Получение из спирта кислоты

Как получить спирт методом брожения

Винный или этиловый спирт можно получить разными химическими и биохимическими способами. Самым старым и распространенным методом является алкогольное брожение с последующей дегидратацией (удалением воды).

Довольно сложным является получение этилового спирта путем брожения, в котором участвуют дрожжи. Установлено, что брожение провоцируют не сами дрожжи, а выделяемые ими специфические вещества – зимазы. В процессе брожения глюкоза С6Н12Опреобразуется в спирт и углекислоту по следующему уравнению:

  • С6Н12О6 → 2СО2 + 2С2Н5ОН + энергия

где СО2 – углекислый газ, а С2Н5ОН – этиловый спирт.

Спиртовому брожению может подвергаться не только глюкоза, но и другие сахаристые вещества, содержащиеся в природе в качестве растительных компонентов (например, в соке). Из чего получают спирт в этом случае? Из картофеля, свеклы, зерна пшеницы, овса, риса и т. п.

Если при получении спирта используется сырье, богатое крахмалом, то оно сначала должно поддаться осахариванию – превращению крахмала в сахар под действием определенных ферментов. При этом происходит реакция по следующей формуле:

  • 6Н10О5)n + nН2О + ФЕРМЕНТ → nС6Н12О6

где (С6Н10О5)n  — крахмал.

После преобразования крахмала в сахар далее получить этиловый спирт из глюкозы уже гораздо легче. Если при получении спирта используется сахаросодержащее сырье, то процесс сводится к сбраживанию подвернутого обработке сахаристого сока.

Перебродившее сырье перегоняют благодаря процессу ректификации. Для этого спиртсодержащую жидкость нагревают (доводят до кипения). При кипении спирт выпаривается и попадает в ректификационную колонну, а потом в дефлегматор. В дефлегматоре пары соприкасаются с охлажденной поверхностью, конденсируются, стекая в емкость, и образуют жидкий спирт.

Гидратация этилена

Спирт может быть получен из этилена (газа) в присутствии концентрированной сильной кислоты (фосфорной, серной). Процесс проводят в автоклаве. Сернокислотная гидратация происходит по такой схеме:

  • С2Н4 + H2SO4 → С2Н5О2-SO2
  • Н3С-СН2-О- SO2ОН + Н-О-Н → Н3С-СН2-ОН + Н2SO4

Суммарное уравнение такое:

  • Н2С=СН2 + Н2О → Н3С-СН2-ОН (в присутствии серной кислоты H2SO4)

Другие способы получения спиртов

Как получить спирт из алкана (его галоген-производного)? Здесь необходима реакция, которая происходит по типу гидролиза. В результате образуется этиловый спирт и соль – хлорид натрия:

  • С2Н5СІ + NaOH → С2Н5OH + NaСl

Чтобы получить спирт из кетонов или альдегидов, нужно провести реакцию этинилирования этих соединений (другое название – реакция Фаворского). При этом в реакцию вступают кетоны, алкины и альдегиды (чаще это формальдегид) в основной среде (к примеру, в КОН). Реакция происходит по такой схеме:

  • RC≡CH + CH2O → RC≡C-CH2OH
  • HC≡CH + 2CR2O → HOCR2-C≡C-CR2OH

где R – радикал СnН2n+1

Как получить спирт из эфира путем гидролиза? Стоит знать, что сам по себе гидролиз – это химический процесс, при котором под воздействием воды происходит распад (разложение) исходных веществ с образованием новых соединений. Гидролиз эфиров с образованием спиртов происходит согласно следующему уравнению:

  • RO-OR΄+ NaOH → RO-ONa + HO-R΄

где:

  • R – радикал СnН2n+1
  • R΄ – радикал СnНn+2
  • RO-OR΄ — эфир
  • NaOH – гидроксид натрия
  • RO-ONa – карбоксилат натрия
  • HO-R΄ — спирт

Из уксусной кислоты получить спирт можно несколькими способами.

  • Гидрирование кислоты: СН3СООН + 2Н2 → Н2О + С2Н5ОН (процесс происходит в присутствии никеля или платины)
  • Восстановление производных уксусной кислоты (или других карбоновых кислот): СН3СООН + С2Н5ОН → CH3-CO-O-C2H5 + Н2О (в присутствии серной кислоты образуется сложный эфир — этилацетат). CH3-CO-O-C2H5 + Na[C2H5OH] → С2Н5ОН + С2Н5ОNa
  • Непосредственное восстановление уксусной или других кислот до получения спирта возможно при реакции с алюмогидридом лития. Вот окончательное уравнение процесса: 4CH3-COOH + LiAlH4 → 4CH3-CH2-OH + Al(OH)3 + LiOH

Описанными методами (из алканов, кислот, кетонов, альдегидов и прочих исходных веществ) получают технический спирт. Пищевой спирт из различного сырья получают лишь методом брожения.

elhow.ru

Номенклатура спиртов

Спирты представляет собой органические соединения гидроксильной (ОН) функциональной группы с алифатическим атомом углерода. Поскольку ОН является принадлежностью молекул всех спиртов, их часто представляют как производными воды с общей формулой ROH, где R обозначает алкильную группу.

Получение спиртов метанола (СН3ОН) и этанола (СН3СН2ОН), являющихся первыми двумя членами их гомологического ряда, является важной задачей химической промышленности многих стран. При содержании от одного до четырех атомов углерода их часто называют общими именами, в которых за названием алкильной группы следует слово спирт:Получение из спирта кислоты«>

Можно видеть, что все четыре (две последние являются изомерами одного вещества) представленные выше молекулы спиртов содержат одну гидроксильную группу. По этому признаку все они относятся к классу одноатомных спиртов (бывают и двух-, трех, четырех- и многоатомные). Кроме того, все они являются производными предельных углеводородов из ряда алканов: метана, этана, пропана (названия спиртов получают добавлением к названию алкена окончания «-ол»). Поэтому их еще называют предельными одноатомными спиртами.

Одноатомные спирты

Получение, свойства (как физические, так и химические) этих соединений зависят от количества атомов углерода, присоединенных к его же атому, непосредственно связанному с группой ОН. Поэтому одноатомные спирты могут быть сгруппированы в три класса на этой основе.

  • Первичные спирты имеют молекулу, в которой один атом углерода, связанный с ОН-группой, присоединен к еще одному атому C. Их общая формула RCH2ОН. Например, этанол – первичный спирт.Получение из спирта кислоты«>
  • Вторичные спирты имеют в молекуле один атом углерода с ОН-группой, присоединенный к двум другими атомам C. Их общая формула R2СНОН. К ним относятся пропиловый и изопропиловый спирты.Получение из спирта кислоты«>
  • Третичные спирты содержат в молекуле атом углерода с ОН-группой, присоединенный к трем другими атомам C. Их общая формула R3СОН.Получение из спирта кислоты«>

Получение одноатомных спиртов в промышленности возможно целым рядом способов, которые будут рассмотрены ниже.

Метанол как продукт природного газа

Метанол получают смешиванием газа водорода и монооксида углерода при высоких температурах и давлениях (200 ат, 350 °C) в присутствии катализатора, состоящего из оксида цинка (ZnO) и оксида хрома (Cr2 O3) в качестве катализатора: 2H2 + CO → CH3OH.Получение из спирта кислоты«>

При этом сырьем для получения реагентов являются природный газ и водяной пар, смешивая которые, получают синтез – газ, представляющий собой смесь CO и H2.

Метанол является важным растворителем и используется в качестве автомобильного топлива, либо в виде чистой жидкости – в некоторых гоночных автомобилях, либо в качестве высокооктановой добавки в бензин. Получение и применение спиртов в мире, и в частности метанола, измеряется миллионами тонн. По итогам 2013 г. в мире было потреблено 66 млн т метанола, из них 65 % в Азии, 17 % — в Европе и 11 % — в США.

Получение предельных спиртов из алкенов

Многие простые весовые спирты, имеющие промышленное значение, производятся гидратацией (добавлением воды) алкенов (этилена, пропилена, бутена). Этанол, изопропанол, бутанол (вторичный и третичный) получают по этой реакции.

Известны прямой и косвенный способы получения спиртов гидратацией. Прямой позволяет избежать образования стабильных промежуточных продуктов, как правило, с помощью кислых катализаторов.

Получение из спирта кислоты«>

Катализатором обычно является фосфорная кислота, адсорбированная на пористом носителе, таком как силикагель или кизельгур. Этот катализатор был впервые использован для крупномасштабного производства этанола в США компанией «Шелл» в 1947 году. Реакцию проводят в присутствии пара высокого давления при 300 °C, причем между этиленом и паром поддерживается соотношение 1,0: 0,6.

Аналогичная реакция производства изопропилового спирта с катализаторов в виде серной кислоты выглядит следующим образомПолучение из спирта кислоты«>

Косвенный способ гидратации этилена

В косвенным способе, на практике впервые примененном в промышленном масштабе в 1930 году, но сегодня считающимся почти полностью устаревшим, реакция получения спиртов заключается в превращении алкена в сульфат эфиры, который затем гидролизуют. Традиционно алкен обрабатывают серной кислотой с получением алкильные сульфатных эфиров. В случае производства этанола, этот шаг может быть записан так: Н2SO4 + С2 Н4 → C2H5 -O-SO3H

Впоследствии этот сульфат эфира гидролизуют до регенерации серной кислоты и освобождения этанола: С2Н5-O-SO3H + H2O → H2SO4 + С2Н5ОН.

Способы получения спиртов чрезвычайно разнообразны, но нижеописанный процесс, пожалуй, известен, хотя бы понаслышке каждому читателю.

Спиртовое брожение

Это биологический процесс, в котором молекулы, такие как глюкоза, фруктоза и сахароза, преобразуются в клеточную энергию с параллельным производством этанола и углекислого газа в качестве продуктов метаболизма. Брожение катализируется ферментами, содержащимися в дрожжах и протекает по сложному многоступенчатому механизму, которое включает в общем случае преобразование (на первом этапе) крахмала, содержащегося в растительных зернах, в глюкозу с последующим получением из нее этанола. Поскольку дрожжи выполняют это преобразование в отсутствие кислорода, спиртовое брожение считается анаэробным процессом.

Реакции получения спиртов брожением можно представить следующим образом:Получение из спирта кислоты«>

Способы получения алкогольных напитков

Весь этанол, содержащийся в алкогольных напитках производится посредством ферментации, вызванной дрожжами.

Вино производится путем ферментации из натуральных сахаров, присутствующих в винограде; сидр получают аналогичной ферментацией природного сахара в яблоках и грушах, соответственно; и другие фруктовые вина производятся ферментацией сахаров в любых других видах фруктов. Бренди и коньячные спирты (например, сливовица) производятся при перегонке напитков, получаемых брожением фруктовых сахаров.

Медовые напитки производятся путем ферментации из натуральных сахаров, присутствующих в меде.Получение из спирта кислоты«>

Пиво, виски, и водка производятся путем ферментации зерен крахмала, которые преобразуются в сахар под действием фермента амилазы, присутствующей в зерновых ядрах, подвергшихся солодовому проращиванию. Другие источники крахмала (например, картофель и не солодовое зерно) могут быть добавлены к смеси, так как амилаза будет действовать также и на их крахмал.

Рисовые вина (в том числе саке) получают путем брожения зерновых крахмалов, превращаемых в сахар грибками Aspergillus огугае.

Ром и некоторые другие напитки получают ферментацией и дистилляцией сахарного тростника. Ром, как правило, производится из продукта сахарного тростника – патоки.

Во всех случаях брожение должно происходить в сосуде, который позволяет двуокиси углерода выходить, но предотвращает приход наружного воздуха. Это нужно потому, что воздействие кислорода предотвращает образование этанола, а накопление диоксида углерода создает риск разрыва сосуда .Получение из спирта кислоты«>

Реакция нуклеофильного замещения

Получение спиртов в лабораториях производится способами, которые используют в качестве исходных продуктов для реакций химические вещества самых разнообразных классов, от углеводородов до карбонильных соединений. Существует несколько способов, которые сводятся к нескольким основным реакциям.

Первичные галогеналканы реагируют с водными растворами щелочей NaOH или КОН, образуя, образуя, главным образом, первичные спирты в реакции нуклеофильного алифатического замещения. Когда, например, метилбромид реагирует с раствором едкого натра, то гидроксильные группы, образующинся при диссоциации щелочи, замещают ионы брома с образованием метанола.Получение из спирта кислоты«>

Несколько реакций, позволяющих выполнять получение спиртов в лабораториях, приведены ниже.

Нуклеофильное присоединение.

Реактивы Гриньяра (соединения магния с алкилгалогенидами – иодидами или бромидами), а также металлоорганические соединения меди и лития реагируют с карбонильными группами (C=O) альдегидов с образованием первичных и вторичных спиртов в зависимости от механизма присоединения.Аналогичные реакции с кетонами приводят к третичным спиртам.Получение из спирта кислоты«>

Реакция Барбье протекает между галогеналканом и карбонильной группой в качестве электрофильного субстрата в присутствии магния, алюминия, цинка, индия, олова или его солей. Продуктом реакции является первичный, вторичный или третичный спирт. Механизм ее протекания аналогичен реакции Гриньяра с той разницей, что реакция Барбье является синтезом в одном сосуде, тогда как реактив Гриньяра получают отдельно перед добавлением карбонильного соединения. Получение из спирта кислоты«>Являясь реакцией нуклеофильного присоединения, она происходит с относительно недорогими и водостойкими металлами или их соединениями в отличие от реагентов Гриньяра или органолитиевых реагентов. По этой причине возможно во многих случаях запускать ее в воде, что делает процесс частью зеленой химии. Реакция Барбье назван в честь Филиппа Барбье – учителя Виктора Гриньяра.

Реакция восстановления

Альдегиды или кетоны восстанавливаются до спиртов с боргидридом натрия (NaBH4) или (после кислотной обработки) с литийалюминий гидридом (LiAlH).

В реакции Меервейна-Пондорфа-Верли (MPV) получение спиртов путем восстановления их из кетонов и альдегидов происходит с использованием алюминиевого алкоксидного катализатора. Достоинства MPV заключаются в ее высокой хемоселективности и использовании дешевого, экологически чистого металлического катализатора. Реакция была обнаружена Меервейном и Шмидтом, и независимо Верли в 1925 г. Они обнаружили, что смесь алюминиевого этоксида и этанола может восстановить альдегиды до их спиртов. Понндорф применил реакцию к кетонам и обновил катализатор до изопропилата алюминия (Al(O-i-Pr)3, где i-Pr означает изопропиловую группу (CH(CH3)2). в целях получения изопропанола.

Общее уравнение получения спирта путем MPV-восстановления кетонов до спиртов выглядит так:

Получение из спирта кислоты«>

Это, конечно, не все, что можно сказать относительно спиртов и их свойств, но общее представление о них, надеемся, вам составить удалось.

www.syl.ru

Фенолы

Фенолы — органические соединения, в которых гидроксильная группа связана непосредственно с углеродным атомом ароматического кольца.

Простейшие представители:

Получение из спирта кислоты

Фенол получают сплавлением солей сульфокислот со щелочами:

Получение из спирта кислоты

Этот метод применяется в промышленности.

Фенол можно получить окислением изопропилбензола (кумола) кислородом воздуха в присутствии катализатора с последующим разложением образующегося гидропероксида кумола.

В результате получаются фенол и ацетон:

Получение из спирта кислоты

Этот метод, применяемый в промышленности для получения фенола и ацетона, называется кумольный метод.

С хорошим выходом можно получить фенол пиролизом хлорбензола.

Получение из спирта кислоты

studopedia.ru

Спирты — производные углеводородов, в молекулах которых есть одна или несколько гидроксильных групп OH.

Все спирты делятся на одноатомные и многоатомные

Одноатомные спирты

Одноатомные спирты — спирты, у которых имеется одна гидроксильная группа.
Бывают первичные, вторичные и третичные спирты:

— у первичных спиртов гидроксильная группа находится у первого атома углерода, у вторичных — у второго, и т.д.

Спирты

Свойства спиртов, которые являются изомерными, во многом похожи, но в некоторых реакциях они ведут себя по-разному.

Спирт этиловый
Спирт этиловый

Сравнивая относительную молекулярную массу спиртов (Mr) c относительными атомными массами углеводородов, можно заметить, что спирты имеют более высокую температуру кипения. Это объясняется наличием водородной связи между атомом H в группе ОН одной молекулы и атомом O в группе -ОН другой молекулы.

При растворении спирта в воде образуются водородные связи между молекулами спирта и воды. Этим объясняется уменьшение объёма раствора (он всегда будет меньше, чем сумма объёмов воды и спирта по отдельности).

Наиболее ярким представителем химических соединений этого класса является этиловый спирт. Его химическая формула C2H5-OH. Концентрированный этиловый спирт (он же — винный спирт или этанол) получают из разбавленных его растворов путём перегонки; действует опьяняюще, а в больших доза — это сильный яд, который разрушает живые ткани печени и клетки мозга.

Метиловый спирт
Муравьиный спирт (метиловый)

При этом нужно отметить, что этиловый спирт полезен в качестве растворителя, консерванта, средства понижающего температуру замерзания какого-либо препарата. Ещё один не менее известный представитель этого класса — метиловый спирт (его ещё называют — древесный или метанол). В отличии от этанола метанол смертельно опасен даже в самых малых дозах! Сначала он вызывает слепоту, затем просто «убивает»!

Многоатомные спирты

Многоатомные спирты — спирты, имеющие несколько гидроксильных групп OH.
Двухатомными спиртами называются спирты,содержащие две гидроксильные группы (группа ОН); спирты содержащие три гидроксильные группы — трёхатомные спирты. В их молекулах две или три гидроксильные группы никогда не оказываются присоединёнными к одному и тому же атому углерода.

Глицерин
Многоатомный спирт — глицерин

Двухатомные спирты ещё называют гликолями, так как они обладают сладким вкусом, — это характерно для всех многоатомных спиртов

Многоатомные спирты с небольшим числом атомов углерода — это вязкие жидкости, высшие спирты — твёрдые вещества. Многоатомные спирты можно получать теми же синтетическими методами, что и предельные многоатомные спирты.

Получение спиртов

1. Получение этилового спирта (или винный спирт) путём брожения углеводов:

C2H12O6 => C2H5-OH + CO2

Суть брожения заключается в том, что один из простейших сахаров — глюкоза, получаемый в технике из крахмала, под влиянием дрожжевых грибков распадается на этиловый спирт и углекислый газ. Установлено, что процесс брожения вызывают не сами микроорганизмы, а выделяемые ими вещества — зимазы. Для получения этилового спирта обычно используют растительное сырьё, богатое крахмалом: клубни картофеля, хлебные зёрна, зёрна риса и т.д.

2. Гидратация этилена в присутствии серной или фосфорной кислоты

CH2=CH2 + KOH => C2H5-OH

3. При реакции галогеналканов со щёлочью:

Реакция спиртов

4. При реакции окисления алкенов

Реакция спиртов

5. Гидролиз жиров: в этой реакции получается всем известный спирт — глицеринРеакция спиртов

Кстати, глицерин входит в состав многих косметических средств как консервант и как средство, предотвращающее замерзание и высыхание!

Свойства спиртов

1) Горение: Как и большинство органических веществ спирты горят с образованием углекислого газа и воды:

C2H5-OH + 3O2 —>2CO2 + 3H2O

При их горении выделяется много теплоты, которую часто используют в лабораториях (лабораторные горелки). Низшие спирты горят почти бесцветным пламенем, а у высших спиртов пламя имеет желтоватый цвет из-за неполного сгорания углерода.

2) Реакция со щелочными металлами

C2H5-OH + 2Na —> 2C2H5-ONa + H2

При этой реакции выделяется водород и образуется алкоголят натрия. Алкоголяты похожи на соли очень слабой кислоты, а также они легко гидролизуются. Алкоголяты крайне неустойчивы и при действии воды — разлагаются на спирт и щелочь. Отсюда следует вывод, что одноатомные спирты не реагируют со щелочами!

3) Реакция с галогеноводородом
C2H5-OH + HBr —> CH3-CH2-Br + H2O
В этой реакции образуется галогеноалкан (бромэтан и вода). Такая химическая реакция спиртов обусловлена не только атомом водорода в гидроксильной группе, но и всей гидроксильной группой! Но эта реакция обратима: для её протекания нужно использовать водоотнимающее средство, например серную кислоту.

4) Внутримолекулярная дегидратация (в присутствии катализатора H2SO4)

дегидратация спиртов

В этой реакции при действии концентрированной серной кислоты и при нагревании происходит дегидратация спиртов. В процессе реакции образуется непредельный углеводород и вода.
Отщепление атома водорода от спирта может происходить в его же молекуле (то есть происходит перераспределение атомов в молекуле). Эта реакция является межмолекулярной реакцией дегидратации. Например, так:

реакция дегидратации

В процессе реакции происходит образование простого эфира и воды.

5) реакция с карбоновыми кислотами:

реакция с карбоновыми кислотами

Если добавить к спирту карбоновую кислоту, например уксусную, то произойдёт образование простого эфира. Но сложные эфиры менее устойчивы, чем простые эфиры. Если реакция образования простого эфира почти необратима, то образование сложного эфира — обратимый процесс. Сложные эфиры легко подвергаются гидролизу, распадаясь на спирт и карбоновую кислоту.

6) Окисление спиртов.

Кислородом воздуха при обычной температуре спирты не окисляются, но при нагревании в присутствии катализаторов идёт окисление. Примером может служить оксид меди (CuO), марганцовка (KMnO4), хромовая смесь. При действии окислителей получаются различные продукты и зависят от строения исходного спирта. Так, первичные спирты превращаются в альдегиды (реакция А), вторичные — в кетоны (реакция Б), а третичные спирты устойчивы к действию окислителей.

  • — a) для первичных спиртов
    окисление первичных спиртов
  • — б) для вторичных спиртов
    окисление вторичных спиртов
  • — в) третичные спирты оксидом меди не окисляются!

Что касается многоатомных спиртов, то они имеют сладковатый вкус, но некоторые из них ядовиты. Свойства многоатомных спиртов похожи на одноатомные спирты, при этом различие в том, что реакция идёт не по одной к гидроксильной группе, а по нескольким сразу.
Одно из основных отличий — многоатомные спирты легко вступают в реакцию гидроксидом меди. При этом получается прозрачный раствор ярко сине-фиолетового цвета. Именно этой реакцией можно выявлять наличие многоатомного спирта в каком-либо растворе.

Взаимодействуют с азотной кислотой:

Реакция спиртов

С точки зрения практического применения наибольший интерес представляет реакция с азотной кислотой. Образующийся нитроглицерин и динитроэтиленгликоль используют в качестве взрывчатых веществ, а тринитроглицерин — ещё и в медицине, как сосудорасширяющее средство.

Этиленгликоль

Этиленгликоль — типичный представитель многоатомных спиртов. Его химическая формула CH2OH — CH2OH. — двухатомный спирт. Это сладкая жидкость, которая способно отлично растворяться в воде в любых пропорциях. В химических реакциях может участвовать как одна гидроксильная группа (-OH), так и две одновременно.

этиленгликоль
этиленгликоль

Этиленгликоль — его растворы — широко применяются как антиобледенительное средство (антифризы). Раствор этиленгликоля замерзает при температуре -340C, что в холодное время года может заменить воду, например для охлаждения автомобилей.

При всей пользе этиленгликоля нужно учитывать, это это очень сильный яд!

Глицерин

Все мы видели глицерин. Он продаётся в аптеках в тёмных пузырьках и представляет собой вязкую бесцветную жидкость, сладковатую на вкус. Глицерин — это трёхатомный спирт. Он очень хорошо растворим в воде, кипит при температуре 220 0C.

Химические свойства глицерина во многом сходны со свойствами одноатомных спиртов, но глицерин может реагировать с гидроксидами металлов (например, гидроксидом меди Cu(OH)2), при этом образуются глицераты металлов — химические соединения, подобные солям.

Реакция с гидроксидом меди — типовая для глицерина. В процессе химической реакции образуетс ярко-синий раствор глицерата меди

Глицерат меди

Эмульгаторы

Эмульгаторы — это высшие спирты, эфиры и другие сложные химические вещества, которые при смешивании с другими веществами, например жирами, образуют стойкие эмульсии. Кстати, все косметические средства также являются эмульсиями! В качестве эмульгаторов часто используют вещества, представляющие собой искусственный воск (пентол, сорбитанолеат), а также триэтаноламин, лицетин.

Растворители

Растворители — это вещества, используемые в основном для приготовления лаков для волос и ногтей. Они представлены в небольшой номенклатуре, так как большинство таких веществ легко воспламенимо и вредно для организма человека. Наиболее распространённым представителем растворителей является ацетон, а также амилацетат, бутилацетат, изобутилат.

Есть также вещества, называемые разбавители. Они, в основном применяются вместе с растворителями для приготовления различных лаков.

www.kristallikov.net

1. Способы получения спиртов

Основные способы получения спиртов уже рассматривались при обсуждении реакционной способности галогенопроизводных, элементоорганических соединений и алкенов. Особенно следует выделить получение метанола и этанола.

1.1 Гидрогенизация окиси углерода

Метиловый спирт, он же метанол, он же древесный спирт, обнаруженный впервые в середине ХVII века, выделенный в чистом виде в 1834 г., синтезированный в 1857 г., — один из старейших продуктов химической индустрии. Поначалу его получали сухой перегонкой древесины, а в 1923 г. начала работать первая заводская установка, на которой метанол синтезировали из водорода и окиси углерода. По объему производства метанол стоит на первом месте среди вторичных нефтехимических продуктов.

Получение из спирта кислоты (1)

Метанол токсичен: его употребление, вдыхание паров или нахождение на коже в течение длительного времени вызывает слепоту или приводит к смертельному исходу.

1.2 Ферментация

Еще в древности было обнаружено, что при брожении многих растительных продуктов образуются алкогольные напитки, но лишь сравнительно недавно стало известно, что активным началом в них является этиловый спирт.

Получение из спирта кислоты (2)

В дрожжах имеются энзимы, вызывающие превращение сахаров в спирты. Ферментацией кроме этилового спирта можно получать спирты С3 , C4 и С5 .

1.3 Синтез спиртов из алкенов (8.2.2 Гидратация алкенов)

Гидратация алкенов используется в промышленности для получения спиртов из продуктов нефтепереработки. Присоединение протекает по правилу Марковнико-ва. Условия проведения реакции зависят от природы алкена. Скорость гидратации возрвстает с увеличением разветвленности алкена.

Получение из спирта кислоты (8-16)

Получение из спирта кислоты (8-17)

Гидратация пропена в кислой среде

Получение из спирта кислоты (8-18)

прохолит по следующему еханизму:

Получение из спирта кислоты

Получение из спирта кислоты

Получение из спирта кислоты

(8-М 9)

Упр.2. Завершите реакцию и опишите ее механизм:

Ответ.

Получение из спирта кислоты (8-20)

Механизм:

Получение из спирта кислоты

Кислотно-катализируемая гидратация алкенов лежит в основе промышленного способа получения этанола из этилена и 2-пропанола из пропена. Этиловый и изопропиловый спирты для технических целей получают, в основном, гидратацией этилена и пропилена в паровой фазе:

Получение из спирта кислоты (3)

Получение из спирта кислоты (4)

Для получения других спиртов этот метод имеет весьма ограниченную область применения, поскольку гидратация алкенов часто сопровождается изомеризацией углеродного скелета за счет перегруппировок промежуточно образующихся карбокатионов, что сильно снижает синтетические возможности этого, на первый взгляд очень простого, способа получения вторичных и третичных спиртов. В лабораторной практике его по существу вытеснил другой способ, основанный на реакции оксимеркурирования-демеркурирования алкенов. Оксимеркурирование-демеркурирование региоселективно и приводит к присоединению воды по правилу Марковникова. Эта реакция проводится в оченьмягких условиях с выходами, близкими к количественному выходу.

Получение из спирта кислоты (5)

1-пентен 2-пентанол

Преимуществом этого метода превращения алкенов в спирты является то, что при этом не наблюдается перегруппировок:

Получение из спирта кислоты (6)

3,3-диметил-1-бутен 3,3-диметил-2-бутанол

Упр.3. Методом оксимеркурирования-демеркурирования из подходящих алкенов получите (а) 1-циклопентилэтанол, (б) 3-метил-3-пентанол,

(в) 1-этилциклопентанол.

Для того, чтобы присоединить воду к алкенам против правила Марковникова используют метод гидроборирования-окисления.

(8)

пропен 1-пропанол

Получение из спирта кислоты (9)

2-метилпропен 2-метил-1-пропанол

Упр.4. Напишите реакции получения (а) 1-пентанола,

(б) транс-2-метилциклогексанола из соответствующих алкенов.

Упр.5. Какой спирт образуется из 3,3-диметил-1-бутена при (а) гидратации в присутствии кислоты, (б) оксимеркурировании-демеркурировании и (в) гидробори-ровании-окислении?

Упр.6. Завершите реакцию

Получение из спирта кислоты

1.4. Синтез спиртов из галогеноуглеводородов

Синтез спиртов из из галогеноуглеводородов уже обсуждался в гл. 6, (реакции 15,16,18 и 21, м1-4) При нагревании алкилгалогенидов с водными растворами щелочей они превращаются в спирты:

Получение из спирта кислоты (10)

Этот метод используется в промышленности для получения спиртов из доступных галогеноуглеводородов, таких как аллил- и бензилхлориды.

Получение из спирта кислоты (11)

аллилхлорид аллиловый спирт

(12)

бензилхлорид бензиловый спирт

Аналогичным методом могут быть получены диолы

Получение из спирта кислоты (13)

этиленгликоль

Упр.7. Напишите реакции получения (а) аллилового спирта из пропена и (б) бензилового спирта из толуола.

1.5. Синтез спиртов из металлоорганических соединений

Для получения первичных спиртов к реактивам Гриньяра присоединяют формальдегид или окись этилена. В первом случае спирты имеют на один, а во втором на два атома углерода больше, чем в исходном галогенуглеводороде.

Получение из спирта кислоты (14)

формальдегид бензиловый спирт

Получение из спирта кислоты (15)

окись этилена 2-фенилэтанол

Для получения вторичных спиртов используют альдегиды (но не формальдегид).

Получение из спирта кислоты (16)

бензальдегид 1-фенил-1-пропанол

Для получения третичных спиртов используют или кетоны или сложные эфиры. При использовании кетонов можно получать третичные спирты любого строения, а при использовании сложных эфиров — спирты с двумя одинаковыми частями молекул:

Получение из спирта кислоты (17)

2-пентанон 3-метил-3-гексанол

Получение из спирта кислоты (19)

этилбензоат 2-фенил-2-пропанол

Упр.8. Используя реактивы Гриньяра, получите следующие спирты:

Получение из спирта кислотыПолучение из спирта кислоты

Получение из спирта кислоты

1.6. Восстановление альдегидов, кетонов и эфиров карбоновых кислот

Альдегиды и кетоны сравнительно легко гидрируются в присутствии Pt, Pd, Ni и других катализаторов гидрирования:

Получение из спирта кислоты

Эта реакция находит промышленное применение для получения первичных и вторичных спиртов из доступных альдегидов и кетонов:

Получение из спирта кислоты (20)

пропаналь 1-пропанол

Получение из спирта кислоты (21)

Гидрирование сложных эфиров проходит через стадию образования альдегидов:

Получение из спирта кислоты

Этим методом в промышленности из метиловых эфиров высших кислот получают высшие первичные спирты, например:

Получение из спирта кислоты (22)

метилпальмитат цетиловый спирт

В лабораторных условиях для восстановления альдегидов и кетонов используют боргидрид натрия NaBH4 или реже алюмогидрид лития LiAlH4 . Реакции карбонилсодержащих соединений с гидридами металлов напоминают их реакции с металлорганическими соединениями:

Получение из спирта кислоты

Для восстановления в спирты альдегидов и кетонов лучше всего пользоваться боргидридом натрия. Эту реакцию можно проводить в спирте или даже в воде.

Реакция восстановления циклогексанона

Получение из спирта кислоты (23)

проходит по следующему механизму

mirznanii.com

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.