Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Ноября 2015 в 15:19, реферат
Спиртами называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных гидроксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом.
Они могут рассматриваться поэтому как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода заменены на гидроксильные группы.
СОДЕРЖАНИЕ
Спиртами называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных гидроксильных групп, соединенных с углеводородным радикалом.
Они могут рассматриваться поэтому как производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода заменены на гидроксильные группы.
В зависимости от числа гидроксильных групп спирты подразделяются на одно-, двух-, трехатомные и т. д. Двухатомные спирты часто называют гликолями по названию простейшего представителя этой группы – этиленгликоля (или просто гликоля). Спирты, содержащие большее количество гидроксильных групп, обычно объединяют общим названием многоатомные спирты.
СН3 – ОН
По положению гидроксильной группы спирты делятся на : первичные – с гидроксильной группой у конечного звена цепи углеродных атомов, у которого, кроме того, имеются два водородных атома (R-CH2-OH); вторичные, в которых гидроксил присоединен к углеродному атому, соединенному, кроме ОН-группы, с одним водородным атомом [R-СН(ОН)-R1], и третичные, у которых гидроксил соединен с углеродом, не содержащим водородных атомов [(R)С-ОН] (R-радикал: СН3,С2Н5 и т.д.)
В зависимости от характера углеводородного радикала спирты делятся на алифатические, алициклические и ароматические. В отличие от галогенпроизводных, у ароматических спиртов гидроксильная группа не связана непосредственно с атомом углерода ароматического кольца [3].
По заместительной номенклатуре названия спиртов составляют из названия родоначального углеводорода с прибавлением суффикса –ол. Если в молекуле несколько гидроксильных групп, то используют умножительную приставку: ди- (этандиол-1,2), три- (пропантриол-1,2,3) и т. д. Нумерацию главной цепи начинают с того конца, ближе к которому находится гидроксильная группа. По радикально-функциональной номенклатуре название производят от названия углеводородного радикала, связанного с гидроксильной группой, с прибавлением слова спирт.
Структурная изомерия спиртов определяется изомерией углеродного скелета и изомерией положения гидроксильной группы.
Рассмотрим изомерию на примере бутиловых спиртов.
В зависимости от строения углеродного скелета, изомерами будут два спирта – производные бутана и изобутана:
4 3 2 1 3 2 1
СН3 – СН2 – СН2 –СН2 – ОН СН3 – СН – СН2 – ОН
В зависимости от положения гидроксильной группы при том и другом углеродном скелете возможны еще два изомерных спирта:
1 2 3 4
СН3 – СН – СН2 –СН3
ОН
Число структурных изомеров в гомологическом
ряду спиртов быстро возрастает. Например,
на основе бутана существует 4 изомера,
пентана – 8, а декана – уже 567 [5].
Этиловый спирт (этанол) С2Н5ОН — бесцветней жидкость, легко
испаряющаяся. Спирт, содержащий 4—5 % воды,
называют ректификатом, а содержащий
только доли процента воды — абсолютным спиртом. Такой
спирт получают химической обработкой
в присутствии водоотнимающих средств
(например, свежепрокаленного СаО).
Этиловый спирт — многотоннажный продукт
химической промышленности. Получают
его различными способами. Один из них
— спиртовое брожение веществ, содержащих
сахаристые вещества, в присутствии ферментов
(например, зимазы — фермента дрожжей):
зимаза
C6H12O6 —зимаза® C2H6OH + 2CO2
Такой спирт называют пищевым или винным спиртом.
Этиловый спирт можно получать из целлюлозы,
которую предварительно гидролизуют.
Образующуюся при этом глюкозу подвергают
в дальнейшем спиртовому брожению. Полученный
спирт называют гидролизным.
Как известно, для получения этилового
спирта существуют и синтетические способы,
такие, как сернокислотная или прямая
гидратация этилена:
H2C==CH2 + H2 —кат.® H3C—CH2OH
Себестоимость спирта, полученного таким способом, намного дешевле, чем
приготовленного из пищевых продуктов.
Этиловый спирт широко используют в различных
областях промышленности и прежде всего
в химической. Из него получают синтетический
каучук, уксусную кислоту, красители, эссенции,
фотопленку, порох, пластмассы. Спирт является
хорошим растворителем и антисептиком.
Поэтому он находит применение в медицине,
парфюмерии. В больших количествах этиловый
спирт идет для получения спиртоводочных
изделий.
Этиловый спирт — сильный наркотик. Попадая
в организм, он быстро всасывается в кровь
и приводит организм в возбужденное состояние,
при котором человеку трудно контролировать
свое поведение. Употребление спирта часто
является основной причиной тяжелых дорожно-транспортных
аварий, несчастных случаев на производстве
и бытовых преступлений. Спирт вызывает
тяжелые заболевания нервной и сердечно-сосудистой
систем, а также желудочно-кишечного тракта.
Спирт опасен в любой концентрации (водка,
настойки, вино, пиво и т.д.).
Этиловый спирт, применяемый для технических
целей, специально загрязняют дурно пахнущими
веществами. Такой спирт называют денатуратом (для этого
спирт подкрашивают, чтобы отличить его
от
чистого спирта).
Химические свойства спирта.
Как у всех кислородосодержащих соединений, химические свойства
этилового спирта
Характерной особенностью гидроксильной группы этилового спирта является подвижность атома водорода, что объясняется электронным строением гидроксильной группы. Отсюда способность этилового спирта к некоторым реакциям замещения, например, щелочными металлами. С другой стороны, имеет значение и характер связи углерода с кислородом. Вследствие большой электроотрицательности кислорода по сравнению с углеродом, связь углерод-кислород также в некоторой степени поляризована с частичным положительным зарядом у атома углерода и отрицательным – у кислорода. Однако, эта поляризация не приводит к диссоциации на ионы, спирты не являются электролитами, а представляют собой нейтральные соединения, не изменяющие окраску индикаторов, но они имеют определенный электрический момент диполя [3,4].
Спирты являются амфотерными соединениями, то есть могут проявлять как свойства кислот, так и свойства оснований.
До начала 30-х годов 20 века его получали исключительно сбраживанием пищ углеводсодержащего сырья , и при обработки зерна
(рожь , ячмень , кукуруза , овёс , просо) . В 30-е по 50-е годы было разработанно несколько способов синтеза Э.С. из химического сырья
например : лидрирования ацентальдецида и д.р. . Оси современных способов –односейадистная (прямая) гидраитация . Этилена
(CU2=CU2+H2O –C2H5OH) , осуществляется на фосфорно-кислотном
католизаторе при 280-300 С и 7,2-8,3 Мн/м (72-83 кг/см ). Так , в США
в 1976 г. было выработано около 800 тыс. тонн этонола , в т.ч. 550 тыс. тонн прямой гидротацией (остальное сбраживание пищевого сырья) . В других странах (СССР , Франция и др.) Э.С. получают также двухстадийной (сернокислотной гидраитацией этилена при : 75-80 С и 2,48 Мн/м/24,8 нес/м ) этилен взаимодействует с концетрированой серной кислотой с образованием смеси моно и диэнтилеульфатов [С2Н5OSO2ОН и (С2Н5О)2SO2] , которые затем гидрилизуясь при 100 С и 0,3-0,4 Мн/м дают Э.С. и Н2SO4 .
В ряде стран Э.С. получают также сбраживанием продуктов гидролиза растительных материалов . Очистку технических Э.С. проводят различными способами . Пищевой спирт-сырец , обычно освобождают от примесей (сивушные масла и др.) рекитификацией .
Слинтентичиский Э.С. очищают от этилового эфира , ацетальдегида и др. рекитификаций в присутствии щёлочи и гидрированием в паровой фазе на никелевых католизаторах при 105 С и 0,52 Мн/м (5,2 кгс/см)
Спирт –рекитификат представляет собой асеотропную смесь Э.С. с
Водой (95,57% спирта t кипения 78,15 С . ) . Для многих целей требуется обезвоженый , Т.Н. абсолютный , Э.С. Последний в промышленности готовят , воду в виде стройной азеотропной смеси вода-спирит-бензол (специальная добавка) , а в лабороторных условиях-химическом связыванием воды различными реагентами , окисью кальция , металлическим кальцием или магнием Э.С. , предназначеный для технических и бытовых целей , иногда денантурируют .
В природе спирты встречаются редко, чаще — в виде производных (сложные эфиры и др.), из которых они могут быть получены. Для получения спиртов важную роль играет органический синтез. Приведем некоторые способы синтеза спиртов.
1. Гидратация (присоединение воды
к алкенам). Реакция проводится
в присутствии катализаторов. При
использовании в качестве
H2C==CH2 + HO—SO2—OH ® H3C—CH2—OSO2—OH
H3C—CH2—OSO2—OH + H2O ® H3C—CH2—OH + H2SO4
Если реакцию гидратации проводить при высокой температуре (300 - 350 °С) и давлении в присутствии катализатора (смеси фосфорной к вольфрамовой кислот), то реакция идет в одну стадию. Это—метод прямой гидратации. При получении этилового спирта этот метод вытеснил сернокислотную гидратацию. Гидратация алкенов имеет важное промышленное значение. Этот способ позволяет получать спирты из доступного и дешевого сырья — газов крекинга. Так, из 1 т этилене можно получить 1,4 т спирта. Впервые в нашей стране этиловый спирт начали получать гидратацией этилена с 1952 г. (г. Сумгаит).
2. Гидролиз
C2H6Cl + H2O ® C2H6OH + HC
3. Получение метанола из синтез-газа. Процесс идет при 220—300 °С и сравнительно невысоком давлении с использованием катализатора из оксидов меди и цинка:
кат.
CO + 2H2 ® CH3OH
Из синтез-газа можно получать и другие спирты.
4. Восстановление альдегидов и кетонов. При восстановлении
альдегидов образуются первичные, а при
восстановлении кетонов — вторичные:
O
// 2H
H3C—C ® H3C—CH2OH
\ H
уксусный этиловый
альдегид спирт
2H
H3C—CO—CH3 ® H3C—CH—CH3
ацетон изопропиловый
5. Спиртовое брожение (расщепление)
моносахаридов C6H12O6 под влиянием ферментов:
зимаза
C6H12O6 —® C2H6OH + 2CO2
Для получения этилового спирта издавна пользуются различными сахаристыми веществами, например, виноградным сахаром, или глюкозой, которая путем "брожения", вызываемого действием ферментов (энзимов), вырабатываемых дрожжевыми грибками, превращается в этиловый спирт.
С6Н12О6 ® 2С2Н5ОН + 2СО2
Глюкоза в свободном виде содержится, например, в виноградном соке, при брожении которого получается виноградное вино с содержанием спирта от 8 до 16%.
Исходным продуктом для получения спирта может служить полисахарид крахмал, содержащийся, например, в клубнях картофеля, зернах ржи, пшеницы, кукурузы. Для превращения в сахаристые вещества (глюкозу) крахмал предварительно подвергают гидролизу. Для этого муку или измельченный картофель заваривают горячей водой и по охлаждении добавляют солод – проросшие, а затем подсушенные и растертые с водой зерна ячменя. В солоде содержится диастаз (сложная смесь ферментов), действующий на процесс осахаривания крахмала каталитически. По оканчании осахаривания к полученной жидкости прибавляют дрожжи, под действием фермента которых образуется спирт. Его отгоняют, а затем очищают повторной перегонкой.
В настоящее время осахариванию подвергают также другой полисахарид – целлюлозу (клетчатку), образующую главную массу древесины. Для этого целлюлозу подвергают гидролизу в присутствии кислот (например, древесные опилки при 150 -170°С обрабатывают 0,1 - 5% серной кислотой под давлением 0,7 - 1,5 МПа). Полученный таким образом продукт также содержит глюкозу и сбраживается на спирт при помощи дрожжей. Из 5500 т сухих опилок (отходы лесопильного завода средней производительности за год) можно получить 790 т спирта (считая на 100%-ный). Это дает возможность сэкономить около 3000 т зерна или 10000 т картофеля [1].
Напитки, содержащие этиловый спирт, называют алкогольные. К ним относятся спирт, водка, ликеро-водочные изделия, ром, виски, коньяки, виноградные и плодово-ягодные вина.
Промышленность вырабатывает спирт-сырец, спирт-ректификат, пить-евой спирт и спирт денатурат (технический).
Спирт для пищевой промышленности и медецины вырабатывают из зерна, картофеля, патоки (технический - из древесины, соломы, нефтепродуктов).
Технология:
1. получение солода;
2. приготовление и сбраживание сладкого затора;
3. перегонка зрелой бражки;