Многоатомные спирты – это органические соединения, в одной молекуле которых имеется несколько гидроксильных групп. Простейшим представителем данной группы химических соединения является двухатомный , или -1,2.

Физические свойства

Данные свойства во многом зависят от строения углеводородного радикала спирта, количества гидроксильных групп, а также их положения. Таким образом, первые представители гомологического ряда – это жидкости, а высшие – это твердые вещества.

Если одноатомные спирты легко смешиваются с водой, то у многоатомных этот процесс происходит медленнее и при увеличении молекулярной массы вещества постепенно сходит на нет. За счет более сильной ассоциации молекул в подобных веществах, а значит и возникновения довольно прочных водородных связей, температура кипения спиртов высока. Диссоциация на ионы протекает в столь малой степени, что спирты дают нейтральную реакцию – окраска или фенолфталеина не изменяется.

Химические свойства

Химические свойства данных спиртов аналогичны таковым одноатомных, то есть они вступают в реакции нуклеофильного замещения, дегидратации и окисления до альдегидов или кетонов. Последнее исключено у трехатомных спиртов, окисление которых сопровождается разрушением углеводородного скелета.

Качественная реакция на многоатомные спирты проводится с гидроксидом меди (II). При добавлении индикатора в спирт, выпадает хелатный комплекс ярко-синего цвета.

Способы получения многоатомных спиртов

Синтез данных веществ возможен путем восстановления моносахаридов, а также конденсации альдегидов с в щелочной среде. Нередко многоатомные спирты получаю и из природного сырья – плодов рябины.

Наиболее употребительный многоатомный спирт – глицерин – получают путем , а с внедрением новых технологии в химическую промышленность – синтетическим способом из пропилена, образующегося в процессе крекинга нефтепродуктов.

Применение многоатомных спиртов

Области применения многоатомных спиртов различны. Эритрит используют для приготовления взрывчатых веществ, быстросохнущих красок. Ксилит широко используется в пищевой промышленности при приготовлении диабетических продуктов, а также в производстве смол, олиф и ПАВ. Из пентаэритрита получают пластификаторы для ПВХ, синтетических масел. Манит входит в состав некоторых косметических изделий. А сорбит нашел применение в медицине в качестве заменителя сахарозы.

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.

Многоатомные спирты (полиспирты, полиолы) - органические соединения класса спиртов, содержащие в своём составе более одной гидроксильной группы -OH.

Глюкоза С 6 Н 12 О 6 - моносахарид (моноза) - полифункциональное соединение, содержащее альдегидную или кетогруппу и несколько гидроксильных групп, т. е. полигидроксиальдегиды и полигидроксикетоны.

Взаимодействие многоатомных спиртов с гидроксидом меди (II)

Качественные реакции с гидроксидом меди (II) на многоатомные спирты направлены на определение их слабых кислотных свойств.

При добавлении свежеосажденного гидроксида меди (II) в сильно щелочной среде к водному раствору глицерина (HOCH 2- CH(OH)-CH 2 OH), и затем к раствору этиленгликоля (этандиолу) (HO CH 2- CH 2 OH), осадок гидроксида меди растворяется в обоих случаях и появляется ярко-синее окрашивание растворара (насыщенного цвета индиго). Это свидетельствует о кислотных свойствах глицерина и этиленгликоля.

СuSO 4 + 2NaOH = Cu(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

Реакция с Cu(OH) 2 - это качественная реакция на многоатомные спирты с соседними группами ОН - , что обуславливает их слабые кислотные свойства. Такую же качественную реакцию дает формалин и гидроксид меди - альдегидная группа реагирует по кислотному типу.

Качественная реакция глюкозы с гидроксидом меди (II)

Реакция глюкозы с гидроксидом меди (II) при нагревании демонстрирует восстановительные свойства глюкозы. При нагревании реакция глюкозы с гидроксидом меди(II) идет с восстановлением двухвалентной меди Cu (II) до одновалентной меди Cu (I). В начале выпадает осадок оксида меди CuO желтого цвета. В процессе дальнейшего нагревания CuO восстанавливается до оксида меди (I) – Cu 2 O, который выпадает в виде красного осадка. В процессе этой реакции глюкоза окисляется до глюконовой кислоты.

2 HOСН 2 - (СНOH) 4) - СН=O + Cu(OH) 2 = 2HOСН 2 - (СНOH) 4) - СOOH + Cu 2 O↓ + 2 H 2 O

Это качественная реакция глюкозы с гидроксидом меди на альдегидную группу.

Спирты - крупная группа органических химических веществ. Она включает подклассы одноатомных и многоатомных спиртов, а также все вещества комбинированного строения: альдегидоспирты, производные фенола, биологические молекулы. Эти вещества вступают в множество типов реакций как по гидроксильной группе, так и по атому углерода, несущему ее. Эти химические свойства спиртов следует изучить детально.

Виды спиртов

В веществах спиртов содержится гидроксильная группа, присоединенная к несущему углеродному атому. В зависимости от количества атомов углерода, с которыми соединен несущий С, спирты делятся на:

первичные (соединенные с концевым углеродом);
вторичные (соединены с одной гидроксильной группой, одним водородом и двумя углеродными атомами);
третичные (соединены с тремя углеродными атомами и одной гидроксильной группой);
смешанные (многоатомные спирты, в которых имеются гидроксильные группы у вторичных, первичных или третичных углеродных атомов).

Также спирты делятся в зависимости от количества гидроксильных радикалов на одноатомные и многоатомные. Первые содержат только одну гидроксильную группу у несущего углеродного атома, к примеру, этанол. Многоатомные спирты содержат две и более гидроксильные группы у разных несущих углеродных атомов.

Химические свойства спиртов: таблица

Наиболее удобно подать интересующий нас материал посредством таблицы, которая отражает общие принципы реакционной способности спиртов.

Реакционная связь, тип реакции	Реагент	Продукт
Связь О-Н, замещение	Активный металл, гидрид активного металла, щелочь или амиды активных металлов	Алкоголяты
Связь С-О и О-Н, межмолекулярная дегидратация	Спирт при нагревании в кислой среде	Простой эфир
Связь С-О и О-Н, внутримолекулярная дегидратация	Спирт при нагревании над концентрированной серной кислотой	Непредельный углеводород
Связь С-О, замещение	Галогеноводород, тионилхлорид, квазифосфониевая соль, галогениды фосфора	Галогеналканы
Связь С-О - окисление	Доноры кислорода (перманганат калия) с первичным спиртом	Альдегид
Связь С-О - окисление	Доноры кислорода (перманганат калия) с вторичным спиртом
Молекула спирта	Кислород (горение)	Углекислый газ и вода.

Реакционная способность спиртов

Благодаря наличию в молекуле одноатомного спирта углеводородного радикала - связи С-О и связи О-Н - данный класс соединений вступает в многочисленные химические реакции. Они определяют химические свойства спиртов и зависят от реакционной способности вещества. Последняя, в свою очередь, зависит от длины углеводородного радикала, присоединенного у несущему углеродному атому. Чем он больше, тем ниже полярность связи О-Н, из-за чего реакции, идущие с отщеплением водорода от спирта, будет протекать медленнее. Это же снижает константу диссоциации упомянутого вещества.

Химические свойства спиртов также зависят от количества гидроксильных групп. Одна смещает электронную плотность на себя вдоль сигма-связей, что увеличивает реакционную способность по О-Н группе. Поскольку это поляризует связь С-О, то реакции с ее разрывом идут активнее у спиртов, у которых имеется две и более О-Н групп. Потому многоатомные спирты, химические свойства которых более многочисленные, охотнее вступают в реакции. Также они содержат несколько спиртовых групп, из-за чего свободно могут вступать в реакции по каждой из них.

Типичные реакции одноатомных и многоатомных спиртов

Типичные химические свойства спиртов проявляются только в реакции с активными металлами, их основаниями и гидридами, кислотами Льюиса. Также типичными являются взаимодействия с галогенводородами, галогенидами фосфора и прочими компонентами с получением галогеналканов. Также спирты являются и слабыми основаниями, потому вступают в реакции с кислотами, образуя при этом галогенводороды и сложные эфиры неорганических кислот.

Простые эфиры образуются из спиртов при межмолекулярной дегидратации. Эти же вещества вступают в реакции дегидрирования с образованием альдегидов из первичного спирта и кетонов из вторичного. Третичные спирты в подобные реакции не вступают. Также химические свойства этилового спирта (и других спиртов) оставляют возможность полного их окисления кислородом. Это простая реакция горения, сопровождающаяся выделением воды с углекислым газом и некоторого количества тепла.

Реакции по атому водорода связи О-Н

Химические свойства одноатомных спиртов допускают разрыв связи О-Н и отщепление водорода. Эти реакции протекают при взаимодействии с активными металлами и их основаниями (щелочами), с гидридами активных металлов, а также с кислотами Льюиса.

Также спирты активно вступают в реакции со стандартными органическими и неорганическими кислотами. В данном случае продуктов реакции является сложный эфир или галогенуглеводород.

Реакции синтеза галогеналканов (по связи С-О)

Галогеналканы - это типичные соединения, которые могут быть получены из спиртов при протекании нескольких типов химических реакций. В частности, химические свойства одноатомных спиртов позволяют вступать во взаимодействие с галогенводородами, с галогенидами трех- и пятивалентного фосфора, квазифосфониевыми солями, тионилхлоридом. Также галогеналканы из спиртов могут быть получены промежуточным путем, то есть синтезом алкилсульфоната, который позже вступит в реакцию замещения.

Пример первой реакции с галогенводородом указан на графическом приложении выше. Здесь бутиловый спирт реагирует с хлоридом водорода с образованием хлорбутана. В общем, класс соединений, содержащих хлор и углеводородный насыщенный радикал, называется алкилхлоридом. Побочным продуктом химического взаимодействия является вода.

Реакции с получением алкилхлорида (йодида, бромида или фторида) достаточно многочисленные. Типичный пример - взаимодействие с трибромидом фосфора, пентахлоридом фосфора и прочими соединениями данного элемента и его галогенидов, перхлоридов и перфторидов. Они протекают по механизму нуклеофильного замещения. С тионилхлоридом спирты реагируют также с образованием хлоралкана и выделением SO 2 .

Наглядно химические свойства одноатомных предельных спиртов, содержащих насыщенный углеводородный радикал, представлены в виде реакций на иллюстрации ниже.

Спирты легко взаимодействуют с квазифосфониевой солью. Однако данная реакция наиболее выгодна при протекании у одноатомных вторичных и третичных спиртов. Они региоселективны, позволяют "имплантировать" галогеновую группу в строго определенное место. Продукты таких реакций получаются с высокой массовой долей выхода. А многоатомные спирты, химические свойства которых несколько отличаются от таковых у одноатомных, могут изомеризоваться в ходе реакции. Потому получение целевого продукта затрудняется. Пример реакции на изображении.

Внутримолекулярная и межмолекулярная дегидратация спиртов

Гидроксильная группа, расположенная у несущего углеродного атома, может отщепляться при помощи сильных акцепторов. Так протекают реакции межмолекулярной дегидратации. При взаимодействии одной молекулы спирта с другой в растворе концентрированной серной кислоты молекула воды отщепляется от обеих гидроксильных групп, радикалы которых соединяются в молекулу простого эфира. При межмолекулярной дегидратации этаналя можно получить диоксан - продукт дегидратации по четырем гидроксильным группам.