Многоатомные спирты

Многоатомные спирты – это производные углеводородов, в молекулах которых два и более атома водорода замещены на гидроксильные группы.

Простейшим представителем двухатомных спиртов (гликолей) является этиленгликоль, или этандиол-1, 2. Простейшим представителем трёхатомных спиртов является глицерин, или пропантриол-1, 2, 3.

Этиленгликоль и глицерин – бесцветные вязкие жидкости, тяжелее воды, неограниченно растворимы в воде, хорошо растворяются в этаноле.

Этиленгликоль является ядовитым веществом, входит в состав антифризов, так как его водные растворы его не кристаллизуются при низких температурах. Глицерин имеет сладковатый вкус, он гигроскопичен и нелетуч.

Впервые глицерин получен из оливкового масла химиком и фармацевтом К. В. Шееле в 1783 году.

Так как в многоатомных спиртах гидроксильных групп больше, чем в одноатомных, число межмолекулярных водородных связей между молекулами спирта и воды будет больше, чем в одноатомных спиртах, поэтому и растворимость этиленгликоля и глицерина будет больше.

Однако температуры кипения этиленгликоля и глицерина будут значительно выше, чем одноатомных спиртов с тем же числом атомов углерода. Это также объясняется большим числом гидроксильных групп и, соответственно, большим числом водородных связей по сравнению с одноатомными спиртами. Например, температура кипения этанола +78 ⁰C, у этандиола-1, 2 – + 197 ⁰C, у пропанола – + 97 ⁰C, а у пропантриола-1, 2, 3 – +290 ⁰C.

Для многоатомных спиртов характерны свойства, обусловленные наличием функциональной гидроксильной группы, а также одновременным присутствием нескольких гидроксильных групп в молекуле.

Так, многоатомные спирты взаимодействуют со щелочными металлами также, как и одноатомные спирты. Например, в реакции этиленгликоля с натрием образуется динатрийгликолят, в реакции глицерина с натрием образуется тринатрийглицерат. Как видно, в этих реакциях многоатомные спирты проявляют кислотные свойства:

CH₂OH – CH₂OH + 2Na → CH₂ONa – CH₂ONa + H₂↑

2CH₂OH – CHOH – CH₂OH + 6Na → 2CH₂ONa – CHONa – CH₂ONa + 3H₂↑.

Кислотные свойства многоатомных спиртов выражены сильнее, чем одноатомных спиртов. Поэтому, в отличие от одноатомных спиртов, многоатомные спирты реагируют с нерастворимыми гидроксидами тяжёлых металлов. Например, если в стакан с раствором щёлочи добавить несколько капель сульфата меди (II) и к образовавшемуся осадку гидроксида меди (II) прилить многоатомный спирт глицерин, то образуется ярко-синий раствор. Данная реакция является качественной реакцией на многоатомные спирты.

Многоатомные спирты реагируют с галогеноводородами. Так, в реакции этиленгликоля с хлороводородом образуется 1,2-дихлорэтан:

CH₂OH – CH₂OH + 2HCl → CH₂Cl – CH₂Cl + 2H₂O.

Многоатомные спирты, также как и одноатомные, взаимодействуют с кислородсодержащими минеральными и карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров. Так, в реакции глицерина с азотной кислотой в присутствии серной кислоты образуется глицеринтринитрат, или нитроглицерин.

В реакции глицерина со стеариновой кислотой образуется сложный эфир – тристеарат:

Основным лабораторным способом получения гликолей является окисление алкенов раствором перманганата калия. Так, при окислении этилена раствором перманганата калия образуется этиленгликоль:

3CH₂ = CH₂ + 2KMnO₄ + 4H₂O → 3CH₂OH – CH₂OH + 2MnO₄ + 2KOH.

Этиленгликоль можно получить гидролизом дигалогеналкана. Так, при гидролизе 1, 2-дихлорэтана образуется этиленгликоль:

CH₂Cl – CH₂Cl + 2KOH → CH₂OH – CH₂OH + 2KCl.

Промышленным способом получения глицерина является гидролиз жиров. В процессе гидролиза жиров образуется не только глицерин, но и карбоновые кислоты.

Глицерин можно получить и синтетическим путём из пропена, который образуется при крекинге нефтепродуктов.

Этиленгликоль в промышленных масштабах получают гидратацией эпоксида, который получают при окислении этилена в присутствии катализатора – серебра.

Многоатомные спирты имеют широкое применение. Этиленгликоль используют для синтеза полимерных материалов, синтетического волокна лавсана, в качестве антифризов, этиленгликоль применяют для получения пластификаторов, он используется в лакокрасочной промышленности.

Глицерин используют для приготовления мазей, в кожевенной промышленности, в текстильной промышленности для отделки тканей. Глицерин используют в косметических средствах, как добавку в зубных пастах, при изготовлении клея, антифризов. Большое количество глицерина идёт на получение нитроглицерина, из которого получают бездымный порох и динамит. Нитроглицерин используют как лечебное средство, которое расширяет кровеносные сосуды сердечной мышцы и улучшает кровообращение сердца.

Динамит был изобретён Нобелем, который завещал часть прибыли своих заводов по производству динамита на выплату Нобелевских премий за выдающиеся достижения в науке и литературе.

Осуществим превращения. Из метана получим ацетилен, из ацетилена – этилен, из этилена – 1,2-дибромэтан, из 1,2-дибромэтана получим этиленгликоль, затем – 1,2-дихлорэтан, из него – ацетилен, из ацетилена – бензол:

CH₄ → C₂H₂ → C₂H₄ → CH₂Br – CH₂Br → CH₂OH – CH₂OH → CH₂Cl – CH₂Cl →

→ C₂H₂ → C₆H₆.

Из метана получим пиролизом ацетилен, затем проведём реакцию гидрирования, при этом образуется этилен, затем следует провести реакцию бромирования этилена для получения 1,2-дибромэтана; если к 1,2-дибромэтану добавить водный раствор щёлочи, то получится этиленгликоль, чтобы получить 1,2-дихлорэтан необходимо к этиленгликолю добавить избыток хлороводорода, затем к 1,2-дихлорэтану следует добавить спиртовой раствор щёлочи для получения ацетилен, для получения бензола в последней реакции следует провести тримеризацию ацетилена.

Осуществим ещё одно превращение: из 1,2,3-трибромпропана получим глицерин, из глицерина получим тринитроглицерин, из тринитроглицерина – азот, а также получим из глицерина глицерат натрия. В первой реакции следует к исходному веществу добавить водный раствор щёлочи, получим глицерин, затем к глицерину необходимо добавить азотную кислоту для получения тринитроглицерина, чтобы из тринитроглицерина получить азот следует провести реакцию горения. В последней реакции для получения глицерата натрия следует к глицерину добавить натрий:

CH₂Br – CHBr – CH₂Br → CH₂OH – CHOH – CH₂OH →

→ CH₂ONO₂ – CHONO₂ – CH₂ONO₂ → N₂.

Решим задачу. Определить алкен, для бромирования 0,112 г которого необходимо 0,32 г брома, а при окислении этого алкена водным раствором перманганата калия образуется двухатомный насыщенный симметричный спирт.