Лабораторные методы получения спиртов

1. Гидролиз галогеналканов в водных растворах щелочей происходит по механизму нуклеофильного замещения (см. лекцию №12)

Гидратация алкенов

Присоединение воды к алкену протекает в присутствии кислотных катализаторов (H₂SO₄, H₃PO₄, оксид алюминия и другие носители, обработанные кислотами).

Этим методом в крупных масштабах получают низшие спирты, из них важнейшим продуктом является этанол:

из пропилена и н -бутилена - изопропиловый и н -бутиловый спирты:

а из изобутилена - трет -бутиловый спирт:

Электрофильный механизм гидратации уже рассматривался ранее. Присоединение протекает по правилу марковникова, реакционная способность алкенов определяется сравнительной стабильностью образующихся карбокатионов и изменяется в ряду:

3. Восстановление карбонильных соединений (кетонов и альдегидов), сложных эфиров

Альдегиды и кетоны легко восстанавливаются водородом в присутствии катализаторов (например, Ni, Pd, Pt) в соответствующие первичные и вторичные спирты:

Для восстановления карбонильной группы также широко используются комплексные гидриды металлов - боргидрид натрия NaBH₄ (растворитель - вода, этанол) или алюмогидрид лития LiAlH₄ (растворитель - абсолютный эфир). Карбонильные соединения также можно восстанавливать атомарным водородом, образующимся при взаимодействии металлического натрия с этиловым спиртом.

Синтезы спиртов с использованием реактивов Гриньяра

При взаимодействии реактивов Гриньяра (RMgHal) и литийорганических соединений с карбонильными производными образуются алкоголяты металлов, которые при действии воды или разбавленной кислоты можно превратить в соответствующие спирты. Взаимодействие реактивов гриньяра с формальдегидом, другими альдегидами и кетонами представляет собой прекрасный способ получения первичных, вторичных и третичных спиртов:

Промышленные методы получения спиртов

1. Окисление алканов (синтез спиртов С₁₀-С₂₀). Спирты нормального строения С₁₀-С₂₀ представляют интерес в качестве сырья для синтеза поверхностно-активных веществ. Производство этих спиртов путем окисления парафина по методу А.Н. Башкирова было впервые разработано и реализовано в СССР. Окисление ведут кислородом воздуха в присутствии 4-5% борной кислоты, которая связывает образующиеся спирты в эфиры, не подвергающиеся дальнейшему окислению:

Полученные спирты, образующиеся без деструкции углеродной цепи, являются преимущественно вторичными, с примесью гликолей и кетоспиртов.

Эта фракция как сырье для ПАВ имеет небольшую ценность, и метод широкого распространения не получил.

2. Синтез спиртов по методу Фишера-Тропша. При высоком давлении СО и Н₂ образует смесь кислородсодержащих соединений (синтол) - спиртов, альдегидов, кетонов, карбоновых кислот и сложных эфиров. Этот метод нашел широкое применение для синтеза метанола:

3. Процесс оксосинтеза. Реакция открыта Реленом в 1938 г. Назначение процесса – получение из алкенов и синтез-газа (СО+Н₂) альдегидов и их гидрирование до спиртов:

Первичные спирты С₁₀-С₁₈ линейного строения являются сырьем для производства ПАВ типа алкилсульфатов, которые отличаются высоким индексом биоразлагаемости, спирты С₇-С₉ служат полупродуктами для получения сложноэфирных пластификаторов, особенно фталатов.

4. Ферментативный гидролизуглеводов под действием бактерий Clostridium acetobutilicum. Этим методом получают н -бутанол в смеси с ацетоном.

Физические свойства спиртов

Многие физические и химические свойства спиртов, особенно низкомолекулярных, (относительно высокие температуры кипения, значительная растворимость в воде), обусловлены способностью гидроксильной группы образовывать межмолекулярные водородные связи.

По мере удлинения углеводородной цепи относительное влияние водородных связей уменьшается, и одноатомные спирты с длинной углеродной цепью приближаются по своим физическим свойствам к соответствующим алканам. Так, только низшие спирты – метиловый, этиловый, изопропиловый и третичный бутиловый – смешиваются с водой в любых соотношениях, а, например, н- гексанол растворяет лишь 0.6% воды.

Таблица 14.1

Температуры кипения спиртов

Спирт	Температура кипения, °С
СН3ОН	64,5
С2Н5ОН	78,3
н -С3Н7ОН	97,8
н -С4Н9ОН	117,7
н -С10Н21ОН	231,0

Спирты нормального строения кипят выше, чем спирты с разветвленной цепью. При одинаковом числе углеродных атомов первичные спирты кипят при более высокой температуре, чем вторичные, а вторичные спирты – при более высокой, чем третичные. Температуры плавления, наоборот, выше у третичных спиртов. Плотность спиртов меньше 1.

Химические свойства спиртов

В молекуле спирта можно выделить три реакционных центра

1) О-Н-связь: обладает выраженной полярностью вследствие высокой электроотрицательности кислорода по сравнению с водородом, реакции с разрывом О-Н-связи определяют кислотность спирта;

2) неподеленная электронная пара атома кислорода определяет основность и нуклеофильность спирта;

3) С-О-связь: также обладает полярностью из-за различия электроотрицательности кислорода и углерода, разрыв С-О-связи характерен для реакций нуклеофильного замещения и β-элиминирования

В соответствии с перечисленными реакционными центрами для спиртов можно выделить следующие реакции:

1. Кислотно-основные

2. Нуклеофильное замещение гидроксильной группы

3. Дегидратация спиртов

4. Окисление спиртов.

1. Кислотные и основные свойства спиртов. Спирты способны проявлять себя как кислоты и как основания. Константа диссоциации этанола К_а (рК_а =10^-16) в 10¹⁰ раз выше, чем К_а ацетилена (рК_а =10^-26).

В силу своих кислотных свойств спирты легко взаимодействуют со щелочными металлами, образуя соли (алкоголяты):

Кислотность спиртов определяется строением алкильного радикала. Так, кислотность в ряду низших спиртов меняется следующим образом:

Н₂О (рК_а=15.7) > CH₃OH (pK_a=11.2) > CH₃CH₂OH (pK_a=15.8) > (CH₃)₂CHOH (pK_a=16.9) > (CH₃)₃COH(pK_a=19.2)

Наименьшую кислотность имеет трет -бутиловый спирт, так как соответствующий алкоксид-анион наименее устойчив из-за электронодонорного влияния метильных групп:

Основные свойства спиртов проявляются по отношению к протонным и апротонным кислотам. Донором электронов в молекуле спирта является атом кислорода:

Основность спиртов изменяется в ряду: (CH₃)₃COH > (CH₃)₂CHOH > CH₃CH₂OH > CH₃OH