H YDROXYDERIVÁTY RNDr. Marta Najbertová

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Název školy Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Adresa školy Sokolovská 1638 IČO Operační program Operační program Vzdělávání pro konkurenceschopnost Registrační číslo CZ.1.07/1.1.28/ Označení vzdělávacího materiálu K_INOVACE_1.CH.20 Vzdělávací oblast Člověk a příroda Vzdělávací obor Chemie Tematický okruh Deriváty uhlovodíků - hydroxyderiváty Zhotoveno Ročník Vyšší stupeň osmiletého gymnázia a čtyřleté gymnázium (RVP – G) Anotace Materiál je určen jako studijní materiál v předmětu chemie. Je zaměřen na obecnou charakteristiku, rozdělení, vlastnosti a popis zástupců hydroxyderivátů. Předpokládá zvládnutí teorie chemické vazby a obecné chemie. Materiál je určen pro seminář chemie, lze jej využít i v hodinách chemie.

Obecná charakteristika Hydroxyderiváty jsou organické sloučeniny, ve kterých je v původní molekule uhlovodíku jeden nebo více atomů vodíku nahrazen OH skupinou. Obecný vzorec je R-OH. Je-li R alkylový zbytek, jedná se o alkohol, je-li R aryl, jedná se o fenol. Je-li OH skupina vázána na aryl přes další uhlík, jedná se o aromatický alkohol. metanol cykloxexanol fenol fenylmethanol (benzylalkohol)

Názvosloví 1. Nesystematické – bude uvedeno u jednotlivých zástupců. 2. Systematické – přednostně se využívá k vyjádření přítomnost OH skupiny přípona -ol za základní název uhlovodíku. Pro označení polohy a počtu OH skupin platí zásady názvosloví uhlovodíků. Není-li OH skupina skupinou hlavní nebo je vyjádření příponou nepřehledné, je nutné použít předponu hydroxy. propan-2-ol (2-hyroxypropan) ethan-1,2-diol (1,2-dihydroxyethan) propan-1,2,3-triol (1,2,3-trihydroxypropan) kyselina 2-hydroxypropanová – OH skupina není hlavní, nutné použít předponu hydroxy.

Rozdělení hydroxyderivátů Podle počtu OH skupin: jednosytné dvojsytnétrojsytné propan-2-olethan-1,2-diolpropan-1,2,3-triol Podle toho, zda uhlík s -OH skupinou je navázaný na jeden, dva nebo tři další uhlíky: primární sekundární terciární

Rozdělení hydroxyderivátů Primární – na uhlík hydroxylové skupiny je vázán nejvíce jeden alkylový zbytek. Sekundární – na uhlík hydroxylové skupiny jsou vázány dva alkylové zbytky. Terciární – na uhlík hydroxylové skupiny jsou vázány tři alkylové zbytky. methanol ethanol propan-2-ol 2-metyl-propan-2-ol

Fyzikální vlastnosti Jsou dobře rozpustné ve vodě. Bezbarvé. Se stoupajícím počtem OH skupin vzrůstá hustota a „sladkost“ (cukry). V důsledku polarity vazby (vyšší hodnota elektronegativity kyslíku) a přítomnosti nevazebných elektronových párů na kyslíku mají alkoholy vyšší bod varu než původní uhlovodíky (tvorba vodíkových můstků).

Chemické vlastnosti Vzhledem k zápornému indukčnímu efektu kyslíku (vysoká elektronegativita) je molekula alkoholu polarizována. Reakčním centrem tak může být jak uhlík (nukleofilní substituce), tak kyslík (elektrofilní substituce). Nukleofilní substituce Elektrofilní substituce

Nukleofilní substituce Odštěpení skupiny OH - je vzhledem k její bazicitě a silně nukleofilním charakteru termodynamicky nevýhodné a nepravděpodobné. Probíhá halogenovodíkovými kyselinami, kdy v prvním kroku dochází k protonizaci hydroxylu s následným odštěpením vody za vzniku halogenderivátu. + Snadno probíhá tato reakce u terciárních alkoholů kde je substituce provázena následnou eliminací za vzniku alkenu.

Acidobazické vlastnosti. Alkoholy mají amfoterní charakter – jsou schopny odštěpit proton, ale i na volné elektronové páry kyslíku proton vázat. Děj závisí na acidobazické síle druhé částice. alkooxoniová sůl methyloxonát alkoholát (methanolát) alkohol Fenoly mají výrazně kyselejší charakter než alkoholy. Odštěpením protonu vznikne stabilní částice, kde je záporný náboj na kyslíku stabilizován v systému π elektronů (teorie rezonance). fenolát CH 3 O + H 2

Esterifikace Reakcí OH skupiny alkoholu a COOH skupiny karboxylové kyseliny vznikají estery, průmyslově a biochemicky významná skupina látek (léčiva, výbušniny, lipidy, nukleové kyseliny…). + Ve skutečnosti probíhá reakce následujícím mechanismem: 1. protonizace silnou minerální kyselinou

Esterifikace 2. nukleofilní adice alkoholu na vzniklý kation + 3. eliminace vody a protonu za vzniku esteru

Analytické reakce hydroxysloučenin Primární alkoholy Sekundární alkoholy Terciární alkoholy

Přesmyky Hydroxylová skupina vázaná na uhlík s izolovanou dvojnou vazbou je nestálá a dochází k přesmyku na oxosloučeniny (aldehyd nebo keton). Stejně nestálé jsou dvě hydroxylové skupiny na jednom atomu uhlíku, vzniká oxosloučenina za eliminace vody. Tři hydroxyly na jednom atomu uhlíku dávají eliminací vody karboxylovou kyselinu.

Přehled zástupců - methanol CH 3 OH – methanol (methylalkohol, dřevní líh) kapalina, bod varu 65°C, příjemná lihová vůně, mísitelný s vodou. Výroba ze syntézního plynu Laboratorní rozpouštědlo, palivo modelářských motorů a plochodrážních motorek (přeplňované spalovací motory), k výrobě formaldehydu, kyseliny mravenčí, methylaminu a methylesterů. formaldehyd kyselina mravenčí methylamin

Biologický účinek methanolu V játrech oxidace přes formaldehyd na kyselinu mravenčí (formiát) => vede k acidóze organismu, bolesti hlavy, křeče, závratě, kóma až smrt. alkoholdehydrogenázaaldehyddehydrogenáza NAD + NADH + H + NAD + NADH + 2H + H2OH2O Dávka okolo 15 cm 3 může způsobit poškození sliznice nebo slepotu. Už dávka do 50cm 3 může být smrtelná. Protijedem (antidotum) při otravě je etanol => 20x vyšší afinita k alkoholdehydrogenáze.

Přehled zástupců - ethanol CH 3 CH 2 OH, ethanol (etylalkohol) – kapalina, bod varu 78,3°C, příjemná lihová vůně, mísitelný s vodou. Výroba pro potravinářské účely kvašením cukerných zbytků nebo škrobu (maximální výtěžnost okolo 15%), následně se destiluje (maximální výtěžnost 95,57% - azeotropní směs). Pro průmyslové účely se vyrábí katalytickou hydratací ethenu (přímá adice vody neprobíhá) – takto vyrobený obsahuje méně příměsí než kvasný.

Použití jako laboratorní rozpouštědlo, součást čisticích prostředků (sklo), dezinfekce (pleťové a toaletní vody), přídavek do spalovacích motorů (biolíh), k výrobě acetaldehydu, kyseliny octové, diethyletheru, ethylovaných aminů, ethylakrylátu. Přehled zástupců - ethanol Pro průmyslové použití se denaturuje přídavkem zapáchajících látek s obdobným bodem varu (benzín, benzen, pyridin) – levnější o spotřební daň. acetaldehydkyselina octová diethylether ethylakrylát

Biologický účinek ethanolu. Po požití odbouráván v játrech působením alkoholdehydrogenázy na acetaldehyd, následně na kyselinu octovou (acetát). alkoholdehydrogenázaaldehyddehydrogenáza, aldehydoxidáza NAD + NADH + H + NAD + NADH + 2H + H2OH2O V případě nadměrného pití alkoholu může probíhat tato reakce i v jiných buňkách, u mužů je zvýšená aktivita odbourávání ve sliznici žaludku a střeva. U chronických pijáků je aktivována cesta odbourávání izoenzymem P450IIE1, probíhající v mikrosomech za pomoci cytochromu P450. Nadměrné pravidelné pití vede ke steatose jater – ztráta funkčnosti jaterních buněk v důsledku akumulace triacylglycerolů a cholesterolu.

Biologický účinek ethanolu. Intoxikace probíhá ve třech fázích – excitační, narkotizační, komatózní. Excitační – provázena zvýšenou duševní a tělesnou aktivitou krátce po požití. Subjektivně se taková osoba cítí sebejistá, silná a spokojená. Dochází ke ztrátě kritičnosti a smyslu pro odpovědnost, je narušena koordinace pohybů s prodloužením reakční doby (mozeček). Narkotizační – projeví se vasodilatační účinky, tj. překrvení a zčervenání kůže zejména v obličeji. Chůze je vrávoravá, reakce pomalejší. Objevuje se dvojité vidění a závratě především při zavřených očích a vleže. Stoupá krevní tlak a puls. Může dojít ke zvracení a roste také objem moče. Nastupuje významný útlum, lhostejnost a pasivita doprovázená ztrátou smyslu pro realitu. Komatózní – nástup bezvědomí s úplným motorickým ochabnutím. Dýchání je hluboké a zpomalené v důsledku respirační acidózy.

Vinylalkohol Nestálý (viz slide 14), využíván jeho polymer polyvinylalkohol – polymerací vinylacetátu s následnou deacetylací (alkalická hydrolýza methanolem). K výrobě lepidel, trubek, hadic, zlepšení povrchových vlastností tkanin (apretační činidlo), emulgátor, disperzní látka, kosmetika, farmakologie - potahy tablet. n

Dioly HOCH 2 CH 2 OH – ethan-1,2-diol (ethylenglykol) Viskózní kapalina nasládlé chuti, jedovatý. Používá se k doslazování potravin (vína), nemrznoucí kapalina, k výrobě polyesterových vláken (Tesil, Terylen, Dacron…). HO(CH 2 ) 4 OH – buta-1,4-diol Reakcí s 1,6-hexamethylendiisokyanátem vznik polyuretanů – lepidla, nátěry, pěnové výplně, izolace, nábytek, nadouvadla.

Glycerol HOCH 2 CH(OH)CH 2 OH - propan-1,2,3-triol (glycerol) Viskózní sladká kapalina. Hygroskopická kapalina – váže vodu => kosmetika, farmacie. Výroba nitroglycerinu – výbušnina. Zlepšení prokrvení – angina pectoris, snížení krevního tlaku, viagra. Biochemicky významný – stavební jednotka lipidů (tuky, oleje).

Hydroxybenzen - fenol C 6 H 5 OH – fenol (kyselina karbolová) Vznik při karbonizaci uhlíkatých látek. Výroba z benzensulfonátu a alkalického hydroxidu nebo reakcí chlorbenzenu s vodným roztokem hydroxidu sodného při vysokém tlaku a teplotě. K výrobě herbicidů, insekticidů, barviv, desinfekčních prostředků a plastických hmot. Fenolformaldehydové pryskyřice Plastické hmoty Polykarbonáty Epoxidové pryskyřice

Fenolformaldehydové pryskyřice Tepelně, mechanicky a chemicky odolné (bakelit) – tmavě hnědé až černé – nelze barvit – dnes zatlačován aminoplasty.

Polykarbonáty Reakcí fenolu s acetonem vzniká 2,2-bis(4-hydroxyfenyl)propan (dian). Následnou kondenzací s fosgenem vznikají polykarbonáty Tepelně a mechanicky odolné, výborné optické vlastnosti – kompaktní disky, osvětlovací technika, laboratorní nádobí, folie, střešní krytina, zastřešení bazénů, skleníky.

Epoxidové pryskyřice Reakcí dianu s epichlorhydrinem vznikají epoxidové pryskyřice. Následnou reakcí např. s diethyltriaminem (HN(CH 2 CH 2 NH 2 ) 2 ) dojde k vytvrzení – nátěrové hmoty, dvousložková lepidla, elektroizolační materiál.

Hydroxymetylbenzeny CH 3 C 6 H 4 OH – o,m,p-hydroxymethylbenzeny o-hydroxymethylbenzen m-hydroxymethylbenzen p-hydroxymethylbenzen Impregnace dřeva, dezinfekce, polymery.

Ethery Obecný vzorecR alkyl Přítomnost atomu s vyšší elektronegativitou (O) vzhledem ke struktuře molekuly nezpůsobuje polarizaci vazby=> typickou reakcí je radikálová substituce. H 5 C 2 OC 2 H 5 – diethylether – kapalina, bod varu +35°C. Se vzduchem vytváří výbušnou směs. Průmyslová výroba dehydratací etanolu. Použití – laboratorní rozpouštědlo, extrakční činidlo, průmyslové rozpouštědlo (Grignardovy reakce, acetát celulózy), startovací kapalina pro motory.

Gymnázium a Jazyková škola s právem státní jazykové zkoušky Svitavy Materiál je určen pro bezplatné používání pro potřeby výuky a vzdělávání na všech typech škol a školských zařízeních. Jakékoliv další využití podléhá autorskému zákonu. Zdroje a použitá literatura 1. ČERVINKA, Otakar a kol. Mechanismy organických reakcí: učebnice pro vys. školy chemickotechnologické. 1. vyd. Praha: SNTL, , [1] s. Řada chemické literatury. 2. HALBYCH, Josef a KLÍMOVÁ, Helena. Didaktika organické chemie: příklady vyučovacích postupů. 1. vyd. Praha: Univerzita Karlova, s. 3. MCMURRY, John. Organická chemie. Vyd. 1. V Brně: VUTIUM, xxv, 1176, 61, 31 s. Překlady vysokoškolských učebnic; sv. 2. ISBN PACÁK, Josef. Stručné základy organické chemie. 1. vydání. Praha: SNTL Nakladatelství technické literatury, Řada chem. literatury. 5. Fotografie a vzorce z vlastní databáze autora. Vytvořeny programy ACD FREE 12, Snagit