Химические свойства простых циклических эфиров на примере этилоксирана

Общее понятие и изучение номенклатуры циклических эфиров как химических соединений содержащих один атом кислорода. Описание строения и физических свойств этилоксирана, его реакционная способность. Присоединение спиртов и химические свойства эфиров.

Рубрика Химия
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 27.04.2015
Размер файла 588,4 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

19

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«Тверской государственный технический университет»

(ФГБОУ ВПО„ТвГТУ?)

Кафедра ТПМ

Реферат

по дисциплине «Органическая химия»

на тему:

Химические свойства простых циклических эфиров на примере этилоксирана

Тверь 2014

Содержание

Введение

1. Общие понятия о циклических эфирах

1.1Номенклатура

2. Этилоксиран

2.1 Строение

2.2 Реакционная способность

2.3 Физические свойства

2.4 Способы получения

3. Химические свойства

3.1 Присоединение воды и спиртов

3.2 Присоединение карбоновых кислот и их производных

3.3 Присоединение аммиака и аминов

3.4 Присоединение галогеноводородов

3.5 Присоединение металлорганических соединений

3.6 Прочие реакции присоединения

3.7 Реакция изомеризации

3.8 Реакции восстановления

3.9 Реакции окисления

3.11 Реакции полимеризации

3.12 Термическое разложение

4. Прочие реакции

5. Применение

6. Качественные реакции

7 Физиологическое воздействие

Заключение

Список использованных источников

Введение

Органическая химия является одной из наиболее развивающихся дисциплин, которая оказывает влияние на все стороны жизни человека. Достижения органической химии существенно изменили многие области, в которых они применяется.

Предметом изучения органической химии являются углеводороды и их производные, в состав которых могут входить почти все элементы таблицы Менделеева. Как самостоятельная наука органическая химия cформилась в начале 19 века, когда из объектов живой природы было выделено много органических соединений, а также синтетическим путем были получены муравьиная кислота, щавелевая кислота, мочевина. Отделение органической химии от неорганической вызвано следующими причинами:

- Органические соединения очень многочисленны. В настоящее время выделено более 9 млн. органических соединений, в то время как неорганических соединений известно, лишь около 700 тысяч.

- Они обладают такими особенностями свойств, как низкие температуры плавления и кипения, легкая воспламеняемость и летучесть, плохая тепло- и электропроводность.

- Органические соединения имеют более сложное строение молекул по сравнению с неорганическими, они связаны с живой природой и принадлежат к более высокоорганизованной материи.

Основной задачей органической химии ранее являлось изучение свойств соединений, выделяемых и из продуктов жизнедеятельности живых организмов, сейчас ее главное направление - это разработка высокоселективных синтетических методов получения веществ с заданными свойствами.

1. Общие понятия о циклических эфирах

Оксиранами (эпоксиды) - называют трехчленные циклические соединения, содержащие один атом кислорода в цикле. Оксираны обладают высокой реакционной способностью в реакциях раскрытия трехчленного цикла под действием различных нуклеофильных агентов.

1.1Номенклатура

Циклические эфиры называют обычно как гетероциклические соединения; насыщенные кислородосодержащие гетероциклы называются оксиран (трехчленный), оксолан (пятичленный), оксан и диоксан (шестичленные с 1 или 2 атомами кислорода соответственно). Оксолан чаще называют тетрагидрофураном как производное ненасыщенного аналога-фурана. Для оксирана прочно сохраняется неноменклатурное название «этиленоксид».

Оксираны часто называют эпоксидами, хотя надо помнить, что префикс эпокси- означает атом кислорода, связанный с двумя любыми атомами углерода в циклической системе (необязательно соседними).

2. Этилоксиран

Этилоксиран органическое вещество, имеющее формулу C2H4O. Этот бесцветный газ со сладковатым запахом является производным этилена и представляет собой простейший эпоксид -- трёхчленный гетероцикл с одним атомом кислорода и двумя метиленовыми группами.

Вещество является чрезвычайно огне- и взрывоопасным. Окись этилена обладает дезинфицирующими свойствами, а также является сильным ядом для человека, проявляя канцерогенное, мутагенное, раздражающее и наркотическое действие.

Окись этилена является одним из важных объектов основного органического синтеза и широко используется для получения многих химических веществ и полупродуктов, в частности этиленгликолей, этаноламинов, простых и сложных гликолевых и полигликолевых эфиров и прочих соединений.

2.1 Строение

Эпоксидный цикл окиси этилена представляет собой практически правильный треугольник с валентными углами около 60° и значительным угловым напряжением, для сравнения в спиртах угол C-O-H составляет около 110°, в простых эфирах угол C-O-С: 120°. Величина этого напряжения оценивается энергией в 105 кДж/моль.

2.2 Реакционная способность

Благодаря угловому напряжению трехчленного цикла эпоксиды гораздо более реакционноспособны по сравнению с ациклическими и ненапряженными циклическими простыми эфирами. Наиболее характерными и имеющими наибольшее значение в химии эпоксидов являются реакции с нуклеофилами с раскрытием цикла.

Под действием нуклеофилов раскрытие цикла происходит по механизму бимолекулярного нуклеофильного замещения SN2, при этом, в случае наличия в эпоксидном кольце алкильных или арильных заместителей, атака нуклеофила направляется на наименее замещенный атом углерода, реакция идет стереоспецифично с сохранением конфигурации

2.3 Физические свойства

Окись этилена -- бесцветный газ (при 25 °C) или подвижная жидкость (при 0 °C) с характерным эфирным сладковатым запахом, ощутимым при концентрации в воздухе свыше 500 частей на миллион. Хорошо растворима в воде, спирте, эфире и многих других органических растворителях. Температура кипения: 10,7 °C; температура плавления: ?111,3 °C; плотность жидкой окиси этилена при температуре 10 °C относительно воды при той же температуре: 0,8824. Основные термодинамические характеристики:

2.4 Способы получения

Этиленоксид был открыт в 1859 году французским химиком-органиком Шарлем Адольфом Вюрцем действием гидроксида калия на 2-хлорэтанол:

Удобным и одним из старейших препаративных методов получения окиси этилена является действие щёлочи на хлорэтилацетат:

3. Химические свойства

Благодаря особенностям молекулярной структуры, окись этилена является весьма реакционноспособным соединением и легко вступает в реакции с различными соединениями с разрывом C-O связи и раскрытием цикла. Для соединения наиболее характерны реакции с нуклеофилами, проходящие по механизму SN2 как в кислой (слабые нуклеофилы: вода, спирты), так и щелочной среде (сильные нуклеофилы: OH?, RO?, NH3, RNH2, RR'NH и пр.).

Общий вид реакций:

3.1 Присоединение воды и спиртов

Водные растворы окиси этилена довольно устойчивы и могут длительное время существовать без заметного протекания химической реакции, однако добавление небольшого количества кислоты сразу же приводит к образованию этиленгликоля даже при комнатной температуре:

Реакцию можно проводить и в газовой фазе, используя в качестве катализатора соли фосфорной кислоты.

Использование щелочных катализаторов может привести к образованию полиэтиленгликоля:

Аналогично протекает реакция со спиртами, в результате чего образуются эфиры:

3.2 Присоединение карбоновых кислот и их производных

При взаимодействии окиси этилена в присутствии катализаторов с карбоновыми кислотами получаются неполные, а с ангидридами кислот -- полные эфиры гликолей:

По аналогии возможно и присоединение амидов кислот:

3.3 Присоединение аммиака и аминов

Окись этилена вступает в реакцию с аммиаком, образуя смесь моно-, ди- и триэтаноламина:

Аналогично может протекать реакция и с первичными и вторичными аминами:

3.4 Присоединение галогеноводородов

Окись этилена легко реагирует с водными растворами галогеноводородов HCl, HBr и HI с образованием галогенгидринов:

Галогенгидрины также можно получить, пропуская окись этилена через водные растворы галогенидов металлов:

3.5 Присоединение металлорганических соединений

Взаимодействие окиси этилена с магнийорганическими соединениями (реактивами Гриньяра) можно рассматривать как нуклеофильное замещение под действием карбаниона металлоорганического соединения. Конечным продуктом реакции будет первичный спирт:

Помимо реактивов Гриньяра по аналогичной схеме присоединяются и другие металлорганические соединения, например, алкиллитий:

3.6 Прочие реакции присоединения

Этиленоксид легко вступает в реакцию с цианистым водородом с образованием этиленциангидрина:

Взаимодействуя с сероводородом, окись этилена образует 2-меркаптоэтанол и тиодигликоль, с алкилмеркаптанами получается 2-алкилмеркаптоэтанол:

Реакция окиси этилена с азотной кислотой приводит к моно- и динитрогликолю:

Окись этилена вступает в реакцию Фриделя -- Крафтса с бензолом с образованием фенилэтилового спирта:

3.7 Реакция изомеризации

При нагревании окиси этилена при температуре около 400 °C или 150--300 °C в присутствии катализаторов (Al2O3, H3PO4 и пр.) происходит изомеризация в ацетальдегид:

Радикальный механизм, предложенный Бенсоном для объяснения реакции, происходящей в газовой фазе, включает в себя следующие стадии

3.8 Реакции восстановления

Окись этилена может быть подвергнута гидрированию с образованием этилового спирта в присутствии катализатора:

В качестве катализаторов прямого гидрирования могут выступать никель, платина и палладий. Также в качестве агентов гидрирования возможно использование алюмогидрида лития, боранов и некоторых других гидридов.

Окись этилена может также восстанавливаться водородом в момент выделения (реакция цинковой пыли с уксусной кислотой) до этилена (выход до 70 %):

3.9 Реакции окисления

Окись этилена может быть окислена в зависимости от условий до гликолевой кислоты или до диоксида углерода:

3.10 Реакции димеризации

В присутствии кислотных катализаторов можно провести димеризацию окиси этилена с образованием диоксана:

3.11 Реакции полимеризации

Жидкая окись этилена под действием различных факторов может образовывать полиэтиленгликоли. Процесс полимеризации может иметь как радикальный, так и ионный механизм, но в практическом плане только последний имеет широкое использование.

Катионная полимеризация окиси этилена протекает под действием протонных кислот (HClO4, HCl), кислот Льюиса (SnCl4, BF3 и пр.), металлорганических соединений или более сложных, многокомпонентных составов:

3.12 Термическое разложение

Окись этилена термически устойчивое соединение -- в отсутствие катализаторов до 300 °C она не подвергается деструкции и только после 570 °C начинается заметный процесс экзотермического разложения, протекающий по радикальному механизму. На первом этапе происходит изомеризация, однако с увеличением температуры радикальный процесс ускоряется и в качестве продуктов реакции получается газовая смесь, содержащая помимо ацетальдегида: этан, этилен, метан, водород, оксид углерода (II), кетен, формальдегид.

Высокотемпературный пиролиз (830--1200 К) при повышенном давлении в инертной среде приводит к более сложному составу газовой смеси, в котором дополнительно обнаруживаются ацетилен и пропан.

Инициация цепи, в отличие от реакции изомеризации, происходит в основном следующим образом:

4. Прочие реакции

Пентахлорид фосфора, взаимодействуя с окисью этилена, образует дихлорэтан:

Трихлорид фосфора с окисью этилена образует хлорэтиловые эфиры фосфористой кислоты:

Продуктом реакции оксида этилена с хлорангидридами карбоновых кислот в присутствии иодида натрия является сложный йодэтильный эфир:

Реакция окиси этилена с формальдегидом в присутствии катализатора при температуре 80--150 °C приводит к образованию 1,3-диоксолана:

5. Применение

Основным направлением использования окиси этилена является получение этиленгликолей: до 75 % всего глобального потребления. Среди других ключевых производных можно выделить этоксилаты, этаноламины, простые и сложные эфиры этиленгликоля, полиэтиленгликоль.

Основные направления использования окиси этилена:

· этиленгликоли -- используются в качестве антифризов, в производстве полиэстера, полиэтилентерефталата (ПЭТ -- сырьё для пластиковых бутылок), агентов для осушения газов, жидких теплоносителей, растворителей и пр.;

· полиэтиленгликоли -- используются в производстве парфюмерии и косметики, фармацевтических препаратов, лубрикантов, растворителей для красок и пластификаторов;

· эфиры этиленгликоля -- входят в состав тормозных жидкостей, моющих средств, растворителей лаков и красок;

· этаноламины -- применяются в производстве мыла и моющих средств, очистки природного газа и аппретирования тканей;

· этоксилаты -- используют в производстве моющих средств, в качестве сурфактантов, эмульгаторов и диспергаторов.

Производство этиленгликоля

В промышленности этиленгликоль получают некаталитической гидратацией окиси этилена при температуре до 200 °C и давлении 1,5--2 Мпа:

6. Качественные реакции

Простейшей качественной реакцией может служить свойство окиси этилена осаждать нерастворимые гидроксиды металлов при его пропускании через водные растворы солей, например:

По аналогии, пропуская воздух через водный раствор некоторых солей натрия или калия (хлориды, иодиды, тиосульфаты и др.) с добавлением фенолфталеина, окись этилена обнаруживается по появлению ярко-розовой окраски индикатора:

7. Физиологическое воздействие

Окись этилена -- алкилирующий агент; обладает раздражающим, сенсибилизирующим и наркотическим действием.

При концентрациях в воздухе около 200 частей на миллион оказывает раздражающий эффект на слизистые оболочки носа и горла; более высокое содержание вызывает поражение трахеи и бронхов, а также частичный коллапс лёгких. Высокие концентрации могут вызвать отёк лёгких и поражение сердечно-сосудистой системы, при этом поражающий эффект окиси этилена может проявиться только спустя 72 часов с момента отравления.

Этиленоксид вызывает острое отравление, сопровождающееся следующими симптомами: лёгкое сердцебиение, подёргивание мышц, покраснение лица, головные боли, нистагм, понижение слуха и ацидоз, рвота, головокружение, кратковременная потеря сознания, сладкий привкус во рту. При острой интоксикации: сильная пульсирующая головная боль, головокружение, неуверенность при ходьбе, затруднение речи, расстройство сна, боль в ногах, вялость, скованность, потливость, повышенная мышечная возбудимость, преходящий спазм сосудов сетчатки, увеличение печени и нарушение её антитоксической функции.

Этиленоксид обладает сильной резорбционной способностью, легко проникая через одежду и обувь, вызывая раздражение кожи, дерматит с образованием пузырей, повышением температуры и лейкоцитозом.

Заключение

Оксид этилена является одним из крупнейших по объёму органических полупродуктов мирового химического производства, уступая лишь этилену, пропилену ,этанолу, бензолу, метанолу,терефталевой кислоте,винилхлориду и т.д.

Производство окиси этилена является вторым после полиэтилена по значимости направлением использования этилена как важнейшего химического сырья и составляет 14,6 % его мирового потребления.

Мировое производство окиси этилена в 2008 году составило около 19 млн тонн (в 2007 году -- 18 млн тонн), что составляет 90 % всех мировых производственных мощностей.

эфир спирт атом кислород этилоксиран

Список использованных источников

1. Голушкова, Е.Б. Химия органических соединений: Учебное пособие. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2009. - 113 с.

2. Тюкавкина, Н.А. Органическая химия: Учеб. для ВУЗов. В 2-х т. Т.1 - М.: Дрофа, 2008. - 638 с.: ил.

3. Несмеянов, А.Н., Несмеянов, Н.А. - Начала органической химии. Книга 1- М.: Химия, 1970. - 821 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Понятие простых эфиров, их сущность и особенности, общая формула, характеристика и химические свойства, образование названий. Отличительные черты циклических эфиров, причины их распространения и сферы использования. Представления и межфазном катализе.

    реферат [94,8 K], добавлен 04.02.2009

  • Основные классы органических кислородосодержащих соединений. Методы получения простых эфиров. Межмолекулярная дегидратация спиртов. Синтез простых эфиров по Вильямсону. Получение симметричных простых эфиров из неразветвленных первичных спиртов.

    презентация [273,9 K], добавлен 24.01.2014

  • Общее определение сложных эфиров алифатичеких карбоновых кислот. Физические и химические свойства. Методы получения сложных эфиров. Реакция этерификации и ее стадии. Особенности применения. Токсическое действие. Ацилирование спиртов галогенангидридами.

    реферат [441,9 K], добавлен 22.05.2016

  • Межмолекулярная дегидратацией спиртов. Синтез эфиров по реакции Вильямсона. Присоединение спиртов к алкенам. Синтез эфиров сольватомеркурированием - демеркурированием алкенов. Присоединение спиртов к алкинам. Триметилсилиловые эфиры. Силилирование.

    реферат [156,5 K], добавлен 04.02.2009

  • Типы спиртов в зависимости от строения радикалов, связанных с атомом кислорода. Радикально-функциональная номенклатура спиртов, их структурная изомерия и свойства. Синтез простых эфиров, реакция Вильямсона. Дегидратация спиртов, получение алкенов.

    презентация [870,1 K], добавлен 02.08.2015

  • Способы получения, физические свойства, биологическое значение и методы синтеза простых эфиров. Примеры сложных эфиров, их химические и физические свойства. Методы получения: этерия, взаимодействие ангидридов со спиртами или солей с алкилгалогенидами.

    презентация [405,8 K], добавлен 06.10.2015

  • История открытия производных карбоновых кислот, в которых атом водорода карбоксильной группы замещен на углеводородный радикал. Номенклатура и изомерия, классификация и состав сложных эфиров. Их физические и химические свойства, способы получения.

    презентация [1,6 M], добавлен 14.09.2014

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.