Materiały pochodzą z Platformy Edukacyjnej Portalu www.szkolnictwo.pl Wszelkie treści i zasoby edukacyjne publikowane na łamach Portalu www.szkolnictwo.pl mogą być wykorzystywane przez jego Użytkowników wyłącznie w zakresie własnego użytku osobistego oraz do użytku w szkołach podczas zajęć dydaktycznych. Kopiowanie, wprowadzanie zmian, przesyłanie, publiczne odtwarzanie i wszelkie wykorzystywanie tych treści do celów komercyjnych jest niedozwolone. Plik można dowolnie modernizować na potrzeby własne oraz do wykorzystania w szkołach podczas zajęć dydaktycznych.

Spis treści Podstawowe dane Podział alkoholi alifatycznych Nazewnictwo systematyczne alkoholi Izomeria alkoholi Alkohole nasycone monohydroksylowe Właściwości fizyczne Otrzymywanie Przemysłowe metody otrzymywania Właściwości chemiczne Alkohole wielowodorotlenowe - polihydroksylowe Niektóre właściwości chemiczne Podsumowanie Dla dociekliwych

Alkohole to grupa związków organicznych będących jednofunkcyjnymi pochodnymi węglowodorów, w których wodór podstawiony jest przez grupę hydroksylową (wodorotlenową). Alkohole można uważać za organiczne pochodne wody H-O-H, w której jeden z atomów wodoru został zastąpiony rodnikiem organicznym R-OH. Jednofunkcyjne pochodne węglowodorów są to pochodne węglowodorów zawierające jeden rodzaj grup funkcyjnych, ale nie wyklucza to, że w danym związku ta sama grupa może powtarzać się dwa lub więcej razy. Grupa funkcyjna to atom lub grupa atomów nadająca cząsteczce związku organicznego specyficzne właściwości chemiczne.

W cząsteczkach alkoholi wskutek występowania dwóch wiązań silnie spolaryzowanych w stronę atomu tlenu gromadzony jest cząstkowy ładunek ujemny, zaś atom wodoru bezpośrednio połączony z atomem tlenu jest obdarzony cząstkowym ładunkiem dodatnim. Szereg homologiczny alkoholi Alkohole, podobnie jak węglowodory, tworzą szeregi homologiczne. Najbardziej rozpowszechnione alifatyczne alkohole jednowodorotlenowe (monohydroksylowe) tworzą szereg homologiczny o wzorze ogólnym. Pochodne alkanów nazywa się alkanolami, a alkenów - alkenolami.

Podział alkoholi alifatycznych

Rzędowość alkoholi W łańcuchu węglowym rozróżnić można atomy węgla pierwszo-, drugo- i trzeciorzędowe. Zależnie od tego, z którym z tych atomów węgla związana jest grupa –OH, rozróżniamy alkohole I-szo-(1o), II –go-(2o) i III-ciorzędowe(3o).

Alkohole nasycone i nienasycone Alkohole nasycone to alkohole w których łańcuchach węglowych występują tylko pojedyncze wiązania pomiędzy atomami węgla. Grupy hydroksylowe są przyłączone do nasyconych atomów węgla o hybrydyzacji sp3. Alkohole nienasycone można podzielić na dwie grupy: alkohole zwane enolami, w których cząsteczkach grupa hydroksylowa połączona jest z atomem węgla o wiązaniu nienasyconym i hybrydyzacji sp2. Alkohole zawierające w cząsteczkach wiązania wielokrotne, ale oddzielone od grupy hydroksylowej atomami węgla o hybrydyzacji sp3 H2C=CHCH2CH2OH Właściwości wielokrotnych wiązań i grupy hydroksylowej ujawniają się niezależnie od siebie (wyjątki: alkohol allilowy, alkohol propargilowy).

Alkohole wielowodorotlenowe (polihydroksylowe) Alkohole mające dwie lub więcej grup wodorotlenowych -OH przyłączonych do różnych atomów węgla. W zależności od liczby grup -OH, dzielimy je na diole, triole itd.

Nazewnictwo systematyczne Nazwę alkoholu tworzy się przez dodanie do nazwy odpowiedniego węglowodoru końcówki –ol. Najpierw należy wybrać główny łańcuch węglowy, który musi spełniać następujące warunki: - jest to najdłuższy łańcuch zawierający atom węgla połączony z grupą –OH - atomy C w tym łańcuchu ponumerowane są tak, aby atom C połączony z grupą –OH miał jak najmniejszy numer. Numer atomu węgla połączonego z grupą -OH podaje się w nazwie bezpośrednio przed przedrostkiem –ol Przykłady butan-1- ol butan-2-ol 2-metylo-butan-2-ol

Jeżeli grup -OH jest więcej jak jedna to w nazwie podajemy liczebnik pochodzenia greckiego (di, tri) Alkohole zawierające w cząsteczce dwie grupy wodorotlenowe nazywane są ogólnie diolami (dawniej glikolami), zaś alkohole zawierające w cząsteczce trzy grupy wodorotlenowe nazywane są triolami. W wypadku alkoholi zawierających wiązania wielokrotne (podwójne lub potrójne) pierwszeństwo w numeracji łańcucha ma grupa –OH. Nazwy zwyczajowe Nazwy zwyczajowe alkoholi składają się z nazwy grupy alkilowej związanej z grupą –OH w cząsteczce, poprzedzonej wyrazem „alkohol” (dotyczy prostszych alkoholi).

Przykładowe ustalanie nazwy alkoholu Wybieramy łańcuch główny i numerujemy atomy C Uwaga: Najdłuższy łańcuch węglowy nie jest łańcuchem głównym, gdyż nie zawiera grupy -OH 2. Określamy położenie grupy –OH i potrójnego wiązania (but-3-yn-1-ol) 3. Podajemy nazwy i położenie podstawników 2-etylo 4. Pełna nazwa związku: 2-etylobut-3-yn-1-ol

Izomeria alkoholi Izomeria: położenia, łańcuchowa, optyczna położenia podstawnika łańcuchowa Niektóre alkohole wykazują zdolność skręcania o pewien kąt płaszczyzny światła spolaryzowanego (np. butan- 2-ol. Istnieją jego 3 odmiany: skręcający w lewo, skręcający w prawo i nie wykazujący czynności optycznej). Izomeria optyczna może występować w przypadku alkoholi II i III rzędowych.

Właściwości fizyczne Część hydrofilowa Część hydrofobowa Cząsteczki alkoholi są polarne. Mają one hydrofilową grupę -OH i hydrofobową grupę -R. Im krótszy jest łańcuch węglowy alkoholi, tym bardziej polarny jest charakter cząsteczki, ponieważ silniejszy jest wpływ grupy -OH na właściwości związków. 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 Alkohole w porównaniu z odpowiadającymi im węglowodorami są znacznie mniej lotne, wykazują wyższe temperatury topnienia i większą rozpuszczalność w wodzie. W miarę wzrostu masy cząsteczkowej różnice te stopniowo maleją.

Rozpuszczalność Stan skupienia Barwa Alkohole odalkanowe o długości łańcucha 1-3 rozpuszczają się nieograniczenie w wodzie (mieszają się z nią w każdym stosunku), o długości 4-8 – rozpuszczają się w wodzie z tendencją malejącą, zaś dłuższe nie rozpuszczają się w wodzie. Jednocześnie rośnie rozpuszczalność w substancjach organicznych: benzenie, benzynie, toluenie, tłuszczach czy nafcie. Stan skupienia Ze wzrostem długości łańcucha zmienia się również stan skupienia: dla 1-10 atomów węgla alkohole są cieczami o rosnącej gęstości, zaś dłuższe są ciałami stałymi, przypominającymi w wyglądzie i w dotyku woski. Barwa Niezależnie od stanu skupienia alkohole są bezbarwne.

Otrzymywanie alkoholi Reakcja hydrolizy odpowiednich halogenków alkilów ( z wyjątkiem fluorków): R-X + H2O → R-OH + HX ( R – grupa alkilowa, X = Cl, Br, I ): CH3 – CH2-Cl + H2O → CH3-CH2-OH + HCl Reakcja silnej zasady na halogenek alkilowy (substytucja nukleofilowa): R-X + KOH →R+OH + KX CH3-CH2–Cl + NaOH → CH3-CH2-OH + NaCl Addycja ( przyłączanie ) wody do alkenów (śr.H3O+) R1=R2 + H2O →R3-R2OH CH2=CH2 + H2O →CH3-CH2-OH

Redukcja aldehydów (alkohol 1o) i ketonów (alkohol 2o): Hydroliza estrów: R1-COO-R2 + H2O –[H+ ]→ R1-COOH + R2-OH,

Przemysłowe metody otrzymywania alkoholi 1.Hydratacja alkenów C2-C4 uzyskanych z ropy naftowej w procesie krakingu 2. Hydroformylowanie alkenów-proces okso 3. Synteza metanolu metodą Fischera –Tropscha 4. Synteza etanolu metodą fermentacyjną 2(C6H10O5)n +n H2O  n C12H22O11 ( disacharyd) C12H22O11 + H2O  2 C6H12O6 (monosacharyd) C6H12O6  2 C2H5OH + 2 CO2

Właściwości chemiczne Reakcja z metalami Elektroujemność tlenu w grupie –OH ułatwia oddzielanie protonu, co nadaje alkoholom bardzo słabe właściwości kwasowe. Alkohole reagują z K, Na, trudniej z Mg i Al, tworząc akoholany. 2R-OH + 2Na → 2R-ONa + H2 B. Odwodnienie alkoholi Pod wpływem środków silnie higroskopijnych otrzymuje się węglowodory nienasycone węglowodór nienasycony

C. Reakcja z fluorowcowodorami Działając fluorowcowodorem otrzymuje się fluorowcoalkany. Najłatwiej reakcja zachodzi dla alkoholi III- rzędowych. R-OH + HBr →R-Br + H2O

D. Utlenianie: Alkohole 1o pierwszorzędowe: Alkohole 2o drugorzędowe: Alkohole 3° - nie utleniają się Podczas utleniania w drastycznych warunkach rozpadają się tworząc złożoną mieszaninę kwasów karboksylowych o mniejszej liczbie atomów węgla niż wyjściowy alkohol.

E. Tworzenie estrów Estry to produkty reakcji alkoholi z kwasami organicznymi i nieorganicznymi. Reakcja ta jest odwracalna i zwykle osiąga stan równowagi między reagentami. Ten sam katalizator - jon wodorowy, który katalizuje reakcję estryfikacji, jednocześnie katalizuje reakcję odwrotną- hydrolizę. F. Tworzenie eterów Etery proste powstają przez odwadnianie alkoholi ( przy użyciu st. H2SO4) 2C2H5OH → C2H5OC2H5 + H2O G. Powstawanie amin pierwszorzędowych (Podczas przepuszczania par amoniaku i alkoholu nad tlenkiem glinu) C2H5OH + H-NH2 → C2H5NH2 + H2O

ALKOHOLE WIELOWODOROTLENOWE

alkohole posiadające w cząsteczce dwie grupy hydroksylowe (diole). Alkohole wielowodorotlenowe  -  polihydroksylowe to alkohole mające dwie lub więcej grup hydroksylowych -OH przyłączonych do różnych atomów węgla. alkohole posiadające w cząsteczce dwie grupy hydroksylowe (diole). Przedstawiciel: glikol etylenowy (etan-1,2-diol) alkohole zawierające w cząsteczce trzy grupy hydroksylowe (triole). Przedstawiciel: gliceryna, glicerol (propan- 1,2,3-triol) Jeśli obie grupy hydroksylowe przyłączone są do jednego atomu węgla, związek nosi nazwę diolu geminalnego. Diole geminalne są zazwyczaj nietrwałe i ulegają spontanicznej dehydratacji do aldehydów lub ketonów

Niektóre właściwości chemiczne Obecność większej ilości grup hydroksylowych zwiększa polarność alkoholi i ich reaktywność. Alkohole polihydroksylowe (wielowodorotlenowe) mają większe właściwości kwasowe, niż alkohole jednowodorotlenowe. Szczególną cechą alkoholi wielowodorotlenowych jest ich zdolność do tworzenia rozpuszczalnych połączeń z niektórymi wodorotlenkami metali, tworząc związki kompleksowe  (w odróżnieniu od alkoholi jednowodorotlenowych)

Z wzoru cząsteczki gliceryny wynika, że związek ten jest równocześnie alkoholem pierwszo- i drugorzędowym (dwa skrajne atomy węgla są pierwszorzędowe, środkowy atom węgla jest drugorzędowy). dlatego podczas utleniania gliceryny otrzymuje się aldehyd glicerynowy i keton zwany dihydroksyacetonem. Utlenianie glikolu, w zależności od warunków reakcji, daje różne produkty. Aldehyd – kwas glikolowy lub glioksal – kwas glioksalowy – kwas szczawiowy

Otrzymywanie alkoholi wielowodorotlenowych A. glikolu etylenowego a) z 1,2-dichloroetanu (produktu przyłączenia chloru do etylenu) b) utlenianie etylenu w obecności katalizatora i hydroliza powstałego produktu w środowisku kwaśnym.

B. gliceryny a) przez hydrolizę tłuszczów b) syntetycznie z propylenu lub→

Podsumowanie Alkohole to pochodne węglowodorów, w których co najmniej jeden atom wodoru zastąpiony został grupą hydroksylową –OH. Wynika stąd wzór ogólny postaci R(OH)n. Istotne jest, aby grupa wodorotlenowa znajdowała się przy atomie węgla o konfiguracji sp3, czyli połączonego z innymi atomami wyłącznie wiązaniami pojedynczymi. W przeciwnym wypadku mówimy o enolach. Cząsteczka każdego alkoholu składa się z węglowodorowej części hydrofobowej oraz hydroksylowej – hydrofilowej. Ich wzajemna proporcja, zależna od długości łańcucha węglowego, decyduje o właściwościach. Pomimo obecności grupy –OH, charakterystycznej dla wodorotlenków nieorganicznych, alkohole nie dysocjują jonowo, wobec tego w wodzie alkohole dają odczyn obojętny.

Cecha Alkohole grupa funkcyjna hydroksylowa -OH atom węgla przy grupie funkcyjnej tetraedryczny (sp3) podstawienie grupy funkcyjnej tak wzór ogólny R-(OH)n dysocjacja i odczyn brak dysocjacji – odczyn obojętny reakcja z metalami alkalicznymi produkty – alkoholany z wodorotlenkiem sodu nie z fluorowcem \ nitrowanie z fluorowcowodorem z wodorotlenkiem miedzi tylko polihydroksylowe z kationem żelaza (FeCl3) z Na2CO3 lub NaHCO3 z kwasem chromowym (VI) tak – utlenianie do aldehydu, ketonu bądź kwasu

Dla dociekliwych Związki Grignarda jako niezwykle reaktywne ulegają addycji elektrofilowej do w zasadzie każdego związku zawierającego wiązanie podwójne między węglem, a innym heteroatomem, włączając w to związki karbonylowe.

Literatura: „Repetytorium od A do Z” Klimaszewska „Wstęp do chemii organicznej” Kupryszewski „Chemia 2”– podręcznik ( zakres rozszerzony) S. Hejwowska, R. Marcinkowski,J. Staluszka www.wikipedia.org www.chemia.int.pl