CHEMIA

ORGANICZNA

WYKŁAD 7

Związki funkcyjne.
Pochodne
węglowodorów.

Grupa związków organicznych w których atomy wodoru w
cząsteczkach węglowodorów zastąpione są atomami lub grupami
atomów

innych

pierwiastków

nazywamy

pochodnymi

węglowodorów. Cząsteczki tych połączeń zbudowane są z grupy
węglowodorowej (alkilowej lub arylowej)
oraz podstawnika, zwanego grupą funkcyjną.

Grupa funkcyjna - jest to atom lub grupa atomów, które w
połączeniu

z

grupą

węglowodorową

tworzą

cząsteczkę

pochodnej węglowodorowej i nadają danej grupie połączeń
charakterystyczne właściwości.
Obecność jednej grupy funkcyjnej zalicza dany związek do
jednofunkcyjnych pochodnych węglowodorów.

Grupa

funkcyjna

Nazwa grupy funkcyjnej

(Z)

Nazwa pochodnych

-F, -Cl, -Br,

-I

Fluorowce (halogenki)

Fluorowcopochodne węglowodorów

-OH

Hydroksylowa

Jeżeli jest połączona z grupą

alkilową - alkohole

Jeżeli jest połączona z grupą arylową

- fenole

Aldehydowa

Aldehydy

Ketonowa

Ketony

Karboksylowa

Kwasy karboksylowe

-NH

2

Aminowa

Aminy

-NO

2

Nitrowa

Związki nitrowe

CHLOROWCOPOCHODNE

Chlorowcopochodne mogą być pochodnymi alkilowymi i

aromatycznymi. Symbol chlorowcopochodnych - RX (X = F,
Cl, Br, I).

Nazewnictwo

Grupa funkcyjna Z = -X (-F, -Cl, -Br, -I) w połączeniach tworzy związki
typu
R-X, Ar-X - halogeno(chlorowco) -pochodne
Nazwy systematyczne tworzy się przez dodanie przed nazwę
węglowodoru:



liczb oznaczających położenie chlorowca



liczebnika określającego liczbę atomów chlorowca



nazw: fluoro-, chloro-, bromo-, jodo-.

Nazwy potoczne: halogenek + nazwa grupy alkilowej lub arylowej:

CH

3

-Cl

chlorometan, chlorek metylu

Cl-CH

2

-CH

2

-Cl

1,2-dichloroetan, chlorek etylenu

CHCl

2

-CH

3

1,1-dichloroetan

dla węglowodorów aromatycznych

Właściwości fizyczne

Z powodu większej masy cząsteczkowej
halogenoalkany mają znacznie wyższe
temperatury wrzenia niż alkany o tej
samej liczbie atomów węgla w cząsteczce.
Przy

określonej

grupie

alkilowej

temperatura

wrzenia

wzrasta

ze

wzrostem masy atomowej halogenu, w
związku z czym temperatura wrzenia
fluorku jest najniższa, a jodku najwyższa.
Halogenki alkilów mimo swej polarności
nie

rozpuszczają

się

w

wodzie,

prawdopodobnie dlatego, że nie mogą
tworzyć

wiązań

wodorowych.

Rozpuszczają

się

one

natomiast

w

typowych

rozpuszczalnikach

organicznych.

Chlorowcopochodne

są

dobrymi

rozpuszczalnikami.

Wprowadzenie chlorowca do łańcucha
węglowodorowego

obniża

palność.

Jodo-,

bromo-

i

polichloropochodne

alkanów mają większą gęstość niż woda.

Otrzymywanie

Chlorowcopochodne

można

otrzymać

w

wyniku

bezpośredniego chlorowcowania i innymi metodami. Metoda
bezpośredniego chlorowcowania została opisana podczas
prezentacji reakcji węglowodorów. Z innych metod należy
wymienić:



wymiana grupy hydroksylowej OH



przyłączanie chlorowcowodorów HX i chlorowców X

chlorek etylu H

2

C=CH

2

+ HCl → H

2

CCl-CH

3

1,2-dichloroetan H

2

C=CH

2

+ Cl

2

→ H

2

CCl-CH

2

Cl

wymiana grupy hydroksylowej OH w alkoholach

R-OH → R-X (z udziałem HX lub PX

3

)

Przykłady:

otrzymywanie bromku n-propylu

(czynnikiem bromującym jest stęż.HBr lub NaBr + H

2

SO

4

)

CH

3

CH

2

CH

2

OH → CH

3

CH

2

CH

2

Br

otrzymywanie 1-bromo-1-fenyloetanu (czynnikiem

bromującym jest PBr

3

)

C

6

H

5

CH(OH) -CH

3

→ C

6

H

5

CH(Br) -CH

3

Fluoropochodne otrzymuje się działając F

2

rozcieńczonym N

2

albo fluorkami metali AgF, SbF

3

, CoF

2

Przykład - otrzymywanie freonów

CHCl

3

→ HCClF

2

+ HCCl

2

F + CHF

3

WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE

POCHODNE HALOGENOWE SZEREGU ALIFATYCZNEGO
CHARAKTERYZUJĄ SIĘ DUŻĄ AKTYWNOŚCIĄ
CHEMICZNĄ I SŁUŻĄ DO OTRZYMYWANIA INNYCH
POCHODNYCH.

W WYNIKU REAKCJI SUBSTYTUCJI NUKLEOFILOWEJ SN OTRZYMUJEMY:

•

ALKOHOLE

•

AMINY

•

NITRYLE A DALEJ KWASY KARBOKSYLOWE

•

TIOLE (MERKAPTANY)

•

SULFIDY (TIOESTRY)

Przykłady:
Otrzymywanie alkoholi

R-X + HOH → R-OH + HX

R-X + OH

-

→ R-OH + X

-

Otrzymywanie amin

R-X + NH

3

→ R-NH

2

R-X + R'-NH

2

→ R'-NH-R

R-X + R'-NH-R" → > R'-NRR"

Otrzymywanie nitryli

R-X + CN

-

→ R-CN + X

-

R-CN + H

2

O → R-COOH + NH

3

Otrzymywanie tioli

R-X + SH

-

→ R-SH + X

-

R-SH → utlenianie R-SO

3

H (kwas sulfonowy)

Otrzymywanie tioestrów

R-X + -SR' → R-SR'

Dehydrohalogenacja
Jest to reakcja eliminacji i polega ona na równoczesnym oderwaniu
atomu halogenu od atomu węgla oraz atomu wodoru od sąsiedniego
atomu węgla:

Reakcja

przebiega

z

udziałem mocnej zasady
(KOH

w

alkoholu)

i

podwyższonej temperaturze.
W niektórych przypadkach
reakcja ta prowadzi do
powstania jednego alkenu,
w innych natomiast do
powstania

mieszaniny.

Przykładem

są

prezentowane

reakcje

chemiczne chlorku n-butylu i
chlorku

sec-butylu.

W

przypadkach,

w

których

mogą powstać oba alkeny,
głównym produktem jest
but-2-en, co jest zgodne z
ogólnym

mechanizmem

reakcji.

Udowodniono, że uprzywilejowanym produktem jest alken,
który ma większą liczbę grup alkilowych przy atomach węgla
połączonych wiązaniem podwójnym.

Zastosowanie

Chorowcopochodne są związkami chemicznymi, które znajdują
zastosowanie jako półprodukty do otrzymywania ważnych związków
chemicznych. Jednym z takich związków chemicznych jest związek
Grignarda.

Związek Grignarda ma ogólny wzór RMgX i nazwę halonegenek
alkilomagnezowy.

Jest to jeden z najbardziej użytecznych i uniwersalnych odczynników
znanych chemikom organikom. Charakteryzuje się dużą reaktywnością.
Reaguje m.in. z wodą, dwutlenkiem węgla i tlenem, oraz większością
związków

organicznych.

Wiązanie węgiel - magnez jest wiązaniem kowalencyjnym, lecz silnie
polarnym, gdyż atom węgla przyciąga elektrony należące do
elektrododatniego atomu magnezu, natomiast wiązanie magnez -
halogen jest w zasadzie jonowe. Ten charakter wiązania nadaje
związkowi Grignarda dużą reaktywność.

CH

3

CH

2

Br + Mg → CH

3

CH

2

MgBr

Reakcja otrzymywania odczynnika Grignarda przebiega w środowisku
suchego eteru dietylowego. Reakcja zachodzi dosyć energicznie. Z
innych związków metaloorganicznych o podobnych właściwościach
należy wymienić związki z metalami: litu, potasu, sodu, cynku, rtęci,
ołowiu, talu, itd. Każdy rodzaj związku metaloorganicznego wykazuje
charakterystyczne właściwości i od nich zależy jego zastosowanie.

Reakcja Friedla-Craftsa

Ponadto chlorowcopochodne wykorzystywane są do produkcji

alkilobenzenów w reakcji Friedla-Craftsa

R-X + ArH + AlCl

3

→ Ar-R

Innymi

ważniejszymi

chlorowcopochodnymi

znajdującymi

zastosowanie praktyczne są:

Chloroform (trichlorometan - CHCl

3

) - znany jako środek

używany podczas narkozy. Obecnie do tego celu stosowany
coraz rzadziej. Jest to substancja słabo rozpuszczalna w wodzie
ale jest dobrym rozpuszczalnikiem żywic, tłuszczów i innych
substancji. Stąd jego zastosowanie jako rozpuszczalnika.
Chloroform pod wpływem wilgoci, powietrza i światła rozpada
się na silnie trujący fosgen i chlorowodór.

Tetrachlorometan (czterochlorek węgla - CCl

4

) - stosuje się jako

rozpuszczalnik do tłuszczów, olejów, żywic i wosków. Jego
zaletą jest to, że jest on substancją niepalną. Jako substancja
działa toksycznie i odurzająco, stąd coraz to mniejsze jego
zastosowanie.

Chlorek winylu (chloroeten - CH

2

=CHCl) - ulega polimeryzacji,

stąd jego zastosowanie do produkcji tworzywa sztucznego o
nazwie polichlorek winylu (PCV).

Freony (CCl

2

F

2

, CCl

3

F) - są to bezbarwne gazy, łatwo

poddające się skropleniu, niepalne i odporne termicznie oraz
chemicznie. Były szeroko stosowane jako środek chłodniczy i
wypełniacz pojemników dla różnego rodzaju kosmetyków.
Przypuszcza się, że uwalniany do atmosfery jest jednym z
czynników niszczących warstwę ozonową, stąd ograniczenie
jego stosowania.

Związki organiczne z grupą funkcyjną -OH i -OR

(alkohole i etery)

Związki organiczne zawierające grupę funkcyjną Z = -OH
można podzielić na trzy zasadnicze typy:



alkohole



fenole



etery.

ALKOHOLE

Grupa funkcyjna -OH

grupa hydroksylowa w połączeniach tworzy związki typu:



alkanole o wzorze ogólnym C

n

H

2n+1

OH (alkohole)



alkandiole o wzorze ogólnym C

n

H

2n

(OH)

2



alkantriole o wzorze ogólnym C

n

H

2n-1

(OH)

3

Hybrydyzacja atomów tlenu - sp

3

.

FENOLE

Fenole są to związki organiczne powstałe przez wprowadzenie
do pierścienia aromatycznego w miejsce wodoru grupy (grup)
-OH.

Wzór ogólny – ArOH

ETERY

Etery są to związki organiczne pochodne alkoholi, fenoli o
wzorze ogólnym

R'-O-R, R-O-Ar, Ar-O-Ar (etery)

NAZEWNICTWO

Alkohole

W użyciu mają zastosowanie nazwy zwyczajowe i systematyczne.
nazewnictwo zwyczajowe (dotyczy prostszych alkoholi). Składają się one z
nazwy grupy alkilowej, poprzedzonej słowem alkohol.
nazewnictwo systemowe w którym:
- jako strukturę podstawową wybiera się najdłuższy łańcuch węglowy.



struktura podstawowa ma nazwę w zależności od ilości atomów węgla,
etanol,

propanol,....; nazwę tworzy się przez dodanie końcówki

-ol

- określamy cyfrą położenie grupy -OH
- położenie każdej z pozostałych grup przyłączonych do łańcucha
podstawowego
określa się również odpowiednią cyfrą, np. 2-metylobutan-1-ol



alkohole zawierające w cząsteczce dwie grupy wodorotlenowe
nazywane są ogólnie diolami (dawniej glikolami)



alkohole zawierające w cząsteczce trzy grupy wodorotlenowe nazywane
są

glicerynami

Alkohole propan-1-ol i propan-2-ol są przykładem występowania
izomerii łańcuchowej wśród alkoholi.
Grupa węglowodorowa -R w cząsteczce alkoholu może pochodzić
również od węglowodorów nienasyconych i wówczas otrzymuje się
alkohole nienasycone, np.

prop-2-en-1-ol CH

2

=CH-CH

2

-OH

Przykłady alkoholi:

metanol, alkohol metylowy CH

3

-OH

etanol, alkohol etylowy C

2

H

5

-OH

propan-1-ol, alkohol propylowy CH

3

-CH

2

-CH

2

-OH

Przykłady alkoholi

wielowodorotlenowych:

Rzędowość alkoholi

Alkohole klasyfikuje się

według rzędowości

węgla

Fenole Ar-OH

Fenole są związkami o ogólnym wzorze
Ar-OH, w którym Ar oznacza fenyl,
naftyl.....
Fenole różnią się od alkoholi tym, że
grupa -OH związana jest bezpośrednio
z pierścieniem aromatycznym.
Nazwy fenoli tworzy się na ogół od
nazwy najprostszego przedstawiciela,
a mianowicie fenolu.
Metylofenole mają specyficzną nazwę
krezole.

Alkoh

ol

e

Nazewnictwo

alkan

alkan

ol

butan

butan-1-

ol

butan-2-

ol

R

OH

R

H

CH

3

CH

2

CH

2

CH

3

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

OH

CH

3

CH

2

CH CH

3

OH

Alkohol

alkilowy

Alkohol

butylowy

Nazewnictwo

Alkoh

ol

e

Alkohol tert-

butylowy

Alkohol sec-

butylowy

Alkohol izopentylowy

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

OH

CH

3

CH

2

CH CH

3

OH

CH

3

C CH

3

OH

CH

3

CH

3

CH CH

2

CH

2

OH

CH

3

1,2-dichloro-2-metylobutan-3-ol

3,4-dichloro-3-metylobutan-2-ol

2-bromo-1-metylocykloheksan-4-ol

3-bromo-4-metylocykloheksanol

Alkoh

ol

e

Nazewnictwo

CH

2

C CH CH

3

CH

3

OH

Cl

Cl

O

H

Br

CH

3

Fenole

Nazewnictwo

OH

OH

OH

benzenol

fenol

naftalen-1-ol
-naftol

nafalen-2-ol
-nafol

OH

NO

2

NO

2

O

2

N

OH

OH

kwas pikrynowy

hydrochinon

Niektóre grupy w nomenklaturze podstawnikowej nigdy nie są
traktowane jako grupy funkcyjne, nazywamy je grupami podrzędnymi.
W nazwie związku ich obecność wskazywana jest wyłącznie w formie
przedrostka:

Niektóre grupy charakterystyczne (podrzędne) wskazywane w
nomenklaturze podstawnikowej wyłącznie przedrostkami

Grupa

Przedrostek

-Br

bromo-

-N

3

azydo-

-Cl

chloro-

-NO

nitrozo-

-F

fluoro-

-NO

2

nitro-

-I

jodo-

-O-R

alkoksy- (alkiloksy-)    

-S-R

alkilosulfanylo-

Alkoh

ol

e

Nazewnictwo

Alkoh

ol

e

Nazewnictwo

Chociaż znanych jest wiele związków wielofunkcynych, to w nazwie
nigdy nie mogą pojawić się dwie grupy funkcyjne w formie przyrostka.
Wsród grup głównych ustalono pewną kolejność pierwszeństwa
(ważność). Tylko grupa o największym pierwszeństwie może być
pokazana w nazwie w formie przyrostka. Pozostałe grupy w
nazwie związku występują w formie przedrostka.

Grupy

główne

wg

pierwszeństwa

kwasy karboksylowe -COOH
bezwodniki kwasowe
estry
halogenki kwasowe
amidy
nitryle
aldehydy i ketony

alkohole i fenole

-ol (hydroksy-)

tiole
aminy
iminy

Nazewnictwo

Alkoh

ol

e

4-hydroksyheksan-2-on

Kwas 3-hydroksybenzoesowy

2-bromo-7-metylonaftalen-1-ol

2-bromo-7-metylo-1-naftol

Kwas 7-bromo-8-

hydroksynaftaleno-2-

sulfonowy

CH

3

CH

2

CH CH

2

C

O

CH

3

OH

OH

COOH

OH

Br

HO

3

S

OH

Br

C

H

3

Alkohole

podział

Alkohole

monowodorotlenowe

wielowodorotlenowe

alifatyczne
(nasycone)

alifatyczne
(nasycone)

aromatyczne

(fenole)

aromatyczne

(fenole)

CH

3

CH

CH

2

CH

3

OH

CH

2

CH

CH

3

OH

OH

CH

3

CH CH

CH

3

OH

OH

CH

2

CH

2

OH

OH

.

OH

OH

O

H

Alkohole

podział

Alkohole alifatyczne

Pierwszorzędowe

1

o

Drugorzędowe

2

o

Trzeciorzędowe

3

o

CH

3

CH

2

CH

2

C

OH

H

H

CH

3

CH

2

C

CH

3

OH

H

CH

3

C

CH

3

OH

CH

3

Etery

Nazwy systematyczne wyprowadza się z nazw alkanów, w

których jeden lub więcej atomów wodoru zastąpiono

grupami -OR (grupa alkoksylowa) lub -OAr (grupa

aryloksylowa). Nazwę eteru tworzy się również i w ten

sposób, że po słowie eter podaje się w kolejności

alfabetycznej nazwy dwóch grup, które są przyłączone do

atomu

tlenu.

Przykłady:

eter dimetylowy, metoksymetan CH

3

-O-CH

3

eter etylometylowy, metoksyetan CH

3

-O-C

2

H

5

Etery – właściwości fizyczne

Pomiędzy cząsteczkami eterów nie tworzą się wiązania wodorowe,

dlatego posiadają stosunkowo niskie temperatury wrzenia.

Również dość słabo rozpuszczają się w wodzie

R

1

O

R

2

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE

Alkohole

Alkohole jednowodorotlenowe o małych masach cząsteczkowych
są bezbarwnymi cieczami. Alkohole zawierające więcej niż 12
atomów C w cząsteczce w temp. pokoj. są ciałami stałymi.
Alkohole o małej liczbie atomów węgla w cząsteczce są dobrze
rozp. w wodzie. Temp. wrzenia poszczególnych alkoholi w szeregu
homologicznym rośnie ze wzrostem łańcucha węglowego. Ze
wzrostem łańcucha węglowego maleje ich rozp. w wodzie.

Fenole

Najprostsze fenole są cieczami lub ciałami stałymi o niskich
temperaturach topnienia. Stosunkowo wysokie temperatury
wrzenia fenoli spowodowane są występowaniem między
cząsteczkowych

wiązań

wodorowych.

Fenol

jest

nieco

rozpuszczalny w wodzie a większość pozostałych fenoli zasadniczo
nie rozpuszcza się w wodzie. Fenole są bezbarwne, chyba że ich
cząsteczki zawierają jakąś grupę nadającą zabarwienie.

Etery

Cząsteczki eterów wykazują mały średni moment dipolowy i
dlatego ta słaba polarność nie wpływa w widoczny sposób na
temperatury wrzenia eterów, które są mniej więcej takie same
jak temperatury wrzenia alkanów o porównywalnych masach
cząsteczkowych i znacznie niższe niż temperatury wrzenia
izomerycznych alkoholi.

Rozpuszczalność eterów w wodzie jest porównywalna z
rozpuszczalnością alkoholi, np. zarówno eter dietylowy, jak i
alkohol n-butylowy rozpuszcza się w stosunku ok. 8 g na 100 g
wody.
Etery stosowane są jako rozpuszczalniki. Nie tworzą wiązań
wodorowych i dlatego mają stosunkowo niskie temperatury
wrzenia.

eter dimetylowy CH

3

-O-CH

3

temp. wrzenia -24°C

eter etylometylowy CH

3

-O-C

2

H

5

temp. wrzenia 6,4°C

eter dietylowy C

2

H

5

-O-C

2

H

5

temp. wrzenia 34°C

Alkohole

Właściwości fizyczne

Tworzenie wiązań wodorowych pomiędzy cząsteczkami alkoholu
powoduje, że mają one wysoką temperaturę wrzenia

Tworzenie wiązań wodorowych pomiędzy
wodą a alkoholem powoduje, że alkohole
zawierające

do

4

atomów

węgla

doskonale rozpuszczają się w wodzie

Część

hydrofobowa

Część

hydrofilowa

R

O

H

R

O

H

R

O

H

R

O

H

R

O

H

R

O

H

R

O

H

H

O

H

R

O

H

H

O

H

O

H

Otrzymywanie

Alkohole

Otrzymuje się je w wyniku



hydrolizy chlorowcopochodnych



przyłączenia wody do alkenów



fermentacji



redukcji aldehydów i ketonów



syntezy Grignarda

Przykłady:

Hydroliza chlorowcopochodnych

R-X + HOH --> ROH + HX

Addycja wody do alkenów
Reakcja addycji wody przebiega z udziałem octanu rtęci (OAc)

2

Hg a

orientacja addycji zgodna jest z regułą Markownikowa. Sama reakcja
nazywana jest reakcją hydroksyrtęciowania

CH

2

=CH

2

+ HOH

→

CH

3

-CH

2

OH

Reakcja hydroksyrtęciowania polega na elektrofilowej addycji do
podwójnego wiązania węgiel-węgiel, gdzie czynnikiem elektrofilowym jest
jon rtęciowy.

Fermentacja
Fermentacja jest to najstarsza synteza chemiczna stosowana przez
człowieka. Fermentacji podlegają cukry znajdujące się w owocach, zbożu i
ziemniakach za pomocą drożdży. Produktem fermentacji jest głównie
alkohol etylowy.

C

6

H

12

O

6

→ 2C

2

H

5

OH + 2CO

2

Drożdże, które uczestniczą w procesie fermentacji, wytwarzają enzym,
zwany zymazą, która działa jako katalizator przemiany. Podczas produkcji
piwa zboże, np. jęczmień lub owies, przemienia się w "słód" przez
moczenie w wodzie w celu umożliwienia kiełkowania. W wyniku
kiełkowania wytwarza się enzym, zwany diastazą, który katalizuje
przemianę skrobi w cukier. Następnie przez fermentację otrzymuje się
alkohol etylowy. Piwo zawiera niewielką ilość alkoholu (3 - 6%), osiągając
swój charakterystyczny smak dzięki dodatkowi chmielu. Wina są zwykle
nieco mocniejsze (10 - 14% alkoholu). Maksymalna zawartość alkoholu
osiągana przez destylację zwykła wynosi 95% objętościowych. Pozostałą
zawartość wody (5% obj.) można usunąć za pomocą chemicznych
środków odwadniających (CaCl

2

).

REDUKCJA ALDEHYDÓW I KETONÓW

RCHO + H

2

→ R-CH

2

-OH

(CH

3

)

2

C=O + H

2

→ (CH

3

)

2

CH-OH

Synteza alkoholi metodą Grignarda
Otrzymywanie związku Grignarda (środowisko bezwodnego
eteru)

RX + Mg → RMgX

Przebieg reakcji z udziałem związku Grignarda.

Rodzaj alkoholu powstającego w syntezie metodą Grignarda zależy od typu
użytego związku karbonylowego:
z formaldehydu HCHO, powstają alkohole I-rzędowe

z RCHO - alkohole II-go rzędowe

z R

2

CO - alkohole III-cio rzędowe

z formaldehydu

HCHO + RMgX → R-CH

2

-OMgX dalej + H

2

O → R-CH

2

OH

z aldehydu RCHO

RCHO + R'MgX → RR'CH-OMgX dalej + H

2

O → RR'CH-OH

z ketonu RR'C=O

RR'C=O + R"MgX → RR'R"C-OH

Fenole

Hydroksypochodne aromatyczne otrzymuje się z kwasów
sulfonowych w reakcji stapiania z NaOH lub KOH

C

6

H

5

SO

3

H + NaOH --> C

6

H

5

SO

3

Na + H

2

O

C

6

H

5

SO

3

Na + NaOH --> C

6

H

5

OH + Na

2

SO

3

Etery

Etery dwu alkilowe otrzymuje się przez odwodnienie alkoholi w
silnie kwaśnym środowisku

2ROH --> R-O-R + H

2

O

Inna metoda polega na reakcji alkoholanów lub fenolanów z
halogenowęglowodorami

RBr + R-O--Na

+

--> R-O-R + NaBr

Właściwości chemiczne

Alkohole
O właściwościach chemicznych alkoholi decyduje obecność grupy
hydroksylowej w cząsteczce. Reakcje alkoholi mogą polegać na
rozerwaniu jednego z dwóch wiązań: wiązania C-OH z
odszczepieniem grupy -OH, albo wiązania O-H z oderwaniem
atomu H.
Każda z tych przemian może polegać na reakcji substytucji, w
której następuje wymiana grupy -OH lub atomu wodoru na inną
grupę, albo na reakcji eliminacji,
w wyniku której zostaje utworzone wiązanie podwójne.

Reakcja z halogenowodorami

R-OH + HX --> RX + H

2

O

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

-OH + H

Br

(48%)

<===>

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

-OH

2

(+)

Br

(-)

---->

CH

3

CH

2

CH

2

CH

2

-

Br

+ H

2

O

S

N

2

(CH

3

)

3

C-OH + H

Cl

(37%)

<===>

(CH

3

)

3

C-OH

2

(+)

Cl

(-)

<===>

(CH

3

)

3

C

(+)

Cl

(-)

+H

2

O --->

 (CH

3

)

3

C-

Cl

+H

2

O

S

N

1

Reakcja z trójhalogenkami fosforu

R-OH + PX

3

--> RX + H

3

PO

4

(PX

3

= PBr

3

, PI

3

)

Reakcja dehydratacji
Rekcja dehydratacji przebiega w środowisku kwasowym np. H

2

SO

4

.

Przebieg i mechanizm reakcji był już opisany w punkcie opisującym
otrzymywanie alkenów.

CH

3

-CH

2

OH → CH

2

=CH

2

+ H

2

O

Reakcje alkoholi z metalami aktywnymi
Metalami aktywnymi są: Na, K, Al

2CH

3

-CH

2

OH + 2Na --> 2CH

3

-CH

2

ONa + H

2

Reakcja tworzenia estrów
Reakcja tworzenia estrów przebiega w środowisku kwasowym np.H

2

SO

4

CH

3

-CH

2

OH + CH

3

COOH --> CH

3

COOC

2

H

5

+ H

2

O

Mechanizm reakcji

Estrami są:



tłuszcze



substancje zapachowe



woski



inne

Estry o miłym zapachu wykorzystywane są w przemyśle
kosmetycznym i spożywczym (aromaty spożywcze). Zapach kwiatów i
owoców to zapach estrów. Szczególną grupę estrów stanowią
tłuszcze.

Fenole

Najbardziej charakterystyczną właściwością chemiczną fenoli jest ich
kwasowość i zdolność tworzenia soli.

ArOH + H

2

O <=> ArO

-

+ H

3

O

+

Oprócz kwasowości, fenole charakteryzują się dużą reaktywnością

pierścienia w reakcjach substytucji elektrofilowej.

Fenole ulegają nie tylko reakcjom podstawienia elektrofilowego, typowym

dla większości związków aromatycznych, lecz także wielu innym reakcjom,

które możliwe są tylko dzięki niezwykłej reaktywności pierścienia. Do tych

reakcji zaliczamy:



reakcja tworzenia eterów - synteza Williamsona

ArO

-

+ RX ----> ArOR + X

-



reakcja tworzenia estrów

Substytucja w pierścieniu

Przykładami reakcji substytucji elektrofilowej są następujące
reakcje chemiczne.

reakcja nitrowania

W wyniku działania stężonego kwasu azotowego na fenol powstaje

2,4,6-trinitrofenol (kwas pikrynowy)

reakcja sulfonowania

reakcja halogenowania

Bromowanie w obecności CS

2

i w temperaturze 0°C daje produkt

o nazwie p-bromofenol.

tworzenie aldehydów
- reakcja Reimera-
Tiemanna

acylowanie metodą Friedla-
Craftsa
karboksylowanie

Etery

Wiązanie eterowe jest wiązaniem trwałym, trudno ulega działaniom
czynników chemicznych. Rozerwanie wiązania eterowego powoduje
działanie jodowodoru HI

R-O-R + HI --> R-I + ROH

Najważniejszymi alkoholami mającymi praktyczne zastosowanie są:

metanol, etanol a z alkoholi aromatycznych fenol.

Metanol

jest bezbarwną cieczą, bardzo dobrze rozpuszczalną w wodzie.

Na powietrzu pali się niebieskawym płomieniem. Metanol (spirytus
drzewny) jest śmiertelną trucizną. Niektórzy ludzie mogą pamiętać
metanol jako truciznę, która oślepiła lub zabiła wielu ludzi. Metanol ma
następujące zastosowanie:



służy jako rozpuszczalnik farb i lakierów oraz paliwo



używa się go do produkcji tworzyw sztucznych, leków, barwników,
włókien
syntetycznych



stosowany w przemyśle chemicznym m.in. do wytwarzania aldehydu
mrówkowego (formalina), estrów, metyloamin, chlorku metylu

Etanol

jest bezbarwną, łatwo palną cieczą. Rozpuszcza się w wodzie,

benzenie i benzynie. Większość etanolu stosuje się do wyrobu
różnego rodzaju napoi alkoholowych. Przyjmowany w niewielkich
ilościach obniża próg wrażliwości narządów zmysłu. Jest szkodliwy dla
zdrowia. Nadmierne picie napojów alkoholowych powoduje różnego
rodzaju uszkodzenia tkanek oraz doprowadzenie do alkoholizmu, tj.
nałogowego zatruwania się i całkowitego uzależnienia od alkoholu.
Dobrą ilustracją działania alkoholu na organizm człowieka, może być
praktyczny pokaz działania alkoholu na białko kurze.

Białko kurze poddane działaniu alkoholu etylowego ulega
ścinaniu czyli zachowuje się podobnie jak białko kurze rzucone
na rozgrzaną patelnię. Jest to proces nieodwracalny w wyniku
którego struktura białka ulega zniszczeniu.
W organizmie uszkodzeniu ulega: serce, wątroba, przewód
pokarmowy i układ nerwowy.

Fenol

jest silnie toksyczny. Głownie jest wykorzystywany jako

półprodukt do wyrobu tworzyw sztucznych.

Wśród związków organicznych zawierających grupę karbonylową
=C=O można wyróżnić 3 zasadnicze typy:

aldehydy, ketony i kwasy karboksylowe

.

Aldehydami

nazywamy pochodne węglowodorów zawierające w

cząsteczce grupę aldehydową -CHO, natomiast

ketonami

nazywamy pochodne węglowodorów zawierające w cząsteczce

grupę ketonową =C=O.

Symbol aldehydów - RCHO, ketonów - RCOR

1

Hybrydyzacja atomów grupy karbonylowej: C sp

2

i O sp.

Podstawowe wiązanie w grupie karbonylowej - σ i π

NAZEWNICTWO

Nazwy zwyczajowe aldehydów

pochodzą od nazw zwyczajowych

odpowiednich kwasów karboksylowych, w których słowo "kwas"
zastąpiono słowem "aldehyd", np. aldehyd mrówkowy.
W nazwach systematycznych nazwy wyprowadzamy od nazwy
węglowodoru dodając końcówkę

-al

Przykłady:

metanal, aldehyd mrówkowy

HCHO

etanal, aldehyd octowy

CH

3

-CHO

aldehyd benzoesowy (aromatyczny)

C

6

H

5

-CHO

Nazewnictwo ketonów

Ketony mogą być: alifatyczne, alifatyczno-aromatyczne i aromatyczne.

Zasady nazewnictwa ketonów są podobne do tych które były
opisywane przy aldehydach.
Nazwę ketonu tworzy się przez dodanie końcówki

-on

do nazwy

węglowodoru.

Przykłady:

propanon, aceton

butan-2-on, keton etylo-metylowy

C

2

H

5

COCH

3

acetofenon (aromatyczny)

C

6

H

5

COCH

3

Właściwości fizyczne

Właściwości fizyczne aldehydów i ketonów zależne są od liczby
atomów węgla w cząsteczce:

Aldehydy

Stan skupienia
C1 - występuje w stanie gazowym
> C2 - występują w stanie ciekłym
Charakterystyczny zapach
C1 - C3 - mają nieprzyjemny zapach
C4 - C7 - mają odrażającą woń
> C8 - mają przyjemny zapach

Ketony

1. Są cieczami
2. Są lotniejsze niż odpowiadające im alkohole
3. Rozpuszczają się w wodzie i w rozpuszczalnikach organicznych w
tym samym stopniu co alkohole
4. Są dobrymi rozpuszczalnikami organicznymi
5. Mają małą zdolność do krystalizacji

Otrzymywanie

Aldehydy otrzymuje się następującymi metodami



utlenianie alkoholi I-szo rzędowych w obecności K

2

Cr

2

O

7



utlenianie metylowych pochodnych benzenu



redukcja chlorków kwasowych



synteza Reimera-Tlemanna (otrzymywanie fenolo-aldehydów)

Przykłady
Utlenianie alkoholi I-szo rzędowych

RCH

2

OH --> RCHO

Pogłębione utlenianie alkoholi I-szo rzędowych daje nam produkt
końcowy - kwas karboksylowy

Synteza Reimera-Tiemanna (otrzymywanie fenolo-aldehydów)
W wyniku działania chloroformu i wodnego roztworu wodorotlenku
na fenol grupa aldehydowa -CHO zostaje wprowadzona do
pierścienia aromatycznego, na ogół w położenie -orto do grupy
-OH.

C

6

H

5

OH + (CHCl

3

, NaOH) --> HOC

6

H

4

CHO

Kwasy
karboksylowe

Kwasy karboksylowe powstają w wyniku utleniania odpowiednich
aldehydów. Ze względu na resztę węglowodorową kwasy mogą
występować

w

postaci

kwasów

alifatycznych

(nasyconych

i

nienasyconych) oraz aromatycznych. Przykładami tych związków są
kwasy: mrówkowy (metanowy), octowy (etanowy), benzoesowy
(benzenokarboksylowy).

kwas mrówkowy (metanowy)

kwas octowy (etanowy)

kwas benzoesowy (benzenokarboksylowy)

Kwasy
karboksylowe

Kwasy karboksylowe są słabymi kwasami tzn. ulegają
jedynie

w

ograniczonym

stopniu

dysocjacji

elektrolitycznej:

Najsilniejszym z nich jest kwas mrówkowy, który w roztworze wodnym o
stężeniu 1 mol/dm

3

wykazuje stopień dysocjacji 1,3 %. Pozostałe człony

szeregu homologicznego są jeszcze słabsze. Kwasy karboksylowe
reagują z aktywnymi metalami, tlenkami metali lub wodorotlenkami
tworząc sole. Np. w reakcji magnezu z kwasem mrówkowym powstaje
mrówczan magnezu, a w reakcji kwasu benzoesowego z wodorotlenkiem
sodu benzoesan sodu.

Kwasy
karboksylowe

Do grupy kwasów dikarboksylowych zawierających dwie grupy
karboksylowe należy kwas szczawiowy (kwas etandiowy):

Spośród aromatycznych kwasów dikarboksylowych należy wymienić
kwasy: kwas ftalowy i kwas tereftalowy. Związki te znalazły
zastosowanie w produkcji włókien sztucznych.

kwas ftalowy (1,2-benzenodikarboksylowy)

kwas

tereftalowy

(1,4-

benzenodikarboksylowy )

Kwasy
karboksylowe

Kwasy karboksylowe są mało lotne. Wraz ze wzrostem wielkości
cząsteczki wzrastają temperatury topnienia i wrzenia kwasów
karboksylowych. Wszystkie kwasy łatwo krystalizują. Kwasy
zawierające od 1 do 4 atomów węgla w cząsteczce mieszają się
z wodą w każdym stosunku, a zawierające do 12 atomów węgla
w cząsteczce, rozpuszczają się dobrze w alkoholu. Niższe kwasy
karboksylowe są cieczami o ostrym zapachu, kwasy o średniej
wielkości są oleistymi cieczami o przykrej woni, a kwasy
długołańcuchowe ciałami stałymi lub cieczami w zależności od
stopnia nienasycenia. Kwasy karboksylowe są aktywnymi
chemicznie związkami, a ich właściwości chemiczne wynikają z
obecności grupy karboksylowej.

Kwasy karboksylowe reagują z zasadami, tlenkami metali i metalami
tworząc sole.

Reakcja z zasadami, np.:

CH3COOH + NaOH --> CH3COONa + H2O
W reakcji kwasu octowego z zasadą sodową powstaje octan sodu i
woda

Wyższe kwasy - tłuszczowe, w reakcji z zasadami, tworzą sole
nazywane mydłami, np. mydło sodowe - stearynian sodu:
C17H35COOH + NaOH --> C17H35COONa + H2O

Reakcja z tlenkami metali, np.:
2 HCOOH + CuO --> (HCOO)2Cu + H2O
W reakcji kwasu mrówkowego z tlenkiem miedzi (II), powstaje
mrówczan miedzi (II) i woda

Reakcja z metalami, np.:
CH3COOH + Mg --> (CH3COO)2Mg + H2
W reakcji kwasu octowego z magnezem, powstaje octan magnezu i
wodór.

Kwasy
karboksylowe

KWAS MRÓWKOWY HCOOH

Jest pierwszym członem szeregu homologicznego kwasów

monokarboksylowych, nasyconych. Jego nazwa wywodzi się stąd, że
został wyodrębiony z jadu mrówek. Występuje również w jadzie
pszczół i w liściach pokrzyw. Kwas mrówkowy jest bezbarwną cieczą
o ostrym, duszącym zapachu i właściwościach parzących. Jest
trucizną. Dobrze rozpuszcza się w wodzie. Na skalę przemysłową
kwas mrówkowy otrzymuje się w reakcji tlenku węgla (II) z ok. 30%
wodnym roztworem wodorotlenku sodu. Kwas mrówkowy stosuje się
do garbowania skór, produkcji barwników, w przemyśle
włókienniczym oraz jako substancję bakteriobójczą.

KWAS OCTOWY CH3COOH

Kwas octowy jest stosowany w gospodarstwie domowym w
roztworach 6% i 10%, jako przyprawa i składnik marynat. W
przemyśle stosowany jest do produkcji tworzyw sztucznych (np.
jedwabiu sztucznego), barwników, substancji zapachowych,
rozpuszczalników i leków.

Kwasy karboksylowe otrzymuje się zwykle w reakcjach utleniania
odpowiednich alkoholi lub aldehydów:

Kwasy karboksylowe ulegają takim samym reakcjom jak zwykłe
kwasy nieorganiczne. Tworzą one sole z zasadami nieorganicznymi i
organicznymi. Reagują również z alkoholami tworząc estry. Estry
kwasów tłuszczowych z gliceryną nazywane są tłuszczami.

Tworzenie chlorków kwasowych

W wyniku reakcji z trichlorkiem fosforu (PCl3) lub chlorkiem tionylu
(SOCl2) przechodzą w chlorki kwasowe:

kwas octowy + trichlorek fosforu → chlorek octowy + kwas
fosforawy

Odwadnianie

Inną charakterystyczną reakcją dla kwasów karboksylowych jest
reakcja odwadniania, w wyniku której powstaje bezwodnik kwasowy:

Reakcje redoks związków organicznych

Reakcje redoks związków organicznych