Ειδικότητα: χημική τεχνολογία

Τμήμα: ανόργανη χημεία και χημική τεχνολογία

ΕΓΚΡΙΝΩ

Επικεφαλής του τμήματος

____________________) (Υπογραφή, Επώνυμο, αρχικά)

"___"____________20

ΕΡΓΑΣΙΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Πειθαρχία: Βιομηχανική κατάλυση

_______________________________

Με θέμα: Καταλυτική αφυδρογόνωση

________________________

Ονομασία εργασίας KR – 02068108 – 240100 - 2015

Φοιτητής Fazylova L. A.

Είσοδος 435

Επικεφαλής _______________ Kuznetsova I.V.

Voronezh – 2015

Εισαγωγή

Παραγωγή καταλυτών για διεργασίες αφυδρογόνωσης αλκυλοαρωματικών υδρογονανθράκων.

Καταλυτική αφυδρογόνωση αλκανίων

Εξοπλισμός για την καταλυτική αφυδρογόνωση αλκανίων

Αναγέννηση καταλυτών.

Κατάλογος αναφορών που χρησιμοποιούνται

Εισαγωγή

Αφυδρογόνωση είναι η αντίδραση της απομάκρυνσης του υδρογόνου από ένα μόριο μιας οργανικής ένωσης. είναι αναστρέψιμη, η αντίστροφη αντίδραση είναι η υδρογόνωση. Η αλλαγή της ισορροπίας προς την αφυδρογόνωση διευκολύνεται από την αύξηση της θερμοκρασίας και τη μείωση της πίεσης, συμπεριλαμβανομένης της αραίωσης του μίγματος της αντίδρασης. Οι καταλύτες για την αντίδραση υδρογόνωσης-αφυδρογόνωσης είναι μέταλλα των υποομάδων 8Β και 1Β (νικέλιο, πλατίνα, παλλάδιο, χαλκός, άργυρος) και οξείδια ημιαγωγών (Fe 2 O 3, Cr 2 O 3, ZnO, MoO 3).

Οι διαδικασίες αφυδρογόνωσης χρησιμοποιούνται ευρέως στη βιομηχανική οργανική σύνθεση:

1) με αφυδρογόνωση αλκοολών λαμβάνουμε: φορμαλδεΰδη, ακετόνη, μεθυλαιθυλοκετόνη, κυκλοεξανόνη.

2) Η αφυδρογόνωση των αλκυλο-αρωματικών ενώσεων παράγει: στυρόλιο, α-μεθυλστυρόλιο, βινυλοτολουόλιο, διβινυλοβενζόλιο.

3) Η αφυδρογόνωση των παραφινών παράγει: ολεφίνες (προπυλένιο, βουτυλένιο και ισοβουτυλένιο, ισοπεντένιο, ανώτερες ολεφίνες) και διένια (βουταδιένιο και ισοπρένιο)

Καταλυτική αφυδρογόνωση αλκοολών

Οι αντιδράσεις αφυδρογόνωσης των αλκοολών είναι απαραίτητες για την παραγωγή αλδεΰδων και κετονών. Οι κετόνες λαμβάνονται από δευτεροταγείς αλκοόλες και οι αλδεΰδες από τις πρωτοταγείς αλκοόλες. Καταλύτες στις διεργασίες είναι ο χαλκός, ο άργυρος, οι χρωμίτες χαλκού, το οξείδιο του ψευδαργύρου κ.λπ. Αξίζει να σημειωθεί ότι, σε σύγκριση με τους καταλύτες χαλκού, το οξείδιο του ψευδαργύρου είναι πιο σταθερό και δεν χάνει τη δραστηριότητα κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, αλλά μπορεί να προκαλέσει αντίδραση αφυδάτωσης. ΣΕ γενική εικόναΟι αντιδράσεις αφυδρογόνωσης των αλκοολών μπορούν να αναπαρασταθούν ως εξής:

Στη βιομηχανία, η αφυδρογόνωση των αλκοολών παράγει ενώσεις όπως ακεταλδεΰδη, ακετόνη, μεθυλαιθυλοκετόνη και κυκλοεξανόνη. Οι διεργασίες λαμβάνουν χώρα σε ένα ρεύμα υδρατμών. Οι πιο συνηθισμένες διαδικασίες είναι:

Αφυδρογόνωση αιθανόληςπραγματοποιείται σε καταλύτη χαλκού ή αργύρου σε θερμοκρασία 200 - 400 ° C και ατμοσφαιρική πίεση. Ο καταλύτης είναι οποιοσδήποτε φορέας Al 2 O 3, SnO 2 ή ανθρακόνημα, πάνω στον οποίο εναποτίθενται συστατικά ασήμι ή χαλκού. Αυτή η αντίδραση είναι ένα από τα συστατικά της διαδικασίας Wacker, η οποία είναι μια βιομηχανική μέθοδος για την παραγωγή ακεταλδεΰδης από αιθανόλη με αφυδρογόνωση ή οξείδωση με οξυγόνο.

Αφυδρογόνωση μεθανόλης. Αυτή η διαδικασία δεν έχει μελετηθεί πλήρως, αλλά οι περισσότεροι ερευνητές την επισημαίνουν ως μια πολλά υποσχόμενη διαδικασία για τη σύνθεση φορμαλδεΰδης χωρίς νερό. Προσφέρονται διάφορες παράμετροι διεργασίας: θερμοκρασία 600 - 900 °C, ενεργό συστατικό καταλύτη ψευδάργυρος ή χαλκός, φορέας οξειδίου του πυριτίου, δυνατότητα έναρξης της αντίδρασης με υπεροξείδιο του υδρογόνου κ.λπ. Επί αυτή τη στιγμήΤο μεγαλύτερο μέρος της φορμαλδεΰδης στον κόσμο παράγεται από την οξείδωση της μεθανόλης.

2. Παραγωγή καταλυτών για διεργασίες αφυδρογόνωσης αλκοόλης

Ένας γνωστός καταλύτης για την αφυδρογόνωση των αλκοολών περιέχει οξείδια ψευδαργύρου και σιδήρου. Ο νεότερος καταλύτης είναι για την αφυδρογόνωση αλκοολών, η οποία είναι ένα οξείδιο του υττρίου ή ένα στοιχείο σπανίων γαιών 10 που επιλέγεται από την ομάδα που περιλαμβάνει νεοδύμιο, παραδύμιο, υττέρβιο.

Το μειονέκτημα των γνωστών καταλυτών είναι η ανεπαρκώς υψηλή δραστικότητα και εκλεκτικότητά τους.

Στόχος της επιστήμης είναι να αυξήσει τη δραστηριότητα και την εκλεκτικότητα του καταλύτη για την αφυδρογόνωση των αλκοολών. Αυτός ο στόχος επιτυγχάνεται από το γεγονός ότι ο καταλύτης που βασίζεται σε οξείδια του υττρίου ή ενός στοιχείου σπανίων γαιών που επιλέγεται από την ομάδα που περιλαμβάνει νεοδύμιο, πρασεοδύμιο, υττέρβιο, περιέχει επιπλέον τεχνήτιο.

Η εισαγωγή τεχνητίου στον καταλύτη καθιστά δυνατή την αύξηση της δραστηριότητας του καταλύτη, η οποία εκφράζεται σε αύξηση του βαθμού μετατροπής αλκοόλης κατά 2-5 φορές και μείωση της θερμοκρασίας έναρξης της αντίδρασης αφυδρογόνωσης κατά 80 -120 0 C. Στην περίπτωση αυτή, ο καταλύτης αποκτά καθαρά αφυδρογονωτικές ιδιότητες, γεγονός που επιτρέπει την αύξηση της επιλεκτικότητας. Στην αντίδραση αφυδρογόνωσης αλκοόλης, για παράδειγμα ισοπροπυλίου, σε ακετόνη έως και 100%.

Ένας τέτοιος καταλύτης παρασκευάζεται με εμποτισμό προσχηματισμένων σωματιδίων καταλύτη με διάλυμα άλατος τεχνητίου. Ο όγκος του διαλύματος υπερβαίνει το 1,4 ─ 1,6 φορές τον όγκο όγκου του καταλύτη. Η ποσότητα του τεχνητίου στον καταλύτη προσδιορίζεται από την ειδική ραδιενέργεια. Ο υγρός καταλύτης ξηραίνεται. Το ξηρό προϊόν θερμαίνεται για 1 ώρα σε ρεύμα υδρογόνου, πρώτα στους 280-300 0 C (για να μετατραπεί το υπερτεχνητικό σε διοξείδιο του τεχνητίου), στη συνέχεια στους 600-700 0 C για 11 ώρες (για να ανάγεται το διοξείδιο του τεχνητίου σε μέταλλο).

Παράδειγμα. Ο καταλύτης παρασκευάζεται με εμποτισμό οξειδίου του υττρίου με διάλυμα υπερτεχνητικού αμμωνίου, ο όγκος του οποίου είναι 1,5 φορές ο όγκος του οξειδίου του υττρίου. Τα εμποτισμένα σωματίδια του καταλύτη ξηραίνονται στους 70-80 0 C για 2 ώρες. Στη συνέχεια πραγματοποιείται αναγωγή σε ρεύμα υδρογόνου για 1 ώρα στους 280 0 C σε θερμοκρασία 600 C.

Η μελέτη της καταλυτικής δραστηριότητας πραγματοποιείται χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της αποσύνθεσης προπυλικής αλκοόλης σε εγκατάσταση τύπου ροής. Βάρος καταλύτη

0,5 g με όγκο 1 εκ. Το μέγεθος σωματιδίων του καταλύτη είναι 1,5 - 2 mm. Ειδική επιφάνεια 48,5 m/g. Ο ρυθμός ροής αλκοόλης είναι 0,071 ml/min.

Η αποσύνθεση της ισοαροπυλικής αλκοόλης στον προτεινόμενο καταλύτη συμβαίνει μόνο προς την κατεύθυνση της αφυδρογόνωσης με το σχηματισμό ακετόνης και υδρογόνου· δεν ανιχνεύθηκαν άλλα προϊόντα. Στο οξείδιο του υττρίου χωρίς την προσθήκη τεχνητίου, η αποσύνθεση της ισοπροπυλικής αλκοόλης προχωρά προς δύο κατευθύνσεις: αφυδρογόνωση και αφυδάτωση. Όσο μεγαλύτερη είναι η ποσότητα του εισαγόμενου τεχνητίου, τόσο μεγαλύτερη είναι η αύξηση στη δραστηριότητα του καταλύτη. Οι καταλύτες που περιέχουν 0,03 - 0,05% τεχνήτιο είναι επιλεκτικοί, οδηγώντας τη διαδικασία σε μία μόνο κατεύθυνση προς την αφυδρογόνωση.

3. Αφυδρογόνωση αλκυλο-αρωματικών ενώσεων

Η αφυδρογόνωση των αλκυλο-αρωματικών ενώσεων είναι μια σημαντική βιομηχανική διαδικασία για τη σύνθεση του στυρολίου και των ομολόγων του. Οι καταλύτες για τη διαδικασία στις περισσότερες περιπτώσεις είναι οξείδια σιδήρου που προάγονται από οξείδια καλίου, ασβεστίου, χρωμίου, δημητρίου, μαγνησίου και ψευδαργύρου. Το χαρακτηριστικό τους χαρακτηριστικό είναι η ικανότητα αυτοαναγέννησης υπό την επίδραση υδρατμών. Είναι επίσης γνωστά τα φωσφορικά, ο χαλκός-χρωμίου, ακόμη και οι καταλύτες που βασίζονται σε ένα μείγμα οξειδίου του σιδήρου και χαλκού.
Οι διαδικασίες αφυδρογόνωσης των αλκυλο-αρωματικών ενώσεων συμβαίνουν σε ατμοσφαιρική πίεση και σε θερμοκρασία 550 - 620 ° C σε μοριακή αναλογία πρώτων υλών προς υδρατμούς 1:20. Ο ατμός είναι απαραίτητος όχι μόνο για τη μείωση της μερικής πίεσης του αιθυλοβενζολίου, αλλά και για την υποστήριξη της αυτοαναγέννησης των καταλυτών οξειδίου του σιδήρου.

Η αφυδρογόνωση του αιθυλοβενζολίου είναι το δεύτερο στάδιο της διαδικασίας παραγωγής στυρενίου από βενζόλιο. Στο πρώτο στάδιο, το βενζόλιο αλκυλιώνεται με χλωροαιθάνιο (αντίδραση Friedel-Crafts) σε έναν καταλύτη αλουμινίου-χρωμίου και στο δεύτερο στάδιο, το προκύπτον αιθυλοβενζόλιο αφυδρογονώνεται σε στυρόλιο. Η διαδικασία χαρακτηρίζεται από υψηλή ενέργεια ενεργοποίησης 152 kJ/mol, λόγω της οποίας ο ρυθμός αντίδρασης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τη θερμοκρασία. Γι' αυτό η αντίδραση πραγματοποιείται σε υψηλές θερμοκρασίες.

Παράλληλα, κατά την αφυδρογόνωση του αιθυλοβενζολίου, συμβαίνουν παράπλευρες αντιδράσεις - σχηματισμός κωκ, σκελετικός ισομερισμός και πυρόλυση. Η πυρόλυση και ο ισομερισμός μειώνουν την εκλεκτικότητα της διεργασίας και ο σχηματισμός κωκ επηρεάζει την απενεργοποίηση του καταλύτη. Προκειμένου ο καταλύτης να λειτουργεί περισσότερο, είναι απαραίτητο να διεξάγεται περιοδικά οξειδωτική αναγέννηση, η οποία βασίζεται σε μια αντίδραση αεριοποίησης που «καίει» το μεγαλύτερο μέρος του κωκ από την επιφάνεια του καταλύτη.

Το θεμελιώδες πρόβλημα που προκύπτει όταν οι αλκοόλες οξειδώνονται σε αλδεΰδες είναι ότι οι αλδεΰδες υπόκεινται πολύ εύκολα σε περαιτέρω οξείδωση σε σύγκριση με τις αρχικές αλκοόλες. Ουσιαστικά, οι αλδεΰδες είναι ενεργοί οργανικοί αναγωγικοί παράγοντες. Έτσι, κατά την οξείδωση των πρωτοταγών αλκοολών με διχρωμικό νάτριο σε θειικό οξύ (μίγμα Beckmann), η αλδεΰδη που σχηματίζεται πρέπει να προστατεύεται από περαιτέρω οξείδωση σε καρβοξυλικό οξύ. Είναι δυνατόν, για παράδειγμα, να αφαιρεθεί η αλδεΰδη από το μίγμα της αντίδρασης. Και αυτό χρησιμοποιείται ευρέως αφού το σημείο βρασμού της αλδεΰδης είναι συνήθως χαμηλότερο από το σημείο βρασμού της μητρικής αλκοόλης. Με αυτόν τον τρόπο, πρώτα απ 'όλα, μπορούν να ληφθούν αλδεΰδες χαμηλού σημείου βρασμού, για παράδειγμα, οξική, προπιονική, ισοβουτυρική:

Εικόνα 1.

Καλύτερα αποτελέσματα μπορούν να ληφθούν εάν χρησιμοποιηθεί παγόμορφο οξικό οξύ αντί για θειικό οξύ.

Για τη λήψη αλδεΰδων υψηλού βρασμού από τις αντίστοιχες πρωτοταγείς αλκοόλες, χρησιμοποιείται ο τριτ-βουτυλεστέρας του χρωμικού οξέος ως οξειδωτικός παράγοντας:

Σχήμα 2.

Κατά την οξείδωση ακόρεστων αλκοολών με χρωμικό τριτ-βουτυλεστέρα (σε απρωτικούς μη πολικούς διαλύτες), δεν καταλαμβάνονται πολλαπλοί δεσμοί και σχηματίζονται ακόρεστες αλδεΰδες σε υψηλές αποδόσεις.

Η μέθοδος οξείδωσης, η οποία χρησιμοποιεί διοξείδιο του μαγγανίου σε οργανικό διαλύτη, πεντάνιο ή μεθυλενοχλωρίδιο, είναι αρκετά επιλεκτική. Για παράδειγμα, οι αλυλικές και βενζυλικές αλκοόλες μπορούν να οξειδωθούν με αυτόν τον τρόπο στις αντίστοιχες αλδεΰδες. Οι αλκοόλες εξόδου είναι ελαφρώς διαλυτές σε μη πολικούς διαλύτες και οι αλδεΰδες που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της οξείδωσης είναι πολύ πιο διαλυτές σε πεντάνιο ή μεθυλενοχλωρίδιο. Επομένως, οι καρβονυλικές ενώσεις περνούν στο στρώμα του διαλύτη και έτσι μπορεί να αποτραπεί η επαφή με τον οξειδωτικό παράγοντα και η περαιτέρω οξείδωση:

Εικόνα 3.

Η οξείδωση των δευτεροταγών αλκοολών σε κετόνες είναι πολύ πιο εύκολη από την οξείδωση των πρωτοταγών αλκοολών σε αλδεΰδες. Οι αποδόσεις εδώ είναι υψηλότερες επειδή, πρώτον, η αντιδραστικότητα των δευτεροταγών αλκοολών είναι υψηλότερη από αυτή των πρωτοταγών αλκοολών και, δεύτερον, οι κετόνες, που σχηματίζονται, είναι πολύ πιο ανθεκτικές σε οξειδωτικά μέσα από τις αλδεΰδες.

Οξειδωτικά μέσα για την οξείδωση των αλκοολών

Για την οξείδωση των αλκοολών, τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα οξειδωτικά μέσα είναι αντιδραστήρια που βασίζονται σε μέταλλα μεταπτώσεως - παράγωγα εξασθενούς χρωμίου, τετρασθενούς και επτασθενούς μαγγανίου.

Για την επιλεκτική οξείδωση πρωτοταγών αλκοολών σε αλδεΰδες, τα καλύτερα αντιδραστήρια που θεωρούνται επί του παρόντος ως το σύμπλοκο $CrO_3$ με πυριδίνη - $CrO_(3^.) 2C_5H_5N$ (αντιδραστήριο Sarrett-Collins), το αντιδραστήριο Corey - χλωροχρωμικό πυριδίνιο $Cl Το ^-C_5H_5N^ χρησιμοποιείται επίσης ευρέως +H$ σε μεθυλενοχλωρίδιο. Το κόκκινο σύμπλοκο $CrO_(3^.) 2C_5H_5N$ λαμβάνεται με αργή αλληλεπίδραση του $CrO_(3^.)$ με την πυριδίνη στα 10-15 $^\circ$С. Πορτοκαλί χλωροχρωμικό πυριδίνιο παρασκευάζεται με προσθήκη πυριδίνης σε διάλυμα οξειδίου του χρωμίου (IV) σε υδροχλωρικό οξύ 20%. Και τα δύο αυτά αντιδραστήρια είναι διαλυτά σε $CH_2Cl_2$ ή $CHCl_3$:

Εικόνα 4.

Αυτά τα αντιδραστήρια παρέχουν πολύ υψηλές αποδόσεις σε αλδεΰδες, αλλά το χλωροχρωμικό πυριδίνιο έχει το σημαντικό πλεονέκτημα ότι αυτό το αντιδραστήριο δεν επηρεάζει τους διπλούς ή τριπλούς δεσμούς στις εναρκτήριες αλκοόλες και επομένως είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικό για την παρασκευή ακόρεστων αλδεϋδών.

Για να ληφθούν $α¸β$-ακόρεστες αλδεΰδες με οξείδωση υποκατεστημένων αλλυλικών αλκοολών, το οξείδιο του μαγγανίου (IV) $MnO_2$ είναι ένας γενικός οξειδωτικός παράγοντας.

Παραδείγματα αντιδράσεων αλκοολών με αυτούς τους οξειδωτικούς παράγοντες δίνονται παρακάτω:

Καταλυτική αφυδρογόνωση αλκοολών

Αυστηρά μιλώντας, η οξείδωση των αλκοολών σε καρβονυλικές ενώσεις καταλήγει στην αφαίρεση υδρογόνου από το μόριο αλκοόλης έναρξης. Μια τέτοια εξάλειψη μπορεί να πραγματοποιηθεί όχι μόνο χρησιμοποιώντας τις μεθόδους οξείδωσης που συζητήθηκαν προηγουμένως, αλλά επίσης χρησιμοποιώντας καταλυτική αφυδρογόνωση. Η καταλυτική αφυδρογόνωση είναι η διαδικασία απομάκρυνσης του υδρογόνου από τις αλκοόλες παρουσία καταλύτη (χαλκό, άργυρο, οξείδιο ψευδαργύρου, μείγμα οξειδίων χρωμίου και χαλκού) τόσο με όσο και χωρίς τη συμμετοχή οξυγόνου. Η αντίδραση αφυδρογόνωσης παρουσία οξυγόνου ονομάζεται αντίδραση οξειδωτικής αφυδρογόνωσης.

Λεπτά διασκορπισμένος χαλκός και άργυρος, καθώς και το οξείδιο του ψευδαργύρου, χρησιμοποιούνται συχνότερα ως καταλύτες. Η καταλυτική αφυδρογόνωση των αλκοολών είναι ιδιαίτερα βολική για τη σύνθεση αλδεΰδων, οι οποίες οξειδώνονται πολύ εύκολα σε οξέα.

Οι προαναφερθέντες καταλύτες εφαρμόζονται σε κατάσταση υψηλής διασποράς σε αδρανείς φορείς με ανεπτυγμένη επιφάνεια, για παράδειγμα, αμίαντο, ελαφρόπετρα. Η ισορροπία της αντίδρασης καταλυτικής αφυδρογόνωσης επιτυγχάνεται σε θερμοκρασία 300-400 $^\circ$С. Για να αποφευχθεί περαιτέρω μετασχηματισμός των προϊόντων αφυδρογόνωσης, τα αέρια της αντίδρασης πρέπει να ψύχονται γρήγορα. Η αφυδρογόνωση είναι μια πολύ ενδόθερμη αντίδραση ($\τρίγωνο H$ = 70-86 kJ/mol). Το παραγόμενο υδρογόνο μπορεί να καεί εάν προστεθεί αέρας στο μίγμα της αντίδρασης, τότε η συνολική αντίδραση θα είναι εξαιρετικά εξώθερμη ($\τρίγωνο H$ = -(160-180) kJ/mol). Αυτή η διαδικασία ονομάζεται οξειδωτική αφυδρογόνωση ή αυτοθερμική αφυδρογόνωση. Αν και η αφυδρογόνωση χρησιμοποιείται κυρίως στη βιομηχανία, η μέθοδος μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στο εργαστήριο για προπαρασκευαστική σύνθεση.

Η αφυδρογόνωση κορεσμού των αλειφατικών αλκοολών συμβαίνει σε καλές αποδόσεις:

Εικόνα 9.

Στην περίπτωση των αλκοολών υψηλού βρασμού, η αντίδραση διεξάγεται υπό μειωμένη πίεση. Υπό συνθήκες αφυδρογόνωσης, οι ακόρεστες αλκοόλες μετατρέπονται στις αντίστοιχες κορεσμένες καρβονυλικές ενώσεις. Η υδρογόνωση του πολλαπλού δεσμού $C = C$ συμβαίνει με το υδρογόνο, το οποίο σχηματίζεται κατά την αντίδραση. Για να αποτραπεί αυτή η παράπλευρη αντίδραση και για να μπορέσουμε να ληφθούν ακόρεστες καρβονυλικές ενώσεις με καταλυτική αφυδρογόνωση, η διεργασία πραγματοποιείται σε κενό στα 5-20 mm Hg. Τέχνη. παρουσία υδρατμών. Αυτή η μέθοδος καθιστά δυνατή τη λήψη μιας ολόκληρης σειράς ακόρεστων καρβονυλικών ενώσεων:

Εικόνα 10.

Εφαρμογές αφυδρογόνωσης αλκοόλης

Η αφυδρογόνωση των αλκοολών είναι μια σημαντική βιομηχανική μέθοδος για τη σύνθεση αλδεΰδων και κετονών, όπως η φορμαλδεΰδη, η ακεταλδεΰδη και η ακετόνη. Αυτά τα προϊόντα παράγονται σε μεγάλους όγκους τόσο με αφυδρογόνωση όσο και με οξειδωτική αφυδρογόνωση μέσω καταλύτη χαλκού ή αργύρου.

Ανάλογα με τον τύπο της ρίζας υδρογονάνθρακα, καθώς και, σε ορισμένες περιπτώσεις, τα χαρακτηριστικά της προσκόλλησης της ομάδας -ΟΗ σε αυτή τη ρίζα υδρογονάνθρακα, οι ενώσεις με μια λειτουργική ομάδα υδροξυλίου χωρίζονται σε αλκοόλες και φαινόλες.

Αλκοόλείναι ενώσεις στις οποίες η υδροξυλομάδα είναι συνδεδεμένη με μια ρίζα υδρογονάνθρακα, αλλά δεν συνδέεται απευθείας με τον αρωματικό δακτύλιο, εάν υπάρχει στη δομή της ρίζας.

Παραδείγματα αλκοολών:

Εάν η δομή μιας ρίζας υδρογονάνθρακα περιέχει έναν αρωματικό δακτύλιο και μια ομάδα υδροξυλίου και συνδέεται απευθείας με τον αρωματικό δακτύλιο, τέτοιες ενώσεις ονομάζονται φαινόλες .

Παραδείγματα φαινολών:

Γιατί οι φαινόλες ταξινομούνται ως ξεχωριστή κατηγορία από τις αλκοόλες; Άλλωστε, για παράδειγμα, οι τύποι

μοιάζουν πολύ και δίνουν την εντύπωση ουσιών της ίδιας κατηγορίας οργανικών ενώσεων.

Ωστόσο, η άμεση σύνδεση της ομάδας υδροξυλίου με τον αρωματικό δακτύλιο επηρεάζει σημαντικά τις ιδιότητες της ένωσης, αφού το συζευγμένο σύστημα π-δεσμών του αρωματικού δακτυλίου είναι επίσης συζευγμένο με ένα από τα μοναχικά ζεύγη ηλεκτρονίων του ατόμου οξυγόνου. Εξαιτίας αυτού, ο δεσμός Ο-Η στις φαινόλες είναι πιο πολικός σε σύγκριση με τις αλκοόλες, γεγονός που αυξάνει σημαντικά την κινητικότητα του ατόμου υδρογόνου στην ομάδα υδροξυλίου. Με άλλα λόγια, οι φαινόλες έχουν πολύ πιο έντονες όξινες ιδιότητες από τις αλκοόλες.

Χημικές ιδιότητες των αλκοολών

Οινοπνεύματα μονοατομικά

Αντιδράσεις υποκατάστασης

Αντικατάσταση ατόμου υδρογόνου στην ομάδα υδροξυλίου

1) Οι αλκοόλες αντιδρούν με αλκάλια, μέταλλα αλκαλικών γαιών και αλουμίνιο (καθαρισμένα από την προστατευτική μεμβράνη του Al 2 O 3) και σχηματίζονται αλκοολικά άλατα μετάλλων και απελευθερώνεται υδρογόνο:

Ο σχηματισμός αλκοολικών αλάτων είναι δυνατός μόνο όταν χρησιμοποιούνται αλκοόλες που δεν περιέχουν νερό διαλυμένο σε αυτές, καθώς παρουσία νερού υδρολύονται εύκολα:

CH 3 OK + H 2 O = CH 3 OH + KOH

2) Αντίδραση εστεροποίησης

Η αντίδραση εστεροποίησης είναι η αλληλεπίδραση αλκοολών με οργανικά και οξυγονούχα ανόργανα οξέα, που οδηγεί στο σχηματισμό εστέρων.

Αυτός ο τύπος αντίδρασης είναι αναστρέψιμος, επομένως, για να μετατοπιστεί η ισορροπία προς το σχηματισμό ενός εστέρα, είναι σκόπιμο να πραγματοποιηθεί η αντίδραση με θέρμανση, καθώς και παρουσία πυκνού θειικού οξέος ως παράγοντα αφαίρεσης νερού:

Αντικατάσταση ομάδας υδροξυλίου

1) Όταν οι αλκοόλες εκτίθενται σε υδραλογονικά οξέα, η ομάδα υδροξυλίου αντικαθίσταται από ένα άτομο αλογόνου. Ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, σχηματίζονται αλογονοαλκάνια και νερό:

2) Με το πέρασμα ενός μείγματος ατμού αλκοόλης και αμμωνίας μέσω θερμαινόμενων οξειδίων ορισμένων μετάλλων (συχνότερα Al 2 O 3), μπορούν να ληφθούν πρωτοταγείς, δευτεροταγείς ή τριτοταγείς αμίνες:

Ο τύπος της αμίνης (πρωτοταγής, δευτεροταγής, τριτοταγής) θα εξαρτηθεί σε κάποιο βαθμό από την αναλογία της αρχικής αλκοόλης προς την αμμωνία.

Αντιδράσεις εξάλειψης

Αφυδάτωση

Η αφυδάτωση, η οποία στην πραγματικότητα περιλαμβάνει την αποβολή των μορίων του νερού, στην περίπτωση των αλκοολών διαφέρει από διαμοριακή αφυδάτωσηΚαι ενδομοριακή αφυδάτωση.

Στο διαμοριακή αφυδάτωση Στις αλκοόλες, ένα μόριο νερού σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της αφαίρεσης ενός ατόμου υδρογόνου από ένα μόριο αλκοόλης και μιας ομάδας υδροξυλίου από ένα άλλο μόριο.

Ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, σχηματίζονται ενώσεις που ανήκουν στην κατηγορία των αιθέρων (R-O-R):

Ενδομοριακή αφυδάτωση Η διαδικασία των αλκοολών συμβαίνει με τέτοιο τρόπο ώστε ένα μόριο νερού να χωρίζεται από ένα μόριο αλκοόλης. Αυτός ο τύπος αφυδάτωσης απαιτεί κάπως πιο αυστηρές συνθήκες, που συνίστανται στην ανάγκη χρήσης σημαντικά ισχυρότερης θέρμανσης σε σύγκριση με τη διαμοριακή αφυδάτωση. Στην περίπτωση αυτή, από ένα μόριο αλκοόλης σχηματίζεται ένα μόριο αλκενίου και ένα μόριο νερού:

Δεδομένου ότι το μόριο της μεθανόλης περιέχει μόνο ένα άτομο άνθρακα, η ενδομοριακή αφυδάτωση είναι αδύνατη γι 'αυτό. Όταν η μεθανόλη αφυδατωθεί, μπορεί να σχηματιστεί μόνο αιθέρας (CH3-O-CH3).

Είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε ξεκάθαρα το γεγονός ότι σε περίπτωση αφυδάτωσης ασύμμετρων αλκοολών, η ενδομοριακή αποβολή του νερού θα προχωρήσει σύμφωνα με τον κανόνα του Zaitsev, δηλ. Το υδρογόνο θα αφαιρεθεί από το λιγότερο υδρογονωμένο άτομο άνθρακα:

Αφυδρογόνωση αλκοολών

α) Η αφυδρογόνωση των πρωτοταγών αλκοολών όταν θερμαίνεται παρουσία μετάλλου χαλκού οδηγεί στο σχηματισμό αλδεΰδες:

β) Στην περίπτωση των δευτεροταγών αλκοολών, παρόμοιες συνθήκες θα οδηγήσουν στον σχηματισμό κετόνες:

γ) Οι τριτοταγείς αλκοόλες δεν εισέρχονται σε παρόμοια αντίδραση, δηλ. δεν υπόκεινται σε αφυδρογόνωση.

Αντιδράσεις οξείδωσης

Καύση

Οι αλκοόλες αντιδρούν εύκολα στην καύση. Αυτό δημιουργεί ένας μεγάλος αριθμός απόθερμότητα:

2CH 3 -OH + 3O 2 = 2CO 2 + 4H 2 O + Q

Ατελής οξείδωση

Η ατελής οξείδωση των πρωτοταγών αλκοολών μπορεί να οδηγήσει στο σχηματισμό αλδεΰδων και καρβοξυλικών οξέων.

Σε περίπτωση ατελούς οξείδωσης δευτεροταγών αλκοολών, μπορούν να σχηματιστούν μόνο κετόνες.

Η ατελής οξείδωση των αλκοολών είναι δυνατή όταν εκτίθενται σε διάφορους οξειδωτικούς παράγοντες, για παράδειγμα, οξυγόνο αέρα παρουσία καταλυτών (μεταλλικός χαλκός), υπερμαγγανικό κάλιο, διχρωμικό κάλιο κ.λπ.

Στην περίπτωση αυτή, οι αλδεΰδες μπορούν να ληφθούν από πρωτοταγείς αλκοόλες. Όπως μπορείτε να δείτε, η οξείδωση των αλκοολών σε αλδεΰδες οδηγεί ουσιαστικά στο ίδιο βιολογικά προϊόντα, ως αφυδρογόνωση:

Θα πρέπει να σημειωθεί ότι όταν χρησιμοποιούνται οξειδωτικά μέσα όπως το υπερμαγγανικό κάλιο και το διχρωμικό κάλιο σε όξινο περιβάλλον, είναι δυνατή η βαθύτερη οξείδωση των αλκοολών, δηλαδή στα καρβοξυλικά οξέα. Ειδικότερα, αυτό εκδηλώνεται όταν χρησιμοποιείται περίσσεια οξειδωτικού παράγοντα κατά τη θέρμανση. Οι δευτεροταγείς αλκοόλες μπορούν να οξειδωθούν σε κετόνες μόνο υπό αυτές τις συνθήκες.

ΠΕΡΙΟΡΙΣΜΕΝΕΣ ΠΟΛΥΑΘΙΚΕΣ ΑΛΚΟΟΛΕΣ

Αντικατάσταση ατόμων υδρογόνου ομάδων υδροξυλίου

Οι πολυϋδρικές αλκοόλες είναι ίδιες με τις μονοϋδρικές αντιδρούν με αλκάλια, μέταλλα αλκαλικών γαιών και αλουμίνιο (αφαιρείται από το φιλμΟ Αλ 2 Ο 3 ); Σε αυτήν την περίπτωση, ένας διαφορετικός αριθμός ατόμων υδρογόνου ομάδων υδροξυλίου στο μόριο αλκοόλης μπορεί να αντικατασταθεί:

2. Δεδομένου ότι τα μόρια των πολυϋδρικών αλκοολών περιέχουν πολλές υδροξυλομάδες, επηρεάζουν το ένα το άλλο λόγω αρνητικής επαγωγικής δράσης. Ειδικότερα, αυτό οδηγεί σε αποδυνάμωση Συνδέσεις O-Nκαι αύξηση των όξινων ιδιοτήτων των υδροξυλομάδων.

σι ΟΗ μεγαλύτερη οξύτητα των πολυυδρικών αλκοολών εκδηλώνεται στο γεγονός ότι οι πολυϋδρικές αλκοόλες, σε αντίθεση με τις μονοϋδρικές αλκοόλες, αντιδρούν με ορισμένα υδροξείδια βαριά μέταλλα. Για παράδειγμα, πρέπει να θυμάστε το γεγονός ότι το πρόσφατα καταβυθισμένο υδροξείδιο του χαλκού αντιδρά με πολυϋδρικές αλκοόλες για να σχηματίσει ένα φωτεινό μπλε διάλυμα της σύμπλοκης ένωσης.

Έτσι, η αλληλεπίδραση της γλυκερόλης με το πρόσφατα καταβυθισμένο υδροξείδιο του χαλκού οδηγεί στο σχηματισμό ενός φωτεινού μπλε διαλύματος γλυκερικού χαλκού:

Αυτή η αντίδραση είναι ποιότητα για πολυϋδρικές αλκοόλες.Για περνώντας από την Ενιαία Κρατική ΕξέτασηΑρκεί να γνωρίζουμε τα σημάδια αυτής της αντίδρασης, αλλά δεν είναι απαραίτητο να μπορούμε να γράψουμε την ίδια την εξίσωση αλληλεπίδρασης.

3. Ακριβώς όπως οι μονοϋδρικές αλκοόλες, οι πολυϋδρικές αλκοόλες μπορούν να εισέλθουν σε μια αντίδραση εστεροποίησης, δηλ. αντιδρώ με οργανικά και οξυγονούχα ανόργανα οξέαμε το σχηματισμό εστέρων. Αυτή η αντίδραση καταλύεται από ισχυρά ανόργανα οξέα και είναι αναστρέψιμη. Από αυτή την άποψη, κατά τη διεξαγωγή της αντίδρασης εστεροποίησης, ο προκύπτων εστέρας απομακρύνεται με απόσταξη από το μείγμα αντίδρασης προκειμένου να μετατοπιστεί η ισορροπία προς τα δεξιά σύμφωνα με την αρχή του Le Chatelier:

Εάν τα καρβοξυλικά οξέα με μεγάλο αριθμό ατόμων άνθρακα στη ρίζα υδρογονάνθρακα αντιδράσουν με τη γλυκερίνη, οι εστέρες που προκύπτουν ονομάζονται λίπη.

Στην περίπτωση της εστεροποίησης των αλκοολών με νιτρικό οξύ, χρησιμοποιείται το λεγόμενο μίγμα νιτροποίησης, το οποίο είναι ένα μείγμα συμπυκνωμένων νιτρικών και θειικών οξέων. Η αντίδραση πραγματοποιείται υπό συνεχή ψύξη:

Ένας εστέρας γλυκερίνης και νιτρικού οξέος, που ονομάζεται τρινιτρογλυκερίνη, είναι ένα εκρηκτικό. Επιπλέον, ένα διάλυμα 1% αυτής της ουσίας σε αλκοόλ έχει ισχυρή αγγειοδιασταλτική δράση, η οποία χρησιμοποιείται για ιατρικές ενδείξεις για την πρόληψη εγκεφαλικού ή καρδιακού επεισοδίου.

Αντικατάσταση υδροξυλομάδων

Αντιδράσεις αυτού του τύπου προχωρούν μέσω του μηχανισμού της πυρηνόφιλης υποκατάστασης. Οι αλληλεπιδράσεις αυτού του είδους περιλαμβάνουν την αντίδραση γλυκόλων με υδραλογονίδια.

Για παράδειγμα, η αντίδραση της αιθυλενογλυκόλης με το υδροβρώμιο προχωρά με τη διαδοχική αντικατάσταση ομάδων υδροξυλίου με άτομα αλογόνου:

Χημικές ιδιότητες των φαινολών

Όπως αναφέρθηκε στην αρχή αυτού του κεφαλαίου, οι χημικές ιδιότητες των φαινολών διαφέρουν σημαντικά από τις χημικές ιδιότητες των αλκοολών. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι ένα από τα μόνα ζεύγη ηλεκτρονίων του ατόμου οξυγόνου στην ομάδα υδροξυλίου είναι συζευγμένο με το π-σύστημα συζευγμένων δεσμών του αρωματικού δακτυλίου.

Αντιδράσεις που περιλαμβάνουν την ομάδα υδροξυλίου

Ιδιότητες οξέος

Οι φαινόλες είναι ισχυρότερα οξέα από τις αλκοόλες και διασπώνται σε πολύ μικρό βαθμό σε υδατικό διάλυμα:

σι ΟΗ μεγαλύτερη οξύτητα των φαινολών σε σύγκριση με τις αλκοόλες ως προς τις χημικές ιδιότητες εκφράζεται στο γεγονός ότι οι φαινόλες, σε αντίθεση με τις αλκοόλες, είναι σε θέση να αντιδρούν με τα αλκάλια:

Ωστόσο, οι όξινες ιδιότητες της φαινόλης είναι λιγότερο έντονες ακόμη και από ένα από τα πιο αδύναμα ανόργανα οξέα - το ανθρακικό οξύ. Έτσι, ειδικότερα, το διοξείδιο του άνθρακα, όταν το διέρχεται από ένα υδατικό διάλυμα φαινολικών αλκαλικών μετάλλων, εκτοπίζει την ελεύθερη φαινόλη από την τελευταία ως οξύ ακόμη πιο ασθενές από το ανθρακικό οξύ:

Προφανώς, οποιοδήποτε άλλο ισχυρότερο οξύ θα εκτοπίσει επίσης τη φαινόλη από τις φαινολικές ενώσεις:

3) Οι φαινόλες είναι ισχυρότερα οξέα από τις αλκοόλες και οι αλκοόλες αντιδρούν με μέταλλα αλκαλίων και αλκαλικών γαιών. Από αυτή την άποψη, είναι προφανές ότι οι φαινόλες θα αντιδράσουν με αυτά τα μέταλλα. Το μόνο πράγμα είναι ότι, σε αντίθεση με τις αλκοόλες, η αντίδραση των φαινολών με τα ενεργά μέταλλα απαιτεί θέρμανση, καθώς τόσο οι φαινόλες όσο και τα μέταλλα είναι στερεά:

Αντιδράσεις υποκατάστασης στον αρωματικό δακτύλιο

Η ομάδα υδροξυλίου είναι ένας υποκαταστάτης του πρώτου είδους, πράγμα που σημαίνει ότι διευκολύνει την εμφάνιση αντιδράσεων υποκατάστασης σε ορθο-Και ζεύγος-θέσεις σε σχέση με τον εαυτό του. Οι αντιδράσεις με τη φαινόλη συμβαίνουν κάτω από πολύ πιο ήπιες συνθήκες σε σύγκριση με το βενζόλιο.

Αλογόνωση

Η αντίδραση με βρώμιο δεν απαιτεί ειδικές συνθήκες. Όταν το βρωμιούχο νερό αναμιγνύεται με ένα διάλυμα φαινόλης, σχηματίζεται αμέσως ένα λευκό ίζημα 2,4,6-τριβρωμοφαινόλης:

Περιέχων άζωτον

Όταν η φαινόλη εκτίθεται σε ένα μείγμα συμπυκνωμένων νιτρικών και θειικών οξέων (μίγμα νιτροποίησης), σχηματίζεται 2,4,6-τρινιτροφαινόλη - κρυσταλλική εκρηκτικός κίτρινο χρώμα:

Αντιδράσεις προσθήκης

Δεδομένου ότι οι φαινόλες είναι ακόρεστες ενώσεις, μπορούν να υδρογονωθούν παρουσία καταλυτών στις αντίστοιχες αλκοόλες.

Ενυδάτωση αλκενίωνΗ πιο σημαντική βιομηχανική αξία είναι η ενυδάτωση των ολεφινών. Η προσθήκη νερού στις ολεφίνες μπορεί να πραγματοποιηθεί παρουσία θειικού οξέος - ενυδάτωση θειικού οξέοςή περνώντας ένα μείγμα ολεφίνης με ατμό πάνω από έναν φωσφορικό καταλύτη H3P04 σε αργιλοπυριτικό...
(ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ)

(ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ)

Οξείδωση αλκοολών

Όταν καίγονται οι αλκοόλες, σχηματίζεται διοξείδιο του άνθρακα και νερό: Κάτω από τη δράση συμβατικών οξειδωτικών παραγόντων - μίγμα χρωμίου, υπερμαγγατικό κάλιο, το άτομο άνθρακα στο οποίο βρίσκεται η ομάδα υδροξυλίου υπόκειται κυρίως σε οξείδωση. ΠρωταρχικόςΟι αλκοόλες παράγουν αλδεΰδες κατά την οξείδωση, οι οποίες μετατρέπουν εύκολα...
(ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ)

Οξείδωση αιθυλικής αλκοόλης σε οξικό οξύ.

Η αιθυλική αλκοόλη οξειδώνεται σε οξικό οξύ υπό την επίδραση βακτηρίων οξικού οξέος των γενών Gluconobacter και Acetobacter. Αυτοί είναι gram-αρνητικοί, χημειοοργανοετεροτροφικοί, μη σχηματιζόμενοι σπόροι, ραβδοειδείς οργανισμοί, κινητικοί ή ακίνητοι. Τα βακτήρια οξικού οξέος αυτών των γενών διαφέρουν μεταξύ τους σε...
(ΒΑΣΕΙΣ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΑΣ)

Καταλυτική αφυδρογόνωση αλκοολών

Ο μετασχηματισμός των αλκοολών σε αλδεΰδες και κετόνες μπορεί επίσης να πραγματοποιηθεί με αφυδρογόνωση - περνώντας ατμούς αλκοόλης πάνω από θερμαινόμενο καταλύτη - χαλκό ή άργυρο στους 300 ° C: Η αλληλεπίδραση αλκοολών με οργανομαγνήσιες ενώσεις (αντιδραστήρια Grignard) οδηγεί στο σχηματισμό κορεσμένων υδρογονανθράκων : Αυτό...
(ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ)

Αλκοόλ και προϊόντα που περιέχουν αλκοόλ

Τα προϊόντα που υπόκεινται σε ειδικούς φόρους κατανάλωσης περιλαμβάνουν μόνο την αιθυλική αλκοόλη (ακατέργαστη και ανακαθαρισμένη αλκοόλη), ανεξάρτητα από το είδος της πρώτης ύλης από την οποία παράγεται (τρόφιμα ή μη). Η βιομηχανική αλκοόλη (όχι η αιθυλική αλκοόλη) δεν είναι προϊόν ειδικού φόρου κατανάλωσης· λαμβάνεται από ξύλο ή προϊόντα πετρελαίου. Για την παραγωγή ειδικού φόρου κατανάλωσης...
(Φορολογία εμπορικών δραστηριοτήτων)

Ο γενικά αποδεκτός μηχανισμός αφυδάτωσης των αλκοολών είναι ο ακόλουθος (για λόγους απλότητας, η αιθυλική αλκοόλη λαμβάνεται ως παράδειγμα):

Η αλκοόλη προσθέτει ένα στάδιο ιόντος υδρογόνου (1) για να σχηματίσει μια πρωτονιωμένη αλκοόλη, η οποία διασπά το στάδιο (2), δίνοντας ένα μόριο νερού και ένα ιόν άνθρακα. τότε το στάδιο ιόντος ανθρακικού (3) χάνει ένα ιόν υδρογόνου και σχηματίζεται ένα αλκένιο.

Έτσι, ο διπλός δεσμός σχηματίζεται σε δύο στάδια: την απώλεια της ομάδας υδροξυλίου ως [βήμα (2)] και την απώλεια υδρογόνου (στάδιο (3)). Αυτή είναι η διαφορά μεταξύ αυτής της αντίδρασης και της αντίδρασης αφυδροαλογόνωσης, όπου η αποβολή υδρογόνου και αλογόνου συμβαίνει ταυτόχρονα.

Το πρώτο στάδιο αντιπροσωπεύει την οξεοβασική ισορροπία Bronsted-Lowry (Ενότητα 1.19). Όταν, για παράδειγμα, το θειικό οξύ διαλύεται σε νερό, εμφανίζεται η ακόλουθη αντίδραση:

Ένα ιόν υδρογόνου μετακινείται από μια πολύ αδύναμη βάση σε μια ισχυρότερη βάση για να σχηματίσει ένα ιόν οξωνίου.Οι βασικές ιδιότητες και των δύο ενώσεων οφείλονται, φυσικά, στο μοναχικό ζεύγος ηλεκτρονίων που μπορεί να δεσμεύσει το ιόν υδρογόνου. Το αλκοόλ περιέχει επίσης ένα άτομο οξυγόνου με ένα μόνο ζεύγος ηλεκτρονίων και η βασικότητά του είναι συγκρίσιμη με αυτή του νερού. Το πρώτο στάδιο του προτεινόμενου μηχανισμού μπορεί πιθανότατα να αναπαρασταθεί ως εξής:

Το ιόν υδρογόνου μετακινείται από το όξινο θειικό ιόν στην ισχυρότερη βάση (αιθυλική αλκοόλη) για να σχηματίσει το υποκατεστημένο ιόν οξωνίου της πρωτονιωμένης αλκοόλης.

Ομοίως, το βήμα (3) δεν είναι η αποβολή ενός ελεύθερου ιόντος υδρογόνου, αλλά η μετάβασή του στην ισχυρότερη διαθέσιμη βάση, δηλαδή

Για ευκολία, αυτή η διαδικασία συχνά απεικονίζεται ως η προσθήκη ή η εξάλειψη ενός ιόντος υδρογόνου, αλλά θα πρέπει να γίνει κατανοητό ότι σε όλες τις περιπτώσεις αυτό που συμβαίνει στην πραγματικότητα είναι η μεταφορά ενός πρωτονίου από τη μια βάση στην άλλη.

Και οι τρεις αντιδράσεις δίνονται ως αντιδράσεις ισορροπίας, καθώς κάθε στάδιο είναι αναστρέψιμο. όπως θα φανεί παρακάτω, η αντίστροφη αντίδραση είναι ο σχηματισμός αλκοολών από αλκένια (Ενότητα 6.10). Η ισορροπία (1) μετατοπίζεται πολύ προς τα δεξιά. Είναι γνωστό ότι το θειικό οξύ ιονίζεται σχεδόν πλήρως σε διάλυμα αλκοόλης. Δεδομένου ότι η συγκέντρωση των ιόντων άνθρακα που υπάρχουν σε κάθε στιγμή είναι πολύ μικρή, η ισορροπία (2) μετατοπίζεται πολύ προς τα αριστερά. Σε κάποιο σημείο, ένα από αυτά τα λίγα ιόντα άνθρακα αντιδρά σύμφωνα με την εξίσωση (3) για να σχηματίσει ένα αλκένιο. Κατά την αφυδάτωση, το πτητικό αλκένιο συνήθως απομακρύνεται με απόσταξη από το μίγμα της αντίδρασης και έτσι η ισορροπία (3) μετατοπίζεται προς τα δεξιά. Ως αποτέλεσμα, η όλη αντίδραση τελειώνει.

Το ιόν άνθρακα σχηματίζεται από τη διάσταση μιας πρωτονιωμένης αλκοόλης. σε αυτή την περίπτωση το φορτισμένο σωματίδιο διαχωρίζεται από

ουδέτερο σωματίδιο Προφανώς, αυτή η διαδικασία απαιτεί σημαντικά λιγότερη ενέργεια από τον σχηματισμό ενός ιόντος ανθρακικού από την ίδια την αλκοόλη, αφού σε αυτή την περίπτωση είναι απαραίτητο να διαχωριστεί το θετικό σωματίδιο από το αρνητικό. Στην πρώτη περίπτωση, μια ασθενής βάση (νερό) αποκόπτεται από ένα ιόν ανθρακικού (οξύ Lewis) πολύ πιο εύκολα από μια πολύ ισχυρή βάση, το ιόν υδροξυλίου, δηλαδή το νερό είναι μια καλύτερη αποχωρούσα ομάδα από το ιόν υδροξυλίου. Έχει αποδειχθεί ότι το ιόν υδροξυλίου δεν αποκόπτεται σχεδόν ποτέ από την αλκοόλη. Οι αντιδράσεις διάσπασης δεσμού στην αλκοόλη σχεδόν σε όλες τις περιπτώσεις απαιτούν έναν όξινο καταλύτη, ο ρόλος του οποίου, όπως και στην παρούσα περίπτωση, είναι να πρωτονιώσει την αλκοόλη.

Τέλος, θα πρέπει να γίνει κατανοητό ότι η διάσταση της πρωτονιωμένης αλκοόλης είναι δυνατή μόνο λόγω της διάλυσης του ιόντος ανθρακικού (βλ. Ενότητα 5.14). Η ενέργεια για τη διάσπαση του δεσμού άνθρακα-οξυγόνου λαμβάνεται από το σχηματισμό μεγάλου αριθμού δεσμών ιόντων-διπόλων μεταξύ του ιόντος άνθρακα και του πολικού διαλύτη.

Το ιόν άνθρακα μπορεί να υποστεί διάφορες αντιδράσεις. ποιο συμβαίνει εξαρτάται από τις πειραματικές συνθήκες. Όλες οι αντιδράσεις ιόντων ανθρακίου τελειώνουν με τον ίδιο τρόπο: αποκτούν ένα ζεύγος ηλεκτρονίων για να γεμίσουν την οκτάδα ενός θετικά φορτισμένου ατόμου άνθρακα. Σε αυτή την περίπτωση, ένα ιόν υδρογόνου διασπάται από ένα άτομο άνθρακα που βρίσκεται δίπλα σε ένα θετικά φορτισμένο άτομο άνθρακα χωρίς ηλεκτρόνια. Ένα ζεύγος ηλεκτρονίων που προηγουμένως συνδέθηκε με αυτό το υδρογόνο μπορεί τώρα να σχηματίσει έναν -δεσμό

Αυτός ο μηχανισμός εξηγεί την όξινη κατάλυση κατά την αφυδάτωση. Εξηγεί αυτός ο μηχανισμός και το γεγονός ότι η ευκολία αφυδάτωσης των αλκοολών μειώνεται στην τριτογενή-δευτερογενή-πρωτογενή σειρά; Πριν απαντήσετε σε αυτήν την ερώτηση, είναι απαραίτητο να μάθετε πώς αλλάζει η σταθερότητα των ιόντων άνθρακα.