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.