Какие продукты образуются при горении спиртов
Строение гидроксогруппы
Благодаря положительному индуктивному эффекту (+I) углеводородного радикала водород в OH-группе менее подвижен, чем в воде.
С увеличением числа углеводородных заместителей у атома углерода, соединенного с гидроксильной группой, индуктивный эффект увеличивается и кислые свойства спиртов (то есть способность отщеплять протон $H^+$) еще больше снижаются:
Кислотные свойства спиртов могут увеличиваться при введении в радикал электроотрицательных атомов или групп, например, галогенов. В этом случае за счет отрицательного индуктивного эффекта (-I) общая электронная пара между кислородом и водородом в гидроксиле смещается к кислороду и кислые свойства протона $H^+$ увеличиваются:
Таким образом. в целом спирты проявляют нейтральные свойства. Рассмотрим их подробнее.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПИРТОВ
1. Подобно воде, спирты реагируют с щелочными металлами с образованием алкоголятов и выделением водорода:
$mathrm{2R–OH + 2Na = 2R–ONa + H_2}$
Образующие алкоголяты необратимо гидролизуются водой.
2. С карбоновыми кислотами спирты образуют сложные эфиры (реакция этерификации):
$mathrm{R–OH + R’–COOH rightleftharpoons R’–COOR + H2O}$
3. Гидроксильная группа может быть замещена галогеном при действии галогеноводородов или галогенидов фосфора ($PBr_3, PCl_5$):
$mathrm{R–OH + HHal = R–Hal + H_2O}$
$mathrm{R–OH + PCl_5 = R–Cl + HCl + POCl_3}$
Галогеналканы также можно получить из спиртов действием галогенводородной кислоты в присутствии серной кислоты:
$C_2H_5OH + HClxrightarrow[]{H_2SO_4}C_2H_5Cl + H_2O$
4. Спирты вступают в реакции элиминирования. Так, в зависимости от условий, дегидратация спиртов может приводить к образованию алкенов (внутримолекулярная дегидратация) или простых эфиров (межмолекулярная дегидратация), при этом, благодаря индуктивному эффекту, дегидратация третичных спиртов проходит проще, чем первичных.
5. При каталитическом дегидрировании одноатомных спиртов образуются альдегиды или кетоны:
6. Первичные спирты в мягких условиях окисляются последовательно до альдегидов и затем – до кислот:
При окислении метанола перманганатом калия происходит окислительно-восстановительная реакция, в результате которой образуется образуется карбонат калия, а марганец восстанавливается до С.О. +4 (нейтральная среда):
$CH_3-OH + 2KMnO_4 = K_2CO_3 + 2MnO_2 + 2H_2O$
$C^{-2} – 6bar{e} rightarrow C^{+4} hspace{1cm}| 1$
$Mn^{+7} – 6bar{e} rightarrow Mn^{+4} hspace{0.6cm}| 2$
Вторичные спирты окисляются до кетонов:
Окисление третичных спиртов проходит с большим трудом. При этом происходит его окислительная деструкция с образованием смеси карбонильных и карбоксильных соединений. В жестких условиях спирты также окисляются до углекислого газа.
Горение спиртов сопровождается выделением углекислого газа и воды:
$2C_3H_7OH + 9O_2 = 6CO_2uparrow + 8H_2O$
7. Кроме реакций, затрагивающих OH-группу, возможно радикальное галогенирование углеводородного радикала.
простые Эфиры
Определение
Простые эфиры – органические вещества состава R–O–R’, где R и R’ – углеводородные радикалы.
Выделяют симметричные (с одинаковыми радикалами) и несимметричные (с разными радикалами) эфиры. Существуют циклические эфиры, которые получаются из многоатомных спиртов, например оксиран, диоксан.
В отличие от спиртов, у эфиров более низкие температуры плавления и кипения. Диметиловый эфир – газ, большинство эфиров – жидкости. Эфиры хорошо растворяются в воде. Являются органическими растворителями.
Для простых эфиров характерна изомерия углеродного скелета и метамерия (расположение атома кислорода в УВ цепи). Понятие метамерии редко используется в органической химии.
Химические свойства простых эфиров
Простые эфиры достаточно инертные вещества.
1. Расщепление (разрыв С-О-связи). Эфирная связь расщепляется под действием концентрированных галогеноводородных кислот при нагревании:
$mathrm{R–O–R’ + HHal = RHal + R’OH}$
Под действием избытка кислоты образовавшийся спирт дает соответствующее галогенпроизводное.
В случае эфира с ароматическим радикалом (Ar) расщепление происходит следующим образом:
$mathrm{Ar–O–R + HHal =RHal + ArOH}.
Реакционная способность галогеноводородных кислот в этих реакциях уменьшается от иодноводородной к хлороводородной.
Под действием концентрированной серной кислоты (лучше олемума) происходит расщепление эфиров с образованием спиртов (и продуктов их дегидратации) и сульфоновых кислот:
$mathrm{C_2H_5–O–C_2H_5 + HO–SO_3H = C_2H_5SO_3H + C_2H_5OH}$
2. Окисление простых эфиров. При окислении простых эфиров образуются органические пероксидные соединения. При стоянии на воздухе образуются перекиси эфиров R–O–O–R’. Наличие перекисей определяется по покраснению водного раствора соли Мора (двойная соль железа (II) и роданида натрия. Перекиси очень опасные вещества: даже в небольших количествах они взрывоопасны.
Получение простых эфиров
1. Простые симметричные эфиры получают межмолекулярной дегидратацией соответствующих спиртов в присутствии концентрированной серной кислоты при нагревании при температуре ниже $140-150^оС$. Этот способ позволяет получить симметричные алкильные эфиры.
2. Для синтеза несимметричных эфиров используется синтез Вильямсона: алкоголят- или фенолят-ион реагирует с галогензамещенным углеводородом (аналог реакции Вюрца):
$mathrm{CH_3Cl + Na–O–C(CH_3)_3 = CH_3–O–C(CH_3)_3 + NaCl}$
$mathrm{C_6H_5ONa + C_2H_5Br = C_6HH_5–O–C_2H_5 + NaBr}$
Выбирая реагенты для синтеза Вильямсона следует учитывать тенденцию к элиминированию, которое является конкурентным по отношению к образованию эфира. Эта тенденция уменьшается в ряду от третичных к первичным галогенпроизводным. Поэтому для получения этилтриметипропанового эфира необходимо использовать этилгалогенид, а не третбутиллогенид.
3. Для получения метиловых эфиров используют диметилсульфат $mathrm{(CH_3)_2SO_4}$.
Применение простых эфиров
Эфиры используются в органическом синтезе, в качестве растворителей, раньше широко использовались в медицине. Первый наркоз с помощью диэтилового эфира был проведен Пироговым при операциях раненых в Первой мировой войне. Сегодня диэтиловый эфир используется в стоматологии для быстрого высушивания поверхности пломбируемого зуба.
$
Источник
Гидроксисоединения – это органические вещества, молекулы которых содержат, помимо углеводородной цепи, одну или несколько гидроксильных групп ОН.
Гидроксисоединения делят на спирты и фенолы.
Строение, изомерия и гомологический ряд спиртов
Химические свойства спиртов
Способы получения спиртов
Если гидроксогруппа ОН соединена с бензольным кольцом, то вещество относится к фенолам.
Общая формула предельных нециклических спиртов: CnH2n+2Om, где m ≤ n.
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.
- слабые кислотные свойства, замещение водорода на металл;
- замещение группы ОН
- отрыв воды (элиминирование) – дегидратация
- окисление
- образование сложных эфиров — этерификация
1. Кислотные свойства
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 спирты не взаимодействуют с растворами щелочей.
Многоатомные спирты также не реагируют с растворами щелочей.
1.2. Взаимодействие с металлами (щелочными и щелочноземельными)
Спирты взаимодействуют с активными металлами (щелочными и щелочноземельными). При этом образуются алкоголяты. При взаимодействии с металлами спирты ведут себя, как кислоты.
Например, этанол взаимодействует с калием с образованием этилата калия и водорода.
Видеоопыт взаимодействия спиртов (метанола, этанола и бутанола) с натрием можно посмотреть здесь.
Алкоголяты под действием воды полностью гидролизуются с выделением спирта и гидроксида металла.
Например, этилат калия разлагается водой:
CH3OH > первичные спирты > вторичные спирты > третичные спирты
Многоатомные спирты также реагируют с активными металлами:
Видеоопыт взаимодействия глицерина с натрием можно посмотреть здесь.
1.3. Взаимодействие с гидроксидом меди (II)
Многоатомные спирты взаимодействуют с раствором гидроксида меди (II) в присутствии щелочи, образуя комплексные соли (качественная реакция на многоатомные спирты).
Например, при взаимодействии этиленгликоля со свежеосажденным гидроксидом меди (II) образуется ярко-синий раствор гликолята меди:
Видеоопыт взаимодействия этиленгликоля с гидроксидом меди (II) можно посмотреть здесь.
2. Реакции замещения группы ОН
2.1. Взаимодействие с галогеноводородами
При взаимодействии спиртов с галогеноводородами группа ОН замещается на галоген и образуется галогеналкан.
Например, этанол реагирует с бромоводородом.
Видеоопыт взаимодействия этилового спирта с бромоводородом можно посмотреть здесь.
третичные > вторичные > первичные > CH3OH.
Многоатомные спирты также, как и одноатомные спирты, реагируют с галогеноводородами.
Например, этиленгликоль реагирует с бромоводородом:
2.2. Взаимодействие с аммиаком
Гидроксогруппу спиртов можно заместить на аминогруппу при нагревании спирта с аммиаком на катализаторе.
Например, при взаимодействии этанола с аммиаком образуется этиламин.
2.3. Этерификация (образование сложных эфиров)
Одноатомные и многоатомные спирты вступают в реакции с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфиры.
Например, этанол реагирует с уксусной кислотой с образованием этилацетата (этилового эфира уксусной кислоты):
Многоатомные спирты вступают в реакции этерификации с органическими и неорганическими кислотами.
Например, этиленгликоль реагирует с уксусной кислотой с образованием ацетата этиленгликоля:
2.4. Взаимодействие с кислотами-гидроксидами
Спирты взаимодействуют и с неорганическими кислотами, например, азотной или серной.
Например, при взаимодействии этанола с азотной кислотой образуется сложный эфир этилнитрат:
Например, глицерин под действием азотной кислоты образует тринитрат глицерина (тринитроглицерин):
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 (больше 140оС) происходит внутримолекулярная дегидратация и образуется соответствующий алкен.
Например, из этанола под действием концентрированной серной кислоты при температуре выше 140 градусов образуется этилен:
В качестве катализатора этой реакции также используют оксид алюминия.
Отщепление воды от несимметричных спиртов проходит в соответствии с правилом Зайцева: водород отщепляется от менее гидрогенизированного атома углерода.
Например, в присутствии концентрированной серной кислоты при нагревании выше 140оС из бутанола-2 в основном образуется бутен-2:
3.2. Межмолекулярная дегидратация
При низкой температуре (меньше 140оС) происходит межмолекулярная дегидратация по механизму нуклеофильного замещения: ОН-группа в одной молекуле спирта замещается на группу OR другой молекулы. Продуктом реакции является простой эфир.
Например, при дегидратации этанола при температуре до 140оС образуется диэтиловый 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.
Первичный спирт → альдегид → карбоновая кислота
Метанол → формальдегид → углекислый газ
Вторичные спирты окисляются в кетоны: вторичные спирты → кетоны
Типичные окислители — оксид меди (II), перманганат калия KMnO4, K2Cr2O7, кислород в присутствии катализатора.
Легкость окисления спиртов уменьшается в ряду:
метанол < первичные спирты < вторичные спирты < третичные спирты
Продукты окисления многоатомных спиртов зависят от их строения. При окислении оксидом меди многоатомные спирты образуют карбонильные соединения.
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, вторичные до кетонов, а метанол окисляется до метаналя.
Например, этанол окисляется оксидом меди до уксусного альдегида
Видеоопыт окисления этанола оксидом меди (II) можно посмотреть здесь.
Например, пропанол-2 окисляется оксидом меди (II) при нагревании до ацетона
Третичные спирты окисляются только в жестких условиях.
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, вторичные до кетонов, а метанол окисляется до метаналя.
Например, при окислении пропанола-1 образуется пропаналь
Видеоопыт каталитического окисления этанола кислородом можно посмотреть здесь.
Например, пропанол-2 окисляется кислородом при нагревании в присутствии меди до ацетона
Третичные спирты окисляются только в жестких условиях.
4.3. Жесткое окисление
При жестком окислении под действием перманганатов или соединений хрома (VI) первичные спирты окисляются до карбоновых кислот, вторичные спирты окисляются до кетонов, метанол окисляется до углекислого газа.
При нагревании первичного спирта с перманганатом или дихроматом калия в кислой среде может образоваться также альдегид, если его сразу удаляют из реакционной смеси.
Третичные спирты окисляются только в жестких условиях (в кислой среде при высокой температуре) под действием сильных окислителей: перманганатов или дихроматов. При этом происходит разрыв углеродной цепи и могут образоваться углекислый газ, карбоновая кислота или кетон, в зависимости от строения спирта.
| Спирт/ Окислитель | KMnO4, кислая среда | KMnO4, H2O, t |
| Метанол СН3-ОН | CO2 | K2CO3 |
| Первичный спирт R-СН2-ОН | R-COOH/ R-CHO | R-COOK/ R-CHO |
| Вторичный спирт R1-СНОН-R2 | R1-СО-R2 | R1-СО-R2 |
Например, при взаимодействии метанола с перманганатом калия в серной кислоте образуется углекислый газ
Например, при взаимодействии этанола с перманганатом калия в серной кислоте образуется уксусная кислота
Например, при взаимодействии изопропанола с перманганатом калия в серной кислоте образуется ацетон
4.4. Горение спиртов
Образуются углекислый газ и вода и выделяется большое количество теплоты.
CnH2n+1ОН + (3n+1)/2O2 → nCO2 + (n+1)H2O + Q
Например, уравнение сгорания метанола:
2CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 4H2O
5. Дегидрирование спиртов
При нагревании спиртов в присутствии медного катализатора протекает реакция дегидрирования. При дегидрировании метанола и первичных спиртов образуются альдегиды, при дегидрировании вторичных спиртов образуются кетоны.
Например, при дегидрировании этанола образуется этаналь
Например, при дегидрировании этиленгликоля образуется диальдегид (глиоксаль)
Источник
Ìèõàèë12: Ïðîäóêòû ñãîðàíèÿ ýòàíîëà
| Ìèõàèë12 unregistered92|| |
|
| MVS unregistered |
|
| Maks-X Member Îòâåòîâ: 280/969 |
|
| Äæàìàëü Member Îòâåòîâ: 1418/30442 |
|
| Êàçàí Member Îòâåòîâ: 636/6236 |
|
| Êàçàí Member Îòâåòîâ: 637/6237 |
|
| Äæàìàëü Member Îòâåòîâ: 1419/30446 |
|
| âàíòîõ Member Îòâåòîâ: 899/4083 |
|
| MVS unregistered |
|
| Äæàìàëü Member Îòâåòîâ: 1425/30461 |
|
| KPAH Member Îòâåòîâ: 851/5676 |
|
| Êâàäðàòíàÿ Ãîëîâà Member Îòâåòîâ: 50/1324 |
|
| Êàçàí Member Îòâåòîâ: 638/6242 |
|
| Êâàäðàòíàÿ Ãîëîâà Member Îòâåòîâ: 51/1326 |
|
| MVS unregistered |
|
| Maks-X Member Îòâåòîâ: 282/971 |
|
Источник