Химические формулы спирта: медицинского, питьевого

ЭТИЛОВЫЙ СПИРТ

ЭТИЛОВЫЙ СПИРТ (синоним: этанол, гидроксиэтан, алкоголь, винный спирт) — наиболее известный представитель класса спиртов, обладающий специфическим физиологическим действием на организм человека и животных. Этиловый спирт применяют в медицине как антисептическое средство, используют для растираний и компрессов, как растворитель при приготовлении жидких лекарственных форм и как консервирующее средство при изготовлении анатомических препаратов (см. Препараты анатомические). В биохимических, клинико-диагностических,санитарно-гигиенических лабораториях и в химико-фармацевтической промышленности этиловый спирт является одним из наиболее употребимых растворителей и реагентов. Как сырье или вспомогательный материал этиловый спирт используется более чем в 150 различных производствах, в том числе в пищевой и лакокрасочной промышленности, парфюмерии, в производстве порохов, кинопленки и фотопленки, а также в качестве сырья для получения ряда химических продуктов (например, этилацетата, хлороформа, этилового эфира). В некоторых странах этиловый спирт применяется как моторное топливо.

Благодаря спиртовому брожению (см.), осуществляемому с помощью микроорганизмов, образование этилового спирта из углеводов (см.) распространено как в природе, так и в быту и с древности освоено человеком. В малых количествах этиловый спирт содержится в природных водах, почве, атмосферных осадках, он найден в свежих листьях растений, молоке, тканях животных. Следы этилового спирта обнаружены в ткани головного мозга, мышцах, печени человека; в крови человека в норме содержится 0,03—0,04‰ алкоголя.

Этиловый спирт C2H5OH — бесцветная гигроскопичная жидкость жгучего вкуса, с характерным (спиртовым) запахом; t°кипения 78,39°, t°плавления — 114,15°, удельный вес (при 20°) 0,789, коэффициент рефракции при 20°1,3614. Этиловый спирт легко загорается и горит слабоокрашенным пламенем, температура вспышки 14°, концентрационные пределы взрываемости паров этилового спирта в воздухе от 3 до 19 об%. Предельно допустимая концентрация этилового спирта в воздухе рабочей зоны составляет 1000 мг/м 3 . Подобно другим спиртам (см.), этиловый спирт в жидком состоянии сильно ассоциирован вследствие образования межмолекулярных водородных связей. Обычный этиловый спирт представляет собой азеотропную смесь (см. Азеотропные смеси) с водой (t°кипения 78,15°), содержащую 95,57% этанола, из которой при необходимости получают безводный, так называемый абсолютный, спирт. Этиловый спирт дает также азеотропные смеси со многими органическими жидкостями (бензолом, хлороформом, этилацетатом и др.). С водой, спиртами, этиловым эфиром (см.), глицерином (см.), ацетоном (см.) и многими другими растворителями этиловый спирт смешивается во всех соотношениях (с водой — с выделением тепла и уменьшением объема). Этиловый спирт растворяет многие органические и некоторые неорганические соединения, в лабораторной практике он служит одним из наиболее часто употребляемых растворителей (см.). С некоторыми неорганическими солями (см.) этиловый спирт образует кристаллосольваты, например CaCl2•4C2H5OH, кристаллосольваты образуются также с этиловым спиртом и отдельными органическими соединениями (см.).

Для этилового спирта характерны химические свойства первичных спиртов. При окислении или каталитическом дегидрировании этиловый спирт превращается в ацет-альдегид (см. Альдегиды), а при более энергичном окислении — в уксусную кислоту (см.). Отщепление воды от этилового спирта при нагревании в присутствии катализаторов (серной кислоты, окиси алюминия) в зависимости от условий приводит к его превращению в этилен или диэтиловый эфир (см. Этиловый эфир). С карбоновыми и неорганическими кислотами или их производными этиловый спирт образует сложные эфиры (см.). Эта реакция широко используется для синтетических и аналитических целей. Обмен гидроксильной группы в молекуле этилового спирта на атом галогена (C2H5OH + HBr —> C2H5Br + H2O) приводит к образованию этилгалогенидов — веществ, применяемых в органическом синтезе. При взаимодействии этилового спирта с галогенами в щелочной среде происходит так называемое галоформное расщепление: C2H5OH + 4X2 + 6NaOH -> CHX3 + HCOONa + 5NaX + 5H2O, где X — хлор, бром или йод. Галоформное расщепление используют для получения хлороформа (см.) и обнаружения этилового спирта (йодоформная проба). Со щелочными металлами (см.) этиловый спирт образует алкоголяты (этилаты): C2H5OH + Na —> C2H5ONa + 0,5H2. Хлорированием этилового спирта получают трихлорацетальдегид (хлораль): CH3CH2OH + 4Cl2 —> CCl3CHO + 5HCl.

Традиционным методом получения этилового спирта является сбраживание углеводсодержащего сырья (зерна, картофеля, мелассы). Суммарная реакция спиртового брожения (C6H12O6 —> 2C2H5OH + 2CO2) идет с высоким выходом этилового спирта (свыше 90%) и состоит из ряда стадий с постепенным расщеплением глюкозы (см.) или фруктозы (см.) до ацетальдегида, который восстанавливается до этилового спирта. Эту реакцию катализирует дрожжевая алкогольдегидрогеназа (КФ 1.1.99.8). Полученные разбавленные растворы этилового спирта концентрируют перегонкой до образования спирта-ректификата (96—96,5 об. % C2H5OH). Крахмалистые материалы, используемые для получения этилового спирт,а предварительно подвергают осахариванию до глюкозы амилазой солода (см. Амилазы) и затем сбраживают дрожжами. В качестве углеводсодержащего сырья применяют также продукты гидролиза целлюлозы (см.) и отходы ее производства (сульфитные щелока). Этиловый спирт, полученный брожением сырья с высоким содержанием пектиновых веществ или лигнина, в качестве примеси содержит заметное количество метилового спирта (см.).

Большое практическое значение имеет также производство этилового спирта из этилена: CH2—CH2 + H2O + C2H5OH (реакция проходит при повышенной температуре и давлении и катализируется серной кислотой), а также прямой гидратацией этилена в присутствии кислотных катализаторов; этим методом в настоящее время в большинстве стран получают основное количество этилового спирта.

В организме человека этиловый спирт окисляется до ацетальдегида (см. Уксусный альдегид): CH3CH2OH + НАД + -> CH3CHO + НАД•Н + H + . Эта реакция катализируется алкогольдегидрогеназой (КФ 1.1.1.1) печени; этот катализатор — первичный фермент метаболизма этилового спирта. Образовавшийся ацетальдегид окисляется (главным образом в печени) до уксусной кислоты, которая, превращаясь в ацетил-КоА, включается в обмен веществ (см. Трикарбоновых кислот цикл).

На организм человека этиловый спирт оказывает наркотическое и токсическое действие, вызывая вначале возбуждение, а затем резкое угнетение центральной нервной системы (см. Алкогольное опьянение). Систематическое употребление спиртных напитков даже в небольших дозах приводит к нарушению важнейших функций организма и тяжелейшему поражению всех органов и тканей, вызывает органические заболевания нервной и сердечно-сосудистой систем, печени, пищеварительного тракта, ведет к моральной и психической деградации личности (см. Алкоголизм, Алкоголизм хронический).

Степень повреждения, различная частота и темп прогрессирования поражения разных органов зависят от дозы и частоты приема алкоголя больным алкоголизмом. Наиболее характерными признаками алкогольной интоксикации, особенно в стадии ее обострения, является наличие при морфологическом исследовании биопсийного материала так называемого алкогольного гиалина в гепатоцитах и накопление промежуточных филаментов в цитоплазме эпителиальных и мезенхимальных клеток (последнее является морфологическим выражением расстройства белкового обмена). Нарушение липидного обмена при алкогольной интоксикации проявляется в накоплении включений жира в цитоплазме клеток разных органов. Наиболее характерными морфологическими проявлениями так называемой алкогольной болезни является сочетание признаков нарушения белкового и липидного обменов, выраженных микроциркуляторных расстройств в виде полнокровия сосудов, наличия плазморрагий и кровоизлияний; в экссудате преобладают полиморфно-ядерные лейкоциты и макрофаги с морфологическими признаками функциональной недостаточности, что подтверждает состояние иммунного дефицита у алкоголика (см. Иммунологическая недостаточность).

Методы определения

Содержание этилового спирта в смесях с водой определяют по плотности растворов с помощью специальных таблиц (спиртометрия). Для химического обнаружения этилового спирта используют йодоформную пробу, которую, однако, можно применять лишь в отсутствие веществ, также образующих йодоформ (ацетальдегида, ацетона, молочной и пировиноградной кислот); образование этилового эфира бензойной кислоты C6H5COOC2H5, распознаваемого по характерному запаху (необходимо иметь в виду, что метиловый спирт дает аналогичную пробу), или образование этилового эфира n-нитро-бензойной кислоты n-O2NC6H4COOC2H5, определяемого по температуре плавления (57°); а также специфическую цветную реакцию ацетальдегида, образующегося окислением этилового спирта, со вторичными аминами и нитропруссидом натрия (проба Симона). Для определения этилового спирта применяют его легко получаемые эфиры с характерными температурами плавления (n-нитробензойной кислоты, 3,5-динитробензойной кислоты и др.). Для количественного определения содержания этилового спирта в водных растворах используют также рефрактометрию (см.) и спектрофотометрию (см.) на основе пробы Симона. Большинство современных химических методов определения, этилового спирта в биологических жидкостях основано на его окислении и спектрофотометрическом измерении концентрации продуктов окисления либо титровании непрореагировавшего окислителя, чаще всего бихромата (см. Титриметрический анализ); из анализируемых образцов этиловый спирт предварительно изолируют отгонкой или диффузией (метод Видмарка и др.). Более специфичны ферментативные методы определения этилового спирта, основанные на его окислении алкогольдегидрогеназой и спектрофотометрировании образовавшегося НАД•H, а также определение этилового спирта с помощью газожидкостной хроматографии (см.). Эти методы применимы и для определения этилового спирта в выдыхаемом воздухе. Количественное определение этилового спирта в крови и моче является достоверным показателем интоксикации этиловым спиртом. Для проведения наиболее точного, специфичного и чувствительного измерения концентрации этиловый спирт с помощью газожидкостной хроматографии достаточно 2—5 мл крови или мочи. Для установления интоксикации этиловым спиртом применяют и другие количественные методы определения этанола, например метод Видмарка, титриметрический метод (титрование непрореагировавшего окислителя) и др.

Для количественного определения этилового спирта из вены берут 5—10 мл крови в небольшую пробирку (до краев) так, чтобы не оставалось воздуха. Проба мочи в таком же объеме берется из общего количества мочи, выпущенной в чистую емкость. Обработку кожи, посуды и инструментов производят нелетучим антисептиком, не содержащим этиловый спирт. Взятый материал может храниться не более 1 суток, обязательно в холодильнике.

Качественные пробы на этиловый спирт при подозрении на алкогольное отравление являются предварительными и неспецифичными, поэтому их результаты должны подтверждаться количественным определением этилового спирта. Пары этилового спирта в выдыхаемом воздухе обнаруживаются через 10—20 минут после его приема и в течение 1,2—20 часов, в зависимости от крепости алкогольного напитка и принятой дозы. Среди качественных проб на этиловый спирт наиболее распространена проба по Мохову и Шинкаренко с использованием индикаторных трубок. Запаянные с обоих концов стеклянные трубки содержат реагент оранжевого цвета — силикагель, обработанный раствором хромового ангидрида в концентрированной серной кислоте. Для проведения пробы концы трубки отламывают, и испытуемый в течение 20—30 секунд выдувает в трубку воздух. Под действием паров этилового спирта происходит восстановление ионов хрома, и оранжевая окраска реагента меняется на зеленую или голубую. Однако положительный результат может быть получен также при действии на реагент паров метилового спирта, ацетона (у больных сахарным диабетом), эфира и альдегидов. Пары бензина, уксусной кислоты, дихлорэтана, фенола окрашивают реагент в темно-коричневый цвет. Реже применяется проба Рапопорта, основанная на растворении в дистиллированной воде этилового спирта, содержащегося в выдыхаемом воздухе, и последующем его окислении перманганатом калия в присутствии серной кислоты. При этом происходит изменение окраски раствора. Эта проба также не специфична, так как положительный результат при ее применении может быть получен при растворении в воде паров эфира, ацетона, бензина, сероводорода, метилового спирта. Для определения присутствия этилового спирта в моче или цереброспинальной жидкости используют пробу Никлу, основанную на изменении окраски исследуемой жидкости с оранжевой на зеленую после последовательного добавления кристаллического перманганата калия и концентрированной серной кислоты.

Механизм токсического действия этилового спирта

Механизм токсического действия этилового спирта связан с его избирательным поражением центральной нервной системы, прежде всего нервных клеток коры больших полушарий (см. Алкогольное опьянение). Ряд веществ, поступивших в организм одновременно с этиловым спиртом снотворные барбитурового ряда, транквилизаторы, оксид углерода и др.), усиливает его действие. Вещества, повышающие основной обмен, обычно увеличивают скорость окисления этиловым спиртом в организме. К таким веществам относятся адреналин (см.), инсулин (см.), тироксин (см.) и др. Некоторые вещества являются прямыми антагонистами этилового спирта (фенамин, первитин и др.) и при поступлении в организм значительно ослабляют внешние проявления интоксикации этиловым спиртом.

На первом этапе интоксикации этиловым спиртом накапливается в крови, достигая максимума в среднем через 1—1,2 (фаза резорбции). После небольшого периода диффузного равновесия концентрации этилового спирта в крови и других жидкостях, в органах и тканях содержание спирта в крови постепенно снижается, одновременно в моче его концентрация возрастает (фаза элиминации).

Освидетельствование для установления алкогольного опьянения производится по направлению правоохранительных органов, суда и администрации учреждений. В акте освидетельствования должны быть указаны анамнестические сведения (предшествовавшие заболевания и травмы, периодичность приема этилового спирта, его переносимость, время последнего приема алкоголя и др.), данные объективного исследования — конституция и вес (масса) тела, результаты клинического обследования и психотехнических испытаний, результаты качественных проб на алкоголь и количественного определения этилового спирта в крови и моче. Проведение экспертизы состоит из двух этапов: врачебного освидетельствования, которое проводится, как правило, невропатологами или психиатрами, и химические исследования с целью обнаружения этилового спирта в организме.

«Методическими указаниями о судебно-медицинской диагностике смертельных отравлений этиловым алкоголем и допускаемых при этом ошибках» М3 СССР (1974) рекомендуется следующая ориентировочная токсикологическая оценка различных концентраций алкоголя в крови: менее 0,3%0 — отсутствие влияния алкоголя; от 0,3 до 0,5%0 — незначительное влияние алкоголя; от 0,5 до 1,5% — легкое опьянение; от 1,5 до 2,5% — опьянение средней степени; от 2,5 до 3% — сильное опьянение; от 3 до 5%0 — тяжелое отравление, может наступить смерть; от 5% и выше — смертельное отравление. Приведенная оценка применима лишь для фазы резорбции. В фазе элиминации состояние человека, принявшего алкоголь, может быть легче или тяжелее указанного выше, поэтому необходимо проводить сравнительную оценку содержания этилового спирта в крови и моче.

Отсутствие этилового спирта в крови и наличие его в моче свидетельствуют о факте приема этилового спирта, однако не позволяют установить степень алкогольной интоксикации. При сопоставлении концентрации этилового спирта в крови и моче можно ориентировочно определить время приема алкоголя.

Обнаружение этилового спирта при судебно-медицинском исследовании трупа имеет значение для диагностики смертельного отравления этиловым спиртом и для установления факта алкогольной интоксикации перед наступлением смерти. Необходимо определить концентрацию этилового спирта в трупе, собрать анамнестические данные, установить возраст умершего, собрать сведения об обстоятельствах смерти и т. д. Смертельной дозой считается 200—300 мл чистого этилового спирта, однако эта доза колеблется в зависимости от возраста, привыкания к этиловому спирту, состояния здоровья и др. Для людей, привычных к алкоголю, и хронических алкоголиков смертельная доза может быть выше в несколько раз. Смерть от отравления этиловым спиртом возможна на любой стадии алкогольной интоксикации. Средней смертельной концентрацией этиловым спиртом в крови считается 3,5—5%, а концентрация выше 5% является безусловно смертельной.

Отравление этиловым спиртом обостряет течение многих заболеваний и может способствовать наступлению смертельного исхода. Необходимо проводить дифференциальную диагностику смерти от острого отравления этиловым спиртом со смертью от заболевания (чаще сердечно-сосудистого), наступившей в состоянии острой алкогольной интоксикации. К установлению острого отравления этиловым спиртом в качестве причины смерти следует подходить с большой осторожностью и во всех случаях этот вывод тщательно аргументировать.

П. И. Новиков (1967) рекомендует для оценки количественного содержания этилового спирта в трупе брать для химического исследования кровь, мочу, содержимое желудка и цереброспинальную жидкость. Соотношение концентрации этилового спирта в этих жидкостях позволяет ориентировочно определять стадию алкогольной интоксикации, время приема этилового спирта и принятую дозу. Если судебно-медицинскому исследованию подвергается не весь труп, а лишь отдельные его части, можно определить концентрацию этилового спирта во внутренних органах или в мышцах с последующим пересчетом на содержание этилового спирта в крови. Необходимо помнить, что при гнилостном разложении в трупе происходит образование этилового спирта, концентрация которого может достичь 0,5—1%.

Библиогр.: Балякин В. А. Токсикология и экспертиза алкогольного опьянения, М., 1962; Каррер П. Курс органической химии, пер. с нем., с. 118, Л., 1960; Кольковски П. Колориметрический экспресс-метод полуколичественного определения этилового спирта, Лаборат. дело, № 3, с. 17, 1982; Новиков П. И. Экспертиза алкогольной интоксикации на трупе, М., 1967; Пауков В. С. и Угрюмов А. И. Патологоанатомическая диагностика алкоголизма, Арх. патол., т. 47, в. 8, с. 74, 1985; Полюдек-Фабини Р. и Бейрих Т. Органический анализ, пер. с нем., с. 54, Л., 1981; Руководство по судебно-медицинской экспертизе отравлений, под ред. Р. В. Бережного и др., с. 210, М., 1980; Серов В. В. и Лебедев С. П. Клиническая морфология алкоголизма, Арх. патол., т. 47, в. 8, с. 3, 1985; Солдатенков А. Т. и Сытинский И. А. Методы определения алкоголя в биологических жидкостях, Лаборат. дело, № 11, с. 663, 1974; Стабников В. H., Ройтер И. М., и Процюк Т. Б. Этиловый спирт, М., 1976; Уайт А. и др. Основы биохимии, пер. с англ., т. 2, с. 780, М., 1981.

Читайте также:  Как привести в чувства пьяного человека: эффективные методы

Строение этанола

В молекулах спиртов, помимо связей С–С и С–Н, присутствуют ковалентные полярные химические связи О–Н и С–О.

Электроотрицательность кислорода (ЭО = 3,5) больше электроотрицательности водорода (ЭО = 2,1) и углерода (ЭО = 2,4).

Электронная плотность обеих связей смещена к более электроотрицательному атому кислорода:

Атом кислорода в спиртах находится в состоянии sp 3 -гибридизации.

В образовании химических связей с атомами C и H участвуют две 2sp 3 -гибридные орбитали, а еще две 2sp 3 -гибридные орбитали заняты неподеленными электронными парами атома кислорода.

Поэтому валентный угол C–О–H близок к тетраэдрическому и составляет почти 108 о .

Водородные связи и физические свойства спиртов

Спирты образуют межмолекулярные водородные связи. Водородные связи вызывают притяжение и ассоциацию молекул спиртов:

Поэтому этанол – жидкость с относительно высокой температурой кипения (температура кипения этанола +78 о С).

Водородные связи образуются не только между молекулами спиртов, но и между молекулами спиртов и воды. Поэтому спирты очень хорошо растворимы в воде. Молекулы спиртов в воде гидратируются:

Чем больше углеводородный радикал, тем меньше растворимость спирта в воде. Чем больше ОН-групп в спирте, тем больше растворимость в воде.

Этанол смешивается с водой в любых соотношениях.

Изомерия спиртов

Структурная изомерия

Для этанола характерна структурная изомерия – межклассовая изомерия.

Межклассовые изомеры — это вещества разных классов с различным строением, но одинаковым составом. Спирты являются межклассовыми изомерами с простыми эфирами. Общая формула и спиртов, и простых эфиров — CnH2n+2О.

Например. Межклассовые изомеры с общей формулой С2Н6О этиловый спирт СН3–CH2–OH и диметиловый эфир CH3–O–CH3
Этиловый спиртДиметиловый эфир
СН3–CH2–OH CH3–O–CH3

Химические свойства этанола

Спирты – органические вещества, молекулы которых содержат, помимо углеводородной цепи, одну или несколько гидроксильных групп ОН.

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 этанола с растворами щелочей реакция практически не идет, т. к. образующийся алкоголят почти полностью гидролизуется водой.

Равновесие в этой реакции так сильно сдвинуто влево, что прямая реакция не идет. Поэтому этанол не взаимодействуют с растворами щелочей.

1.2. Взаимодействие с металлами (щелочными и щелочноземельными)

Этанол взаимодействует с активными металлами (щелочными и щелочноземельными).

Например, этанол взаимодействует с калием с образованием этилата калия и водорода .

Алкоголяты под действием воды полностью гидролизуются с выделением спирта и гидроксида металла.

Например, этилат калия разлагается водой:

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.

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):

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 :

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 140 о С) 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.

3.2. Межмолекулярная дегидратация

При низкой температуре (меньше 140 о С) 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 140 о С образуется диэтиловый эфир:

4. Окисление этанола

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.

Типичные окислители — оксид меди (II), перманганат калия KMnO4, K2Cr2O7, кислород в присутствии катализатора.

4.1. Окисление оксидом меди (II)

Cпирты можно окислить оксидом меди (II) при нагревании. При этом медь восстанавливается до простого вещества.

Например, этанол окисляется оксидом меди до уксусного альдегида

4.2. Окисление кислородом в присутствии катализатора

Cпирты можно окислить кислородом в присутствии катализатора (медь, оксид хрома (III) и др.).

4.3. Жесткое окисление

При жестком окислении под действием перманганатов или соединений хрома (VI) первичные спирты окисляются до карбоновых кислот.

Например, при взаимодействии этанола с перманганатом калия в серной кислоте образуется уксусная кислота

4.4. Горение спиртов

Образуются углекислый газ и вода и выделяется большое количество теплоты.

Например, уравнение сгорания этанола:

5. Дегидрирование этанола

При нагревании спиртов в присутствии медного катализатора протекает реакция дегидрирования.

Например, при дегидрировании этанола образуется этаналь

Получение этанола

1. Щелочной гидролиз галогеналканов

При взаимодействии галогеналканов с водным раствором щелочей образуются спирты. Атом галогена в галогеналкане замещается на гидроксогруппу.

Например, при нагревании хлорэтана с водным раствором гидроксида натрия образуется этанол

2. Гидратация алкенов

Гидратация (присоединение воды) алкенов протекает в присутствии минеральных кислот. При присоединении воды к алкенам образуются спирты.

Например, при взаимодействии этилена с водой образуется этиловый спирт.

3. Гидрирование карбонильных соединений

Присоединение водорода к альдегидам и кетонам протекает при нагревании в присутствии катализатора. При гидрировании альдегидов образуются первичные спирты, при гидрировании кетонов — вторичные спирты, а из формальдегида образуется метанол.

Например, при гидрировании этаналя образуется этанол

4. Получение этанола спиртовым брожением глюкозы

Для глюкозы характерно ферментативное брожение, то есть распад молекул на части под действием ферментов. Один из вариантов — спиртовое брожение.

Спирты

Формула винного, или этилового, спирта (этанола) С2Н5ОН, несомненно, знакома многим даже совершенно далёким от химии людям. Это соединение, которое образуется при ферментативном брожении крахмала, глюкозы и фруктозы, в быту называют просто спиртом.

Получение вина путём сбраживания виноградного сока было освоено людьми уже несколько тысячелетий назад. Однако чистый спирт, содержащий лишь незначительное количество воды, выделили при перегонке вина только в XIII в. В Средние века стали известны многие свойства винного спирта, например горючесть (одно из его латинских названий — aqua ardens, что в переводе означает «огненная вода») и способность извлекать из листьев, плодов и кореньев содержащиеся в них биологически активные вещества и красители (полученные растворы в быту называют настойками). Алхимик Арнальдо из Вилановы упоминает спирт в числе медикаментов и противоядий.

Слово «спирт» происходит от древнего латинского названия этого вещества — spiritus vini («дух вина»). Этот термин до сих пор используется в медицине при записи рецептов. В XVI в. в западноевропейских языках, а в XVIII в. и в русском у винного спирта появилось название — алкоголь (араб. «ал-кугул»).

Безводный (абсолютный) этиловый спирт был впервые получен лишь в 1796 г. российским химиком Товием Егоровичем Ловицем и немецким ученым Иеремией Вениамином Рихтером. Для этой цели они применяли вещества, связывающие воду, например оксид кальция (негашёную известь). Абсолютный спирт легко поглощает влагу воздуха, поэтому его хранят в плотно закрытых сосудах.

Спирты (алкоголи) – это производные углеводородов, содержащие в молекуле одну или несколько гидроксильных групп – ОН у насыщенных атомов углерода.

Общая формула спиртов: R(OH)m, m≥1, где R – УВ радикал; m – число функциональных гидроксильных групп – ОН, которое определяет атомность спирта.

Классификация спиртов по строению УВ радикала:
Классификация спиртов по атомности:

Предельные одноатомные спирты (алканолы)

Общая формула: CnH2n+1OH, n≥1

Гомологический ряд

Изомерия и номенклатура

Первые два члена гомологического ряда – СН3ОН и С2Н5ОН – не имеют изомеров, относящихся к классу спиртов. Для остальных алканолов возможны 2 типа изомерии (в пределах своего класса):

— изомерия цепи (углеродного скелета);

— изомерия положения функциональной группы – ОН.

Спирты изомерны другому классу соединений – простым эфирам (R-O-R):

Электронное строение

Атомы углерода в алканолах находятся в состоянии sp 3 -гибридизации. Молекулы алканолов представляют собой диполи. Они содержат полярные связи С—Н, С—О, О—Н. Дипольные моменты связей С → О и О ←Н направлены в сторону атома кислорода, поэтому атом «О» имеет частичный отрицательный заряд δ — , а атомы «С» и «Н» — частичные положительные заряды δ + . Полярность связи О—Н больше полярности связи С—О вследствие большей разности электроотрицательностей кислорода и водорода. Однако полярность и этой связи недостаточна для диссоциации ее с образованием ионов Н + . Поэтому спирты являются неэлектролитами.

Физические свойства

Полярность связи О—Н и наличие неподеленных пар электронов на атоме кислорода определяют физические свойства спиртов.

Температуры кипения спиртов больше температуры кипения соответствующих алканов с тем же числом атомов углерода. Это объясняется ассоциацией молекул спиртов вследствие образования межмолекулярных водородных связей.

Водородная связь — это особый вид связи, которая осуществляется при участии атома водорода гидроксильной или аминогруппы одной молекулы и атомами с большой электроотрицательностъю (О, N, F, Сl) другой молекулы. Чем большим положительным зарядом обладает атом водорода и чем больше способность другого атома отдавать свои неподеленные электронные пары, тем легче образуется водородная связь (ВС) и тем она прочнее.

Все алканолы легче воды, бесцветны, жидкие имеют резкий запах, твердые запаха не имеют. Метанол, этанол и пропанол неограниченно растворяются в воде, с увеличением числа углеродных атомов растворимость алканолов в воде уменьшается, высшие спирты не растворяются в воде.

Химические свойства

Химические свойства алканолов определяются особенностями их электронного строения: наличием в их молекулах полярных связей О-Н, С-О, С-Н. Для алканолов характерны реакции, которые идут с расщеплением этих связей: реакции замещения, отщепления, окисления.

I.Реакции замещения

1. Замещение атома водорода гидроксильной группы вследствие разрыва связи О-Н.

а) Взаимодействие с активными металлами с образованием алкоголятов металлов:

Эти реакции протекают только в безводной среде; в присутствии воды алкоголяты полностью гидролизуются:

б) Взаимодействие с органическими и неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров (реакции этерификации):

2. Замещение гидроксильной группы вследствие разрыва связи С-О.

а) Взаимодействие с галогеноводородами с образованием галогеналканов:

Следует отметить, что спирты можно превратить в галогенпроизводные действием и других реагентов, например хлоридов фосфора:

R – OH + PCl5 → R – Cl + POCl3 + HCl

б) Взаимодействие с аммиаком с образованием аминов.

Реакции идут при пропускании смеси паров спирта с аммиаком при 300 o С над оксидом алюминия:

При избытке спирта алкильными радикалами могут замещаться 2 или 3 атома водорода в молекуле NН3:

II. Реакции отщепления

1.Дегидратация, т.е. отщепление воды

Дегидратация спиртов может быть двух типов: межмолектлярная и внутримолекулярная.

а) Межмолекулярная дегидратация спиртов с образованием простых эфиров R—O—R’. Эти реакции могут протекать с участием одного спирта или смеси двух и более спиртов:

б) Внутримолекулярная дегидратация спиртов с образованием алкенов. Протекает при более высокой температуре. В отличие от межмолекулярной дегидратации в процессе этих реакций происходит отщепление молекулы воды от одной молекулы спирта:

Первый член гомологического ряда алканолов – метанол СН3ОН – не вступает в реакции внутримолекулярной дегидратации.

Дегидратация вторичных и третичных спиртов происходит по правилу Зайцева:

2.Дегидрирование (разрыв связей О – Н и С – Н)

а) При дегидрировании первичных спиртов образуются альдегиды:

В организме человека этот процесс происходит под действием фермента (алкогольдегидрогеназы).

б) При дегидрировании вторичных спиртов образуются кетоны:

в) Третичные спирты не дегидрируются.

III. Реакции окисления

1.Горение (полное окисление)

Спирты горят на воздухе с выделением большого количества тепла:

2.Неполное окисление под действием окислителей: кислорода воздуха в присутствии катализаторов (например, Cu), перманганата калия, дихромата калия и др.

Реакции неполного окисления спиртов по своим результатам аналогичны реакциям дегидрирования:

Способы получения алканолов

Кроме прямой гидратации этилена, существует также сернокислотная гидратация, протекающая в две стадии:

— на первой стадии этилен поглощается серной кислотой:

— на второй стадии этилсерная кислота гидролизуется с образованием этилового спирта и серной кислоты:

При гидратации гомологов этилена в соответствии с правилом Марковникова образуются вторичные или третичные спирты:

2.Гидролиз галогеналканов

При действии водного раствора NaOH атом галогена в галогеналкане замещается группой —ОН:

Обратите внимание, что при действии спиртового раствора щелочи на галогеналканы происходит отщепление галогеноводорода и образование алкена (см. способы получения алкенов).

3. Гидрирование альдегидов и кетонов

Как уже было отмечено выше, дегидрирование спиртов по своей химической сущности является окислением. Обратная реакция — гидрирование альдегидов и кетонов — является, таким образом, их восстановлением.

В присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd, Со) альдегиды восстанавливаются до первичных спиртов, а кетоны — до вторичных спиртов:

4.Специфические методы получения метанола и этанола

Этанол образуется при брожении (ферментации) углеводов – глюкозы или крахмала:

Предельные многоатомные спирты

Свойства многоатомных спиртов рассмотрим на примере простейшего трехатомного спирта – глицерина, или пропантриола-1,2,3:

Физические свойства

Глицерин – вязкая, бесцветная, сладковатая на вкус нетоксичная жидкость с t о кип.=230 о С. Смешивается с водой во всех отношениях.

Химические свойства
I. Замещение атомов водорода гидроксильных групп

1.Как и одноатомные спирты, многоатомные спирты взаимодействуют со щелочными металлами; при этом могут образовываться моно-, ди- и тризамещенные продукты:

2.Наличие нескольких ОН-групп в молекулах многоатомных спиртов обусловливает увеличение подвижности и способности к замещению гидроксильных атомов водорода по сравнению с одноатомными спиртами. Поэтому, в отличие от алканолов, многоатомные спирты взаимодействуют с гидроксидами тяжелых металлов (например, с гидроксидом меди (II) Cu(OH)2. Продуктами этих реакций являются внутрикомплексные («хелатные») соединения, в молекулах которых атом тяжелого металла образует как обычные ковалентные связи Ме←О за счет замещения атомов водорода ОН-групп, так и донорно-акцепторные связи Ме ←О за счет неподеленных электронных пар атомов кислорода других ОН-групп:

Нерастворимый в воде Cu(OH)2 голубого цвета растворяется в глицерине с образованием ярко-синего раствора глицерата меди (II). Эта реакция является качественной реакцией на все многоатомные спирты.

3.Многоатомные спирты, как и одноатомные, взаимодействуют с органическими и неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров:

II. Замещение гидроксильных групп

Наиболее известными реакциями этого типа является взаимодействие многоатомных спиртов с галогеноводородами. Например, при взаимодействии глицерина с хлороводородом ОН-группы последовательно замещаются атомами хлора:

Способы получения глицерина

1.Гидролиз жиров – основной способ получения глицерина:

2. Синтез из пропилена

В последнее время глицерин получают из пропилена. Существует несколько вариантов этого синтеза. По одному из них пропилен хлорируют при t o = 440—500 о С, полученный аллилхлорид гидролизуют раствором NaOH. На полученный в результате гидролиза аллиловый спирт действуют пероксидом водорода Н2О2, который в присутствии катализатора присоединяется к спирту по двойной связи с образованием глицерина. Весь процесс можно представить схемой:

Применение важнейших спиртов

В медицине С2Н5ОН применяется как дезинфицирующее средство и средство для компрессов, используется для приготовления экстрактов и настоек, как растворитель для многих лекарственных препаратов.

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Спирты» Спирты.docx (Одна Загрузка)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Синтез этилового спирта» Синтез-этилового-спирта.docx (216 Загрузок)

Скачать бесплатно реферат на тему: «Синтез метанола из оксида углерода и водорода» Синтез-метанола-из-оксида-углерода-и-водорода.docx (225 Загрузок)

Скачать рефераты по другим темам можно здесь

Похожее

Добавить комментарий Отменить ответ

Репетитор по химии. Занятия проходят онлайн по Скайпу. По всем вопросам пишите в Ватсапп: +7 928 285 70 42

Спирт

Спирт

Когда речь заходит о спирте, многие в первую очередь вспоминают об алкогольных напитках. Но польза этого вещества отнюдь не ограничивается только производством спиртного. Хотя и оно при употреблении в разумных дозах может сыграть полезную роль для нашего организма.

Читайте также:  Что вреднее пиво или водка: лучше не смешивать

Спирт и его виды

Именно английское «Spirit» лежит в основании русского названия «спирт». Это вещество представляет собой органический продукт (производное углеводов), в химической формуле которого содержится гидроксильная группа. Существуют разные классификации спиртов. Согласно одной из них различают одноатомные, двухатомные и многоатомные вещества. Также химики группируют их на ненасыщенные, насыщенные и ароматические. Еще одна классификация предусматривает разделение спиртов на первичные и вторичные.
Простой спирт – это жидкость без цвета, но с характерным запахом и вкусом, легко растворяемая водой в любых пропорциях. И чем больше атомов в спиртах, тем легче они соединяются с водой. А вот для маслянистых и жиросодержащих веществ спирт и сам служит растворителем.

В природе это вещество содержится, как правило, в составе эфирных масел. В листьях многих растений содержится метиловый спирт. После брожения органических продуктов образуется этиловый спирт. Кстати, к этой категории веществ относят также и некоторые витамины, например, А, D, В8.

Химики определяют спирт, как вещество, полученное в результате гидрогенизации окиси углерода под воздействием катализаторов. Чаще всего в разных сферах жизнедеятельности используют такие спирты:

  • этиловый;
  • метиловый;
  • фенилэтиловый.

Но сегодня больше внимания мы уделим именно этиловому веществу, которое широко используется в пищевой промышленности, медицине, косметологии.

Как изготовляют этанол

Производство спирта

В технических целях применяют спирт, полученный из этилена, подверженного гидратации с использованием серной кислоты. В этом виде вещество входит в:

  • лекарственные препараты;
  • разные смолы искусственного происхождения;
  • взрывающиеся вещества;
  • ароматические субстанции.

Для пищевой промышленности подходит спирт, полученный после сбраживания сахаристых веществ. Как правило, в таком случае сырьем служат ягоды, фрукты, кукуруза, картофель, тростниковый сахар, рис, крахмал. Для «запуска» реакции брожения используют дрожжи, ферменты и бактерии.

Процесс «рождения» спиртов состоит из нескольких этапов:

  • выбора и подготовки сырья;
  • расщепления крахмалов до состояния простых сахаров;
  • брожения (дрожжевого);
  • перегонки;
  • очищения продукта.

Но несмотря на то что теоретически изготовления алкоголя выглядит довольно просто, повторить весь этот процесс в домашних условиях, да еще и создать спирт правильной концентрации (от 96 до 100 об.) довольно проблематично.

Характеристика этилового спирта

Этиловый спирт, известный во всем мире по молекулярной формуле С2Н5ОН, представляет собой бесцветную жидкость с точкой кипения в 78 градусов по Цельсию. Вещество обладает резким запахом. Горит бездымным синим пламенем, которое при дневном свете не всегда заметно. Физические характеристики вещества определяются наличием гидроксильной группы и длиной углеродной цепи. Этанол служит универсальным растворителем для разных веществ, таких как уксусная кислота, ацетон, бензол, тетрахлорид, хлороформ, этиленгликоль.

Польза в пищевой промышленности

Польза в пищевой промышленности

Алкоголь в жизнь человека вошел много тысячелетий тому назад. Историки полагают, что первый этиловый спирт появился примерно 8 тысяч лет назад. Считают, что вещество появилось случайно – в результате брожения фруктовых напитков. А «авторство» первого, изготовленного в лаборатории спиртового продукта, приписывают арабским химикам. Современные исследователи полагают, что их коллеги в древние времена сумели впервые создать напиток с высоким содержанием этанола еще в VI веке. А вот в Европе первый этанол создали итальянцы предположительно в XI веке. В России впервые об алкогольном напитке услыхали в 1386-ом, когда путешественники привезли из Генуи аквавит. Затем началась эпоха создания алкогольных травяных и ягодных настоек, так называемого хлебного вина (из ржи). Чистый спирт собственного производства у россиян появился более чем через 4 века.

Чем полезен

Чтобы адекватно оценить роль спирта в нашей жизни, недостаточно вспоминать только пищевую и ликероводочную промышленность, где этанол является главным компонентом алкогольных напитков. Применение этой субстанции куда шире. Без этого вещества трудно обойтись в медицине, химической отрасли, при производстве парфюмов и косметики.

Спиртовые компрессы

Спирт – это:

  • антисептик;
  • дезодорирующее вещество;
  • гаситель пены при вентиляции легких;
  • основа для настоек;
  • пищевой консервант;
  • растворитель;
  • вещество-крепитель для алкогольных напитков;
  • согревающее средство для растираний;
  • основа для компрессов.

Да и это далеко не все, а только основные сферы применения этиловой жидкости.

Терапевтические свойства этанола

Как говорят врачи, спиртное одновременно является и тонизирующим средством, и ядом. Разница заключается только в дозе принятого вещества. Есть мнение, что умеренное потребление напитков, в составе которых содержится этанол, неплохо для сердечно-сосудистой системы, они защищают от образования камней в желчном пузыре и диабета. Но достаточно перейти черту между «умеренное употребление» и «злоупотребление», как вероятность развития рака, болезней органов пищеварительной и нервной системы, возрастает в несколько раз.

Спирт в антисептикахАнтисептик

В фармакологии это вещество служит универсальным дезинфицирующим средством. Антибактериальные гели почти на 62 % состоят из этанола. Он эффективно убивает большинство бактерий и грибов, а также некоторые вирусы.

Вещество-антидот

Именно этиловый спирт применяют в качестве антидота при некоторых отравлениях. В частности, он эффективен для устранения последствий передозировки метанола или этиленгликоля.

Для сердечников

Недавнее исследование, проведенное учеными из Бостонского университета, доказывает, что этанол в небольших количествах снижает риск развития ишемической болезни сердца. Похожий эффект ученые заметили и в случае с раковыми заболеваниями. Но исследователи отметили и другую, не столь утешительную, сторону спиртовой темы: больше всего самоубийств было сделано под воздействием алкоголя. А на фоне частого потребления спиртного развивается много серьезных болезней.

С биологической точки зрения идея того, что спирт защищает от кардиоболезней, имеет смысл. Умеренное потребление алкоголя повышает уровень липопротеинов высокой плотности (так называемого хорошего холестерина), а они, в свою очередь, снижают риск сердечно-сосудистых заболеваний. Кроме того, некоторые химические процессы, запускаемые в организме под воздействием спирта, улучшают свертываемость крови, повышают чувствительность к инсулину, препятствуют образованию мелких тромбов, которые могут блокировать кровоток к сердцу или головному мозгу.

Боль в суставах

Растирание спиртовыми настойками, обладающими согревающим эффектом, помогает снять боль в суставах. Наружные препараты на этаноле облегчают боль в мышцах.

Польза алкоголя для пожилых людей

Польза и риски от спиртного на разных этапах жизни:

  • беременные – пользы практически нет;
  • мужчины до 30 лет – на фоне алкоголя повышается риск несчастных случаев, что нивелирует возможные выгоды для сердца при умеренном потреблении спиртного;
  • мужчины до 60 лет – умеренное потребление напитков, содержащих этиловый спирт, может обеспечить защиту от сердечно-сосудистых заболеваний, польза потенциально превышает вред (при условии, что человек не склонен к алкоголизму);
  • женщины до 60 лет – рассчитать соотношение пользы и риска в этом случае труднее, поскольку ежегодно примерно одинаковое количество женщин умирает от рака молочной железы (риск повышается на фоне спиртного) и сердечно-сосудистых болезней (риск снижается на фоне спиртного). Тем не менее, как показал опрос, женщины больше боятся развития рака молочной железы, нежели кардиозаболеваний.

Умеренные дозы алкоголя: кому и сколько

Часто можно услышать, что потребление алкоголя в умеренных дозах не вредит организму. Но как понять, что такое «умеренная доза»? Диетологи рассчитали приблизительную безопасную норму спирта для здоровых взрослых людей. Она составляет примерно 44 мл этилового спирта, что соответствует 355 мл пива и 148 мл вина.

Напротив, доза в расчете 7-8 г чистого спирта на 1 кг массы тела – это смертельная порция алкоголя.

Этанол в качестве лекарства

Спиртовые настойкиНастой для лечения ангины, простуды, бронхита

Взять в разных долях (примерно по 100 г) календулы, каланхоэ и эвкалиптовых листьев. Измельченные растения залить спиртом (жидкость должна покрыть растения). Настаивать 72 часа в темном месте. Избавиться от болезней поможет полоскание горла: 1 часть настойки разбавить 10 частями воды. Полоскать горло трижды в день.

Желчегонный спиртовой настой

На протяжении 14 дней настаивать плоды барбариса (40 г свежих ягод смешать с 40 г высушенных). Употреблять лекарство 3 раза в день по 20-25 капель на 50 мл воды. Курс лечения – не меньше 2 недель.

Сосудосуживающая настойка

Половиной литра спирта залить примерно 10 конских каштанов. После 2-недельной выдержки спиртовую настойку втирать массажными движениями в места варикозных сосудов. Для усиления эффекта это же средство принимать внутрь – по 30 капель 3 раза в сутки. Эффект лечения станет заметным уже через месяц.

Опасные свойства

С опасными свойствами спиртов в первую очередь сталкиваются люди, работающие с их испарениями. Чрезмерное пребывание в таких условиях вызывает состояние, близкое к наркотическому опьянению. Более длительный контакт с парами метанола или изопропанола (через 8-12 часов) может послужить причиной летаргического сна или даже летального исхода.

Опасные свойства спирта

Метиловый спирт – чрезвычайно опасный яд. Принятый внутрь, он вызывает отравление, которое ведет к судорогам, эпилептическим припадкам, тахикардии, слепоте. Достаточно принять немного больше чем 30 мг вещества, чтобы без надлежащей медицинской помощи человек умер. И что самое важное: метиловый спирт чрезвычайно быстро всасывается в организм – отсюда и высокая опасность отравления.

Этиловый спирт хоть и применяется в пищевой промышленности, но также небезопасен. Он быстро попадает в кровоток (организм всасывает вещество через слизистые покровы желудка и кишечника). Этанол не самым лучшим образом сказывается на работе нервной системы, вызывая то угнетение, то слишком сильное возбуждение.

Также стоит знать, что после каждого приема алкоголя (даже в не очень больших дозах) отмирает часть клеток головного мозга. И это уже научно доказанный факт. Убитые алкоголем частицы коры головного мозга из организма выводятся вместе с мочой.

Под воздействием спиртов страдают практически все внутренние органы. Больше всего «достается» печени, почкам, поджелудочной, желчному пузырю. Чрезмерное потребление алкоголя вызывает:

  • алкоголизм;
  • воспаление печени (алкогольный гепатит);
  • цирроз;
  • гипертонию;
  • кардиомиопатию;
  • онкозаболевания (ротовой полости, глотки, гортани, пищевода, молочной железы, печени, толстой кишки);
  • нарушение сна.

Этанол и беременность

Фолиевая кислота, или витамин В9, один из самых важных элементов для беременных. Все дело в том, что этот витамин способствует правильному развитию спинного мозга эмбриона, а затем на протяжении всей беременности влияет на правильность формирования плода. Фолиевая кислота необходима для создания ДНК – молекулы, которая собственно и несет в себе код продолжения жизни. Помимо этого, правильное деление клеток в уже сформировавшемся организме также станет невозможным без достаточного потребления фолиевой кислоты.

Алкоголь блокирует способности организма поглощать витамин В9 и деактивирует вещество, уже содержащееся в тканях и клетках. Ученые предполагают, что развитие рака молочной железы и некоторых других видов онкозаболеваний – это результат нехватки фолиевой кислоты на фоне злоупотребления алкоголем.

Передозировка алкоголя

Передозировка алкоголя

Потребление напитков, содержащих этиловый спирт, вызывает опьянение, уровень которого зависит от количества принятого алкоголя. Наличие алкоголя в организме определяют лабораторно, путем исследования крови или мочи, но передозировку спиртного заметно и по внешним признакам. Наиболее распространенные:

  • путаница или бессознательное состояние;
  • нарушение координации;
  • тошнота и рвота;
  • замедленное или прерывистое дыхание;
  • потеря памяти;
  • слабость.

Эффект алкогольного отравления усиливается еще больше, если принимать спирт на фоне некоторых медпрепаратов. Не стоит сочетать этанол с антидепрессантами, парацетамолом, обезболивающими или успокоительными препаратами, противосудорожными лекарствами.

И полностью отказаться от спирта важно:

  • беременным;
  • людям с диагнозом алкоголизм;
  • при болезнях печени и поджелудочной железы;
  • при сердечной недостаточности и слабом сердце;
  • лицам с заболеваниями сосудов.

Алкогольные нормы

Не столь важно, какой алкогольный напиток потребляет человек, поскольку в любом из вариантов присутствует спирт. Важно, как именно употребляется алкоголь. Если на протяжении субботы выпить 7 порций спиртного, это вовсе не является эквивалентом потребления безопасной нормы: 1 порция напитка в день. В обоих случаях влияние на организм будет абсолютно разным. Но, как показывают исследования, даже если алкоголь в небольших количествах появится в рационе 3-4 раза в неделю – это уже проблема. Результат – повышение риска развития инфаркта миокарда в 3-4 раза. Женщины, в чьем рационе ежедневно появляются 2 спиртные напитка (даже слабоалкогольные) почти на 40 % больше подвержены риску развития рака молочной железы.

Спирт и гены

Генетика, как утверждают исследователи, играет не последнюю роль в определении алкогольных предпочтений. Правило наследования, открытое Грегором Менделем, работает и в случае с алкоголизмом.

В человеческом организме вырабатывается фермент алкогольдегидрогеназа, который помогает усваивать спирт. И этот энзим, как правило, представлен в организме в двух вариациях: первый позволяет более быстро разрушить алкоголь, второй делает это медленно. Люди, употребляющие спиртное в умеренных количествах, вырабатывают оба варианта фермента. Злоупотребляющие спиртным организмы имеют только один из вариантов, как правило, «быстродействующий». В таком случае фермент расщепляет спирт еще до того, как организм успел получить от него пользу и единственное влияние спиртного на тело – отрицательное.

Спирт в нашу повседневную жизнь вошел много столетий назад. Он может быть как полезным, так и чрезвычайно вредным веществом, если не соблюдать правила использования, а также дозы потребления этого вещества. И это главное, что важно помнить о спиртах. В противном случае спиртное превращается в наркотик, действие которого сравнивают с кокаином.

Урок 22. Спирты

Спирты — это производные углеводородов, в молекулах которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксогруппу ОН.

Если углеводородный радикал обозначить буквой R, то в общем виде формулу молекулы спирта можно изобразить так:

У атома углерода, который соединен с гидроксогруппой, все связи должны быть простыми:

Соединения, у которых гидроксогруппа находится рядом с двойной связью, неустойчивы:

По строению углеводородного радикала спирты делят на:

в углеводородном радикале, все связи простые;

в углеводородном радикале, есть кратная связь;

имеется бензольное кольцо, т. е. в углеводородном радикале есть ароматическая связь.

По числу гидроксогрупп спирты делят на:

в состав молекулы входит одна гидроксогруппа ОН;

в состав молекул входит две или более (много) гидроксогрупп.

Рассмотрим строение молекул и свойства предельных одноатомных спиртов.

Гомологический ряд, номенклатура, изомерия

Для того чтобы вывести общую формулу гомологического ряда предельных одноатомных спиртов, сравним их состав и состав алканов:

В названиях спиртов гидроксогруппа обозначается суффиксом ОЛ. Этот суффикс прибавляется к названию исходного углеводорода:

Кроме этих названий (по ИЮПАК) для простейших спиртов используют рациональные названия, которые происходят от названия радикала:

Начиная с n = 3, для спиртов возможна изомерия. Она связана с положением группы ОН в молекуле:

Вопрос. Как обозначить положение группы ОН в молекуле?

Как всегда, положение группы ОН обозначают цифрой, которая соответствует номеру атома углерода, соединённому с группой ОН. Нумерацию основной цепи начинают с того конца, к которому ближе группа ОН.

Таким образом: название спирта (1) пропанол-1; название спирта (2) пропанол-2.

Поскольку спирты называют «по радикалам», эти спирты можно назвать и так: пропиловый спирт (1) и изопропиловый спирт (2).

Задание 22.1. Составьте молекулярные формулы этих спиртов и убедитесь, что это — изомеры.

Спирты изомерны простым эфирам, в молекулах которых атом кислорода соединяет два углеродных радикала (это изомерия между разными классами веществ):

Простые эфиры — это вещества, в молекулах которых два радикала соединены атомом кислорода. Поэтому их называют, исходя из названий радикалов. Например, простой эфир (3) — это диметиловый эфир.

Задание 22.2. Составьте графическую формулу изомера пропиловых спиртов, который является простым эфиром. Назовите его.

Строение молекул

Если при помощи графической формулы показать строение молекулы этилового спирта, то легко можно увидеть, что атомы водорода в ней неравноценны:

Действительно, пять атомов водорода соединены с атомами углерода, а один — с атомом кислорода. Теория Бутлерова утверждает, что «атомы в молекуле взаимно влияют друг на друга». Поэтому можно ожидать, что этот атом водорода будет отличаться от остальных пяти. Это отличие заключается в том, что связь О–Н гораздо более полярна, чем связи С–Н. Дело в том, что атом кислорода имеет бОльшую электроотрицательность, чем атом углерода, т. е. способен сильнее смещать к себе общую пару электронов. В результате, на атомах кислорода и водорода связи О–Н появляются значительные заряды (+) и (–).

Вопрос. На каком атоме появляется (+), а на каком (–)?

Величина этих зарядов меньше единицы, но они способны притягивать к себе молекулы других реагирующих веществ, т. е. активнее участвовать в химических реакциях будут наиболее полярные связи.

Читайте также:  Монастырский чай от алкоголизма: состав трав, приготовление

Вывод. Самыми полярными связями в молекуле спирта являются связи О–Н и О–С. За счёт их разрыва происходят химические реакции (спирт функционирует). Поэтому ОHфункциональная группа спиртов.

Свойства одноатомных спиртов

Физические свойства

Поскольку в молекуле спирта появились полярные связи, он, в отличие от углеводородов, будет иметь более высокие температуры кипения и плавления (если сравнивать соединения с одинаковым числом атомов углерода). Это связано с тем, что полярные молекулы сильнее притягиваются друг к другу, и для того чтобы оторвать их друг от друга (перевести жидкость в газ), нужно затратить много энергии — дополнительно нагреть. Кроме того, между молекулами спиртов возникают водородные связи (а), которые дополнительно притягивают молекулы друг к другу. Поэтому этиловый спирт — бесцветная жидкость (а этан и диметиловый эфир — газы!) с т. кип. 78 °C. Спирт хорошо растворим в воде, так как и с молекулами воды спирт образует водородные связи (б).

Водородные связи непрочные, поэтому низшие одноатомные спирты (мало атомов углерода в молекуле) — летучие жидкости с характерным запахом.

Химические свойства

Спирты могут реагировать с натрием и другими щелочными металлами. При этом атом водорода ОН-группы замещается на атом металла:

Вопрос. Неорганические вещества какого класса способны вступать в реакции замещения с металлами, в результате чего выделяется водород?

Аналогичную реакцию дают кислоты, поэтому в этой реакции спирт проявляет кислотные свойства. Но это очень слабые свойства, так как растворы спиртов не изменяют окраску индикаторов и не реагируют с растворами щелочей.

Спирты реагируют с неорганическими кислотами:

В этой реакции отщепляется молекула воды, — значит, это реакция дегидратации. При записи таких реакций формулы исходных веществ записывайте так, чтобы функциональные группы были рядом, причём атомы водорода функциональных групп ОН «смотрели» друг на друга. Так, в результате реакции дегидратации, в которой участвуют две молекулы спирта, образуется простой эфир (дегидратация межмолекулярная):

Эта реакция происходит в присутствии концентрированной серной кислоты. Если смесь спирта и концентрированной серной кислоты нагреть сильнее, то молекула воды отщепляется от одной молекулы спирта (дегидратация внутримолекулярная):

Спирты, у которых ОН-группа соединена с первым (последним) атомом углерода углеродной цепочки (первичные спирты) легко окисляются нагретым оксидом меди CuO, превращаясь в альдегиды:

При составлении этой реакции рекомендуется выделить (подчеркнуть) те атомы, которые образуют воду, и записать новую формулу без этих атомов. Спирты горят, образуя, как и углеводороды, углекислый газ и воду.

Задание 22.3. Составьте уравнение реакции горения этилового спирта.

Таким образом, для спиртов характерны реакции:

  • замещения атома водорода ОН-группы;
  • дегидратации (отщепления воды);
  • окисления.

Все эти реакции идут с участием ОН-группы функциональной группы спиртов.

Задание 22.4. Составьте уравнения таких реакций для пропанола-1 (пропилового спирта). Уравнения реакций составляйте по аналогии с вышеперечисленными.

Получение и применение спиртов (на примере этилового спирта)

Этанол и другие спирты можно получить из алкенов.

Вопрос. При помощи какой реакции можно это осуществить (при затруднении см. урок 19.3)?

Задание 22.5. Составьте уравнение этой реакции.

Полученный таким способом спирт используют в технических целях: в качестве растворителя, для получения каучука, пластмасс и др. Кроме того, спирт используют как горючее.

Пищевой и медицинский спирты получают брожением глюкозы:

В лаборатории этиловый спирт можно получить гидролизом (взаимодействием с водой) хлорэтана:

Для того чтобы эта реакция стала необратимой, используют водный раствор щёлочи.

Задание 22.6. Составьте уравнения реакций:

  1. пропен + вода;
  2. 1-хлорпропан + NaOH (водный).

Назовите полученные вещества.

Многоатомные спирты

Многоатомные спирты содержат две и более гидроксогруппы в молекуле. При этом каждый атом углерода в молекулах спиртов может соединяться только с одной гидроксогруппой ОН, в противном случае образуются неустойчивые соединения:

Задание 22.7. Составьте формулы многоатомных спиртов, в молекуле которых:

  • два атома углерода и две гидроксогруппы;
  • три атома углерода и три гидроксогруппы.

У вас получились формулы простейших многоатомных спиртов:

Вопрос. Как в названии спирта обозначить число гидроксогрупп?

Названия по IUPAC этих спиртов составляют, используя уже известные правила, т. е. к названию углеводорода добавляют суффикс ОЛ, а перед ним указывают число ОН-групп при помощи префиксов ди- или три-. Например, этиленгликоль получит название: этандиол.

Задание 22.8. Назовите по правилам IUPAC глицерин.

Вопрос. Как вы считаете, какой из спиртов будет иметь большую температуру кипения — глицерин или пропанол-1? А растворимость в воде?

Многоатомные спирты за счёт многочисленных ОН-групп образуют многочисленные водородные связи и друг с другом, и с водой. Поэтому они имеют бОльшие температуры кипения и бОльшую растворимость в воде по сравнению с соответствующими одноатомными спиртами. Так, глицерин — бесцветная, густая жидкость, без запаха; он смешивается с водой в любых соотношениях и способен поглощать влагу из воздуха. Более того, безводный глицерин может отнимать воду из живых клеток кожи, вызывая ожоги. Растворы глицерина, наоборот, смягчают кожу.

Химические свойства глицерина и других многоатомных спиртов очень похожи на свойства одноатомных спиртов: они реагируют с натрием и НСl, образуют эфиры, могут окисляться. Например, глицерин реагирует с азотной кислотой:

Нитроглицерин входит в состав сильнейшей взрывчатой смеси динамита. Его раствор используется как лекарство.

Но в химических свойствах многоатомных спиртов есть и существенные отличия. Так, они могут растворять осадок гидроксида меди II, образуя ярко-синий раствор:

Реакция происходит при обычных условиях, причём полученное соединение очень прочное: не изменяет свой цвет даже при кипячении. Одноатомные спирты такую реакцию не дают.

Вывод. Реакция растворения голубого осадка гидроксида меди II с образованием ярко-синего раствора — это качественная реакция на многоатомные спирты.

Задание 22.9. Составьте уравнения реакций этиленгликоля:

Подсказка. При составлении уравнений этих реакций записывайте формулы многоатомных спиртов так, чтобы цепочки атомов углерода располагались вертикально, а группы ОН были рядом, причём атомы водорода функциональных групп ОН «смотрели» друг на друга.

Глицерин находит широкое применение в кожевенной промышленности (смягчает кожу), используется в медицине, входит в состав невысыхающих красок. Кроме того, глицерин, точнее, остаток его молекулы входит в состав любого жира. Поэтому глицерин часто получают из природных жиров (уравнение реакции в уроке 25).

Понятие о фенолах

К фенолам относятся вещества, в молекулах которых гидроксогруппа ОН непосредственно связана с бензольным кольцом:

В этой молекуле ОН-группа и бензольное кольцо взаимно влияют друг на друга. Поэтому фенол по свойствам отличается и от спиртов, и от бензола. Рассмотрим примеры такого влияния.

Бензольное кольцо влияет на ОН-группу, делая её более полярной, чем у спиртов. Поэтому фенол, в отличие от спиртов, реагирует с растворами щелочей:

В данной реакции фенол проявляет свойства кислоты. Отсюда его второе название — карболовая кислота («карболка»). Растворы фенола изменяют окраску индикатора.

Гидроксогруппа влияет на бензольное кольцо. Фенол очень легко вступает в реакции замещения, причём, как и для толуола, реакция происходит в положениях 2, 4, 6 по отношению к гидроксогруппе:

В отличие от спиртов и бензола фенол обесцвечивает бромную воду даже при нормальных условиях. Реакция протекает аналогично предыдущей.

Задание 22.9. Составьте уравнение реакции фенола с бромом и сравните эту реакцию с реакцией толуола с бромом.

Фенол легко окисляется на воздухе, при этом его белые кристаллы розовеют. Фенол сильно ядовит, так как изменяет структуру и свойства белков — основу всего живого. Кроме того, попадая в воду, он окисляется растворённым в ней кислородом. В результате содержание кислорода в водоёме уменьшается, и обитатели его погибают. Для того чтобы обнаружить фенол в водоёме и любом растворе, используют качественную реакцию с FeCl3: при добавлении этого реактива к смеси, содержащей фенол, появляется фиолетовое окрашивание.

Фенол получают из производных бензола и каменноугольной смолы. В любом случае вначале исходное вещество или смесь превращают в фенолят, а затем выделяют чистый фенол при помощи кислоты:

Фенол применяют для дезинфекции и получения красителей и полимеров.

Выводы

Спирты и фенолы — это производные углеводородов, содержащие функциональную группу ОН. Для таких веществ характерны реакции замещения атома водорода в гидроксогруппе.

Спирты за счёт функциональной группы ОН образуют простые и сложные эфиры (см. урок 25), а фенолы реагируют и за счёт функциональной группы ОН, и за счёт ароматического ядра.

Спирты

Спирты – кислородсодержащие органические соединения, функциональной группой которых является гидроксогруппа (OH) у насыщенного атома углерода.

Спирты также называют алкоголи. Первый член гомологического ряда – метанол – CH3OH. Общая формула их гомологического ряда – CnH2n+1OH.

Классификация спиртов

По числу OH групп спирты бывают одноатомными (1 группа OH), двухатомными (2 группы OH – гликоли), трехатомными (3 группы OH – глицерины) и т.д.

Одноатомные, двухатомные, трехатомные спирты

Одноатомные спирты также подразделяются в зависимости от положения OH-группы: первичные (OH-группа у первичного атома углерода), вторичные (OH-группа у вторичного атома углерода) и третичные (OH-группа у третичного атома углерода).

Первичные, вторичные, третичные спирты

Номенклатура и изомерия спиртов

Названия спиртов формируются путем добавления суффикса “ол” к названию алкана с соответствующим числом атомов углерода: метанол, этанол, пропанол, бутанол, пентанол и т.д.

Номенклатура спиртов

Для спиртов характерна изомерия углеродного скелета (начиная с бутанола), положения функциональной группы и межклассовая изомерия с простыми эфирами, которых мы также коснемся в данной статье.

Изомерия спиртов

Получение спиртов
  • Гидролиз галогеналканов водным раствором щелочи

Помните, что в реакциях галогеналканов со сПИртовым раствором щелочи получаются Пи-связи (π-связи) – алкены, а в реакциях с водным раствором щелочи образуются спирты.

Гидролиз галогеналканов в водном растворе щелочи

Присоединения молекулы воды (HOH) протекает по правилу Марковникова. Атом водорода направляется к наиболее гидрированному атому углерода, а гидроксогруппа идет к соседнему, наименее гидрированному, атому углерода.

Гидратация алкенов

В результате восстановления альдегидов и кетонов получаются соответственно первичные и вторичные спирты.

Получение спиртов восстановлением альдегидов и кетонов

Синтез газом в промышленности называют смесь угарного газа и водорода, которая используется для синтеза различных химических соединений, в том числе и метанола.

В ходе брожения глюкозы выделяется углекислый газ и образуется этанол.

Брожение глюкозы

В результате такой реакции у атомов углерода, прилежащих к двойной связи, формируются гидроксогруппы – образуется двухатомный спирт (гликоль).

Окисление алкенов

Химические свойства спиртов

Предельные спирты (не содержащие двойных и тройных связей) не вступают в реакции присоединения, это насыщенные кислородсодержащие соединения. У спиртов проявляются новые свойства, которых мы раньше не касались в органической химии – кислотные.

Щелочные металлы (Li, Na, K) способны вытеснять водород из спиртов с образованием солей: метилатов, этилатов, пропилатов и т.д.

Кислотные свойства спиртов

Необходимо особо заметить, что реакция с щелочами (NaOH, KOH, LiOH) для предельных одноатомных спиртов невозможна, так как образующиеся алкоголяты (соли спиртов) сразу же подвергаются гидролизу.

Реакция с галогеноводородами протекают как реакции обмена: атом галогена замещает гидроксогруппу, образуется молекула воды.

Реакция с галогеноводородами

В результате реакций спиртов с кислотами образуются различные эфиры.

Реакции спиртов с неорганическими кислотами

Дегидратация спиртов (отщепление воды) идет при повышенной температуре в присутствии серной кислоты (водоотнимающего) компонента.

Возможен межмолекулярный механизм дегидратации (при t 140°С) механизм дегидратации становится внутримолекулярный – образуются алкены.

  • Диметиловый эфир – CH3-O-CH3
  • Метилэтиловый эфир – CH3-O-C2H5
  • Диэтиловый эфир – C2H5-O-C2H5

Дегидратация спиртов

Качественной реакцией на спирты является взаимодействие с оксидом меди II. В ходе такой реакции раствор приобретает характерное фиолетовое окрашивание.

Замечу, что в обычных условиях третичные спирты окислению не подвергаются. Для них необходимы очень жесткие условия, при которых углеродный скелет подвергается деструкции.

Качественная реакция на спирты

Вторичные и третичные спирты определяются другой качественной реакцией с хлоридом цинка II и соляной кислотой. В результате такой реакции выпадает маслянистый осадок.

Качественная реакция на спирты

Первичные спирты окисляются до альдегидов, а вторичные – до кетонов. Альдегиды могут быть окислены далее – до карбоновых кислот, в отличие от кетонов, которые являются “тупиковой ветвью развития” и могут только снова стать вторичными спиртами.

Окисление спиртов

Такой реакцией является взаимодействие многоатомного спирта со свежеприготовленным гидроксидом меди II. В результате реакции раствор окрашивается в характерный синий цвет.

Качественная реакция на многоатомные спирты

Важным отличием многоатомных спиртов от одноатомных является их способность реагировать со щелочами (что невозможно для одноатомных спиртов). Это говорит об их более выраженных кислотных свойствах.

Многоатомные спирты реагируют с щелочами

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Acetyl

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.

H +Li +K +Na +NH4 +Ba 2+Ca 2+Mg 2+Sr 2+Al 3+Cr 3+Fe 2+Fe 3+Ni 2+Co 2+Mn 2+Zn 2+Ag +Hg 2+Pb 2+Sn 2+Cu 2+
OH –РРРРРМНМННННННННННН
F –РМРРРМННММНННРРРРРНРР
Cl –РРРРРРРРРРРРРРРРРНРМРР
Br –РРРРРРРРРРРРРРРРРНММРР
I –РРРРРРРРРР?Р?РРРРНННМ?
S 2-МРРРРННННННННННН
HS –РРРРРРРРР?????Н???????
SO3 2-РРРРРННМН?Н?НН?ММН??
HSO3Р?РРРРРРР?????????????
SO4 2-РРРРРНМРНРРРРРРРРМНРР
HSO4РРРРРРРР??????????Н??
NO3РРРРРРРРРРРРРРРРРРРРР
NO2РРРРРРРРР????РМ??М????
PO4 3-РНРРННННННННННННННННН
CO3 2-РРРРРНННН??Н?ННННН?Н?Н
CH3COO –РРРРРРРРРРРРРРРРРРР
SiO3 2-ННРР?НННН??Н???НН??Н??
Растворимые (>1%)Нерастворимые (

Спасибо! Ваша заявка отправлена, преподаватель свяжется с вами в ближайшее время.

Вы можете также связаться с преподавателем напрямую:

Скопируйте эту ссылку, чтобы разместить результат запроса ” ” на другом сайте.

Изображение вещества/реакции можно сохранить или скопировать, кликнув по нему правой кнопкой мыши.

Если вы считаете, что результат запроса ” ” содержит ошибку, нажмите на кнопку “Отправить”.

Этим вы поможете сделать сайт лучше.

К сожалению, регистрация на сайте пока недоступна.

На сайте есть сноски двух типов:

Подсказки – помогают вспомнить определения терминов или поясняют информацию, которая может быть сложна для начинающего.

Дополнительная информация – такие сноски содержат примечания или уточнения, выходящие за рамки базовой школьной химии, нужны для углубленного изучения.

Ссылка на основную публикацию