Kimyo · Organik kimyo · 10-sinf

Spirtlar va oddiy efirlar

Nega etanol va dimetil efir formulasi bir xil, qaynashi esa 100 °C dan ko‘p farq qiladi?

Vaziyat

Dorixonadagi dezinfeksiya spirti, mashina radiatoridagi antifriz va qo‘l kremidagi glitserin — hammasi spirtlar: molekulasida –OH guruhi bor. Etanol uzum sharbati achiganda hosil bo‘ladi, unga hidi ham, ko‘rinishi ham o‘xshash metanol esa — kuchli zahar: bir necha millilitri ham odamni ko‘r qilib qo‘yishi mumkin. Etanol bilan formulasi bir xil dimetil efir esa xona haroratida gaz. Bitta –OH guruh moddaning xossalarini qanchalik o‘zgartiradi va spirtlarni bir-biridan qanday ajratish mumkin?

Mavzu

Spirtlar va oddiy efirlar. Dezinfeksiya spirti, antifriz va glitserinli krem: bir atomli va ko‘p atomli spirtlar; Cu(OH)₂ bilan ko‘k rang

Asosiy tushunchalar

–OH guruh va vodorod bog‘
Na, CuO, Cu(OH)₂ bilan
Efirlar — izomerlar

Formulalar

C_{n} H_{2 n + 1} OH

To‘yingan bir atomli spirtlarning gomologik qatori: metanol $CH_{3} OH$ , etanol $C_{2} H_{5} OH$ , propanol $C_{3} H_{7} OH$ … Umumiy formula $C_{n} H_{2 n + 2} O$ — oddiy efirlarniki ham shunday.

2 C_{2} H_{5} OH + 2 Na \overset{}{\to} 2 C_{2} H_{5} ONa + H_{2} ↑

Spirtlar faol metallar bilan: O–H bog‘idagi vodorod metallga almashinadi (3.10-amaliy mashg‘ulot). 1 mol Na dan 0,5 mol $H_{2}$ .

C_{2} H_{5} OH + CuO \overset{\overset{}{t}}{\to} CH_{3} CHO + Cu + H_{2} O

Birlamchi spirt CuO bilan aldegidgacha oksidlanadi: qora sim yana qizil misga aylanadi.

C_{6} H_{12} O_{6} \overset{\overset{}{achitqi}}{\to} 2 C_{2} H_{5} OH + 2 CO_{2} ↑

Spirtli bijg‘ish: glyukoza achitqi zamburug‘lari fermentlari ta’sirida etanol va karbonat angidridga aylanadi.

2 C_{3} H_{5} (OH)_{3} + Cu (OH)_{2} \overset{}{\to} Cu (C_{3} H_{7} O_{3})_{2} + 2 H_{2} O

Ko‘p atomli spirtlarning sifat reaksiyasi: yangi $Cu (OH)_{2}$ cho‘kmasi to‘q ko‘k eritmaga aylanadi (3.5-amaliy mashg‘ulot).

Nazariya

Bir atomli spirtlar: qator, nomlanish, izomeriya (3.1)

Spirtlar — uglevodorod molekulasidagi vodorod atomi(lari) gidroksil guruh –OH ga almashgan birikmalar. To‘yingan bir atomli spirtlar qatori: $CH_{3} OH$ metanol, $C_{2} H_{5} OH$ etanol, $C_{3} H_{7} OH$ propanol… umumiy formula $C_{n} H_{2 n + 1} OH$ . –OH bog‘langan uglerodga qarab spirtlar birlamchi (C yana bitta C bilan bog‘langan: propanol-1), ikkilamchi (ikkita C bilan: propanol-2) va uchlamchi (uchta C bilan: 2-metilpropanol-2) bo‘ladi. Nomlash: –OH tutgan eng uzun zanjir tanlanadi, raqamlash –OH ga yaqin uchidan boshlanadi, alkan nomiga «-ol» qo‘shiladi va –OH o‘rni yoziladi: $CH_{3} - CH (OH) - CH_{3}$ — propanol-2. Izomeriya: uglerod zanjiri (butanol-1 va 2-metilpropanol-1), –OH holati (butanol-1 va butanol-2) va sinflararo — oddiy efirlar bilan (etanol va dimetil efir — ikkalasi $C_{2} H_{6} O$ ).

Vodorod bog‘ va fizik xossalar

O–H bog‘i kuchli qutblangan: H atomi qo‘shni molekulaning kislorodiga tortiladi — vodorod bog‘ (O–H···O, ≈ 0,19 nm). Molekulalar bir-biriga «yopishgani» uchun spirtlar o‘xshash massali alkanlardan ancha yuqori haroratda qaynaydi: metanol 64,7 °C (etan −88,6 °C), etanol 78,3 °C (propan −42,1 °C). Zanjir uzaygani sari qaynash harorati oshadi, shoxlanish esa uni pasaytiradi: butanol-1 117,7 °C, 2-metilpropanol-2 82,4 °C. Quyi spirtlar suv bilan cheksiz aralashadi (suv bilan ham vodorod bog‘ hosil qiladi), butanoldan boshlab eruvchanlik keskin kamayadi. Metanol — kuchli zahar: ichilsa organizmda formaldegid va chumoli kislotaga aylanadi; 4–15 ml ham ko‘rish nervini qaytmas shikastlagan holatlar qayd etilgan, o‘ldiruvchi miqdori bir necha o‘n millilitr. Uni hidi yoki ko‘rinishidan etanoldan ajratib bo‘lmaydi. Etanol ham — giyohvand ta’sirli modda, jigar va miyani zaharlaydi.

Olinishi va kimyoviy xossalari (3.2; 3.10-amaliy)

Olinishi: etanol — shakarli moddalarni achitqi bilan bijg‘itib (uzum; donning kraxmali avval qandga parchalanadi; achitqi ≈ 15–18 % etanolgacha yashaydi, toza spirt haydab olinadi) va sanoatda etilenni gidratlab ( $H_{3} PO_{4}$ , ≈ 300 °C, yuqori bosimdagi suv bug‘i). Metanol — «sintez-gaz» dan: $CO + 2 H_{2} \overset{}{\to} CH_{3} OH$ (Cu/ZnO katalizator, qizdirish, bosim). Xossalari: 1) faol metallar bilan $H_{2}$ ajraladi va alkogolyat hosil bo‘ladi; spirtlar suvdan ham kuchsizroq kislota (etanol p $K_{a}$ ≈ 15,9), shuning uchun reaksiya suvdagidan sokinroq, alkogolyat esa suvda ishqoriy muhit beradi; 2) –OH guruhi galogenga almashadi: $C_{2} H_{5} OH + HBr \overset{}{\to} C_{2} H_{5} Br + H_{2} O$ (kislorod H⁺ ni biriktirib oladi — spirtlarning asoslik xossasi); 3) degidratlanish: $H_{2} SO_{4}$ bilan ≈ 170 °C da etilen, ≈ 140 °C da dietil efir; 4) oksidlanish: CuO bilan aldegid, misdan o‘tkazib qizdirilganda degidrogenlanish ( $C_{2} H_{5} OH \overset{}{\to} CH_{3} CHO + H_{2}$ ), yonish: $C_{2} H_{5} OH + 3 O_{2} \overset{}{\to} 2 CO_{2} + 3 H_{2} O$ . Ishlatilishi: erituvchi, yoqilg‘i qo‘shimchasi, 70 % li etanol — dezinfeksiya vositasi, dori damlamalari; metanol — formaldegid va sirka kislota sintezi. O‘zbekistonda etil spirti, masalan, Yangiyo‘ldagi «Biokimyo» korxonasida ishlab chiqariladi.

Ko‘p atomli spirtlar: etilenglikol va glitserin (3.3–3.5)

Etilenglikol $HO - CH_{2} - CH_{2} - OH$ (ikki atomli) va glitserin $HO - CH_{2} - CH (OH) - CH_{2} - OH$ (uch atomli) — shirin ta’mli, quyuq, suv bilan aralashadigan suyuqliklar; –OH guruhlari ko‘p bo‘lgani uchun qaynash harorati yuqori: 197,3 °C va 290 °C. Etilenglikol — antifriz asosi (60 % li aralashma ≈ −45 °C da muzlaydi) va lavsan xomashyosi; uning molekulalari efir bog‘lari bilan birikib dietilenglikol va polietilenglikollar (dorilar, kosmetika) beradi. Etilenglikol etilen oksidini gidratlab olinadi. U kuchli zahar: shirin ta’mi tufayli bolalar va hayvonlar uchun ayniqsa xavfli. Glitserin — kosmetika, dori, oziq-ovqat sanoatida, undan nitroglitserin olinadi; yog‘lar tarkibida bor (yog‘ — glitserinning murakkab efiri). Sifat reaksiyasi (3.5-amaliy): probirkaga 2 ml NaOH eritmasi va bir necha tomchi $CuSO_{4}$ quyiladi — ko‘k $Cu (OH)_{2}$ cho‘kmasi tushadi; ustiga glitserin (yoki etilenglikol) qo‘shib chayqatilsa, cho‘kma erib, to‘q ko‘k eritma hosil bo‘ladi — mis(II) glitserat kompleksi. Bir atomli spirtlar bunday qilmaydi: ko‘k cho‘kma o‘zgarmaydi.

Oddiy efirlar (3.8)

Oddiy efirlar $R - O - R^{'}$ — ikki uglevodorod radikali kislorod «ko‘prigi» orqali bog‘langan: dimetil efir $CH_{3} - O - CH_{3}$ , metiletil efir, dietil efir $C_{2} H_{5} - O - C_{2} H_{5}$ . Ular formulasi bir xil spirtlarning sinflararo izomerlari: $C_{2} H_{6} O$ — etanol va dimetil efir, $C_{4} H_{10} O$ — butanol va dietil efir. Efir molekulasida O–H yo‘q, shuning uchun molekulalar o‘zaro vodorod bog‘ hosil qilmaydi: dimetil efir −24 °C da, dietil efir 34,6 °C da qaynaydi (butanol-1 117,7 °C). Olinishi: spirtni $H_{2} SO_{4}$ (kons.) bilan ≈ 140 °C da qizdirib — molekulalararo degidratlanish. Natriy bilan reaksiyaga kirishmaydi. Dietil efir — yaxshi erituvchi, juda uchuvchan va o‘ta yonuvchan, bug‘i havo bilan portlovchi aralashma hosil qiladi; uzoq turganda portlovchi peroksidlar to‘planadi. XIX asrda u birinchi narkoz vositalaridan biri bo‘lgan. Dimetil efir aerozol ballonlarida va dizel yoqilg‘isi o‘rnini bosuvchi sifatida ishlatiladi.

Xavfsizlik va model chegaralari

Xavfsizlik: spirtlarni tatib ko‘rmang — metanol va etilenglikol zahar; himoya ko‘zoynagida ishlang. Natriyni qo‘l bilan ushlamang (pinset), faqat suvsiz spirtga mayda bo‘lagini soling, ortig‘ini kerosin ostida saqlang; ajralgan vodorod havo bilan portlovchi. Spirt va efirni ochiq alangadan uzoq tuting, efir bilan faqat tortish shkafida ishlang. Ishqor ko‘zga tushsa — ko‘p suv bilan yuving. Model: suv hammomi harorati 20 + 82·(quvvat) °C ga birinchi tartibli yaqinlashadi, probirkadagi suyuqlik qaynash haroratidan qizimaydi; natriy bo‘lagi doimiy tezlikda kichrayadigan shar (reaksiya davomiyligi taxminiy); shpritsdagi gaz 20 °C va 101,3 kPa da o‘lchanadi, spirt bug‘i va havo kengayishi hisobga olinmagan; n.sh. hajm $V_{m}$ = 22,4 l/mol bilan. Bijg‘ish vaqti tezlashtirilgan (1 s = 6 soat), unum nazariy; ohakli suvda pufakchalardagi $CO_{2}$ ning avval ≈ 0,4 %, cho‘kma tushgach ≈ 0,1 % i yutiladi deb olingan. Molekulalar haqiqiy bog‘ uzunligi va burchaklarida (1 Å ≈ 3 sm), reaksiya animatsiyalari faqat qaysi bog‘ uzilib, qaysi biri hosil bo‘lishini ko‘rsatadi — haqiqiy mexanizm bosqichlari ko‘proq.

Bilasizmi?

1846-yil 16-oktabrda Bostondagi Massachusets umumiy kasalxonasida tish shifokori Uilyam Morton bemorni dietil efir bug‘i bilan uxlatib, jarrohlik operatsiyasini og‘riqsiz o‘tkazishni ommaviy namoyish qilgan.
70 % li etanol toza (deyarli suvsiz) spirtdan yaxshiroq dezinfeksiya qiladi: mikroblar oqsilini buzish uchun suv ham kerak, toza spirt esa hujayra sirtini tez «qotirib», ichkariga o‘tishga ulgurmaydi.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Alkanlar va sikloalkanlar — 10-sinf
Alkenlar va alkadiyenlar — 10-sinf
Polimerlar, kauchuk, tolalar — 10-sinf
Alkinlar, benzol va stirol — 10-sinf
Tabiiy gaz, neft va toshko‘mir — 10-sinf
Fenol, aldegid va ketonlar — 10-sinf
Kislotalar, efirlar va sovun — 10-sinf
Uglevodlar: glyukoza va kraxmal — 10-sinf
Organik moddalarni aniqlash — 10-sinf
Stereokimyo va konformatsiyalar — 2-kurs