb veega mis tahes vahekorras. Alkoholi kontsentratsiooni (kangust) väljendatakse tavaliselt mahuprotsendina. “Puhas” (ravimi)alkohol on toode, mis saadakse toidu toorainest ja sisaldab 96% (mahu järgi) etanooli ja 4% (mahu järgi) vett. Veevaba etanooli - "absoluutse alkoholi" saamiseks töödeldakse seda toodet ainetega, mis seovad keemiliselt vett (kaltsiumoksiid, veevaba vask(II)sulfaat jne).
Tehniliseks otstarbeks kasutatava alkoholi joomiseks kõlbmatuks muutmiseks lisatakse sellele väikeses koguses raskesti eraldatavaid mürgiseid, halvasti lõhnavaid ja vastiku maitsega aineid ning toonitakse. Selliseid lisandeid sisaldavat alkoholi nimetatakse denatureeritud või denatureeritud alkoholiks.
Etanooli kasutatakse laialdaselt tööstuses sünteetilise kautšuki, ravimite tootmiseks, kasutatakse lahustina, on osa lakkide ja värvide ning parfüümide koostises. Meditsiinis on etüülalkohol kõige olulisem desinfitseerimisvahend. Kasutatakse alkohoolsete jookide valmistamiseks.
Väikeses koguses etüülalkoholi sattudes inimkehasse vähendavad need valutundlikkust ja blokeerivad pärssimise protsesse ajukoores, põhjustades joobeseisundi. Etanooli toime selles etapis suureneb vee eraldumine rakkudes ja sellest tulenevalt kiireneb uriini moodustumine, mille tulemuseks on keha dehüdratsioon.
Lisaks põhjustab etanool veresoonte laienemist. Suurenenud verevool naha kapillaarides toob kaasa naha punetuse ja soojatunde.
Suurtes kogustes pärsib etanool ajutegevust (inhibeerimise staadium) ja põhjustab liigutuste koordineerimise häireid. Organismi etanooli oksüdatsiooni vaheprodukt, atsetaldehüüd, on äärmiselt mürgine ja põhjustab tõsist mürgistust.
Etüülalkoholi ja seda sisaldavate jookide süstemaatiline tarbimine põhjustab aju tootlikkuse püsivat langust, maksarakkude surma ja nende asendamist sidekoega - maksatsirroosi.
etaandiool-1,2(etüleenglükool) on värvitu viskoosne vedelik. Mürgine. Vees piiramatult lahustuv. Vesilahused ei kristalliseeru temperatuuril oluliselt alla 0 °C, mistõttu on võimalik seda kasutada mittekülmuvate jahutusvedelike komponendina – antifriis sisepõlemismootoritele.
Prolaktriool-1,2,3(glütseriin) on viskoosne siirupine magusa maitsega vedelik. Vees piiramatult lahustuv. Mittelenduv. Estrite komponendina leidub seda rasvades ja õlides.
Laialdaselt kasutatav kosmeetika-, farmaatsia- ja toiduainetööstuses. Kosmeetikas täidab glütseriin pehmendava ja rahustava aine rolli. Seda lisatakse hambapastale, et vältida selle kuivamist.
Glütseriini lisatakse kondiitritoodetele, et vältida nende kristalliseerumist. Seda pihustatakse tubakale, sel juhul toimib see niiskusesäilitajana, mis ei lase tubakalehtedel enne töötlemist kuivada ja mureneda. Seda lisatakse liimainetele, et vältida nende liiga kiiret kuivamist, ning plastidele, eriti tsellofaanile. Viimasel juhul toimib glütseriin plastifikaatorina, toimides nagu määrdeaine polümeeri molekulide vahel ja andes seeläbi plastidele vajaliku paindlikkuse ja elastsuse.
Tuntumad ja inimelus ja tööstuses kasutatavad mitmehüdroksüülsete alkoholide kategooriasse kuuluvad ained on etüleenglükool ja glütseriin. Nende uurimine ja kasutamine algas juba mitu sajandit tagasi, kuid nende omadused on suuresti jäljendamatud ja ainulaadsed, mistõttu on need asendamatud tänapäevani. Mitmehüdroksüülseid alkohole kasutatakse paljudes keemilistes sünteesides, tööstustes ja inimtegevuse valdkondades.
Esimene "tutvus" etüleenglükooli ja glütseriiniga: tootmise ajalugu
1859. aastal sünteesis Charles Wurtz esimest korda etüleenglükooli kaheetapilise dibromoetaani reageerimise protsessiga hõbeatsetaadiga ja seejärel esimeses reaktsioonis saadud etüleenglükooldiatsetaadi töötlemisel kaaliumhüdroksiidiga. Mõni aeg hiljem töötati välja dibromoetaani otsese hüdrolüüsi meetod, kuid tööstuslikus mastaabis saadi 20. sajandi alguses USA-s kahehüdroksüülset alkoholi 1,2-dioksüetaan, tuntud ka kui monoetüleenglükool või lihtsalt glükool. etüleenklorohüdriini hüdrolüüsi teel.
Tänapäeval kasutatakse nii tööstuses kui ka laboris mitmeid muid, uusi, tooraine ja energia seisukohalt säästlikumaid ning keskkonnasõbralikke meetodeid, kuna kasutatakse kloori, toksiine, kantserogeene ja toksiine sisaldavaid või vabastavaid reaktiive. muud keskkonnale ja inimesele ohtlikud ained, väheneb “rohelise” keemia arenedes.
Glütseriini avastas apteeker Karl Wilhelm Scheele 1779. aastal ja ühendi koostist uuris 1836. aastal Théophile Jules Pelouz. Kaks aastakümmet hiljem tehti Pierre Eugene Marcel Vertheloti ja Charles Wurtzi töödes kindlaks ja põhjendatud selle kolmehüdroksüülse alkoholi molekuli struktuur. Lõpuks, veel kakskümmend aastat hiljem, viis Charles Friedel läbi glütserooli täieliku sünteesi. Praegu kasutab tööstus oma tootmiseks kahte meetodit: propüleenist allüülkloriidi ja ka akroleiini kaudu. Etüleenglükooli keemilisi omadusi, nagu glütseriini, kasutatakse laialdaselt erinevates keemiatootmise valdkondades.
Ühenduse struktuur ja struktuur
Molekul põhineb kahest süsinikuaatomist koosneval etüleeni küllastumata süsivesinikskeletil, milles kaksikside on katkenud. Süsinikuaatomite vabadele valentsikohtadele lisati kaks hüdroksüülrühma. Etüleeni valem on C 2 H 4, pärast kraansideme katkestamist ja hüdroksüülrühmade lisamist (mitme etapi kaudu) näeb see välja nagu C 2 H 4 (OH) 2. See on etüleenglükool.
Etüleeni molekulil on lineaarne struktuur, samas kui kahehüdroksüülsel alkoholil on hüdroksüülrühmade paigutusel süsiniku karkassi ja üksteise suhtes teatud trans-konfiguratsioon (see mõiste kehtib täielikult suhtelise mitmiksideme positsiooni kohta). Selline dislokatsioon vastab vesinike funktsionaalrühmadest kõige kaugemale asukohale, madalamale energiale ja seega ka süsteemi maksimaalsele stabiilsusele. Lihtsamalt öeldes vaatab üks OH rühm üles ja teine alla. Samal ajal on kahe hüdroksüülrühmaga ühendid ebastabiilsed: ühe süsinikuaatomiga reaktsioonisegus tekkides dehüdreeruvad nad koheselt, muutudes aldehüüdideks.
Klassifikatsioon
Etüleenglükooli keemilised omadused määratakse selle päritolu järgi mitmehüdroksüülsete alkoholide rühmast, nimelt dioolide alarühmast, st ühenditest, millel on kaks hüdroksüülfragmenti külgnevates süsinikuaatomites. Aine, mis sisaldab ka mitmeid OH asendajaid, on glütserool. Sellel on kolm alkoholi funktsionaalrühma ja see on oma alaklassi kõige levinum esindaja.
Paljusid selle klassi ühendeid saadakse ja kasutatakse ka keemilises tootmises erinevatel sünteesidel ja muudel eesmärkidel, kuid etüleenglükooli kasutamine on tõsisema ulatusega ja see on seotud peaaegu kõigis tööstusharudes. Seda küsimust arutatakse üksikasjalikumalt allpool.
füüsilised omadused
Etüleenglükooli kasutamine on seletatav mitmete mitmehüdroksüülsetele alkoholidele omaste omaduste olemasoluga. Need on ainult sellele orgaaniliste ühendite klassile iseloomulikud tunnused.
Omadustest olulisim on piiramatu segunemisvõime H 2 O-ga. Vesi + etüleenglükool annab ainulaadse omadusega lahuse: selle külmumistemperatuur on sõltuvalt diooli kontsentratsioonist 70 kraadi madalam kui puhtal. destillaat. Oluline on märkida, et see sõltuvus on mittelineaarne ja teatud kvantitatiivse glükoolisisalduse saavutamisel algab vastupidine efekt - külmumistemperatuur tõuseb lahustuva aine protsendi suurenedes. See funktsioon on leidnud rakendust mitmesuguste antifriiside, “antifriisi” vedelike tootmisel, mis kristalliseeruvad keskkonna äärmiselt madalate termiliste omaduste juures.
Välja arvatud vees, toimub lahustumisprotsess hästi alkoholis ja atsetoonis, kuid seda ei täheldata parafiinides, benseenides, eetrites ja süsiniktetrakloriidis. Erinevalt oma alifaatsetest esivanematest - gaasilisest ainest, nagu etüleen, on etüleenglükool siirupitaoline, kergelt kollaka varjundiga läbipaistev vedelik, maitselt magus, ebaloomuliku lõhnaga, praktiliselt lendumatu. Sajaprotsendilise etüleenglükooli külmutamine toimub temperatuuril -12,6 kraadi Celsiuse järgi ja keeb temperatuuril +197,8. Normaalsetes tingimustes on tihedus 1,11 g/cm3.
Kviitungi meetodid
Etüleenglükooli on võimalik saada mitmel viisil, mõned neist on tänapäeval ainult ajaloolise või ettevalmistava tähtsusega, samas kui teisi kasutavad inimesed aktiivselt tööstuslikus mastaabis ja kaugemalgi. Järgnevalt kronoloogilises järjekorras käsitleme kõige olulisemaid.
Eespool on juba kirjeldatud esimest meetodit etüleenglükooli valmistamiseks dibromoetaanist. Etüleeni valem, mille kaksikside on katkenud ja vabad valentsid on hõivatud halogeenidega, selle reaktsiooni peamise lähteainega, sisaldab lisaks süsinikule ja vesinikule kahte broomi aatomit. Vaheühendite moodustumine protsessi esimeses etapis on võimalik just tänu nende elimineerimisele, st asendamisele atsetaatrühmadega, mis edasisel hüdrolüüsil muudetakse alkoholirühmadeks.
Teaduse edasise arendamise käigus sai võimalikuks etüleenglükooli saamine mis tahes etaanide otsese hüdrolüüsi teel, mis on asendatud kahe halogeeniga naabersüsinikuaatomites, kasutades leeliselise rühma metallikarbonaatide vesilahuseid või (vähem keskkonnasõbralikku reaktiivi) H. 2 O ja pliidoksiid. Reaktsioon on üsna "töömahukas" ja toimub ainult märkimisväärselt kõrgendatud temperatuuride ja rõhu korral, kuid see ei takistanud sakslastel maailmasõdade ajal seda meetodit kasutamast etüleenglükooli tööstuslikuks tootmiseks.
Orgaanilise keemia arengus mängis rolli ka meetod etüleenglükooli tootmiseks etüleenklorohüdriinist hüdrolüüsi teel leelismetallide süsivesinike sooladega. Kui reaktsioonitemperatuur tõusis 170 kraadini, saavutas sihtsaaduse saagis 90%. Kuid sellel oli märkimisväärne puudus - glükool tuli soolalahusest kuidagi ekstraheerida, millega kaasnes otseselt mitmeid raskusi. Teadlased lahendasid selle probleemi, töötades välja meetodi, milles kasutati sama lähtematerjali, kuid jagades protsessi kaheks etapiks.
Etüleenglükoolatsetaatide hüdrolüüs, mis oli varem Wurtzi meetodi viimane etapp, sai omaette meetodiks, kui neil õnnestus saada lähtereaktiiv etüleeni oksüdeerimisel äädikhappes hapnikuga, st ilma kalleid ja täiesti mittevajalikke aineid kasutamata. keskkonna halogeenühendid.
Samuti on teada palju meetodeid etüleenglükooli tootmiseks etüleeni oksüdeerimisel hüdroperoksiidide, peroksiidide, orgaaniliste perhapetega katalüsaatorite (osmiumiühendite) jne juuresolekul. Samuti on olemas elektrokeemilised ja kiirguskeemilised meetodid.
Üldiste keemiliste omaduste tunnused
Etüleenglükooli keemilised omadused määratakse selle funktsionaalrühmade järgi. Sõltuvalt protsessi tingimustest võivad reaktsioonid hõlmata ühte hüdroksüülasendajat või mõlemat. Peamine erinevus reaktsioonivõimes seisneb selles, et mitme hüdroksüülrühma olemasolu tõttu mitmehüdroksüülses alkoholis ja nende vastastikuses mõjus on need tugevamad kui nende ühehüdroksüülsetel "vendadel". Seetõttu on reaktsioonides leelistega tooted soolad (glükool - glükolaadid, glütserool - glütseraadid).
Etüleenglükooli, aga ka glütseriini keemilised omadused hõlmavad kõiki ühehüdroksüülsete alkoholide reaktsioone. Glükool annab reaktsioonides ühealuseliste hapetega täielikud ja osalised estrid, leelismetallidega tekivad vastavalt glükolaadid ning keemilises protsessis tugevate hapete või nende sooladega eraldub äädikhappe aldehüüd - vesinikuaatomi eemaldamise tõttu. molekul.
Reaktsioonid aktiivsete metallidega
Etüleenglükooli interaktsioon aktiivsete metallidega (keemilises pingereas pärast vesinikku) kõrgel temperatuuril tekitab vastava metalli etüleenglükolaadi, millele lisandub vesinik.
C 2 H 4 (OH) 2 + X → C 2 H 4 O 2 X, kus X on aktiivne kahevalentne metall.
etüleenglükooli jaoks
Mitmehüdroksüülset alkoholi saate eristada mis tahes muust vedelikust visuaalse reaktsiooni abil, mis on iseloomulik ainult sellele ühendite klassile. Selleks valatakse värskelt sadestunud alkohol (2), millel on iseloomulik sinine toon, värvitu alkoholilahusesse. Segatud komponentide vastasmõjul sade lahustub ja lahus muutub sügavsiniseks – vasglükolaadi moodustumise tulemusena (2).
Polümerisatsioon
Etüleenglükooli keemilised omadused on lahustite tootmisel väga olulised. Nimetatud aine molekulidevaheline dehüdratsioon, st vee eemaldamine mõlemast glükooli molekulist ja nende järgnev seos (üks hüdroksüülrühm on täielikult elimineeritud ja teisest lahkub ainult vesinik), võimaldab saada ainulaadse orgaanilise lahusti. - dioksaan, mida kasutatakse sageli orgaanilises keemias, hoolimata selle kõrgest toksilisusest.
Hüdroksüüli vahetamine halogeeni vastu
Kui etüleenglükool interakteerub vesinikhalogeniidhapetega, täheldatakse hüdroksüülrühmade asendamist vastava halogeeniga. Asendusaste sõltub vesinikhalogeniidi molaarsest kontsentratsioonist reaktsioonisegus:
HO-CH2-CH2-OH + 2HX → X-CH2-CH2-X, kus X on kloor või broom.
Eetrite saamine
Etüleenglükooli reaktsioonides lämmastikhappega (teatud kontsentratsiooniga) ja ühealuseliste orgaaniliste hapetega (sipelg-, äädik-, propioon-, või-, palderjan jne) tekivad komplekssed ja vastavalt lihtsad monoestrid. Teistes on lämmastikhappe kontsentratsioon glükooli di- ja trinitroestrid. Katalüsaatorina kasutatakse etteantud kontsentratsiooniga väävelhapet.
Etüleenglükooli olulisemad derivaadid
Väärtuslikud ained, mida saab mitmehüdroksüülsetest alkoholidest, kasutades lihtsaid (kirjeldatud ülalpool), on etüleenglükooleetrid. Nimelt: monometüül ja monoetüül, mille valemid on vastavalt HO-CH2-CH2-O-CH3 ja HO-CH2-CH2-O-C2H5. Nende keemilised omadused on paljuski sarnased glükoolidele, kuid nagu kõigil teistel ühendite klassidel, on neil ainulaadsed reaktsiooniomadused:
- Monometüületüleenglükool on värvitu, kuid iseloomuliku vastiku lõhnaga vedelik, keeb temperatuuril 124,6 kraadi Celsiuse järgi, lahustub hästi etanoolis, teistes orgaanilistes lahustites ja vees, lendub palju rohkem kui glükool ja mille tihedus on väiksem kui vee tihedus (umbes 0,965 g). /cm 3).
- Dimetüületüleenglükool on samuti vedelik, kuid vähem iseloomuliku lõhnaga, tihedusega 0,935 g/cm 3, keemistemperatuuriga 134 kraadi üle nulli ja lahustuvusega võrreldav eelmise homoloogiga.
Tsellosoolide, nagu üldiselt nimetatakse etüleenglükooli monoestreid, kasutamine on üsna levinud. Neid kasutatakse orgaanilises sünteesis reaktiivide ja lahustitena. Neid kasutatakse ka antifriiside ja mootoriõlide korrosiooni- ja kristalliseerumisvastaste lisanditena.
Tootevaliku kasutusvaldkonnad ja hinnapoliitika
Selliste reaktiivide tootmise ja müügiga tegelevate tehaste ja ettevõtete maksumus kõigub keskmiselt umbes 100 rubla kilogrammi keemilise ühendi, näiteks etüleenglükooli kohta. Hind sõltub aine puhtusest ja sihttoote maksimaalsest protsendist.
Etüleenglükooli kasutamine ei ole piiratud ühegi valdkonnaga. Seega kasutatakse seda toorainena orgaaniliste lahustite, tehisvaikude ja -kiudude ning miinustemperatuuril külmuvate vedelike tootmisel. See on seotud paljude tööstussektoritega, nagu auto-, lennundus-, farmaatsia-, elektri-, nahk- ja tubakatööstus. Selle tähtsus orgaanilise sünteesi jaoks on vaieldamatult märkimisväärne.
Oluline on meeles pidada, et glükool on mürgine ühend, mis võib põhjustada korvamatut kahju inimeste tervisele. Seetõttu säilitatakse seda suletud alumiiniumist või terasest anumates, millel on kohustuslik sisemine kiht, mis kaitseb konteinerit korrosiooni eest, ainult vertikaalses asendis ja ruumides, mis ei ole varustatud küttesüsteemiga, kuid millel on hea ventilatsioon. Tähtaeg ei ole pikem kui viis aastat.
Kahehüdroksüülsete alkoholide määratlus ja nomenklatuur
Kahte hüdroksüülrühma ($-OH-$) sisaldavaid orgaanilisi ühendeid nimetatakse kahehüdroksüülseteks alkoholideks või dioolideks.
Kahehüdroksüülsete alkoholide üldvalem on $CnH_(2n)(OH)_2$.
Kahehüdroksüülsete alkoholide tähistamisel lisatakse IUPAC-i nomenklatuuri järgi eesliide di- lõppu -ol, see tähendab, et kahealuselise alkoholi lõpp on "diool". Numbrid näitavad, milliste süsinikuaatomitega on hüdroksüülrühmad seotud, näiteks:
1. pilt.
1,2-propaandiool trans-1,2-tsükloheksaandiool 1-tsükloheksüül-1,4-pentadiool
Süstemaatilises nomenklatuuris eristatakse 1,2-, 1,3-, 1,4- jne. dioolid.
Kui ühend sisaldab hüdroksüülrühmi külgnevatel (visiaalsetel) süsinikuaatomitel, nimetatakse kahehüdroksüülseid alkohole glükoolideks.
Glükoolide nimed kajastavad nende valmistamise meetodit alkeenide hüdroksüülimise teel, näiteks:
Joonis 2.
Stabiilsete kahehüdroksüülsete alkoholide olemasolu on võimalik, alustades etaanist, mis vastab ühele dioolile - etüleenglükoolile. Propaani puhul on võimalikud kaks alkoholi: 1,2- ja 1,3-propaandiool.
Tavalisele butaanile vastavatest alkoholidest võivad esineda järgmised ühendid:
- mõlemad hüdroksorühmad on lähedal – üks grupis $CH_3$, teine grupis $CH_2$;
- mõlemad hüdroksüülrühmad asuvad naaberrühmades $CH_2$;
- hüdroksorühmad on kõrvuti mittekülgnevate süsinikuaatomitega, rühmades $CH_3$ ja $CH_2$;
- mõlemad hüdroksüülrühmad asuvad $CH_3$ rühmades.
Isobutaanile vastavad järgmised dioolid:
- hüdroksorühmad asuvad läheduses - rühmades $CH_3$ ja $CH$;
- mõlemad hüdroksüülrühmad asuvad $CH_3$ rühmas:
Joonis 3.
Kahehüdroksüülseid alkohole saab klassifitseerida selle alusel, millised alkoholirühmad sisalduvad nende osakeste koostises:
- Diprimaarsed glükoolid. Etüleenglükool sisaldab kahte peamist alkoholirühma.
- Ebajärgulised glükoolid. Sisaldab kahte sekundaarset alkoholirühma.
- Kahe-tertsiaarsed glükoolid. Sisaldab kolme sekundaarset alkoholirühma.
- Segatud glükoolid: primaarne - sekundaarne, primaarne - tertsiaarne, sekundaarne - tertsiaarne.
Näiteks: isopentaan vastab sekundaarsele tertsiaarsele glükoolile
Joonis 4.
Heksaan (tetrametüületaan) vastab kahe-tertsiaarsele glükoolile:
Joonis 5.
Kui kahehüdroksüülses alkoholis asuvad mõlemad hüdroksüülrühmad kõrvuti asetsevate süsinikuaatomite juures, siis on need $\alfa$-glükoolid. $\beta$-glükoolid tekivad siis, kui hüdroksorühmad on eraldatud ühe süsinikuaatomiga. $\gamma$-seeria dioolides paiknevad hüdroksüülrühmad üle kahe süsinikuaatomi. Hüdroksüülrühmade suurema vahemaa korral ilmuvad $\delta$- ja $\varepsilon$-seeria dioolid.
Geminaalsed dioolid
Vabas olekus võivad eksisteerida ainult dioolid, mis pärinevad süsivesinikest kahe vesinikuaatomi, mis asuvad kahe erineva süsinikuaatomi juures, asendamisel hüdroksüülrühmadega. Kui hüdroksorühmad asendavad kaks vesinikuaatomit sama süsinikuaatomi juures, tekivad ebastabiilsed ühendid - geminaalsed dioolid või gem-dioolid.
Geminaalsed dioolid on kahehüdroksüülsed alkoholid, mis sisaldavad mõlemat hüdroksüülrühma ühel süsinikuaatomil. Need on ebastabiilsed ühendid, mis lagunevad kergesti vee eemaldamisel ja karbonüülühendi moodustumisel:
Joonis 6.
Tasakaal nihkub ketooni moodustumise suunas, mistõttu geminaalseid dioole nimetatakse ka aldehüüdideks või ketoonhüdraatideks.
Geminaalsete dioolide lihtsaim esindaja on metüleenglükool. See ühend on vesilahustes suhteliselt stabiilne. Kuid katsed seda isoleerida viivad dehüdratsiooniprodukti - formaldehüüdi - ilmumiseni:
$HO-CH_2-OH \leftright nool H_2C=O + H_2O$
Näiteks: Kahehüdroksüülne alkohol, mis vastab etaanile, ei saa eksisteerida vabas olekus, kui mõlemad hüdroksüülrühmad asuvad sama süsinikuaatomi juures. Vesi eraldub kohe ja moodustub atseetaldehüüd:
Joonis 7.
Kaks propaanile vastavat kahehüdroksüülset alkoholi ei ole samuti võimelised iseseisvalt eksisteerima, kuna nad eraldavad vett ühe süsinikuaatomi juures asuvate hüdroksüülide tõttu. Sel juhul moodustub ühel juhul propioonaldehüüd ja teisel juhul atsetoon:
Joonis 8.
Väike kogus heemdioole ei pruugi lahustunud olekus eksisteerida. Need on ühendid, mis sisaldavad tugevaid elektrone väljatõmbavaid asendajaid, nagu kloraalhüdraat ja heksafotoratsetoonhüdraat
Joonis 9.
Glükoolide füüsikalised omadused
Glükoolidel on järgmised füüsikalised omadused:
- madalamad glükoolid on värvitud läbipaistvad magusa maitsega vedelikud;
- kõrge keemis- ja sulamistemperatuur (etüleenglükooli keemistemperatuur 197$^\circ$С);
- kõrge tihedus ja viskoossus;
- hea lahustuvus vees, etüülalkohol;
- halb lahustuvus mittepolaarsetes lahustites (näiteks eetrites ja süsivesinikes).
Üldine muster: kahehüdroksüülsete alkoholide molekulmassi suurenemisega tõuseb keemistemperatuur. Samal ajal väheneb lahustuvus vees. Madalamad alkoholid segatakse veega mis tahes vahekorras. Kõrgematel dioolidel on suurem lahustuvus eetris ja väiksem vees.
Paljude ainete puhul toimivad kahehüdroksüülsed alkoholid heade lahustitena (erandiks on aromaatsed ja kõrgemalt küllastunud süsivesinikud).
Alkoholide redutseerimine süsivesinikeks viiakse läbi nende reageerimisel vesinikjodiidhappega punase fosfori juuresolekul, mille ülesandeks on vesinikjodiidhappe regenereerimine.
HOCH 2 (CHOH) 4 CH 2 OH + 12HJ → CH 3 (CH 2) 4 CH 3 + 6J 2 + 6H 2 O
Sorbitool n-heksaan
2P + 3J 2 = 2PJ 3 PJ 3 + 3H 2 O = 3 HJ + H 3 PO 3
Koostoime leelis- ja leelismuldmetallidega.
Nagu vesi, reageerivad alkoholid leelis- ja leelismuldmetallidega, samuti magneesiumiga, moodustades alkoholaate ja vesinikku.
2 (CH 3) 3 COH + 2K → 2 (CH 3) 3 COK + H 2
2 CH 3 OH + Mg → (CH 3 O) 2 Mg + H 2
Leelismetallide alkoholaate kasutatakse alustena alküülhalogeniididest eemaldamise reaktsioonides, mis põhjustavad alkeenide moodustumist.
Alkoholide reaktsioone karbonüülühendite, aldehüüdide ja ketoonidega, aga ka hapetega - hapete esterdamist estrite moodustamiseks, käsitletakse tavaliselt vastavalt karbonüülühendite ja hapete omaduste esitlemisel, mistõttu neid selles osas ei käsitleta. .
2.15. Kahehüdroksüülsed alkoholid
|
|
|
|
|
|
Geminaalsed dioolid - 1,1-dioolid, mis sisaldavad kahte OH-rühma samal süsinikuaatomil, on ebastabiilsed ja lagunevad vee eemaldamisel ja karbonüülühendi moodustumisel:
Selle protsessi tasakaal nihkub ketooni või aldehüüdi moodustumise suunas, seega nimetatakse geminaalseid dioole endid tavaliselt ketoonideks või aldehüüdhüdraatideks, kui ühe radikaali asendab vesinik. Vitsinaalsed dioolid on 1,2-dioolid, mis sisaldavad kahte OH-rühma külgnevate süsinikuaatomite juures ja on stabiilsed ühendid. Edaspidi kasutatakse terminit 1,2-dioolid kahehüdroksüülsete alkoholide kohta, mis sisaldavad külgnevate süsinikuaatomite juures hüdroksüülrühmi.
2.16. Dioolide valmistamine
Üks lihtsamaid meetodeid 1,2-dioolide valmistamiseks on alkeenide hüdroksüülimine kaaliumpermanganaadi toimel. Kuna kaaliumpermanganaat on tugev oksüdeeriv aine, mis ei suuda mitte ainult hüdroksüleerida kaksiksidet, vaid ka lõhustada tekkivat naaberdiooli, on vajalik reaktsioonitingimuste hoolikas kontroll. Optimaalsed tulemused saavutatakse, kui reaktsioon viiakse läbi nõrgalt leeliselises keskkonnas (pH≈8) madalal temperatuuril KmnO 4 lahjendatud vesilahusega.
Muud võimalikud valmistamismeetodid võivad hõlmata naaberdihalogeniidide hüdrolüüsi:
2.17. Dioolide omadused
Dioole iseloomustavad samad reaktsioonid kui ühehüdroksüülseid alkoholisid. Lisaks on 1,2-dioolidel kahe külgneva hüdroksüülrühma olemasolu tõttu mõned spetsiifilised omadused. Neid käsitletakse selles jaotises.
1,2-dioolide dehüdratsioon võib toimuda kahes suunas: 1) dieenide moodustumine; 2) tsükliliste eetrite teke. Mõlemaid reaktsioone katalüüsivad happed. Kahe-tertsiaarsete või kahesekundaarsete 1,2-dioolide dehüdratsioon tekib kergesti, kui neid kuumutatakse kontsentreeritud HBr-ga.
Tsükliliste eetrite moodustumine või 1,2-dioolide tsüklodehüdratsioon põhjustab 1,4-dioksaani moodustumist, kui 1,2-diool on 1,2-etaandiool (etüleenglükool); sel juhul moodustub kuueliikmeline tsükkel kahest moolist 1,2-etaandioolist.
1,4- ja 1,5-dioolid tsüklistuvad sellistel tingimustel viie- ja kuueliikmeliste tsüklite moodustamiseks:
1,2-dioolide kvalitatiivne reaktsioon on katse vaskhüdroksiidiga aluselises keskkonnas. Sel juhul täheldatakse vaskhüdroksiidi lahustumist ja Cu(II) kelaadikompleksi moodustumise tõttu saadakse sügavsinine lahus.
2.18. TRICAL ALKOHOID
Kolmehüdroksüülsetest alkoholidest on kõige olulisem glütserool - propaantriool-1,2,3, mis on osa lipiididest estrite kujul koos kõrgemate küllastunud ja küllastumata hapetega.
Glütserool
Glütserooli primaarne alkoholirühm (CH2OH) on reaktsioonivõimelisem kui sekundaarne alkoholirühm (CHOH) ja seda saab reagentide, nagu vesinikkloriid või lämmastikhape, toimel selektiivselt muuta vastavalt kloriidiks või happeks.
Glütserooli dehüdratsioon annab lihtsaima küllastumata aldehüüdi - akroleiini (propenaali):
Nii nagu etüleenglükool, annab glütseriin leeliselises keskkonnas vaskhüdroksiidiga kvalitatiivse reaktsiooni, mis on iseloomulik 1,2-dioolidele
2.19. EETRID
EEETRIDE NOMENKLATUUR
IUPAC nomenklatuuri järgi loetakse eetreid alkoksüalkaanideks. Lähtestruktuuri määrab pikim alküülrühm:
EEETRIDE SAAMINE
Eetrite valmistamiseks on kaks üldist meetodit: alkoholide molekulidevaheline dehüdratsioon ja halogeeni nukleofiilne asendamine alküülhalogeniidides leelismetallide alkoksiidide toimel (Williamsoni reaktsioon). Mõlemat meetodit on kirjeldatud eespool.
2.20. EETRITE OMADUSED
Keemiliselt iseloomustab eetreid kõrge inertsus paljude, eriti aluseliste reaktiivide suhtes. Neid ei lagunda metallorgaanilised ühendid, leelismetallide hüdriidid ja amiidid, samuti boori ja alumiiniumi komplekshüdriidid. Seetõttu kasutatakse ülaltoodud ühenditega reaktsioonides lahustitena laialdaselt selliseid ühendeid nagu dietüüleeter, tetrahüdrofuraan, dimetoksüetaan, dietüleenglükooldimetüüleeter, dioksaan ja teised.
Estrid moodustavad väga tugevaid komplekse Lewise hapetega - BF 3, AlBr 3, SbCl 5, SbF 5 jne. kompositsioon 1:1, milles nad toimivad Lewise baasidena
Seoses tugevate hapetega on estritel aluste (antud juhul Bronstedi aluste) omadused ja nad moodustavad dialküüloksooniumsooli
Üksikud esindajad
metanool(metüül-, puidualkohol) on nõrga alkoholilõhnaga värvitu vedelik. Suures koguses seda kasutatakse formaldehüüdi, sipelghappe, metüül- ja dimetüülaniliini, metüülamiinide ja paljude värvainete, ravimite ja lõhnaainete tootmisel. Metanool on hea lahusti, seetõttu kasutatakse seda laialdaselt värvi- ja lakitööstuses, samuti naftatööstuses bensiini puhastamisel merkaptaanidest ja tolueeni eraldamisel aseotroopse rektifikatsiooni teel.
Etanool(etüül-, veinialkohol) on iseloomuliku alkoholilõhnaga värvitu vedelik. Etüülalkoholi kasutatakse suurtes kogustes divinüüli (töödeldud sünteetilisteks kummideks), dietüüleetri, kloroformi, kloraali, kõrge puhtusastmega etüleeni, etüülatsetaadi ja teiste estrite tootmisel, mida kasutatakse lakkide ja lõhnaainete (puuviljaessentside) lahustitena. Lahustina kasutatakse etüülalkoholi laialdaselt ravimite, lõhnaainete, värvainete ja muude ainete tootmisel. Etanool on hea antiseptik.
Propüül- ja isopropüülalkoholid. Neid alkohole ja ka nende estreid kasutatakse lahustitena. Mõnel juhul asendavad need etüülalkoholi. Atsetooni tootmiseks kasutatakse isopropüülalkoholi.
Butüülalkohol ja selle estreid kasutatakse suurtes kogustes lakkide ja vaikude lahustitena
Isobutüülalkohol kasutatakse isobutüleeni, isobutüüraldehüüdi, isovõihappe tootmiseks ja ka lahustina.
Primaarsed amüül- ja isoamüülalkoholid moodustavad põhiosa fuuseliõlist (kõrvalsaadused kartulist või teraviljast etüülalkoholi tootmisel). Amüülalkoholid ja nende estrid on head lahustid. Isoamüülatsetaati (pirniessentsi) kasutatakse karastusjookide ja mõnede kondiitritoodete valmistamisel.
Loeng nr 15.Mitmehüdroksüülsed alkoholid
Mitmehüdroksüülsed alkoholid. Klassifikatsioon. Isomerism. Nomenklatuur. Kahehüdroksüülsed alkoholid (glükoolid). Kolmehüdroksüülsed alkoholid. Glütserool. Süntees rasvadest ja propüleenist. Glükooli ja glütseriini kasutamine tööstuses.
Ühel süsinikuaatomil ei saa asuda kaks hüdroksüülrühma, sellised ühendid kaotavad kergesti vett, muutudes aldehüüdideks või ketoonideks:
See vara on tüüpiline kõigile heem-dioolid. Jätkusuutlikkus heem-dioolide sisaldus suureneb elektrone eemaldavate asendajate juuresolekul. Näide jätkusuutlikust heem-diool on kloraalhüdraat.