§ 24. Хімічныя ўласцівасці, атрыманне і прымяненне спіртоў

Хімічныя ўласцівасці, атрыманне і прымяненне спіртоў

Многія хімічныя ўласцівасці спіртоў вызначаюцца наяўнасцю ў іх малекулах гідраксільнай групы, таму гідраксільную групу называюць функцыянальнай.

Разгледзім хімічныя ўласцівасці насычаных аднаатамных спіртоў.

1. Узаемадзеянне са шчолачнымі металамі

Калі ў стакан з этылавым спіртам змясціць кавалачак натрыю, пачнецца бурная рэакцыя, якая суправаджаецца вылучэннем вадароду:

У гэтай рэакцыі адбываецца замяшчэнне атама вадароду гідраксільнай групы атамам металу.

Таксама рэагуюць з натрыем і іншыя спірты. Прывядзём ураўненне рэакцыі прапанолу-1 з натрыем:

Пры ўзаемадзеянні з актыўнымі металамі спірты праяўляюць кіслотныя ўласцівасці. Кіслотныя ўласцівасці спіртоў выяўлены вельмі слаба (слабей, чым у вады!), таму спірты не змяняюць афарбоўку індыкатараў, не рэагуюць са шчолачамі і могуць узаемадзейнічаць толькі з самымі актыўнымі металамі, напрыклад са шчолачнымі металамі натрыем і каліем.

Прадукты замяшчэння атама вадароду гідраксільнай групы спірту атамам металу называюцца алкагалятамі. Прывядзём назвы некаторых алкагалятаў:

Алкагаляты ўяўляюць сабой цвёрдыя солепадобныя рэчывы. Яны раскладаюцца вадой з утварэннем спірту і шчолачы:

2. Узаемадзеянне з галагенавадародамі

Спірты ўзаемадзейнічаюць з галагенавадародамі (HCl, HBr, HI). Пры гэтым гідраксільная група замяшчаецца на галаген. Прывядзём ураўненне рэакцыі этылавага спірту з бромавадародам:

Таксама рэагуюць з галагенавадародамі і іншыя спірты. Напрыклад, пры ўзаемадзеянні прапанолу-1 з хлоравадародам адбываецца замяшчэнне гідраксільнай групы і ўтвараецца 2-хлорпрапан:

3. Дэгідратація. Адшчапленне вады

Пры награванні з моцнымі водааднімаючымі сродкамі, такімі як канцэнтраваная серная кіслата, ад спіртоў адшчапляецца малекула вады. Рэакцыя адшчаплення малекулы вады называецца рэакцыяй дэгідратацыі (§ 16).

Прывядзём ураўненні рэакцый дэгідратацыі этанолу і прапанолу-2:

У дадзеных рэакцыях ад адной малекулы спірту адшчапляецца адна малекула вады. Такая рэакцыя называецца ўнутрымалекулярнай дэгідратацыяй. У выніку ўнутрымалекулярнай дэгідратацыі спіртоў утвараюцца алкены.

Пры менш моцным награванні адна малекула вады можа адшчапляцца ад двух малекул спірту:

Гэта рэакцыя называецца міжмалекулярнай дэгідратацыяй.

У выніку міжмалекулярнай дэгідратацыі спіртоў утвараюцца простыя эфіры. Будову простых эфіраў можна выразіць наступнай формулай: R O R′. Вуглевадародныя радыкалы ў малекуле простага эфіру могуць быць аднолькавымі або рознымі. Простыя эфіры ізамерныя спіртам (§ 22).

Прадукт рэакцыі міжмалекулярнай дэгідратацыі этылавага спірту — дыэтылавы эфір, уяўляе сабой бясколерную вадкасць са спецыфічным пахам і нізкай тэмпературай кіпення (t_кіп = 35 °С). Ён выкарыстоўваецца ў медыцынскай практыцы для наркозу і дэзінфекцыі скуры пры правядзенні ін’екцый.

Прывядзём ураўненне рэакцыі міжмалекулярнай дэгідратацыі метанолу.

Пры гэтым утвараецца дыметылавы эфір — газападобнае пры нармальных умовах рэчыва з тэмпературай кіпення –25 °С.

Звярніце ўвагу, што тэмпературы кіпення простых эфіраў намнога ніжэйшыя, чым ізамерных спіртоў. На малюнку 24.1 паказаны шарастрыжнёвыя мадэлі малекул этанолу і дыметылавага эфіру і ўказаны іх тэмпературы кіпення.

Этанол і дыметылавы эфір з’яўляюцца ізамерамі, іх малекулы маюць прыкладна аднолькавыя памеры, таму, здавалася б, тэмпературы кіпення павінны быць блізкія. Тым не менш, тэмпература кіпення этанолу больш чым на 100 °С вышэй, чым тэмпература кіпення дыметылавага эфіру. Нагадаем, што высокія тэмпературы кіпення спіртоў тлумачацца ўтварэннем вадародных сувязей паміж іх малекуламі. Вадародная сувязь утвараецца паміж атамам вадароду гідраксільнай групы адной малекулы спірту і атамам кіслароду другой малекулы. Паміж малекуламі простых эфіраў вадародныя сувязі не ўтвараюцца, так як у малекулах простых эфіраў няма гідраксільных груп.

4. Акісленне

Спірты гараць пры падпальванні, у гэтым мы можам пераканацца, запальваючы спіртоўку:

Пасля гэтага распалены дрот хутка змесцім у шклянку з невялікай колькасцю этылавага спірту. Дрот пры гэтым зноў становіцца бліскучым (відэа 24.1). Гэта сведчыць аб тым, што з чорнага аксіду медзі(II) ўтварылася медзь. Значыць адбылося аднаўленне аксіду медзі(II). Адноўнікам з’яўляецца этылавы спірт. У ходзе рэакцыі ён акісляецца да воцатнага альдэгіду:

Атрыманне і прымяненне спіртоў

Некаторыя рэакцыі, у выніку якіх утвараюцца спірты, вы ўжо ведаеце (§ 15).

1. Гідратацыя алкенаў

Спірты ўтвараюцца ў выніку далучэння вады да алкенаў. Гэта рэакцыя называецца рэакцыяй гідратацыі:

2. Узаемадзеянне галагеналканаў з водным растворам шчолачы

Спірты можна атрымаць з галагеналканаў, дзейнічаючы на іх водным растворам шчолачы:

У выніку рэакцыі атам галагену замяшчаецца на гідраксільную групу.

У сваю чаргу, галагенвытворныя алканаў могуць быць атрыманы з вуглевадародаў. Напрыклад, хлорэтан утвараецца пры ўзаемадзеянні этану з хлорам:

Хлорэтан можна атрымаць таксама з этылену шляхам далучэння да яго хлоравадароду:

*Акісленне спіртоў

Пры акісленні першасных спіртоў утвараюцца альдэгіды. Прывядзём схему рэакцыі акіслення этанолу:

У арганічнай хіміі ў схемах працэсаў акіслення часта выкарыстоўваюць сімвал кіслароду ў квадратных дужках [O]. Акісляльнікамі пры гэтым могуць быць розныя рэчывы, у выпадку акіслення спіртоў гэта, як правіла, хромавая сумесь (сумесь дыхрамату калію K₂Cr₂O₇ і канцэнтраванай сернай кіслаты).

Пры акісленні другасных спіртоў утвараюцца кетоны, так, прадуктам акіслення прапанолу-2 з’яўляецца ацэтон:

Акісленне трацічных спіртоў працякае ў жорсткіх умовах. Пры гэтым разбураецца вугляродны шкілет малекулы.

*Атрыманне метанолу ў прамысловасцi

Метанол, у адрозненне ад этанолу, нельга атрымаць гідратацыяй алкену. Раней метанол атрымлівалі награваннем драўніны без доступу паветра, так званай сухой перагонкай драўніны, адсюль яго трывіяльная назва — драўняны спірт. Сучасны метад прамысловага атрымання метанолу — узаемадзеянне аксіду вугляроду(II) з вадародам. Рэакцыю праводзяць пры высокім ціску (10 МПа) і тэмпературы 250 °С у прысутнасці каталізатараў на аснове аксідаў цынку і медзі:

Нагадаем, што сумесь аксіду вугляроду(II) з вадародам называецца сінтэз-газ.

Пытанні і заданні

1. Напішыце ўраўненне рэакцыі прапанолу-2 з натрыем. Які аб’ём (н. у.) вадароду вылучыцца пры растварэнні 1,2 г натрыю ў лішку прапанолу-2?

2. Напішыце ўраўненні рэакцый: а) этанолу з ёдавадародам; б) прапанолу-2 з бромавадародам; в) 2-метылпрапанолу-2 з хлоравадародам. Назавіце галагенвытворныя, якія ўтвараюцца, па наменклатуры ІЮПАК.

3. Напішыце ўраўненні рэакцый, пры дапамозе якіх можна атрымаць метанол з метану.

4. Прапануйце два спосабы атрымання этанолу з этану.

5. Дадзены рэагенты: натрый, бромавадарод, гідраксід калію, бромная вада. З якімі з пералічаных рэчываў рэагуе этанол? Напішыце ўраўненні рэакцый.

6. Этылавы спірт аб’ёмам 50 см³ змяшалі з канцэнтраванай сернай кіслатой і нагрэлі да 150 °С. Пры гэтым вылучыўся этылен аб’ёмам 5,3 дм³ (н. у.). Разлічыце, якая частка (%) этанолу падверглася ўнутрымалекулярнай дэгідратацыі. Шчыльнасць этанолу 0,79 г/см³.

7. Які аб’ём этанолу можна атрымаць гідратацыяй 100 м³ (н. у.) этылену, калі выхад прадукту рэакцыі складае 95 %? Шчыльнасць этанолу 0,79 г/см³.

8*. Напішыце схемы рэакцый, з дапамогай якіх можна атрымаць з этанолу: а) бром; б) ацэтылен; в) бензол; г) этыленгліколь.