Многоатомные спирты — этиленгликоль и глицерин
Многоатомные спирты — спирты, в молекуле которых две или больше гидроксильных групп –OH, каждая при своём атоме углерода. Главные представители — двухатомный этиленгликоль HO–CH2–CH2–OH и трёхатомный глицерин HO–CH2–CH(OH)–CH2–OH. По ИЮПАК их называют этандиол-1,2 и пропантриол-1,2,3. Бывают и спирты с шестью группами –OH: сорбит C6H8(OH)6 используют как заменитель сахара.
Чем больше групп OH, тем гуще спирт
Каждая группа –OH образует водородные связи с соседними молекулами. У глицерина таких групп три, поэтому он густой, как сироп, и кипит намного выше этанола. Этиленгликоль тоже вязкий. Оба спирта смешиваются с водой в любых соотношениях и сладкие на вкус: название глицерина происходит от греческого слова «сладкий».
Сладкий вкус обманчив. Этиленгликоль ядовит, и отравления им случаются, когда антифриз принимают за что-то съедобное. Глицерин не ядовит, его добавляют в кремы и зубную пасту, чтобы они удерживали влагу.
Молярная масса глицерина C3H8O3 — 12 · 3 + 8 + 16 · 3 = 92 г/моль, этиленгликоля C2H6O2 — 12 · 2 + 6 + 16 · 2 = 62 г/моль.
Гидроксилы в этих молекулах стоят у разных атомов не случайно. Две группы –OH при одном атоме углерода не удерживаются: такая молекула сразу отщепляет воду и превращается в альдегид или кетон.
Глицерин растворяет гидроксид меди(II) до ярко-синего раствора
Учитель получает в пробирке голубой осадок: CuSO4 + 2NaOH → Cu(OH)2↓ + Na2SO4. Затем добавляет глицерин и встряхивает. Осадок исчезает, а раствор становится ярко-синим, потому что образуется глицерат меди(II):
2C3H5(OH)3 + Cu(OH)2 → [C3H5(OH)2O]2Cu + 2H2O.
С этанолом осадок остаётся голубым. Соседние группы –OH взаимно усиливают кислотные свойства, и слабое основание Cu(OH)2 с ними реагирует, а у одноатомного спирта кислотность для этого слишком мала. Реакцию дают спирты, у которых группы –OH стоят при соседних атомах углерода, то есть этиленгликоль и глицерин, а ещё глюкоза, у неё таких групп пять.
Живой урок по этой теме
Реакции глицерина и этиленгликоля удобно отработать на живом онлайн-уроке, где учитель проверяет каждое уравнение. «Моя школа LS» ведёт химию в малых группах и готовит к ЕГЭ.
Многоатомные спирты реагируют по каждой группе OH
С натрием глицерин замещает водород всех трёх гидроксилов: 2C3H5(OH)3 + 6Na → 2C3H5(ONa)3 + 3H2↑. Этиленгликоль ведёт себя так же, только атомов натрия в продукте два: HO–CH2–CH2–OH + 2Na → NaO–CH2–CH2–ONa + H2↑.
Задача 1. Вычисли объём водорода (н. у.), который выделится при реакции 18,4 г глицерина с избытком натрия.
n(C3H8O3) = 18,4 / 92 = 0,2 моль.
По уравнению из 2 моль глицерина выходит 3 моль H2: n(H2) = 0,2 · 3 / 2 = 0,3 моль.
V(H2) = 0,3 · 22,4 = 6,72 л.
Ответ: 6,72 л.
С азотной кислотой в присутствии концентрированной серной глицерин образует тринитрат глицерина, который по традиции называют нитроглицерином:
C3H5(OH)3 + 3HNO3 → C3H5(ONO2)3 + 3H2O (H2SO4 конц.).
Серная кислота здесь связывает воду и сдвигает реакцию вправо. Впервые нитроглицерин получил Асканио Собреро в 1847 году. Жидкость взрывалась от удара, и работать с ней было смертельно опасно. В 1867 году Альфред Нобель запатентовал динамит: нитроглицерин, пропитавший пористый наполнитель, стал гораздо безопаснее в обращении. В крошечных дозах нитроглицерин до сих пор служит лекарством при болях в сердце.
Задача 2. Вычисли массу нитроглицерина, который можно получить из 9,2 г глицерина.
n(C3H8O3) = 9,2 / 92 = 0,1 моль, нитроглицерина по уравнению столько же.
M(C3H5N3O9) = 12 · 3 + 5 + 14 · 3 + 16 · 9 = 227 г/моль.
m = 0,1 · 227 = 22,7 г.
Ответ: 22,7 г.
Горят многоатомные спирты до углекислого газа и воды: 2C3H8O3 + 7O2 → 6CO2 + 8H2O.
Этиленгликоль получают из этилена, глицерин — из жиров
В лаборатории этиленгликоль образуется, когда этилен пропускают через водный раствор перманганата калия. Фиолетовая окраска исчезает, выпадает бурый осадок MnO2:
3CH2=CH2 + 2KMnO4 + 4H2O → 3HO–CH2–CH2–OH + 2MnO2 + 2KOH.
Остаток глицерина есть в молекуле любого жира, ведь жиры — сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот, например стеариновой C17H35COOH. Поэтому глицерин получают при омылении жиров щёлочью. Это побочный продукт производства мыла. Обратный путь тоже известен: в 1854 году Марселен Бертло синтезировал жиры из глицерина и жирных кислот.
Водные растворы этиленгликоля замерзают намного ниже нуля, поэтому на нём делают антифриз для автомобилей. Из этиленгликоля и терефталевой кислоты получают волокно лавсан и пластик для бутылок.
Нитроглицерин — сложный эфир, а сладкий этиленгликоль ядовит
❌ Нитроглицерин — нитросоединение. ✅ Это сложный эфир глицерина и азотной кислоты, в нём группы –O–NO2.
❌ Раз этиленгликоль сладкий, он безвреден. ✅ Он ядовит, несмотря на вкус.
❌ Ярко-синий раствор с Cu(OH)2 даёт любой спирт. ✅ Только спирты с группами –OH у соседних атомов углерода.
❌ Глицерин по ИЮПАК — пропанол-1,2,3. ✅ Три группы –OH требуют суффикса -триол: пропантриол-1,2,3.
Задача 3. Массовая доля кислорода в предельном двухатомном спирте равна 51,6 %. Выведи его молекулярную формулу и назови спирт.
Общая формула CnH2n(OH)2, в молекуле два атома кислорода, M = 32 / 0,516 = 62 г/моль.
Молярная масса такого спирта 14n + 34. Из 14n + 34 = 62 получаем n = 28 / 14 = 2.
Формула C2H4(OH)2, то есть HO–CH2–CH2–OH.
Ответ: этиленгликоль, этандиол-1,2.
Числом групп –OH: у этанола одна, у этиленгликоля две, у глицерина три. Соседние группы –OH усиливают кислотные свойства, поэтому многоатомные спирты растворяют Cu(OH)2 с образованием ярко-синего раствора, а этанол этого не делает.
M(C3H5(ONO2)3) = 227 г/моль, n = 45,4 / 227 = 0,2 моль. Глицерина по уравнению столько же, m = 0,2 · 92 = 18,4 г.
Добавить к каждой пробе свежеосаждённый гидроксид меди(II) Cu(OH)2. Только в пробирке с многоатомным спиртом голубой осадок растворится и появится ярко-синий раствор, с этанолом и водой осадок останется.
Оцените урок:
