Transcript alkoholy a fenoly - podpora chemického a fyzikálního vzdělávání na
Soubor prezentací: CHEMIE PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA
CH31. Hydroxyderiváty
Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona Pufferová
Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o.
Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.
ÚVOD
Hydroxyderiváty jsou sloučeniny, které ve svých molekulách obsahují hydroxylovou skupinu -OH.
•
ROZDĚLENÍ:
1.
ALKOHOLY
(např. methanol) 2.
FENOLY
(např. fenol);
hydroxylová skupina je vždy vázána na uhlík, který je součástí zbytku arenu
Obr. 1 Fenol
ÚVOD
• •
Hydroxyderiváty – podle počtu hydroxylových skupin v molekule: jednosytné
(methanol; fenol)
dvojsytné
(ethan-1,2-diol; benzen-1,2-diol)
trojsytné
(propan-1,2,3-triol; benzen-1,2,3-triol)
Alkoholy – podle typu uhlíku, na který je vázána hydroxylová skupina: primární
alkoholy (např. propan-1-ol)
sekundární
alkoholy (např. propan-2-ol)
terciární
alkoholy (např. 2-methylpropan-2-ol)
ÚLOHA: Názvosloví a rozdělení hydroxyderivátů
Pojmenujte hydroxyderiváty a rozhodněte, o který typ se jedná.
1.
H 2 C OH H C OH CH 2 OH
2.
H 2 C CH 2 OH OH
3.
CH 2 =CH-CH 2 -OH
4.
OH OH
5.
CH 2 OH
ALKOHOLY
VLASTNOSTI ALKOHOLŮ
•
Stálost alkoholů – vzhledem ke struktuře molekuly: pokud je hydroxylová skupina vázána na uhlíkovém atomu, z něhož vychází násobná vazba (Erlenmayerovo pravidlo) – dochází k uplatnění keto-enolové tautomerie a rovnováha je posunuta ve prospěch ketoformy (dochází k molekulárnímu přesmyku)
CH 2 = CH - OH CH 3 - CHO
pokud je na jednom uhlíku větší počet hydroxylových skupin – dochází k odštěpení molekul vody za vzniku karbonylových sloučenin
OH H 2 C O + H 2 O H 2 C OH
VLASTNOSTI ALKOHOLŮ
•
SKUPENSTVÍ A ROZPUSTNOST -
- nižší jednosytné alkoholy jsou kapaliny, první tři i příjemné vůně a ve vodě neomezeně rozpustné, od C 4 olejovité kapaliny nepříjemného zápachu, od C 11 – pevné krystalické látky
rozpustnost
ve vodě klesá se stoupající molární hmotností, vícesytné nižší alkoholy jsou viskózní kapaliny Alkoholy neomezeně rozpustné ve vodě (methanol, ethanol, propanol) tvoří s vodou tzv.
azeotropní směsi
, což je směs s konstantním bodem varu a koncentrace alkoholu se ani při destilaci nemění. Azeotropní směs má nižší bod varu než čistý bezvodý alkohol.
VLASTNOSTI ALKOHOLŮ
• •
Vodíkové vazby (můstky)
alkoholy vytvářejí vodíkové můstky, čímž dochází k asociaci molekul → tím ke zvýšení bodu varu
Kyselost alkoholů
vazba O-H je polárnější než vazba C-O, projevuje se aciditou tj. kyselostí H atomu OH skupiny. Působením +I efektu stoupá acidita v řadě kyselost R R R C OH CH OH R CH 2 OH H 3 C OH R R
NEUTRALIZACE ALKOHOLŮ
Polarita vazby O-H je příčinou toho, že se alkoholy v přítomnosti zásady chovají kysele.
Alifatické alkoholy jsou však natolik slabé kyseliny, že nereagují s hydroxidy alkalických kovů.
SOLI = alkoholáty (reakce bezvodého alkoholu s kovem) 2 CH 3 CH 2 OH + 2 Na 2 CH 3 CH 2 ONa + H 2
SUBSTITUCE NUKLEOFILNÍ
•
Čím je umožněna?
→ polární povahou vazby C-OH Např. reakce s amoniakem
CH 3 CH 2 OH + NH 3 CH 3 CH 2 NH 2 + H 2 O
ELIMINACE
• •
Dehydratace
látky, které jsou schopny odnímat vodu, např. H a H 3 PO 4 2 SO 4 teplota rozhoduje o výsledném produktu (
při teplotách nad 180 o C vznikají nenasycené uhlovodíky a při nižších teplotách ethery
) H 2 C H H 3 C CH OH CH 2 OH CH 2 CH 3 H 2 C CH 2 H 3 C CH + H 2 O CH CH 3 + H 2 O
OXIDACE
Provádí se vedením par alkoholu přes katalyzátor (Cu+Ag) při teplotě 300 °C.
1) primární alkoholy dehydrogenují na aldehydy CH 3 CH 2 OH CH 3 CHO 2) sekundární alkoholy dehydrogenují na ketony H 3 C CH CH 3 H 3 C C OH O 3) terciární alkoholy dehydrogenaci nepodléhají, zpravidla však za podmínek dehydrogenace dehydratují.
CH 3
ÚLOHA: Oxidace alkoholů
Na webu http://www.studiumchemie.cz/video.php?id=226 zhlédněte video k problematice oxidace alkoholů dichromanem.
• •
ÚKOLY: Popište celý pokus vlastními slovy.
Zapište chemické rovnice dějů a pojmenujte jednotlivé látky. O jaký typ reakce, dle reakčního mechanismu, se jedná?
PŘÍPRAVA ALKOHOLŮ
•
Příprava ethanolu kvašením cukerných roztoků (biosyntéza)
C 6 H 12 O 6 kvasinky 2 CH 3 CH 2 OH + 2 CO 2 •
Hydratace alkenů
H 3 C CH CH 2 + H 2 O H 2 SO 4 H 3 C H C OH CH 3
PŘÍPRAVA ALKOHOLŮ
•
Hydrolýza halogenderivátů
CH 2 Cl Na 2 CO 3 + H 2 O CH 2 OH •
Hydrogenace karbonylových sloučenin
Ni H 3 C CHO acetaldehyd + H 2 H 3 C CH 2 OH ethanol
ÚLOHA: Reakce a příprava alkoholů
•
hydrogenace acetonu
•
reakce propan-2-olu s amoniakem
•
příprava butan-2-olu z příslušného alkenu
•
dehydratace pentan-2-olu
•
příprava sodného alkoholátu z propan-1-olu
VÝZNAMNÉ ALKOHOLY (1)
• • •
METHANOL
dřevný líh, bílá hůl prudce jedovatá kapalina, vůně podobná ethanolu k výrobě léčiv, barviv, je výborným rozpouštědlem toxická dávka již několik mililitrů • • •
ETHANOL
líh, spiritus bezbarvá kapalina charakteristické vůně větší množství způsobuje otravu vynikající rozpouštědlo, desinfekční účinky, použití ve farmacii, má konzervační účinky
VÝZNAMNÉ ALKOHOLY (2)
• •
ETHAN-1,2-DIOL
ethylenglykol, glykol viskózní jedovatá kapalina sladké chuti slabé narkotikum, používá se k přípravě těžce zamrzajících kapalin (FRIDEX), pro výrobu výbušnin, laků, je dobrým rozpouštědlem • •
PROPAN-1,2,3-TRIOL
glycerol, glycerin sirupovitá kapalina, bez chuti a bez zápachu je součástí tuků a olejů, používá se k výrobě mýdel, v kosmetickém průmyslu, v lékařství a k výrobě výbušnin
ÚLOHA: „Alpa – Francovka“
Na obrázku vidíte často používaný roztok k masážím, obkladům apod. - tzv. ALPU.
Zjistěte její složení a zdůvodněte, proč hoří?
Obr. 2 Alpa
ÚLOHA: Reaktivita alkoholů
K uvedenému reakčnímu schématu zapište jednotlivé děje, pojmenujte reaktanty a produkty (popř. uveďte katalyzátory).
H 3 C OH 1. 2. 3.
3 CH 3 H 3 C CH 2 Cl H 3 C OH
FENOLY
VLASTNOSTI FENOLŮ
• • • • kapalné nebo pevné krystalické látky, charakteristického zápachu, čisté fenoly jsou bezbarvé, na vzduchu se barví do červena až hněda, mohou tvořit
vodíkové můstky
→ mnohem vyšší bod varu než by odpovídalo jejich molární hmotnosti ve vodě jsou patně rozpustné, dobře se rozpouštějí v etheru a ethanolu zdraví škodlivé, mnohé jedovaté či karcinogenní, některé mají ale antiseptické a impregnační účinky
VLASTNOSTI FENOLŮ
•
KYSELOST FENOLŮ u fenolů jsou π elektrony v interakci s volným elektronovým párem kyslíku a tím se snižuje elektronová hustota na kyslíku, což má za následek polarizaci vazby O ► H a zvýšení jejich kyselosti, proto jsou fenoly kyselejší než alkoholy a i než voda
OH H 3 C OH H 2 O
VLASTNOSTI FENOLŮ
• • působení +M efektu → fenol je silnější kyselina než methanol → reagují nejen s alkalickými kovy, ale i s roztoky alkalických hydroxidů. acidita stoupá v řadě: OH H 3 C OH H 2 O
NEUTRALIZACE FENOLŮ
SOLI FENOLŮ - FENOLÁTY
OH + NaOH ONa + H 2 O
OXIDACE FENOLŮ
• •
Záleží na použitém oxidačním činidle a na typu oxidovaném fenolu:
oxidace fenolu peroxidem vodíku v přítomnosti železnatých solí vznikají
dvojsytné fenoly
– pyrokatechol a hydrochinon působením silnějších oxidačních činidel vznikají
CHINONY:
OH O Ag 2 O + H 2 O O benzo-1,4-chinon
ÚLOHA: Kopulace a elektrofilní substituce
Doplňte rovnice dějů … 1. REAKCE
OH + H 2 SO 4 + HNO 3
2. REAKCE
N + N Cl OH +
PŘÍPRAVA FENOLU
•
Hydrolýza halogenarenů
Cl + KOH - KCl OH •
Příprava fenolu hydrolýzou benzensulfonanu sodného
SO 3 Na ONa + NaOH (350 °C) - NaHSO 3 + HCl - NaCl OH
VÝZNAMNÉ FENOLY
• • •
FENOL
karbolová kyselina pevná krystalická látka, získává se z černouhelného dehtu, má charakteristický zápach, štiplavou chuť částečně se rozpouští ve vodě, má silné leptavé a hygroskopické účinky, je jedovatý a karcinogenní používá se k výrobě fenoplastů, k výrobě léčiv, barviv, výbušnin, k desinfekci •
HYDROCHINON
pevná látka, užívá se jako fotografická vývojka
Použité informační zdroje
1. Struktury látek (chemické rovnice) byly kresleny s využitím programu ACD/ChemSketch 10.0.
2. Janeczková, A., Klouda P. Organická chemie. Ostrava: Nakl. KLOUDA Pavel, 2004.
3. McMURRY, J. Organická chemie. Praha: VŠCHT, 2007. 4. Fotografie na obr. 2 – autor Aleš Chupáč
Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.