醇,有机化合物的一大类,是脂肪烃、脂环烃或芳香烃侧链中的氢原子被羟基取代而成的化合物。一般所指的醇,羟基是与一个饱和的,sp3杂化的碳原子相连。若羟基与苯环相连,则是酚;若羟基与sp2杂化的烯类碳相连,则是烯醇。酚与烯醇与一般的醇性质上有较大差异。
分类醇可以根据分子中所含羟基的数目来分类。含一个羟基的称为一元醇,含两个羟基的称为二元醇,二元以上的醇统称为多元醇。醇也可以根据羟基所连接碳原子的级来分类,羟基连在一级碳原子的醇成为一级醇,也称为伯醇;羟基连在二级碳原子上的醇称为二级醇或仲醇,羟基连在三级碳原子上的醇称为三级醇或叔醇。[1]
羟基与不饱和碳原子相连,如RCH=CHOH,称为烯醇,这种醇很不稳定,很容易异构化为醛、酮。
折叠编辑本段物理性质低级的一元饱和醇为无色中性液体,具有特殊的气味和辛辣味道。水与醇均具有羟基,彼此可以形成氢键,根据相似相溶的原则,甲醇、乙醇和丙醇可与水以任意比例混溶,4~11个碳的醇为油状液体,仅可部分地溶于水;gaoji醇为无臭、无味的固体,不溶于水。随着相对分子质量的增大,烷基对整个分子的影响也越来越大,从而使gaoji醇的物理性质与烷烃近似。一元饱和醇的密度虽比相应的烷烃大,但仍比水轻。醇的沸点随相对分子质量的增大而升高,在同系列中,少于10个碳原子的相邻两个醇的沸点差为18~20℃,高于10个碳原子者,沸点差较小。支链醇的沸点总比相同碳原子数的直链醇低,如下表所示。
折叠醇的工业生产在工业生产上,除甲醇外,多数常用的简单饱和一元醇是由烯烃做原料生产的,但在石油工业尚未兴起之前,有些醇是靠发酵的方法生产的。
1.甲醇
最早是用木材干馏法生产甲醇,故甲醇也叫木醇,1920年以后逐渐停止使用这个方法。几乎所有的甲醇均用合成气( synthesis gas)--一氧化碳和氢气--催化转化生产,即
CO+2H2--ZnO/Cr2O3,400℃,20~30MPa-->CH3OH ΔH=-92KJ/mol
这是一个放热反应,几乎可以得到定量的纯甲醇。近20年来用活化的氧化铜做催化剂,可在250℃,5~10MPa条件下进行反应,比上述条件更经济。
甲醇是可燃的无色液体,可与有机溶剂完全混溶。从水中分馏甲醇,纯度可以达到99%左右,要除去其中近1%的水,可加入适量的镁,甲醇和镁反应,生成甲醇镁,它和水反应生成不溶的氧化镁和甲醇,经蒸馏得无水甲醇(99.9%以上)。
即便小量的甲醇对有机体也是有毒的,甚至会造成严重的yongjiu性损伤,例如失明。含有甲醇的酒精称为变性酒精。饮用这种酒精有致盲的危险。在酒精中加入甲醇为的是防止奸商利用便宜的工业酒精勾兑假酒。
甲醇有多种用途,主要用于制备甲醛,做溶剂及甲基化试剂;另外,也可混入汽油中或单独用做汽车或喷气式飞机的燃料。
2.乙醇
工业上大量生产乙醇是用石油裂解气(petroleum pyrolysis gas)中的乙烯做原料。一种方法是把乙烯在100℃吸收于浓硫酸中,然后水解。此法优点是乙醇产率高,但要用大量硫酸,对设备有强烈的腐蚀作用,还存在对废酸的回收利用问题。
另一种方法在烯烃酸催化下加水时,用磷酸做催化剂,在300℃和7MPa压力下,把水蒸气通人乙烯中,此法步骤简单,没有硫酸腐蚀及废酸的回收利用问题,但需用高浓度的乙烯,且在高压下操作,生产设备要求很高,且一次转化成乙醇的量很少,要反复循环,消耗能量较大。
上述两法,成本差别不是很大,由于乙烯可大量地从石油加工得到,受到各国重视。
生产乙醇的第三种方法叫做发酵法(fermentation method),这是与上述方法完全不同的,是通过微生物进行的一种生物化学方法。饮用的酒就是用这种方法生产的。中国的乙醇发酵是用干薯、马铃薯及其它含淀粉的物质做主要原料,这些原料先和黑曲霉作用进行糖化,即把淀粉转变成单糖,然后,加入培养的酵母发酵,把糖变为酒和二氧化碳。二氧化碳是副产品,产率均为95%,可将之降温,压缩装入钢瓶中,并成为固体,叫做干冰,在常压下即成为二氧化碳气体。在酵母的作用下把糖变为酒是一个很复杂的过程,对这个过程已经有了很清楚的了解,它是许多专一反应共同作用的结果,不过各专一反应都是由特殊作用的酶进行的。从酵母复合酶中已分离出12种酶。酶是一种专一而又活性极高的有机催化剂。在制酒的发酵过程中,还产生少量戊醇的两个异构体及少量丁二酸,这些产物不是来自淀粉,而是由原料中所含蛋白质的发酵产生的。
乙醇和甲醇不同,它和水形成共沸混合物,不能用蒸馏的方法把它们完全分开。因此,工业上制无水乙醇是在普通乙醇中加入一定量的苯,先通过蒸出乙醇苯一水三元共沸混合物除去水,再通过蒸出乙醇一苯二元共沸混合物除去多余的苯,剩下的为无水乙醇。
为了去掉乙醇中的少量水(如1%),也可以用金属镁处理。
乙醇为无色液体,具有特殊气味,易燃,火焰呈淡蓝色。乙醇在染料、香料、医药等工业中都很有用,实验室中常用它做试剂,是日前最重要的溶剂之一。
小量乙醇对人体的作用是先兴奋、后麻醉;大量的乙醇对人体有毒。
3.正丙醇
工业上生产正丙醇是用乙烯、一氧化碳和氢在高压及加热下,用钴为催化剂进行反应得到醛,此反应称羰基合成(oxo synthesis),醛进一步在催化剂作用下还原为醇,这是在工业上生产醛和醇的极为重要的方法。
上法也可用于生产gaoji醛,不过常生成两种异构体,醛可进一步还原为醇。
这种gaoji醇(C12 -C18)是制洗涤剂(dctcrgent) [CH3(CH2)nCH2OSO3-Na+]的一种原料。
4.乙二醇
最重要的二元醇是乙二醇,构造式为HOCH2CH2OH,或称1,2-乙二醇,俗名甘醇。乙二醇是无色具有甜味的黏稠液体,由于分子中有两个羟基,氢键缔合,其熔点与沸点比一般碳原子数相同碳氢化合物的高得多,如乙二醇熔点为-16℃,沸点197℃。在yimi中几乎不溶,但能与水混溶。乙二醇能降低水的冰点,如40%(体积)的乙二醇水溶液,冰点-25℃,60%的乙二醇水溶液冰点为-49℃,因此可用于制取抗冻剂,如用做汽车发动机的防冻剂,使在低温下工作而不结冰。由于乙二醇的吸水性能好,还可用于染色等。乙二醇也是合成树脂(synthetic resin)、合成纤维(synihetic fibre)的重要原料,如制聚对苯二酸乙二醇酯。乙二醇的一甲醚、二甲醚,乙二醇的一yimi、二yimi等均是很有用的溶剂。