alkoholy a fenoly - podpora chemického a fyzikálního vzdělávání na

Report
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. H2C
OH
2.
H2C
OH
HC
CH2
OH OH
4.
5.
OH
CH2
OH
3. CH2=CH-CH2-OH
OH
CH2OH
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)
CH2 = CH - OH
CH3 - CHO
pokud je na jednom uhlíku větší počet hydroxylových skupin –
dochází k odštěpení molekul vody za vzniku karbonylových
sloučenin
OH
H2C
O + H2O
H2C
OH
VLASTNOSTI ALKOHOLŮ
• SKUPENSTVÍ A ROZPUSTNOST
- nižší jednosytné alkoholy jsou kapaliny, první tři i
příjemné vůně a ve vodě neomezeně rozpustné, od C4
olejovité kapaliny nepříjemného zápachu, od C11 – 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
C
R
R
CH
OH
R
OH
R
CH2 OH
H3C
OH
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 CH3CH2OH
+
2 Na
2 CH3CH2ONa
+
H2
SUBSTITUCE NUKLEOFILNÍ
• Čím je umožněna?
→ polární povahou vazby C-OH
Např. reakce s amoniakem
CH3CH2OH
+
NH3
CH3CH2NH2
+
H2O
ELIMINACE
Dehydratace
• látky, které jsou schopny odnímat vodu, např. H2SO4
a H3PO4
• teplota rozhoduje o výsledném produktu (při
teplotách nad 180oC vznikají nenasycené uhlovodíky
a při nižších teplotách ethery)
H2C
H
H3C CH
OH
CH2
H2C
CH2
+
H2O
OH
CH2 CH3
H3C CH
CH
CH3
+
H2O
OXIDACE
Provádí se vedením par alkoholu přes katalyzátor
(Cu+Ag) při teplotě 300 °C.
1) primární alkoholy dehydrogenují na aldehydy
CH3CH2OH
CH3CHO
2) sekundární alkoholy dehydrogenují na ketony
H3C
CH
OH
CH3
H3C
C
O
3) terciární alkoholy dehydrogenaci nepodléhají,
zpravidla však za podmínek dehydrogenace
dehydratují.
CH3
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)
kvasinky
2 CH3CH2OH
C6H12O6
+
2 CO2
• Hydratace alkenů
H3C
CH
CH2
+
H2O
H2SO4
H3C HC
OH
CH3
PŘÍPRAVA ALKOHOLŮ
• Hydrolýza halogenderivátů
CH2Cl
CH2OH
Na2CO3
+
H2O
• Hydrogenace karbonylových sloučenin
H3C
CHO
acetaldehyd
+
Ni
H2
H3C
CH2OH
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).
OH 1.
H3C
CH3
2.
H3C
CH2
3. H3C
H3C
Cl
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
H3C
OH
H2O
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
H3C
OH
H2O
NEUTRALIZACE FENOLŮ
SOLI FENOLŮ - FENOLÁTY
ONa
OH
+
NaOH
+
H2O
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
O
OH
CHINONY:
Ag2O
+
O
benzo-1,4-chinon
H2 O
ÚLOHA:
Kopulace a elektrofilní substituce
Doplňte rovnice dějů …
OH
1. REAKCE
+ H2SO4
+ HNO3
+
2. REAKCE
N
N Cl
+
-
OH
PŘÍPRAVA FENOLU
• Hydrolýza halogenarenů
Cl
OH
+ KOH
- KCl
• Příprava fenolu hydrolýzou benzensulfonanu
sodného
SO3Na
ONa
+ NaOH (350 °C)
- NaHSO3
OH
+ HCl
- NaCl
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.

similar documents