Замещение гидроксильной группы

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Нижнекамский химико-технологический институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего образования

«Казанский национальный исследовательский технологический университет»

(НХТИ ФГБОУ ВПО «КНИТУ»)

Факультет: технологический

Кафедра: химии

Группа: 1522

Курсовая работа

Тема: “Физико-химические методы анализа одноатомных спиртов”

Выполнил: Нургалиев Р.Р.

Проверила: ст.преподаватель

Кожевникова И.В.

Нижнекамск 2016

Содержание

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

1Физические свойства……………………………………………………….........6

2 Химические свойства…………………………………………………………...7

3Способы получения…………………………………………………………….10

4 Применение…………………………………………………………………….12

5 Физико-химические методы анализа…………………………………………14

5.1 Спектрофотометрический метод определения спиртов…………………14

5.2 Потенциометрический метод определения спиртов……………………..19

5.3 Хроматографический метод определения состава возвратного метилового спирта……………………………………………………………….21

5.4Колориметрический метод определения метилового спирта…………………………………………………………………………….23

5.5Спектральные методы анализа спиртов…………………………………..26

Заключение……………………………………………………………………….28

Библиографический список……………………………………………………..30

Введение

Физико-химические методы анализа, основаны на зависимости физических свойств вещества от его природы, причем аналитический сигнал представляет собой величину физического свойства, функционально связанную с концентрацией или массой определяемого компонента. Физико-химические методы анализа могут включать химические превращения определяемого соединения, растворение образца, концентрирование анализируемого компонента, маскирование мешающих веществ и других. В отличие от «классических» химических методов анализа, где аналитическим сигналом служит масса вещества или его объем, в физико-химические методы анализа в качестве аналитического сигнала используют интенсивность излучения, силу тока, электропроводность, разность потенциалов и др.

Важное практическое значение имеют методы, основанные на исследовании испускания и поглощения электромагнитного излучения в различных областях спектра. К ним относится спектроскопия (например, люминесцентный анализ, спектральный анализ, нефелометрия и турбидиметрия и другие). К важным физико-химическим методам анализа принадлежат электрохимические методы, использующие измерение электрических свойств вещества (кондуктометрия, кулонометрия, потенциометрия и т. д.), а также хроматография (например, газовая хроматография, жидкостная хроматография, ионообменная хроматография, тонкослойная хроматография). Успешно развиваются методы, основанные на измерении скоростей химических реакций (кинетические методы анализа), тепловых эффектов реакций (термометрическое титрование, смотри Калориметрия), а также на разделении ионов в магн.поле (масс-спектрометрия).



При выполнении физико-химических методов анализа используют специальную, иногда довольно сложную, измерительную аппаратуру, в связи с чем эти методы часто называют инструментальными. Многие современные приборы оснащены встроенными ЭВМ, которые позволяют находить оптимальные условия анализа (напр., спектральную область получения наиболее точных результатов при анализе смеси окрашенных веществ), выполняют расчеты и т. д.

Почти во всех физико-химических методах анализа применяют два основных приема: методы прямых измерений и титрования. В прямых методах используют зависимость аналитического сигнала от природы анализируемого вещества и его концентрации. Зависимость сигнала от природы вещества - основа качественного анализа (потенциал полуволны в полярографии и т.д.). В некоторых методах связь аналитического сигнала с природой вещества установлена строго теоретически. Например, спектр атома водорода может быть рассчитан по теоретически выведенным формулам. В количественном анализе используют зависимость интенсивности сигнала от концентрации вещества. Чаще всего она имеет вид I = a + bс (уравнение связи), где I- интенсивность сигнала (сила диффузионного тока в полярографии, оптическая плотность в спектрофотометрии и т. д.), с - концентрация, а и b - постоянные, причем во многих случаях а = 0 (спектрофотометрия, полярография и др.). В ряде физико-химических методов анализа уравнение связи установлено теоретически, например закон Бугера-Ламберта-Бера, уравнение Ильковича.



Численные значения констант в уравнении связи определяют экспериментально с помощью стандартных образцов, стандартных растворов и т.д. Только в кулонометрии, основанной на законе Фарадея, не требуется определение констант.

Наибольшее распространение в практике получили следующие методы определения констант уравнения связи или, что то же самое, методы количеств, анализа с помощью физико-химических измерений:

1) Метод градуировочного графика. Измеряют интенсивность аналитического сигнала у нескольких стандартных образцов или стандартных растворов и строят градуировочный график в координатах I = f(с) или I = f(lgc), где с - концентрация компонента в стандартном растворе или стандартном образце. В тех же условиях измеряют интенсивность сигнала у анализируемой пробы и по градуировочному графику находят концентрацию.

2) Метод молярного свойства применяют в тех случаях, когда уравнение связи I = bc соблюдается достаточно строго. Измеряют аналитический сигнал у нескольких стандартных образцов или растворов и рассчитывают b = Iст /сст; если сст измеряется в моль/л, то b -молярное свойство. В тех же условиях измеряют интенсивность сигнала у анализируемой пробы Ix и по соотношению cx = Ix /b или cx = cстIx /IСТ рассчитывают концентрацию.

3) Метод добавок. Измеряют интенсивность аналитического сигнала пробы Ix, а затем интенсивность сигнала пробы с известной добавкой стандартного раствора Ix+стt. Концентрацию вещества в пробе рассчитывают по соотношению сx = сстIx/(Ix+ст - Ix).

Методы титрования. Измеряют интенсивность аналитического сигнала I в зависимости от объема V добавленного титранта. По кривой титрования I=f (V)находят точку эквивалентности и рассчитывают результат по обычным формулам титриметрического анализа.[1]

Физические свойства

Спирты́ — органические соединения, содержащие одну или более гидроксильных групп (гидроксил, −OH), непосредственно связанных с насыщенным (находящимся в состоянии sp³-гибридизации) атомом углерода. Спирты можно рассматривать как производные воды (H−O−H), в которых один атом водорода замещен на органическую функциональную группу: R−O−H.[2]

Физические свойства спиртов существенно зависят от строения углеводородного радикала и положения гидроксильной группы. Первые представители гомологического ряда спиртов – жидкости, высшие спирты – твердые вещества.

Метанол, этанол и пропанол смешиваются с водой во всех соотношениях. С ростом молекулярной массы растворимость спиртов в воде резко падает, так, начиная с гексилового, одноатомные спирты практически нерастворимы. Низшие спирты обладают характерным алкогольным запахом, запах средних гомологов сильный и часто неприятный. Высшие спирты практически не имеют запаха.

Спирты обладают аномально высокими температурами кипения по сравнению со многими классами органических соединений и чем можно ожидать на основании их молекулярных весов.[2]

Таблица 1. Некоторые физические константы для алифатических предельных спиртов.[2]

Наименование Формула Температура кипения, °С Температура плавления, °С Плотность, при 20°С Показатель преломления
Метанол C OH 64,7 −97,78 791,5 1,32855
Этанол OH 78,3 −114,65 789,5 1,36139

Химические свойства

Общие сведения

Химические свойства спиртов определяются наличием в них гидроксильной группы. Поскольку гидроксильная группа является полярной, она может гетеролитически диссоциировать, особенно, под действием сильных оснований. Таким образом, спирты проявляют свойства слабых кислот. Кроме того, высокая электроотрицательность кислорода обуславливает наличие электрофильного атома углерода и, соответственно, способность спиртов подвергаться реакциям нуклеофильного замещения под действием ряда нуклеофилов. Наконец, атом кислорода гидроксильной группы имеет нуклеофильный характер, поэтому спирты могут выступать нуклеофилами в реакциях замещения и присоединения. Также для спиртов характерны реакции окисления.[3]

2CH3OH + 3O2 → 2CO2 + 4H2O

Кислотные свойства спиртов

Со щелочными и щелочноземельными металлами, алюминием, галлием, таллием и некоторыми другими металлами, а также сильными основаниями (например: амидами или гидридами) спирты способны реагировать с образованием алкоголятов:

OH +2Na→ ONa +

Дегидратация

Спирты вступают в реакции дегидратации (отщепление воды). Так, если этанол нагреть выше 170 ° С в присутствии концентрированной серной кислоты, происходит реакция внутримолекулярной дегидратации. Спирт превращается в ненасыщенный углеводород этилен:

OH → C = C + O

Если этанол нагреть только до температуры 140 ° С в присутствии концентрированной серной кислоты, происходит реакция межмолекулярной дегидратации. В результате ее образуются диэтиловый эфир и вода:

OH + HO → - O - + O

Этерификация

Спирты взаимодействуют с минеральными и органическими кислотами с образованием соответствующих сложных эфиров и воды:

OH +HOS H → OS H + O

Замещение гидроксильной группы

Гидроксильная группа спиртов способна замещаться галогеном при взаимодействии спиртов: а) с галогеноводородными кислотами, б) с галогенидами фосфора или в) с тионилхлоридом.

а) Реакция спиртов с галогеноводородами обратима:

OH + HCl → Cl + O

б) При реакции спиртов с галогенидами фосфора могут получаться в зависимости от условий, как галогенопроизводные, так и эфиры фосфористой кислоты:

3 OH + P → 3 +P(

3 OH + P →P(

в) Реакция с тионилхлоридом идет с образованием алкилхлорида, хлороводорода и диоксида серы:

OH + → HCl+ → + HCl

Окисление

При окислении этилового спирта хромовой смесью образуется уксусный альдегид:

2.6 При взаимодействии спиртов с магнийгалогеналкилами водород гидроксильной группы замещается на магнийгалоген и выделяется углеводород:

OH + → + [4]

Способы получения

Лабораторные способы

1) Спирты получают гидролизом галогеналкилов при нагревании с водой:

+ O → OH + HCl

2) Спирты получают также гидратацией этиленовых углеводородов. Реакция проходит в соответствии с правилом Марковникова:

C = C + O → OH

3) Синтез спиртов из металлоорганических соединений. Для получения первичных спиртов к реактивам Гриньяра присоединяют формальдегид или окись этилена.

+ → → + MgBrOH

Промышленные способы

1) Единственным промышленно важным методом синтеза метанола является каталитическая реакция между оксидом углерода(II) и водородом. Сырьём в производстве метанола служит природный газ, который на первой стадии процесса подвергают очистке от соединений серы .Далее происходит паровая конверсия природного газа в синтез-газ (смесь СО и водорода), который после конденсации паров воды превращают в метанол на смешанном медно-цинко-хромовом катализаторе при температуре 250 °С и давлении до 10 МПа.

2) Этанол и пропанол-2 получают методом гидратации соответствующих алкенов — этилена и пропилена. В промышленности используют два варианта гидратации: сернокислотную и каталитическую. Сернокислотная гидратация включает в себя абсорбцию этилена концентрированной серной кислотой (94—98 %) при температуре 80 °С и давлении 1,3—1,5 МПа и последующий гидролиз образующихся сульфоэфиров водой. Второй метод гидратации основан на использовании фосфорной кислоты, нанесённой на силикагель или другую подложку, в качестве катализатора. Смесь деионизированной воды и этилена нагревают до температуры 300 °С под давлением 6—8 МПа, а полученный этанол очищают ректификацией. Данные методы позволяют получить этанол, содержащий 5 % воды по массе.

3) Промышленное получение пропанола-1 основано на реакции гидроформилирования этилена и последующем гидрировании полученного пропаналя. Гидроформилирование проводится при температуре 90—130 °С, общем давлении пропилена, оксида углерода(II) и водорода, равном 2,8 МПа, и в присутствии 500 мд родиевого катализатора. Вторая стадия протекает при 110—150 °С в избытке водорода на различных металлических катализаторах (используются комбинации соединений меди, цинка, никеля и хрома).

4) Ферментация (брожение глюкозы) :[4]

Применение

Области использования спиртов многочисленны и разнообразны, особенно учитывая широчайший спектр соединений, относящихся к этому классу. Вместе с тем, с промышленной точки зрения, только небольшой ряд спиртов вносит заметный вклад в глобальную мировую экономику. Самым распространённым и используемым спиртом в мире является этанол. Его мировой объём потребления составляет около 65 млн тонн. Совокупный мировой объём потребления прочих спиртов (кроме этанола) по различным направлениям использования составляет около 70 млн тонн.

Наиболее крупнотоннажными направлениями использования спиртов являются:

-промежуточные продукты для основного органического синтеза;

-применение в качестве топлива;

-производство растворителей;

-производство синтетических моющих средств, парфюмерии и косметики;

-использование в пищевой и фармацевтической промышленности.[3]

Среди растворителей широкое распространение имеют самые разные типы спиртов: одноатомные и многоатомные; алифатические и циклические. Спирты относятся к полярным растворителям и применяются в различных отраслях промышленности. Самым распространённым спиртом среди растворителей является этанол.

Важнейшим сырьём в производстве современных поверхностно-активных веществ (ПАВ) для синтетических моющих средств являются высшие жирные спирты, из которых в зависимости от реагента получают неионогенные или анионные ПАВ.

Основой всех алкогольных напитков является этанол, который получается при сбраживании пищевого сырья — винограда, картофеля, пшеницы и прочих крахмало - или сахаросодержащих продуктов. Кроме того, этиловый спирт используется в качестве компонента некоторых пищевых и ароматических эссенций, широко используемых в кулинарии, при выпечке кондитерских изделий.

Спирты довольно широко используются в качестве душистых веществ для составления композиций в парфюмерно-косметической промышленности и производстве отдушек для бытовой химии и прочей потребительской продукции.

Спирты имеют важное применение в качестве исходных мономеров для синтеза полимерных материалов методом поликонденсации. В основном, на основе спиртов синтезируют полиэфиры и полиуретаны.

Основным спиртом, применяющимся в медицинских целях, является этанол. Его используют в качестве наружного антисептического и раздражающего средства для приготовления компрессов и обтираний. Ещё более широко применяется этиловый спирт для приготовления различных настоек, разведений, экстрактов и прочих лекарственных форм.

В настоящее время трудно найти область практической деятельности человека, где бы ни использовались спирты в той или иной роли.[2]


5222776067154865.html
5222801993027295.html
    PR.RU™