403221 เคมีอินทรีย์ แอลกอฮอล์ และอีเทอร์ ผศ. ดร. วราภรณ์ พาราสุข ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์
Download ReportTranscript 403221 เคมีอินทรีย์ แอลกอฮอล์ และอีเทอร์ ผศ. ดร. วราภรณ์ พาราสุข ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์
403221 เคมีอนิ ทรีย์ แอลกอฮอล์ และอีเทอร์ ผศ. ดร. วราภรณ์ พาราสุ ข ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ 403221-alcohol 1 โครงสร้ าง CH3OH C O H sp3-C alcohol C H 3C H 2 O H 1o H H 3C C C H 3 OH 2o CH3 H 3C C O H CH3 3o OH CH2OH phenol C O C ether C H 3C H 2 O C H 2C H 3 C H 3C H 2 O C H 3 s y m m e t r ica l e t h e r 403221-alcohol O CH3 u n s y m m e t r ica l e t h e r 2 การเรียกชื่ อแอลกอฮอล์ (alcohol) R O H • ชื่อสามัญ – ระบุชื่อหมู่แอลคิล ตามด้วย alcohol C H 3C H 2C H 2 O H n- p r o p y l a lco h o l C H 3C H 2 O H e t h y l a lco h o l CH3 C H 3C C H 3C H O H OH CH3 is o p r o p y l a lco h o l CH3 tert- b u t y l a lco h o l 403221-alcohol 3 • ชื่อ IUPAC – เลือกสายโซ่คาร์บอนยาวที่สุดและมีหมู่ -OH เป็ นชื่อสายโซ่หลัก alkanol – ระบุตาแหน่ง -OH โดยให้ตาแหน่ง -OH มีเลขต่าที่สุด C H 3C H 2C H 2 O H 1 -propan ol C H 3C H 2 O H ethanol CH3 H 3C C C H 2O H C H 2C H 2O H CH3 2 , 2 - d im e t h y l- 1 - p r o p a n o l 403221-alcohol 2 - p h e n y le t h a n o l 4 H O -CH 2-CH = CH -CH 2CH 3 2 -pen ten -1 -ol OH 2 - cy clo h e x e n - 1 - o l CH3 H 3C C CH CH2OH C H 3 Cl 2 - ch lo r o - 3 , 3 - d im e t h y l- 1 - b u t a n o l 403221-alcohol 5 – แอลกอฮอล์ที่มีหมู่ -OH 2 หมู่ เรี ยกว่า diol หรื อ glycol H 3C C H C H 2O H H O -CH 2-CH 2-O H OH 1 , 2 - e t h a n e d io l e t h y le n e g ly co l 1 , 2 - p r o p a n e d io l p r o p y le n e g ly co l 403221-alcohol 6 การเรียกชื่ ออีเทอร์ (ether) R O R' • ชื่อสามัญ – ระบุชื่อหมู่แอลคิล 2 หมู่ที่ต่อกับ O เรี ยงลาดับตัวอักษรตาม ด้วย ether C H 3C H 2 OC H 3 C H 3C H 2 OC H 2C H 3 ethyl m ethyl ether d ie t h y l e t h e r CH3 C H 3C O C H 3C H O CH3 CH3 tert- b u t y l m e t h y l e t h e r 403221-alcohol CH3 is o p r o p y l p h e n y l e t h e r 7 • ชื่อIUPAC – หมู่ -OR เป็ นหมู่แทนที่บนสายโซ่ alkane เรี ยกว่าหมู่ alkoxy C H 3C H 2 OC H 2C H 3 C H 3C H 2 OC H 3 ethoxyethane m ethoxyethane CH3 C H 3C O CH3 CH3 2 - m e t h o x y - 2 - m e t h y lp r o p a n e 403221-alcohol C H 3 O C H 2C H 2O C H 3 1 , 2 - d im e t h o x y e t h a n e 8 • Cyclic ether – ใช้ cycloalkane เป็ นชื่อหลัก – เรี ยกอะตอม O ที่แทนที่หมู่ -CH2- ว่า oxa O o x ir a n e o x a cy clo p r o p a n e O oxetane o x a cy clo b u t a n e O o x o la n e o x a cy clo p e n t a n e O O oxane o x a cy clo h e x a n e O 1 , 4 - d io x a n e 1 , 4 - d io x a cy clo h e x a n e 403221-alcohol 9 สมบัติทางกายภาพ-แอลกอฮอล์ •จุดเดือด – แอลกอฮอล์มีจุดเดือดสู งกว่าแอลเคน และอีเทอร์ที่มีมวล โมเลกุลใกล้เคียงกัน จุดเดือด (oC) 78 -42 -25 MW 46 44 46 CH3CH2OH CH3CH2CH3 CH3OCH3 – เพราะ แอลกอฮอล์ มีพนั ธะไฮโดรเจนระหว่ างโมเลกุล .. :O R .. :O H R .. :O H 403221-alcohol R H 10 •การละลาย – แอลกอฮอล์ที่มีมวลโมเลกุลต่าละลายน้ าได้ – แอลกอฮอล์โซ่กิ่งละลายน้ าดีกว่าแอลกอฮอล์โซ่ยาว – แอลกอฮอล์โซ่ยาวไม่ละลายน้ าแต่ละลายในตัวทาละลายไม่มีข้วั การละลาย(%) 8 26 CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2CHOH CH3 (CH3)3COH 100 403221-alcohol 11 – แอลกอฮอล์ที่มีมวลโมเลกุลต่าละลายน้ าได้เพราะเกิดพันธะ ไฮโดรเจนกับนา้ .. :O .. :O H R .. :O H R H .. :O R H H .. :O H H 403221-alcohol 12 สมบัติทางกายภาพ-อีเทอร์ •จุดเดือด – อีเทอร์มีจุดเดือดใกล้เคียงกับแอลเคนที่มีมวลโมเลกุลใกล้เคียง กัน MW 74 O CH3CH2OCH2CH3 CH3CH2CH2CH2CH3 tetrahydrofuran 72 (THF) 72 จุดเดือด (oC) 35 36 66 – cyclic ether มีจุดเดือดสู งกว่า non-cyclic เพราะ cyclic ether ไม่มีการหมุนพันธะอิสระทาให้โมเลกุลยึดเหนี่ยวกันดีกว่า 403221-alcohol 13 •การละลาย – tetrahydrofuran ละลายน้ าดีกว่า diethyl ether เพราะเกิด พันธะไฮโดรเจนกับนา้ ได้ดีกว่า – non-cyclic ether ส่ วนใหญ่ไม่ละลายน้ า 403221-alcohol 14 การเตรียมแอลกอฮอล์ 1. เตรียมจากสารประกอบคาร์ บอนิล 1.1 reduction O R C H O R O C H 3C H O C H 3C C H 3 C R' 1 ) L iA lH 4 2 ) H 3O + 1 ) L iA lH 4 2 ) H 3O + 1 ) L iA lH 4 2 ) H 3O + R O H C H 1 o a lco h o l H O H 1 ) L iA lH 4 2 ) H 3O + R C R' 2 o a lco h o l H C H 3C H 2 O H OH ใช้ NaBH4 แทน LiAlH4 ได้ C H 3C H C H 3 403221-alcohol 15 1.2 ปฏิกริ ิยากับ Grignard reagent (RMgX) + C + + O R- M gX O H R C O H R C R' C O H 2O ,H + MgX O 1) R-M gX, ether R 2 ) H 2O ,H + 1) R-M gX, ether C O H R R H C ether H 1 o a lc o h o l O H 2 o a lc o h o l O H 3 o a lc o h o l CH2 O R R CH 2 ) H 2O ,H + 1) R-M gX, ether 2 ) H 2O ,H + R R C R' 403221-alcohol 16 H C O + C H 3C H 2C H 2C H 2 M gBr H H 3C C O + H H 3C C H 3C H 2 C O C H 3C H 2 M gBr 1) ether 2 ) H 2O ,H C H 3C H 2 2 ) H 2O ,H + 2 ) H 2O ,H C H 3C H 2C H 2C H 2 C H 2 O H CH3 1) ether + C H 3C H 2 M gBr 1 ) e t h e r + CH O H CH3 + C H 3C H 2 C OH C H 2C H 3 จานวน C ในผลิตภัณฑ์มากกว่าสารตั้งต้น 403221-alcohol 17 RMgX ทาปฏิกริ ิยากับสารต่อไปนี้ได้ แอลกอฮอล์ H 2C CH2 O 2 ) H 2O ,H R C CH3O 1) R-M gX, ether O + 1) R-M gX, ether 2 ) H 2O ,H + C H 2C H 2 O H R R C O R 1) R-M gX, ether 2 ) H 2O ,H + R R C O H R 403221-alcohol 18 – จงแสดงวิธสี งั เคราะห์แอลกอฮอล์ต่อไปนี้โดยใช้ Grignard reagent OH C H 3C H 2 C C H 2C H 2C H 3 CH3 OH C H 2C H 3 H 3C C H C H 2C H 2 O H CH3 403221-alcohol 19 2. เตรียมจากสารประกอบไฮโดรคาร์ บอน alkene 2.1 hydration C H 3C H = C H 2 H 2O , H 2SO 4 OH CH3 CH CH3 M a r k o v n ik o v a d d it io n 403221-alcohol 20 2.2 hydroboration-oxidation C H 3C H = C H 2 1 ) ( BH 3) 2 2 ) H 2O 2, O H - C H 3 C H 2C H 2O H a n t i- M a r k o v n ik o v a d d it io n CH3 1 ) ( BH 3) 2 H 2 ) H 2O 2, O H s y n - a d d it io n 403221-alcohol OH CH3 H 21 3. เตรียมจากสารประกอบแอลคิลเฮไลด์ R-X ปฏิกิริยา hydrolysis R- X C H 3C H 2C H 2C H 2-Cl CH3 H 3C C Cl CH3 O H -, H 2O O H -, H 2O O H -, H 2O R OH C H 3C H 2C H 2C H 2 O H CH3 H 3C C O H CH3 403221-alcohol SN2 SN1 22 ปฏิกริ ิยาของแอลกอฮอล์ + C . . O: H + b a s ic it y o r n u c le o p h ilic it y a c id it y 403221-alcohol 23 ปฏิกริ ิยาของแอลกอฮอล์ 1. ความเป็ นกรด C .. .O. H + :B- C .. : .O. + H B a lk o x id e io n ทดสอบความเป็ นกรดของแอลกอฮอล์โดยให้ทาปฏิกิริยากับ Na R O -N a + + H 2 ROH + Na C H 3C H 2 O H + N a C H 3C H 2 O N a + H 2 s o d iu m e t h o x id e 403221-alcohol 24 ความเป็ นกรด CH3OH > 1o >2o >3o แอลกอฮอล์ pKa CH3OH H2O CH3CH2OH (CH3)3COH ความเป็ นกรด 15.5 15.7 15.9 18.0 403221-alcohol 25 ความเป็ นกรดสามารถพิจารณาจากเสถียรภาพของ alkoxide ion C H 3C H 2 O H C H 3C H 2 Oe t h o x id e io n C + H+ e t h o x id e io n CH3 CH3 CH3 H 3C C H 3-C H 2- O- + H+ RO- ROH OH CH3 H 3C C O + H+ CH3 t e r t - b u t o x id e io n H 3C C O CH3 t e r t - b u t o x id e io n ไ ม่ เ ส ถี ย ร Inductive effect หมู่ alkyl R เป็ นหมู่ให้อิเล็กตรอน ทาให้ alkoxide ion ซึ่ งมีประจุลบมีเสถียรภาพต่าลง 403221-alcohol 26 2. ความเป็ นเบส C .. .O. a lc o h o l, base H -A H . +. O C H + A H p r o t o n a t e d a lc o h o l a lk o x o n iu m io n strong acid + C H 3C H 2 O H + C H 3C H 2 O H 2 e t h o x o n iu m io n H+ 403221-alcohol 27 3. dehydration C H C OH C H + H+ C OH co n c. H 2 S O 4 C H C + OH2 403221-alcohol C E1 or E2 C C C 28 E1 H 3C CH3 H C CH3 + OH H C H H+ H CH3 H C H C CH3 + OH2 CH3 H + C C H 3 H CH3 C C CH3 E2 H 3C CH2 OH + H+ H 2C + CH2 OH2 H 2C CH2 H ถ้ามี -H หลายตาแหน่ง •ผลิตภัณฑ์ alkene หลายชนิด •alkene ที่มีหมู่แทนที่มากเป็ นผลิตภัณฑ์หลัก 403221-alcohol 29 4. การเกิด alkyl halide R-X C C OH OH + + H+ C H -X X + H2O X + C OH2 C SN1 or SN2 3o ROH SN1 1o ROH SN2 403221-alcohol X 30 SN2 SN1 403221-alcohol 31 Lucas test -reagent คือ HCl + ZnCl2 -ปฏิกิริยาแบบ SN1 -ทดสอบแอลกอฮอล์วา่ เป็ นชนิด 1o, 2o หรื อ 3o C O H + H -Cl Z n C l2 C Cl + H2O 3o ROH เกิดปฏิกิริยาทันที 2o ROH เกิดปฏิกิริยาในเวลา 5-10 นาที 1o ROH ใช้เวลามากกว่า 15 นาทีจึงเกิดปฏิกิริยา 403221-alcohol 32 reagent ที่ใช้เตรี ยม RX จาก ROH R R R OH OH OH R OH R OH R OH HX R X R Cl R Br R Cl S O C l2 R Cl P, I2 R I PC l3 PBr3 PC l5 403221-alcohol 33 5. esterification O R OH + HO C O R' RO O C H 3C H 2 O H + HO C H CH3 C R' Cl C H2O O + C H 3C H 2 O O C H 3C H 2 O H + + C CH3 O CH3 403221-alcohol C H 3C H 2 O C CH3 34 6. oxidation 1o alcohol R O H ลด H และ/หรื อ เพิ่ม O O o x id a t io n C H R H 1 o a lc o h o l C H H + + + - + COO K COOH M nO2 1 ) KM n O 4/ KO H 2) H C OH COOH KM nO 4 KOH CH 3(CH 2)4 CH 2O H R c a r b o x y lic a c id a ld e h y d e N a2Cr2O 7 H SO CH2OH 2 4 CH2OH o x id a t io n O 403221-alcohol CH 3(C H 2)4 C O O H 35 1o alcohol • Strong oxidizing agent – KMnO4/OH– Na2Cr2O7/H+ = H2CrO4 (chromic acid – oxidise 1o alcohol เป็ น carboxylic acid • Mild oxidizing agent – pyridinium chlorochromate, PCC – CuO, อุณหภูมิสูง – oxidise 1o alcohol เป็ น aldehyde CH 3(CH 2)4 CH 2O H PCC NH + Cr O3Cl - N Cr O3HCl O PCC CH 3(CH 2)4 C H 403221-alcohol 36 O 2o alcohol R H O o x id a t io n C H R' 2 o a lc o h o l R ketone H OH O N a2Cr2O 7 H2SO4 + OH C H CH3 OH C R' Cr 3+ ( ส ีเ ข ีย ว ) O C KM nO 4 KOH CH3 + M n O2 O Cu O , 3 0 0 oC 3o alcohol ไม่ เกิด oxidation 403221-alcohol 37 การเตรียมอีเทอร์ 1. Williamson synthesis R O -N a + + R' X RO -R' ether R’-X ควรเป็ น 1o alkyl halide ROH + Na -X ควรเป็ น Br, I C H 3C H 2 O H + N a วิธีนี ้เตรี ยมได้ ทงั ้ symmetric และ asymmetric ether - + C H 3C H 2 O N a O C H 3C H 2- Br C H 3C H 2- Br 403221-alcohol C H 3C H 2 OC H 2C H 3 O-C H 2C H 3 38 2. Dehydration of alcohol •ROH ควรเป็ น 1o alcohol + R-O -H + H -O -R H -H2O R-O -R ether H2SO4 1 8 0 oC 2 C H 3C H 2 O H H2SO4 1 4 0 oC OH H 3C C H CH3 H2SO4 8 0 oC •เตรี ยม symmetric ether •อุณหภูมิต่า 2 CH 2= CH 2 C H 3C H 2 OC H 2C H 3 CH 3-CH = CH 2 m ajo r 403221-alcohol + H 3C H H C O C CH3 CH3 CH 3 39 • Mechanism SN2 403221-alcohol 40 ปฏิกริ ิยาของอีเทอร์ 1. ปฏิกริ ิยากับกรดแก่ R Ar O O R' R H X H X R O Ar O H + R' H+ R X X H X H X R X n o r e a ct io n กรดแก่ HX : HI > HBr > HCl H Br 2 C H 3C H 2 B r e x ce ss H I C H 3C H 2 I + C H 3 I e x ce ss C H 3C H 2 O C H 2C H 3 C H 3C H 2 O C H 3 O CH3 H I O 403221-alcohol H + CH3 I 41 Mechanism 1 R O R' + H X 1 2 + R O R' H + S N 1 ห ร ือ S N 2 X n u c le o p h ile 2 R X + H O R' X R' + R OH SN2 เมื่อ R ไม่ใช่ 3o alkyl 403221-alcohol 42 Mechanism 1 R O R' + H X 1 2 + R O R' H + S N 1 ห ร ือ S N 2 X n u c le o p h ile 2 R X + H O R' X R' + R OH SN1 เมื่อมี R เป็ น 3o alkyl 403221-alcohol 43 2. ปฏิกริ ิยา autooxidation C H 3C H 2 O C H 2C H 3 O2 C H 3C H 2 O O C H 2C H 3 p e r o x id e O2 O-OH H 3C C H O C H 2C H 3 h y d r o p e r o x id e KI, H2SO4 C H 3C H 2 O C H 2C H 3 + I2 ใ ห้ สี น ้ำ เ งิ น กั บ น ้ำ แ ป้ ง เ ป็ น วิ ธี ท ด ส อ บ h y d r o p e r o x id e 403221-alcohol 44 แอลกอฮอล์และอีเทอร์ •สู ตรโมเลกุลเหมือนกันคือ CnH2n+2O •ปฏิกิริยาที่ใช้บอกความแตกต่างคือ ROH + Na R O -N a + + H 2 ROR' + Na n o r e a ct io n 403221-alcohol 45 Epoxide C C O • 3-membered cyclic ether H 2C CH2 O e t h y le n e o x id e o x ir a n e o x a cy clo p r o p a n e 403221-alcohol 46 การเตรียม epoxide 1. วิธีทางอุตสาหกรรม CH 2= CH 2 + O2 A g , ca t a ly s t 2 5 0 oC, pre ssu re H 2C CH2 O 2. เตรียมจาก bromohydrin CH 2= CH 2 + B r 2+ H 2 O H 2C CH2 OH- H 2C O Br OH CH 2= CH -CH 3 + B r 2+ H 2 O H 2C CH CH3 Br OH 403221-alcohol CH2 OH - H C CH3 H 2C O 47 3. ใช้ peroxyacid R C OOH peroxyacid เ ช่ น O CH 2= CH 2 + O O O C OOH OOH C H 2C CH2 O CH3C O + C O + CH3C OOH OH O OOH O 403221-alcohol + CH3C OH 48 ปฏิกริ ิยาของ epoxide 1. ปฏิกริ ิยาเปิ ดวงด้ วยกรด (acid-catalysed ring opening) + C H H2O C O C H O C OH Nucleophile อาจเป็ น H2O, ROH ก็ได้ CH3 C CH3 H 2C O + CH3OH H 403221-alcohol CH3 + H 2C C CH3 H O OMe 49 mechanism CH3OH เป็ น nucleophile เข้าทาปฏิกิริยาที่ more substituted carbon เมื่อมีกรด เป็ นตัวเร่ งปฏิกิริยา 403221-alcohol 50 2. ปฏิกริ ิยาเปิ ดวงด้ วยเบส (base-catalysed ring opening) C R OROH C O Base (Nucleophile) C H O อาจเป็ น OH-, RO-, H- , C OR - + R-MgX ก็ได้ CH3 C CH3 H 2C O H C CH3 H 2C O + + CH3ONa CH3OH CH3 C H 3O C H 2 C C H 3 O H C H 3 M gCl 1)ether 2 ) H 2O 403221-alcohol CH3 CH2 H C CH3 O H 51 mechanism OH-, RO-, H-, R-MgX เป็ น nucleophile เข้าทาปฏิกิริยาที่ less substituted carbon เมื่อมีเบสเป็ นตัวเร่ งปฏิกิริยา 403221-alcohol 52 Thiol (Mercaptan) R-SH การเรียกชื่ อไทออล (thiol) • ชื่อสามัญ -ระบุชื่อหมู่แอลคิล ตามด้วย mercaptan • ชื่อ IUPAC -ชื่อสายโซ่หลัก alkanethiol ระบุตาแหน่ง -SH ด้วย C H 3C H 2 S H e t h y l m e r ca p t a n e t h a n e t h io l C H 3C H 2C H 2 S H n- p r o p y l m e r ca p t a n 1 - p r o p a n e t h io l CH3 C H 3C SH CH3 tert- b u t y l m e r ca p t a n 2 - m e t h y l- 2 - p r o p a n e t h io l H 2C CH CH2SH a lly l m e r ca p t a n 2 - p r o p e n e - 1 - t h io l 403221-alcohol 53 การเตรียม thiol จาก แอลคิลเฮไลด์ 1. เตรียมจาก NaSH หรื อ KSH + Na SH + s o d iu m h y d r o g e n s u lf id e + K SH + KOH + R X C H 3C H 2 B r C2H 5O H R SH C H 3C H 2 S H + NaX + KBr H2S 403221-alcohol 54 2. เตรียมจาก thiourea H2N H2N C S + C H 3C H 2 B r H2N 1) EtOH 2 ) H 2O , O H - 403221-alcohol H2N C O + C H 3C H 2 SH e t h a n e t h io l 55 ปฏิกริ ิยาของ thiol 1. oxidation 2 2 R R o x id a t io n SH R S S R d isu lf id e r e d u ct io n Br2 o r H 2O 2 o r I 2 SH R S S R d isu lf id e Zn , H Cl 2. ความเป็ นกรด R 2 SH R + SH NaO H + Hg 2+ R S Na + ( R S)2H g + + H 2O 2 H + ต ะก อ น 403221-alcohol 56 Thioether R-S-R’ การเรียกชื่ อไทโออีเทอร์ (thioether) • ชื่อสามัญ -ระบุชื่อหมู่แอลคิลที่ต่อกับ S ตามด้วย sulfide • ชื่อ IUPAC -หมู่ -SR เป็ นหมู่แทนที่บนสายโซ่หลัก alkane เรี ยกว่าหมู่ alkylthio C H 3C H 2- S C H 2C H 3 C H 3C H 2C H 2 S-C H 3 d ie t h y l s u lf id e ethylthioe t h a n e m e t h y l p r o p y l s u lf id e 1 - methylthiop r o p a n e 403221-alcohol 57 การเตรียม thioether +N a S-R + R' s o d iu m a lk y lm e r ca p t id e + N a SCH 3 + NaOH + X C H 3C H 2 B r SN2 R' S- R + C H 3C H 2 SC H 3 NaX + NaBr CH3SH 403221-alcohol 58 ปฏิกริ ิยาของ thioether oxidation O H 3C S C H 3 + H2O2 H 3C S C H 3 d im e t h y l s u lf o x id e 403221-alcohol 59