Zamknięcie działu 14
Słowniczek działu
| Termin | Znaczenie |
|---|---|
| alkohol | węglowodór z grupą −OH na nasyonym węglu sp³ |
| alkohol 1° | −OH na węglu z 1 sąsiadem alkilowym |
| alkohol 2° | −OH na węglu z 2 sąsiadami alkilowymi |
| alkohol 3° | −OH na węglu z 3 sąsiadami alkilowymi |
| glikol | diol z −OH przy różnych atomach węgla; np. etano-1,2-diol |
| gliceryna | propano-1,2,3-triol; trójwodorotlenowy alkohol |
| wiązanie wodorowe | oddziaływanie H(δ+)···O(δ−) między cząsteczkami alkoholi |
| fenol | −OH bezpośrednio na węglu pierścienia aromatycznego |
| krezol | metylofenol; składnik dezynfektantów |
| tribromofenol | 2,4,6-tribromofenol; biały osad z reakcji fenol + Br₂(aq) |
| alkoholan | produkt reakcji alkoholu z metalem; np. etanolan sodu |
| dehydratacja | odwodnienie alkoholu → alken (wysoka T) lub eter (niska T) |
| estryfikacja | reakcja alkoholu z kwasem karboksylowym → ester + woda |
| eter | R−O−R'; brak −OH, niskie t° wrzenia |
| [R] karbokation | kation organiczny z trójkoordynowanym węglem sp²; stabilność 3°>2°>1° |
| [R] SN1 | dwuetapowa substytucja przez karbokation; racemizacja |
| [R] SN2 | jednoetapowa substytucja; inwersja konfiguracji |
| [R] inwersja Waldena | odwrócenie konfiguracji centrum chiralnego w SN2 |
| [R] synteza Williamsona | eter z alkoholanu + halogenoalkanu 1° (mechanizm SN2) |
W pigułce
Alkohole to związki z grupą −OH na nasyonym węglu. Ich klasyfikacja (1°/2°/3°, mono/diol/triol) determinuje reaktywność. Wiązania wodorowe sprawiają, że mają dramatycznie wyższe temperatury wrzenia niż odpowiednie alkany. Reagują z Na (słaba kwasowość), ulegają dehydratacji (do alkenów lub eterów), halogenowaniu (−OH → −X), utlenianiu (1° → aldehyd → kwas; 2° → keton; 3° — odporne) i estryfikacji.
Fenole to pochodne, gdzie −OH siedzi na pierścieniu aromatycznym. Mezomeria stabilizuje anion fenolanowy, czyniąc fenol milion razy mocniejszym kwasem niż etanol. Stąd fenol reaguje z NaOH i Na₂CO₃, ale nie z NaHCO₃. Pierścień aktywowany przez −OH ulega szybkiemu bromowaniu bez katalizatora (3 atomy Br). Kluczowy test: Br₂(aq) natychmiast z fenolem, brak reakcji z alkoholem.
[R] Mechanizm SN1 (3°, karbokation, racemizacja) vs SN2 (1°, atak z tyłu, inwersja) określa reaktywność alkoholi w podstawieniu nukleofilowym. Etery (R−O−R') mają niskie temperatury wrzenia (brak wiązań H między etereami). Synteza Williamsona daje niesymetryczne etery z alkoholanów i halogenoalkanów 1°.
Sprawdzian działowy
1. Podaj nazwy IUPAC i rzędowość: (a) $\text{(CH}_3)_2\text{CHOH}$; (b) $\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH(OH)CH}_3$.
Odpowiedzi
(a) propan-2-ol, 2°; (b) butan-2-ol, 2°.
2. Napisz równanie reakcji etanolu z metalicznym sodem. Jaki gaz się wydziela?
Odpowiedź
$2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\text{Na} \rightarrow 2\text{C}_2\text{H}_5\text{ONa} + \text{H}_2\uparrow$; wydziela się wodór H₂.
3. Jaki produkt powstaje z utleniania butan-2-olu? Czy alkohol trzeciorzędowy dałby analogiczny produkt?
Odpowiedź
Butan-2-on (keton). Alkohol trzeciorzędowy nie utlenia się łatwo — brak atomu H przy węglu z −OH.
4. Dlaczego fenol jest milion razy mocniejszym kwasem niż etanol?
Odpowiedź
Anion fenolanowy jest stabilizowany przez mezomerię z pierścieniem aromatycznym (delokalizacja ładunku ujemnego). Anion etanolanu nie ma takiej stabilizacji — ładunek tkwi wyłącznie na tlenie.
5. Fenol dodany do wody bromowej — co obserwujesz? Napisz równanie.
Odpowiedź
Natychmiastowe odbarwienie brunatnej wody bromowej i biały osad 2,4,6-tribromofenolu. $\text{C}_6\text{H}_5\text{OH} + 3\text{Br}_2 \rightarrow \text{C}_6\text{H}_2\text{Br}_3\text{OH} + 3\text{HBr}$.
6. Dlaczego fenol reaguje z Na₂CO₃, ale nie reaguje z NaHCO₃? Jaki wniosek z porównania $pK_a$ kwasów?
Odpowiedź
Fenol ($pK_a$ ≈ 10) jest słabszym kwasem niż $\text{H}_2\text{CO}3$ ($pK{a1}$ ≈ 6,4), ale mocniejszym niż $\text{H}_2\text{CO}3$ w drugiej dysocjacji ($pK{a2}$ ≈ 10,3). Mocniejszy kwas wypiera słabszy z soli → fenol (nieco mocniejszy od $\text{HCO}_3^-$) przekształca $\text{CO}_3^{2-}$ w $\text{HCO}_3^-$, dlatego reaguje z Na₂CO₃, dając $\text{NaHCO}_3$ (a nie wolny $\text{H}_2\text{CO}_3$). Z NaHCO₃ już nie reaguje, bo jest słabszy od $\text{H}_2\text{CO}3$ ($pK{a1}$ ≈ 6,4) i nie wypiera z niego CO₂.
7. [R] Jaka konfiguracja produktu powstaje z reakcji (R)-2-butanolu z HBr przez mechanizm SN2? A przez SN1?
Odpowiedź
SN2: inwersja konfiguracji → (S)-2-bromobutanu. SN1: racemizacja → mieszanina (R) i (S).
8. [R] Jak zsyntezować eter propylowo-metylowy metodą Williamsona? Napisz równanie.
Odpowiedź
$\text{CH}_3\text{ONa} + \text{C}_3\text{H}_7\text{Cl} \rightarrow \text{CH}_3\text{-O-C}_3\text{H}_7 + \text{NaCl}$. Halogenoalkan musi być pierwszorzędowy (1-chloropropan) dla wydajnego SN2.