Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Nauk o śywności i Rybactwa

Zakład Opakowalnictwa i Biopolimerów

I N S T R U K C J A

Ć W I C Z E N I E 11

Alkohole

Wykrywanie alkoholi I, II, II – rzędowych i badanie ich właściwości

Alkohole

Alkohole są to związki zawierające jedną lub więcej grup hydroksylowych (wodorotlenowych) połączonych z atomami węgla.

WyróŜniamy dwie grupy alkoholi (podział ze względu na szkielet węglowy): 1. Alkohole alifatyczne:

• alkohole nasycone−pochodne alkanów

• alkohole nienasycone−pochodne alkinów bądź alkenów

2. Alkohole aromatyczne−fenole

JeŜeli będziemy się kierować ilością grup wodorotlenowych, wówczas moŜemy mówić o alkoholach:

monowodorotlenowych np.:

CH

3

OH metanol

diwodorotlenowe (diole) np.:

CH2

CH2

OH

OH 1,2 etanodiol

triwodorotlenowe np.:

CH2

CH

CH2

OH

OH

OH 1,2,3 propanotriol

poliwodorotlenowe, gdzie grup hydroksylowych jest wiecej.

Wzór ogólny: R−O−H

!

W zaleŜności od liczby grup organicznych przyłączonych do atomu węgla z grupą OH wśród alkoholi moŜna wyodrębnić:

a. alkohole I rzędowe: R – CH2 – OH

b. alkohole II rzędowe: R – CH – OH

R

R

c. alkohole III rzędowe: R – C – OH

R

Nazewnictwo tego związku tworzymy dodając końcówkę −ol do nazwy węglowodoru ( o tej samej liczbie węgli).

Metody otrzymywania alkoholi

1) Hydroliza fluorowcoalkanów

−

−

R−X + OH → R−OH + X (X−Cl,Br,I)

2) Uwodnienie alkenów

H

H

H

H

+

H

C

C

+ H2O

H

C

C

OH

H

H

H

H

3) Redukcja aldehydów i ketonów ( uwodornienie)

O

OH

R

C

H + H2

R

C

H

H

O

OH

R

C

R + H

C

R

2

R

H

4) Hydroliza estrów

CH

CH + HO

CH

SO

2

SO

CH

2

3H

2

O

3H

3

CH

CH

O

SO

CH

CH

OH + H

3

2

3H + HOH

3

2

2SO4

5) Działanie kwasu azotowego (III) na pierwszorzędowe aminy alifatyczne 6) Przemysłowe metody otrzymywania alkoholi:

a) redukcja katalityczna tlenku węgla gazowym wodorem – metanol

b) katalizowana kwasem reakcja hydratacji etylenu – etanol; równieŜ inne reakcje m.in. fermentacja zboŜa

Właściwości fizyczne

Alkohole, które zawierają do 10 atomów węgla są cieczami posiadającymi charakterystyczny zapach, a pierwsze 4 mieszają się z wodą w kaŜdym stosunku dzięki wytwarzającym się wiązaniom wodorowym. Natomiast alkohole wyŜsze są substancjami stałymi, bezwonnymi.

Zarówno temperatury topnienia i wrzenia są wyŜsze od temperatur wrzenia i topnienia węglowodorów i chlorowcopochodnych.

Właściwości chemiczne

1.

Podstawienie grupy hydroksylowej atomem fluorowca:

R−OH + HX → R−X + H2O (X−Cl,Br,I)

2.

Tworzenie alkoholanów

R−O−H + Na → R−O−Na + ½ H2

3.

Reakcja eliminacji wody

H

H

H

H

Al O

2 3

H

C

C

+ H2O

C

C

OH

H

H

H

H

4.

Reakcje utleniania:

-alkoholi I rzędowych do aldehydów

OH

O

R

C

+ O

H

R

C

H

-H2O

H

-alkoholi II rzędowych do ketonów

CH3

CH3

CH

OH +O

C

O

-H O

2

CH3

CH3

5.

Reakcja estryfikacji

O

O

+

+ H

CH

CH

CH

3

C

+ HO

CH3

3

3 + H2O

C

O

OH

6.

Właściwości kwasowe

Alkohole reagują z Na, K, trudniej z Mg i Al. W wyniku reakcji wydziela się wodór i powstaje związek jonowy zwany alkoholanem

R−O−H + Na → R−ONa + H ↑

2

Działając na alkoholany wodą otrzymamy wodorotlenek i wodny alkohol.

Charakterystyka niektórych alkoholi:

Metanol− produkuje się go na skalę przemysłową z produktów rozkładowej destylacji drewna. Jest waŜnym surowcem przemysłowym, stosowanym do produkcji aldehydu mrówkowego, estrów metylowych i eterów metylowych. Stosowany jako rozpuszczalnik. W organizmie utlenia się do kwasu mrówkowego; wywołuje duŜe zakwaszenie krwi−kwasicę, działając głównie silnie na komórki siatkówki oka.

Etanol−otrzymuje się głównie w procesie fermentacji cukrów pod wpływem droŜdŜy. Jest waŜnym surowcem przemysłowym, stosowanym do produkcji aldehydu octowego, eteru etylowego, octanu etylu. Etanol jest takŜe środkiem antyseptycznym.

Fenole

Fenole to związki w których grupa hydroksylowa jest połączona z pierścieniem aromatycznym.

OH

Otrzymywanie fenoli

Fenol C6H5OH moŜemy otrzymać działając na chlorobenzen rozcieńczonym NaOH

w wysokiej temperaturze i pod zwiększonym ciśnieniem. Powstaje najpierw fenolan sodu, który przekształca się w fenol na skutek działania CO2.

Właściwości fizyczne

Są to substancję stałe, posiadające charakterystyczny zapach, a ich rozpuszczalność w wodzie wzrasta wraz ze wzrostem grup hydroksylowych w cząsteczce.

Właściwości chemiczne

1. Właściwości kwasowe

Kwasowość fenolu jest mniejsza od kwasowości kwasów karboksylowych i H2CO3.

2. Fenole reagują z zasadami, metalami lub tlenkami.

3. Fenole reagują z solami Ŝelaza (III) dając zwiazki kompleksowe − reakcje barwne słuŜące do wykrywania fenoli.

4. Redukcja fenolu w obecności katalizatora i pod wysokim ciśnienie do cylkoheksanu 5. Ulegają reakcjom fluorowcowania − pod wpływem Cl,Br, prowadzi do powstawania (w przypadku Cl ) orto i para chlorofenoli a przedłuŜając chlorowania moŜna otrzymać di i trichloropochodną fenolu.

6. Nitrowanie fenoli − powstaje mieszanina orto i para nitrofenoli

7. Kondensacja pod wpływem kwasów i zasad z aldehydem mrówkowym.

Zagadnienia do przygotowania:

Budowa, podział, otrzymywanie, właściwości fizyczne i chemiczne oraz wykrywanie alkoholi alifatycznych.

OdróŜnianie alkoholi: monowodorotlenowych od poliwodorotlenowych oraz alkoholi I−

,II−, III−rzędowych.

Napisać wzory strokturalne i określić ich rzędowość :

metanol,

2−propanol,

1−propanol,

2−metylo−2−propanol,

3−pentanol,

2−metylo−3,3−dietylo−1butanol,

fenol

(benzenol),

1,2,3

benzenotriol,

2−metylo−benzenol

Napisać przebieg reakcji:

+ HBr

+ CH3ONa

CH

→

2=CH2

A → B

300°C

C

→

Cl2

NaOHaq

Br2

NaOHaq

2H6

X → Y → Z → K → C2H4(OH)2

Al

2O3

1. SPRZĘT

1.1 Probówki

1.2 Łaźnia wodna

1.3 Palnik gazowy

1.4 Pipety

1.5 Papierki wskaźnikowe

2. ODCZYNNIKI

2.1 NaOH –wodorotlenek sodu

2.2 roztwór jodu w jodku potasowym – płyn Lugola

2.3 Na2CO3 – węglan sodu

2.4 chlorek acetylu

2.5 1 M H2SO4 – kwas siarkowy (VI)

2.6 metanol, etanol, butanolu, pentanolu

2.7 stęŜony roztwor K2Cr2O7– dwuchromian (VI) potasu

2.8 AgNO3 – azotan srebra

2.9 NH4OH – wodorotlenek amonu

2.10

CuSO4 – siarczan (VI) miedzi (II)

2.11

Odczynnik Lucasa

Ćwiczenie 1. Utlenianie alkoholu metylowego

Przebieg ćwiczenia:

1. Do probówki wlać około 1cm3 metanolu.

2. Dodać 2cm3 1 molowego roztworu H2SO4 i około 2 cm3 stęŜonego roztworu K2Cr2O7.

3. Zawartość probówki ogrzewać. Po chwili moŜna wyczuć ostry, charakterystyczny zapach aldehydu mrówkowego.

Reakcje:

K2Cr2O7 + 4 H2SO4 → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 4 H2O + 3 0

CH3OH + → HCHO + H2O

aldehyd mrówkowy

Zadania i pytania:

1. Opisać obserwacje i spostrzeŜenia z przeprowadzonego ćwiczenia.

1. Napisać reakcje przebiegu ćwiczenia.

Ćwiczenie 2. Badanie rozpuszczalności alkoholi i ich odczynu w wodzie Celem ćwiczenia jest zbadanie rozpuszczalności i odczynu alkoholi.

Wraz ze wzrostem długości łańcucha węglowego maleje rozpuszczalność alkoholi w wodzie.

Metanol i etanol mieszają się z wodą bez ograniczeń, natomiast 1−butanol i 1−pentanol rozpuszczają się w wodzie tylko w nieznacznym stopniu. Alkohole nie przewodzą prądu elektrycznego a ich wodny roztwór wodny wykazuje odczyn obojętny.

Przebieg ćwiczenia:

1. Przygotować 4 probówki

2. Do pierwszej probówki wlać 2 cm3 metanolu

3. Do drugiej probówki wlać 2 cm3 etanolu

4. Do trzeciej probówki wlać 2 cm31−butanolu

5. Do czwartej probówki wlać 2 cm31−pentanolu

6. Następnie dodać do wszystkich probówek po 2 cm3 wody destylowanej i wstrząsać celem wymieszania całości.

7. Obserwować zawartość probówek i określić rozpuszczalność badanych alkoholi w wodzie.

8. Następnie za pomocą papierka uniwersalnego zbadać odczyn powstałych roztworów.

Zadania i pytania:

1. Opisać obserwacje i spostrzeŜenia z przeprowadzonego ćwiczenia.

2. Który z alkoholi rozpuszcza się w wodzie najlepiej a który najsłabiej.

3. Jakie było pH poszczególnych roztworów.

Ćwiczenie 3. Reakcja gliceryny z Cu(OH)2

Cel ćwiczenia zbadanie zdolności gliceryny do tworzenia wiązań z miedzią. Grupa hydroksylowa połączona z węglem dwurzędowym ma zdolność łączenia się z Cu(OH)2, dając ciemnoniebieskie połączenie addycyjne z miedzią. Właściwość ta moŜe być wykorzystana dla wykrywania obecności alkoholu II−rzędowego.

Przebieg ćwiczenia:

1. Do dwóch probówek wlać po1cm3 rozcieńczonego roztworu CuSO4.

2. Następnie dodać do obu probówek kilka kropli 2M roztworu NaOH, (wytrąca się niebieski, galaretowaty osad Cu(OH)2).

3. Do pierwszej probówki dodać kilka kropli roztworu A.

4. Do drugiej probówki dodać kilka kropli roztworu B.

5. W przypadku roztworu gliceryny następuje rozpuszczenie osadu i zmiana barwy na intensywnie ciemnoniebieski.

Reakcje:

H

H

H

H

C

O

H

H

C

O

H

H

O

C

H

H

C

O

H + Cu(OH)2

H

C

O

Cu

O

C

H + 2H2O

H

C

O

H

H

C

O

H

H

O

C

H

H

H

H

Zadania i pytania:

1. W której próbie znajduje się gliceryna.

2. Opisać obserwacje i spostrzeŜenia z przeprowadzonego ćwiczenia.

3. Napisać reakcje przebiegu ćwiczenia.

Ćwiczenie 4. RozróŜnianie alkoholi I, II i III−rzędowych.

Celem ćwiczenia jest rozróŜnienie alkoholi I, II, III−rzędowych.

Próba Lucasa:

Z odczynnikiem Lucasa szybko reagują alkohole III−rzedowe, nieco wolniej II−rzędowe, a I−rzędowe nie reagują wcale. Wyjątek stanowi alkohol allilowy, który szybko reaguje z wydzieleniem ciepła.

Odczynnik Lucasa: 136g bezwodnego ZnCl2 rozpuścić w 105g stęŜonego HCl z jednoczesnym chłodzeniem. (Przygotowany przez prowadzących ćwiczenia.)

Przebieg ćwiczenia:

1. Przygotować 3 probówki

2. Do pierwszej wlać 0,5 cm3 substancji I.

3. Do drugiej wlać 0,5 cm3 substancji II.

4. Do trzeciej wlać 0,5 cm3 substancji III.

5. Do wszystkich probówek dodawać kolejno po 5 cm3 odczynnika Lucasa .

6. W probówce z alkoholem III−rzędowym powstaje zmętnienie, a po chwili tworzą się dwie warstwy.

7. W probówce z alkoholem II−rzędowym zmętnienie powstaje po około 5 min, a po 10

widoczne są 2 warstwy.

8. W probówce z alkoholem I−rzędowym nie obserwuje się Ŝadnych zmian.

Reakcje:

R

R

ZnCl2

C

OH + HCl

CHCl + H2O

R

R

OH

Cl

ZnCl2

R

C

R + HCl

R

C

R + H2O

R

R

Zadania i pytania:

1. NaleŜy określić, w której próbce znajduje się alkohol I−rzędowy, II−rzędowy a takŜe III−rzędowy. Jak jest zasadnicza róŜnica w budowie tych alkoholi?

2. Opisać obserwacje i spostrzeŜenia z przeprowadzonego ćwiczenia.

3. Napisać reakcje przebiegu ćwiczenia.