jednoväzbovými uhľovodíkovými skupinami.

Παρουσίαση με θέμα: "jednoväzbovými uhľovodíkovými skupinami."— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 jednoväzbovými uhľovodíkovými skupinami.
-1- -2- Karbonylové zlúčeniny rozdeľujeme na aldehydy a ketóny. V molekulách aldehydov sa na karbonylovú skupinu pripájajú dva vodíky alebo jeden vodík a jedna uhľovodíková jednoväzbová skupina. V moleku- lách ketónov sú na karbonylovú skupinu pripojené dve jednoväzbové uhľovodíkové skupiny. Poznáme rozličné typy kyslíkatých derivátov uhľovodíkov. V nich je kyslík vždy dvojväzbový. Kyslík s uhlíkovým atómom môže utvárať jednoduchú väzbu C–O–, ale i dvojitú väzbu C=O . Z kyslíkatých derivátov s jednoduchou väzbou spomenieme hydroxyzlúčeniny, v ktorých je vodík alebo vodíky uhľovo- díka nahradené jednoväzbovou hydroxylovou skupinou –OH. Druhú skupinu tvoria étery, ktoré majú na kyslíkový atóm naviazané dve jednoväzbové uhľovodíkové skupiny. Na hydroxyzlúčeniny a étery sa možno pozerať aj ako na deriváty vody, v prípade éterov v jej molekule sú obidva vodíky nahradené jednoväzbovými uhľovodíkovými skupinami. Kyslíkaté deriváty uhľovodíkov Kyslíkaté deriváty, v ktorých sa nachádza dvojväzbová skupina, nazývame oxozlúčeniny alebo karbonylové zlúčeniny. Skupinu nazývame oxo-, alebo karbonylová skupina. C O Spojením karbonylovej skupiny so skupinou hydroxylovou vznikne karboxylová skupina, ktorá je jednoväzbová. Spojením tejto skupiny s vodíkom alebo s jednoväzbovou skupinou odvodíme karboxy- lové kyseliny. Kyslíkaté deriváty uhľovodíkov O—H —O—H hydroxyzlúčeniny étery aldehydy ketóny karboxylové kyseliny R—O—H R—O—R R H R—C—R hydroxylová skupina karbonylová skupina karboxylová skupina (hydroxyskupina) (oxoskupina) (karboxyl) Alkoholy aj fenoly sú v prírode veľmi rozšírené voľné alebo vo forme esterov s karboxylovými kyselinami. Hydroxylové skupiny majú molekuly všetkých sacharidov i mnohých terpénov, steroidov, alkaloidov a ďalších prírodných zlúčenín. Zlúčeniny, ktoré majú vo svojich molekulách naviazanú na uhlíkovom atóme hydroxyskupinu, voláme hydroxyzlúčeniny. Keď je hydroxylová skupina viazaná na nasýtenom uhlíku, tieto hydroxyderiváty sa nazývajú alkoholy, ak je viazaná na aromatickom uhlíku, nazývajú sa fenoly. Hydroxyderiváty uhľovodíkov Substitučné názvy hydroxyderivátov sa utvárajú tak, že k názvu uhľovodíka, od ktorého sú odvodené, sa pridá prípona –ol. Skupinové názvy sú zložené z názvu jednoväzbovej skupiny a prípony –alkohol. Niektoré hydroxyzlúčeniny majú triviálne názvy. Podľa toho, či je hydroxylová skupina viazaná na uhlíku, na ktorom sú viazané jeden, dva alebo tri uhlíkové atómy, rozdeľujeme alkoholy na primárne, sekundárne a terciárne. Ako príklad uvedieme štvoruhlíkové alkoholy. bután-1-ol metylpropán-1-ol CH3CHCH2CH3 OH CH3—C—CH3 CH3 CH3CH2CH2CH2OH CH3—CH—CH2—OH bután-2-ol metylpropán-2-ol primárne alkoholy sekundárny alkohol terciárny alkohol Prehľad 10 Hydroxyzlúčeniny CH3CH2OH CH3OH CH3CHCH3 CH2=CH—OH HO metanol etanol propán-2-ol vinylalkohol (metylalkohol) (etylalkohol) (izopropylalkohol) p-krezol hydrochinón naft-2-ol fenol cyklohexanol (4-hydroxytoluén) (benzén-1,4-diol) (β-naftol) HOCH2CH2OH HOCH2CHCH2OH etán-1,2-diol propán-1,2,3-triol (etylénglykol) (glycerol) Alkoholy a fenoly rozdeľujeme na jednosýtne a viacsýtne (dvojsýtne, trojsýtne atď.) podľa toho, či obsahujú vo svojich molekulách jednu alebo viac hydroxylových skupín. Viacsýtne alkoholy s dvoma alebo tromi hydroxylovými skupinami na jednom uhlíku nie sú stále, odštiepujú vodu za vzniku karbonylových zlúčenín alebo karboxylových kyselín. Najnižšie alkoholy sú kvapaliny. Majú aj pri relatívne malej molekulovej hmotnosti pomerne vysoké teploty varu, čo spôsobujú vodíkové väzby, ktorými sú viazané molekuly medzi sebou. Tieto väzby sťažujú prechod zo skupenstva kvapalného do skupenstva plynného, čím sa zvyšuje aj teplota varu (obr. 21). Vodíkové väzby môžu vznikať medzi molekulami alkoholov a moleku- lami vody, čo umožňuje ich rozpúšťanie vo vode. Preto sa najnižšie alkoholy s vodou miešajú neobmedzene. Vodíkové väzby medzi molekulami alkoholu a vody znázorňuje obrázok 22. Fenoly sa na rozdiel od alkoholov sfarbia roztokom chloridu železitého na modro, na zeleno alebo ružovo. H H H H Obr. 21 Obr. 22 Chemické vlastnosti hydroxyzlúčenín Vlastnosti hydroxyzlúčenín určuje najmä prítomnosť jednej alebo viacerých hydroxyskupín v molekulách. Z rozdielnej hodnoty elektronegativity vodíka a kyslíka vyplýva polarita väzby O–H, a tým aj slabo kyslý charakter vodíka hydroxylovej skupiny, porovnateľný s kyslosťou vodíka v molekulách vody. Oproti tomu prítomnosť dvoch voľných elektrónových párov na kyslíkovom atóme dáva hydroxyzlúčeninám mierne zásaditý charakter, lebo sa môže na jeden viazať protón kyseliny. Zásaditosť hydroxyzlúčenín je o niečo väčšia ako zásaditosť vody. V dôsledku uvedených skutočností hydroxyzlúčeniny majú amfotérny charakter. Voči silným zásadám sa správajú ako kyseliny a utvárajú alkoxidy, čiže alkoholáty. Glycerol redukuje manganistan draselný Etylénglykol – mrazuvzdorná kvapalina CHÉMIA PRE 2. ROČ. GYMNÁZIÍ str Prehľad 9 R—O←H δ+ δ−

2 + CH3CH2CH2—O− Na+ → CH3CH2CH2—O—CH2CH2CH3 + Na+ Br−
1. a) Pomenujte tieto zlúčeniny: CH2=CH−CH2−OH, HOCH2CH2CH2OH, b) Napíšte vzorce 3-etylhexán-1-olu, izobutylalkoholu a 4-metylcyklohexanolu. 2. Môžeme písať vzorce etanolu takto CH2CH3OH? 3. Pripravte z propán-2-olu 2-jódpropán. 4. Čo vznikne oxidáciou bután-2-olu? 5. Je p-krezol kyslejší ako 4-metylcyklohexanol? 6. Čo viete o stálosti zlúčenín, ktoré majú vo svojich molekulách OH skupinu viazanú na uhlíkovom atóme s dvojitou väzbou? 7. Prečo sa glyceroltrinitrát nezaraďuje medzi nitrozlúčeniny? Metanol je bezfarebná kvapalina s t. v. 65 °C. Vyrába sa zo syntézneho plynu (časť ). Používa sa ako rozpúšťadlo, ako kvapalné palivo a na výrobu formaldehydu. Je veľmi jedovatý, po použití spôsobuje oslepnutie, vo väčších dávkach smrť. Otrava metanolom môže byť vyvolaná i vstrebaním cez pokožku. Etanol je príjemne voňajúca, bezfarebná kvapalina s t. v. 78 °C. Bežne sa volá alkohol alebo lieh. Vyrába sa adíciou vody na etylén alebo kvasením cukrov. Z etanolu sa vyrába buta-1,3-dién. Na technické požitie sa denaturuje, napr. benzénom, benzínom, pyridínom. Etanol sa požíva na čiastočné dezinfekčné účinky v lekárstve, ako rozpúšťadlo a na výrobu alkoholických nápojov. Vplyv alkoholu na ľudský organizmus je škodlivý a môže viesť k chronickému alkoholizmu so všetkými jeho zhubnými následkami (poškodenie zdravia, rozvrat rodiny atď.). Etándiol (etylénglykol) je olejovitá kvapalina. Používa sa ako základná súčasť nemrznúcich chladiacich zmesí, ako rozpúšťadlo a ako surovina na výrobu plastov. Je veľmi jedovatý. Glycerol (propán-1,2,3-triol) je vysoko vrúca sirupovitá bezfarebná kvapalina sladkej chuti. S vodou sa mieša neobmedzene. Vyrába sa hydrolýzou tukov alebo z propénu. Používa sa v kozmetike, pri výrobe plastov a celofánu, ďalej je surovinou na výrobu glyceroltrinitrátu. Glyceroltrinitrát je nebezpečne výbušný, a to už po náraze. Napustený do hlinky vybuchuje až pomocou rozbušky. To sa stalo základom výbušniny dynamitu, ktorý objavil A. Nobel, zakladateľ svetoznámej Nobelovej ceny za vynikajúce vedecké práce z oblasti prírodných, lekárskych a iných vied. Glyceroltrinitrát je jedovatý, ale v malých množstvách sa používa ako liečivo pri niekto- rých srdcových chorobách. Fenol v čistom stave je bezfarebná, kryštalická látka, ktorá na svetle a vzduchu červenie a neskôr tmavne. Leptá pokožku. Izoluje sa z čiernouhoľného dechtu. V Bratislave v Slovnafte sa vyrába spolu s acetónom oxidáciou kuménu. -3- -4- Alkoholáty (alkoxidy) sú soli alkoholov; soli fenolov sa nazývajú fenoláty (fenoxidy). Voči silným kyselinám sa hydroxyzlúčeniny správajú ako zásady a tvoria alkoxóniové soli (organické analógy hydroxóniových solí, napr. H3O+ Cl− ). Alkoholy možno na základe toho pokladať ako za Brönstedove kyseliny, tak aj za zásady. Alkoxidy aj oxóniové soli sa ľahko hydrolyzujú Zásaditosť i kyslosť hydroxyzlúčenín ovplyvňuje charakter R, napr. fenoly sú kyslejšie ako alkoholy. Preto je rovnováha reakcie fenolu s hydroxidom sodným posunutá viac v prospech fenolátu ako podobná reakcia alkoholu. Dôvod zvýšenej kyslosti fenolov v porovnaní s alkoholmi sa dá vysvetliť pomocou mezomérneho efektu. Po odštiepení protónu vzniknutý anión sa stabilizuje delokalizáciou záporného náboja na benzénové jadro. To zvyšuje jeho stabilitu, a tým ľahšie vzniká. – H+ O—H O ‌ − S podobnou stabilitou sa pri alkoholoch nestretávame. Preto je odštiepenie protónu z ich hydroxylovej skupiny ťažšie a na jeho odštiepenie sa používa alkalický kov. Alkoholáty sa v organickej chémii používajú ako zásady aj ako nukleofilné činidlá na vnášanie alkoxyskupín (R –O ) do molekúl organických zlúčenín. Príkladom môže byť vznik éteru z alkylbromidu a alkoholátu. δ+ δ− 1-brómpropán CH3CH2CH2—Br + CH3CH2CH2—O− Na → CH3CH2CH2—O—CH2CH2CH3 + Na+ Br− 1-propanolát sodný dipropyléter Je to nukleofilná substitúcia, pri ktorej sa záporne nabitý kyslík alkoholátu pripája k čiastočne kladne nabitému uhlíkovému atómu, ktorý vytvára väzbu s brómom v molekule 1-brómpropánu a vytesňuje bromidový anión, ktorý s Na+ utvára bromid sodný. Alkoholáty dávajú aj substitučné reakcie, pri ktorých sa hydroxylová skupina nahrádza napr. aniónom halogénu, čím sa premieňajú alkoholy na halogénuhľovodíky. Tak pôsobením bromovodíka na etanol vzniká etyloxóniumbromid, alkoxóniová soľ, ktorej anión Br− pôsobí ako nukleofilné činidlo napádajúce uhlíkový atóm katiónu. Je to uhlíkový atóm, z ktorého sú dôsledkom kladne nabitého kyslíka odčerpané elektróny, a ktorý má čiastočný kladný náboj δ+. Touto reakciou vzniká brómetán a voda. + HBr → CH3CH2—O—H etanol CH3CH2—O+—H H etyloxóniumbromid Br − brómetán → CH3CH2—Br + H2O Cez alkoxóniové soli prebiehajú aj eliminačné reakcie alkoholov, pri ktorých odštiepením vody vznikajú alkény. Vlastný priebeh reakcie je zložitý. Príkladom môže byť vznik etylénu a vody z etanolu pôsobením kyseliny sírovej. + H2SO4 → etylén etyloxónium- hydrogensulfát −OSO3H CH2 =CH2 + H2O + H2SO4 °C Ľahkosť zámeny –OH skupiny za halogény, aj odštiepenie vody (dehydratácia) alkoholov, klesá od terciárnych alkoholov k primárnym. Z hľadiska biochemických procesov v živých bunkách i z hľadiska priemyselného je významná oxidácia alkoholov. Oxidáciou primárnych alkoholov vznikajú aldehydy, ktoré sa môžu ďalej oxidovať až na karboxylové kyseliny. Oxidáciou sekundárnych alkoholov vznikajú ketóny. Terciárne alkoholy sú voči oxidácii pomerne stále. Oxidácia sa uskutočňuje rozličnými oxidovadlami, napr. oxidom chrómovým alebo dichrómanom. Napr. oxidácia etanolu a propán-2-olu dáva tieto produkty: CH3CH2OH (O) O C CH3 OH CH3CHCH3 CH3 —C—CH3 acetaldehyd kyselina octová propán-2-ol acetón Redukcia alkoholov na uhľovodíky sa priamo uskutočniť nedá. Veľmi významná je reakcia alkoholov s kyselinami, či už organickými alebo anorganickými, ktorú voláme esterifikácia. Vyrábajú sa z neho plasty, liečivá, farbivá a pesticídy. Katalytickou hydrogenáciou vzniká z neho cyklohexanol, surovina na výrobu syntetických vlákien. Fenoly sa podobne ako arény substituujú účinkom elektrofilných činidiel na jadre. Elektrofilné substitúcie fenolov prebiehajú vplyvom hydroxylovej skupiny ľahšie ako arénov. Fenoly sa preto dajú veľmi ľahko nitrovať, sulfonovať alebo ináč substituovať. Alkoholy a fenoly majú rozsiahle použitie. Používajú sa najmä ako surovina na prípravu rozličných organických zlúčenín (pozri fenolplasty). CH fenol kumén + Hydrochinón je zložka mnohých fotografických vývojok. Ľahko sa oxiduje na p-benzochinón, od ktorého sa odvodzuje viacero prírodných farbív. Kyselina pikrová (2,4,6-trinitrofenol) je jedovatá zlúčenina. Tvorí žlté kryštáliky veľmi horkej chuti. Zohriatím alebo nárazom kyselina, ale aj jej soli pikráty, prudko explodujú. Kyselina pikrová je základom výbušniny ekrazitu. Prítomnosť troch nitroskupín na benzénovom jadre dáva hydroxylovej skupine veľmi kyslé vlastnosti. ▼ Úlohy nátriumalkoxid + Na+ OH − R—O—H ← R—O ‌ − Na+ + H2O (alkoxóniová soľ) → + HCl R—O+—H Cl− alkyloxóniumchlorid Kyslíkaté deriváty uhľovodíkov 4 CHÉMIA ZLÚČENÍN UHLÍKA Rozlíšenie metanolu (vľavo) a etanolu (vpravo) Skúška s kyselinou boritou.