Все способы получения пропанола

Одноатомные предельные спирты

Спиртами называют производные углеводородов общей формулы RОН, где R – углеводородный радикал. Формула спирта получается из формулы соответствующего алкана заменой атома Н на группу ОН: RН RОН.
Вывести химическую формулу спиртов можно иначе, включая атом кислорода О между атомами
С–Н молекулы углеводорода:

RН RОН, СН₃–Н СН₃–О–Н.

Гидроксильная группа ОН является функциональной группой спиртов. То есть группа ОН – особенность спиртов, она обусловливает главные физические и химические свойства этих соединений.

Общая формула одноатомных предельных спиртов – С_nH_2n+1OH.

Названия спиртов получают из названий углеводородов с таким же числом атомов С, как в спирте, добавлением суффикса —ол-. Например:

Название спиртов как производных соответствующих алканов характерно для соединений с линейной цепью. Положение группы ОН в них – при крайнем или при внутреннем атоме
С – указывают цифрой после названия:

Названия спиртов – производных разветвленных углеводородов – составляют обычным образом. Выбирают главную углеродную цепь, которая должна включать атом С, соединенный с группой ОН. Нумеруют атомы С главной цепи таким образом, чтобы углерод с группой ОН получил меньший номер:

Название cоставляют, начиная с цифры, указывающей положение заместителя в главной углеродной цепи: «3-метил…» Затем называют главную цепь: «3-метилбутан. » Наконец добавляют суффикс —ол-(название группы ОН) и цифрой указывают атом углерода, с которым связана группа ОН: «3-метилбутанол-2».
Если заместителей при главной цепи несколько, их перечисляют последовательно, указывая цифрой положение каждого. Повторяющиеся заместители в названии записывают с помощью приставок «ди-», «три-», «тетра-» и т.д. Например:

Изомерия спиртов. Изомеры спиртов имеют одинаковую молекулярную формулу, но разный порядок соединения атомов в молекулах.
Два вида изомерии спиртов:
1) изомерия углеродного скелета;
2) изомерия положения гидроксильной группы в молекуле.
Представим изомеры спирта С₅Н₁₁ОН этих двух видов в линейно-уголковой форме записи:

По числу атомов С, связанных со спиртовым (–С–ОН) углеродом, т.е. соседних с ним, спирты называют первичными (один сосед С), вторичными (два С) и третичными (три С-заместителя при углероде –С–ОН). Например:

Задача. Составьте по одному изомеру спиртов молекулярной формулы С₆Н₁₃ОН с главной углеродной цепью:

Решение

1) Записываем главные углеродные цепи с заданным числом атомов С, оставляя место для атомов Н (их укажем позже):

а) С–С–С–С–С–С; б) С–С–С–С–С; в) С–С–С–С; г) С–С–С.

2) Произвольно выбираем место присоединения группы ОН к главной цепи и при внутренних атомах С указываем углеродные заместители:

В примере г) нет возможности разместить три заместителя СН₃– при атоме С-2 главной цепи. У спирта С₆Н₁₃ОН нет изомеров с трехуглеродной главной цепью.

3) Расставляем атомы Н при углеродах главной цепи изомеров а)–в), руководствуясь валентностью углерода С(IV), и называем соединения:

УПРАЖНЕНИЯ.

1. Подчеркните химические формулы предельных одноатомных спиртов:

СН₃ОН, С₂Н₅ОН, СН₂=СНСН₂ОН, СНССН₂ОН, С₃Н₇ОН,

2. Назовите следующие спирты:

3. Составьте структурные формулы по названиям спиртов: а) гексанол-3;
б) 2-метилпентанол-2; в) н-октанол; г) 1-фенилпропанол-1; д) 1-циклогексилэтанол.

4. Составьте структурные формулы изомеров спиртов общей формулы С₆Н₁₃ОН:
а) первичного; б) вторичного; в) третичного. Назовите эти спирты.

5. По линейно-уголковым (графическим) формулам соединений запишите их структурные формулы и дайте названия веществам:

Получение спиртов

Низкомолекулярные спирты – метанол СН₃ОН, этанол С₂Н₅ОН, пропанол С₃Н₇ОН, а также изопропанол (СН₃)₂СНОН – бесцветные подвижные жидкости со специфическим алкогольным запахом. Высокие температуры кипения: 64,7 °С – СН₃ОН, 78 °С – С₂Н₅ОН, 97 °С – н-С₃Н₇ОН и 82 °С – (СН₃)₂СНОН – обусловлены межмолекулярной водородной связью, существующей в спиртах. Спирты С₍₁₎–С₍₃₎ смешиваются с водой (растворяются) в любых соотношениях. Эти спирты, особенно метанол и этанол, наиболее широко используются в промышленности.

1. Метанол синтезируют из водяного газа:

2. Этанол получают гидратацией этилена (присоединением воды к С₂Н₄):

3. Другой способ получения этанола – сбраживание сахаристых веществ под действием дрожжевых ферментов. Процесс спиртового брожения глюкозы (виноградного сахара) имеет вид:

4. Этанол получают из крахмала, а также из древесины (целлюлозы) путем гидролиза до глюкозы ипоследующего сбраживания в спирт:

5. Высшие спирты получают из галогенпроизводных углеводородов гидролизом под действием водных растворов щелочей:

Гидролиз и гидратация – способы получения спиртов

Задача. Как из пропана получить пропанол-1?

Решение

Из пяти предложенных выше способов получения спиртов ни в одном не рассмотрено получение спирта из алкана (пропана и т.п.). Поэтому синтез пропанола-1 из пропана будет включать несколько стадий. По способу 2 спирты получают из алкенов, которые в свою очередь доступны при дегидрировании алканов. Схема процесса следующая:

Другая схема такого же синтеза на одну стадию длиннее, зато ее легче осуществить в лаборатории:

Присоединение воды к пропену на последней стадии протекает по правилу Марковникова и приводит к вторичному спирту – пропанолу-2. В задании требуется получить пропанол-1. Поэтому задача не решена, ищем другой способ.
Способ 5 состоит в гидролизе галогеналканов. Необходимый полупродукт для синтеза пропанола-1 – 1-хлорпропан – получают следующим образом. Хлорирование пропана дает смесь 1- и 2-монохлорпропанов:

Из этой смеси выделяют 1-хлорпропан (например, с помощью газовой хроматографии или за счет разных температур кипения: для 1-хлорпропана t_кип = 47 °С, для 2-хлорпропана t_кип = 36 °С). Действием на 1-хлорпропан водной щелочью КОН или NaOH синтезируют целевой пропанол-1:

Обратите внимание, что взаимодействие одних и тех же веществ: СН₃СН₂СН₂Сl и КОН – в зависимости от растворителя (спирт С₂Н₅ОН или вода) приводит к разным продуктам – пропилену
(в спирте) или пропанолу-1 (в воде).

УПРАЖНЕНИЯ.

1. Приведите уравнения реакций промышленного синтеза метанола из водяного газа и этанола – гидратацией этилена.

2. Первичные спирты RСН₂ОН получают гидролизом первичных алкилгалогенидов RСН₂Наl, а вторичные спирты синтезируют гидратацией алкенов. Завершите уравнения реакций:

3. Предложите способы получения спиртов: а) бутанола-1; б) бутанола-2;
в) пентанола-3, исходя из алкенов и алкилгалогенидов.

4. При ферментативном брожении сахаров наряду с этанолом в небольшом количестве образуется смесь первичных спиртов С₃–С₅ – сивушное масло. Главный компонент в этой смеси – изопентанол (СН₃)₂СНСН₂СН₂ОН, минорные компоненты – н-С₃Н₇ОН, (СН₃)₂СНСН₂ОН и СН₃СН₂СН(СН₃)СН₂ОН. Назовите эти «сивушные» спирты по номенклатуре ИЮПАК. Составьте уравнение реакции брожения глюкозы С₆Н₁₂О₆, в которой бы получались все четыре примесных спирта в мольном соотношении соответственно 2:1:1:1. Введите газ СО₂ в правую часть уравнения в количестве 1/3 моль от всех исходных атомов С, а также необходимое количество молекул Н₂О.

5. Приведите формулы всех ароматических спиртов состава С₈Н₁₀О. (В ароматических спиртах группа ОН удалена от бензольного кольца на один или несколько атомов С:
С₆Н₅– (СН₂)n– ОН.)

Источник

Пропанол-1: химические свойства и получение

Пропанол-1, пропиловый спирт CH₃CH₂CH₂OH – органическое вещество, молекула которого содержит, помимо углеводородной цепи, одну группу ОН.

Общая формула предельных нециклических одноатомных спиртов: C_nH_2n+2O.

Строение пропанола-1

В молекулах спиртов, помимо связей С–С и С–Н, присутствуют ковалентные полярные химические связи О–Н и С–О.

Электроотрицательность кислорода (ЭО = 3,5) больше электроотрицательности водорода (ЭО = 2,1) и углерода (ЭО = 2,4).

Электронная плотность обеих связей смещена к более электроотрицательному атому кислорода:

Атом кислорода в спиртах находится в состоянии sp 3 -гибридизации.

В образовании химических связей с атомами C и H участвуют две 2sp 3 -гибридные орбитали, а еще две 2sp 3 -гибридные орбитали заняты неподеленными электронными парами атома кислорода.

Поэтому валентный угол C–О–H близок к тетраэдрическому и составляет почти 108 о .

Водородные связи и физические свойства спиртов

Спирты образуют межмолекулярные водородные связи. Водородные связи вызывают притяжение и ассоциацию молекул спиртов:

Поэтому спирты – жидкости с относительно высокой температурой кипения (температура кипения пропанола +92 о С).

Водородные связи образуются не только между молекулами спиртов, но и между молекулами спиртов и воды. Поэтому спирты очень хорошо растворимы в воде. Молекулы спиртов в воде гидратируются:

Чем больше углеводородный радикал, тем меньше растворимость спирта в воде. Чем больше ОН-групп в спирте, тем больше растворимость в воде.

Пропанол смешивается с водой в любых соотношениях.

Изомерия пропанола-1

Структурная изомерия

Для пропанола-1 характерна структурная изомерия – изомерия положения гидроксильной группы и межклассовая изомерия.

Структурные изомеры — это соединения с одинаковым составом, которые отличаются порядком связывания атомов в молекуле, т.е. строением молекул.

Межклассовые изомеры — это вещества разных классов с различным строением, но одинаковым составом. Спирты являются межклассовыми изомерами с простыми эфирами. Общая формула и спиртов, и простых эфиров — C_nH_2n+2О.

Например. Межклассовые изомеры с общей формулой С3Н8О пропиловый спирт СН3–CH2–CH2–OH и метилэтиловый эфир CH3–O–CH2–CH3

Пропиловый спирт	Метилэтиловый эфир
СН3–CH2–CH2–OH	CH3–O–CH2–CH3

Изомеры с различным положением группы ОН отличаются положением гидроксильной группы в молекуле. Такая изомерия характерна для спиртов, которые содержат три или больше атомов углерода.

Например. Пропанол-1 и пропанол-2

Пропанол-1	Пропанол-2

Химические свойства пропанола-1

Спирты – органические вещества, молекулы которых содержат, помимо углеводородной цепи, одну или несколько гидроксильных групп ОН.

Химические реакции гидроксисоединений идут с разрывом одной из связей: либо С–ОН с отщеплением группы ОН, либо связи О–Н с отщеплением водорода. Это реакции замещения, либо реакции отщепления (элиминирования).

Свойства спиртов определяются строением связей С–О–Н. Связи С–О и О–Н — ковалентные полярные. При этом на атоме водорода образуется частичный положительный заряд δ+, на атоме углерода также частичный положительный заряд δ+, а на атоме кислорода — частичный отрицательный заряд δ–.

Такие связи разрываются по ионному механизму. Разрыв связи О–Н с отрывом иона Н + соответствует кислотным свойствам гидроксисоединения. Разрыв связи С–О соответствует основным свойствам и реакциям нуклеофильного замещения.

С разрывом связи О–Н идут реакции окисления, а с разрывом связи С–О — реакции восстановления.

Таким образом, для спиртов характерны следующие свойства: слабые кислотные свойства, замещение водорода на металл; замещение группы ОН отрыв воды (элиминирование) – дегидратация окисление образование сложных эфиров — этерификация

1. Кислотные свойства пропанола-1

Спирты – неэлектролиты, в водном растворе не диссоциируют на ионы; кислотные свойства у них выражены слабее, чем у воды.

1.1. Взаимодействие с раствором щелочей

При взаимодействии спиртов с растворами щелочей реакция практически не идет, т. к. образующиеся алкоголяты почти полностью гидролизуются водой.

Равновесие в этой реакции так сильно сдвинуто влево, что прямая реакция не идет. Поэтому пропанол-1 не взаимодействует с растворами щелочей.

1.2. Взаимодействие с металлами (щелочными и щелочноземельными)

Пропанол-1 взаимодействует с активными металлами (щелочными и щелочноземельными). При этом образуются алкоголяты. При взаимодействии с металлами спирты ведут себя, как кислоты.

Например, пропанол-1 взаимодействует с калием с образованием пропилата калия и водорода .

Алкоголяты под действием воды полностью гидролизуются с выделением спирта и гидроксида металла.

Например, пропилат калия разлагается водой:

СН₃–CH₂–CH₂–OK + H₂O → СН₃–CH₂–CH₂–OH + KOH

2. Реакции замещения группы ОН

2.1. Взаимодействие с галогеноводородами

При взаимодействии спиртов с галогеноводородами группа ОН замещается на галоген и образуется галогеналкан.

Например, пропанол-1 реагирует с бромоводородом.

2.2. Взаимодействие с аммиаком

Гидроксогруппу спиртов можно заместить на аминогруппу при нагревании спирта с аммиаком на катализаторе.

Например, при взаимодействии пропанола-1 с аммиаком образуется пропиламин.

2.3. Этерификация (образование сложных эфиров)

Cпирты вступают в реакции с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфиры.

Например, пропанол-1 реагирует с уксусной кислотой с образованием пропилацетата (пропилового эфира уксусной кислоты):

2.4. Взаимодействие с кислотами-гидроксидами

Спирты взаимодействуют и с неорганическими кислотами, например, азотной или серной.

Например, при взаимодействии пропанола-1 с азотной кислотой образуется пропилнитрат.

3. Реакции замещения группы ОН

В присутствии концентрированной серной кислоты от спиртов отщепляется вода. Процесс дегидратации протекает по двум возможным направлениям: внутримолекулярная дегидратация и межмолекулярная дегидратация.

3.1. Внутримолекулярная дегидратация

При высокой температуре происходит внутримолекулярная дегидратация и образуется соответствующий алкен.

Например, из пропанола-1 под действием концентрированной серной кислоты при высокой температуре образуется пропилен:

3.2. Межмолекулярная дегидратация

При низкой температуре происходит межмолекулярная дегидратация: ОН-группа в одной молекуле спирта замещается на группу OR другой молекулы. Продуктом реакции является простой эфир.

Например, при дегидратации пропанола-1 при низкой температуре образуется дипропиловый эфир:

4. Окисление спиртов

Реакции окисления в органической химии сопровождаются увеличением числа атомов кислорода (или числа связей с атомами кислорода) в молекуле и/или уменьшением числа атомов водорода (или числа связей с атомами водорода).

В зависимости от интенсивности и условий окисление можно условно разделить на каталитическое, мягкое и жесткое.

Вторичные спирты окисляются в кетоны: в торичные спирты → кетоны

Типичные окислители — оксид меди (II), перманганат калия KMnO₄, K₂Cr₂O₇, кислород в присутствии катализатора.

4.1. Окисление оксидом меди (II)

Cпирты можно окислить оксидом меди (II) при нагревании. При этом медь восстанавливается до простого вещества. Первичные спирты окисляются до альдегидов.

Например, пропанол-1 окисляется оксидом меди до пропионового альдегида

4.2. Окисление кислородом в присутствии катализатора

Cпирты можно окислить кислородом в присутствии катализатора (медь, оксид хрома (III) и др.). Первичные спирты окисляются до альдегидов.

Например, при окислении пропанола-1 образуется пропаналь

4.3. Жесткое окисление

При жестком окислении под действием перманганатов или соединений хрома (VI) первичные спирты окисляются до карбоновых кислот.

При нагревании первичного спирта с перманганатом или дихроматом калия в кислой среде может образоваться также альдегид, если его сразу удаляют из реакционной смеси.

Например, при взаимодействии пропанола-1 с перманганатом калия в серной кислоте образуется пропионовая кислота

4.4. Горение спиртов

Образуются углекислый газ и вода и выделяется большое количество теплоты.

Например, уравнение сгорания пропанола-1:

5. Дегидрирование спиртов

При нагревании спиртов в присутствии медного катализатора протекает реакция дегидрирования. При дегидрировании первичных спиртов образуются альдегиды.

Например, при дегидрировании пропанола-1 образуется пропаналь.

Получение пропанола-1

1. Щелочной гидролиз галогеналканов

При взаимодействии галогеналканов с водным раствором щелочей образуются спирты. Атом галогена в галогеналкане замещается на гидроксогруппу.

Например, при нагревании 1-хлорпропана с водным раствором гидроксида натрия образуется пропанол-1

2. Гидрирование карбонильных соединений

Присоединение водорода к альдегидам протекает при нагревании в присутствии катализатора. При гидрировании альдегидов образуются первичные спирты.

Источник