Производство спиртов и фенолов щелочным гидролизом

 

 

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………………..3

Глава 1. Ациклические соединения…………………………………………...5

1.1 Одноатомные насыщенные спирты………………………………………….5

1.2 Изомерия………………………………………………………………………6

1.3 Физические свойства………………………………………………………….6

1.4 Методы получения……………………………………………………………7

1.5 Химические свойства спиртов……………………………………………….8

1.6 Сложные эфиры……………………………………………………………….9

Глава 2. Ароматические оксиосоединения………………………………….11

2.1 Фенолы……………………………………………………………………….11

2.2 Структура и номенклатура………………………………………………….11

2.3 Физические свойства………………………………………………………...12

2.4 Образование фенолятов……………………………………………………..13

2.5 Реакции ароматического ядра  фенолов…………………………………….14

2.6 Галогенирование фенолов…………………………………………………..15

Глава 3. Производство спиртов и фенолов щелочным гидролизом……..18

3.1. Химия и теоретические основы  процесса ………………………………...18

3.2. Производство спиртов  и фенолов щелочным гидролизом……………….26

3.3. Технология процесса  ……………………………………………………….30

Заключение……………………………………………………………………...31

Список использованной литературы………………………………………..32

 

 

Введение

 

Под оксисоединениями понимают органические соединения, содержащие в составе своей структурной формулы одну или несколько гидроксильных групп (OH). Таковыми являются все спирты и фенолы.

Процессы гидролиза, гидратации, дегидратации, этерификации и амидирования имеют очень важное значение в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза. Гидролизом жиров, целлюлозы и углеводов давно получют мыло, глицерин, этанол и другие ценные продукты. В области органического синтеза рассматриваемые процессы используют главным образом для производства спиртов C2-C5, фенолов, простых эфиров, -оксидов, многих ненасыщенных соединений, карбоновых кислот и их производных (сложных эфиров, ангидридов, нитрилов, амидов) и других соединений.Перечисленные вещества имеют очень важное применение в качестве промежуточных продуктов органического синтеза (спирты, кислоты и их производные, альдегиды, -оксиды), мономеров и исходных веществ для синтеза полимерных материалов (фенол, эфиры акриловой и метакриловой кислот, меламин, хлоролефины), пластификаторов и смазочных материалов (сложные эфиры), растворителей (спирты, простые и сложные эфиры, хлоролефины), пестицидов (эфиры карбаминовой и тиокарбаминовой кислот). Очень часто рассматриваемые реакции являются промежуточным этапом в многостадийных синтезах других продуктов целевого назначения.

Производство перечисленных веществ имеет большие масштабы. Так, в США синтезируют по 500 тыс. т этанола и изопропанола, 900 тыс. т пропиленоксида, 200 тыс. т эпихлоргидрина, свыше 4 млн. т сложных эфиров, около 300 тыс. т изоцианатов. 

Цель данной работы дать сравнительную характеристику спиртам и фенолам. Задачами работы можно считать определение терминов «ациклические соединения», «спирты», «фенолы». Дать характеристику спиртам и фенолам, классифицировать их, определить их номенклатуру, способы приготовления, сравнительные характеристики.

Простейшие спирты можно называть по карбонильной номенклатуре, беря за основу название первого представителя спиртов, CH3OH “карбинол”. Название начинают с перечисления радикалов, замещающих атомы водорода, стоящие у углеродного атома, в метиловом спирте CH3OH.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 1.Ациклические соединения

 

Спиртами называются соединения общей формулой ROH, где R - любая алкильная или замещённая алкильная группа. Эта группа может быть первичной, вторичной или третичной; она может быть как ациклической, так и циклической; она может содержать двойную связь, атом галогена или ароматическое кольцо.

Бензоловый спирт - этиленхлоргидрин глицерин (b-хлорэтиловый спирт) все спирты содержат гидроксильную группу (-OH), которая является функциональной и определяет свойства, характерные для данного класса соединений. Строение R влияет на скорость, с которой спирт вступает в некоторые реакции, и иногда на характер реакции.

 

1.1 Одноатомные насыщенные  спирты

 

Спирты классифицируют на первичные, вторичные и третичные в зависимости оттого, с каким атомом углерода (связана гидроксильная группа). Атом углерода считается первичным, вторичным третичным в зависимости от числа связанных с ним других атомов углерода.

Для названия спиртов по номенклатуре выбирают наиболее длинную цепь, содержащую гидроксильную группу. Нумерацию начинают с того конца цепи, к которому ближе находится эта группа. Принадлежность соединения к классу спиртов обозначается окончанием «ол». Между основой названия и окончанием ставят цифру, обозначающую атом углерода у которой стоит OH-группа. Если имеются алкильные заместители, то название спирта начинают с цифр, указывающих (указывающей) положение заместителя (заместителей) в цепи, далее идёт название заместителей как радикалов.

 

1.2 Изомерия

 

Изомерия спиртов аналогична изомерии галогенопроизводных. В случае спиртов кроме изменения строения углеродного скелета может изменяться положение - OH группы.

Для соединения общей формулы C5H11OH=C5H12O существует семь изомеров:

 

OH OH

CH3CH2CH2CH2CH2OH CH3CHCH2CH2CH3 CH3CH2CHCH2CH3

Пентанол-1 пентанол-2 пентанол-3

CH3 CH3 OH CH3 CH3

CH3CCH2CH3 CH3CHCHCH3 CH3CHCH2CH2OH CH3CH2CHCH2OH

OH

 

2-метилбутанол-2 3-метилбутанол-2 3-метилбутанол-1 2-метилбутанол-1

 

1.3 Физические свойства

 

Спирты сильно отличаются по свойствам от углеводородов вследствие присутствия в их молекуле очень полярной гидроксильной группы. Спирты - бесцветные вещества с плотностью меньше единицы.

Такое отличие в физических свойствах между спиртами и многими другими классами органических соединений объясняется наличием в молекулах спиртов гидроксильной группы. В гидроксильной группе атом кислорода, проявляя электроакцепторные свойства, «стягивает на себя» электронную плотность от связанного с ним атома водорода, и у последнего образуется дефицит электронной плотности. В результате между атомом водорода гидроксильной группы и свободной электронной парой кислорода OH-группы другой молекулы спирта возникает водородная связь, за счёт которой происходит ассоциация молекул спиртов:

Повышение температур кипения спиртов по сравнению с температурой кипения некоторых других классов органических соединений объясняется необходимостью введения дополнительной энергии на разрыв водородных связей перед переводом из жидкого в парообразное состояние. Энергия электростатической водородной связи около 5 ккал/моль (20,93*103 Дж/моль).[Для большинства ковалентных связей эта величина составляет 50-100 ккал/моль (209,34*103 - 418,68*103 Дж/моль)].

 

1.4 Методы получения

 

Гидролиз моногалогенопроизводных. В лабораторных условиях, для получения спиртов часто используют реакцию гидролиза галогенопроизводных водными растворами щелочей. Щёлочь используют для ускорения реакции и для связывания выделяющегося при гидролизе галогеноводорода, подавляя обратимость процесса.

Наиболее легко гидролизуется галоген у третичного атома углерода, труднее у вторичного и наиболее трудно у первичного.

Если у атома углерода, соседнего с атомом несущим галоген, имеется хотя бы один атом водорода, то при взаимодействии с водными растворами щелочей наряду с гидролизом может протекать реакция дегидрогалогенирования (отщепления галогеноводорода).

Гидроборирование - окисление этиленовых углеводородов.

Это современный способ получения спиртов из олефинов. В результате присоединения диборана (BH3)2 к этиленовым углеводородам и последующего окисления образующихся триалкилборанов щелочным раствором пероксида водорода образуются спирты, в которых формально фрагменты воды присоединены к исходному олефину против правила Марковникова.

H2O2

Эта реакция гидроборирования очень проста и удобна, выходы очень высоки, и её можно использовать для синтеза для синтеза соединений, которые трудно получить из алкенов каким-либо другим способом.

Гидроборирование включает присоединение BH3 по двойной связи, водород направляется к одному из атомов углерода двойной связи, а бор - к другому. Алкилбораны могут затем подвергаться окислению, при котором бор заменяется на OH-группу.

Таким образом, двухстадийная реакция гидроборирования - окисления в действительности представляет присоединение элементов воды H-OH по двойной углерод - углеродной связи.

Важный способ получения этилового спирта, известный с древнейших времён, заключается в ферментативном гидролизе некоторых углеводов, содержащихся в различных природных источниках (фрукты, картофель, кукуруза, пшеница и др.), например:

 

С6Н12О6 2С2Н5ОН + 2СО2          глюкоза

 

1.5 Химические свойства  спиртов

 

Ряд химических свойств спиртов является общим для всех спиртов; имеются также и реакции, по-разному протекающие для первичных, вторичных и третичных спиртов.

1. Реакци с разрывом O-H связи

Образование алкоголятов металлов. Алифатические спирты - слабые кислоты. Кислотность спиртов в зависимости от строения убывает в ряду: первичные > вторичные > третичные. При действии на спирты щелочных металлов, в частности натрия, происходит, хотя и менее бурно, взаимодействие, подобное реакции натрия с водой:

 

2ROH + 2Na 2RONa + H2

 

Такого типа металлические производные спиртов носят общее название алкоголяты (отдельные представители: метилат натрия СН3ОNa, этилат натрия С2Н5ОNa). Их называют также алкоксидами (метоксид натрия, этоксид и т.д.). С увеличением молекулярной массы спирта реакционная способность их при взаимодействии с натрием уменьшается.

Известны алкоголяты и других металлов, кроме щелочных, но они образуются косвенными путями. Так, щелочноземельные металлы непосредственно со спиртами не реагируют. Но алкоголяты щелочноземельных металлов, а также Mg, Zn, Cd, Al и других металлов, образующих реакционноспособные металлорганические соединения, можно получить действием спирта на такие металлорганические соединения. Например:

 

2CH3OH + Zn (CH3)2 (CH3O)2Zn + 2CH4

 

Алкоголяты спиртов широко применяют в органическом синтезе. Так как вода - более сильная кислота, чем спирты, то в присутствии воды алкоголяты разлагаются с выделением исходных спиртов:

 

CH3ONa +H2O CH3OH + NaOH Метилат натрия метанол

 

1.6 Сложные эфиры

 

Такого рода взаимодействие спирта с кислотами называется реакцией этерификации, а полученные вещества – сложными эфирами данного спирта и данной кислоты. Реакция этерификации спиртов сильными минеральными кислотами (такими как H2SO4) протекает быстро и не требует использования катализаторов. С карбоновыми кислотами скорость реакции этерификации значительно увеличивается в присутствии катализаторов. В качестве последних обычно используют минеральные кислоты в небольших количествах. Внешне уравнение этой реакции подобно уравнению нейтрализации щёлочи кислотой:

 

NaOH + HNO3 = NaNO3 + H2O

 

Однако глубоким различием этих реакций является то, что нейтрализация – ионная, неизмеримо быстро протекающая реакция, которая сводится, в сущности, к взаимодействию ионов:

 

Н+ + ОН- → Н2О

 

Реакция этерификации идёт иным путём. Спирт в большинстве случаев реагирует, отдавая не гидроксил (как щёлочь при нейтрализации), а водород гидроксильной группы; кислоты (органические и некоторые, но не все, минеральные) отдают свой гидроксил. Этот механизм был установлен при помощи спирта, меченного изотопом кислорода 18О. Как оказалось, при взаимодействии такого спирта с кислотами RCOOH выделяется обычная вода, а не Н218О.

 

 

Глава 2. Ароматические оксиосоединения

 

2.1 Фенолы

 

Термин «фенолы» происходит от старинного названия бензола «фен», введённого Лораном (1837 г.), и обозначает ароматическое вещество, содержащее гидроксил, связанное непосредственно с углеродом ароматического ядра. Фенолы, как и спирты, могут содержать в своём составе, как одну, так и несколько гидроксильных групп. В зависимости от числа гидроксильных групп в молекуле различают одно-, двух-, трёх- и многоатомные фенолы.

 

2.2 Структура и номенклатура

 

Фенолы обычно называют как производные простейшего члена этого ряда - фенола. Для метилфенолов имеется специальное название - крезолы.

 

OH OH OH OH OH OH

Cl OH гидрохинон

CH3 OH

 

Фенол о-хлорфенол м-крезол пирокатехин резорцин OH

 

OH OH

Br Br Cl

 

Br NO2

2,4,6 - трибромфенол 2-хлор-4-нитрофенол

 

 

2.3 Физические свойства

 

Простейшие фенолы представляют собой жидкости или низкоплавкие твёрдые вещества; из-за образования водородных связей они обычно имеют высокие температуры кипения. Сам фенол заметно растворим в воде (9г. на 100г. воды), из-за образования водородных связей с водой; большинство других фенолов практически не растворимы в воде. Фенолы - бесцветные вещества, если только они не содержат каких либо групп, обусловливающих появление окраски.