Алкоголь - Alcohol


Из Википедии, свободной энциклопедии

Бал-и-палки модель молекулы спирта (R 3 COH). Красные и серые шарики представляют собой гидроксильную группу (-ОН). Три «R - х» обозначают углерод заместителей или атомы водорода.
Угол связи между гидроксильной группой (-ОН) и цепью атомов углерода (R),

В химии , спирт любое органическое соединение , в котором гидроксильная функциональная группа (- O Н ) связана с углеродом . Термин спирт первоначально относился к первичному спиртовому этанолу (этиловый спирт), который используется в качестве лекарственного средства и является основным присутствует алкоголь в алкогольных напитках . Важный класс спиртов, из которых метанол и этанол являются самыми простыми членами, включает в себя все соединения , для которых общая формула представляет собой С п Н 2n + 1 ОН. Именно эти простые одноатомные , которые являются предметом данной статьи.

Суффикс - ола появляется химическое название IUPAC всех веществ , где гидроксильная группа является функциональной группой с наивысшим приоритетом. При более высокий приоритет , группа присутствует в соединении, приставка гидрокси- используется в его названии IUPAC. Суффикс -ол в не ИЮПАК имен (например, парацетамол или холестерин ) также , как правило , указывает на то, что данное вещество представляет собой спирт. Тем не менее, многие вещества, содержащие гидроксильные функциональные группы ( в частности , сахара, такие как глюкоза и сахароза ) имеют имена , которые включают в себя ни суффикс -ол , ни префикса гидрокси- .

история

Алкоголь дистилляция вероятно возникла в Индии . В течение 2000 г. до н.э., люди Индии использовали алкогольный напиток под названием Суры . Спирт перегонка была известна исламскими химики еще в восьмом веке.

Арабского химик, аль-Кинди , однозначно описана перегонка вина в трактате под названием как «Книга по химии Духи и дистилляций».

Персидский врач , алхимик , эрудит и философ Рази (854 CE - 925 CE) приписывают открытие этанола.

Номенклатура

Этимология

Слово «спирт» от арабского Kohl ( арабский : الكحل , . Транслит  аль-Kühl ), порошок используется в качестве подводки. Аль- является арабский артикль , что эквивалентно на английском языке. Алкоголь первоначально использовался для очень мелкого порошка , полученного с помощью сублимации природного минерального антимонита с образованием сульфида сурьмы Sb
2
S
3
. Считалосьчтобы быть сущностью или «дух» этого минерала. Он был использованкачествеантисептика, карандашглаз, икосметики. Смысл спирта был продлен до дистиллированных веществ в целом, а затем сужается к этанолу, когда «духи» был синонимомкрепких напитков.

Варфоломей Traheron в своем 1543 переводе Джона Виго вводит слово как термин , используемый «варварскими» ( мавританскими ) авторами для «тонкого порошка.» Vigo писал: "варварский auctours употреблять алкоголь, или (как я fynde это sometymes wryten) alcofoll для moost тонкой Poudre."

1657 Lexicon Chymicum , Уильям Джонсон блески слова как «Антимониум SIVE сурьмы.» Расширением слово стало относиться к любой жидкости , полученной путем перегонки, в том числе «алкоголь вина» , дистиллированная сущность вина. Libavius в Alchymia (1594) относится к "Vini Vel спирта Vinum alcalisatum". Джонсон (1657) глоссы спирта Vini как "Quando Omnis superfluitas Vini с Víno separatur, ит ет accensum ardeat Донец TOTUM consumatur, nihilque fæcum phlegmatis в Aut Fundo remaneat." Смысл этого слова стал ограничиваться «духом вина» (хим- известной сегодня как этанол ) в 18 - м века , и был расширен до класса веществ , так называемых как «спирты» в современной химии после 1850 года .

Термин этанол был изобретен в 1892 году, сочетая слово этан с «-олом» окончанием «спирт».

Систематические названия

IUPAC номенклатура используется в научных публикациях и где точная идентификация вещества имеет важное значение, особенно в тех случаях , когда относительная сложность молекулы не делает такое систематическое название громоздким. В именованиях простых спиртов, название алкана цепи теряет терминал е и добавляет суффикс -ол , например , как в «этаноле» из алкана названия цепи «этана». При необходимости положения гидроксильной группы обозначается числом от алканов имени и -ола : пропан-1-ол для CH
3
СН
2
СН
2
ОН
,пропан-2-олдляCH
3
СН (ОН) СН
3
. Если более высокий приоритетгруппа присутствует (например,альдегида,кетонаиликарбоновой кислоты), то префиксгидрокси-используется, например, какв 1-гидрокси-2-пропанона (СН
3
С (O) СН
2
ОН
).

Некоторые примеры простых спиртов и как назвать их
СН 3 -СН 2 -СН 2 -ОН Пропан-2-ол displayed.svg циклогексанола displayed.svg 2-метилпропан-1-ол displayed.svg 2-метилбутан-2-ол displayed.svg
Пропан-1-ol.svg 2-Propanol.svg циклогексанола acsv.svg Isobutanol.svg 2-метил-2-бутанол FormulaV1-Seite001.svg
н - пропил спирт,
пропан-1-ол или
1-пропанол
изопропиловый спирт,
пропан-2-ол или
2-пропанол
циклогексанола изобутиловый спирт,
2-метилпропан-1-ол или
2-метил-1-пропанол
трет - амил спирта,
2-метилбутан-2-ол или
2-метил-2-бутанол
Первичный спирт Вторичный спирт Вторичный спирт Первичный спирт Третичный спирт

В случаях , когда функциональная группа ОН присоединена к зру 2 углерода на ароматическом кольце молекула известна как фенол , и названа с использованием правил ИЮПАКА для обозначения фенолы.

Общие имена

В других менее формальных контекстах, спирт часто называют с названием соответствующей алкильной группы , за которым следует слово «спирт», например, метиловый спирт, этиловый спирт. Пропил спирт может быть н - пропил спирта или изопропилового спирта , в зависимости от того, является ли гидроксильная группа присоединена к концу или среднему углероду на прямой пропановой цепи. Как было описано в соответствии с систематическим именованием, если другая группа в молекуле имеет приоритет, остаток спирта часто обозначаются с помощью «гидрокси-» префикса.

Спирты, затем классифицируются на первичный, вторичный ( втор- , втор- ) и третичный ( трет- , t- ), в зависимости от числа атомов углерода , соединенных с атомом углерода , который несет гидроксильную функциональную группу . (Соответствующие числовые Shorthands 1 °, 2 ° и 3 ° также иногда используются в неформальных условиях.) Первичные спирты имеют общие формулы RCH 2 OH. Простейший первичный спирт представляет собой метанол (СН 3 ОН), для которого R = Н, а следующий представляет собой этанол, для которого R = СН 3 , то метильную группу . Вторичные спирты являются те из вида RR'CHOH, самый простой из которых 2-пропанол (R = R '= СН 3 ). Для третичных спиртов общей формой является RR'R «СОН. Простейшим примером является трет-бутанол (2-метилпропан-2-ол), для которой каждый из R, R» и R» представляет собой СН 3 . В этих сокращениях от , R, R»и R» представляют собой заместитель , алкил или другие, как правило , присоединена органических группы.

Тип формула IUPAC Имя Распространенное имя
одноатомные
спирты
СН 3 ОН метанол метиловый спирт
С 2 Н 5 ОН Этиловый спирт Алкоголь
С 3 Н 7 ОН Пропан-2-ол Изопропиловый спирт,
спирт затирания
С 4 Н 9 ОН Бутан-1-ол Бутанола,
бутиловый спирт
С 5 Н 11 ОН Пентан-1-ол Пентанол,
амиловый спирт
С 16 Н 33 ОН Гексадекан-1-ол Цетиловый спирт
многоатомные
спирты
С 2 Н 4 (ОН) 2 Этан-1,2-диол Этиленгликоль
С 3 Н 6 (ОН) 2 Пропан-1,2-диол Пропиленгликоль
С 3 Н 5 (ОН) 3 Пропан-1,2,3-триол глицерин
С 4 Н 6 (ОН) 4 Бутан-1,2,3,4-тетраол Erythritol ,
треит
С 5 Н 7 (ОН) 5 Пентан-1,2,3,4,5-PENTOL Ксилит
С 6 Н 8 (ОН) 6 гексан-1,2,3,4,5,6-hexol Маннитол ,
сорбитол
С 7 Н 9 (ОН) 7 Heptane-1,2,3,4,5,6,7-heptol Volemitol
Ненасыщенные
алифатические
спирты
С 3 Н 5 ОН Проп-2-ен-1-ол аллилового спирта
С 10 Н 17 ОН 3,7-диметилокт-2,6-диен-1-ол Geraniol
С 3 Н 3 ОН Проп-2-ин-1-ол пропаргил алкоголя
алициклические
спирты
С 6 Н 6 (ОН) 6 Циклогексан-1,2,3,4,5,6-hexol инозит
С 10 Н 19 ОН 5-метил-2- (пропан-2-ил) циклогексан-1-ол Ментол

Приложения

Общий объем зарегистрированного спирта потребления на душу (15+), в литрах чистого этанола

Спирты имеют долгую историю бесчисленных применений. Для простых моно-спиртов, который является акцент на этой статье, являются следующие наиболее важные промышленные спирты:

  • метанол, главным образом для производства формальдегида и в качестве добавки к топливу
  • этанол, главным образом, для алкогольных напитков, присадки к топливу, растворитель
  • 1-пропанол, 1-бутанол, изобутиловый спирт и для использования в качестве растворителя и предшественника растворителей
  • С6-С11 спирты , используемые для пластификаторов , например , в поливинилхлорид
  • жирный спирт (С12-С18), предшественники моющих средств

Метанол является наиболее распространенным технического спирта, с около 12 миллионов тонн / год, произведенного в 1980 году суммарная мощность других спиртов вл етс примерно таким же, распределенных примерно поровну.

токсичность

Что касается острой токсичности, простые спирты имеют низкую острую токсичность. Дозы нескольких миллилитров допускаются. Для пентанолов , гексанолов , октанолов и более длинных спиртов, LD50 диапазон от 2-5 г / кг (крысы, устные). Метанол и этанол является менее острой токсичностью. Все спирты являются легкие раздражающие кожу.

Метаболизм метанола (и этиленгликоль) зависит от присутствия этанола, который имеет более высокое сродство к печени алкогольдегидрогеназы . Таким образом метанол будет выводится из организма без изменений в моче.

Физические свойства

В общем, гидроксильная группа делает спирты полярными . Эти группы могут образовывать водородные связи друг к другу и к большинству других соединений. Благодаря наличию полярных спиртов ОН является более растворим в воде , чем простые углеводороды. Метанол, этанол, пропанол и могут смешиваться в воде. Бутанол , с четырьмя-углеродной цепи , а, умеренно растворим.

Из - за образования водородных связей , спирты , как правило, имеют более высокие точки кипения , чем сопоставимые углеводороды и простые эфиры . Температура кипения этанола алкоголя 78.29 ° С, по сравнению с 69 ° С для углеводородного гексана и 34,6 & deg ; С в течение диэтилового эфира .

Распространение в природе

Простые спирты широко распространены в природе. Этанол является наиболее заметным, потому что он является продуктом брожения, основной энергией продуцирующего путем. Другие простые спирты образуются только в количествах следовых. Более сложные спирты широко распространены, что проявляется в некоторых сахаров, аминокислот и жирных кислот.

производство

Ziegler и оксо процессы

В процессе Циглера линейные спирты получают из этилена и триэтилалюминия с последующим окислением и гидролизом. Идеализированный синтез 1-октанола показано:

Al (С 2 Н 5 ) 3 + 9 С 2 Н 4 → Al (C 8 H 17 ) 3
Al (С 8 Н 17 ) 3 + 3 O + 3 Н 2 O → 3 HOC 8 Н 17 + Al (ОН) 3

Процесс порождает целый ряд спиртов, которые разделены перегонкой .

Многие высшие спирты получают путем гидроформилирования алкенов с последующим гидрированием. При нанесении на терминальный алкен, как это часто бывает , как правило , один получает линейный спирт:

RCH = СН 2 + Н 2 + СО → RCH 2 СН 2 СНО
RCH 2 CH 2 CHO + 3 Н 2 → RCH 2 CH 2 CH 2 OH ,

Такие процессы дают жирные спирты , которые являются полезными для моющих средств.

Гидратация реакции

Некоторые спирты с низкой молекулярной массой промышленного значения получают путем добавления воды к алкенов. Этанол, изопропанол, 2-бутанол и трет-бутанол получают из этого общего метода. Две реализации используются, прямые и косвенные методы. Прямой метод позволяет избежать образования стабильных промежуточных продуктов , как правило , с использованием кислотных катализаторов. В косвенном способе, алкен превращают в сложный эфир сульфата , который затем гидролизуют. Прямая гидратация с использованием этиленом ( гидратация этилена ) или другими алкенами от взлома фракций дистиллированной сырой нефти .

Гидратация также используется в промышленности для получения диола этиленгликоля из окиси этилена .

Биологические маршруты

Этанол получают путем ферментации с использованием глюкозы , полученной из сахара от гидролиза из крахмала , в присутствии дрожжей и температуры менее 37 ° С для получения этанола. Например, такой процесс может перейти путем превращения сахарозы под действием фермента инвертазы в глюкозу и фруктозу , затем превращение глюкозы под действием фермента комплекса зимазы в этаноле (и диоксид углерода).

Несколько видов доброкачественных бактерий в кишечнике использование ферментации в качестве формы анаэробного метаболизма . Эта метаболическая реакция производит этанол в качестве побочного продукта. Таким образом, человеческие тела содержат некоторое количество спирта эндогенно произведенного этими бактериями. В редких случаях это может быть достаточно , чтобы вызвать « синдром авто-пивоварню » , в котором производится опьяняющие количества алкоголя.

Как этанол, бутанол может быть получен путем процессов ферментации. Saccharomyces дрожжи , как известно , для производства этих высших спиртов при температурах выше 75 ° F (24 ° C). Бактерии Clostridium acetobutylicum могут питаться целлюлозы для получения бутанола в промышленном масштабе.

подмена

Первичные алкилгалогениды вступают в реакцию с водным раствором NaOH или KOH , главным образом, первичные спирты в нуклеофильном алифатическом замещении . (Вторичные и особенно третичные алкилгалогениды дадут ликвидацию (алкен) продукт вместо этого). Реагенты Гриньяра реагируют с карбонильными группами на вторичные и третичные спирты. Связанные реакции являются реакция Барбье и реакция Нозаки-Хияма .

снижение

Альдегиды или кетоны являются уменьшаются с боргидридом натрия или литийалюминийгидридом (после кислотной обработки). Другое снижение на aluminiumisopropylates является снижение Меервейна-Ponndorf-Верлея . Нойори асимметричное гидрирование является асимметричным восстановление бета-кето-эфиров.

Гидролиз

Алкены участвовать в кислотно - катализируемой реакции гидратации с использованием концентрированной серной кислоты в качестве катализатора , что дает , как правило , вторичные или третичные спирты. Гидроборирование-окисление и oxymercuration-восстановительный алкенов более надежны в органическом синтезе. Алкены реагируют с НБС и водой в галогенгидрине реакции образования . Амины могут быть превращены в соли диазония , которые затем гидролизуют.

Формирование вторичного спирта через сокращение и гидратации показано:

Получение вторичного спирта

Реакции

депротонирования

С рК а около 16-19, они, в общем, немного более слабые кислоты , чем вода . С помощью сильных оснований , таких как гидрид натрия или натрия они образуют соли , называемые алкоксидами , с общей формулой R O - М + .

2 Р-ОН + 2 NaH → 2 РО - Na + + 2 Н 2
2 Р-ОН + 2 Na 2 → RO - Na + + Н 2

Кислотность спиртов сильно зависит от сольватации . В газовой фазе, спирты являются более кислыми , чем вода.

нуклеофильного замещения

Группа ОН не является хорошим уходом щей группы в нуклеофильном замещении реакций, так что нейтральные спирты не реагируют в таких реакциях. Однако, если кислород сначала протонированный , чтобы дать R-OH , 2 + , уходящая группа ( вода ) является гораздо более стабильным, и нуклеофильным замещение может иметь место. Так , например, третичные спирты реагируют с соляной кислотой с образованием третичных алкилгалогенидов , где гидроксильная группа заменена хлором атома мономолекулярного нуклеофильного замещения . Если первичные или вторичные спирты должны быть введены в реакцию с соляной кислотой , активатор , такой как хлорид цинка необходим. В альтернативной моде, преобразование может быть выполнено непосредственно с помощью тионилхлорида . [1]

Некоторые простые превращения спиртов в алкилхлоридах

Спирты могут, аналогичны, быть преобразованы в алкилбромидах с использованием бромистоводородной кислоты или трибромида фосфора , например:

3 Р-ОН + PBr 3 → 3 RBR + Н 3 РО 3

В деоксигенирования Бартон-McCombie спирт дезоксигенирует к алкану с гидридом трибутилоловы или триметилборан -водом комплексом в радикальной заместительной реакции.

дегидратация

Между тем, атом кислорода имеет одинокие пары из несвязанных электронов , которые делают его слабо основным в присутствии сильных кислот , такие как серная кислота . Так , например, с метанолом:

Кислотность & основность метанола

После обработки с помощью сильных кислот, спирты подвергаются E1 реакции элиминирования для получения алкенов . Реакция, в общем, подчиняется правилу Зайцева , в котором говорится , что наиболее стабильным (обычно наиболее замещенный) алкена образуется. Третичные спирты легко устранить на уровне чуть выше комнатной температуры, но первичные спирты требуют более высокой температуры.

Это схема катализируемой кислоты дегидратации этанола с получением этилена :

DehydrationOfAlcoholWithH-.png

Реакция более контролируемой является устранение с сероуглеродом и йодметана .

эстерификация

Алкоголь и карбоновые кислоты реагируют в так называемом Фишере этерификации . Реакции обычно требует катализатор , такой как концентрированной серной кислоты:

Р-ОН + R'-CO 2 H → R'-CO 2 R + Н 2 О

Другие типы эфира получают таким же образом , - например, тозил (тозилат) сложные эфиры изготовлены путем реакции спирта с п - толуолсульфонил хлорида в пиридине.

оксидирование

Первичные спирты (R-CH 2 OH) могут быть окислены либо альдегиды (R-CHO) или карбоновые кислоты (R-CO 2 H). Окисление вторичных спиртов (R 1 R 2 CH-OH) , как правило , заканчивается в кетон (R 1 R 2 C = O) стадии. Третичные спирты (R 1 R 2 R 3 С-ОН), устойчивы к окислению.

Прямое окисление первичных спиртов до карбоновых кислот , как правило , протекает через соответствующий альдегид, который преобразуется с помощью альдегида гидрата (R-СН (ОН) 2 ) в результате реакции с водой , прежде чем он может быть дополнительно окислен до карбоновой кислоты.

Механизм окисления первичных спиртов до карбоновых кислот с помощью альдегидов и альдегидных гидратов

Реагенты , пригодные для превращения первичных спиртов в альдегиды , как правило , также пригодны для окисления вторичных спиртов в кетоны . К ним относятся реактив Коллинз и Дессы-Мартин . Прямое окисление первичных спиртов с карбоновыми кислотами может быть осуществлено с использованием перманганата калия или реагента Джонса .

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

  • Меткаф, Allan A. (1999). Мир так много слов . Houghton Mifflin. ISBN  0-395-95920-9 .

внешняя ссылка