Transcript R-NO 2 - HomeN

PŘEHLED ORGANICKÉ CHEMIE
Deriváty uhlovodíků
Charakteristika
Organické sloučeniny, vzniklé nahrazením jednoho, nebo více
atomů vodíku jiným atomem, nebo skupinou atomů (funkční
skupiny).
Kritéria klasifikace derivátů uhlovodíků:
• podle počtu atomů uhlíku, na nichž došlo k náhradě
- monotopické
- polytopické
CH3-CH2-OH
- ditopické
HO-CH2-CH2-OH
- tritopické
.
.
.
CH2-CH-CH2
• podle druhu funkční skupiny
OH OH.OH
.
.
Rozdělení derivátů podle druhu funkční skupiny
- Halogenderiváty: R-X (X = F, Cl, Br, I); R…uhlíkový řetězec
- Sulfoderiváty:
R-SO3H - sulfonové kyseliny
R-SH – thioly (sirné obdoby alkoholů)
- Dusíkaté deriváty: R-NO2 – nitrosloučeniny
R-NH2, R-NH-R, R3N - aminy
- Kyslíkaté deriváty: R-OH – alkoholy, fenoly
R-O-R – ethery
R-CHO – aldehydy
R-CO-R – ketony
R-COOH – karboxylové kyseliny
Halogenderiváty (R-X)
Vznikají náhradou vodíkového atomu halovým prvkem.
Vlastnosti – halový prvek je vázán k uhlíkovému řetězci kovalentní
vazbou – vyplývá nerozpustnost ve vodě, naopak
dobrá mísitelnost s organickými rozpouštědly.
Většinou jde o velmi těkavé kapaliny, těžší než voda, nepříjemného
zápachu.
S rostoucím počtem atomů halogenů v molekule klesá
hořlavost halogenderivátů.
CCl4 – hasivo.
• alkylhalogenidy – (X) je vázán k acyklickému uhlovodíkovému
zbytku.
• arylhalogenidy – (X) navázán na aromatické jádro.
CHCl3 - trichlormethan (chloroform) – nasládlá, těkavá, nehořlavá
kapalina narkotických účinků. Výborné rozpouštědlo,
ovšem možný karcinogen.
Delším stáním na vzduchu, působením vlhkosti a světla
se rozkládá na jedovatý fosgen (COCl2).
CH2=CH-Cl – chlorethen (vinylchlorid) – základní surovina pro
výrobu polyvinylchloridu (PVC).
CF2=CF2 – 1,1,2,2 – terafluorethen – plynná látka, jejíž polymerací
za zvýšeného tlaku vzniká teflon.
[…-CF2-CF2-CF2-CF2 -…]n
C6H5Cl – chlorbenzen – bezbarvá, hořlavá kapalina, používaná při
výrobě pesticidů, barev i jako rozpouštědlo při
organických syntézách.
Sulfoderiváty
 Sulfonové kyseliny (R-SO3H)
Organické deriváty kyseliny sírové.
Bezbarvé krystalické látky,
hygroskopické, rozpustné ve vodě.
SO3H
CH3
kyselina para toluensulfonová
Použití - katalyzátory, výroba povrchově aktivních látek (PAL) saponátů, emulgátorů a smáčedel.
 Thioly (Merkaptany) (R-SH)
Sirné obdoby alkoholů - součást surových ropných produktů.
Produkty rozkladu bílkovin.
Odporně páchnoucí kapaliny, nerozpustné ve vodě, reagující
slabě kysele.
Použití – odorizace zemního plynu a svítiplynu.
Dusíkaté deriváty uhlovodíků
Ve svých molekulách obsahují atom dusíku přímo vázaný
na uhlíkový atom uhlovodíkového řetězce.
Podle charakteru funkční skupiny je lze rozdělit na:
 Nitrosloučeniny (R-NO2) – organické deriváty kyseliny
dusičné.
 Aminy - organické deriváty amoniaku.
- primární:
(R-NH2)
- sekundární:
(R1-NH-R2)
- terciární:
R1-N-R2
R3
Nitrosloučeniny (R-NO2)
Organické látky obsahující skupinu NO2 v molekule.
Funkční skupina může být vázána na acyklický, nebo na
aromatický uhlovodíkový řetězec.
 Nitroalkany – průmyslová výroba je poměrně složitá (toxicita
látek, riziko explozí, korozní problémy).
Nitrace alkanů probíhá účinkem HNO3 v plynné fázi při teplotě
400-500°C. Vzniká směs nitrosloučenin.
V laboratoři lze nitroalkany vyrobit působením dusitanu
stříbrného na alkylhalogenidy:
CH3I + AgNO2 = AgI + CH3NO2 (nitromethan)
 Aromatické nitrosloučeniny
Důležitá skupina organických sloučenin, které se připravují
přímou nitrací – účinkem nitrační směsi.
+ HNO3 (konc.)
H2SO4
NO2
+ H2 O
nitrobenzen
C6H5NO2 – nitrobenzen – bezbarvá až nažloutlá olejovitá
kapalina, silně toxická a hořlavá.
Základní surovina pro výrobu anilinových barviv, výbušnin,
důležité barvářské rozpouštědlo.
C6H2CH3(NO2)3 - trinitrotoluen – žlutá krystalická látka,
používaná jako významná průmyslová trhavina TNT.
Aminy
Deriváty NH3, vzniklé náhradou jednoho (primární),
dvou (sekundární), nebo tří vodíků (terciární).
Funkční skupina může být vázána na alifatické (alkylaminy), nebo
na aromatické (arylaminy) řetězce.
Významné biogenní sloučeniny, vyskytují se v živých organismech,
jako metabolické produkty.
 Alkylaminy – nejnižší (C1-C5) jsou nepříjemně páchnoucí plyny,
rozpustné ve vodě.
Střední alkylaminy jsou kapaliny čpavkového pachu, nejvyšší
aminy jsou tuhé látky.
H2N-(CH2)6-NH2 – hexamethylendiamin – surovina pro výrobu
polyamidových vláken.
 Arylaminy – vodíkové atomy v molekule amoniaku nahrazeny
aromatickými uhlovodíkovými řetězci.
Vliv aromatického jádra se projeví v bazicitě (odpuzování H+
z NH2 skupiny – pokles zásaditosti proti alkylaminům).
C6H5NH2 – aminobenzen (anilin) – Bezbarvá olejovitá kapalina
(na vzduchu tmavnoucí), prudce jedovatá (krevní jed – oxiduje
hemoglobin, poškozuje CNS).
Průmyslově se vyrábí redukcí nitrobenzenu:
NO2
NH2
Fe + HCl
200°C
Použití – výroba anilinových barev, plastů, léčiv, činidel pro
urychlení vulkanizace kaučuku.
Kyslíkaté deriváty uhlovodíků
Jejich charakteristickým znakem je kyslík (součást funkční skupiny),
přímo vázáný na základní uhlovodíkový řetězec.
Hydroxysloučeniny
Látky obecného vzorce R-OH. Lze je považovat za deriváty vody
s jedním nahrazeným H-atomem.
Podle typu řetězce, na který je navázána funkční skupina, je lze
rozdělit na:
 alkoholy – skupina OH vázána na alifatický, nebo cyklický,
nearomatický řetězec.
 fenoly – skupina OH vázána na benzenové jádro.
 Alkoholy
Podle polohy funkční skupiny je rozdělujeme na: primární,
sekundární a terciární.
CH3-CH2-CH2-CH2-OH
1-butanol (primární butanol)
CH3-CH2-CH-CH3
2-butanol (sekundární butanol)
OH
CH3
CH3-C-CH3
OH
2-methyl, 2-propanol
(terciární butanol)
Podle počtu funkčních skupin dělíme alkoholy na:
jednosytné a vícesytné.
Mají slabě kyselý charakter – reakcí s alkalickými kovy poskytují
soli – alkoholáty (CH3-CH2-O- Na+ - ethanolát sodný)
 Jednosytné alkoholy:
CH3OH – methanol (dřevěný líh) – bezbarvá hořlavá kapalina.
Mísí se s vodou i organickými rozpouštědly.
Výroba – redukcí oxidu uhelnatého (Mittaschova syntéza).
CO + 2H2
400°C, 20MPa
Cu + ZnO + Al2O3
CH3OH
obohacený
vodní plyn
!!! Prudký jed - způsobuje trvalé poškození organismu
(oslepnutí, smrtelná dávka pro dospělou osobu cca 25g).
Použití – rozpouštědlo, výroba jiných organických látek
(např.formaldehyd,…), denaturace ethylalkoholu,
přísada do pohonných směsí.
C2H5OH – ethanol (líh) – bezbarvá, hořlavá kapalina, s vodou
neomezeně mísitelná. Má hygroskopické a desinfekční účinky.
Vyrábí se kvašením roztoků obsahujících cukry:
C6H12O6
enzymy
2 C2H5OH + 2CO2
Technický líh se dnes vyrábí adicí vody na ethen:
H2SO4
CH2=CH2 + H2O
140°C
CH3-CH2-OH
nebo katalytickou hydrogenací acetaldehydu:
CH3CHO + H2
Ni
CH3-CH2-OH
Použití – rozpouštědlo, výroba kaučuku, barviv, acetaldehydu,
přísada do benzínů, potravinářství.
 Vícesytné alkoholy
C2H4(OH)2 -1,2 – ethandiol (ethylenglykol) – hustá, bezbarvá, silně
hygroskopická olejovitá kapalina, nasládlé chuti (jed).
Používá se k přípravě syntetických pryskyřic a nemrznoucích
směsí (Fridex).
C3H5(OH)3 -1,2,3 – propantriol (glycerol) – sirupovitá kapalina,
nasládlé chuti, na rozdíl od ethylenglykolu, není jedovatá.
Je součástí živočišných tuků a olejů.
Použití:
- farmaceutický průmysl - výroba mastí, mýdel, kosmetických
přípravků.
- výbušniny – nitroglycerin, dynamit, bezdýmý střelný prach
(třaskavá želatina).
 Fenoly
Aromatické sloučeniny, mající jednu, nebo více hydroxylových
skupin vázaných na benzenové jádro.
Vznikají při karbonizaci uhlí a dřeva i při rozkladné destilaci
kyslíkatých organických látek.
Mají kyselý charakter – s alkalickými hydroxidy poskytují soli –
fenoláty.
 Jednosytné fenoly
C6H5OH – hydroxybenzen (fenol) – bílá krystalická látka,
získávaná z karbolového oleje. Má leptavé a baktericidní účinky.
Použití – výroba fenolformaldehydových pryskyřic (bakelit)
a polyamidů.
 Vícesytné fenoly
Izomerní ortho-, meta-, para – benzendioly:
OH
OH
OH
OH
OH
1,2- dihydroxybenzen
(pyrokatechol)
1,3- dihydroxybenzen
(resorcinol)
OH
1,4- dihydroxybenzen
(hydrochinon)
Pyrokatechol a hydrochinon – krystalické látky, rozpustné ve vodě.
Pro silné redukční vlastnosti se používají jako vývojky v černobílé
fotografii.
Resorcinol – nemá výrazné redukční vlastnosti – použití
v dermatologii jako antiseptikum a při výrobě barviv.
Ethery
 Skupina organických látek obecného vzorce R-O-R.
 Lze je považovat za organické deriváty vody, vzniklé náhradou
vodíkových atomů alkylovými skupinami.
Molekuly neobsahují vodíkový atom vázaný na kyslík – nemohou
tvořit H-můstky – projevuje se velmi nízkými body varu.
CH3-CH2-O-CH2-CH3 - diethylether – kapalina nasládlého pachu
a narkotických účinků.
Výpary tvoří se vzduchem výbušnou směs!!!
Použití - rozpouštědlo,
- příprava mrazících směsí (+ CO2(s) = -80°C),
- lékařství (narkotikum, Hofmanské kapky).
Karbonylové sloučeniny
Skupina sloučenin s karbonylovou funkční skupinou (
v molekule.
C=O)
Podle druhu zbytků, vázaných ke karbonylové funkční skupině, lze
sloučeniny rozdělit na:
• aldehydy (R,H)
• ketony (R1,R2)
• karboxylové kyseliny (R,OH)
Vyjádření struktury karbonylové skupiny pomocí dvojné vazby,
není zcela přesné – p-elektrony jsou přitahovány kyslíkem, na
němž vzniká částečný záporný náboj.
C=O
+ C-O
Vazba je zdrojem chemického neklidu sklon k adičním reakcím.
• Aldehydy
Sloučeniny, mající na karbonylové skupině navázaný uhlovodíkový
řetězec a atom vodíku (obecný vzorec R-CHO).
Významná je především dvojná vazba C=O, poskytuje adiční
a polymerační reakce (aldolová kondenzace).
Oxidace aldehydů - probíhá velmi snadno a rychle za vzniku
karboxylových kyselin:
R-CHO
Ag+, Cu2+
oxidace
R-COOH
Redukce aldehydů - probíhá za vzniku primárních alkoholů, nebo
uhlovodíků:
R-CHO
NaBH4, LiAlH4
redukce
R-CH2OH
redukce
R-CH3
Významné aldehydy:
HCHO – methanal (formaldehyd) – bezbarvý, štiplavý plyn,
rozpustný ve vodě. Vyrábí se oxidací methanolu.
40%-ní vodný roztok (formalín), stabilizovaný CH3OH - konzervace
anatomických preparátů.
Použití – desinfekční a fungicidní činidlo, výroba syntetických
pryskyřic (fenoplasty, aminoplasty).
CH3-CHO – ethanal (acetaldehyd) – páchnoucí, těkavá kapalina,
jejíž páry tvoří se vzduchem výbušnou směs.
V kyselém prostředí polymeruje na cyklický trimer paraldehyd
(CH3CHO)3.
Použití – výroba kyseliny octové, ethanolu, acetonu. Polymer
metaldehyd (tuhý líh) – palivo do vařičů.
• Ketony
Sloučeniny, mající na karbonylové skupině vázané dva
uhlovodíkové řetězce (obecný vzorec R1-CO-R2).
Dvojná vazba C=O, poskytuje adiční a polymerační reakce,
podobně jako u aldehydů. Ve srovnání s aldehydy jsou však méně
reaktivní.
Oxidace ketonů – ketony jsou velmi odolné vůči oxidačním činidlům.
Oxidace probíhá až za drastických podmínek - dochází při tom ke
štěpení uhlovodíkového řetězce.
Redukce ketonů – provádí se komplexními hydridy za vzniku
sekundárních alkoholů.
R1-C-R2
O
NaBH4, LiAlH4
redukce
R1-CH-R2
OH
Významné ketony:
CH3-CO-CH3 – 2-propanon (aceton) – průmyslově se vyrábí
oxidací 2-propanolu.
Páchnoucí kapalina (b.v. 56°C), neomezeně mísitelná s vodou.
Páry tvoří se vzduchem výbušnou směs.
Použití – rozpouštědlo, želatinizační činidlo pro nitrát celulozy, výroba
léčiv.
C6H10O – cyklohexanon – bezbarvá, olejovitá kapalina
peppermintové vůně, časem žloutnoucí.
Je omezeně rozpustný ve vodě (5-10g/100ml), dobře se však
rozpouští ve většině organických rozpouštědel.
Použití – rozpouštědlo, aktivátor oxidačních reakcí, výroba
kaprolaktamu a nylonu-6 (silonu).
Karboxylové kyseliny
Skupina sloučenin s karboxylovou funkční skupinou (-COOH)
v molekule.
Podle počtu funkčních skupin, lze kyseliny rozdělit na:
 monokarboxylové (jednosytné)
 polykarboxylové (vícesytné)
Vlastnosti vyplývají z přítomnosti kyselé skupiny -COOH –
dochází k disociaci na ionty:
R-COOH + H2O = R-COO- + H3O+
Nižší karboxylové kyseliny jsou dobře rozpustné ve vodě – tvorba
vodíkových můstků mezi H2O a COOH.
S rostoucím řetězcem rozpustnost ve vodě klesá.
Reakce karboxylových kyselin:
 Reakce s alkalickými hydroxidy:
R-COOH + NaOH = R-COONa + H2O
Reakčními produkty jsou soli karboxylových kyselin.
 Esterifikace (reakce s alkoholy)
R1-COOH + HO-R2
esterifikace
hydrolýza
R1-COO-R2 + H2O
Reakčními produkty jsou tzv. estery.
 Oxidace a redukce
- Karboxylová skupina je velmi odolná vůči oxidaci.
- Produktem její redukce jsou primární alkoholy.
R-COOH
LiAlH4
R-CH2-OH
Nasycené monokarboxylové kyseliny
HCOOH – kyselina methanová (mravenčí) – bezbarvá, ostře
páchnoucí, leptavá kapalina. Má baktericidní a redukční vlastnosti
(je současně i aldehydem).
V přírodě se vyskytuje volná v sekretu mravenců, žihadlech
hmyzu, jehličí.
Použití – konzervace ovocných šťáv, desinfekce vinných a pivních
sudů, součást mořidel.
CH3-COOH - kys.ethanová (octová) – štiplavá, leptavá kapalina
(známá ve formě 5-8% roztoku – ocet).
Průmyslově se připravuje oxidací acetaldehydu.
Použití – konzervace, výroba umělých vláken a lepidel.
Soli (Fe3+,Cr3+) - barvířství, (Al3+,Pb2+) - lékařství.
Nenasycené monokarboxylové kyseliny
CH2=CH-COOH - kyselina propenová (akrylová) – velmi snadno
polymeruje na sklovitou hmotu.
COOH
COOH
COOH
…-CH-CH2-CH-CH2-CH-CH2 -….
kyselina
polyakrylová
CH3
CH2=C-COOH - kys. metakrylová – obsažena v heřmánkové silici –
její ester (methylmetakrylát) slouží k výrobě netříštivého organického
skla.
PMMA – polymethyl metakrylát:
(plexisklo)
CH3(CH2)7CH=CH-(CH2)7COOH – kyselina olejová – spolu
s palmitovou (C15H31COOH) a stearovou (C17H35COOH) kyselinou
je součástí molekul tuků a olejů (tzv. vyšší mastné kyseliny).
CH2-OH
CH-OH
HOOC – C15H31
CH2-O-CO-C15 H31
+ HOOC – C H esterifikace CH-O-CO-C H
17 35
17 35
CH2-OH
HOOC – C17H33
glycerol
vyšší mastné
kyseliny
hydrolýza
CH2-O-CO-C17H33
tuk
C6H5-COOH – kyselina benzoová – nejjednodušší aromatická
karboxylová kyselina.
Využívá se v potravinářství ke konzervacím i jako surovina
k organickým syntézám.
Dikarboxylové kyseliny
(COOH)2 – kyselina ethandiová (šťavelová) – silná kyselina,
v přírodě se vyskytující ve formě K+, nebo Ca2+ solí. Má leptavé
účinky, krystaluje jako dihydrát.
Její požití způsobuje poruchu metabolismu vápníku.
Použití – v analytické chemii (manganometrie), příprava mořidel.
COOH
- kys. 1,2-benzendikarboxylová (ftalová)
COOH
Zahříváním přechází na ftalanhydrid:
C
O
O
C
O
– surovina pro výrobu barev a indikátorů
(např. fenolftalein) a glyptálových pryskyřic.