Spirti ir sarežģīti organiski savienojumi, ogļūdeņraži, kas obligāti satur vienu vai vairākas hidroksilgrupas (OH-grupas), kas saistītas ar ogļūdeņraža radikāli.
Atklājumu vēsture
Pēc vēsturnieku domām, jau 8 gadsimtus pirms mūsu ēras cilvēki dzēra dzērienus, kas saturēja etanols. Tos ieguva, raudzējot augļus vai medu. Tīrā veidā etanolu no vīna izdalīja arābi ap 6.-7.gadsimtu, bet eiropieši piecus gadsimtus vēlāk. 17. gadsimtā metanolu ieguva, destilējot koksni, un 19. gadsimtā ķīmiķi atklāja, ka spirti ir vesela organisko vielu kategorija.
Klasifikācija
— Pamatojoties uz hidroksilgrupu skaitu, spirtus iedala viena, divu, trīs un daudzvērtīgu spirtu. Piemēram, vienvērtīgs etanols; trīsvērtīgais glicerīns.
- Pēc to radikāļu skaita, kas saistīti ar oglekļa atomu, kas saistīts ar OH grupu, spirtus iedala primārajos, sekundārajos, terciārajos.
- Saskaņā ar radikāļu saišu raksturu spirti ir piesātināti, nepiesātināti, aromātiski. Aromātiskajos spirtos hidroksilgrupa ir saistīta nevis tieši ar benzola gredzenu, bet gan caur citiem (citiem) radikāļiem.
- Savienojumi, kuros OH- ir tieši saistīti ar benzola gredzenu, tiek uzskatīti par atsevišķu fenolu klasi.
Īpašības
Atkarībā no tā, cik daudz ogļūdeņražu radikāļu ir molekulā, spirti var būt šķidri, viskozi vai cieti. Šķīdība ūdenī samazinās, palielinoties radikāļu skaitam.
Vienkāršākie spirti jebkurā proporcijā sajaucas ar ūdeni. Ja molekulā nonāk vairāk nekā 9 radikāļi, tad tie ūdenī nemaz nešķīst. Visi spirti labi šķīst organiskajos šķīdinātājos.
— Alkoholi sadedzina, izdalot lielu daudzumu enerģijas.
- Tie reaģē ar metāliem, kā rezultātā veidojas sāļi – alkoholāti.
— Mijiedarboties ar bāzēm, kurām piemīt vāju skābju īpašības.
— Reaģē ar skābēm un anhidrīdiem, kam piemīt bāzes īpašības. Reakciju rezultātā veidojas esteri.
- Spēcīgu oksidētāju iedarbība izraisa aldehīdu vai ketonu veidošanos (atkarībā no alkohola veida).
- Noteiktos apstākļos no spirtiem iegūst ēterus, alkēnus (dubultsaišu savienojumus), halogēna ogļūdeņražus, amīnus (ogļūdeņražus, kas iegūti no amonjaka).
Alkoholi ir toksiski cilvēka ķermenis, daži ir indīgi (metilēns, etilēnglikols). Etilēnam ir narkotiska iedarbība. Bīstami ir arī spirta tvaiki, tāpēc darbs ar spirtu saturošiem šķīdinātājiem ir jāveic, ievērojot drošības pasākumus.
Tomēr spirti piedalās augu, dzīvnieku un cilvēku dabiskajā metabolismā. Alkoholu kategorijā ietilpst tādas dzīvībai svarīgas vielas kā A un D vitamīni, steroīdu hormoni estradiols un kortizols. Vairāk nekā puse no lipīdiem, kas piegādā enerģiju mūsu ķermenim, ir balstīti uz glicerīnu.
Pieteikums
— Organiskajā sintēzē.
— Biodegviela, degvielas piedevas, bremžu šķidruma sastāvdaļa, hidrauliskie šķidrumi.
- Šķīdinātāji.
— izejvielas virsmaktīvo vielu, polimēru, pesticīdu, antifrīzu, sprāgstvielu un toksisku vielu ražošanai, sadzīves ķīmija.
— Smaržvielas parfimērijai. Iekļauts kosmētikas un medicīnas preces.
— Alkoholisko dzērienu bāze, šķīdinātājs esencēm; saldinātājs (mannīts utt.); krāsviela (luteīns), aromatizētājs (mentols).
Mūsu veikalā iespējams iegādāties dažāda veida spirtus.
Butilspirts
Vienvērtīgs alkohols. Izmanto kā šķīdinātāju; plastifikators plkst 
polimēru ražošana; formaldehīda sveķu modifikators; izejvielas organiskajai sintēzei un smaržvielu ražošanai parfimērijai; degvielas piedevas.
Furfurilspirts
Vienvērtīgs alkohols. Pieprasīts sveķu un plastmasas polimerizācijai, kā šķīdinātājs un plēves veidotājs krāsu un laku izstrādājumos; organiskās sintēzes izejvielas; saistviela un blīvētājs polimērbetona ražošanā.
Izopropilspirts (2-propanols)
Sekundārais vienvērtīgais spirts. To aktīvi izmanto medicīnā, metalurģijā un ķīmiskajā rūpniecībā. Etanola aizstājējs smaržās, kosmētikā, dezinfekcijas līdzekļos, sadzīves ķīmijā, antifrīzā un tīrīšanas līdzekļos.
Etilēna glikols
Divvērtīgais alkohols. Izmanto polimēru ražošanā; krāsas tipogrāfijām un tekstilizstrādājumu ražošanai; ir daļa no antifrīza, bremžu šķidrumiem un dzesēšanas šķidrumiem. Izmanto gāzu žāvēšanai; kā organiskās sintēzes izejviela; šķīdinātājs; līdzeklis dzīvo organismu kriogēnai “sasaldēšanai”.
Glicerīns
Trīsvērtīgais alkohols. Pieprasīts kosmetoloģijā, pārtikas rūpniecībā, medicīnā, kā izejviela org. sintēze; nitroglicerīna sprāgstvielas ražošanai. Piemērojams in lauksaimniecība, elektrotehnikas, tekstila, papīra, ādas, tabakas, krāsu un laku rūpniecībā, plastmasas un sadzīves ķīmijas ražošanā.
Mannīts
Sešvērtīgais (daudzvērtīgais) spirts. Piemērojams kā uztura bagātinātājs; izejvielas laku, krāsu, žāvēšanas eļļu, sveķu ražošanai; ir daļa no virsmaktīvajām vielām, parfimērijas izstrādājumiem.
Raksta saturs
ALKOHOLI(spirti) - organisko savienojumu klase, kas satur vienu vai vairākas C-OH grupas, savukārt OH hidroksilgrupa ir saistīta ar alifātisku oglekļa atomu (savienojumi, kuros oglekļa atoms C-OH grupā ir daļa no aromātiskā kodola, ir sauc par fenoliem)
Spirtu klasifikācija ir daudzveidīga un ir atkarīga no tā, kura struktūras iezīme tiek ņemta par pamatu.
1. Atkarībā no hidroksilgrupu skaita molekulā spirtus iedala:
a) monoatomisks (satur vienu hidroksil-OH grupu), piemēram, metanols CH 3 OH, etanols C 2 H 5 OH, propanols C 3 H 7 OH
b) poliatomiskas (divas vai vairākas hidroksilgrupas), piemēram, etilēnglikols
HO-CH 2 -CH 2 -OH, glicerīns HO-CH 2 -CH (OH) -CH 2 -OH, pentaeritritols C (CH 2 OH) 4.
Savienojumi, kuros vienam oglekļa atomam ir divas hidroksilgrupas, vairumā gadījumu ir nestabili un viegli pārvēršas par aldehīdiem, atdalot ūdeni: RCH (OH) 2 ® RCH \u003d O + H 2 O
2. Atkarībā no oglekļa atoma veida, ar kuru saistīta OH grupa, spirtus iedala:
a) primārā, kurā OH grupa ir saistīta ar primāro oglekļa atomu. Primāro oglekļa atomu sauc (izcelts sarkanā krāsā), kas saistīts tikai ar vienu oglekļa atomu. Primāro spirtu piemēri — etanols CH 3 — C H 2 –OH, propanols CH 3 –CH 2 – C H2–OH.
b) sekundārā, kurā OH grupa ir saistīta ar sekundāro oglekļa atomu. Sekundārais oglekļa atoms (izcelts zilā krāsā) ir vienlaikus saistīts ar diviem oglekļa atomiem, piemēram, sekundārais propanols, sekundārais butanols (1. att.).
Rīsi. 1. sekundāro spirtu STRUKTŪRA
c) terciārā, kurā OH grupa ir saistīta ar terciāro oglekļa atomu. Terciārais oglekļa atoms (izcelts zaļš) ir vienlaikus saistīts ar trim blakus esošajiem oglekļa atomiem, piemēram, terciāro butanolu un pentanolu (2. att.).
Rīsi. 2. TTERCIĀRO ALKOHOLU STRUKTŪRA
Tam pievienoto spirta grupu sauc arī par primāro, sekundāro vai terciāro atkarībā no oglekļa atoma veida.
Daudzvērtīgos spirtos, kas satur divas vai vairākas OH grupas, vienlaikus var būt gan primārās, gan sekundārās H O grupas, piemēram, glicerīnā vai ksilītā (3. att.).
Rīsi. 3. PRIMĀRĀS UN SEKUNDĀRĀS OH-GRUPU KOMBINĀCIJA POLIATOMISKO SKOHOLU STRUKTŪRĀ.
3. Pēc organisko grupu uzbūves, kas savienotas ar OH grupu, spirtus iedala piesātinātajos (metanols, etanols, propanols), nepiesātinātajos, piemēram, alilspirtā CH 2 =CH–CH 2 –OH, aromātiskajos (piem. benzilspirts C 6 H 5 CH 2 OH), kas satur aromātisku grupu R grupā.
Nepiesātinātie spirti, kuros OH grupa ir “blakus” dubultsaitei, t.i. saistīti ar oglekļa atomu, kas vienlaikus ir iesaistīts dubultsaites veidošanā (piemēram, vinilspirts CH 2 =CH–OH), ir ārkārtīgi nestabili un nekavējoties izomerizējas ( cm.IZOMERIZĀCIJA) uz aldehīdiem vai ketoniem:
CH 2 =CH–OH ® CH 3 –CH=O
Alkoholu nomenklatūra.
Parastajiem spirtiem ar vienkāršu struktūru tiek izmantota vienkāršota nomenklatūra: organiskās grupas nosaukums tiek pārveidots par īpašības vārdu (izmantojot sufiksu un galotni " jauns) un pievienojiet vārdu "alkohols":
Gadījumā, ja organiskās grupas struktūra ir sarežģītāka, tiek izmantoti visai organiskajai ķīmijai kopīgie noteikumi. Nosaukumus, kas sastādīti saskaņā ar šādiem noteikumiem, sauc par sistemātiskiem. Saskaņā ar šiem noteikumiem ogļūdeņraža ķēde tiek numurēta no gala, kuram ir vistuvāk OH grupa. Tālāk šī numerācija tiek izmantota, lai norādītu dažādu aizvietotāju atrašanās vietu galvenajā ķēdē, nosaukuma beigās tiek pievienots sufikss "ol" un skaitlis, kas norāda OH grupas pozīciju (4. att.):
Rīsi. 4. SISTĒMĀTISKIE ALKOHOLU NOSAUKUMI. Funkcionālās (OH) un aizvietotāju (CH 3) grupas, kā arī tām atbilstošie digitālie indeksi ir izcelti dažādās krāsās.
Vienkāršāko spirtu sistemātiskie nosaukumi tiek izgatavoti saskaņā ar tiem pašiem noteikumiem: metanols, etanols, butanols. Dažiem spirtiem ir saglabāti vēsturiski attīstījušies triviālie (vienkāršotie) nosaukumi: propargilspirts HCє C–CH 2 –OH, glicerīns HO–CH 2 –CH (OH)–CH 2 –OH, pentaeritritols C (CH 2 OH) 4, fenetilspirts C 6 H 5 –CH 2 –CH 2 –OH.
Spirtu fizikālās īpašības.
Spirti šķīst lielākajā daļā organisko šķīdinātāju, pirmie trīs vienkāršākie pārstāvji - metanols, etanols un propanols, kā arī terciārais butanols (H 3 C) 3 COH - sajaucas ar ūdeni jebkurā attiecībā. Palielinoties C atomu skaitam organiskajā grupā, sāk ietekmēt hidrofobu (ūdeni atgrūdošu) efektu, šķīdība ūdenī kļūst ierobežota, un pie R, kas satur vairāk nekā 9 oglekļa atomus, tas praktiski izzūd.
OH grupu klātbūtnes dēļ starp spirta molekulām veidojas ūdeņraža saites.
Rīsi. 5. ŪDEŅRAŽA SAITES SPIRTOS(parādīts punktētā līnijā)
Rezultātā visiem spirtiem ir augstāka viršanas temperatūra nekā attiecīgajiem ogļūdeņražiem, piemēram, bp. etanols +78° C, un T. vāra. etāns –88,63° C; T. kip. butanols un butāns attiecīgi +117,4°C un –0,5°C.
Spirtu ķīmiskās īpašības.
Alkoholiem ir dažādas pārvērtības. Spirtu reakcijas ir dažas vispārīgi modeļi: primāro vienvērtīgo spirtu reaktivitāte ir augstāka nekā sekundārajiem, savukārt sekundārie spirti ir ķīmiski aktīvāki par terciārajiem. Divvērtīgajiem spirtiem gadījumā, ja OH grupas atrodas pie blakus esošajiem oglekļa atomiem, šo grupu savstarpējās ietekmes dēļ novērojama paaugstināta (salīdzinājumā ar vienvērtīgajiem spirtiem) reaktivitāte. Attiecībā uz spirtiem iespējamas reakcijas, kas ietver gan C-O, gan O-H saišu pārtraukšanu.
1. Reakcijas, kas notiek pie O–H saites.
Mijiedarbojoties ar aktīvajiem metāliem (Na, K, Mg, Al), spirti uzrāda vāju skābju īpašības un veido sāļus, ko sauc par alkoholātiem vai alkoksīdiem:
2CH 3OH + 2Na ® 2CH 3 OK + H2
Spirti ir ķīmiski nestabili un, saskaroties ar ūdeni, hidrolizējas, veidojot spirtu un metāla hidroksīdu:
C 2 H 5 OK + H 2 O ® C 2 H 5 OH + KOH
Šī reakcija parāda, ka spirti ir vājākas skābes salīdzinājumā ar ūdeni (spēcīga skābe izspiež vāju), turklāt, mijiedarbojoties ar sārmu šķīdumiem, spirti neveido alkoholātus. Taču daudzvērtīgajos spirtos (gadījumā, ja OH grupas ir pievienotas blakus esošajiem C atomiem) spirta grupu skābums ir daudz augstāks, un tie var veidot alkoholātus ne tikai mijiedarbojoties ar metāliem, bet arī ar sārmiem:
HO–CH 2 –CH 2 –OH + 2NaOH ® NaO–CH 2 –CH 2 –ONa + 2H 2 O
Ja daudzvērtīgos spirtos H O grupas ir piesaistītas blakus esošajiem C atomiem, spirtu īpašības ir tuvas monoatomiskām, jo H O grupu savstarpējā ietekme neparādās.
Mijiedarbojoties ar minerālskābēm vai organiskām skābēm, spirti veido esterus - savienojumus, kas satur R-O-A fragmentu (A ir skābes atlikums). Esteru veidošanās notiek arī spirtu mijiedarbības laikā ar karbonskābju anhidrīdiem un skābju hlorīdiem (6. att.).
Oksidētāju (K 2 Cr 2 O 7, KMnO 4) iedarbībā primārie spirti veido aldehīdus, bet sekundārie spirti – ketonus (7. att.)
Rīsi. 7. ALDEHĪDU UN KETONU VEIDOJANĀS ALKOHOLU OKSIDĒŠANAS LAIKĀ
Spirtu reducēšanās rezultātā veidojas ogļūdeņraži, kas satur tādu pašu C atomu skaitu kā sākotnējā spirta molekulā (8. att.).
Rīsi. 8. BUTANOLA RESTAURĀCIJA
2. Reakcijas, kas notiek pie C–O saites.
Katalizatoru vai spēcīgu minerālskābju klātbūtnē notiek spirtu dehidratācija (ūdens izvadīšana), un reakcija var noritēt divos virzienos:
a) starpmolekulārā dehidratācija, kurā ir iesaistītas divas spirta molekulas, kurās tiek pārrautas vienas no molekulām C–O saites, kā rezultātā veidojas ēteri — savienojumi, kas satur R–O–R fragmentu (9. att.).
b) intramolekulārā dehidratācija rada alkēnus – ogļūdeņražus ar dubultsaiti. Bieži vien abi procesi — ētera un alkēna veidošanās — notiek paralēli (9.B att.).
Kad sekundārie spirti Veidojot alkēnu, ir iespējami divi reakcijas virzieni (9.B att.), dominējošais ir virziens, kurā kondensācijas procesā tiek atdalīts ūdeņradis no vismazāk hidrogenētā oglekļa atoma (apzīmēts ar 3. numuru), t.i. ieskauj mazāk ūdeņraža atomu (salīdzinājumā ar atomu 1). Attēlā parādīts. Lai iegūtu alkēnus un ēterus, tiek izmantotas 10 reakcijas.
C–O saites šķelšanās spirtos notiek arī tad, ja OH grupa tiek aizstāta ar halogēnu vai aminogrupu (10. att.).
Rīsi. 10. OH-GRUPAS Aizvietošana spirtos AR HALOGĒNU VAI AMINO GRUPU
Reakcijas, kas parādītas attēlā. 10 izmanto halogēna ogļūdeņražu un amīnu ražošanai.
Spirtu sagatavošana.
Dažas no iepriekš parādītajām reakcijām (6.,9.,10.att.) ir atgriezeniskas un mainīgos apstākļos var noritēt pretējā virzienā, izraisot spirtu veidošanos, piemēram, esteru un halogēnu hidrolīzes laikā (att.). 11A un B attiecīgi), kā arī hidratācijas alkēnus - pievienojot ūdeni (11.B att.).
Rīsi. vienpadsmit. SKOHOLU IEGŪŠANA ORGANISKO SAVIENOJUMU HIDROLĪZES UN HIDRĀCIJAS ceļā
Alkēnu hidrolīzes reakcija (11. att., B shēma) ir zemāko spirtu, kas satur līdz 4 oglekļa atomus, rūpnieciskās ražošanas pamatā.
Etanols veidojas arī cukuru, piemēram, glikozes C 6 H 12 O 6, spirta fermentācijas laikā. Process notiek rauga sēnīšu klātbūtnē un noved pie etanola un CO 2 veidošanās:
C 6 H 12 O 6 ® 2C 2 H 5 OH + 2CO 2
Fermentācijas rezultātā var iegūt ne vairāk kā 15% spirta ūdens šķīdumu, jo raugi mirst pie lielākas alkohola koncentrācijas. Augstākas koncentrācijas spirta šķīdumus iegūst destilējot.
Metanolu ražo rūpnieciski, reducējot oglekļa monoksīdu 400°C temperatūrā 20–30 MPa spiedienā katalizatora klātbūtnē, kas sastāv no vara, hroma un alumīnija oksīdiem:
CO + 2 H 2 ® H 3 COH
Ja alkēnu hidrolīzes vietā (11. att.) tiek veikta oksidēšana, tad veidojas divvērtīgie spirti (12. att.)
Rīsi. 12. DIOHOMISKO SKOHOLU SAGATAVOŠANA
Alkoholu lietošana.
Alkoholu spēja piedalīties dažādās ķīmiskās reakcijasļauj tos izmantot visu veidu organisko savienojumu ražošanai: aldehīdu, ketonu, karbonskābju, ēteru un esteru ražošanā, ko izmanto kā organiskos šķīdinātājus polimēru, krāsvielu un zāles.
Metanolu CH 3 OH izmanto kā šķīdinātāju, kā arī formaldehīda ražošanā, ko izmanto fenola-formaldehīda sveķu iegūšanai. Nesen Metanols tiek uzskatīts par daudzsološu motordegvielu. Ražošanā un transportēšanā tiek izmantoti lieli metanola apjomi dabasgāze. Metanols ir toksiskākais savienojums starp visiem spirtiem, nāvējošā deva, norijot, ir 100 ml.
Etanols C 2 H 5 OH ir izejas savienojums acetaldehīda, etiķskābes ražošanai, kā arī karbonskābes esteru ražošanai, ko izmanto kā šķīdinātājus. Turklāt etanols ir visu alkoholisko dzērienu galvenā sastāvdaļa, to plaši izmanto medicīnā kā dezinfekcijas līdzekli.
Butanolu izmanto kā tauku un sveķu šķīdinātāju, turklāt tas kalpo kā izejviela smaržvielu (butilacetāts, butilsalicilāts uc) ražošanai. Šampūnos to izmanto kā sastāvdaļu, kas palielina šķīdumu caurspīdīgumu.
Benzilspirts C6H5-CH2-OH brīvā stāvoklī (un esteru veidā) ir atrodams ēteriskās eļļas jasmīns un hiacinte. Tam piemīt antiseptiskas (dezinficējošas) īpašības, kosmētikā to izmanto kā konservantu krēmiem, losjoniem, zobu eliksīriem, parfimērijā kā smaržojošu vielu.
Fenetilspirtam C 6 H 5 –CH 2 –CH 2 –OH ir rožu aromāts, kas atrodams rožu eļļa, to izmanto parfimērijā.
Etilēnglikols HOCH 2 -CH 2 OH tiek izmantots plastmasas ražošanā un kā antifrīzs (piedeva, kas samazina ūdens šķīdumu sasalšanas temperatūru), turklāt tekstila un tipogrāfijas krāsu ražošanā.
Dietilēnglikols HOCH 2 -CH 2 OCH 2 -CH 2 OH tiek izmantots hidraulisko bremžu ierīču uzpildīšanai, kā arī tekstilrūpniecībā audumu apdarei un krāsošanai.
Glicerīns HOCH 2 –CH(OH)–CH 2 OH tiek izmantots poliestera gliftalsveķu ražošanai, turklāt tas ir daudzu kosmētikas līdzekļu sastāvdaļa. Nitroglicerīns (6. att.) ir dinamīta galvenā sastāvdaļa, ko izmanto kalnrūpniecībā un dzelzceļu būvniecībā kā sprāgstvielu.
Pentaeritritolu (HOCH 2) 4 C izmanto poliesteru (pentaftalskābes sveķu) ražošanai, kā sintētisko sveķu cietinātāju, kā polivinilhlorīda plastifikatoru, kā arī sprādzienbīstamā tetranitropentaeritritola ražošanā.
Daudzvērtīgajiem spirtiem ir ksilīts СОН2–(СНН)3–CH2ОН un sorbīts СОН2– (СНН)4–СН2ОН salda garša, tos izmanto cukura vietā konditorejas izstrādājumu ražošanā diabēta slimniekiem un cilvēkiem, kuri cieš no aptaukošanās. Sorbīts ir atrodams pīlādžu un ķiršu ogās.
Mihails Levitskis
Alkoholi(vai alkanoli) ir organiskas vielas, kuru molekulas satur vienu vai vairākas hidroksilgrupas (-OH grupas), kas saistītas ar ogļūdeņraža radikāli.
Alkoholu klasifikācija
Pēc hidroksilgrupu skaita(atomiskuma) spirtus iedala:
Monatomisks, Piemēram: 
Diatomisks(glikoli), piemēram:
Triatomisks, Piemēram: 
Pēc ogļūdeņraža radikāļa rakstura Izdalās šādi spirti:
Ierobežot satur tikai piesātinātus ogļūdeņraža radikāļus molekulā, piemēram: 
Neierobežots satur vairākas (dubultās un trīskāršās) saites starp oglekļa atomiem molekulā, piemēram:
Aromātisks, t.i., spirti, kas satur benzola gredzenu un hidroksilgrupu molekulā, kas savienoti viens ar otru nevis tieši, bet caur oglekļa atomiem, piemēram:
Organiskās vielas, kuru molekulā ir hidroksilgrupas un ir tieši savienotas ar benzola gredzena oglekļa atomu, ķīmiskās īpašības būtiski atšķiras no spirtiem un tāpēc tiek klasificētas kā neatkarīga organisko savienojumu klase - fenoli.
Piemēram:
Ir arī daudzvērtīgie (daudzvērtīgie spirti), kas satur vairāk nekā trīs hidroksilgrupas molekulā. Piemēram, vienkāršākais heksahidroksspirts heksaols (sorbīts)
Alkoholu nomenklatūra un izomērija
Veidojot spirtu nosaukumus, spirtam atbilstošā ogļūdeņraža nosaukumam tiek pievienots (vispārējs) sufikss. ol.
Cipari aiz sufiksa norāda hidroksilgrupas pozīciju galvenajā ķēdē un prefiksus di-, tri-, tetra- utt. - to numurs:
Oglekļa atomu numerācijā galvenajā ķēdē hidroksilgrupas pozīcija ir prioritāra pār vairāku saišu pozīciju:
Sākot no trešās homologās sērijas locekļu, spirti uzrāda funkcionālās grupas (propanols-1 un propanols-2) pozīcijas izomēriju un no ceturtās - oglekļa karkasa (butanols-1, 2-metilpropanols-1) izomēriju. ). Tos raksturo arī starpklases izomērija - spirti ir izomēri ēteriem:
Dosim spirtam nosaukumu, kura formula ir dota zemāk:
Nosaukt būvniecības pasūtījumu:
1. Oglekļa ķēdi numurē no tā gala, kuram tuvāk atrodas -OH grupa.
2. Galvenā ķēde satur 7 C atomus, kas nozīmē, ka atbilstošais ogļūdeņradis ir heptāns.
3. -OH grupu skaits ir 2, prefikss ir "di".
4. Hidroksilgrupas ir pie 2 un 3 oglekļa atomiem, n = 2 un 4.
Alkohola nosaukums: heptāndiols-2,4
Spirtu fizikālās īpašības
Spirti var veidot ūdeņraža saites gan starp spirta molekulām, gan starp spirta un ūdens molekulām. Ūdeņraža saites rodas vienas spirta molekulas daļēji pozitīvi lādēta ūdeņraža atoma un citas molekulas daļēji negatīvi lādēta skābekļa atoma mijiedarbības rezultātā. Pateicoties ūdeņraža saitēm starp molekulām, spirtiem ir neparasti augsta viršanas temperatūra attiecībā pret to molekulmasu. propāns ar relatīvo molekulmasu 44 normālos apstākļos ir gāze, un vienkāršākais no spirtiem ir metanols, kam ir relatīvs molekulārais svars 32, normālos apstākļos šķidrums.
Piesātināto vienvērtīgo spirtu sērijas apakšējie un vidējie locekļi, kas satur no 1 līdz 11 oglekļa atomiem, ir šķidrumi. Augstākie spirti (sākot no plkst. C12H25OH) cietas vielas istabas temperatūrā. Zemākiem spirtiem ir spirta smarža un asa garša, tie labi šķīst ūdenī.Palielinoties oglekļa radikālim, spirtu šķīdība ūdenī samazinās, un oktanols vairs nesajaucas ar ūdeni.
Spirtu ķīmiskās īpašības
Organisko vielu īpašības nosaka to sastāvs un struktūra. Alkoholi apstiprina vispārējs noteikums. Tāpēc to molekulās ir ogļūdeņraži un hidroksilgrupas Ķīmiskās īpašības spirtus nosaka šo grupu savstarpējā mijiedarbība.
Šai savienojumu klasei raksturīgās īpašības ir saistītas ar hidroksilgrupas klātbūtni.
- Spirtu mijiedarbība ar sārmu un sārmzemju metāliem. Lai noteiktu ogļūdeņraža radikāļu ietekmi uz hidroksilgrupu, ir jāsalīdzina tādas vielas īpašības, kas satur hidroksilgrupu un ogļūdeņraža radikāli, no vienas puses, un vielas, kas satur hidroksilgrupu un nesatur ogļūdeņraža radikāli. , uz citiem. Šādas vielas var būt, piemēram, etanols (vai cits spirts) un ūdens. Spirta molekulu un ūdens molekulu hidroksilgrupas ūdeņradi var reducēt ar sārmu un sārmzemju metāliem (aizstāt ar tiem)
- Spirtu mijiedarbība ar ūdeņraža halogenīdiem. Hidroksilgrupas aizstāšana ar halogēnu izraisa halogēnalkānu veidošanos. Piemēram:
Šī reakcija ir atgriezeniska. - Starpmolekulārā dehidratācijaalkohols -ūdens molekulas atdalīšana no divām spirta molekulām, karsējot ūdeni atdalošu vielu klātbūtnē:
Spirtu starpmolekulārās dehidratācijas rezultātā, ēteri. Tādējādi, etilspirtu karsējot ar sērskābi līdz 100 līdz 140°C temperatūrai, veidojas dietilēteris (sērs). - Alkoholu mijiedarbība ar organisko un neorganiskās skābes ar esteru veidošanos (esterifikācijas reakcija)
Esterifikācijas reakciju katalizē spēcīgas neorganiskās skābes. Piemēram, etilspirtam un etiķskābei reaģējot, veidojas etilacetāts:
- Spirtu intramolekulāra dehidratācija rodas, ja spirtus karsē ūdeni atdalošu vielu klātbūtnē līdz augstākai temperatūrai nekā starpmolekulārās dehidratācijas temperatūra. Tā rezultātā veidojas alkēni. Šī reakcija ir saistīta ar ūdeņraža atoma un hidroksilgrupas klātbūtni blakus esošajos oglekļa atomos. Piemērs ir etēna (etilēna) iegūšanas reakcija, karsējot etanolu virs 140°C koncentrētas sērskābes klātbūtnē:
- Spirtu oksidēšana parasti veic ar spēcīgiem oksidētājiem, piemēram, kālija dihromātu vai kālija permanganātu skābā vidē. Šajā gadījumā oksidētāja darbība ir vērsta uz oglekļa atomu, kas jau ir saistīts ar hidroksilgrupu. Atkarībā no spirta veida un reakcijas apstākļiem, dažādi produkti. Tādējādi primārie spirti vispirms tiek oksidēti par aldehīdiem un pēc tam par karbonskābēm:
Sekundāro spirtu oksidēšanās rezultātā veidojas ketoni: 
Terciārie spirti ir diezgan izturīgi pret oksidāciju. Tomēr skarbos apstākļos (spēcīgs oksidētājs, augsta temperatūra) ir iespējama terciāro spirtu oksidēšanās, kas notiek, pārraujot oglekļa-oglekļa saites, kas ir vistuvāk hidroksilgrupai. - Spirtu dehidrogenēšana. Ja spirta tvaikus 200–300 °C temperatūrā izlaiž virs metāla katalizatora, piemēram, vara, sudraba vai platīna, primārie spirti tiek pārvērsti aldehīdos, bet sekundārie spirti - ketonos:
- Kvalitatīva reakcija uz daudzvērtīgajiem spirtiem.
Vairāku hidroksilgrupu klātbūtne spirta molekulā vienlaikus nosaka daudzvērtīgo spirtu specifiskās īpašības, kas, mijiedarbojoties ar svaigi iegūtām vara (II) hidroksīda nogulsnēm, spēj veidot ūdenī šķīstošus spilgti zilus kompleksus savienojumus. Attiecībā uz etilēnglikolu varat rakstīt:
Vienvērtīgie spirti nespēj iekļūt šajā reakcijā. Tāpēc tā ir kvalitatīva reakcija uz daudzvērtīgajiem spirtiem.
Spirtu pagatavošana:
Alkoholu lietošana
Metanols(metilspirts CH 3 OH) ir bezkrāsains šķidrums ar raksturīgu smaržu un viršanas temperatūru 64,7 ° C. Deg ar viegli zilganu liesmu. Vēsturisks nosaukums metanols - koksnes spirts tiek skaidrots ar vienu no veidiem, kā to iegūt, destilējot cieto koksni (grieķu methy — vīns, piedzeries; hule — viela, koksne).
Strādājot ar metanolu, ir rūpīgi jārīkojas. Alkohola dehidrogenāzes enzīma ietekmē organismā tas tiek pārveidots par formaldehīdu un skudrskābi, kas bojā tīkleni, izraisa redzes nerva nāvi un pilnīgu redzes zudumu. Vairāk nekā 50 ml metanola uzņemšana izraisa nāvi.
Etanols(etilspirts C 2 H 5 OH) ir bezkrāsains šķidrums ar raksturīgu smaržu un viršanas temperatūru 78,3 ° C. Uzliesmojošs Sajauc ar ūdeni jebkurā proporcijā. Alkohola koncentrāciju (stiprību) parasti izsaka tilpuma procentos. “Tīrs” (ārstniecības) spirts ir produkts, kas iegūts no pārtikas izejvielām un satur 96% (pēc tilpuma) etanola un 4% (pēc tilpuma) ūdens. Lai iegūtu bezūdens etanolu - "absolūto spirtu", šo produktu apstrādā ar vielām, kas ķīmiski saista ūdeni (kalcija oksīds, bezūdens vara (II) sulfāts utt.).
Lai tehniskām vajadzībām izmantoto alkoholu padarītu dzeršanai nederīgu, tam nelielā daudzumā pievieno un tonizē grūti atdalāmas toksiskas, slikti smaržojošas un pretīgas garšas vielas. Spirtu, kas satur šādas piedevas, sauc par denaturētiem jeb metilspirtiem.
Etanolu plaši izmanto rūpniecībā sintētiskā kaučuka, medikamentu ražošanā, izmanto kā šķīdinātāju, ir daļa no lakām un krāsām, smaržām. Medicīnā etilspirts ir vissvarīgākais dezinfekcijas līdzeklis. Izmanto alkoholisko dzērienu pagatavošanai.
Nelielos daudzumos etilspirts, nonākot cilvēka organismā, samazina sāpju jutību un bloķē inhibīcijas procesus smadzeņu garozā, izraisot intoksikācijas stāvokli. Šajā etanola darbības stadijā palielinās ūdens atdalīšanās šūnās un līdz ar to paātrinās urīna veidošanās, kā rezultātā notiek organisma dehidratācija.
Turklāt etanols izraisa asinsvadu paplašināšanos. Palielināta asins plūsma ādas kapilāros noved pie ādas apsārtuma un siltuma sajūtas.
IN lielos daudzumos etanols kavē smadzeņu darbību (inhibīcijas stadija) un izraisa kustību koordinācijas traucējumus. Organisma etanola oksidēšanās starpprodukts acetaldehīds ir ārkārtīgi toksisks un izraisa smagu saindēšanos.
Sistemātiska etilspirta un to saturošu dzērienu lietošana izraisa pastāvīgu smadzeņu produktivitātes samazināšanos, aknu šūnu nāvi un to aizstāšanu ar saistaudiem - aknu cirozi.
Etāndiols-1,2(etilēnglikols) ir bezkrāsains viskozs šķidrums. Indīgs. Neierobežoti šķīst ūdenī. Ūdens šķīdumi nekristalizējas temperatūrā, kas ir ievērojami zemāka par 0 °C, kas ļauj to izmantot kā nesasalstošu dzesēšanas šķidrumu sastāvdaļu - iekšdedzes dzinēju antifrīzu.
Prolaktriols-1,2,3(glicerīns) ir viskozs, sīrupains šķidrums ar saldu garšu. Neierobežoti šķīst ūdenī. Negaistošs. Kā esteru sastāvdaļa tas ir atrodams taukos un eļļās.
Plaši izmanto kosmētikā, farmācijā un pārtikas rūpniecībā. IN kosmētika Glicerīns spēlē mīkstinoša un nomierinoša līdzekļa lomu. To pievieno zobu pastai, lai tā neizžūtu.
UZ konditorejas izstrādājumi tiek pievienots glicerīns, lai novērstu to kristalizāciju. To izsmidzina uz tabakas, un tādā gadījumā tas darbojas kā mitrinātājs, kas neļauj tabakas lapām izžūt un sabrukt pirms apstrādes. Tas tiek pievienots līmēm, lai pasargātu tās arī no tā ātra žāvēšana un plastmasām, īpaši celofānam. Pēdējā gadījumā glicerīns darbojas kā plastifikators, kas darbojas kā smērviela starp polimēra molekulām un tādējādi piešķir plastmasai nepieciešamo elastību un elastību.
Nākamā vielu klase, ko es vēlētos apsvērt, ir spirti. Tie ir savienojumi, kas satur -OH grupu, kas saistīta ar oglekļa atomu. Šāda grupa ir vienvērtīga, un jebkuru alkānu var pārvērst spirtā, aizstājot vienu no ūdeņraža atomiem ar OH. Piemēram, metāns atbilst metilspirtam, etāns - etilspirtam utt. Tie ir arī saīsināti ar galotni “ol”: metanols, etanols, propanols.
Metanols, etanols, propanols
Sākot ar propanolu, spirtiem ir izomērija - papildus tam, ka pašiem alkāniem ir izomēri, hidroksilgrupa var būt saistīta arī ar dažādiem oglekļa atomiem. Piemēram, nosaukums “butanols” jau atbilst 4 dažādas struktūras molekulām.
Četri izomēri butilspirti: n-butanols, sec-butanols, terc-butanols, izobutanols.
Kā redzat, spirtu, kas saglabā lineāru struktūru, pēc analoģijas ar alkāniem sauc par “normālu”. Šādi spirti ir arī primārie spirti, jo oglekļa atoms, kas saistīts ar hidroksilgrupu, ir tieši saistīts tikai ar vienu oglekļa atomu. Ir arī sekundārie un terciārie spirti (attēlā divas vidējās struktūras).
Spirti pēc īpašībām ir nedaudz līdzīgi ūdenim: ūdens satur arī hidroksilu (tā sauc -OH grupu), bet ir saistīts ar ūdeņraža atomu (tāpēc to var saukt par ūdeņraža hidroksīdu, lai gan neviens to nedara). Pateicoties hidroksilgrupām, molekulas ir ciešāk saistītas viena ar otru (ūdeņraža saišu dēļ), tāpēc arī zemākais spirts – metanols – ir šķidrs, kaut arī diezgan viegli iztvaikojošs. Gandrīz visi zemākie spirti līdz oktanolam ir šķidri. Šeit atkal rodas sarežģītība lielā izomēru skaita dēļ.
Alkoholu vispārīgā formula C n H 2n+1 OH.
Slavenākais no spirtiem ir etanols, kas pazīstams arī kā etilspirts - tas pats, kas atrodams alkoholiskie dzērieni. Tas vārās pie 78, un to var izolēt no šķīduma ar destilāciju, bet koncentrāciju šādā veidā nevar paaugstināt virs 96% (kas tomēr neliedz iegūt 100% etanolu citos veidos, piemēram, atdalot ūdeni no 96 % ar desikantu) . Noteikti visi ir dzirdējuši par metanolu, kas pēc izskata un smaržas neatšķiras no etanola, taču ir nāvējoši indīgs. Taču, ja negaršo, tad metanols ir lielisks šķīdinātājs, kā arī degviela un starpprodukts daudziem ķīmiskiem procesiem.
Tā kā metanolu un etanolu kontrolē likums, tā vietā bieži izmanto nākamo spirtu, propanolu. Turklāt n-propanols ir daudz retāk sastopams nekā tā izomērs - izopropanols, ko bieži izmanto kā šķīdinātāju un attaukošanas līdzekli (ja tāds ir piemērots arī spirta lampām). Tas smaržo atšķirīgi no metanola un etanola, ir viskozāks (īpaši zemā temperatūrā), vārās nedaudz augstākā temperatūrā.
Pamatu veido butanols un smagāku spirtu piemaisījumi fūzu eļļas- tie veidojas nelielos daudzumos fermentācijas laikā un tiem ir nepatīkama smaga smaka. Pretējā gadījumā šādus spirtus galvenokārt izmanto kā reaģentus citu savienojumu pagatavošanai.
Molekulā var būt vairākas funkcionālās grupas, jo īpaši spirta grupas. Visi iepriekš apskatītie savienojumi tiek saukti par vienvērtīgajiem spirtiem – atbilstoši hidroksilgrupu skaitam. Ir arī divvērtīgais spirts etilēnglikols un trīsvērtīgais spirts glicerīns:
Etilēnglikols un glicerīns
Tiem piemīt primārajiem spirtiem līdzīgas īpašības, bet vēl izteiktākas: tie ir biezi šķidrumi ar augstu viršanas temperatūru (etilēnglikolu izmanto kā siltuma pārneses šķidrumu sastāvdaļu karsēšanā, kā arī antifrīzu "antifrīza" sastāvdaļu). Abus sajauc ar ūdeni jebkurā proporcijā. Atšķirībā no etilēnglikola, glicerīnam ir zema toksicitāte, turklāt tam ir arī salda garša (tātad nosaukums: "glikos" - salds), jo struktūra ir līdzīga ar ogļhidrātiem, kas arī formāli ir spirti. Tas jo īpaši izskaidro, kāpēc ogļhidrāti (tostarp cukurs) labi šķīst ūdenī.
Alkoholi ir līdzīgi alkāniem, kuros molekulā ir “iebūvēts” skābekļa atoms. Patiešām, daudzās mācību grāmatās viņi raksta, ka metanolu var iegūt, nepilnīgi oksidējot metānu. Tas tomēr prasa absolūti īpaši nosacījumi, pārdod tikai rūpniecībā: augstspiediena, temperatūras kontrole, katalizatoru izmantošana. To iegūst arī no t.s. “Sintēzes gāze” ir oglekļa monoksīda un ūdeņraža maisījums, savukārt sintēzes gāzi augstā temperatūrā iegūst no metāna un ūdens.
Metanola ražošana no sintēzes gāzes
Kopumā metanols ir liela mēroga produkts (2004. gadā tā ražošana tika lēsta 32 miljonu tonnu apmērā visā pasaulē), un rūpnieciskā ķīmija parasti ļoti atšķiras no laboratorijas ķīmijas (sal. destilācijas kolonnas un laboratorijas destilācijas aparāti). Nelielos daudzumos metanols veidojas koksnes sausās destilācijas laikā, tāpēc tā cits nosaukums ir koksnes spirts.
Etanola ražošanai izmanto fermentāciju: daži mikroorganismu veidi var pārvērst augu materiālos (piemēram, kviešos vai cukurniedrēs) esošos cukurus etanolā, lai nodrošinātu enerģiju. Pēc tam etanolu atdala destilējot un izmanto, piemēram, kā piedevu automobiļu degvielai (tā sauktajai biodegvielai). Tādējādi tiek saražoti aptuveni 60 milj. tonnu etanola gadā (galvenokārt ASV un Brazīlijā). Šādā mērogā es nevēlos runāt par tā iegūšanu no naftas produktiem, bet tomēr ir veids, kā to iegūt no etilēna: ogļūdeņraža, kurā divi oglekļa atomi ir savienoti nevis ar vienu, bet ar dubultsaiti. Noteiktos apstākļos šī saite var atvērties, pievienojot ūdens molekulu. Tas rada etanolu; citus spirtus var pagatavot tādā pašā veidā no atbilstošā alkēni
Etilēna hidratācijas reakcija
Metanols tiek oksidēts par formaldehīdu vai skudrskābi. Etanols attiecīgi pārvēršas par acetaldehīdu vai etiķskābi.
Kādas un kādos apstākļos, kā arī citas spirtu reakcijas tiks aprakstītas nākamajā rakstā.
Bioetanola ražošanas statistiku var atrast šeit: http://ethanolrfa.org/resources/industry/statistics/
Alkoholi Termins "ogļūdeņraža radikālis" attiecas uz savienojumiem, kas satur vienu vai vairākas hidroksilgrupas, kas tieši pievienotas ogļūdeņraža radikālim.
Alkoholu klasifikācija
Alkoholus klasificē pēc dažādām struktūras pazīmēm.
1. Pamatojoties uz hidroksilgrupu skaitu, spirtus iedala
o monatomisks(viena grupa -OH)
Piemēram, CH 3 – Ak! metanols,CH 3 – CH 2 – Ak! etanols
o poliatomisks(divas vai vairākas -OH grupas).
Mūsdienu daudzvērtīgo spirtu nosaukums ir polioli(dioli, trioli utt.). Piemēri:
divvērtīgais spirts -etilēna glikols(etāndiols)
HO–CH 2 – CH 2 – ak
trīsvērtīgais spirts -glicerīns(propānetriols-1,2,3)
HO–CH 2 –CH(OH)–CH 2 – ak
Divatomu spirti ar divām OH grupām pie viena oglekļa atoma R–CH(OH) 2 ir nestabili un, izvadot ūdeni, nekavējoties pārvēršas par aldehīdiem R–CH=O. Alkoholi R–C(OH) 3 nepastāv.
2. Atkarībā no tā, ar kuru oglekļa atomu (primāro, sekundāro vai terciāro) ir saistīta hidroksilgrupa, izšķir spirtus.
o primārs R–CH2–OH,
o sekundārais R2CH–OH,
o terciārais R3 C–OH.
Piemēram:
Daudzvērtīgajos spirtos izšķir primāro, sekundāro un terciāro spirtu grupas. Piemēram, trīsvērtīgā spirta glicerīna molekula satur divus primāros spirtus (HO-CH2 –) un viena sekundārā spirta (–CH(OH)–) grupa.
3. Pēc ar skābekļa atomu saistīto radikāļu uzbūves spirtus iedala
o ierobežojums(piemēram, CH3-CH2-OH)
o neierobežots(CH2 =CH–CH2–OH)
o aromātisks(C6H5CH2-OH)
Nepiesātinātie spirti ar OH grupu pie oglekļa atoma, kas savienots ar citu atomu ar dubultsaiti, ir ļoti nestabili un nekavējoties izomerējas aldehīdos vai ketonos.
Piemēram,vinilspirts CH 2 =CH–OH pārvēršas acetaldehīdāCH3-CH=O
Piesātinātie vienvērtīgie spirti
1. Definīcija
IEROBEŽOTS MONO-AHOLOĢISKIE ALKOHOLI – skābekli saturošas organiskas vielas, atvasinājumi piesātinātie ogļūdeņraži, kurā viens ūdeņraža atoms ir aizstāts ar funkcionālā grupa (- ak)
2. Homologās sērijas
3. Spirtu nomenklatūra
Sistemātiskus nosaukumus dod ogļūdeņraža nosaukums, pievienojot sufiksu -ol un skaitlis, kas norāda hidroksigrupas pozīciju (ja nepieciešams). Piemēram:
Numerācija ir balstīta uz ķēdes galu, kas ir vistuvāk OH grupai.
Skaitlis, kas atspoguļo OH grupas atrašanās vietu, krievu valodā parasti tiek likts aiz sufiksa “ol”.
Saskaņā ar citu metodi (radikāli funkcionālā nomenklatūra) spirtu nosaukumi tiek atvasināti no radikāļu nosaukumiem, pievienojot vārdu " alkohols Saskaņā ar šo metodi iepriekš minētie savienojumi tiek saukti par metilspirtu, etilspirtu, n-propilspirts CH3-CH2-CH2-OH, izopropilspirts CH3-CH(OH)-CH3.
4. Spirtu izomērija
Raksturīgs spirtiem strukturālā izomērija:
·
OH grupas pozīcijas izomērija(sākot no C 3);
Piemēram:
· oglekļa skelets(sākot no C 4);
Piemēram, oglekļa skeleta izomēri priekšC4H9OH:
·
starpklases izomerisms ar ēteriem
Piemēram,
etanols CH 3 CH 2 –OH un dimetilēteris CH3-O-CH3
Tas ir arī iespējams telpiskā izomērija- optiskais.
Piemēram, butanols-2 CH3 CH(OH)CH2CH3, kuras molekulā otrais oglekļa atoms (izcelts) ir saistīts ar četriem dažādiem aizvietotājiem, pastāv divu optisko izomēru formā.
5. Spirtu struktūra
Vienkāršākā spirta - metil (metanola) - struktūru var attēlot ar formulām:
No elektroniskās formulas ir skaidrs, ka skābeklim spirta molekulā ir divi vientuļi elektronu pāri.
Spirtu un fenolu īpašības nosaka hidroksilgrupas struktūra, tās raksturs ķīmiskās saites, ogļūdeņražu radikāļu uzbūve un to savstarpējā ietekme.
O-H un C-O saites ir polāras kovalentas. Tas izriet no skābekļa (3.5.), ūdeņraža (2.1.) un oglekļa (2.4.) elektronegativitātes atšķirībām. Abu saišu elektronu blīvums tiek novirzīts uz elektronnegatīvāko skābekļa atomu:
Skābekļa atoms iekšā spirti raksturo sp 3 hibridizācija. Tās saišu veidošanā ar C un H atomiem piedalās divas 2sp 3 atomu orbitāles; C – O – H saites leņķis ir tuvu tetraedriskam (apmēram 108°). Katru no pārējām divām 2 sp 3 skābekļa orbitālēm aizņem vientuļš elektronu pāris.Ūdeņraža atoma mobilitāte spirta hidroksilgrupā ir nedaudz mazāka nekā ūdenī. Metilspirts (metanols) būs “skābāks” vienvērtīgo piesātināto spirtu sērijā.
Skābumu īpašību izpausmē nozīme ir arī spirta molekulā esošajiem radikāļiem. Parasti ogļūdeņražu radikāļi samazina skābes īpašības. Bet, ja tajos ir elektronus izvelkas grupas, tad spirtu skābums ievērojami palielinās. Piemēram, spirts (CF 3) 3 C-OH fluora atomu ietekmē kļūst tik skābs, ka spēj izspiest ogļskābi no sāļiem.