Hlavní obsah
Kurz: Organická chemie > Kapitola 7
Lekce 1: Názvosloví a vlastnosti alkoholůFyzikální vlastnosti alkoholů a příprava alkoxidů
Fyzikální vlastnosti alkoholů. Pomocí silné báze můžeme z alkoholu odštěpit proton za vzniku alkoxidu. Tvůrce: Jay.
Chceš se zapojit do diskuze?
Zatím žádné příspěvky.
Transkript
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.