Примерное время на чтение статьи: 8 минуты

МНОГОАТОМНЫЕ СПИРТЫ или ПОЛИОЛЫ.

Органические углеводороды, в молекулярной структуре которых находится две и более группы -ОН, называются многоатомными спиртами. По-другому соединения называются полиспиртами или полиолами. Общую формулу многоатомных спиртов можно записать как C_nH_2n+2(OH)_n.

Классификация.

В зависимости от строения выделяют двухатомные, трёхатомные, четырёхатомные и т.д. спирты. Они отличаются на одну гидроксильную группу -ОН.

Вид спирта	Название	Формула	Физические свойства
Двухатомные (диолы или гликоли)	Этиленгликоль	HO-CH2-CH2-OH	Прозрачная маслянистая сильно токсичная жидкость без запаха, со сладким привкусом
Трёхатомные (триолы)	Глицерин	C3H5(OH)3	Вязкая прозрачная жидкость. Смешивается с водой в любых пропорциях. Имеет сладкий вкус
Четырёхатомные	Пентаэритрит	C(CH2OH)4	Кристаллический белый порошок со сладким вкусом. Растворяется в воде и органических растворителях
Пятиатомные	Ксилит	CH2OH(CHOH)3CH2OH	Кристаллическое бесцветное вещество сладкое на вкус. Хорошо растворяется в воде, спиртах, органических кислотах
Шестиатомные	Сорбит (глюцит)	C6H8(HO)6	Сладкое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, но плохо растворимое в этаноле

Однако количество атомов углерода не всегда соответствует количеству гидроксильных групп. Такое несоответствие объясняется разной структурой углеродного скелета. Например, пентаэритрит содержит пять атомов углерода и четыре группы -ОН (один углерод посередине), а сорбит – по шесть атомов углерода и групп -ОН.

Наиболее широко известны два многоатомных спирта — этиленгликоль и глицерин.

Строение молекулы.

Гидроксильные группы обладают отрицательным индуктивным эффектом (−I), а значит ближайшие к ним атомы углерода лишены электронной плотности и на них наблюдается частичный положительный заряд. Такое смещение электронной плотности наблюдается и с протонов гидроксильных групп в сторону атомов кислорода, что обеспечивает слабые кислотные свойства многоатомных спиртов

Наличие нескольких –ОН групп в составе молекулы говорит о появлении межмолекулярных водородных связей, за счет которых проявляются более высокие температуры плавления и кипения по сравнению с одноатомными спиртами.

Гомологический ряд.

Этиленгликоль (тривиальное название), или этандиол (систематическое название). Химическая формула .

Пропандиол-1,2 (пропиленгликоль):

Номенклатура.

В названиях многоатомных спиртов количество групп ОН указывают суффиксами -диол в при наличии двух ОН-групп, -триол при наличии трех ОН-групп и т.д. После этого добавляют номера атомов углерода, связанных с гидроксильными группами.

Систематическая номенклатура IUPAC

Для формирования названия многоатомного спирта необходимо выбрать самую длинную углеродную цепь и пронумеровать ее так, чтобы все заместители имели наименьшие порядковые номера. Перечислить все заместители с указанием их положения (номера), указать количество атомов углерода в самой длинной цепи и в конце добавить суффикс –ол с указанием количества и положений гидроксильных –ОН групп:

Все двухатомные спирты, т. е. содержащие две гидроксильные группы, относят к подклассу «гликолей». Для формирования названия гликоля сначала указывают название алкена, в котором гипотетически «заменили π-связь на две –ОН группы», а затем добавляют –гликоль. Заметьте, что –ОН группы не обязательно должны стоять при соседних атомах углерода:

Исходя из наличия разного количества –ОН групп все спирты можно разделить на подклассы:

Трехатомные спирты — триолы: содержат три –ОН группы и т. д.

Двухатомные спирты — диолы: содержат две –ОН группы.

По международной заместительной номенклатуре  двухатомные спирты называются алкандиолами, трехатомные – алкантриолами. Спирты с двумя гидроксилами при одном углеродном атоме обычно в свободном виде не существуют; при попытках получить их они разлагаются, выделяя воду и превращаясь в соединение с карбонильной группой – альдегиды или кетоны:

Трехатомные спирты с тремя гидроксилами при одном углеродном атоме еще более неустойчивы, чем аналогичные двухатомные, и в свободном виде неизвестны:     

Поэтому первым представителем двухатомных спиртов является производное этана состава С₂Н₄(ОН)₂ с гидроксильными группами при различных углеродных атомах – 1,2-этандиол, или иначе — этиленгликоль (гликоль). Пропану соответствует уже два двухатомных спирта – 1,2-пропадиол, или пропиленгликоль, и 1,3-пропандиол, или триметиленгликоль:

Гликоли, в которых две спиртовые гидроксильные группы расположены в цепи рядом – при соседних атомах углерода, называются a-гликолями (например, этиленгликоль, пропиленгликоль). Гликоли со спиртовыми группами, расположенными через один углеродный атом, называются b-гликолями (триметиленгликоль). И так далее. 

Изомерия.

Для  спиртов характерна структурная изомерия – изомерия углеродного скелета, изомерия положения гидроксильной группы и межклассовая изомерия.

Структурные изомеры — это соединения с одинаковым составом, которые отличаются порядком связывания атомов в молекуле, т.е. строением молекул.

Изомеры углеродного скелета характерна для спиртов, которые содержат не менее четырех атомов углерода.

Структурная изомерия.

1) Изомерия углеродного скелета:

2) Изомерия положения функциональных групп:

3) Межклассовая изомерия: многоатомные спирты изомерны простым гидроксиэфирам:

Для многоатомных спиртов не характерна пространственная изомерия: геометрическая в силу того, что в молекулах полиолов отсутствуют кратные С-С связи, а оптическая изомерия не характерна в силу того, что в молекулах полиолов при каждом из атомов углерода можно найти пару одинаковых заместителей.

Физические свойства алкинов.

Наиболее простой двухатомный спирт – этиленгликоль. Этиленгликоль — двухатомный спирт, простейший представитель многоатомных спиртов. В очищенном виде представляет собой прозрачную бесцветную жидкость слегка маслянистой консистенции. Не имеет запаха и обладает сладковатым вкусом. Этиленгликоль токсичен. Попадание этиленгликоля или его растворов в организм человека может привести к необратимым изменениям в организме и к летальному исходу. Этиленгликоль — горючее вещество, температура вспышки его паров 120^оС . 

Глицерин представляет собой бесцветную вязкую жидкость. За счёт наличия водородных связей глицерин смешивается с водой в любых отношениях. Безводный глицерин очень гигроскопичен, при попадании на кожу вызывает ожоги, но в разбавленном состоянии используется при изготовлении косметических средств (кремов, гелей), и в пищевой промышленности для приготовления ликёров.

Полиолы обладают сладким вкусом и хорошо растворяются в воде. Диолы и триолы – вязкие жидкости. Высшие спирты – кристаллические вещества.

Чем больше углеводородный радикал, тем меньше растворимость спирта в воде. Чем больше ОН-групп в спирте, тем больше растворимость в воде.

Получение.

Полиолы получают лабораторным и промышленным путём:

1. гидратацией оксида этилена (получение этиленгликоля):

С₂Н₄О + Н₂О → HO-CH₂-CH₂-OH;

2. взаимодействием галогеналканов с раствором щелочей:

R-CHCl-CH₂Cl + 2NaOH → R-CHOH-CH₂OH + 2NaCl;

3. окислением алкенов:

R-CH=CH₂ + H₂O + KMnO₄ → R-CHOH-CH₂OH + MnO₂ + KOH;

4. глицерин можно получить щелочным гидролизом 1,2,3-трихлорпропана или омылением жиров:

C₃H₅(COO)₃-R + 3NaOH → C₃H₅(OH)₃ + 3R-COONa

 5. гидрирование диальдегида – один из способов получения этиленгликоля:

6. Гидролиз жиров – способ получения многоатомных спиртов. Под действием кислоты жиры гидролизуются до глицерина и карбоновых кислот, которых входили в молекулу жира. При гидролизе тристеарата глицерина образуется глицерин и стеариновая кислота:

При щелочном гидролизе жиров образуется глицерин и соли карбоновых кислот, входивших в состав жира (при щелочном гидролизе тристеарата глицерина образуется глицерин и соль стеариновой кислоты (стеарат)).

Химические свойства.

Химические свойства многоатомных спиртов во многом схожи со свойствами одноатомных спиртов. При этом в реакциях могут принимать участие одна или несколько гидроксильных групп. Химические свойства многоатомных спиртов обусловлены нахождением в молекуле нескольких гидроксильных групп. Их близкое положение способствует более лёгким разрывам водородных связей, чем у одноатомных спиртов. Многоатомные спирты проявляют кислотные и основные свойства.

1. Со щелочными металлами. При взаимодействии этиленгликоля и глицерина с щелочными металлами образуются соли — гликоляты и глицераты. При замещении атомов водорода атомом металла в обеих гидроксогруппах в молекуле этиленгликоля образуется гликолят натрия: 

2. Взаимодействие со щелочами. Введение в молекулу дополнительных групп ОН, являющихся электроноакцепторами, усиливает кислотные свойства спиртов, так как происходит делокализация электронной плотности.

3. С галогеноводородами.

Одна из групп -ОН замещается на галоген

HO-CH₂-CH₂-OH + HCl → Cl-CH₂-CH₂-OH (этиленхлоргидрин) + H₂O

4. Этерификация. Реагируют с минеральными кислотами с образованием жиров – сложных эфиров

C₃H₈O₃ + 3HNO₃ → C₃H₅O₃(NO₂)₃ (нитроглицерин) + 3H₂O

Многоатомные спирты вступают в реакции этерификации с органическими кислотами. Этиленгликоль реагируя с уксусной кислотой образует ацетат этиленгликоля:

При взаимодействии глицерина с высшими карбоновыми кислотами образуются жиры:

5. Качественная реакция. При взаимодействии с гидроксидом меди (II) в щелочной среде образуется тёмно-синий раствор

HO-CH₂-CH₂-OH + Cu(OH)₂ → C₄H₁₀O₄ + 2H₂O

Соли двухатомных спиртов называются гликолятами, трёхатомных – глицератами.

6. Реакция дегидратации. Многоатомные спирты с двумя и тремя гидроксогруппами у одного атома углерода R‒CH(OH)₂ или R-C(OH)₃ неустойчивы, от них легко отрывается вода и образуется карбонильное соединение. При дегидрировании этиленгликоля образуется диальдегид (глиоксаль)

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), а также, как сырье в органическом синтезе.

Диэтиленгликоль HOCH₂–CH₂OCH₂–CH₂OH используют для заполнения тормозных гидравлических приспособлений, а также в текстильной промышленности при отделке и крашении тканей.

Глицерин широко используется в парфюмерной, пищевой,  фармацевтической, кожевной, текстильной промышленности при отделке кож и тканей. Наиболее важной областью применения глицерина является производство нитроглицерина.

Он играет важную роль в обменных процессах, так как входит в состав жиров (липидов) животных и растительных тканей.

Нитроглицерин – служит сырьем для получения бездымных порохов и динамита. Динамит применяется в горном деле и железнодорожном строительстве в качестве взрывчатого вещества. Чистый нитроглицерин взрывается даже при слабом ударе, в отличие от динамита, который можно безопасно бросать. Нитроглицерин токсичен, но в малых количествах служит лекарством, так как расширяет сердечные сосуды и тем самым улучшает кровоснабжение сердечной мышцы.

Сорбит (сорбитол), также известный как глюцит — шестиатомный спирт, обладающий сладким вкусом. Используется в производстве аскорбиновой кислоты. Зарегистрирован в качестве пищевой добавки как E420. Сорбит часто применяется как заменитель сахара для больных диабетом и людей страдающих от ожирения, его можно встретить в диетических продуктах и диетических напитках. В естественном виде встречается в косточковых плодах.

Ксилит – сладкие кристаллы, хорошо растворимые в воде. Ксилит используется при изготовлении продуктов питания для диабетиков, а также при производстве алкидных смол, олиф и поверхностно-активных веществ.-ацетиленовая сварка) и резке металлов.