Реферат: Химия | Біратомды спирттердің құрылысы
Біратомды спирттердің құрылысы:
Бұл класс қосылыстарының құрылыстарындағыолардыңбелгілі өкілі – этил спиртін С2Н6Омысалға алып қарастырамыз. Бұл судан жеңіл ( тығыздығы о,8 г/ см ) 78, 3 с температурада қайнайтын, суда және көптеген органикалық заттарда еритін, түссіз, өзіне тән иісі бар, сұйықтық.
Спирттің молекулалаық формуласын және элементтердің валенттіліктерін біле отырып, оның құрылысын бейнелеп көрейік. Оның екі түрлі құрылымдық формуласын жазуға болады.
Олардың қайсысы этил спиртінің құрылысына сай келеді.
Формуланы салыстыра отырып,а формуласы бойынша заттардың химиялық құрылысы тұрғысынан молекуладағы барлық сутегі атомдары бірдей екенін байқаймыз,сондықтан олар қасиеттері жағынан бірдей болады.ә формуласында сутегі атомдарына айырмашылық бар екені көрініп тұр.Бізге белгілі су молекуласындағы құрылымдық элементке-гидроксилтобына еріксіз назар аударуға тура келеді.Мұндағы сутегінің бір атомы электртерістілігі күшті элементпен-оттегі атомымен байланысып тұр,ол туралы а және ә формуласындағы сутегінің басқа атомдары туралы айтуға болмайды.Спирт (сусыз) бар пробиркаға бір түйір натрий салайық.Сол кезде реакция жүріп,газ бөліне бастайды.Бұл газдың сутегі екенін анықтау қиын емес.Спирттің молекуласында көмірсутек радикалымен байланысқан гидроксил тобы- ОН бар екенін көрсету үшін,этил спиртінің молекулалық формуласын көбінесе былай жазады. СН3-СН2-ОН немесе С2Н5ОН.
Спирт молекуласындағы О-Н ковалентті байланысы оттегінің сутегіне қарағанда электртерістілігі жоғары болғандықтан полюсті.Спирт молекуласындағы атомдардың кеңістікте орналасуын бейнеленген модель көрсетеді.
Оттегі атомы көміртегі және сутегі атомдарымен түзу сызық бойымен емес, бұрыш жасап ковалентті байланыс түзетінін еөреміз.
Көпатомды спирттердің құрылысы егер көмірсутек молекуласында сутегінің екі атомы екі гидроксил тобымен алмасатын болса,екіатомды спирт түзеді ондай спирттердің қарапайым өкілі-этиленгликоль.
Егер көмірсутек молекуласындағы сутегінің үш атомы үш гидроксил тобымен алмасса,үш атомды спирт түзіледі.Үшатомды спирттің қарапайым өкілі-глицерин.
Молекуласында бірнеше гидроксил тобы бар көмірсутек туындылары көпатомды спирт деп аталады.
Барлық көпатомды спирттерде гидроксил топтары көміртегінің әр-түрлі атомдарында орналасады.Аромат көмірсутектердің де гидроксилді туындылары бар.Ондай қосылыстарда гидроксил топтары бүйір тізбектегі көміртегі атомдарымен немесе бензол ядросындағы көміртегі атомдарымен тікелей байланысыуы мүмкін.
Біратомды спирттер тәрізді,көпатомды спирттер де өздеріне сәцкес көмірсутектердің гологен туындыларынан алынады,мысалы этиленгликольді 1,2-дихлорэтанды гидролйздеу арқылы алады.
СН 2СІ- СН 2 СІ + 2 Н 2 О СН 2ОН-СН 2ОН+2НСІ
Химялық қасиеттері.
Егер спирттер басқа органикалық қосылыстар сияқты,көмірткгі мен сутегіге бай болғандықтан,тұтатқанда жылу бөліп жанады,мысалы
СН5ОН+2СО2+3Н2О+1374 кДЖ
Алайда жанған кезде олардан айырмашылықтар байқалады.
Кәрлен тостағаншаға әр түрлі спирттерден 1 мл-ден құйып,сұйықтықты тұтатайық.Сол қатардың бірінші мүшелері оңай тұтанып,жарығы әсер байқалатын көгілдір жалынмен, ал молекулалық массасы үлкен спирттердің жарқыраған жалынмен жанып,жанып болған соң тостағаншада қара дақ қалатынын байқадық.Функционалдық-ОН топтың болуына байланысты этил спиртінің натриймен өзара әрекеттесетінін білеміз
2СН2Н5ОН+2ОН 2С2Н5ОН
Этил спиртіндегі сутегінің орнын басуынан алынған өнім натрий этилататы деп аталады,ол реакциядан кейін қатты күйінде бөлініп шығады.
Қышқылдығы жағынан спирттер суға да ілесе алмайды.Сумен салыстырғанда спирттердің диссоциациялану дәрежесінің төмен болуын көмірсутек радикалы әсерінен деп түсіндіруге болады:С-О байланыстағы электрон тығыздығын радикалмен оттегі атомына қарай ығыстыруынан оттегінің жарым-жартылай теріс заряды артады,соның салдарынан ол О-Н байланысының электронын өзіне нашар тартады.Нәтижесінде бұл байланыс су молекуласындағы осындай байланысқа қарағанда аз полюсті болып шығады.
Хлор атомы СІ-С байланысының электрон тығыздығын өзіне қарай ығыстырады,ал көміртегі атомы осының салдарынан оң зарядқа ие болып,оның есесін қайыру үшін С-С байланысының электрон тығыздығы көміртек атомына қарай, алО-Н байланысының электрон тығыздығын сутегі атомынан оттегіне қарай ығысады.Осыдан сутегінің протан түрінде бөлініп шығу мүмкіндігі артады,соның салдарынан 2-хлорэтанолдың диссоциациялану дәрежесі этанолға қарағанда жоғарылай түседі
Спирттерде гидроксилдегі сутегі атомы ғана емес барлық гидроксил тобы химиялық реакцияға кірісе алады.салқындатқыш жалғанған қолбада этил спирті мен галогенсутек қышқылын мысалы бромсутек қышқылын қыздырсақ біраздан соң қабылдағышта су астына ауыр сұйықтықтың-бромэтанның жиналғанын байқауға болады. Бұл реакция да С-О ковалентті байланысының иондарға ажырауы арқылы жүреді.
Концентрациялы күкірт қышқылымен қыздырғанда, спирттер дегидраттанады, яғни су бөліп шығарады. Бұл кезде этил спиртінен этилен түзіледі.
Келесі гомологтардың дегидраттауынан басқа қанықпаған көмірсутектер алынады, мысалы:
СН3 – СН2 –СН2 – ОН → СН3 – СН = СН2 + Н 2 О
Диэтил эфирі – ұшқыш, оңай тұтынатын сұйықтық, еріткіш ретінде және медицинада ауырған жерді басу үшін қолданылады. Ол молекуласы оттегі атыомы арқылы байланысқан екі көмірсутек радикалдарынан тұратын органикалық заттарға – жай эфирлер класына жатады. Жай эфирлерді жалпы формуласы:
R – O - R
Басқа жай эфирлерді де спирттерді дегидраттап алуға болады. Мысалы, метанолдан диметил эфирі синтезделеді, ол газдың қайнау температурасы + 23,50 С :
СН3О Н+ НО СН3 → СН3 – о – СН3 + Н2О
Біратомды қаныққан спирттерге молекуласында көміртегі атомының дәл сондай саны бар жай эфирлер изомер болады.
Физикалық қасиеттері. Көпатомды спирттердің ең маңызды өкілдері – этиленгликоль және глицерин – суда жақсы еритін, түссіз, тәтті дәмі бар, қоймалжың сұйықтықтар. Бұл қасиеттер басқа көпатомды спирттерге де тән.
Өнеркәсіптік синтез. Сірә, мтил спиртін қанықпаған көмірсутекті гидраттау арқылы алуға болмайды (неліктен?) Оны көміртегі (ІІ) оксиді мен сутегі қоспасынан тұратын синтез – газын синтездеп алады. Синтез – газды жоғары температурады метан (табиғи газ) мен су буын өзара әрекеттестіру арқылы алынатыны бұрыннан мәлім.
Метил спирті синтез – газдан былай түзіледі:
СО + 2Н2 ↔ СН3 ОН + Q
Бұл синтезді өнеркәсіпте жүзеге асырудың ең қолайлы жағдайларын анықтап көрейік. Реакция қоспа көлемінің азайған бағытына қарай ығысады, сондықтан тепе – теңдіктің қажетті өнім түзілетін жаққа қарай ырғысуына қысымның артуы мүмкіндік туғызады. Реакция жеткілікті жылдамдықта жүруі үшін катализаторды пайдаланып, затты қыздыру керек. Бірақ реакция экзотермиялық болғандықтан, өте күшті қыздыру жылу сіңіре жүретін кері процестің жылдамдығын арттырады.
Осы факторлардың барлығын ескере отырып, спиртті өнеркәсіптік синтездеудің мынадай ең қолайлы жағдайлары анықталды: 250- 3000 С температура, 10 МПа қысым, катализатор (мырыш, хром, мыс оксидтерін) қолдану.
Реакция қайтымды болғандықтан, бастапқы заттар реактор арқылы өткен кезде, толық әрекеттеспейді. Оларды тиімді пайдалану үшін түзілген суретті бөліп алды және әрекеттеспеген газды қайтадан реакторға бағыттайды, яғни циркуляциялық (айналмалы) процесс жасау қажет. Энергия шығынын үнемдеу үшін экзотермиялық реакцияның қалдық өнімдерін синтезге жұмсалатын газды қыздыруға пайдалану керек.
Процестің ғылыми негізін айқындап алған соң,оның технологиясын қарастыруымызға болады.Компрессормен синтез газды сығып.әрекеттеспеген газбен араластырады және газ қоспасы қалдық газдармен қажетті температураға дейін қыздырылатын жылу алмастырғышқа қарай бағытталады.Одан әрі газ қоспасы синтез жүзеге асу үшін коллонаға түседі. Мұнда спирт циркуляциялы компрессормен технологиялық процеске қайтарылатын әрекеттеспеген газдардан бөлінеді.
Синтез коллонасы әр түрлі конструкциялы болып келеді,көбінесе аммиак синтездейтін коллонаға ұқсас түрі қолданылады.Аммиак және метил спирті синтезінің технологиялық сызбанұсқаларында ұқсастықтары көп екенін байқау оңай.
Алайда процестердің жүзеге асуында айтарлықтай айырмашылық бар.Метилл спиртін синтездеген кезде аммиактан айырмашылығы нәтижесінде көптеген қосымша өнімдер: молекулалық массасы үлкен спирттер, диметил және басқа эфирлер, көмірсутектер және т.б. түзілуі мүмкін жанама реакциялар да жүреді. Бұл катализаторларды іріктеп алуға ерекше жоғары талап қояды. Мұндай селективті катализаторлар қажет, олар көздеген реакцияларды тездетіп басқа мүмкіндігі бар процестерді бөгейді. Жоғарыда аталған катализаторлардың сондай қасиеттері бар. ....
Бұл класс қосылыстарының құрылыстарындағыолардыңбелгілі өкілі – этил спиртін С2Н6Омысалға алып қарастырамыз. Бұл судан жеңіл ( тығыздығы о,8 г/ см ) 78, 3 с температурада қайнайтын, суда және көптеген органикалық заттарда еритін, түссіз, өзіне тән иісі бар, сұйықтық.
Спирттің молекулалаық формуласын және элементтердің валенттіліктерін біле отырып, оның құрылысын бейнелеп көрейік. Оның екі түрлі құрылымдық формуласын жазуға болады.
Олардың қайсысы этил спиртінің құрылысына сай келеді.
Формуланы салыстыра отырып,а формуласы бойынша заттардың химиялық құрылысы тұрғысынан молекуладағы барлық сутегі атомдары бірдей екенін байқаймыз,сондықтан олар қасиеттері жағынан бірдей болады.ә формуласында сутегі атомдарына айырмашылық бар екені көрініп тұр.Бізге белгілі су молекуласындағы құрылымдық элементке-гидроксилтобына еріксіз назар аударуға тура келеді.Мұндағы сутегінің бір атомы электртерістілігі күшті элементпен-оттегі атомымен байланысып тұр,ол туралы а және ә формуласындағы сутегінің басқа атомдары туралы айтуға болмайды.Спирт (сусыз) бар пробиркаға бір түйір натрий салайық.Сол кезде реакция жүріп,газ бөліне бастайды.Бұл газдың сутегі екенін анықтау қиын емес.Спирттің молекуласында көмірсутек радикалымен байланысқан гидроксил тобы- ОН бар екенін көрсету үшін,этил спиртінің молекулалық формуласын көбінесе былай жазады. СН3-СН2-ОН немесе С2Н5ОН.
Спирт молекуласындағы О-Н ковалентті байланысы оттегінің сутегіне қарағанда электртерістілігі жоғары болғандықтан полюсті.Спирт молекуласындағы атомдардың кеңістікте орналасуын бейнеленген модель көрсетеді.
Оттегі атомы көміртегі және сутегі атомдарымен түзу сызық бойымен емес, бұрыш жасап ковалентті байланыс түзетінін еөреміз.
Көпатомды спирттердің құрылысы егер көмірсутек молекуласында сутегінің екі атомы екі гидроксил тобымен алмасатын болса,екіатомды спирт түзеді ондай спирттердің қарапайым өкілі-этиленгликоль.
Егер көмірсутек молекуласындағы сутегінің үш атомы үш гидроксил тобымен алмасса,үш атомды спирт түзіледі.Үшатомды спирттің қарапайым өкілі-глицерин.
Молекуласында бірнеше гидроксил тобы бар көмірсутек туындылары көпатомды спирт деп аталады.
Барлық көпатомды спирттерде гидроксил топтары көміртегінің әр-түрлі атомдарында орналасады.Аромат көмірсутектердің де гидроксилді туындылары бар.Ондай қосылыстарда гидроксил топтары бүйір тізбектегі көміртегі атомдарымен немесе бензол ядросындағы көміртегі атомдарымен тікелей байланысыуы мүмкін.
Біратомды спирттер тәрізді,көпатомды спирттер де өздеріне сәцкес көмірсутектердің гологен туындыларынан алынады,мысалы этиленгликольді 1,2-дихлорэтанды гидролйздеу арқылы алады.
СН 2СІ- СН 2 СІ + 2 Н 2 О СН 2ОН-СН 2ОН+2НСІ
Химялық қасиеттері.
Егер спирттер басқа органикалық қосылыстар сияқты,көмірткгі мен сутегіге бай болғандықтан,тұтатқанда жылу бөліп жанады,мысалы
СН5ОН+2СО2+3Н2О+1374 кДЖ
Алайда жанған кезде олардан айырмашылықтар байқалады.
Кәрлен тостағаншаға әр түрлі спирттерден 1 мл-ден құйып,сұйықтықты тұтатайық.Сол қатардың бірінші мүшелері оңай тұтанып,жарығы әсер байқалатын көгілдір жалынмен, ал молекулалық массасы үлкен спирттердің жарқыраған жалынмен жанып,жанып болған соң тостағаншада қара дақ қалатынын байқадық.Функционалдық-ОН топтың болуына байланысты этил спиртінің натриймен өзара әрекеттесетінін білеміз
2СН2Н5ОН+2ОН 2С2Н5ОН
Этил спиртіндегі сутегінің орнын басуынан алынған өнім натрий этилататы деп аталады,ол реакциядан кейін қатты күйінде бөлініп шығады.
Қышқылдығы жағынан спирттер суға да ілесе алмайды.Сумен салыстырғанда спирттердің диссоциациялану дәрежесінің төмен болуын көмірсутек радикалы әсерінен деп түсіндіруге болады:С-О байланыстағы электрон тығыздығын радикалмен оттегі атомына қарай ығыстыруынан оттегінің жарым-жартылай теріс заряды артады,соның салдарынан ол О-Н байланысының электронын өзіне нашар тартады.Нәтижесінде бұл байланыс су молекуласындағы осындай байланысқа қарағанда аз полюсті болып шығады.
Хлор атомы СІ-С байланысының электрон тығыздығын өзіне қарай ығыстырады,ал көміртегі атомы осының салдарынан оң зарядқа ие болып,оның есесін қайыру үшін С-С байланысының электрон тығыздығы көміртек атомына қарай, алО-Н байланысының электрон тығыздығын сутегі атомынан оттегіне қарай ығысады.Осыдан сутегінің протан түрінде бөлініп шығу мүмкіндігі артады,соның салдарынан 2-хлорэтанолдың диссоциациялану дәрежесі этанолға қарағанда жоғарылай түседі
Спирттерде гидроксилдегі сутегі атомы ғана емес барлық гидроксил тобы химиялық реакцияға кірісе алады.салқындатқыш жалғанған қолбада этил спирті мен галогенсутек қышқылын мысалы бромсутек қышқылын қыздырсақ біраздан соң қабылдағышта су астына ауыр сұйықтықтың-бромэтанның жиналғанын байқауға болады. Бұл реакция да С-О ковалентті байланысының иондарға ажырауы арқылы жүреді.
Концентрациялы күкірт қышқылымен қыздырғанда, спирттер дегидраттанады, яғни су бөліп шығарады. Бұл кезде этил спиртінен этилен түзіледі.
Келесі гомологтардың дегидраттауынан басқа қанықпаған көмірсутектер алынады, мысалы:
СН3 – СН2 –СН2 – ОН → СН3 – СН = СН2 + Н 2 О
Диэтил эфирі – ұшқыш, оңай тұтынатын сұйықтық, еріткіш ретінде және медицинада ауырған жерді басу үшін қолданылады. Ол молекуласы оттегі атыомы арқылы байланысқан екі көмірсутек радикалдарынан тұратын органикалық заттарға – жай эфирлер класына жатады. Жай эфирлерді жалпы формуласы:
R – O - R
Басқа жай эфирлерді де спирттерді дегидраттап алуға болады. Мысалы, метанолдан диметил эфирі синтезделеді, ол газдың қайнау температурасы + 23,50 С :
СН3О Н+ НО СН3 → СН3 – о – СН3 + Н2О
Біратомды қаныққан спирттерге молекуласында көміртегі атомының дәл сондай саны бар жай эфирлер изомер болады.
Физикалық қасиеттері. Көпатомды спирттердің ең маңызды өкілдері – этиленгликоль және глицерин – суда жақсы еритін, түссіз, тәтті дәмі бар, қоймалжың сұйықтықтар. Бұл қасиеттер басқа көпатомды спирттерге де тән.
Өнеркәсіптік синтез. Сірә, мтил спиртін қанықпаған көмірсутекті гидраттау арқылы алуға болмайды (неліктен?) Оны көміртегі (ІІ) оксиді мен сутегі қоспасынан тұратын синтез – газын синтездеп алады. Синтез – газды жоғары температурады метан (табиғи газ) мен су буын өзара әрекеттестіру арқылы алынатыны бұрыннан мәлім.
Метил спирті синтез – газдан былай түзіледі:
СО + 2Н2 ↔ СН3 ОН + Q
Бұл синтезді өнеркәсіпте жүзеге асырудың ең қолайлы жағдайларын анықтап көрейік. Реакция қоспа көлемінің азайған бағытына қарай ығысады, сондықтан тепе – теңдіктің қажетті өнім түзілетін жаққа қарай ырғысуына қысымның артуы мүмкіндік туғызады. Реакция жеткілікті жылдамдықта жүруі үшін катализаторды пайдаланып, затты қыздыру керек. Бірақ реакция экзотермиялық болғандықтан, өте күшті қыздыру жылу сіңіре жүретін кері процестің жылдамдығын арттырады.
Осы факторлардың барлығын ескере отырып, спиртті өнеркәсіптік синтездеудің мынадай ең қолайлы жағдайлары анықталды: 250- 3000 С температура, 10 МПа қысым, катализатор (мырыш, хром, мыс оксидтерін) қолдану.
Реакция қайтымды болғандықтан, бастапқы заттар реактор арқылы өткен кезде, толық әрекеттеспейді. Оларды тиімді пайдалану үшін түзілген суретті бөліп алды және әрекеттеспеген газды қайтадан реакторға бағыттайды, яғни циркуляциялық (айналмалы) процесс жасау қажет. Энергия шығынын үнемдеу үшін экзотермиялық реакцияның қалдық өнімдерін синтезге жұмсалатын газды қыздыруға пайдалану керек.
Процестің ғылыми негізін айқындап алған соң,оның технологиясын қарастыруымызға болады.Компрессормен синтез газды сығып.әрекеттеспеген газбен араластырады және газ қоспасы қалдық газдармен қажетті температураға дейін қыздырылатын жылу алмастырғышқа қарай бағытталады.Одан әрі газ қоспасы синтез жүзеге асу үшін коллонаға түседі. Мұнда спирт циркуляциялы компрессормен технологиялық процеске қайтарылатын әрекеттеспеген газдардан бөлінеді.
Синтез коллонасы әр түрлі конструкциялы болып келеді,көбінесе аммиак синтездейтін коллонаға ұқсас түрі қолданылады.Аммиак және метил спирті синтезінің технологиялық сызбанұсқаларында ұқсастықтары көп екенін байқау оңай.
Алайда процестердің жүзеге асуында айтарлықтай айырмашылық бар.Метилл спиртін синтездеген кезде аммиактан айырмашылығы нәтижесінде көптеген қосымша өнімдер: молекулалық массасы үлкен спирттер, диметил және басқа эфирлер, көмірсутектер және т.б. түзілуі мүмкін жанама реакциялар да жүреді. Бұл катализаторларды іріктеп алуға ерекше жоғары талап қояды. Мұндай селективті катализаторлар қажет, олар көздеген реакцияларды тездетіп басқа мүмкіндігі бар процестерді бөгейді. Жоғарыда аталған катализаторлардың сондай қасиеттері бар. ....
Мақала ұнаса, бөлісіңіз:
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Іздеп көріңіз: