Без алкогольных напитков не обходится ни один праздник. И, конечно, всем известно, что в состав любого горячительного входит питьевой этиловый спирт. Именно он и приносит человеку ощущение приятной эйфории и расслабленности и тяжелейшие симптомы интоксикации в случае его чрезмерного употребления. Но некоторый алкоголь несет с собой смерть.
Это связано с производством суррогатного алкоголя, где используется не этиловый, а метиловый спирт, токсичный и чрезвычайно ядовитый продукт. Оба вида соединения практически ничем не отличаются внешне, различен лишь их химический состав. Давайте, разберемся, какая же формула питьевого спирта в химии и в чем разница его со спиртом метиловым.
Во избежания смертельного отравления следует отличать этиловый спирт от метилового
Истоки знакомства с алкоголем уходят корнями еще в легендарное библейское прошлое. Ной, отведав забродивший виноградный сок, впервые познал ощущение похмелья. Именно с этого момента и начинается триумфальное шествие алкогольной продукции, развитие винодельческой культуры и многочисленные спиртные опыты.
Spiritus vini – такое название получил питьевой спирт, который стали создавать методом дистилляции. То есть перегонкой и испарением жидкости с последующим оседанием пара в жидкую форму.
Формула этанола была установлена в 1833 году
Точкой отсчета виноделия и производства алкогольной продукции стал XIV век . Именно с этого времени получением «волшебной» жидкости занялись в различных странах с созданием и развитием многочисленных методик. К важным этапам распространения этанола, как по-научному называется питьевой спирт, и его развития можно отнести следующие года:
- XIV век (30-е годы). Впервые французским алхимиком Арно де’Вилльгер был открыт винный спирт, ученый смог выделить его из вина.
- XIV век (80-е годы). Итальянский купец познакомил с этиловым спиртовым соединением древних славян, привезя это вещество в Москву.
- XVI век (20-е года). Легендарный швейцарский врач, алхимик Парацельс вплотную занялся изучением свойств этанола и выявил его главную способность – усыплять.
- XVIII век. Впервые снотворные способности этилового спирта были испытаны на человеке. С его помощью был впервые усыплен пациент, которого готовили к сложной операции.
С этого момента начался бурный рост спиртоводочной промышленности. На территории одной лишь нашей страны вплоть до начала революции активно функционировало более 3 000 спиртовых заводов. Правда, во время ВОВ их число резко сократилось, почти на 90%. Возрождение началось лишь в конце 40-х годов прошлого века. Стали вспоминать старинные технологии и разрабатывать новые.
Разновидности спирта
Алкоголь обладает множеством различных модификаций. Некоторые виды спиртов тесно соприкасаются с пищевыми технологиями, другие являются ядовитыми. Чтобы узнать их действие и влияние на человеческий организм, следует понимать их главные характеристики.
Пищевой (или питьевой)
Или спирт этиловый. Его получают способом ректификации (процесс разделения многокомпонентных смесей с использованием теплообмена между жидкостью и паром) . За сырье для его приготовления берутся различные виды зерен. Химическая формула питьевого этилового спирта следующая: С2Н5ОН.
Как действует этиловый спирт
Пищевой спирт, входящий в состав алкоголя, воспринимается в большинстве случаев, как водка. Именно им и злоупотребляют многие личности, доведя себя до стойкой алкогольной зависимости.
Пищевой этанол обладает и собственными разновидностями (они зависят от видов сырья, которое было использовано). Классификация питьевого спирта имеет следующие виды:
Спирт I сорта (или медицинский)
Его не используют для выпуска алкогольной продукции. Данное соединение предназначено для использования исключительно в медицинских целях в качестве антисептика, обеззараживания операционных и хирургических инструментов.
Альфа
Спиртовое соединение высшего сорта. Для его изготовления берется отборная высококачественная пшеница или рожь. Именно на базе спирта Альфа выпускается элитные алкогольные напитки суперпремиумкласса. Например:
- ром Bacardi;
- водка Absolut;
- виски Jack Daniels;
- виски Johnnie Walker.
Люкс
Для производства питьевого этанола данного уровня используют картофель и зерно, с учетом, что на выходе объем картофельного крахмала не должно превышать 35%. Спиртовое соединение пропускается через несколько ступеней фильтрации. Из него выпускают водку премиум-класса. Такую, как:
- Хаски;
- Радуга;
- Белуга;
- Мамонт;
- Nemiroff;
- Столичная;
- Русское золото;
- Русский стандарт.
Данные водочные напитки обладают несколькими степенями защиты . У них особенная форма бутыли, специально разработанные голограммы, уникальный колпачок.
Как проверяют качество водочных изделий
Экстра
На его основе делают классическую и многим знакомую водку среднеценового сегмента. Данный питьевой спирт разбавляют (его крепость в неразбавленном виде составляет около 95%) и плюс ко всему подвергают дополнительной очистке. Итоговая продукция обладает меньшим содержанием сложных эфиров и метанола. Алкоголь на базе данного соединения считается экологически чистым продуктом, правда, не таким дорогим, как спиртное на базе Альфа либо Люкса.
Базис
Практически не уступает водочным этанолам Экстра и Альфа. Обладает такой же высокой крепостью (порядка 95%). Водка, изготовленная из этого питьевого спирта, является самым ходовым товаром, так как она наиболее доступна (средний ценовой сегмент рынка). Производят спирт этой марки из картофеля и зерна, с учетом, что объем картофельного крахмала в получаемой продукции не превышает 60%.
Широкое распространение имеет этиловый спирт в медицине
Спирт высшей категории очистки
Изготавливают его на базе смеси следующих продуктов:
- зерно;
- картофель;
- черная патока;
- сахарная свекла.
Данное соединение при технологическом процессе подвергается минимальной обработке и отфильтровыванию от различных примесей и сивушных масел. Его пускают на изготовление дешевой водки экономкласса, различных настоек и ликеров.
Спирт метиловый (или технический)
Бесцветное, прозрачное вещество, по запаху схожее с классическим этанолом. Но, в отличие от последнего, метанол представляет собой высокотоксическое соединение. Химическая формула метанола (или древесного спирта) СН3ОН. При попадании в человеческий организм это соединение вызывает острое отравление. Не исключен и летальный исход .
Что такое метиловый спирт
По статистике ежегодно диагностируется порядка 1500 случаев отравления метиловым спиртом. Каждая пятая интоксикация оканчивалась гибелью человека.
Метиловый спирт не имеет никакого отношения к производству алкопродукции и пищевой промышленности. Но этим дешевым средством часто разбавляется суррогатный алкоголь ради удешевления получаемой продукции. При взаимодействии с органическими структурами метанол превращается в страшнейший яд, который погубил уже немало жизней.
Как различить спирты
Отличить ядовитый технический спирт от питьевого чрезвычайно трудно. Именно по этой причине и случаются случаи смертельных отравлений. Когда под видом этанола используют для приготовления алкогольной продукции метанол.
Но отличить спиртовые соединения все же можно. Для этого существуют нехитрые способы, применить которые можно и в домашних условиях.
- С помощью огня. Это самый легкий метод проверки. Просто подожгите алкогольный напиток. Этанол при горении горит синим пламенем, а вот цвет горящего метанола зеленый.
- С использованием картофеля. Залейте спиртным кусочек сырой картошки и оставьте на 2-3 часа. Если цвет овоща не поменялся – водка отличного качества и ее смело можно употреблять по назначению. А вот в случае когда картофель приобрел розоватый оттенок – это следствие присутствия в алкоголе технического спирта.
- С применением медной проволоки. Проволочку следует раскалить докрасна и опустить в жидкость. Если при шипении пойдет едкий отталкивающий запах – в спиртном присутствует метанол. Этиловый спирт никак пахнуть не будет.
- Измеряя температуру кипения. Следует при помощи обычного термометра замерять температуру кипения спиртов. При этом учитывайте, что метанол кипит при +64⁰С, а этанол – при +78⁰С.
- Применяя соду и йод. Налейте в прозрачную емкость проверяемый алкоголь. К нему добавьте щепоточку обычной соды. Хорошо размешайте и капните к ней йод. Теперь просмотрите жидкость на просвет. Если в ней присутствует осадок – это свидетельство «чистоты» алкоголя. Этанол при взаимодействии с йодоформом (йод+сода) дает желтоватую взвесь. А вот метанол совершенно не меняется и остается прозрачным.
- С помощью марганцовки. В проверяемый алкоголь добавьте несколько кристалликов калия перманганата. Как только он растворится, и жидкость приобретет розовый окрас, нагрейте ее. Если при нагревании станут выделяться газовые пузырьки – перед вами ядовитый метиловый спирт.
Но стоит учитывать, что все эти и подобные бытовые методы не сработают, если технический спирт изначально в одном продукте будет смешан с этанолом . В данном случае помочь сможет лишь химическая экспертиза. И ответственный подход к покупке спиртного.
При неоказании помощи смерть от отравления метанолом наступает спустя 2-3 часа
Чтобы не приобрести потенциально опасный алкоголь, покупайте спиртное только в проверенных местах, специализированных магазинах, которые вызывают доверие. Избегайте подпольных лавок и небольших ларечков. Именно там очень часто распространяются подделки.
Способы использования этанола
Этиловый спирт используется не только в любимой многими алкогольной индустрии. Его применение разнообразно и довольно любопытно. Ознакомьтесь лишь с некоторыми из основных сфер использования этанола:
- топливная (ракетные двигатели внутреннего сгорания);
- химическая (база для изготовления множество различных препаратов);
- парфюмерия (при создании различных парфюмерных композиций и концентратов);
- лакокрасочная (как растворитель, входит в состав антифризов, моющей бытовой химии, стеклоомыватели);
- пищевая (кроме производства алкоголя, успешно применяется при изготовлении уксуса, различных ароматизаторов);
- медицина (самая популярная сфера применения, как антисептик для обеззараживания ран, при искусственной вентиляции легких в качестве пеногасителя, входит в состав анестезии и наркоза, различных лекарственных настоек, антибиотиков и экстрактов).
Кстати, этиловый спирт используется и в качестве антидота при отравлении метанолом. Это эффективное противоядие в случае интоксикации техническим спиртом . Нелишним будет вспомнить основные признаки отравления алкогольными суррогатами:
- сильнейшая боль головы;
- обильная изнуряющая рвота;
- пронзительная боль в области живота;
- ощущение полнейшей слабости, обездвиживание;
- угнетение дыхания, человек порой не может сделать и вдоха.
Кстати, с точно такими же симптомами можно столкнуться и в случае обычной алкогольной интоксикации. Поэтому следует заострять внимание на количестве принятого алкоголя. Технический спирт дает развитие данной симптоматики, попав в человеческий организм даже в незначительном количестве (от 30 мл, это стандартный объем обычной рюмки).
В этом случае следует немедленно звонить в Скорую помощь. Помните, что при неоказании квалифицированной помощи очень велик риск летального исхода.
Подводя итоги, можно понять, что уметь разбираться в видах спирта и отличать ядовитое соединение от питьевого этанола очень важно. Не забывайте, что даже при потреблении мизерного количества ядовитого метанола, вы подвергаете свою жизнь риску и подводите свой организм к фатальной смертельной черте.
Это производные углеводородов, в которых один атом водорода замещен на гидрокси- группу. Общая формула спиртов - CnH 2 n +1 OH .
Классификация одноатомных спиртов.
В зависимости от положения, где расположена ОН -группа, различают:
Первичные спирты:
Вторичные спирты:
Третичные спирты:
.
Изомерия одноатомных спиртов.
Для одноатомных спиртов характерна изомерия углеродного скелета и изомерия положения гидрокси-группы.
Физические свойства одноатомных спиртов.
Реакция идет по правилу Марковникова, поэтому из первичных алкенов можно получить только певичный спирт.
2. Гидролиз алкилгалогенидов при воздействии водных растворов щелочей:
Если нагрев слабый, то происходит внутримолекулярная дегидратация, в результате чего образуются простые эфиры:
Б) Спирты могут реагировать с галогенводородами, причем третичные спирты реагируют очень быстро, а первичные и вторичные - медленно:
Применение одноатомных спиртов.
Спирты используют преимущественно в промышленном органическом синтезе, в пищевой промышленности, в медицине и фармации.
Следующий класс веществ, которые хотелось бы рассмотреть - это спирты. Это соединения, имеющие в составе группу -OH, связанную с атомом углерода. Такая группа одновалентна и из любого алкана можно сделать спирт, если поменять один из водородов на OH. Например, метану соответствует метиловый спирт, этану - этиловый и так далее. Также они сокращённо именуются с окончанием "ол": метанол, этанол, пропанол.
Метанол, этанол, пропанол
Начиная с пропанола, у спиртов появляется изомерия - помимо того, что сами алканы имеют изомеры, так ещё и гидроксильная группа может быть присоединена к разным атомам углерода. Например, названию "бутанол" соответствуют уже 4 различных по строению молекулы.
Четыре изомерных бутиловых спирта: н-бутанол, втор-бутанол, трет-бутанол, изобутанол.
Как видно, тот спирт, что сохраняет линейное строение, по аналогии с алканами называется "нормальным". Такие спирты также являются первичными, поскольку атом углерода, соединённый с гидроксильной группой, соединён напрямую только с одним атомом углерода. Существуют также вторичные и третичные спирты (две средних структуры на рисунке).
Спирты чем-то схожи в свойствах с водой: вода тоже содержит гидроксил (а так называется группа -OH), но связанную с атомом водорода (поэтому её можно назвать гидроксидом водорода, хотя никто так не делает). Благодаря гидроксильным группам молекулы оказываются более сильно связаны друг с другом (из-за водородных связей), поэтому даже низший спирт - метанол - представляет собой жидкость, хоть и довольно легко испаряющуюся. Жидкими являются почти все низшие спирты, вплоть до октанола. Опять же, здесь возникает сложность из-за большого количества изомеров.
Общая формула спиртов C n H 2n+1 OH.
Самый известный из спиртов - это этанол, он же этиловый спирт - тот самый, что содержится в алкогольных напитках. Он кипит при 78 и перегонкой его можно выделить из раствора, но концентрацию таким образом нельзя поднять выше 96% (что не мешает, однако, получать 100%-ый этанол другими способами, например, удаляя воду из 96%-ного при помощи осушителя). Наверняка все слышали про метанол, который по виду и запаху неотличим от этанола, но смертельно ядовит. Однако если не пробовать его на вкус, то метанол - отличный растворитель, а также топливо и полупродукт для множества химических процессов.
Поскольку метанол и этанол контролируются законом, то зачастую вместо них используют следующий спирт - пропанол. Причём н-пропанол встречается гораздо реже своего изомера - изопропанола, который часто используется как растворитель и обезжириватель (для спиртовок тоже подходит, если что). Он отличается запахом от метанола и этанола, более вязкий (особенно при низкой температуре) и кипит при немного более высокой температуре.
Бутанол и примеси более тяжёлых спиртов составляют основу сивушных масел - они в небольших количествах образуются при брожении и имеют неприятный тяжёлый запах. В остальном такие спирты используются преимущественно как реагенты для получения других соединений.
Функциональных групп в молекуле может быть несколько, в частности - спиртовых. Все рассматривавшиеся выше соединения называются одноатомными спиртами - по количеству гидроксильных групп. Существуют также двухатомный спирт этиленгликоль и трёхатомный спирт глицерин:
Этиленгликоль и глицерин
Они имеют свойства, аналогичные первичным спиртам, но ещё более выраженные: это густые жидкости с высокой температурой кипения (этиленгликоль используется как компонент теплоносителей в отоплении, а также как компонент антифризов "тосол"). И тот, и другой смешиваются с водой в любых пропорциях. В отличие от этиленгликоля, глицерин малотоксичен, а вдобавок ещё и имеет сладкий вкус (отсюда название: "гликос" - сладкий), из-за некоторого сходства в строении с углеводами, которые тоже формально являются спиртами. Это объясняет, в частности, почему углеводы (в том числе сахар) хорошо растворяются в воде.
Спирты похожи на алканы, в молекулу которых "встроили" атом кислорода. И действительно во многих учебниках пишут, что метанол можно получить неполным окислением метана. Для этого, правда, требуются совершенно особые условия, реализуемые только в промышленности: высокие давления, контроль температуры, использование катализаторов. Также его получают из т.н. "синтез-газа" - смеси монооксида углерода и водорода, а синтез-газ, в свою очередь, получают из метана и воды при высокой температуре.
Получение метанола из синтез-газа
Вообще метанол - крупнотоннажный продукт (в 2004 году его производство оценивалось в 32млн. тонн во всём мире), а промышленная химия обычно сильно отличается от лабораторной (сравните ректификационные колонны и лабораторный перегонный аппарат). В небольших количествах метанол образуется при сухой перегонке древесины, поэтому другое его название - древесный спирт.
Для получения этанола используют брожение: некоторые виды микроорганизмов могут превращать сахара, присутствующие в растительном материале (например, в пшенице или сахарном тростнике) в этанол, получая при этом энергию. Этанол затем отделяют ректификацией и используют, например, как добавку к автомобильному топливу (т.н. биотопливо). Таким образом производится порядка 60млн. тонн этанола в год (в основном в США и Бразилии). При таких масштабах и не хочется говорить о получении из нефтепродуктов, но всё-таки есть способ получения из этилена: углеводорода, в котором два атома углерода связаны не одной, а двойной связью. При определённых условиях эта связь может раскрываться, присоединяя молекулу воды. При этом образуется этанол; таким же образом могут быть получены другие спирты из соответствующих алкенов.
Реакция гидратация этилена
Метанол окисляется в формальдегид или муравьиную кислоту. Этанол, соответственно - в ацетальдегид или уксусную кислоту.
Чем и в каких условиях, а также о прочих реакциях спиртов будет описано в следующей статье.
Статистику по производству биоэтанола можно найти здесь: http://ethanolrfa.org/resources/industry/statistics/
В зависимости от типа углеводородного радикала, а также в некоторых случаях особенностей прикрепления группы -ОН к этому углеводородному радикалу соединения с гидроксильной функциональной группой разделяют на спирты и фенолы.
Спиртами называют соединения, в которых гидроксильная группа соединена с углеводородным радикалом, но не присоединена непосредственно к ароматическому ядру, если таковой имеется в структуре радикала.
Примеры спиртов:
Если в структуре углеводородного радикала содержится ароматическое ядро и гидроксильная группа, при том соединена непосредственно с ароматическим ядром, такие соединения называют фенолами .
Примеры фенолов:
Почему же фенолы выделяют в отдельный от спиртов класс? Ведь, например, формулы
очень похожи и создают впечатление веществ одного класса органических соединений.
Однако непосредственное соединение гидроксильной группы с ароматическим ядром существенно влияет на свойства соединения, поскольку сопряженная система π-связей ароматического ядра сопряжена также и с одной из неподеленных электронных пар атома кислорода. Из-за этого в фенолах связь О-Н более полярна по сравнению со спиртами, что существенно повышает подвижность атома водорода в гидроксильной группе. Другими словами, у фенолов значительно ярче, чем у спиртов выражены кислотные свойства.
Химические свойства спиртов
Одноатомные спирты
Реакции замещения
Замещение атома водорода в гидроксильной группе
1) Спирты реагируют со щелочными, щелочноземельными металлами и алюминием (очищенным от защитной пленки Al 2 O 3), при этом образуются алкоголяты металлов и выделяется водород:
Образование алкоголятов возможно только при использовании спиртов, не содержащих растворенной в них воды, так как в присутствии воды алкоголяты легко гидролизуются:
CH 3 OK + Н 2 О = СН 3 ОН + KOH
2) Реакция этерификации
Реакцией этерификации называют взаимодействие спиртов с органическими и кислородсодержащими неорганическими кислотами, приводящее к образованию сложных эфиров.
Такого типа реакции являются обратимыми, поэтому для смещения равновесия в сторону образования сложного эфира, реакцию желательно проводить при нагревании, а также в присутствии концентрированной серной кислоты как водоотнимающего агента:
Замещение гидроксильной группы
1) При действии на спирты галогеноводородных кислот происходит замещение гидроксильной группы на атом галогена. В результате такой реакции образуются галогеналканы и вода:
2) При пропускании смеси паров спирта с аммиаком через нагретые оксиды некоторых металлов (чаще всего Al 2 O 3) могут быть получены первичные, вторичные или третичные амины:
Тип амина (первичный, вторичный, третичный) будет в некоторой степени зависеть от соотношения исходного спирта и аммиака.
Реакции элиминирования (отщепления)
Дегидратация
Дегидратация, фактически подразумевающая отщепление молекул воды, в случае спиртов различается на межмолекулярную дегидратацию и внутримолекулярную дегидратацию.
При межмолекулярной дегидратации спиртов одна молекула воды образуется в результате отщепления атома водорода от одной молекулы спирта и гидроксильной группы — от другой молекулы.
В результате этой реакции образуются соединения, относящиеся к классу простых эфиров (R-O-R):
Внутримолекулярная дегидратация спиртов протекает таким образом, что одна молекула воды отщепляется от одной молекулы спирта. Данный тип дегидратации требует несколько более жестких условий проведения, заключающихся в необходимости использования заметно более сильного нагревания по сравнению с межмолекулярной дегидратацией. При этом из одной молекулы спирта образуется одна молекула алкена и одна молекула воды:
Поскольку молекула метанола содержит только один атом углерода, для него невозможна внутримолекулярная дегидратация. При дегидратации метанола возможно образование только простого эфира (CH 3 -O-CH 3).
Нужно четко усвоить тот факт, что в случае дегидратации несимметричных спиртов внутримолекулярное отщепление воды будет протекать в соответствии с правилом Зайцева, т.е. водород будет отщепляться от наименее гидрированного атома углерода:
Дегидрирование спиртов
а) Дегидрирование первичных спиртов при нагревании в присутствии металлической меди приводит к образованию альдегидов:
б) В случае вторичных спиртов аналогичные условия приведут у образованию кетонов:
в) Третичные спирты в аналогичную реакцию не вступают, т.е. дегидрированию не подвергаются.
Реакции окисления
Горение
Спирты легко вступают в реакцию горения. При этом образуется большое количество тепла:
2СН 3 -ОН + 3O 2 = 2CO 2 + 4H 2 O + Q
Неполное окисление
Неполное окисление первичных спиртов может приводить к образованию альдегидов и карбоновых кислот.
В случае неполного окисления вторичных спиртов возможно образование только кетонов.
Неполное окисление спиртов возможно при действии на них различных окислителей, например, таких, как кислород воздуха в присутствии катализаторов (металлическая медь), перманганат калия, дихромат калия и т.д.
При этом из первичных спиртов могут быть получены альдегиды. Как можно заметить, окисление спиртов до альдегидов, по сути, приводит к тем же органическим продуктам, что и дегидрирование:
Следует отметить, что при использовании таких окислителей, как перманганат калия и дихромат калия в кислой среде возможно более глубокое окисление спиртов, а именно до карбоновых кислот. В частности, это проявляется при использовании избытка окислителя при нагревании. Вторичные спирты могут в этих условиях окислиться только до кетонов.
ПРЕДЕЛЬНЫЕ МНОГОАТОМНЫЕ СПИРТЫ
Замещение атомов водорода гидроксильных групп
Многоатомные спирты так же, как и одноатомные реагируют со щелочными, щелочноземельными металлами и алюминием (очищенным от пленки Al 2 O 3 ); при этом может заместиться разное число атомов водорода гидроксильных групп в молекуле спирта:
2. Поскольку в молекулах многоатомных спиртов содержится несколько гидроксильных групп, они оказывают влияние друг на друга за счет отрицательного индуктивного эффекта. В частности, это приводит к ослаблению связи О-Н и повышению кислотных свойств гидроксильных групп.
Бо льшая кислотность многоатомных спиртов проявляется в том, что многоатомные спирты, в отличие от одноатомных, реагируют с некоторым гидроксидами тяжелых металлов. Например, нужно запомнить тот факт, что свежеосажденный гидроксид меди реагирует с многоатомными спиртами с образованием ярко-синего раствора комплексного соединения.
Так, взаимодействие глицерина со свежеосажденными гидроксидом меди приводит к образованию ярко-синего раствора глицерата меди:
Данная реакция является качественной на многоатомные спирты. Для сдачи ЕГЭ достаточно знать признаки этой реакции, а само уравнение взаимодействия уметь записывать необязательно.
3. Так же, как и одноатомные спирты, многоатомные могут вступать в реакцию этерификации, т.е. реагируют с органическими и кислородсодержащими неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров. Данная реакция катализируется сильными неорганическими кислотами и является обратимой. В связи с этим при осуществлении реакции этерификации образующийся сложный эфир отгоняют из реакционной смеси, чтобы сместить равновесие вправо по принципу Ле Шателье:
Если в реакцию с глицерином вступают карбоновые кислоты с большим числом атомов углерода в углеводородном радикале, получающиеся в результате такой реакции, сложные эфиры называют жирами.
В случае этерификации спиртов азотной кислотой используют так называемую нитрующую смесь, представляющую собой смесь концентрированных азотной и серной кислот. Реакцию проводят при постоянном охлаждении:
Сложный эфир глицерина и азотной кислоты, называемый тринитроглицерином, является взрывчатым веществом. Кроме того, 1%-ный раствор данного вещества в спирте обладает мощным сосудорасширяющим действием, что используется при медицинских показаниях для предотвращения приступа инсульта или инфаркта.
Замещение гидроксильных групп
Реакции данного типа протекают по механизму нуклеофильного замещения. К взаимодействиям такого рода относится реакция гликолей с галогеноводородами.
Так, например, реакция этиленгликоля с бромоводородом протекает с последовательным замещением гидроксильных групп на атомы галогена:
Химические свойства фенолов
Как уже было сказано в самом начале данной главы, химические свойства фенолов заметно отличаются от химических свойств спиртов. Связано это с тем, что одна из неподеленных электронных пар атома кислорода в гидроксильной группе сопряжена с π-системой сопряженных связей ароматического кольца.
Реакции с участием гидроксильной группы
Кислотные свойства
Фенолы являются более сильными кислотами, чем спирты, и в водном растворе в очень небольшой степени диссоциированы:
Бо льшая кислотность фенолов по сравнению со спиртами в плане химических свойств выражается в том, что фенолы, в отличие от спиртов, способны реагировать со щелочами:
Однако, кислотные свойства фенола выражены слабее, чем даже у одной из самых слабых неорганических кислот – угольной. Так, в частности, углекислый газ, при пропускании его через водный раствор фенолятов щелочных металлов, вытесняет из последних свободный фенол как еще более слабую, чем угольная, кислоту:
Очевидно, что любой другой более сильной кислотой фенол также будет вытесняться из фенолятов:
3) Фенолы являются более сильными кислотами, чем спирты, а спирты при этом реагируют с щелочными и щелочноземельными металлами. В связи с этим очевидно, что и фенолы будут реагировать с указанными металлами. Единственное, что в отличие от спиртов, реакция фенолов с активными металлами требует нагревания, так как и фенолы, и металлы являются твердыми веществами:
Реакции замещения в ароматическом ядре
Гидроксильная группа является заместителем первого рода, и это значит, что она облегчает протекание реакций замещения в орто- и пара- положениях по отношению к себе. Реакции с фенолом протекают в намного более мягких условиях по сравнению с бензолом.
Галогенирование
Реакция с бромом не требует каких-либо особых условий. При смешении бромной воды с раствором фенола мгновенно образуется белый осадок 2,4,6-трибромфенола:
Нитрование
При действии на фенол смеси концентрированных азотной и серной кислот (нитрующей смеси) образуется 2,4,6-тринитрофенол – кристаллическое взрывчатое вещество желтого цвета:
Реакции присоединения
Поскольку фенолы являются ненасыщенными соединениями, возможно их гидрирование в присутствии катализаторов до соответствующих спиртов.
Производные углеводородов с одним или несколькими водородными атомами в молекуле, замещенными на группу -OH (гидроксильная группа или оксигруппа), — это спирты. Химические свойства определяются углеводородным радикалом и гидроксильной группой. Спирты образуют отдельный в нем каждый последующий представитель отличается от предыдущего члена на гомологическую разность, соответствующую =CH2. Все вещества этого класса могут быть представлены формулой: R-OH. Для одноатомных предельных соединений общая химическая формула имеет вид CnH2n+1OH. По международной номенклатуре названия могут быть образованы от углеводорода с добавлением окончания -ол (метанол, этанол, пропанол и так далее).
Это очень разнообразный и обширный класс химических соединений. В зависимости от количества групп -OH в молекуле, он подразделяется на одно-, двух- трехатомные и так далее — многоатомные соединения. Химические свойства спиртов зависят также от содержания оксигрупп групп в молекуле. Эти вещества являются нейтральными и не диссоциируют на ионы в воде, как, например, сильные кислоты или сильные основания. Однако могут слабо проявлять как кислотные (снижаются с увеличением в ряду спиртов молекулярной массы и разветвленности углеводородной цепи), так и основные (растут с увеличением молекулярной массы и разветвленности молекулы) свойства.
Химические свойства спиртов зависят от вида и пространственного расположения атомов: молекулы бывают с изомерией цепи и изомерией положения. В зависимости от максимального количества одинарных связей углеродного атома (связанного с оксигруппой) с другими атомами углерода (с 1-м, 2-мя или 3-мя) различают первичные (нормальные), вторичные или третичные спирты. У первичных спиртов гидроксильная группа присоединена к первичному углеродному атому. У вторичных и третичных — ко вторичному и третичному соответственно. Начиная с пропанола, появляются изомеры, которые отличаются положением гидроксильной группы: пропиловый спирт C3H7—OH и изопропиловый спирт CH3—(CHOH)—CH3.
Нужно назвать несколько основных реакций, которые характеризуют химические свойства спиртов:
- При взаимодействии со или их гидроокисями (реакция депротонирования) образуются алкоголяты (атом водорода замещается на атом металла), в зависимости от углеводородного радикала получаются метилаты, этилаты, пропилаты и так далее, например, пропилат натрия: 2CH3CH2OH + 2Na → 2CH3CH2ONa + H2.
- При взаимодействии с концентрированными галогенводородными кислотами образуются HBr + CH3CH2OH ↔ CH3CH2Br + H2O. Эта реакция является обратимой. В результате происходит нуклеофильное замещение ионом галогена гидроксильной группы.
- Спирты могут окисляться до диоксида углерода, до альдегидов или до кетонов. Спирты горят в присутствии кислорода: 3O2 + C2H5OH →2CO2 + 3H2O. Под действием сильного окислителя (хромовая кислота, и так далее) первичные спирты преобразуются в альдегиды: C2H5OH → CH3COH + H2O, а вторичные — в кетоны: CH3—(CHOH)—CH3 → CH3—(CHO)—CH3 + H2O.
- Реакция дегидратации протекает при нагревании в присутствии водоотнимающих веществ серная кислота и так далее). В результате образуются алкены: C2H5OH → CH2=CH2 + H2O.
- Реакция этерификации протекает также при нагревании в присутствии водоотнимающих соединений, но, в отличие от предыдущей реакции, при более низкой температуре и с образованием 2C2H5OH → C2H5—O—C2H5O. С серной кислотой реакция происходит в две стадии. Сначала образуется эфир кислоты серной: C2H5OH + H2SO4 → C2H5O—SO2OH + H2O, затем при нагревании до 140 °С и в избытке спирта образуется диэтиловый (его часто называют серный) эфир: C2H5OH + C2H5O—SO2OH → C2H5—O—C2H5O + H2SO4.
Химические свойства многоатомных спиртов, по аналогии с их физическими свойствами, зависят от типа углеводородного радикала, образующего молекулу, и, конечно, количества гидроксильных групп в ней. Например, этиленгликоль CH3OH—CH3OH (температура кипения 197 °С), являющийся 2-х атомным спиртом, представляет собой жидкость бесцветную (имеет сладковатый вкус), которая смешивается с H2O, а также низшими спиртами в любых соотношениях. Этиленгликоль, как и его высшие гомологи, вступают во все реакции, характерные для одноатомных спиртов. Глицерин CH2OH—CHOH—CH2OH (температура кипения 290 °С) является простейшим представителем 3-х атомных спиртов. Это густая сладкая на вкус жидкость, которая но смешивается с ней в любых соотношениях. Растворяется в спирте. Для глицерина и его гомологов также характерны все реакции одноатомных спиртов.
Химические свойства спиртов определяют направления их применения. Их используют в качестве топлива (биоэтанол или биобутанол и другие), в качестве растворителей в различных отраслях промышленности; как сырье для производства ПАВ и моющих средств; для синтеза полимерных материалов. Некоторые представители этого класса органических соединений широко используются как смазочные материалы или гидравлические жидкости, а также для изготовления лекарственных средств и биологически активных веществ.