🍺 Halogenderiváty, alkoholy a fenoly

Z praxe

O čem to je

Teflonová pánev, PVC okna, nemrznoucí směs do auta, dezinfekce, pivo, krém na ruce. Všechno to jsou deriváty uhlovodíků – uhlovodíky, kterým jsme jeden nebo víc vodíků vyměnili za halogen nebo za skupinu –OH.

Tak malá změna, a přitom z plynu methanu je jedovatá kapalina methanol. Ukážeme si, proč.

Nové pojmy

Derivát uhlovodíkuLátka odvozená z uhlovodíku nahrazením vodíku jiným atomem nebo skupinou (funkční skupinou).

HalogenderivátDerivát s halogenem (F, Cl, Br, I) místo vodíku: R–X (R = uhlovodíkový zbytek).chloroform CHCl₃, teflon, PVC, freony

AlkoholDerivát se skupinou –OH na uhlíku, který není v benzenovém jádře. Koncovka -ol.ethanol CH₃CH₂OH

FenolLátka se skupinou –OH přímo na benzenovém jádře.fenol C₆H₅OH – dříve „karbol“ k dezinfekci

Halogenderiváty v životě

teflon (polytetrafluorethylen) – nepřilnavé nádobí
PVC (polyvinylchlorid) – okna, trubky
freony – dříve chladiva a spreje; v horní atmosféře z nich UV záření uvolňuje radikály chloru, které rozkládají ozon. Proto byly zakázány (Montrealský protokol, 1987).
chloroform – rozpouštědlo, dříve k uspávání

Halogen táhne elektrony k sobě, uhlík pod ním je trochu kladný. Na něj útočí nukleofil (částice s volným elektronovým párem) a halogen vytlačí – nukleofilní substituce.

Co vznikne z bromethanu a hydroxidu sodného?

OH⁻ (nukleofil) napadne uhlík s bromem a vytlačí Br⁻: CH₃CH₂Br + OH⁻ → CH₃CH₂OH + Br⁻. Vzniká ethanol.

Alkoholy v životě

methanol CH₃OH – prudce jedovatý (slepota, smrt)
ethanol C₂H₅OH – nápoje, dezinfekce, palivo. Vzniká kvašením: C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂
ethylenglykol (ethan-1,2-diol, 2× –OH) – nemrznoucí směs
glycerol (propan-1,2,3-triol, 3× –OH, tedy trojsytný) – kosmetika, výroba nitroglycerinu

Alkoholy vřou mnohem výš než podobně velké alkany – skupiny –OH se navzájem drží vodíkovými můstky. Ethanol vře při 78 °C, propan (podobně těžký) při −42 °C.

Oxidace alkoholů

Rozhoduje, kolik uhlíků je navázaných na uhlík s –OH:

primární (1 sousední C): oxiduje se na aldehyd a dál na kyselinu. Ethanol → ethanal → kyselina octová (proto víno zoctovatí).
sekundární (2 sousední C): na keton. Propan-2-ol → propanon (aceton).
terciární (3 sousední C): uhlík s OH nemá vodík → běžně se neoxiduje.

Roztřiď alkoholy. Spočítej, kolik uhlíků sousedí s uhlíkem nesoucím –OH.

Kolik molekul CO₂ vznikne kvašením jedné glukózy?

C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂. Kontrola: C 6 = 4 + 2; H 12 = 12; O 6 = 2 + 4. Vznikají 2 molekuly CO₂.

✗Terciární alkoholy se snadno oxidují na ketony.

✓Terciární alkoholy se běžnými činidly neoxidují.

Při oxidaci se z uhlíku s –OH odebírá vodík. Terciární uhlík žádný vodík nemá.

Halogenderiváty R–X: nukleofilní substituce; freony ničí ozon. Alkoholy R–OH: vodíkové můstky, primární → aldehyd → kyselina, sekundární → keton, terciární se neoxidují. Fenoly: OH na jádře.

Systematicky

O čem to je

Halogenderiváty, alkoholy a fenoly mají společné to, že na uhlík je navázán elektronegativní atom (halogen nebo kyslík). Vazba je polární a to určuje všechno ostatní: teplotu varu, rozpustnost, kyselost i reakce.

Nové pojmy

Funkční skupinaAtom nebo skupina, která nahradila vodík v uhlovodíku a určuje vlastnosti látky.–X (halogen), –OH (hydroxyl)

Polární vazbaVazba, ve které je pár elektronů posunutý k elektronegativnějšímu atomu. Uhlík je pak částečně kladný (δ+).C^δ+–Cl^δ−

NukleofilČástice s volným elektronovým párem (OH⁻, NH₃, H₂O), která útočí na kladné místo.

Sytnost alkoholuPočet skupin –OH v molekule: jednosytný, dvojsytný, trojsytný.glycerol je trojsytný

Halogenderiváty

Reakce	Podstata	Příklad
nukleofilní substituce	nukleofil vytlačí halogen	CH₃CH₂Br + OH⁻ → CH₃CH₂OH + Br⁻
eliminace	odštěpí se HX, vznikne dvojná vazba	CH₃CH₂Br → CH₂=CH₂ + HBr (KOH v ethanolu)

Využití: teflon, PVC, chloroform; freony zakázány kvůli ozonové vrstvě – nahrazují se uhlovodíky nebo fluorovanými látkami bez chloru.

Alkoholy – dělení

Typ	Uhlík s –OH má	Příklad	Oxidace
primární	1 sousední C	ethanol	→ aldehyd → karboxylová kyselina
sekundární	2 sousední C	propan-2-ol	→ keton
terciární	3 sousední C	2-methylpropan-2-ol	neoxiduje se

Najdi uhlík, na kterém sedí –OH.

Spočítej uhlíky, které jsou na něj přímo navázané.

1 → primární, 2 → sekundární, 3 → terciární.

Podle typu urči produkt oxidace.

Co vznikne oxidací propan-2-olu?

CH₃–CH(OH)–CH₃: uhlík s OH má dva sousední uhlíky → sekundární → oxidací vznikne keton: CH₃–CO–CH₃ = propanon (aceton).

Co vznikne mírnou oxidací ethanolu?

Ethanol je primární → mírnou oxidací vznikne aldehyd ethanal (acetaldehyd) CH₃CHO. Další oxidací by vznikla kyselina octová.

Vlastnosti alkoholů

vodíkové můstky → vysoké teploty varu
nižší alkoholy se mísí s vodou (–OH je hydrofilní), s délkou řetězce rozpustnost klesá
jsou velmi slabé kyseliny – s Na uvolňují vodík: 2 C₂H₅OH + 2 Na → 2 C₂H₅ONa + H₂

Fenoly

–OH přímo na benzenovém jádře. Fenol je kyselejší než ethanol: po odštěpení H⁺ se záporný náboj fenolátového aniontu rozprostře do kruhu (delokalizuje) a anion je stabilnější. Fenol reaguje i s NaOH, ethanol ne.

Ověř si využití látek – otoč kartu.

freony – poškozují ozonovou vrstvu
teflon – nepřilnavé nádobí
ethylenglykol – nemrznoucí směs
glycerol – kosmetika, nitroglycerin
fenol – dezinfekce, výroba plastů

✗Ethanol je kyselejší než fenol, protože má kratší řetězec.

✓Fenol je kyselejší.

Rozhoduje stabilita aniontu po odštěpení H⁺. Fenolátový anion rozprostře náboj do benzenového kruhu, ethoxidový anion to nedokáže.

Polární vazba C–X a C–O. Halogenderiváty: nukleofilní substituce nebo eliminace. Alkoholy: primární → aldehyd → kyselina, sekundární → keton, terciární ne. Fenol je kyselejší než alkoholy.

💍Areny🐜Aldehydy, ketony a karboxylové kyseliny