Alkoholy, ethery a sulfidy
Přihlásit se
Alkoholy, ethery a sulfidy (5/6) · 11:16

Fyzikální a acidobazické vlastnosti alkoholů Jaké jsou fyzikální vlastnosti různých alkoholů a jak z nich můžeme připravit alkoholáty?

Navazuje na Halogenuhlovodíky, substituční a eliminační reakce, Alkeny a alkyny.
Začněme s fyzikálními vlastnostmi alkoholů. V tomto případě porovnáme alkoholy a alkany. Tento alkan vlevo má dva uhlíky, takže se jedná o ethan. Molekula napravo, kdy jsme nahradili atom vodíku hydroxylovou skupinou, je ethanol. Za prvé, teplota varu. Teplota varu ethanu je asi minus 89 stupňů Celsia. A jelikož je pokojová teplota 20 až 25 stupňů Celsia, tedy při pokojové teplotě jsme vysoko nad teplotou varu ethanu, čili ethan je už dávno "vyvařen". Změnil se tedy v plyn. Takže při pokojové teplotě a tlaku je ethan plyn. Avšak ethanol má vyšší teplotu varu, něco kolem 78 stupňů Celsia. A protože opět máme pokojovou teplotu kolem 20 až 25 stupňů, teplota varu ethanolu je vyšší než pokojová teplota. Takže při pokojové teplotě a tlaku je ethanol kapalný. Ještě nedošlo k jeho varu. A tyto velké rozdíly v teplotách varu těchto dvou molekul příspívají k mezimolekulárním silám. Jestliže vzájemně na sebe působí dvě molekuly ethanu, jedinou mezimolekulární silou, která drží tyto molekuly pohromadě bude Londonova disperze, nejslabší mezimolekulární síla. Takže je docela jednoduché tyto molekuly oddělit. S čímž souvisí tak nízká teplota varu. K oddělení těchto molekul stačí malé množství energie. Je tedy snadné je přeměnit v plyn. Ethanol má ale naopak vyšší teplotu varu, takže je také těžší oddělit jeho molekuly. Potřebujeme více energie. Podívejme se, proč má ethanol vyšší teplotu varu. Když znázorním dvě molekuly ethanolu, jak na sebe působí... Jedna molekula ethanolu... A další molekula ethanolu nakreslená přímo zde. Bereme-li v potaz vazbu mezi kyslíkem a vodíkem, máme kovalentní vazbu. Máme tu velký rozdíl elektronegativity mezi kyslíkem a vodíkem. Kyslík ma vyšší elektronegativitu, což znamená, že elektrony ve vazbě kyslík-vodík, jsou blíže k atomu kyslíku, takže kyslík má částečný záporný náboj. Elektrony ve vazbě mezi kyslíkem a vodíkem se pohybují dále od atomu vodíku. Vodík tak ztratí část elektronové hustoty a je tedy relativně kladně nabitý. To samé platí pro druhou molekulu ethanolu, částečně záporný atom kyslíku, částečně kladný atom vodíku. A víme, že opačné náboje se přitahují. Takže částečně kladný atom vodíku je přitahován částečně záporným atomem kyslíku. Působí tu tak velmi silná mezimolekulární síla, držící tyto molekuly pohromadě, a dále zde také dochází k tvorbě vodíkových můstků. Vodíkové můstky existují mezi molekulami alkoholů. Vodíkové můstky... Protože jsou vodíkové můstky silnější mezimolekulární síly, je docela obtížné od sebe molekuly oddělit. Potřebujeme více energie, více tepla. A proto je teplota varu ethanolu vyšší než teplota varu ethanu, a také má vliv na skupenství. A co třeba rozpustnost? Je ethanol rozpustný ve vodě? Samozřejmě, že ano. Důvodem jsou vodíkové můstky. Nakreslím-li zde molekulu vody, vím, že molekla vody je polární, stejně jako molekula alkoholu. Čili, atom vodíku je částečně kladně nabitý, atom kyslíku je částečně záporný. A jak víme, opačné náboje se přitahují. Vodík je tedy přitahován kyslíkem. A tak, díky vodíkovým můstkům, existuje vzájemné působení mezi molekulou vody a molekulou alkoholu. Molekula vody je polární. Tedy z hlediska polarity, díky velkému rozdílu v elektronegativitě, molekula vody je polární, molekula ethanolu je polární. A jelikož se podobné rozpouští v podobném, budou navzájem rozpustné. Podívame-li se na strukturu ethanolu, jeho rozpustnost ve vodě je způsobena touto částí molekuly, touto hydroxylovou skupinou OH. Právě rozdíl v elektronegativitě umožňuje vazbu vodíkovými můstky. Tato část molekuly je polární. A právě tato část má ráda vodu, způsobuje tedy její rozpustnost. Má ráda vodu, tedy říkame hydrofilní, hydro- jako voda, -filní jako mít rád, tedy hydrofilní. Zatímco tato část vlevo je spíše alkanová, nepolární. Tato část se vody bojí, je hydrofobní. Máme tedy hydrofobní část naší molekuly a hydrofilní část naší molekuly. Víme, že podobné se rozpouští v podobném. Nepolární se tedy nebude rozpouštět v polárním. Ale dokud máme relativně málo atomů uhlíku v naší alkylové skupině, OH skupina je dostatečně polární, aby byla tato molekula rozpustná ve vodě. Pokud máme více atomů uhlíku, máme molekulu více nepolární než polární. Takže rozpustnost alkoholů ve vodě bude klesat s počtem atomů uhlíku v molekule. Podívejme se na přípravu alkoxidů. Podívejme se na alkohol... Zde je náš alkohol. A pokud bude reagovat se silnou zásadou... Zásada má volný pár elektronů, náboj minus jedna... Zde máme silnou zásadu, a tato odštěpí proton zde a zanechá elektrony na atomu kyslíku. Takže tento atom kyslíku, který měl dva volné páry elektronů, má najednou tři volné páry elektronů. Takže má formální náboj minus jedna. A tato zásada vytvoří vazbu s tímto protonem takto. Typická acido-bazická reakce. Pokud reaguje alkohol se silnou zásadou... Zde máme silnou zásadu, vytvoříme konjugovanou zásadu, zvanou alkoxid. Zde máme alkoxidový iont. Je to chemická vlastnost alkoholů. Jsou to kyseliny v přítomnosti silné zásady. A konjugovaná zásada alkoholů se nazývá alkoxid. Podívejme se na příklad. Vezmeme ethanol... Zde je molekula ethanolu. A bude reagovat se silnou zásadou, např. hydrid sodný, NaH. Na⁺ a vodík se dvěma elektrony kolem něj. Máme tedy záporně nabitý iont, tzv. hydridový aniont. Máme tedy bazickou část, záporně nabitý vodík. Bude fungovat jako zásada, vezme tyto dva elektrony a předá je tomuto protonu, tedy kyselinotvorný proton alkoholu je na atomu kyslíku. Tyto elektrony jsou přesunuty na tento atom kyslíku. Takže dostaneme produkt alkoxid se třemi volnými elektronovými páry, s formálním nábojem minus jedna. Sodíkový iont se pohybuje kolem, kladně nabitý, takže elektrostaticky, iontově, působí na náš alkoxidový aniont. A hydridový aniont se naváže na proton, tyto dva vodíky nám vytvoří plyn, který vybublá pryč z našeho roztoku. Múžeme tedy pozorovat vznik plynného vodíku. A takto získáme alkoxid. Tato molekula se jmenuje ethoxid sodný. Máme tedy ethoxid sodný zde napravo, jakožto silnou zásadu, používanou ve spoustě organických reakcích. K její přípravě jsme použili silnou zásadu, tento hydrid sodný, a získali jsme ji z molekuly ethanolu. Existuje i další způsob, jak získat alkoxidy. Podívejme se na obecný způsob přípravy alkoxidů pomocí alkalických kovů. Máme zde náš alkohol... A pokud ho necháme ragovat s alkalickýcm kovem... Alkalické kovy, s jedním valenčním elektronem... Patřící do skupiny jedna periodické tabulky prvků, tedy lithium, sodík nebo draslík. Připravíme tedy alkoxid. Připravíme... Všimněte si tří volných elektronových páru, náboj minus jedna. Mechanisumus je ten, že kov poskytne valenční elektron, má tedy náboj plus jedna. Bude tedy reagovat s alkoxidem takto. Dojde opět k uvolnění vodíkového plynu. Toto je obecná rovnice. Podívejme se na příklad, kdy reaguje cyklohexanol. Reaguje nám tedy cyklohexanol se sodíkem. Posuňme se... Překreslím cyklohexanol zde, protože chci ukázat mechanismus reakce. Nakreslím to takto... Dám sem naše volné elektronové páry. Sodík má tedy jeden valenční elektron. Co se tedy stane. Sodík poskytne svůj valenční elektron velmi ochotně, protože tak získá stabilní elektronovou konfiguraci vzácného plynu. Prvním krokem mechanismu je tedy poskytnutí valenčního elektronu. Znázorníme tedy pohyb jednoho elektronu. Použiju k tomu poloviční šipku. A poté dva elektrony z vazby kyslík-vodík... Použiju standardní šipku... Tyto elektrony se přesunou na atom kyslíku. Nakreslím, co zde tedy máme. Máme zde cyklohexanový kruh. A tři volné elektronové páry kolem kyslíku, je tedy záporně nabitý. Sodík poskytl jeden valenční elektron, má tedy náboj plus jedna. Bude tedy reagovat se záporně nabitým kyslíkem. A co se stalo s vodíkem? Tento vodík si vezme jeden elektron. Máme tedy vodík s jedním elektronem kolem něj, je tak extrémně reaktivní. Vodík má raději dva elektrony kolem sebe. Takže když se tyto dva atomy vodíku přiblíží, zreagují a začnou sdílet elektrony. Vytvoří tak vodíkový plyn. Můžu to zakreslit takto... Zde jsou tedy tyto dva elektrony. Dva elektrony jsou zde. Tedy oba...jeden z jednoho atomu vodíku a druhý z druhého vodíku. Vzniká tedy plynný vodík. To je tedy přehled fyzikálních vlastností a přípravy alkoxidových aniontů.
video