Дегидратация карбоновых кислот. Реферат: Процессы дегидратации Высшие непредельные кислоты
Классификация
а) По основности (т. е. числукарбоксильных групп в молекуле):
Одноосновные (монокарбоновые) RCOOH; например:
СН 3 СН 2 СН 2 СООН;
НООС-СН 2 -СООН пропандиовая (малоновая) кислота
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty2.png)
Трехосновные (трикарбоновые) R(COOH) 3 и т. д.
б) По строению углеводородного радикала:
Алифатические
предельные; например: СН 3 СН 2 СООН;
непредельные; например: СН 2 =СНСООН пропеновая(акриловая) кислота
![](https://i1.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty3.png)
Алициклические, например:
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty4.png)
Ароматические, например:
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty5.png)
Предельные монокарбоновые кислоты
(одноосновные насыщенные карбоновые кислоты) – карбоновые кислоты, в которых насыщенный углеводородный радикал соединен с одной карбоксильной группой -COOH. Все они имеют общую формулу C n H 2n+1 COOH (n ≥ 0); или CnH 2n O 2 (n≥1)
Номенклатура
Систематические названия одноосновных предельных карбоновых кислот даются по названию соответствующего алкана с добавлением суффикса - овая и слова кислота.
1. НСООН метановая (муравьиная) кислота
2. СН 3 СООН этановая (уксусная) кислота
3. СН 3 СН 2 СООН пропановая (пропионовая) кислота
Изомерия
Изомерия скелета в углеводородном радикале проявляется, начиная с бутановой кислоты, которая имеет два изомера:
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty6.png)
Межклассовая изомерия проявляется, начиная с уксусной кислоты:
CH 3 -COOH уксусная кислота;
H-COO-CH 3 метилформиат (метиловый эфир муравьиной кислоты);
HO-CH 2 -COH гидроксиэтаналь (гидроксиуксусный альдегид);
HO-CHO-CH 2 гидроксиэтиленоксид.
Гомологический ряд
Тривиальное название |
Название по ИЮПАК |
|
Муравьиная кислота |
Метановая кислота |
|
Уксусная кислота |
Этановая кислота |
|
Пропионовая кислота |
Пропановая кислота |
|
Масляная кислота |
Бутановая кислота |
|
Валериановая кислота |
Пентановая кислота |
|
Капроновая кислота |
Гексановая кислота |
|
Энантовая кислота |
Гептановая кислота |
|
Каприловая кислота |
Октановая кислота |
|
Пеларгоновая кислота |
Нонановая кислота |
|
Каприновая кислота |
Декановая кислота |
|
Ундециловая кислота |
Ундекановая кислота |
|
Пальмитиновая кислота |
Гексадекановая кислота |
|
Стеариновая кислота |
Октадекановая кислота |
Кислотные остатки и кислотные радикалы
Кислотный остаток |
Кислотный радикал (ацил) |
|
НСООН |
НСОО- |
|
СН 3 СООН |
СН 3 СОО- |
|
СН 3 СН 2 СООН |
СН 3 СН 2 СОО- |
|
СН 3 (СН 2) 2 СООН |
СН 3 (СН 2) 2 СОО- |
|
СН 3 (СН 2) 3 СООН |
СН 3 (СН 2) 3 СОО- |
|
СН 3 (СН 2) 4 СООН |
СН 3 (СН 2) 4 СОО- |
Электронное строение молекул карбоновых кислот
Показанное в формуле смещение электронной плотности в сторону карбонильного атома кислорода обусловливает сильную поляризацию связи О-Н, в результате чего облегчается отрыв атома водорода в виде протона - в водных растворах происходит процесс кислотной диссоциации:
RCOOH ↔ RCOO - + Н +
В карбоксилат-ионе (RCOO -) имеет место р, π-сопряжение неподеленной пары электронов атома кислорода гидроксильной группы с р-облаками, образующими π- связь, в результате происходит делокализация π- связи и равномерное распределение отрицательного заряда между двумя атомами кислорода:
В связи с этим для карбоновых кислот, в отличие от альдегидов, не характерны реакции присоединения.
Физические свойства
Температуры кипения кислот значительно выше температур кипения спиртов и альдегидов с тем же числом атомов углерода, что объясняется образованием циклических и линейных ассоциатов между молекулами кислот за счет водородных связей:
Химические свойства
I. Кислотные свойства
Сила кислот уменьшается в ряду:
НСООН → СН 3 СООН → C 2 H 6 COOH → ...
1. Реакции нейтрализации
СН 3 СООН + КОН → СН 3 СООК + н 2 O
2. Реакции с основными оксидами
2HCOOH + СаО → (НСОО) 2 Са + Н 2 O
3. Реакции с металлами
2СН 3 СН 2 СООН + 2Na → 2СН 3 СН 2 COONa + H 2
4. Реакции с солями более слабых кислот (в т. ч. с карбонатами и гидрокарбонатами)
2СН 3 СООН + Na 2 CO 3 → 2CH 3 COONa + CO 2 + Н 2 O
2НСООН + Mg(HCO 3) 2 → (НСОО) 2 Мg + 2СO 2 + 2Н 2 O
(НСООН + НСО 3 - → НСОО - + СO2 +Н2O)
5. Реакции с аммиаком
СН 3 СООН + NH 3 → CH 3 COONH 4
II. Замещение группы -ОН
1. Взаимодействие со спиртами (реакции этерификации)
![](https://i1.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty15.png)
2. Взаимодействие с NH 3 при нагревании (образуются амиды кислот)
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty16.png)
Амиды кислот гидролизуются с образованием кислот:
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty18.png)
или их солей:
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty19.png)
3. Образование галогенангидридов
Наибольшее значение имеют хлорангидриды. Хлорирующие реагенты - PCl 3 , PCl 5 , тионилхлорид SOCl 2 .
![](https://i1.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty20.png)
4. Образование ангидридов кислот (межмолекулярная дегидратация)
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty21.png)
Ангидриды кислот образуются также при взаимодействии хлорангидридов кислот с безводными солями карбоновых кислот; при этом можно получать смешанные ангидриды различных кислот; например:
![](https://i1.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty22.png)
III. Реакции замещения атомов водорода у α-углеродного атома
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty23.png)
Особенности строения и свойств муравьиной кислоты
Строение молекулы
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty24.png)
Молекула муравьиной кислоты, в отличие от других карбоновых кислот, содержит в своей структуре альдегидную группу.
Химические свойства
Муравьиная кислота вступает в реакции, характерные как для кислот, так и для альдегидов. Проявляя свойства альдегида, она легко окисляется до угольной кислоты:
В частности, НСООН окисляется аммиачным раствором Ag 2 O и гидроксидом меди (II) Сu(ОН) 2 , т. е. дает качественные реакции на альдегидную группу:
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty26.png)
При нагревании с концентрированной H 2 SO 4 муравьиная кислота разлагается на оксид углерода (II) и воду:
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty27.png)
Муравьиная кислота заметно сильнее других алифатических кислот, так как карбоксильная группа в ней связана с атомом водорода, а не с электроно-донорным алкильным радикалом.
Способы получения предельных монокарбоновых кислот
1. Окисление спиртов и альдегидов
Общая схема окисления спиртов и альдегидов:
В качестве окислителей используют KMnO 4 , K 2 Cr 2 O 7 , HNO 3 и другие реагенты.
Например:
5С 2 Н 5 ОН + 4KMnO 4 + 6H 2 S0 4 → 5СН 3 СООН + 2K 2 SO 4 + 4MnSO 4 + 11Н 2 O
2. Гидролиз сложных эфиров
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty29.png)
3. Окислительное расщепление двойных и тройных связей в алкенах и в алкинах
![](https://i1.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty30.png)
Способы получения НСООН (специфические)
1. Взаимодействие оксида углерода (II) с гидроксидом натрия
СO + NaOH → HCOONa формиат натрия
2HCOONa + H 2 SO 4 → 2НСООН + Na 2 SO 4
2. Декарбоксилирование щавелевой кислоты
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty31.png)
Способы получения СН 3 СООН (специфические)
1. Каталитическое окисление бутана
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty32.png)
2. Синтез из ацетилена
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty33.png)
3. Каталитическое карбонилирование метанола
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty34.png)
4. Уксуснокислое брожение этанола
Так получают пищевую уксусную кислоту.
Получение высших карбоновых кислот
Гидролиз природных жиров
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty36.png)
Непредельные монокарбоновые кислоты
Важнейшие представители
Общая формула алкеновых кислот: C n H 2n-1 COOH (n ≥ 2)
CH 2 =CH-COOH пропеновая (акриловая) кислота
![](https://i0.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty37.png)
Высшие непредельные кислоты
Радикалы этих кислот входят в состав растительных масел.
C 17 H 33 COOH - олеиновая кислота, или цис -октадиен-9-овая кислота
Транс -изомер олеиновой кислоты называется элаидиновой кислотой.
C 17 H 31 COOH - линолевая кислота, или цис, цис -октадиен-9,12-овая кислота
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty39.png)
C 17 H 29 COOH - линоленовая кислота, или цис, цис, цис -октадекатриен-9,12,15-овая кислота
Кроме общих свойств карбоновых кислот, для непредельных кислот характерны реакции присоединения по кратным связям в углеводородном радикале. Так, непредельные кислоты, как и алкены, гидрируются и обесцвечивают бромную воду, например:
![](https://i1.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty41.png)
Отдельные представители дикарбоновых кислот
Предельные дикарбоновые кислоты HOOC-R-COOH
HOOC-CH 2 -COOH пропандиовая (малоновая) кислота, (соли и эфиры - малонаты)
HOOC-(CH 2) 2 -COOH бутадиовая (янтарная) кислота, (соли и эфиры - сукцинаты)
HOOC-(CH 2) 3 -COOH пентадиовая (глутаровая) кислота, (соли и эфиры - глутораты)
HOOC-(CH 2) 4 -COOH гексадиовая (адипиновая) кислота, (соли и эфиры - адипинаты)
Особенности химических свойств
Дикарбоновые кислоты во многом сходны с монокарбоновыми, однако являются более сильными. Например, щавелевая кислотасильнее уксусной почти в 200 раз.
Дикарбоновые кислоты ведут себя как двухосновные и образуют два ряда солей - кислые и средние:
HOOC-COOH + NaOH → HOOC-COONa + H 2 O
HOOC-COOH + 2NaOH → NaOOC-COONa + 2H 2 O
При нагревании щавелевая и малоновая кислоты легко декарбоксилируются:
![](https://i2.wp.com/examchemistry.com/content/lesson/orgveshestva/karbonovyekty/karbonovyekty43.png)
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Goea Советскик
Сонналнстнческнк
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено 1З.Х1.1970 (№ 1492841/23-4) с присоединением заявки №
M. Кл. С 07с 51/42
Камнтет по делам изобретений н открытий прн Совете Министров
М. В. Александрова, Л. В. Садовникова, Н. П. Шулаев и В. И. Манушин
Заявитель
Владимирский политехнический институт
СПОСОБ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ
Изобретение относится к усовершенствованию способа обезвоживания уксусной кислоты методом жидкостной экстракции.
Известен способ экстракции уксусной кислоты из водного раствора с помощью этилацетата. Однако малая разность удельных весов взаимодействующих фаз создает неблагоприятные гидродинамические условия в экстракц ионной колонне, что снижает эффективность и увеличивает удельный расход экстра- 1р гента.
Кроме того, высокая взаимная растворимость воды и этилацетата также снижает эффективность способа.
С целью повышения степени экстракции в качестве органического растворителя-экстрагента в процессе применяют метиленхлорид.
Метиленхлор ид практически не растворяет воду (его растворимость в воде в три раза 2р меньше, чем у этилацетата), что значительно упрощает регенерацию метиленхлорида и в три раза уменьшает потерю его с потоком воды, а высокая разность удельных весов взаимодействующих фаз позволяет увеличить скорость в экстракционной колонне в пять раз.
На чертеже показана схема для осуществления способа.
Процесс обезвоживания протекает следующим образом.
Водный раствор уксусной кислоты подают снизу в экстракционную колонну 1, вверху которой распыляется экстрагент. Метиленхлорид с уксусной кислотой поступает в ректификационную колонну 2, где с нижней тарелки отбирают обезвоженную уксусную кислоту. Регенерированный метиленхлорид отводят из н ижнего слоя после расслаивания гетероазеотропного состава метиленхлоридвода.
Отгонная колонна 3 предназначена для оТгонки метиленхлорида из рафинатной воды, основная масса которой сбрасывается.
Сравнительная оценка параметров процесса обезвоживания уксусной кислоты с применением в качестве экстрагента этилацетата и метиленхлорида показана в таблице. (Диаметрр колоны 0,8 м, а высота 21 м).
Значения величин
Параметры
Метиленхлорид
Этилацетат
Распылительная
Насадка 50Х50у5
2000 — 3000
Невзрывоопасен
Рабочая температура процесса, С
Предмет изобретения
Составитель А. Берлин
Техред Т. Миронова Корректор Е. Сапунова
Редактор T. Никольская
Заказ 2720! 13 Изд. № 1715 Тираж 523 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва,)К-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
Тип колонны
Разность удельных весов фаз в колонне, кг/лР
Удельный расход экстрагента на 1 кг исходного сырья, кг
Скорость прохождения в колонне исходного сырья, л /сек
Производительность колонны по исходному сырью, кг/час по экстрагенту, кгjчас
Реферат
Процессы дегидратации
Введение 3
1. Процессы дегидратации 4
2. Технология процессов дегидрирования 9
Список литературы 11
Введение
Процессы гидролиза, гидратации, дегидратации, этерификации и амидирования имеют очень важное значение в промышленности основного органического и нефтехимического синтеза. Гидролизом жиров, целлюлозы и углеводов давно получют мыло, глицерин, этанол и другие ценные продукты. В области органического синтеза рассматриваемые процессы используют главным образом для производства спиртов C 2 -C 5 , фенолов, простых эфиров,
-оксидов, многих ненасыщенных соединений, карбоновых кислот и их производных (сложных эфиров, ангидридов, нитрилов, амидов) и других соединений.Перечисленные вещества имеют очень важное применение в качестве промежуточных продуктов органического синтеза (спирты, кислоты и их производные, альдегиды,
-оксиды), мономеров и исходных веществ для синтеза полимерных материалов (фенол, эфиры акриловой и метакриловой кислот, меламин, хлоролефины), пластификаторов и смазочных материалов (сложные эфиры), растворителей (спирты, простые и сложные эфиры, хлоролефины), пестицидов (эфиры карбаминовой и тиокарбаминовой кислот). Очень часто рассматриваемые реакции являются промежуточным этапом в многостадийных синтезах других продуктов целевого назначения.Производство перечисленных веществ имеет большие масштабы. Так, в США синтезируют по 500 тыс. т этанола и изопропанола, 900 тыс. т пропиленоксида, 200 тыс. т эпихлоргидрина, свыше 4 млн. т сложных эфиров, около 300 тыс. т изоцианатов.
1. Процессы дегидратации
1. Дегидратация с образованием ненасыщенных соединений
Процесс применяется для извлечения изобутена из С 4 -фракций газов крекинга и пиролиза, когда одна из стадий состоит в дегидрировании трет-бутанола при катализе серной кислотой или сульфокатионом. Или дегидратация с получением изобутена проводится с трет-бутанолом, образовавшимся при гидроксидном способе получения пропиленоксида:
(CH 3) 3 COH → (CH 3) 2 C=CH 2 + H 2 O
![](https://i0.wp.com/mirznanii.com/images/99/26/8892699.gif)
В этом и других случаях дегидратация с образованием ненасыщенных веществ чаще всего является одной из стадий в производстве многих мономеров. Так, в одном из новых процессов производят стирол дегидратацией метилфенилкарбинола:
C 6 H 5 -CHOH-CH 3 → C 6 H 5 -CH=CH 2 + H 2 O
Известный метод синтеза изопрена из изобутена и формальдегида также связан с заключительной дегидратацией диола и ненасыщенного спирта:
(CH 3) 2 C(OH)-CH 2 CH 2 (OH)
(CH 3) 2 =CHCH 2 OH(CH 3) 2 =CHCH 2 OH
CH 2 =C(CH 3)CH=CH 2При отщеплении первой молекулы воды от диола получается смесь ненасыщенных спиртов разного строения, но все они при дальнейшей дегидратации дают изопрен, причем реакция сопровождается перемещением двойных связей:
Другой вариант получения для ненасыщенных соединений, состоящий во введении винильной группы путем реакций типа альдольной конденсации с последующей дегидратацией, можно привести примеры синтеза нитроэтилена, винилметилкетона и 2-винилпиридина:
CH 3 NO 2 + HCHO
HOCH 2 -CH 2 NO 2 CH 2 =CHNO 2CH 3 COCH 3 + HCHO
CH 3 COCH 2 CH 2 OH CH 3 COCH=CH 2Дегидратация является также одной из стадий получения эфиров метакриловой кислоты CH 2 =C(CH 3)COOR, некоторых первичных спиртов, например н-бутанола:
2CH 3 CHO → CH 3 CH(OH)CH 2 CHO
CH 3 CH=CHCHO CH 3 (CH 2) 2 -CH 2 OH2-этилгексанола, метилизобутилкетона и многих других веществ.
2. Дегидратация с образованием простых эфиров
Путем побочного образования простых эфиров при гидролизе хлорпроизводных и гидратации олефинов получают все необходимое количество таких эфиров, как диизопропиловый. Но диэтиловый эфир имеет довольно широкое применение, и его специально производят межмолекулярной дегидратацией этанола при 250 0 С на гетерогенном катализаторе AI 2 O 3:
2C 2 H 5 OH → (C 2 H 5) 2 O + H 2 O
Возможность использования этого же способа для синтеза простых эфиров из изопропанола и высших спиртов ограничена развитем побочного образования олефинов. Вследствие этого большинство эфиров получают в жидкой фазе при более низкой температуре с применением кислотных катализаторов – серной, фосфорной, арилсульфокислот. Метод годится главным образом для синтеза симметричных эфиров, имеющих одинаковые алкильные группы, так как при дегидратации смеси двух спиртов выход смешанного эфира невелик:
3ROH + 3R"OH → R 2 O + R" 2 O + ROR" + 3H 2 O
Из симметричных простых эфиров с прямой цепью углеродных атомов интерес представляет
-дихлордиэтиловый эфир (хлорекс), являющийся ценным растворителем и экстрагентом, а также исходным веществом для получения полисульфидных полимеров. Его производят дегидратацией безводного этиленхлоргидрина на кислотном катализаторе:2CICH 2 -CH 2 OH → (CICH 2 -CH 2) 2 + H 2 O
Двухатомные спирты при кислотном катализе способны к замыканию стабильных пяти- или шестичленных циклов. Этим путем из диэтиленгликоля получают диоксан (1), из диэтаноламина – морфолин (2), из бутандиола-1,4 – тетрагидрофуран (3). Все эти вещества являются растворителями:
![](https://i1.wp.com/mirznanii.com/images/07/27/8892707.gif)
3. Дегидратация карбоновых кислот
Процесс дегидратации карбоновых кислот занимает несколько особое положение по сравнению с другими реакциями дегидратации. В данном случае продуктами внутри- и межмолекулярной дегидратации являются кетен и уксусный ангидрид:
CH 2 =C=O2CH 3
COOHCH 3
-C=O (CH 3
-CO) 2
O
Кетен – газ с резким запахом, конденсирующийся в жидкость при – 41 0 С. Обладает высокой реакционной способностью, взаимодействуя с различными веществами с образованием уксусной кислоты и ее производных. В частности, с уксусной кислотой он дает уксусный ангидрид:
CH 2 =C=O + CH 3 COOH → (CH 3 CO) 2 O
Уксусный ангидрид представляет собой жидкость с резким запахом (т. кип. 141 0 С). Он является важным продуктом органического синтеза, широко применяемым в качестве ацетилирующего средства при синтезах эфиров уксусной кислоты, трудно получаемых другими путями, - ацетатов фенолов, ацетатов третичных спиртов и особенно ацетата целлюлозы и ацетатного волокна.
Уксусный ангидрид раньше получали хлорным методом – из сульфурилхлорида и ацетата натрия:
SO 2 CI 2 + 4CH 3 COONa → 2(CH 3 CO) 2 O + Na 2 SO 4 + 2NaCI
Получают алкены и алкадиены. Дегидратация спиртов может происходить в двух направлениях: внутримолекулярно и межмолекулярно.
Внутримолекулярная дегидратация спиртов принадлежит к реакциям элиминирования (отщепления) ($E$). В зависимости от строения спирта элиминирования может происходить по механизмам $E1$ и $E2$. При этом первичные спирты реагируют преимущественно по механизму $E2$, а вторичные и третичные - по механизму $E1$. Как и в случае нуклео- профильного замещения, элиминирование спиртов происходит с образованием оксониевого катиона.
Подобно галогеналканам первичные спирты вступают в реакцию и межмолекулярной дегидратации обычно по механизму $S_N2$, третичные - по механизму $S_N1$, вторичные могут реагировать как с $S_N2$, так и за $S_N1$-механизмом.
Внутримолекулярная дегидратация
Легче дегидратируются третичные спирты, затем вторичные и дальше первичные, по механизму $E1$ или $E2$, аналогично реакциям дегидрогалогенирования. Процесс дегидратации спиртов подчиняется правилу А. Зайцева с образованием наиболее разветвленных алкенов. Так, дегидратация третичного спирта проходит по механизму $E1$ и часто сопровождается реакцией нуклеофильпого замещения по $Sn1$-механизму:
Рисунок 1.
Самой медленной стадией этого механизма является превращение катионов алкоксония в карбокатионы:
Рисунок 2.
Получение того или иного алкена при дегидратации определяется лабильностью промежуточных карбокатионов и термодинамической стабильностью разветвленных алкенов. Например, для изоамилового спирта в соответствии с правилом Зайцева должен образовываться только 3-метил-1-бутен, а реально получаются три алкена $C_5H_{10}$:
Рисунок 3.
Образованный первичный карбокатион наименее стабилен и кроме отщепления протона склонен также вследствие 1,2-гидридных перемещений изомеризоваться в стабильный вторичный карбокатион, из которого получают алкены:
Рисунок 4.
Вторичный карбокатион, в свою очередь, может также изомеризоваться в третичный, который максимально стабилен:
Рисунок 5.
Таким образом, при дегидратации изоамилового спирта образуется смесь из 3-метил-1-бутену, 2-метил-2-бутена и 2-метил-1-бутена, причем больше всего в продуктах реакции будет 2-метил-2-бутена как самого разветвленного продукта.
Для спиртов в реакциях отщепления характерен больше механизм $E1$, чем $E2$. Это также связано с кислотностью реакционной среды, в котором сильная основание - алкоксид-анион $RO-$ не существует, поскольку быстро взаимодействует с протоном.
Рисунок 6.
Межмолекулярная дегидратация
Рассмотреные реакции являются примерами внутримолекулярной дегидратации, рядом с которой существует и межмолекулярная дегидратация, примером которой, о чем говорилось выше, является образование эфира:
Рисунок 7.
Межмолекулярная дегидратация спиртов при наличии концентрированных кислот в зависимости от температуры, соотношения объемов спирта и кислоты может происходить с образованием различных продуктов. Например, этиловый спирт при 105$^\circ$C образует с серной кислотой кислый эфир - этилсерную кислоту (реакция 1). При избытке спирта и высокой температуре (130-140$^\circ$C) происходит межмолекулярная дегидратация, главным продуктом которой является диэтиловый эфир (простой эфир; реакция 3). При температуре свыше 160$^\circ$С этилсерная кислота разлагается с образованием этилена (реакция 2):
Рисунок 8.
Заменители кислот в процессе дегидратации кислот
Для процессов (как внутри-, так и межмолекулярной) дегидратации спиртов, особенно в промышленных масштабах, вместо обычных кислот удобнее использовать в качестве дегидратирующих агентов безводные кислоты Льюиса или других окислителей, например окись алюминия. Процесс гетерогенной каталитической дегидратаций спиртов над $Al_2O_3$ при 350-450$^\circ$С приводит к алкенам:
Рисунок 9.