Бутиловые спирты

Спирты

статьи

СПИРТЫ (алкоголи) – класс органических соединений, содержащих одну или несколько группировок С–ОН, при этом гидроксильная группа ОН связана с алифатическим атомом углерода (соединения, у которых атом углерода в группировке С–ОН входит в состав ароматического ядра, называются фенолами)

Классификация спиртов разнообразна и зависит от того, какой признак строения взят за основу.

1. В зависимости от количества гидроксильных групп в молекуле спирты делят на:

а) одноатомные (содержат одну гидроксильную ОН-группу), например, метанол СН3ОН, этанол С2Н5ОН, пропанол С3Н7ОН

б) многоатомные (две и более гидроксильных групп), например, этиленгликоль

HO–СH2–CH2–OH, глицерин HO–СH2–СН(ОН)–CH2–OH, пентаэритрит С(СН2ОН)4.

Соединения, в которых у одного атома углеродаесть две гидроксильных группы, в большинстве случаев нестабильны и легко превращаются в альдегиды, отщепляя при этом воду: RCH(OH)2→ RCH=O + H2O

Спирты, содержащие три группы ОН у одного атома углерода , не существуют.

2. По типу атома углерода, с которым связана группа ОН, спирты делят на:

а) первичные, у которых ОН-группа связана с первичным атомом углерода. Первичным называют атом углерода (выделен красным цветом), связанный всего с одним углеродным атомом. Примеры первичных спиртов – этанол СH3–CH2–OH, пропанол СH3–CH2–CH2–OH.

б) вторичные, у которых ОН-группа связана с вторичным атомом углерода. Вторичный атом углерода (выделен синим цветом) связан одновременно с двумя атомами углерода, например, вторичный пропанол, вторичный бутанол (рис. 1).

Рис. 1. СТРОЕНИЕ ВТОРИЧНЫХ СПИРТОВ

в) третичные, у которых ОН-группа связана с третичным атомом углерода. Третичный углеродный атом (выделен зеленым цветом) связан одновременно с тремя соседними атомами углерода, например, третичный бутанол и пентанол (рис. 2).

Рис. 2. СТРОЕНИЕ ТРЕТИЧНЫХ СПИРТОВ

У многоатомных спиртов, содержащих две или более ОН-групп, могут присутствовать одновременно как первичные, так и вторичные НО-группы, например, в глицерине или ксилите (рис. 3).

Рис. 3. СОЧЕТАНИЕ В СТРУКТУРЕ МНОГОАТОМНЫХ СПИРТОВ ПЕРВИЧНЫХ И ВТОРИЧНЫХ ОН-ГРУПП.

3. По строению органических групп, связанных ОН-группой, спирты подразделяют на предельные (метанол, этанол, пропанол), непредельные, например, аллиловый спирт СН2=СН–СН2–ОН, ароматические (например, бензиловый спирт С6Н5СН2ОН), содержащие в составе группы R ароматическую группу.

Непредельные спирты, у которых ОН-группа «примыкает» к двойной связи, т.е. связана с атомом углерода, участвующим одновременно в образовании двойной связи (например, виниловый спирт СН2=СН–ОН), крайне нестабильны и сразу же изомеризуются (см.ИЗОМЕРИЗАЦИЯ) в альдегиды или кетоны:

CH2=CH–OH → CH3–CH=O

Номенклатура спиртов

Для распространенных спиртов, имеющих простое строение, используют упрощенную номенклатуру: название органической группы преобразуют в прилагательное (с помощью суффикса и окончания «овый») и добавляют слово «спирт»:

В том случае, когда строение органической группы более сложное, используют общие для всей органической химии правила. Названия, составленные по таким правилам, называют систематическими.

В соответствии с этими правилами, углеводородную цепь нумеруют с того конца, к которому ближе расположена ОН-группа.

Рис. 4. СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ НАЗВАНИЯ СПИРТОВ. Функциональные (ОН) и замещающие (СН3) группы, а также соответствующие им цифровые индексы выделены различающимися цветами.

Систематические названия простейших спиртов составляют по тем же правилам: метанол, этанол, бутанол. Для некоторых спиртов сохранились тривиальные (упрощенные) названия, сложившиеся исторически: пропаргиловый спирт НСєС–СН2–ОН, глицерин HO–СH2–СН(ОН)–CH2–OH, пентаэритрит С(СН2ОН)4, фенетиловый спирт С6Н5–CH2–CH2–OH.

Физические свойства спиртов

Спирты растворимы в большинстве органических растворителей, первые три простейших представителя – метанол, этанол и пропанол, а также третичный бутанол (Н3С)3СОН – смешиваются с водой в любых соотношениях.

При увеличении количества атомов С в органической группе начинает сказываться гидрофобный (водоотталкивающий) эффект, растворимость в воде становится ограниченной, а при R, содержащем свыше 9 атомов углерода, практически исчезает.

Благодаря наличию ОН-групп между молекулами спиртов возникают водородные связи.

Рис. 5. ВОДОРОДНЫЕ СВЯЗИ В СПИРТАХ (показаны пунктиром)

В результате у всех спиртов более высокая температура кипения, чем у соответствующих углеводородов, например, Т. кип. этанола +78° С, а Т. кип. этана –88,63° С; Т. кип. бутанола и бутана соответственно +117,4° С и –0,5° С.

Химические свойства спиртов

Спирты отличаются разнообразными превращениями. Реакции спиртов имеют некоторые общие закономерности: реакционная способность первичных одноатомных спиртов выше, чем вторичных, в свою очередь, вторичные спирты химически более активны, чем третичные.

Для двухатомных спиртов, в том случае, когда ОН-группы находятся у соседних атомов углерода, наблюдается повышенная (в сравнении с одноатомными спиртами) реакционная способность из-за взаимного влияния этих групп.

Для спиртов возможны реакции, проходящие с разрывом как С–О, так и О–Н – связей.

1. Реакции, протекающие по связи О–Н.

При взаимодействии с активными металлами (Na, K, Mg, Al) спирты проявляют свойства слабых кислот и образуют соли, называемые алкоголятами или алкоксидами:

2CH3OH + 2Na → 2CH3OK + H2

Алкоголяты химически не стабильны и при действии воды гидролизуются с образованием спирта и гидроксида металла:

C2H5OК + H2O → C2H5OH + КOH

Эта реакция показывает, что спирты в сравнении с водой представляют собой более слабые кислоты (сильная кислота вытесняет слабую), кроме того, при взаимодействии с растворами щелочей спирты не образуют алкоголяты.

Тем не менее, в многоатомных спиртах (в том случае, когда ОН-группы присоединены к соседним атомам С) кислотность спиртовых групп намного выше, и они могут образовывать алкоголяты не только при взаимодействии с металлами, но и со щелочами:

HO–CH2–CH2–OH + 2NaOH → NaO–CH2–CH2–ONa + 2H2O

Когда в многоатомных спиртах НО-группы присоединены к не соседствующим атомам С, свойства спиртов близки к одноатомным, поскольку взаимовлияние НО-групп не проявляется.

При действии окислителей (К2Cr2O7, KMnO4) первичные спирты образуют альдегиды, а вторичные – кетоны (рис.7)

Рис. 7. ОБРАЗОВАНИЕ АЛЬДЕГИДОВ И КЕТОНОВ ПРИ ОКИСЛЕНИИ СПИРТОВ

Восстановление спиртов приводит к образованию углеводородов, содержащих то же количество атомов С, что молекула исходного спирта (рис.8).

Рис. 8. ВОССТАНОВЛЕНИЕ БУТАНОЛА

2. Реакции, протекающие по связи С–О.

В присутствии катализаторов или сильных минеральных кислот происходит дегидратация спиртов (отщепление воды), при этом реакция может идти в двух направлениях:

а) межмолекулярная дегидратация с участием двух молекул спирта, при этом связи С–О у одной из молекул разрываются, в результате образуются простые эфиры – соединения, содержащие фрагмент R–О–R (рис. 9А).

б) при внутримолекулярной дегидратации образуются алкены — углеводороды с двойной связью. Часто оба процесса – образование простого эфира и алкена – протекают параллельно (рис. 9Б).

В случае вторичных спиртов при образовании алкена возможны два направления реакции (рис.

окруженного меньшим количеством атомов водорода (в сравнении с атомом 1). Показанные на рис. 10 реакции используют для получения алкенов и простых эфиров.

Разрыв связи С–О в спиртах происходит также при замещении ОН-группы галогеном, или аминогруппой (рис. 10).

Рис. 10. ЗАМЕНА ОН-ГРУППЫ В СПИРТАХ ГАЛОГЕНОМ ИЛИ АМИНОГРУППОЙ

Реакции, показанные на рис. 10, используют для получения галогенуглеводородов и аминов.

Получение спиртов

Некоторые из показанных выше реакций (рис. 6,9,10) обратимы и при изменении условий могут протекать в противоположном направлении, приводя к получению спиртов, например при гидролизе сложных эфиров и галогенуглеводородов (рис.11А и Б, соответственно), а также гидратацией алкенов – присоединением воды (рис.11В).

Рис. 11. ПОЛУЧЕНИЕ СПИРТОВ ГИДРОЛИЗОМ И ГИДРАТАЦИЕЙ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Реакция гидролиза алкенов (рис. 11, схема В) лежит в основе промышленного производства низших спиртов, содержащих до 4 атомов С.

Этанол образуется и при так называемом спиртовом брожении сахаров, например, глюкозы С6Н12О6. Процесс протекает в присутствии дрожжевых грибков и приводит к образованию этанола и СО2:

С6Н12О6→ 2С2Н5ОН + 2СО2

Брожением можно получить не более чем 15%-ный водный раствор спирта, поскольку при более высокой концентрации спирта дрожжевые грибки погибают. Растворы спирта более высокой концентрации получают перегонкой.

Метанол получают в промышленности восстановлением монооксида углерода при 400° С под давлением 20–30 МПа в присутствии катализатора, состоящего из оксидов меди, хрома, и алюминия:

СО + 2 Н2® Н3СОН

Если вместо гидролиза алкенов (рис. 11) проводить окисление, то образуются двухатомные спирты (рис. 12)

Рис. 12. ПОЛУЧЕНИЕ ДВУХАТОМНЫХ СПИРТОВ

Применение спиртов

Способность спиртов участвовать в разнообразных химических реакциях позволяет их использовать для получения всевозможных органических соединений: альдегидов, кетонов, карбоновых кислот простых и сложных эфиров, применяемых в качестве органических растворителей, при производстве полимеров, красителей и лекарственных препаратов.

Этанол С2Н5ОН – исходное соединение для получения ацетальдегида, уксусной кислоты, а также для производства сложных эфиров карбоновых кислот, используемых в качестве растворителей. Кроме того, этанол – основной компонент всех спиртных напитков, его широко применяют и в медицине как дезинфицирующее средство.

Бензиловый спирт С6Н5–CH2–OH в свободном состоянии (и в виде сложных эфиров) содержится в эфирных маслах жасмина и гиацинта. Он обладает антисептическими (обеззараживающими) свойствами, в косметике он используется как консервант кремов, лосьонов, зубных эликсиров, а в парфюмерии — как душистое вещество.

Фенетиловый спирт С6Н5–CH2–CH2–OH обладает запахом розы, содержится в розовом масле, его используют в парфюмерии.

Этиленгликоль HOCH2–CH2OH используют в производстве пластмасс и как антифриз (добавка, снижающая температуру замерзания водных растворов), кроме того, при изготовлении текстильных и типографских красок.

Диэтиленгликоль HOCH2–CH2OCH2–CH2OH используют для заполнения тормозных гидравлических приспособлений, а также в текстильной промышленности при отделке и крашении тканей.

Глицерин HOCH2–CH(OH)–CH2OH применяют для получения полиэфирных глифталевых смол, кроме того, он является компонентом многих косметических препаратов. Нитроглицерин (рис. 6) – основной компонент динамита, применяемого в горном деле и железнодорожном строительстве в качестве взрывчатого вещества.

Пентаэритрит (HOCH2)4С применяют для получения полиэфиров (пентафталевые смолы), в качестве отвердителя синтетических смол, как пластификатор поливинилхлорида, а также в производстве взрывчатого вещества тетранитропентаэритрита.

Многоатомные спирты ксилит НОСН2–(СНОH)3–CН2ОН и сорбит НОСН2– (СНОН)4–СН2OН имеют сладкий вкус, их используют вместо сахара в производстве кондитерских изделий для больных диабетом и людей страдающих от ожирения. Сорбит содержится в ягодах рябины и вишни.

Бутиловый спирт — химическое сырье, растворитель и добавка к автомобильному топливу

• Бутиловый спирт — органическое вещество, углеводород бутанол, первичный спирт. Широко используется в промышленности для самых разных целей, и в качестве сырья для органического синтеза, и как конечный продукт.
  

  Бутиловые спирты

  В группу бутиловых спиртов входит сам бутиловый спирт или 1-бутанол, н-бутанол (нормальный), а также его три изомера:— изобутиловый спирт; — 2-бутанол (втор-бутанол, втор-бутиловый спирт, нормальный вторичный бутиловый спирт); — трет-бутанол (трет-бутиловый спирт).Изомеры различаются структурой молекул, и, соответственно, физическими свойствами.

Свойства

Н-бутанол — это маслянистая жидкость, без цвета, прозрачная, с характерным запахом. В воде растворяется, но в небольших пропорциях, менее 8 г в 100 мл воды. Хорошо смешивается с органическими растворителями.

Втор- и трет-бутиловый спирты смешиваются с водой в любых пропорциях. Трет-бутанол при нормальных условиях может быть твердым веществом, которое плавится при 25 °С, или жидкостью при более высоких температурах.

Бутиловый спирт — менее агрессивный химический реактив, чем этиловый спирт. Он менее летуч, его допускается использовать в топливных трубопроводах, тогда как этанол перевозится только в цистернах.

Токсичность бутилового спирта

Бутиловый спирт считается вредным веществом, но его токсичность признана умеренной. Небольшие количества бутанола, как правило, всегда присутствует в алкогольных напитках. Его разрешается использовать в косметических и фармацевтических препаратах.

При попадании внутрь воздействие бутанола на человеческий организм сходно с воздействием этилового спирта. Наибольшую опасность представляют пары бутанола при длительном их вдыхании. Они могут вызвать головные боли, раздражение глаз и органов дыхания, угнетение центральной нервной системы, поэтому при работе с бутанолом надо использовать средства защиты.

При попадании бутилового спирта в глаза существует риск потери зрения, поэтому глаза следует немедленно промыть водой и обратиться к врачу.

Применение

Н-бутиловый спирт:
— сырье в органическом синтезе полигликолей, бутиленгликолей, бутилацетата и некоторых других органических веществ, в том — числе фармацевтических препаратов;— добавка в автомобильное топливо;— научные и лабораторные исследования;— востребован в микроэлектронике, в производстве кожезаменителей, плащей, ударопрочного стекла, фотопленки, резинового клея, парфюмерных изделий;— для получения керамических покрытий;— в топливных элементах;— для получения водорода.

Изобутиловый спиртприменяется для изготовления:

• присадок для смазочных масел;— фармацевтических препаратов, пищевых эссенций, как основа для отдушек и парфюма;— пестицидов.

Бутиловый и изобутиловый спирты используют:

• в качестве промышленных и бытовых растворителей для лаков и красителей, жиров и масел, полиакрилатов;— как модификатор при производстве синтетических органических смол;— при изготовлении нескольких видов химических пластификаторов, например, дибутилфталата.

Втор-бутиловый спирт используется:

• в качестве растворителя, средства для полировки, удаления краски;— как высококалорийная добавка в топливо;— как составная часть тормозных и гидравлических жидкостей; производственных моющих средств;— для стабилизации бензинометиловых смесей;— в качестве сырья при производстве втор-бутилацетата, метилэтилкетона;— для алкилирования и дегидратации в органическом синтезе;— для получения красителей, эфирных масел, отдушек.

Трет-бутиловый спирт используется в качестве:

• растворителя, антисептика;— химического сырья для получения искусственного мускуса, изобутена и некоторых других органических соединений;
• для алкилирования и дегидратации в органическом синтезе.

У нас хороший сервис, есть система скидок.

Применение и производство бутилового спирта

Бутиловый спирт встречается и под названием бутанол. Согласно классификации химических органических соединений является представителем одноатомных спиртов. Химическая формула молекулы — C4H9OH.

Также представителями данного класса соединений являются н-бутанол и несколько его структурных изомеров: нормальный первичный бутиловый спирт, вторичный бутиловый спирт и третбутиловый спирт, отличающиеся друг от друга физическими и химическими свойствами, но одинаковые по составу.

Также важным представителем данного класса является активный амиловый спирт (2-метилбутанол).

Физические и химические качества вещества

По физическим свойствам является жидким веществом без цвета, со своеобразным запахом побочного продукта спиртового брожения. Плотность вещества — вязкая. Справочное значение густоты составляет 0,81 г/см3, молярная масса 74,12 г/моль.

Для него свойственно смешивание с органическими растворителями и водой, но только в малых соотношениях. Втор-бутиловый и трет-бутанол перемешиваются в любых количествах. Температура кипения при соединении с растворителем зависит от него и разнится от его вида.

Расчет величины будет зависеть и от количества добавленного бутанола-1.

Третичный бутиловый спирт выступает в виде крепкой субстанции пахнущей плесенью. Плавится при температуре 25 градусов.

Если рассматривать химические особенности бутанола, то нужно сказать о том, что он относится к алифатическим спиртам. Имеет способность окисляться.

Соединяясь с пентаном при десяти градусах, формирует соль борной кислоты, а взаимодействуя с альдегидами — простыми эфирами неустойчивых геминальных диолов. Окисление втор-бутилового, трет-бутилового продукта производит кислоты и сложные эфиры.

К примеру, из бутанола, наряду с масляной кислотой, получается бутиловый эфир масляной кислоты.

Как вырабатывается?

Получается продукт путем оксосинтеза из пропилена, применяется никель-кобальтовый катализатором с неизменным давлением до 1,5 Мпа. Производство возможно и с помощью уравнения реакции, когда 2-бутеналь или ацетальдоль будут подвергнуты гидрализации..

Катализаторы при этом методе могут быть меднохромовыми, медными или никелевыми. Изготовление бутанола происходит и из пищевого материала за счет ацетоно-бутилового брожения. Биосинтез производится с использованием сахарного тростника, свеклы, кукурузы, пшеницы, целлюлозы.

Множество представителей химической промышленности занимается разработкой современной технологии получения нормального материала, использующегося в качестве горючего вещества.

Порядок очищения материала

1. Дистилляция фракционная с изолированием азеотропа;
2. Осуществление промывки раствором бисульфата натрия, кипячение над 10% водной натриевой щелочью и дальнейшее кипячение над жженой известью с последующей фракционной перегонкой;
3. Синтез и очистка по реакции Гриньяра.

   Суть заключается в синтезе бутилового спирта при реакции магниевой стружки в абсолютном диэтиловом эфире при прибавлении по каплям эфирного раствора галогеналкана или алкена. Итог первой стадии создается реактив Гриньяра, который при взаимодействии с карбонильным соединением и разложении водой образует соответствующий продукт.

   Полученная таким образом субстанция перегоняется и разделяется на фракции.

Использование

Применение бутанола необходимо при производстве лакокрасочных товаров, растворителей и реактивов. Основной функцией при использовании считается его способность расщеплять жиры и смолы. Вторичное вещество популярно в отраслях: легкой и химической промышленности.

Для изготовления тормозной жидкости, искусственной кожи, средств для мытья, в сфере парфюмерии, довольно часто его используют.
2-бутанол используют для получения метилэтилкетон, использующийся в качестве растворителя и сырья для органического синтеза.

Выработка происходит в результате реакции дегидратации.

Особенное значение втора-бутиловый спирт имеет в медицине. В фармацевтической промышленности используется как сырьевой материал для синтеза органических лекарственных препаратов.

Небольшая цена на нормальный бутанол дает возможность применять его в качестве топлива.

Химическая структура бутанола

Безопасность

Вред бутилового спирта незначителен, несмотря на то, что он относится к токсичным веществам и представляет опасность для человека. В небольших дозах он содержится в алкоголе. Применяют и при производстве косметики и лекарственных препаратов.

В случае попадания в организм человека по своему влиянию он схож с этанолом. Однако при контакте с дыхательными путями и легкими вызывает головную боль, раздражение слизистых.

По правилам безопасности работая с этим веществом следует использовать специальные средства защиты. При контакте со слизистой глаз есть вероятность лишения зрения.

При попадании немедленно следует их промыть, и посетить специалиста.

В чистом виде бутиловый спирт не продается в аптеке. Его можно приобрести у компаний по изготовлению химической продукции. Производитель должен предоставить лабораторные анализы и сертификаты качества, ГОСТы производства должны соответствовать мировым стандартам качества.

Срок годности и транспортировка

Срок годности бутилового спирта — три года с момента изготовления. Перевозят субстанцию в емкостях, изготовленных из стекла, пластика и железа объемом 5; 10; 21,5; 50; 216,5 литров.

Бочки и цистерны в зависимости от вида перевозки должны соответствовать определенным ГОСТам. Для транспортировки используют и самолеты и поезда. Емкости должны быть герметично укупорены и опломбированы.

Перевозиться и храниться согласно правилам для взрывоопасных веществ.

Бутиловый спирт

Бутиловый спирт (н-бутанол) C4H9OH — представитель одноатомных спиртов.

Известны нормальный первичный бутиловый спирт СН3(СН2)3ОН и его изомеры: нормальный вторичный бутиловый спирт СН3СН2СН(ОН)СН3, изобутиловый спирт (СН3)2СНСН2ОН, третбутиловый спирт (триметилкарбинол) (СН3)3СОН.

1. Физические свойства

Бесцветная вязковатая жидкость с характерным запахом сивушного масла. Смешивается с органическими растворителями. Умеренно растворяется в воде — 7,6 г на 100 г воды. С ней образует азеотроп содержащий 42,5% по массе бутанола и кипящий при 97,7 °C.

2. Производство

В промышленности бутанол получают:

• оксосинтезом из пропилена с использованием никель-кобальтовых катализаторов при 1,0-1,5 МПа(По Реппе).
• Из ацетальдегида через ацетальдоль и кротоновый альдегид, который гидрируют на медных, меднохромовых или никелевых катализаторах.
• Ацетоно-бутиловым брожением пищевого сырья.

2.1. Историческая справка

Бутанол начал производиться в 10-х годах XX века с использованием бактерии Clostridia acetobutylicum. Сырьём для производства могут быть сахарный тростник, свекла, кукуруза, пшеница, маниока, а в будущем и целлюлоза.

В 50-х годах из-за падения цен на нефть начал производиться из нефтепродуктов.

В США ежегодно производится около 1,39 млрд литров бутанола.

3. Очистка и сушка

Существует несколько способов очистки бутанола в лаборатории:

• обычная фракционная перегонка с отделением азеотропа
• сначала кипятят 4 часа над свежепрокалённой жженой известью без доступа влаги (30 г на 1л), затем кипятят над магниевой стружкой. После спирт перегоняют и собирают фракцию 117,70±0,01 °C
• промыванием раствором бисульфита натрия, затем кипячением над 10% водной натриевой щелочью и наконец тройным трёхчасовым кипячением над жженой известью с последующей фракционной перегонкой

4. Применение

Бутанол применяют:

• как растворитель в лакокрасочной промышленности, в производстве смол и пластификаторов
• модификаторы мочевино- и меламино-формальдегидных смол
• для получения пластификаторов: дибутилфталата, трибутилфосфата
• для получения бутилацетата и бутилакрилата и эфиров с гликолями
• в синтезе многих органических соединений.

4.1. Применение в качестве автомобильного топлива

Может, но не обязательно должен, смешиваться с традиционными топливами. Энергия бутанола близка к энергии бензина. Бутанол может использоваться в топливных элементах, как сырьё для производства водорода.

В 2007 году в Великобритании начались продажи биобутанола в качестве добавки к бензину.

5. Безопасность

Токсичность бутанола относительно невелика (LD50 составляет 2290–4360 мг/кг), но наивысшая среди младших спиртов. При употреблении внутрь возникает эффект, сходный с эффектом от употребления этанола. Бутанол содержится в небольших количествах в различных алкогольных напитках. Иногда бутанол, полученный из технических жидкостей, используется в качестве суррогатного алкогольного напитка.

Концентрация в 0.01% в воздухе никак не влияет на организм, в то время как 0.02% вызывает воспаление роговой оболочки глаза.

КПВ 1,7-12%.

Литература

• Химическая энциклопедия 1988, «Советская энциклопедия», Т1, стр. 336-337
• Вайсбергер «Органические растворители: Физические свойства и способы очистки», М., 1958, стр. 317-319

Категории: Продукция основного органического синтеза, Топливо, Спирты.