Kyslíkaté deriváty uhlovodíků

Přehled

kyslík je v kyslíkatých derivátech uhlovodíků vždy v oxidačním čísle -II

-O-H	hydroxyskupina
C=O	karbonyl (karbonylová skupina)
-COOH	karboxylová skupina
R-O-H	hydroxysloučeniny
R-O-R	ethery
R-CHO	aldehydy
R-CO-R	ketony
R-COOH	karboxylové kyseliny

Hydroxysloučeniny

F     obecný vzorec: R-OH

o        alkoholy: R je alkyl (třeba methyl...)

o        fenoly: R je aryl (třeba fenyl)

F     rozdělení dle uhlíku, na kterém je vázána hydroxyskupina:

o        alkoholy primární: R-OH

o        alkoholy sekundární:

o        alkoholy terciální:

F     rozdělení dle sytnosti (= dle počtu hydroxyskupin)

o       jednosytné – obsahují 1x –OH skupinu

o       vícesytné: 2x, 3x… -OH skupina

§         vícesytné odštěpují molekulu vody za vzniku ketonů

Příprava alkoholů

F     Z přírodních látek: ethanol se připravuje kvašením cukrů

F     Průmyslová výroba:

o       z nenasycených uhlovodíků = adice vody na dvojnou vazbu (katalýza H₂SO₄ případně H₃PO₄):

CH₂=CH₂ +H₂O -> CH₃-CH₂-OH

mechanismus:

F     adice vody na alkeny s delším řetězcem

o       -> sekundární alkoholy:

CH₃-CH=CH₂ + H₂O -> CH₃-CHOH – CH₃

o       -> terciální alkoholy (je-li řetězec na dvojné vazbě větven)

 

o       z halogenderivátů

o       z aldehydů

o       z ketonů

o       dvojsytné alkoholy:

§         oxidaci alkenů zředěným roztokem KMnO₄

o       oxidací alkenů

§         ethen + kyslík -> ethylenoxid

§         ethylenoxid + voda -> ethan – 1,2- diol (=ethylenglykol)

o       hydrolýza halogenderivátů

• toluen + chlor -> benzyl chlorid

• adicí Grignardových sloučenin na karbonylové sloučeniny

•  benzylchlorid + voda -> benzylalkohol

 

 

Příprava fenolů

F     Přímo z aromatických uhlovodíků

1.      Benzen + kyselina sírová -> benzensulfonová kyselina

2.      benzensulfonová kyselina + hydroxid sodný -> benzensulfonan sodný

3.      benzensulfonan sodný + hydroxid sodný (tavba při 300 ⁰C) -> fenolát sodný

4.      fenolát sodný + oxid uhličitý + voda -> fenol + hydrogenuhličitan sodný

F     Oxidací:

o       Anilín + kyslík -> chinon

o       Chinon + voda -> hydrochinon

 

Výroba glycerolu

 

Názvosloví alkoholů

 

Názvosloví fenolů

Reakce alkoholů

Substituce nukleofilní

-OH je silné nukleofilní činidlo, je-li použito silné nukleofilní činidlo (= silná báze), dochází ke štěpení vazby -O- H

tvorba alkoholátů

v kyselém prostředí

vznik halogenderivátu

příklady nukleofilních substitucí

(s kyselinou sírovou, amoniakem a kyselinou dusičnou)

oxidace alkoholů

oxidace primárních a sekundárních alkoholů

oxidace silnými oxidačními činidly

oxidace diolů

Esterifikace

(zdroj: http://www.jergym.hiedu.cz/~canovm/)

Esterifikace je reakce alkoholu s kyselinou nebo s jejím derivátem

Esterifikace s anorganickou kyselinou Součástí esteru není kyslík z alkoholu. Je to způsobeno mechanismem, kdy se na kyslík z alkoholu napojuje vodík a vzniklý alkyloxoniový kation se odpojuje.

Esterifikace s organickou kyselinou

Součástí esteru je kyslík z alkoholu. Je to způsobeno mechanismem, kdy se za pomoci katalyzáru vytvoří na uhlíku karboxyskupiny náboj plus a na něho se poté napojí volným elektronovým párem kyslík z alkoholu, který se tak po odpojení vodíkového kationtu zabuduje do molekuly esteru..

Porovnání esterifikace s organickou kyselinou v kyselém a neutrálním prostředí (myšleno bez použití minerální kyseliny)

V kyselém prostředí napomáhá velmi účinně kyslík z minerální kyseliny vytvořit na uhlíku karboxyskupiny kladný náboj.Esterifikace je snadnější. V neutrálním prostředí (myšleno bez použití minerální kyseliny) se využívá pouze částečně kladně nabitého uhlíku z karboxyskupiny (zásluhou elektronegativnějšího kyslíku a vazby p).Esterifikace je obtížnější.

Esterifikace alkoholu kyselinou sírovou

Schématický zápis:

ROH                 H2SO4   -H2O ROSO3H

Podrobný zápis:

Kyselina sírová se chová jako kyselina a alkohol jako zásada, to znamená, že volný elektronový pár na kyslíku v alkoholu přijímá vodík a vzniká alkyloxoniový kationt (kyslík má pouze 5 elektronů a proto má náboj plus). Chybějící elektron získává heterolytickým odštěpením od uhlíku.Odštěpovaná voda je nahrazována mechanismem nukleofilní substituce Sn (porovnej s halogenderiváty). Nukleofilním činidlem je hydrogensulfát (zde je použit mechanismus molekulární Sn1, mechanismus Sn2 ukázán dole nebo zde klikni).

alkyloxoniumhydrogensulfát         -H2O

Vzniklý karbokation se spojuje s hydrogensulfátovým aniontem za vzniku anorganického esteru alkoholu a kyseliny sírové.

-H2O   alkylhydrogensulfát (kys. alkylsírová)