Многоатомные спирты. Гликоли. Классификация, номенклатура, свойства. Получение и применение этиленгликоля и глицерина.
Классификация спиртов разнообразна и зависит от того, какой признак строения взят за основу.
1. В зависимости от количества гидроксильных групп в молекуле спирты делят на:
а) одноатомные (содержат одну гидроксильную ОН-группу), например, метанол СН3ОН, этанол С2Н5ОН, пропанол С3Н7ОН
б) многоатомные (две и более гидроксильных групп), например, этиленгликоль
HO-СH2-CH2-OH, глицерин HO-СH2-СН(ОН)-CH2-OH, пентаэритрит С(СН2ОН)4.
Соединения,
в которых у одного атома углерода
есть две гидроксильных группы, в
большинстве случаев нестабильны и легко
превращаются в альдегиды, отщепляя при
этом воду: RCH(OH)2 ® RCH=O + H2O
Спирты,
содержащие три группы ОН у одного атома
углерода
,
не существуют.
2. По типу атома углерода, с которым связана группа ОН, спирты делят на:
а) первичные, у которых ОН-группа связана с первичным атомом углерода. Первичным называют атом углерода (выделен красным цветом), связанный всего с одним углеродным атомом. Примеры первичных спиртов — этанол СH3-CH2-OH, пропанол СH3-CH2-CH2-OH.
б) вторичные, у которых ОН-группа связана с вторичным атомом углерода. Вторичный атом углерода (выделен синим цветом) связан одновременно с двумя атомами углерода, например, вторичный пропанол, вторичный бутанол (рис. 1).
в) третичные, у которых ОН-группа связана с третичным атомом углерода. Третичный углеродный атом (выделен зеленым цветом) связан одновременно с тремя соседними атомами углерода, например, третичный бутанол и пентанол (рис. 2).
В соответствии с типом углеродного атома присоединенную к нему спиртовую группу также называют первичной, вторичной или третичной.
У многоатомных спиртов, содержащих две
или более ОН-групп, могут присутствовать
одновременно как первичные, так и
вторичные НО-группы, например, в глицерине
или ксилите (рис. 3).
3. По строению органических групп, связанных ОН-группой, спирты подразделяют на предельные (метанол, этанол, пропанол), непредельные, например, аллиловый спирт СН2=СН-СН2-ОН, ароматические (например, бензиловый спирт С6Н5СН2ОН), содержащие в составе группы R ароматическую группу.
Непредельные спирты, у которых ОН-группа "примыкает" к двойной связи, т. е. связана с атомом углерода, участвующим одновременно в образовании двойной связи (например, виниловый спирт СН2=СН-ОН), крайне нестабильны и сразу же изомеризуются (см. ИЗОМЕРИЗАЦИЯ) в альдегиды или кетоны:
CH2=CH-OH ® CH3-CH=O
Номенклатура спиртов. Для распространенных спиртов, имеющих простое строение, используют упрощенную номенклатуру: название органической группы преобразуют в прилагательное (с помощью суффикса и окончания "овый") и добавляют слово "спирт":
Систематические названия простейших спиртов составляют по тем же правилам: метанол, этанол, бутанол. Для некоторых спиртов сохранились тривиальные (упрощенные) названия, сложившиеся исторически: пропаргиловый спирт НСєС-СН2-ОН, глицерин HO-СH2-СН(ОН)-CH2-OH, пентаэритрит С(СН2ОН)4, фенетиловый спирт С6Н5-CH2-CH2-OH
Гликоли — двухатомные спирты, в их молекуле имеются две гидроксильные группы (например, этиленгликоль НОСН2СН2ОН). Гликоли обладают всеми свойствами спиртов.
Важнейшие из многоатомных спиртов - этиленгликоль и глицерин:
этиленгликоль глицерин
Это — вязкие жидкости, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде и плохо растворимые в органических растворителях.
Получение.
1. Гидролиз алкилгалогенидов (аналогично одноатомным спиртам):
ClCH2-CH2Cl + 2NaOH → НОСН2-СН2ОН + 2NaCl.
2. Этиленгликоль образуется при окислении этилена водным раствором перманганата калия:
СН2=СН2 + [О] + Н2О → НOСН2-СН2ОН.
3. Глицерин получают гидролизом жиров.
Химические свойства. Для двух- и трехатомных спиртов характерны основные реакции одноатомных спиртов. В реакциях могут участвовать одна или две гидроксильные группы. Взаимное влияние гидроксильных групп проявляется в том, что многоатомные спирты — более сильные кислоты, чем одноатомные спирты. Поэтому многоатомные спирты, в отличие от одноатомных, реагируют со щелочами, образуя соли. По аналогии с алкоголятями соли двухатомных спиртов называют гликолятами, а трехатомных — глицератами.
Качественной реакцией на многоатомные спирты, содержащие группы ОН при соседних атомах углерода, является ярко, синее окрашивание при действии свежеосажденного гидроксида меди (II). Цвет раствора обусловлен образованием комплексного гликолята меди:
Для многоатомных спиртов характерно образование сложных эфиров. В частности, при реакции глицерина с азотной кислотой в присутствии каталитических количеств серной кислоты образуется тринитрат глицерина, известный под названием нитроглицерин (последнее название неверно с химической точки зрения, поскольку в нитросоединениях группа -NO2 непосредственно связана с атомом углерода):
Применение. Этиленгликоль применяют для синтеза полимерных материалов и в качестве антифриза. В больших количествах он используется также для получения диоксана, важного (хотя и токсичного) лабораторного растворителя. Диоксан получают межмолекулярной дегидратацией этиленгликоля:
диоксан
Глицерин находит широкое применение в косметике, пищевой промышленности, фармакологии, производстве взрывчатых веществ. Чистый нитроглицерин взрывается даже при слабом ударе; он служит сырьем для получения бездымных порохов и динамита ― взрывчатого вещества, которое в отличие от нитроглицерина можно безопасно бросать. Динамит был изобретен Нобелем, который основал известную всему миру Нобелевскую премию за выдающиеся научные достижения в области физики, химии, медицины и экономики. Нитроглицерин токсичен, но в малых количествах служит лекарством, так как расширяет сердечные сосуды и тем самым улучшает кровоснабжение сердечной мышцы.