CHEMIA
JEDNOFUNKCYJNE
POCHODNE
WĘGLOWODORÓW
CHEMIA
JEDNOFUNKCYJNE
POCHODNE
WĘGLOWODORÓW
~ 2 ~
H
2
O
alkohol
T
alkohol
T
hv
JEDNOFUNKCYJNE POCHODNE WĘGLOWODORÓW
F L U O R O W C O P O C H O D N E
WSTĘP
Fluorowcopochodne węglowodorów to grupa związków organicznych o wzorze ogólnym:
R – X
gdzie:
X – Cl, F, I, Br
R – gr. alkilowa, alkenylowa, arylowa
WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE
Właściwości chemiczne halogenopochodnych są zależne od ich budowy. Halogenki alkilowe są bardzo reaktywne.
Mogą reagować z wieloma odczynnikami, jednak ich najczęstsze reakcje to reakcje podstawienia fluorowca i
eliminacje cząsteczek fluorowcowodorów.
CH
3
CH
2
Br + NaOH CH
3
– CH
2
OH + NaCl
CH
3
– CH
2
Br + NaOH CH
2
= CH
2
+ NaBr + H
2
O
OTRZYMYWANIE
A. halogenki alkilowe
- addycja halogenów do alkenów
CH
2
= CH
2
+ Cl
2
CH
2
Cl – CH
2
Cl
- addycja halogenowodorów do alkenów
CH
2
= CH
2
+ HCl CH
3
CH
2
Cl
- substytucja halogenów do alkanów w obecności światła
CH
3
CH
3
+ Cl
2
CH
3
CH
2
Cl + HCl
- reakcja alkoholi z halogenowodorami
CH
3
OH + HCl CH
3
Cl + H
2
O
B. halogenki alkenylowe
- addycja halogenów do alkinów
CH ≡ CH + Br
2 (niedomiar)
CHBr = CHBr
- addycja halogenów do alkinów
CH ≡ CH + HCl
(niedomiar)
CH
2
= CHCl
- eliminacja z difluorowcopochodnej (warunek: atomy fluorowca muszą znajdować się przy sąsiednich
atomach węgla) w środowisku alkoholowym i podwyższonej temperaturze
CH
2
Br – CHBr – CH
3
+ NaOH CH
2
= CBr – CH
3
+ NaBr + H
2
O
C. halogenki arylowe
- substytucja halogenów do arenów
~ 3 ~
H
+
H
2
O
JEDNOFUNKCYJNE POCHODNE WĘGLOWODORÓW
A L K O H O L E
WSTĘP
Alkohole to grupa związków organicznych, w których grupa –OH połączona jest z tetraedrycznym atomem węgla.
Wzór ogólny alkoholi to:
R-OH.
Wzór ogólny alkanoli (czyli grupy alkoholi jednowodorotlenowych nasyconych) to: C
n
H
2n+1
OH.
PODZIAŁ ALKOHOLI
Alkohole zasadniczo dzieli się biorąc pod uwagę trzy kryteria:
A. ilość grup wodorotlenowych:
- jednowodorotlenowe (monohydroksylowe), np. etanol
- wielowodorotlenowe (polihydroksylowe), np. glikol etylenowy
B. rzędowość atomu węgla, przy którym znajduje się grupa –OH:
- I-rzędowe
- II-rzędowe
- III-rzędowe
Reakcją pozwalającą rozpoznać rzędowość alkoholu jest próba Lucasa, czyli reakcja alkoholu z kwasem solnym w
obecności chlorku cynku.
Alkohole I-rzędowe dają ujemny wynik próby Lucasa (brak zmętnienia), alkohole II-rzędowe dają pozytywny
wynik (obecność zmętnienia) po paru minutach, natomiast alkohole III-rzędowe dają natychmiastowy pozytywny
wynik tej reakcji.
C. nasycenie wiązań pomiędzy atomami węgla:
- alkohole nasycone
- alkohole nienasycone (uwaga: wiązanie wielokrotne nie znajduje się bezpośrednio przy atomie węgla, przy
którym jest grupa –OH; takie związki to bardzo nietrwałe enole)
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE NA PRZYKŁADZIE ETANOLU
Etanol to bezbarwna ciecz o charakterystycznym zapachu i piekącym smaku. Dzięki dipolowemu charakterowi
cząsteczki, etanol nieograniczenie miesza się z wodą. Posiada stosunkowo wysoką masę wrzenia, spowodowaną
występowaniem wiązań wodorowych. Etanol (tak jak wszystkie alkohole) nie ulega dysocjacji jonowej, przez co jego
roztwór wodny ma charakter obojętny.
OTRZYMYWANIE ALKOHOLI
A. otrzymywanie ogólne
- reakcja alkenu z wodą w kwaśnym środowisku
CH
2
= CH – CH
2
– CH
3
+ H
2
O CH
3
– CHOH – CH
2
– CH
3
- reakcja halogenopochodnej z zasadą w środowisku wodnym
CH
3
CH
2
Br + NaOH CH
3
CH
2
OH + NaBr
~ 4 ~
kat
p T
kat
enzymy
H
+
kat
p T
Al
2
O
3
T
B. otrzymywanie metanolu
- z gazu syntezowego
CO + 2H
2
CH
3
OH
- katalityczne utlenianie metanu
2CH
4
+ O
2
2CH
3
OH
- redukcja metanalu (formaldehydu)
HCHO + H
2
CH
3
OH
C. otrzymywanie etanolu
- fermentacja alkoholowa
C
6
H
12
O
6
2C
2
H
5
OH + 2CO
2
- addycja wody do etenu w kwaśnym środowisku
CH
2
= CH
2
+ H
2
O CH
3
CH
2
OH
- redukcja etanalu (aldehydu octowego)
CH
3
CHO + H
2
CH
3
CH
2
OH
- z gazu syntezowego
2CO + 4H
2
CH
3
CH
2
OH + H
2
O
REAKCJE
A. reakcja z aktywnymi metalami
2C
2
H
5
OH + 2Na 2C
2
H
5
ONa + H
2
B. reakcja z tlenkami metali aktywnych
2C
2
H
5
OH + Na
2
O 2C
2
H
5
ONa + H
2
O
C. reakcja z halogenowodorami
C
2
H
5
OH + HCl C
2
H
5
Cl + H
2
O
D. dehydratacja
C
2
H
5
OH CH
2
= CH
2
+ H
2
O
~ 5 ~
H
2
O
Cl
2
T
NaOH
kat
[O]
H
2
O
ALKOHOLE WIELOWODOROTLENOWE – GLIKOL ETYLENOWY I GLICERYNA
Glikol i gliceryna są bezbarwnymi i bezwonnymi cieczami o dużej gęstości. Z wodą mieszają się bez ograniczeń. Mają
wysokie temperatury topnienia. Glikol jest bardzo silną trucizną, natomiast gliceryna jest jedynym nietoksycznym
alkoholem. Jest higroskopijna.
Otrzymywanie glikolu
CH
2
Cl – CH
2
Cl + 2NaOH CH
2
OH – CH
2
OH + 2NaCl
Otrzymywanie gliceryny
CH
3
– CH = CH
2
CH
2
Cl – CH = CH
2
CH
2
– CH = CH
2
CH
2
– CH – CH
2
CH
2
– CH – CH
2
OH OH O OH OH OH
Właściwości chemiczne
Alkohole wielowodorotlenowe wykazują właściwości chemiczne podobne do alkoholi jednowodorotlenowych, tzn.
reagują z metalami aktywnymi oraz ich tlenkami.
Jednak w odróżnieniu od alkoholi monohydroksylowych, alkohole wielohydroksylowe reagują z wodorotlenkami
metali, np. Cu(OH)
2
.
Gliceryna reagując z Cu(OH)
2
, który jest niebieskim, galaretowatym osadem – roztwarza go, tworząc klarowny,
szafirowy roztwór.
Gliceryna ponadto może się utleniać do aldehydu (aldehyd glicerynowy) lub do ketonu (dihydroksyaceton), w
zależności czy traktuje się ją jako alkohol I-rzędowy czy II-rzędowy
ZASTOSOWANIE ALKOHOLI
Metanol znalazł zastosowanie jako rozpuszczalnik w syntezie organicznej, farmaceutyce, przemyśle barwników oraz
produkcji formaldehydu, kwasu mrówkowego i MTBE.
Etanol używany jest w przemyśle spożywczym, do otrzymywania octu, estrów i chloroformu.
Glikol stosowany jest w płynach niezamarzających w silnikach oraz do produkcji żywic poliestrowych i włókien
syntetycznych.
Gliceryna używana jest w przemyśle spożywczym, kosmetycznym, farmaceutycznym i skórzanym a także do
produkcji materiałów wybuchowych (np. nitrogliceryny).
~ 6 ~
JEDNOFUNKCYJNE POCHODNE WĘGLOWODORÓW
F E N O L E
WSTĘP
Fenole to grupa pochodnych węglowodorów, w których grupa –OH połączona jest z atomem węgla z pierścienia
aromatycznego. Wzór ogólny fenoli to:
Ar-OH
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE NA PRZYKŁADZIE BENZENOLU
Benzenol jest stałą, krystaliczną substancją o niskiej temperaturze topnienia (44°C). Słabo rozpuszcza się w zimnej
wodzie, ale jego rozpuszczalność szybko rośnie wraz z temperaturą. Ma właściwości bakteriobójcze. Powoduje
trudno gojące się poparzenia, jego opary są trujące. Ulega dysocjacji jonowej, wykazując odczyn kwasowy.
OTRZYMYWANIE FENOLU
A. zasadowa hydroliza fluorowcopochodnych benzenu
REAKCJE
A. reakcja zasadami z wytworzeniem fenolanów
B. odbarwienie wody bromowej
C. reakcja nitrowania z utworzeniem tzw. kwasu pikrynowego
OH OH
NO
2
NO
2
+ 3HNO
3 (st)
+ H
2
O
NO
2
D. uwodornienie
Rozpoznawanie fenoli: w reakcji z solami żelaza (III) dają związki kompleksowe o barwie fioletowej.
~ 7 ~
T
T
T
H
+
H
+
JEDNOFUNKCYJNE POCHODNE WĘGLOWODORÓW
A L D E H Y D Y
WSTĘP
Aldehydy to grupa pochodnych węglowodorów, posiadająca w swej cząsteczce grupę aldehydową –CHO.
Wzór ogólny aldehydów to: C
n
H
2n+1
CHO.
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE ALDEHYDÓW
Metanal jest gazem o ostrym, charakterystycznym zapachu, toksyczny, dobrze rozpuszczalny w wodzie. Pozostałe
aldehydy o średniej wielkości cząsteczkach są cieczami.
OTRZYMYWANIE
A. utlenianie alkoholi I-rzędowych
CH
3
CH
2
OH + CuO CH
3
CHO + Cu + H
2
O
B. redukcja kwasów karboksylowych
CH
3
COOH + H
2
CH
3
CHO + H
2
O
REAKCJE ALDEHYDÓW
A. posiadają właściwości redukujące – utleniają się do kwasów karboksylowych
- próba Trommera
CH
3
CHO + 2Cu(OH)
2
Cu
2
O + CH
3
COOH + 2H
2
O
- próba Tollensa
CH
3
CHO + Ag
2
O 2Ag + CH
3
COOH
[Ag(NH
3
)
2
]OH
B. ulegają redukcji do alkoholi I-rzędowych
CH
3
CHO + H
2
CH
3
CH
2
OH
C. reakcja z alkoholami
O
H
CH
3
CHO +
CH
3
O
H
CH
3
CH
OCH
3
hemiacetal
OH
OCH
3
CH
3
CH +
CH
3
O
H
CH
3
CH +
H
2
O
OCH
3
OCH
3
hemiacetal acetal
D. polimeryzacja metanalu z wytworzeniem poliformaldehydu (paraformu)
n (HCHO) [–CH
2
–O–]
n
~ 8 ~
T
T
JEDNOFUNKCYJNE POCHODNE WĘGLOWODORÓW
K E T O N Y
WSTĘP
Ketony to związki, w których występuje grupa karbonylowa – CO – .
Ich wzór ogólny to:
C
n
H
2n+1
– CO – C
m
H
2m+1
gdzie n=m lub n≠m
WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE KETONÓW NA PRZYKŁADZIE PROPANONU
Propanon (aceton) jest bezbarwną, lotną cieczą o charakterystycznym zapachu. Jego temperatura wrzenie to
56°C, a krzepnięcia -95°C. Wodny roztwór acetonu ma odczyn obojętny.
OTRZYMYWANIE KETONÓW
A. utlenianie alkoholi II-rzędowych
CH
3
– CHOH – CH
3
+ CuO CH
3
–CO–CH
3
+ Cu + H
2
O
B. sucha destylacja octanu wapnia – otrzymywanie propanu
(CH
3
COO)
2
Ca + CaCO
3
CH
3
–CO–CH
3
REAKCJE KETONÓW
A. redukcja do alkoholi II-rzędowych
CH
3
–CO–CH
3
+ H
2
CH
3
–CHOH–CH
3
B. próba jodoformowa (ulegają jej związki posiadające grupę acetylową –CO–CH
3
, czyli np. aceton, ale także
aldehyd octowy czy kwas octowy) z wytworzeniem żółtych kryształów CH
3
I
CH
3
–CO–CH
3
+ 4NaOH + 3I
2
CH
3
COONa + 3NaI + CH
3
I + 3H
2
O
TM,
®
& Copyright © 2011 by Adrian Drożdż. All rights reserved
~ 9 ~
GRUPA
ZWIĄZKÓW
REAKCJE CHEMICZNE
OTRZYMYWANIE
F
L
U
O
R
O
W
C
O
-
P
O
H
O
D
N
E
- podstawienie halogenu (hv)
CH
4
+ Cl
2
CH
3
Cl + HCl
- eliminacja halogenowodoru (środ. alkoholowe)
CH
3
– CH
2
Br + NaOH CH
2
= CH
2
+ NaBr + H
2
O
A. halogenki alkilowe
- addycja halogenów do alkenów
CH
2
= CH
2
+ Cl
2
CH
2
Cl – CH
2
Cl
- addycja halogenowodorów do alkenów
CH
2
= CH
2
+ HCl CH
3
– CH
2
Cl
- substytucja halogenów do alkanów (hv)
CH
3
– CH
3
+ Cl
2
CH
3
– CH
2
Cl + HCl
- reakcja alkoholi z halogenowodorami
CH
3
OH + HCl CH
3
Cl + H
2
O
B. halogenki alkenylowe
- addycja halogenów do alkinów (niedomiar)
CH ≡ CH + Br
2
CHBr = CHBr
- addycja halogenowodorów do alkinów (niedomiar)
CH ≡ CH + HCl CH
2
= CHCl
C. halogenki arylowe
- substytucja halogenów do arenów
A
L
K
O
H
O
L
E
- reakcja z aktywnymi metalami
2C
2
H
5
OH + 2Na 2C
2
H
5
ONa + H
2
- reakcja z tlenkami metali aktywnych
2C
2
H
5
OH + Na
2
O 2C
2
H
5
ONa + H
2
O
- reakcja z halogenowodorami
C
2
H
5
OH + HCl C
2
H
5
Cl + H
2
O
- dehydratacja (Al
2
O
3
, T)
C
2
H
5
OH C
2
H
4
+ H
2
O
A. otrzymywanie ogólne
- reakcja alkenu z wodą (H
+
)
CH
2
=CH–CH
2
–CH
3
+ H
2
O CH
3
– CHOH – CH
2
– CH
3
- reakcja halogenopochodnej z zasadą (H
2
O)
CH
3
CH
2
Br + NaOH CH
3
CH
2
OH + NaCl
B. otrzymywanie metanolu
- z gazu syntezowego (kat, p, T)
CO + 2H
2
CH
3
OH
- katalityczne utlenianie metanu
2CH
4
+ O
2
2CH
3
OH
- redukcja metanalu
HCHO + H
2
CH
3
OH
C. otrzymywanie etanolu
- fermentacja alkoholowa (enzymy)
C
6
H
12
O
6
2C
2
H
5
OH + 2CO
2
- addycja wody do etenu (H
+
)
CH
2
= CH
2
+ H
2
O CH
3
CH
2
OH
- redukcja etanalu
CH
3
CHO + H
2
CH
3
CH
2
OH
- z gazu syntezowego (kat, p, T)
2CO + 4H
2
CH
3
CH
2
OH + H
2
O
F
E
N
O
L
E
- reakcja zasadami z wytworzeniem fenolanów
- reakcja z wodą bromową
- reakcja nitrowania (z wytworzeniem kwasu
pikrynowego)
- uwodornienie
- zasadowa hydroliza fluorowcopochodnych benzenu
~ 10 ~
A
L
D
E
H
Y
D
Y
- posiadają właściwości redukujące – utleniają się do
kwasów karboksylowych
- próba Trommera (T)
CH
3
CHO + 2Cu(OH)
2
Cu
2
O + CH
3
COOH + 2H
2
O
- próba Tollensa (T)
CH
3
CHO + Ag
2
O 2Ag + CH
3
COOH
- ulegają redukcji do alkoholi I-rzędowych
CH
3
CHO + H
2
CH
3
CH
2
OH
- utlenianie alkoholi I-rzędowych (T)
CH
3
CH
2
OH + CuO CH
3
CHO + Cu + H
2
O
- redukcja kwasów karboksylowych
CH
3
COOH + H
2
CH
3
CHO + H
2
O
K
E
T
O
NY
- redukcja do alkoholi II-rzędowych
CH
3
–CO–CH
3
+ H
2
CH
3
–CHOH–CH
3
- próba jodoformowa z wytworzeniem żółtych
kryształów CH
3
I
CH
3
-CO-CH
3
+ 4NaOH + 3I
2
CH
3
COONa + 3NaI +
CH
3
I + 3H
2
O
- utlenianie alkoholi II-rzędowych (T)
CH
3
–CHOH–CH
3
+ CuO CH
3
–CO–CH
3
+ Cu + H
2
O
- sucha destylacja octanu wapnia – otrzymywanie
propanu (T)
(CH
3
COO)
2
Ca CH
3
–CO–CH
3
+ CaCO
3
TM,
®
& Copyright © 2011 by Adrian Drożdż. All rights reserved