Способы получения насыщенных одноатомных спиртов
Спиртами называются соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп. По их числу спирты подразделяются на одноатомные, двухатомные, трехатомные и т.д. Длины связей и валентные углы в метиловом спирте приведены ниже.
Строение метилового спирта
Валентные углы в 109 о и 110 о указывают на sp 3 -гибридизацию атома углерода, две неподеленные пары электронов кислорода расположены на sp 3 -гибридных орбиталях.
НОМЕНКЛАТУРА
Для спиртов существует несколько способов их названия. В современной номенклатуре ИЮПАК для названия спирта к названию углеводорода добавляют окончание «ол». Самую длинную цепь, содержащую функциональную ОН-группу, нумеруют с того конца, к которому ближе всего находится гидроксильная группа, а заместители обозначаются в префиксе, например:
В некоторых спиртах группу СH2OH удобнее называть гидроксиметил, например:
Иногда спирты называют, пользуясь названием алкильной группы:
В этой номенклатуре положение заместителя в алкильной группе обозначается буквами греческого алфавита.
В другой номенклатуре, называемой карбинольной, простейший спирт CH3OH называется карбинол, остальные — как его производные.
Эта номенклатура удобна для самых простых спиртов, т.к. в ней легко различаются первичные, вторичные и третичные спирты.
ПОЛУЧЕНИЕ ОДНОАТОМНЫХ СПИРТОВ
При взаимодействии алкенов с разбавленными водными растворами кислот основным продуктом оказывается спирт.
Этот метод в лабораторных условиях нашел ограниченную область применения для получения третичных спиртов.
Для получения других спиртов он применим ограниченно, поскольку гидратация алкенов часто сопровождается изомеризацией за счет перегруппировок промежуточно образующихся карбокатионов.
Поэтому в лабораторной практике его вытеснил другой способ, основанный на реакции гидроксимеркурирования-демеркурирования алкенов.
2. Гидроксимеркурирование-демеркурирование алкенов
Эта реакция не сопровождается перегруппировками и приводит к образованию индивидуальных спиртов. Направление реакции соответствует правилу Марковникова, реакция проводится в мягких условиях с выходами, близкими к количественным.
3. Гидроборирование алкенов с последующим окислением
Гидроборирование алкенов и последующее окисление боранов раствором пероксида водорода в щелочной среде приводит, в конечном итоге, к антимарковниковскому продукту присоединения воды к двойной связи.
4. Восстановление альдегидов и кетонов алюмогидридом лития или боргидридом натрия
LiAlH4 и NaBH4 восстанавливают альдегиды до первичных спиртов, а кетоны до вторичных, причем боргидрид натрия предпочтителен вследствие большей безопасности в обращении: его можно использовать даже в водном и спиртовом растворах. Алюмогидрид лития реагирует с водой и со спиртом со взрывом и разлагается со взрывом при нагревании выше 120 о в сухом состоянии.
Алюмогидрид лития при 0-10 о восстанавливает ненасыщенные альдегиды и кетоны до аллиловых спиртов, сохраняя двойную углерод-углеродную связь и восстанавливая карбонильную группу.
Та же самая реакция циклогексен-2-она с NaBH4 приводит к смеси циклогексен-2-ола и циклогексанола в соотношении 1,5:1 в результате присоединения гидрид-иона как к карбонильному углероду, так и к углероду при двойной углерод-углеродной связи.
Лучшим реагентом для избирательного восстановления карбонильной группы в a,b-ненасыщенных альдегидах и кетонах, не затрагивающим двойную углерод-углеродную связь, является диизобутилалюминийгидрид (ДИБАЛ-Н).
5. Восстановление сложных эфиров и карбоновых кислот до первичных спиртов
Первичные спирты образуются при восстановлении сложных эфиров и карбоновых кислот алюмогидридом лития в эфире или ТГФ. Особенно удобен в препаративном отношении метод восстановления сложных эфиров алюмогидридом лития. Следует отметить, что боргидрид натрия не восстанавливает сложноэфирную и карбоксильную группы. Это позволяет проводить селективное восстановление карбонильной группы с помощью NaBH4 в присутствии сложноэфирной и карбоксильной групп. Выходы продуктов восстановления редко бывают ниже 80%. Боргидрид лития в отличие от NaBH4 восстанавливает сложные эфиры до ипервичных спиртов.
6. Синтез спиртов из карбонильных соединений с помощью магнийорганических соединений
Эти реакции подробно рассмотрены в методической разработке, посвященной металлоорганическим соединениям. Здесь будут приведены только отдельные примеры.
7. Восстановление эпоксидов (оксиранов) с помощью алюмогидрида лития
Эпоксиды под действием LiAlH4 в эфире или ТГФ превращаются в спирты. Реакция состоит в нуклеофильной атаке гидрид-иона по наименее замещенному или пространственно незатрудненному атому углерода с образованием вторичного или третичного спирта.
Раскрытие эпоксидного кольца в циклогексанах происходит в результате аксиальной атаки гидрид-иона и поэтому в образующемся циклогексаноле атом водорода и ОН-группа находятся в аксиальном положении.
Эпоксидное кольцо раскрывается также под действием диалкилкупратов лития. В качестве примера приведем образование транс-2-метилциклогексанола при взаимодействии циклогексаноксида с диметилкупратом лития.
8. Взаимодействие алкилгалогенидов и алкилтозилатов с супероксидом калия
Один из самых современных методов получения спиртов заключается во взаимодействии алкилгалогенидов и тозилатов с избытком супероксида калия в ДМСО в присутствии 18-краун-6 полиэфира.
В качестве побочных продуктов всегда получаются алкены, выход которых возрастает при синтезе вторичных спиртов. Для примера приведем получение октанола-1 и октанола-2 из 1-иодоктана и 2-иодоктана, соответственно.
Замещение галогена или тозилоксигруппы на гидроксил сопровождается полным обращением конфигурации у асимметрического атома углерода; так из тозилата (S)-октанола-2 был получен R-октанол-2 с оптической чистотой 97-99%.
Метанол в промышленности получают из оксида углерода (II) и водорода (синтез-газ) над сложным катализатором, состоящим из оксидов меди и цинка, нанесенных на Al2O3 в жестких условиях.
Источник
Получение и применение одноатомных спиртов
Одноатомные спирты являются важным сырьем в химическом производстве многих органических соединений. Так, производство только этанола составляет около 130 млн. тонн/год. Пищевой спирт получают из пищевого сырья — картофеля, зерновых культур, корнеплодов, сахарной патоки, ягод и других богатых углеводами культурами. Но существует множество способов их синтеза из непищевого сырья. Рассмотрим каково получение и применение одноатомных спиртов.
Получение одноатомных спиртов
1) Гидролиз галоидпроизводных водой при повышенных температурах протекает медленно:
R-Hal + Н-OH → R-OH + H-Hal
При применении влажной соли серебра замена галоида на гидроксил происходит быстрее:
2R-Hal + Ag2O + Н-OH → 2R-OH + 2Ag-Hal
Еще быстрее реакция протекает при применении щелочей, но осложняется протеканием побочной реакции отщепления галоидводорода с образованием алкенов:
2) Гидрирование окиси углерода в различных условиях позволяет получить как чистый метиловый спирт, так и смесь его первичных гомологов: 
3) Восстановление оксосоединений водородом под действием катализаторов – Pt, Ni или других восстановителей. При этом их альдегидов получаются первичные спирты, а из кетонов – вторичные: 
4) Восстановление карбоновых кислот и их производных. Широко известен метод Буво – Блана — восстановление сложных эфиров карбоновых кислот действием натрия в кипящем спирте:
5) Присоединение металлорганических соединений (магний-, литий-, цинк-, натрийорганических соединений) к альдегидам и кетонам. Наиболее часто используются магнийорганические соединения, так называемый реактив Гриньяра. При присоединении таких соединений к формальдегиду приводит к образованию первичных спиртов, к другим альдегидам – ко вторичным спиртам, а при присоединении к кетонам образуются третичные спирты: 
6) Гидратация алкенов при повышенной температуре, в присутствии кислот. В зависимости от строения алкена можно получить первичные, вторичные или третичные спирты: 
При действии BH3 или B2H6 на алкен также получают спирт: 
7) Гидроформилирование с восстановлением позволяет получить из пропена бутанол и 2-метилпропанол в соотношении 3:1 соответственно: 
При этом возможно протекание реакции димеризации масляного альдегида с получением 2-этилгексанола: 
Этот способ получения спирта относится к промышленным способам.
8) Альфол-процесс – синтез высших жирных спиртов в промышленности: 
9) Дрожжевое брожение сахаров (глюкозы, фруктозы, мальтозы и после предварительного гидролиза сахарозы) приводит к образованию этанола и углекислого газа: 
Применение одноатомных спиртов
Спирты используют в качестве исходного реагента для получения важных органических соединений, необходимых в производстве растворителей, полимерных соединений, красителей и лекарственных препаратов (например, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот простых и сложных эфиров).
Далее представлены сферы применения наиболее важных представителей класса одноатомных спиртов – метанола, этанола, бутанола, бензилового и фенитилового спиртов.
- Метанол – хороший растворитель, его используют в лакокрасочной промышленности, при производстве фенолформальдегидных смол, а также в качестве добавки к незамерзающим жидкостям и моторному топливу.
- Этанол широко применяют в медицинской практике в качестве антисептического средства; на его основе готовят различные лекарственные средства (настойки, сиропы, растворы и др.). Кроме этого он используется в производстве алкогольных напитков, в химическом синтезе органических соединений, например, ацетальдегида, уксусной кислоты, сложных эфиров карбоновых кислот.
- Бутанол чаще всего используют в качестве растворителя жиров и смол. Также из него получают сложные эфиры карбоновых кислот, обладающие приятным запахом — бутилацетат, бутилсалицилат и др. душистые вещества. Как добавка в шампунях он способствует повышению их прозрачности.
- Бензиловый и фенетиловый спирты используются в косметических средствах в качестве консерванта, а также душистого вещества. Бензиловый спирт имеет запах жасмина, а фенетиловый спирт – запах розы.
Категории ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ, Спирты
Источник
