Пропанол-1, пропиловый спирт CH3CH2CH2OH – органическое вещество, молекула которого содержит, помимо углеводородной цепи, одну группу ОН.
Общая формула предельных нециклических одноатомных спиртов: CnH2n+2O.
Строение пропанола-1
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:
Водородные связи и физические свойства спиртов
Спирты образуют межмолекулярные водородные связи. Водородные связи вызывают притяжение и ассоциацию молекул спиртов:
Поэтому спирты – жидкости с относительно высокой температурой кипения (температура кипения пропанола +92 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.
Пропанол смешивается с водой в любых соотношениях.
Изомерия пропанола-1
Структурная изомерия
Для пропанола-1 характерна структурная изомерия – изомерия положения гидроксильной группы и межклассовая изомерия.
Структурные изомеры — это соединения с одинаковым составом, которые отличаются порядком связывания атомов в молекуле, т.е. строением молекул.
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 С3Н8О пропиловый спирт СН3–CH2–CH2–OH и метилэтиловый эфир CH3–O–CH2–CH3
Пропиловый спирт
Метилэтиловый эфир
СН3–CH2–CH2–OH
CH3–O–CH2–CH3
Изомеры с различным положением группы ОН отличаются положением гидроксильной группы в молекуле. Такая изомерия характерна для спиртов, которые содержат три или больше атомов углерода.
Например. Пропанол-1 и пропанол-2
Пропанол-1
Пропанол-2
Химические свойства пропанола-1
Спирты – органические вещества, молекулы которых содержат, помимо углеводородной цепи, одну или несколько гидроксильных групп ОН.
Химические реакции гидроксисоединений идут с разрывом одной из связей: либо С–ОН с отщеплением группы ОН, либо связи О–Н с отщеплением водорода. Это реакции замещения, либо реакции отщепления (элиминирования).
Свойства спиртов определяются строением связей С–О–Н. Связи С–О и О–Н — ковалентные полярные. При этом на атоме водорода образуется частичный положительный заряд δ+, на атоме углерода также частичный положительный заряд δ+, а на атоме кислорода — частичный отрицательный заряд δ–.
Такие связи разрываются по ионному механизму. Разрыв связи О–Н с отрывом иона Н + соответствует кислотным свойствам гидроксисоединения. Разрыв связи С–О соответствует основным свойствам и реакциям нуклеофильного замещения.
С разрывом связи О–Н идут реакции окисления, а с разрывом связи С–О — реакции восстановления.
Таким образом, для спиртов характерны следующие свойства:
1. Кислотные свойства пропанола-1
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 спиртов с растворами щелочей реакция практически не идет, т. к. образующиеся алкоголяты почти полностью гидролизуются водой.
Равновесие в этой реакции так сильно сдвинуто влево, что прямая реакция не идет. Поэтому пропанол-1 не взаимодействует с растворами щелочей.
1.2. Взаимодействие с металлами (щелочными и щелочноземельными)
Пропанол-1 взаимодействует с активными металлами (щелочными и щелочноземельными). При этом образуются алкоголяты. При взаимодействии с металлами спирты ведут себя, как кислоты.
Алкоголяты под действием воды полностью гидролизуются с выделением спирта и гидроксида металла.
Например, пропилат калия разлагается водой:
СН3–CH2–CH2–OK + H2O → СН3–CH2–CH2–OH + KOH
2. Реакции замещения группы ОН
2.1. Взаимодействие с галогеноводородами
При взаимодействии спиртов с галогеноводородами группа ОН замещается на галоген и образуется галогеналкан.
Например, пропанол-1 реагирует с бромоводородом.
2.2. Взаимодействие с аммиаком
Гидроксогруппу спиртов можно заместить на аминогруппу при нагревании спирта с аммиаком на катализаторе.
Например, при взаимодействии пропанола-1 с аммиаком образуется пропиламин.
2.3. Этерификация (образование сложных эфиров)
Cпирты вступают в реакции с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфиры.
Например, пропанол-1 реагирует с уксусной кислотой с образованием пропилацетата (пропилового эфира уксусной кислоты):
2.4. Взаимодействие с кислотами-гидроксидами
Спирты взаимодействуют и с неорганическими кислотами, например, азотной или серной.
Например, при взаимодействии пропанола-1 с азотной кислотой образуется пропилнитрат.
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 происходит внутримолекулярная дегидратация и образуется соответствующий алкен.
Например, из пропанола-1 под действием концентрированной серной кислоты при высокой температуре образуется пропилен:
3.2. Межмолекулярная дегидратация
При низкой температуре происходит межмолекулярная дегидратация: ОН-группа в одной молекуле спирта замещается на группу OR другой молекулы. Продуктом реакции является простой эфир.
Например, при дегидратации пропанола-1 при низкой температуре образуется дипропиловый эфир:
4. Окисление спиртов
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.
Вторичные спирты окисляются в кетоны: вторичные спирты → кетоны
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. Первичные спирты окисляются до альдегидов.
Например, пропанол-1 окисляется оксидом меди до пропионового альдегида
4.2. Окисление кислородом в присутствии катализатора
Cпирты можно окислить кислородом в присутствии катализатора (медь, оксид хрома (III) и др.). Первичные спирты окисляются до альдегидов.
Например, при окислении пропанола-1 образуется пропаналь
4.3. Жесткое окисление
При жестком окислении под действием перманганатов или соединений хрома (VI) первичные спирты окисляются до карбоновых кислот.
При нагревании первичного спирта с перманганатом или дихроматом калия в кислой среде может образоваться также альдегид, если его сразу удаляют из реакционной смеси.
Например, при взаимодействии пропанола-1 с перманганатом калия в серной кислоте образуется пропионовая кислота
4.4. Горение спиртов
Образуются углекислый газ и вода и выделяется большое количество теплоты.
Например, уравнение сгорания пропанола-1:
5. Дегидрирование спиртов
При нагревании спиртов в присутствии медного катализатора протекает реакция дегидрирования. При дегидрировании первичных спиртов образуются альдегиды.
Например, при дегидрировании пропанола-1 образуется пропаналь.
Получение пропанола-1
1. Щелочной гидролиз галогеналканов
При взаимодействии галогеналканов с водным раствором щелочей образуются спирты. Атом галогена в галогеналкане замещается на гидроксогруппу.
Например, при нагревании 1-хлорпропана с водным раствором гидроксида натрия образуется пропанол-1
2. Гидрирование карбонильных соединений
Присоединение водорода к альдегидам протекает при нагревании в присутствии катализатора. При гидрировании альдегидов образуются первичные спирты.
Спирты представляют собой класс органических соединений, образованных из углеводородов путем замены одного или нескольких атомов водорода равным числом гидроксильных групп. Этот термин также распространяется на ряд нейтральных продуктов замещения реакции, несущих одну или несколько спиртовых групп.
Спирты используются в качестве промежуточных продуктов или растворителей в различных отраслях промышленности: текстильная, моющие средства, парфюмерия, пищевая, лакокрасочная и косметическая промышленность. Некоторые спирты используются для денатурации этилового спирта в чистящих средствах, олифе и чернилах, в качестве антифриза и пенообразователей при флотации руд.
Пропиловый спирт (пропанол-1)
Используется в качестве растворителя для красок, косметики, жидкости для полоскания рта, печатных красок, контактных линз и тормозных жидкостей. Также используется в качестве антисептического, синтетического ароматизатора для напитков, химических и дезинфицирующих средств.
Изопропиловый спирт (пропанол-2, изопропанол)
Является важным промышленным растворителем, используемым в антифризе, олифе и чернилах, денатурированном спирте и парфюмерии. Используется в качестве антисептика, заменителя этилового спирта в косметике (например, в лосьонах и тониках), но не может использоваться в фармацевтических продуктах. Используется в жидком мыле и средствах для мытья окон, а также в качестве синтетического ароматизатора для напитков и безалкогольных продуктов.
Бутиловый спирт (бутанол-1)
Используется в качестве растворителя для красок, лаков, природных и синтетических смол, растительных масел и красителей. При производстве фармацевтических и химических продуктов, а также различных изделий: искусственная кожа, текстиль, защитные очки, резиновый клей, шеллак, фотопленок и парфюмерия.
Изобутиловый спирт (изобутанол)
Служит в качестве растворителя для красок, лаков и клеев. Входит в состав промышленных моющих средств и служит для денатурирования этанола и увеличения октанового числа бензинов.
Циклогексанол (гексалин)
Используется в текстильной отделке, дублении и в качестве гомогенизатора в мылах и эмульсиях синтетических моющих средств.
Бензиловый спирт (фенилкарбинол)
Используется в приготовлении парфюмерных, фармацевтических и косметических средств, красителей, чернил и бензиловых эфиров. Служит растворителем в лаках, используется в качестве пластификатора и обезжиривающего средства в средствах для чистки ковровых покрытий.
Этанол (этиловый спирт)
Является сырьем для многих продуктов, в том числе ацетальдегида, диэтилового эфира и хлорэтана. Используется в качестве антифриза, пищевой добавки, питательной среды для дрожжей, а также при производстве поверхностных покрытий и карбурола.
Производство бутадиена из этилового спирта имеет большое значение в производстве пластмасс и синтетического каучука. Поскольку этиловый спирт способен растворять многие вещества, он используется в производстве лекарств, пластиков, лаков, полиролей, пластификаторов, парфюмерии, косметики, ускорителей вулканизации и т.д.
Метанол (метиловый спирт)
Применяется в качестве растворителя для красок, красителей, смол и клеев, также используются в производстве фотографической пленки, пластмасс, мыла для текстильных изделий, древесины, безопасного стекла и гидроизоляции. Он является базовым материалом для многих химических веществ и используется в средствах для удаления краски и лака, средствах для удаления воска, растворах для бальзамирования и антифризах.
Пентанол (амиловый спирт)
Используется в производстве лаков, красок, каучуков, пластмасс, взрывчатых веществ, гидравлических жидкостей, отдушек, химических и фармацевтических препаратов, а также при экстракции жиров.
Аллиловый спирт
После аллилхлорида является наиболее важным аллиловым соединением для промышленного применения. Используется в производстве фармацевтических препаратов и химическом синтезе, но наиболее важным применением аллилового спирта является производство аллиловых эфиров, основными из которых являются фталат и диаллилизофталат, используется в качестве мономеров и форполимеров.
Риски для здоровья
Метанол
Метиловый спирт обладает острыми токсическими свойствами. Несчастные случаи происходили с людьми, которые принимали его внутрь, а также с работниками, которые вдыхали его пары. Эксперимент на животных показывает, что метиловый спирт может проникать через кожу в достаточном количестве, чтобы вызвать фатальную интоксикацию.
В случае серьезной интоксикации, обычно после приема внутрь, метиловый спирт оказывает специфическое действие на зрительный нерв, вызывая слепоту, сопровождающуюся дегенеративными изменениями ганглиозных клеток сетчатки и нарушениями кровообращения. Амблиопия часто бывает двусторонней и может появиться в течение нескольких часов после приема, при этом полная слепота обычно возникает только через одну неделю.
Последствия вдыхания паров метанола в условиях производства могут значительно различаться от работника к работнику. В зависимости от тяжести и продолжительности воздействия, симптомы интоксикации могут включать раздражение слизистой оболочки, головную боль, шум в ушах, головокружение, бессонницу, нистагм, мидриаз, помутнение зрения, тошноту, рвоту, колики и запоры. Повреждения кожи могут возникать в результате раздражающего и растворяющего действия метилового спирта и вредности растворенных в нем красителей и смол.
Токсичность метанола объясняется его метаболическим окислением в организме до муравьиной кислоты или формальдегида (оба обладают специфической нейротоксичностью) и, возможно, тяжелым ацидозом.
Этиловый спирт
Наиболее распространенным промышленным риском является воздействие паров в непосредственной близости от промышленного предприятия, в котором используется этиловый спирт. Длительное воздействие высоких концентраций выше 5000 ppm вызывает раздражение глаз и носа, головную боль, сонливость, усталость.
В организме этиловый спирт довольно быстро окисляется. Неокисленная фракция алкоголя удаляется через мочу и выдыхаемый воздух, что приводит к незначительному кумулятивному эффекту. Воздействие на кожу сравнимо с действием всех липидных растворителей, а из-за отсутствия мер предосторожности длительный контакт может вызвать дерматит.
Этиловый спирт представляет собой легковоспламеняющуюся жидкость, пары которой могут образовывать горючие или взрывоопасные смеси с воздухом при комнатной температуре.
Пропиловый спирт (пропанол-1)
Никаких побочных эффектов н-пропанола для промышленного применения у людей до сих пор не зарегистрировано. У животных умеренная токсичность поступала после вдыхания, проглатывания или контакта с кожей. Спирт вызывает раздражение слизистых оболочек и угнетает центральную нервную систему. После вдыхания может возникнуть небольшое раздражение дыхательных путей и атаксия. Он немного более токсичен, чем изопропиловый спирт. Пропанол является легковоспламеняющимся и умеренно пожароопасным.
Другие соединения
У рабочих, занятых на производстве изопропилового спирта, отмечается заболеваемость рака пазух носа и рака гортани. Они могут быть вызваны изопропиловыми маслами, которые являются побочным продуктом реакции. Из клинического опыта видно, что изопропиловый спирт более токсичен, чем этанол, но меньше, чем метанол. Изопропиловый спирт метаболизируется до ацетона, который может достигать высоких концентраций в организме, а затем подвергается метаболизму и выводится почками и легкими.
Легковоспламеняющаяся жидкость представляет значительную пожароопасность.
Бутиловый спирт потенциально более токсичен, чем все его аналоги, но из-за его меньшей летучести риски, связанные с его промышленным производством и его использованием при комнатной температуре, значительно снижаются. Его высококонцентрированные пары приводят к коме и гибели. Пары могут вызывать раздражение слизистых оболочек. В жидком состоянии бутиловый спирт может абсорбироваться через кожу и вызывать раздражение или дерматит. При проглатывании он умеренно токсичен. Представляет серьезную опасность возгорания.
При высоких концентрациях пары изобутилового спирта, как и пары других спиртов, оказывают по существу наркотическое действие. Раздражает глаза как только его концентрация превышает 100 промилле.
Высококонцентрированные пары смеси бензилового спирта, бензола и растворителей на основе сложных эфиров временно вызывают головную боль, головокружение, тошноту, диарею и потерю веса у подвергшихся воздействию субъектов, но за исключением этих проявлений ни одного случая профессионального заболевания, связанного с бензиловым спиртом, пока не зарегистрировано. Этот спирт слегка раздражает кожу и вызывает легкое слезотечение. Это легковоспламеняющаяся жидкость с умеренным риском возникновения пожара.
Аллиловый спирт вызывает раздражение при контакте с кожей и, в случае чрескожной резорбции, может вызывать сильную боль в месте контакта. Попадание в глаза может привести к серьезным ожогам и потере зрения. Пары не оказывают сильного наркотического действия, но могут раздражать слизистые оболочки и дыхательные пути, вызывать боль в глазах и помутнение зрения (некроз роговицы, гематурия и нефрит).
Амиловый спирт или пентанолы
Пентанолы представляют собой семейство спиртов, включающее несколько изомеров, т.е. восемь возможных структурных изомеров, три из которых являются оптически активными. Из структурных изомеров четыре являются первичными спиртами — 1-пентанол (амиловый спирт), 2-метил-1-бутанол, изоамиловый спирт (3-метил-1-бутанол, изопентиловый спирт) и неопентил (2,2-диметил-1-пропанол); три являются вторичными спиртами — 2-пентанол, 3-пентанол и 3-метил-2-бутанол; и последний представляет собой третичный спирт-трет-пентиловый спирт (2-метил-2-бутанол), также называемый третичным амиловым спиртом.
Амиловые спирты раздражают слизистые оболочки глаз, носа и горла при концентрации 100 ч / млн. Хотя они легко всасываются в пищеварительном тракте, легких и чрескожно, частота профессиональных заболеваний, связанных с ними, является относительно низкой.
Симптомы отравления включают головную боль, головокружение, тошноту, рвоту, диарею, делирий. Поскольку амиловые спирты часто используются в качестве более или менее чистых технических продуктов и в смеси с другими растворителями, трудно с уверенностью отнести те или иные симптомы или наблюдения к их конкретному действию.
Легкость, с которой спирты метаболизируются уменьшается в следующем порядке: первичный, вторичный и третичный. Хотя токсичность варьируется в зависимости от химической конфигурации можно сказать, что, как правило, амиловые спирты примерно в десять раз более токсичны, чем этиловый спирт.
