Двухатомные спирты

Двухатомные спирты (гликоли, или диолы) — что это за соединения

Спирты представляют собой класс органических веществ, в состав которых входит одна или несколько гидроксильных групп (—OH), связанных с атомом углерода (C) в углеводородном радикале (R—OH).

Основные формулы с примерами

Основные формулы гликолей:

\({\mathrm C}_n{\mathrm H}_{2n}{(\mathrm{OH})}_2\)  или  \({\mathrm C}_n{\mathrm H}_{2n+2}{\mathrm O}_2\)

Диолы легко выстраиваются в гомологический ряд, сформулировать который можно с помощью гомологического ряда насыщенных углеводородов, заменяя в структуре их молекул два атома водорода на OH-группы.

Номенклатура гликолей

В номенклатуре ИЮПАК для названия двухатомных спиртов вместо окончания «-ол» используют «-диол» (пропандиол, этандиол и т. д.), а цифрами обозначают атомы углерода главной цепи, к которым присоединены две группы (OH).

Подобная систематическая номенклатура осуществляет дифференциацию 1,2-, 1,3-, 1,4-диол, т. к. от взаимного расположения OH-групп зависят химические и физические свойства веществ.

Пропиленгликоль представлен двумя изомерами:

1,2-пропандиолом

\({\mathrm{CH}}_3-\mathrm{CHOH}-{\mathrm{CH}}_2-\mathrm{OH}\)

1,3-пропандиолом

\(\mathrm{HO}-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_2-\mathrm{OH}\)

При этом способность к вступлению в химическую реакцию и склонность к полимеризации у 1,2-пропиленгликоля выражены в меньшей степени, чем у 1,3-пропиленгликоля.

Гликоли, в структуре которых гидроксильные группы находятся возле разных атомов углерода, являются устойчивыми:

Геминальные диолы содержат две OH-группы возле одного углеродного атома, что обуславливает их неустойчивость. Такие гликоли легко разлагаются. В результате за счет гидроксильных групп отщепляется вода, и образуются альдегиды или кетоны:

Физические свойства гликолей

Гликоли чаще всего представляют собой густые, бесцветные, жидкости малой летучести, без запаха. Хорошо смешиваются с водой (особенно низшие диолы) и органическими растворителями (спиртами, кетонами, кислотами и аминами). Высокий показатель растворимости в воде объясняется образованием водородных связей между молекулами воды и спиртов — гидратацией:

Для всех спиртов характерно образование межмолекулярных водородных связей, вызывающих притяжение и ассоциацию молекул спиртов:

Из-за наличия двух гидроксильных групп диолы имеют более высокую температуру кипения и плотность в сравнении с соответствующими им одноатомными.

Большинство диолов имеют сладкий, а некоторые — горьковатый вкус.

Химические свойства гликолей и их применение

Гликоли участвуют в тех же химических реакциях, что и одноатомные спирты, но отличаются тем, что в реакцию вводится либо одна, либо обе спиртовые группы. Поэтому у них бывают два ряда производных: полные и неполные.

При этом водород в диолах замещается легче, чем в одноатомных спиртах.

Химические свойства:

1. Кислотные свойства двухатомных спиртов более активны, чем у одноатомных по причине воздействия гидроксильных групп друг на друга. Данное химическое свойство дуолов указывает на их способность реагировать со щелочами, щелочными металлами и гидроксидами тяжелых металлов, что недоступно одноатомным спиртам. Реакция при взаимодействии с гидроксидами тяжелых металлов (меди, например) является качественной на двухатомные спирты.
2. Дуолы имеют способность образования полных и неполных простых и сложных эфиров. Полученные в таких реакциях метил- и этилцеллозольвы используют в качестве растворителей при производстве лаков и бездымного пороха, а сложный эфир динитроэтиленгликоль — вместо нитроглицерина из-за его мощной взрывоопасности (кроме того, он летуч и крайне ядовит).
3. Реакция окисления дуолов происходит в несколько этапов, с образованием ряда промежуточных (гликолевый альдегид, глиоксаль, гликолевая кислота, глиоксиловая кислота) и конечного (щавелевая кислота) результатов. По полученным продуктам (как и у одноатомных спиртов) можно судить о структуре вступившего в реакцию гликоля.
4. Гликоли вступают в химическую реакцию дегидратации, в которой вода отщепляется в зависимости от расположения гидроксильных групп диолов. Дегидратация может происходить как внутри-, так и межмолекулярно.

С помощью реакции гидратации получают этиленгликоль — самый простой двухатомный спирт и самое востребованное химическое соединение в промышленности и быту.

Химическая формула этиленгликоля:

\(\mathrm{HO}-{\mathrm{CH}}_2-{\mathrm{CH}}_2-\mathrm{OH}\\\)

Способность этиленгликоля понижать температуру замерзания воды нашла широкое применение в качестве охлаждающего реагента систем охлаждения двигателей и компьютеров, антифризов и тормозных жидкостей. Из-за коррозийной активности применяется с ингибиторами.

Виды спиртов по характеру углеводородного радикала

По структуре углеводородного радикала, связанного с атомом кислорода, спирты бывают следующих видов: предельные (насыщенные), непредельные (ненасыщенные), ароматические.

Предельные спирты

Для предельных спиртов характерна:

1. Структурная изомерия (1-пропанол: \({\mathrm{СН}}_3-{\mathrm{СН}}_2-{\mathrm{СН}}_2-\mathrm{ОН}\) ; 2-пропанол: \({\mathrm{СН}}_3-\mathrm{СН}(\mathrm{ОН})-{\mathrm{СН}}_3)\)).
2. Межклассовая изомерия (этанол: \({\mathrm{СН}}_3-{\mathrm{СН}}_2\mathrm{ОН}\); диметиловый эфир: \({\mathrm{СН}}_3-\mathrm О-{\mathrm{СН}}_3\)).

Начиная с бутанола, прослеживается изомерия углеродного скелета (1-бутанол: \({\mathrm{СН}}_3-{\mathrm{СН}}_2-{\mathrm{СН}}_2-{\mathrm{СН}}_2-\mathrm{ОН}\); 2-метилпропанол-1: \({\mathrm{СН}}_3-\mathrm{СН}({\mathrm{СН}}_3)-{\mathrm{СН}}_2\mathrm{ОН}\)), при которой наименование спирта записывается с использованием двух цифр. Первая из них показывает положение метильной группы, вторая — гидроксильной.

Непредельные спирты

Непредельные (ненасыщенные) содержат кратные (двойные и тройные) межуглеродные связи:

• алкенолы — пропен-2-ол-1 (аллиловый спирт):

\({\mathrm{CH}}_2=\mathrm{CH}-{\mathrm{CH}}_2-\mathrm{OH}\)

• алкинолы — пропин-2-ол-1 (пропаргиловый спирт):

\(\mathrm{CH}\equiv\mathrm C-{\mathrm{CH}}_2\mathrm{OH}\)

Непредельные спирты подразделяются на два основных типа:

• спирты с гидроксильной группой, находящейся вблизи атома углерода, сцепленного двойной связью (виниловый спирт);
• спирты с гидроксильной группой, находящейся вблизи атома углерода, соседнего с двойной связью (аллиловый спирт).

Спирты первого типа неустойчивы и сразу же превращаются в соответствующие изомерные карбонильные соединения.

Ароматические спирты

Ароматические спирты являются производными жирноароматических углеводородов, имеющими в структуре фенильный радикал (производную от бензола), иными словами — ароматическое кольцо и гидроксильную группу, не связанные напрямую, а через атомы углерода.

К ароматическим спиртам относятся фенилметанол (бензиловый спирт) и 2-фенилэтанол.

Ароматические спирты не следует путать с фенолами, у которых группа (OH) связана с бензольным кольцом без посредников.

Дополнительная (внутренняя) классификация

Спирты также дифференцируют по следующим признакам.

В зависимости от местонахождения OH-группы в молекуле:

1. Первичные — гидроксильная группа прикреплена к первому атому углерода.
2. Вторичные — OH-группа расположена вблизи второго атома углерода.
3. Третичные — гидроксильная группа присоединена к третьему атому углерода.

По числу OH-групп в молекуле соединения:

1. Одноатомные — содержат одну гидроксильную группу.
2. Многоатомные — включают две и более гидроксильные группы.

По количеству углеродных атомов в структуре молекулы спирта:

1. Низшие — содержат от 1 до 10 атомов углерода.
2. Высшие — включают более 11 атомов углерода.