Многоатомные спирты этиленгликоль. Спирты одноатомные и многоатомные
Многоатомные спирты можно рассматривать как производные углеводородов, в которых несколько атомов водорода замещены на группы ОН.
Двухатомные спирты, называются диолами или гликолями, трехатомные – триолы или глицерины.
Названия многоатомных спиртов образуются по общим правилам номенклатуры ИЮПАК. Представителями многоатомных спиртов являются:
этандиол-1,2 пропантриол-1,2,3
Этиленгликоль глицерин
Физические свойства спиртов.
Многоатомные спирты – это вязкие жидкости, сладкого вкуса, хорошо растворимые в воде и этаноле, плохо – в других органических растворителях. Этиленгликоль сильный яд.
Химические свойства спиртов.
Для многоатомных спиртов характерны реакции одноатомных спиртов и они могут протекать с участием одной или нескольких групп –ОН.
Взаимодействие с активными металлами:
Взаимодействие со щелочами. Введение в молекулу дополнительных групп ОН, являющихся электроноакцепторами, усиливает кислотные свойства спиртов, так как происходит делокализация электронной плотности.
Взаимодействие с гидроксидами тяжелых металлов (гидроксидом меди) – качественная реакция на многоатомные спирты.
Взаимодействие с галогеноводородами:
Взаимодействие с кислотами с образованием сложных эфиров:
а) с минеральными кислотами
нитроглицерин
Нитроглицерин – бесцветная маслянистая жидкость. В виде разбавленных спиртовых растворов (1%) применяется при стенокардии, т.к. оказывает сосудорасширяющее действие.
При взаимодействии глицерина с фосфорной кислотой образуется смесь α- и β-глицерофосфатов:
Глицерофосфаты – структурные элементы фосфолипидов, применяются как общеукрепляющее средство
б) с органическими кислотами. При взаимодействии глицерина с высшими карбоновыми кислотами образуются жиры:
Реакции дегидратации
диоксан (циклический диэфир)
При нагревании глицерин разлагается с образованием слезоточивого вещества – акролеина:
Акролеин
Окисление:
При окислении глицерина образуется ряд продуктов. При мягком окислении – глицериновый альдегид (1) и дигидроксиацетон (2):
При окислении в жестких условиях образуется 1,3-диоксоацетон (3):
Биологически значимыми являются пяти- и шестиатомные спирты.
Накопление –ОН групп ведет к появлению сладкого вкуса. Ксилит и сорбит – заменители сахара для больных диабетом
Инозиты – шестиатомные спирты циклогексанового ряда. В связи с наличием ассиметрических атомов углерода у инозита существует несколько стереоизомеров; наиболее важен мезоинозит (миоинозит)
инозит мезоинозит
Мезоинозит относится к витаминоподобным соединениям (витамины группы В) и является структурным компонентом сложных липидов. В растениях широко распространена фитиновая кислота, представляющая собой гексафосфат мезоинозита. Её кальциевая соль, называемая фитином, стимулирует кроветворение, улучшает нервную деятельность при заболеваниях, связанных с недостатком фосфора в организме.
Фенолы
Фенолы – это производные ароматических углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода замещены на гидроксильные группы.
Представители многоатомных спиртов - этиленгликоль и глицерин. Двухатомные спирты, содержащие две гидроксильные группы-ОН, называются гликолями, или диолами, трехатомные спирты, содержащие три гидроксильные группы, - глицеринами, или триолами.
Положение гидроксильных групп указывается цифрами, на-
Многоатомные спирты - бесцветные сиропообразные жидкости сладковатого вкуса, хорошо растворимы в воде, плохо - в органических растворителях; имеют высокие температуры кипения. Например, t кип этиленгликоля 198°С, плотность (r) 1,11 г/см 3 ; t кип (глицерин) = 290°С, r глицерин = 1,26 г/см 3 .
Получение
Двух- и трехатомные спирты получают теми же способами, что и одноатомные. В качестве исходных соединений могут быть использованы алкены, галогенопроизводные и другие соединения. Например:
Глицерин получают из жиров, а также синтетическим путем из газов крекинга нефти (пропилена), т.е. из непищевого сырья.
Многоатомные спирты по химическим свойствам сходны с одноатомными спиртами. Однако в химических свойствах многоатомных спиртов есть особенности, обусловленные присутствием в молекуле двух и более гидроксильных групп.
Кислотность многоатомных спиртов выше, чем одноатомных, что объясняется наличием в молекуле дополнительных гидроксильных групп, обладающих отрицательным индуктивным эффектом. Поэтому многоатомные спирты, в отличие от одноатомных, реагируют со щелочами, образуя соли. Например, этиленгликоль реагирует не только с щелочными металлами, но и с гидроксидами тяжелых металлов.
По аналогии с алкоголятами соли двухатомных спиртов называются гликолятами, а трехатомных - глицератами.
При взаимодействии этиленгликоля с галогеноводородами (НСl, HBr) одна гидроксильная группа замещается на галоген:
Вторая гидроксогруппа замещается труднее, под действием РСl 5 .
При взаимодействии гидроксида меди (II) с глицерином и другими многоатомными спиртами происходит растворение гидроксида и образуется комплексное соединение ярко-синего цвета.
Юта реакция используется для обнаружения многоатомных спиртов, имеющих гидроксильные группы при соседних атомах углерода -СH(ОН)-СН(ОН)-:
В отсутствие щелочи многоатомные спирты не реагируют с |гидроксидом меди (II) - их кислотность для этого недостаточна.
Многоатомные спирты взаимодействуют с кислотами, образуя сложные эфиры (см. §7). При взаимодействии глицерина с азотной кислотой в присутствии концентрированной серной кислоты образуется нитроглицерин (тринитрат глицерина):
Для спиртов характерны реакции, в результате которых образуются циклические структуры:
Применение
Этиленгликоль используется главным образом для производства лавсана и для приготовления антифризов - водных растворов, замерзающих значительно ниже 0°С (использование их для охлаждения двигателей позволяет автомобилям работать в зимнее время).
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):
ClCH 2 — CH 2 Cl + 2 NaOH → НОСН 2 -СН 2 ОН + 2 NaCl .
2. Этиленгликоль образуется при окислении этилена водным раствором перманганата калия:
СН 2 =СН 2 + [О] + Н 2 О → Н O СН 2 -СН 2 ОН.
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 одноатомныеспирты. 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 — NO 2 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.
Видеоурок 2:
Фенол: Химические свойства
Лекция: Характерные химические свойства предельных одноатомных и многоатомных спиртов, фенола
Спирты и фенолы
В зависимости от типа углеводородного радикала, а также в некоторых случаях особенностей прикрепления группы -ОН к этому углеводородному радикалу соединения с гидроксильной функциональной группой разделяют на спирты и фенолы.
Существует подразделение органических соединений на спирты и фенолы. За основу данного деления берется тип углеводородного радикала и особенности прикрепления к нему -ОН-групп.
Спирты (алканолы) - производные предельных и непредельных углеводородов, в которых ОН-группа соединена с углеводородным радикалом без непосредственного присоединения к ароматическому кольцу.
Фенолы - органические вещества, имеющие в структуре ОН-группы, непосредственно присоединенные к ароматическому кольцу.
Названные особенности положения ОН-групп, существенно влияют на различие свойств спиртов и фенолов. В соединениях фенола связь О-Н более полярна в сравнении со спиртами. Это повышает подвижность атома водорода в ОН-группе. У фенолов значительно ярче, чем у спиртов, выражены кислотные свойства.
Классификация спиртовСуществует несколько классификаций спиртов. Так, по характеру углеводородного радикала спирты подразделяются на:
- Предельные , содержащие только предельные углеводородные радикалы. В их молекулах один или несколько атомов водорода замещены ОН-группой, к примеру:
Этандиол-1,2 (этиленгликоль)
- Непредельные , содержащие между атомами углерода двойные или тройные связи, к примеру:
Пропен-2-ол-1 (аллиловый спирт)
- Ароматические , содержащие в молекуле бензольное кольцо и ОН-группу, которые связаны друг с другом через атомы углерода, к примеру:
Фенилметанол (бензиловый спирт)
По атомности, т.е. числу ОН-групп , спирты делятся на:
- Одноатомные , к примеру:
- Двухатомные (гликоли) , к примеру:
Трехатомные , к примеру:
Многоатомные , содержащие более трех ОН-групп, к примеру:
По характеру связи атома углерода и ОН-группы спирты подразделяются на:
- Первичные , в которых ОН-группа связана с первичным атомом углерода, к примеру:
- Вторичные , в которых ОН-группа связана со вторичным атомом углерода, к примеру:
Третичны е , в которых ОН-группа связана с третичным атомом углерода, к примеру:
Кодификатор ЕГЭ по химии требует от вас знания химических свойств предельных одноатомных и многоатомных спиртов, рассмотрим их.
Химические свойства предельных одноатомных спиртов
1. Реакции замещения
Взаимодействие с щелочными, щелочноземельными металлами , в результате образуются алкоголяты металлов и выделяется водород. К примеру, при взаимодействии этилового спирта и натрия образуется этилат натрия:
2C 2 H 5 OH+ 2Na→ 2C 2 H 5 ONa+ H2
Важно помнить следующее правило для данной реакции: спирты не должны содержать воду, иначе образование алкоголятов станет невозможным, поскольку они легко гидролизуются.
Реакция этерификации , т.е. взаимодействие спиртов с органическими и кислородсодержащими неорганическими кислотами приводит к образованию сложных эфиров. Данная реакция катализируется сильными неорганическими кислотами. К примеру, взаимодействие этанола с уксусной кислотой образует этилацетат (уксусно-этиловый эфир):
Механизм реакции этерификации выглядит так:
Это обратимая реакция, поэтому для смещения равновесия в сторону образования сложного эфира, реакцию проводят при нагревании, а также в присутствии концентрированной серной кислоты как водоотнимающего вещества.
Взаимодействие спиртов с галогеноводородами . При действии на спирты галогеноводородных кислот происходит замещение гидроксильной группы на атом галогена. В результате такой реакции образуются галогеналканы и вода. К примеру:
C 2 H 5 OH+ HCl → C 2 H 5 Cl+ H 2 O.
Это обратимая реакция.
2. Реакции элиминирования (отщепления)
Дегидратация спиртов бывает межмолекулярной и внутримолекулярной.
При межмолекулярной одна молекула воды образуется в результате отщепления атома водорода от одной молекулы спирта и гидроксильной группы - от другой молекулы. В результате образуются простые эфиры (R-O-R). Условиями реакции являются присутствие концентрированной серной кислоты и нагревание 140 0 C:
С 2 Н 5 ОC 2 H 5 → C 2 H 5 -O-C 2 H 5 +H 2 O
Дегидратация этанола с этанолом привела к образованию диэтилового эфира (этоксиэтана) и воды.
СН 3 ОC 2 H 5 → CH 3 -O-C 2 H 5 +H 2 O
Дегидратация метанола с этанолом привела к образованию метилэтилового эфира (метоксиэтана) и воды.
Внутримолекулярная дегидратация спиртов в отличии от межмолекулярной протекает следующим образом: одна молекула воды отщепляется от одной молекулы спирта:
Для проведения данного типа дегидратации требуется сильное нагревание. В результате из одной молекулы спирта образуется одна молекула алкена и одна молекула воды.
Поскольку молекула метанола содержит только один атом углерода, для него невозможна внутримолекулярная дегидратация. При межмолекулярной дегидратации метанола возможно образование только простого эфира (CH 3 -O-CH 3):
2CH 3 OH → CH 3 -O-CH 3 + H 2 O.
Необходимо помнить, что в случае дегидратации несимметричных спиртов внутримолекулярное отщепление воды будет протекать в соответствии с правилом Зайцева, то есть водород будет отщепляться от наименее гидрированного атома углерода.
Дегидрирование спиртов:
а) Дегидрирование первичных спиртов при нагревании в присутствии металлической меди приводит к образованию альдегидов:
б) В случае вторичных спиртов аналогичные условия приведут к образованию кетонов:
в) Третичные спирты дегидрированию не подвергаются.
3. Реакции окисления
Горение . Спирты легко вступают в реакцию горения. При этом образуется большое количество тепла:
2СН 3 - ОН + 3O 2 → 2CO 2 + 4H 2 O + Q.
Окисление спиртов происходит в присутствии катализаторов Cu, Cr и др. при нагревании. Окисление происходит и в присутствии хромовой смеси (H 2 SO 4 + K 2 Cr 2 O 7) или перманганата магния (KMnO 4). Первичные спирты образуют альдегиды, к примеру:
C 2 H 5 OH+ CuO → CH 3 COH + Cu + + H 2 O.
В результате получили уксусный альдегид (этаналь, ацетальдегид), медь, воду. Если образовавшийся альдегид не удалить из реакционной среды, образуются соответствующая кислота.
Вторичные спирты в этих же условиях образуют кетоны:
Для третичных спиртов реакция окисления не характерна.
Химические свойства многоатомных спиртов
Многоатомные спирты являются более сильными кислотами, чем одноатомные.
Для многоатомных спиртов характерны такие же, как и для одноатомных, реакции с щелочными, щелочноземельными металлами. При этом в молекуле спирта замещается разное число атомов водорода ОН-групп. В результате образуются соли. К примеру:
Поскольку многоатомные спирты обладают кислотными свойствами больше одноатомных, то они охотно реагируют не только с металлами, но и с их гидроксидами тяжелых металлов. Реакция с гидроксидом меди 2 является качественной реакцией на многоатомные спирты. Голубой осадок при взаимодействии с многоатомным спиртом переходит в ярко синий раствор.
- Реакция этерификации, т.е. взаимодействие с органическими и кислородсодержащими неорганическими кислотами с образованием сложных эфиров:
C 6 H 5 ONa + CH 3 COCl → C 6 H 5 OCOCH 3 + NaCl