Alkoholok, fenolok, éterek, aldehidek PDF

Az alkoholok Definíció: Olyan szerves vegyületek, melyek molekulájában a funkciós csoport telített szénatomhoz kapcsolódó hidroxilcsoport. A hidroxilcsoport szerkezete: A hidroxilcsoport poláris részlet az alkoholok molekuláiban. A hidroxilcsoport miatt képesek hidrogénkötés kialakítására 1x dono...

Az alkoholok Definíció: Olyan szerves vegyületek, melyek molekulájában a funkciós csoport telített szénatomhoz kapcsolódó hidroxilcsoport. A hidroxilcsoport szerkezete: A hidroxilcsoport poláris részlet az alkoholok molekuláiban. A hidroxilcsoport miatt képesek hidrogénkötés kialakítására 1x donor, 2x akceptor). Az O-H kötés erősen polározott, így megfelelő reakciópartnerrel (erélyes redukálószer, pl. Na) szemben képesek savként viselkedni, „hagyományos” bázisokkal szemben nem. Elnevezés: ​ A megfelelő szénhidrogén nevéhez kell egy –ol végződést kapcsolni. ​ Az –ol végződés elé írt számmal jelezzük, hányadik szénatomhoz kapcsolódik a hidroxilcsoport (amennyiben ez nem egyértelmű). ​ A főlánc számozását azon a láncvégen kezdjük, amelyikhez közelebb esik a hidroxilcsoport (a főlánc a funkciós csoporthoz kapcsolódó szénatomot is tartalmazó leghosszabb szénlánc). A többszörös kötéseket, elágazásokat csak ezután vesszük figyelembe. ​ Sok egyszerű alkohol esetén a nevet a megfelelő szénhidrogéncsoport neve + -alkohol módon is képzik (nem szabályos név), pl. etil-alkohol. Csoportosítás: a)​ Értékűség alapján (Hány –OH-csoport van a molekulában): Ezen szempont alapján vannak egy- és többértékű alkoholok. b)​ Rendűség alapján (Hányadrendű szénatomhoz kapcsolódik az –OH-csoport): Ez alapján léteznek primer, szekunder és tercier alkoholok. c)​ Szénlánc alapján: telített, telítetlen, aromás (nem keverendő a fenolokkal!) Az alkanolok általános összegképlete: CnH2n+2O Előfordulás: A természetben szabadon is megtalálhatók, ugyanakkor kötötten, észterek részeként is. Szteroidok is tartalmaznak alkoholos –OH-csoportot (koleszterin, tesztoszteron, …), és a szénhidrátok is. Fizikai tulajdonságok: ​ Az alkoholok homológ soraiban az olvadás- és forráspont nő a szénatomszám növekedésével (egyre nagyobb a molekulák mérete és tömege). ​ A közel azonos moláris tömegű szénhidrogénekhez képest jóval magasabb olvadás- és forrásponttal rendelkeznek. ​ Szerves oldószerekben általában jól oldódnak. A kis szénatomszámúak vízben is, mivel az alkoholmolekulák a vízmolekulákkal is képesek hidrogénkötéseket kialakítani (kontrakció is felléphet). A szénatomszám növekedésével a vízoldhatóság csökken (egyre nagyobb a molekula apoláris része). ​ Szag: Kis szénatomszám: „szeszszag” (~kellemes). A nagyobb szénatomszámú folyadékok kellemetlen szagúak. A szilárdak általában szagtalanok. ​ A víznél kisebb sűrűségűek. Kémiai tulajdonságok: 1.​ Sav-bázis tulajdonságok: Vízzel és „hagyományos” bázisokkal (pl. NaOH) szemben nem tudnak savként viselkedni. Vizes oldatuk semleges kémhatású. 2.​ Redoxi tulajdonságok: a)​ Reakció nátriummal: Az elemi nátrium reakcióba lép az alkoholokkal, hidrogéngáz fejlődik, valamint az alkohol nátriumsója jön létre (~az alkohol nátriummal szemben savként viselkedik, mivel a hidroxilcsoport hidrogénje protonként leszakad, majd elektront vesz fel a nátriumatomtól). Pl.: Etanol és nátrium reakciója: A keletkező só vizes oldata ​ ​ ​ kémhatású. b)​ Égés: Éghető anyagok, tökéletes égésük során CO2 és H2O keletkezik. c)​ Réz(II)-oxiddal a primer és szekunder alkoholok oxidálhatók, a megfelelő aldehid illetve keton keletkezik. A tercier alkoholok ilyen enyhe oxidálószerrel nem oxidálhatók. Pl.: 3.​ Vízkilépéssel járó reakciók: Magas hőmérsékleten vízelvonószer (pl. tömény kénsav jelenlétében) többféleképpen is képesek átalakulni (a hőmérséklet befolyásolja, melyik megy végbe). Ha a vízmolekula két alkoholmolekula hidroxilcsoportjának atomjaiból jön létre → éterképződés. Pl.: dietil-éter laboratóriumi előállítása: Ha a vízmolekulát alkotó atomok egy alkoholmolekulából lépnek ki, telítetlen szénhidrogén jön létre (lásd etén laboratóriumi előállítása). Itt is figyelembe kell venni a Zajcev-szabályt! T>150°C Pl.: bután-2-ol vízeliminációja: 4.​ Reakció savakkal: Karbonsavakkal és szervetlen oxosavakkal vízkilépés közben, egyensúlyra vezető reakcióban észtert képeznek. Pl.: Propán-1-ol reakciója metánsavval: Pl.: Metanol reakciója salétromsavval:  Fontos alkanolok A metanol (Nem szisztematikus elnevezések: metil-alkohol; faszesz): 1.​ Molekula: 2.​ Fizikai tulajdonságok: Nagyon hasonlít az etanolhoz. Színtelen; jellegzetes, szeszre emlékeztető szag; folyadék; vízzel és szerves oldószerekkel korlátlanul elegyedik, ő is kitűnő oldószer. 3.​ Élettani hatás: Erősen mérgező: kisebb mennyiségben vakságot, nagyobb mennyiségben halált is okozhat. Etanolhoz hasonlósága fokozza a veszélyt. 4.​ Előállítás: Régebben fa száraz lepárlásával állították elő (ebből ered régies neve, a faszesz). Ma szintézisgázból kiindulva állítják elő, magas hőmérsékleten és nagy nyomáson, katalizátor jelenlétében. 5.​ Felhasználás: Oldószer; vegyipari alapanyag; üzemanyag, üzemanyag-adalék; fagyálló Az etanol (Nem szisztematikus elnevezések: etil-alkohol; borszesz): 1.​ Molekula: 2.​ Fizikai tulajdonságok: Színtelen; jellegzetes szag; folyadék; vízzel és szerves oldószerekkel korlátlanul elegyedik, ő is kitűnő oldószer; vízzel való elegyedése során kontrakció lép fel. 3.​ Kémiai tulajdonságok: Az alkoholokra jellemző reakciók ennél a vegyületnél is végbemennek. Éghető, égését több helyen használják energiatermelésre, például a borszeszégőkbe is etanolt töltenek, valamint üzemanyagként is alkalmazzák (bioetanol, illetve a benzinhez is keverik. 4.​ Élettani hatás: Kisebb mennyiségben részegítő hatású, nagyobb mennyiség hatására halálos mérgezés is kialakulhat (a másnaposság is alkoholmérgezés eredménye). A hosszabb távon történő alkoholfogyasztás a májra és az idegrendszerre (is) káros hatást fejt ki. 5.​ Előállítás: a)​ Erjesztéssel: A szeszes erjedés során élesztőgombák hatására szőlőcukorból etanol és szén-dioxid jön létre. (Más szénhidrát, például keményítő is lehet a szeszes italok gyártásának kiindulási anyaga, de ez előbb glükózzá alakul, majd az vesz részt az erjedési reakcióban). Erjesztéssel maximum 15-18% alkoholtartalmú vizes oldat hozható létre, töményebb oldatban elpusztulnak az élesztők. Ha alkoholt nagyobb arányban tartalmazó oldatot akarnak előállítani, a híg oldatot desztillálják. Ilyen módon legfeljebb 96%-os etanoltartalmú oldat (ún. tiszta szesz) kapható. 100%-os tisztaságú etanolhoz (azaz abszolút alkoholhoz) vízelvonó szerek alkalmazásával, vagy szintetikus úton lehet jutni.  b)​ Szintetikus módszer: Etén vízaddíciójával állítható elő (vagy etin vízaddíciójával, majd a kapott acetaldehid hidrogénnel való reakciójával). 6.​ Felhasználás: Oldószer (festékek, illatszerek, …); szeszes italok készítése; 70 %-os oldatát fertőtlenítésre; vegyipari alapanyag. Az ipari alkoholhoz gyakran kevernek olyan anyagot, amely az etanol felhasználhatóságát nem csökkenti (jelentős mértékben), de a fogyasztástól eltántoríthatja az embert. Erre régen az undorító szagú piridint használták, ma már más, kevésbé büdös, de az alkoholtól eltérő illatú vegyületeket alkalmaznak. Az ilyen keveréket denaturált szesznek nevezik. Az etán-1,2-diol (Nem szisztematikus elnevezések: etilén-glikol; glikol): 1.​ Molekula: 2.​ Fizikai tulajdonságok: Színtelen; szagtalan; viszkózus folyadék; édes ízű; vízzel elegyedik, apoláris oldószerekben nem oldódik. 3.​ Élettani hatás: Mérgező. 4.​ Felhasználás: Fagyálló. PET-alapanyag (levezethető glikol és tereftálsav reakciójának termékeként). A propán-1,2,3-triol (Nem szisztematikus elnevezés: glicerin): 1.​ Molekula: 2.​ Fizikai tulajdonságok: Színtelen; szagtalan; viszkózus folyadék; édes ízű; vízzel elegyedik, apoláris oldószerekben nem oldódik; higroszkópos 3.​ Felhasználás: Kozmetikumok hidratáló hatóanyaga; nedvesen tartó anyag (festékek; cipőpaszták; …); glicerin-trinitrát („nitroglicerin”) alapanyaga Glicerin-trinitrát: robbanószer, szívgyógyszer. Robbanószerként Alfred Nobel fedezte fel a biztonságos használat lehetőségét → dinamit → vagyon → Nobel-díj. 4.​ Származékok: Trigliceridek (zsírok, olajok). Fenolok Def.: Olyan hidroxivegyületek, melyek molekulájában a hidroxilcsoport aromás gyűrű szénatomjához kapcsolódik. A fenol Molekula: Összegképlet: C6H6O Nem síkalkatú molekula (az O-atom körül torz tetraéderes elrendeződés). Poláris molekula (bár az aromás gyűrű a molekula viszonylag nagy apoláris részét teszi ki) A fenolmolekulák képesek hidrogénkötést kialakítani egymással is. Az O-H kötés polárisabb, mint az alkoholoknál. Fizikai tulajdonságok: Színtelen, de levegőn állva rózsaszínűvé, majd barnásvörössé válik (oxidálódik a fenol). Jellemző szagú, szilárd anyag. Vízben korlátozottan (nagy apoláris rész) oldódik, telített oldata tejszerű folyadék. Éterben, alkoholban jól oldódik. Op és Fp jóval magasabb, mint a hasonló moláris tömegű (és szintén aromás gyűrűt tartalmazó) toluolé (hidrogénkötés). Kémiai tulajdonságok: Az O-H kötés polárissága miatt sav, de nagyon gyenge (az alkoholoknál viszont erősebb)! → Régies név: karbolsav. Reakció vízzel: Sóképzés: Reakció NaOH-dal: Az oldat kitisztul. Nátrium-fenoxid reakciója szénsavval (szén-dioxiddal): → A fenol a szénsavnál ​ sav. Nátrium-fenoxid hidrolízise: Reakció nátriummal: Nagyon negatív standard potenciálú fémekkel hidrogénfejlődés közben reagál. (Reakció brómmal: Elszínteleníti a brómos vizet (azaz sokkal reakcióképesebb, mint a benzol), 2,4,6-tribrómfenol keletkezik. Nitrálás: Már szobahőmérsékleten, salétromsav 40%-os vizes oldatával is nitrálható, orto- vagy para-nitrofenol keletkezik.) Élettani hatás: Mérgező, baktériumölő hatású. Felhasználás: Fertőtlenítés (vasúti talpfa, orvosi műszer, ~húsfüstölés). Műanyaggyártás: Bakelit (formaldehiddel együtt). Vegyipari alapanyag: Gyógyszerek, színanyagok.  Éterek Def.: Olyan szerves vegyületek, melyek molekulájában a funkciós csoport étercsoport, azaz olyan oxigénatom, mely két szénatommal létesít egyszeres kovalens kötést. Elnevezés: Ha az étercsoporthoz kapcsolódó két csoport megegyezik (szimmetrikus éter), akkor di......​ -éter a vegyület neve. Ha különböző csoportok kapcsolódnak az étercsoporthoz (vegyes éter), ezek nevét betűrendben kell felsorolni. Pl. etil-metil-éter. Molekulaszerkezet: Az oxigénatom kötéseinek helyzete (torz tetraéderes V-alak) miatt jól beleilleszkedik a szénláncba, így annak alakját nem nagyon befolyásolja. Bár az oxigénatom nagy elektronegativitású, és így a C-O kötések polárisak, az étermolekulák csak nagyon gyengén polárisak. Az étermolekulák között csak gyenge dipólus-dipólus kölcsönhatás tud kialakulni (hidrogénkötés nem). Fizikai tulajdonságok: Olvadás- és forráspontjuk alig magasabb, mint a közel azonos moláris tömegű szénhidrogéneké (a gyenge dipólus-dipólus kötések miatt), a közel azonos moláris tömegű alkoholokhoz képest pedig jóval alacsonyabb. A dimetil-éter gáz, C17-C18-tól szilárdak. Vízben rosszul oldódnak (csak gyengén poláris molekulákból állnak, melyek nem tudnak hidrogénkötés-donorként funkcionálni). Apoláris oldószerekben jól oldódnak, a folyékony képviselők maguk is jó apoláris oldószerek. Előállítás: A szimmetrikus étereket a megfelelő alkoholból vízkilépéssel járó reakcióval lehet előállítani. Például a dietil-éter 2 etanolmolekulából (tömény kénsav, mint vízelvonószer jelenlétében, 130°C-ra hevítve). A vegyes éterek így nem állíthatóak elő gazdaságosan. A megfelelő halogénezett szénhidrogén és a megfelelő alkohol nátriumsójának reakciójával. Kémiai tulajdonságok: a)​ Égés: Éghető anyagok, tökéletes égésük eredménye szén-dioxid és víz. b)​ Savval főzés (savas hidrolízis): Azaz erős sav híg vizes oldatával együtt hevítés. Ilyenkor az étermolekula az étercsoport mentén „felhasad”, és az oldatban lévő vízmolekulák „közreműködésével” két (megfelelő szénláncú) alkoholmolekula jön létre belőle. Pl. dietil-éter savas hidrolízise: c)​ Protolitikus reakciók: Vízzel és bázisokkal nem képesek protolitikus reakcióba lépni. Erős savaktól képesek protont átvenni, azaz gyenge bázisok. A dietil-éter 1.​ Molekula: 2.​ Fizikai tulajdonságok: Színtelen; jellegzetes, édeskés szagú; folyadék; könnyen párolog, forráspontja alacsony: 35 °C; ugyanakkor párolgása közben sok hőt képes elvonni a környezetétől; gőze a levegőnél nagyobb sűrűségű; vízben gyengén, alkoholban és apoláris oldószerekben jól oldódik, maga is jó apoláris oldószer. 3.​ Kémiai tulajdonságok: Éghető, sőt, gyúlékony, gőzei a levegővel robbanóelegyet alkotnak. 4.​ Felhasználási területek: Fontos apoláris oldószer. Régebben altatószerként (ma már csak állatkísérleteknél alkalmazzák)  Oxovegyületek Aldehidek Def.: Olyan szerves vegyületek, melyek molekulájában a funkciós csoport formilcsoport (vagy láncvégi szénatomhoz kapcsolódó oxocsoport). Szabályos név: A megfelelő szénhidrogén neve + -al (kétértékű aldehid esetén –dial) végződés. Gyűrűs aldehidek vagy nyílt láncú polialdehidek elnevezésénél a -karbaldehid végződést használjuk. Ilyenkor a formilcsoportban szereplő szénatomo(ka)t nem értjük bele a főláncba vagy a gyűrűs szénhidrogénbe. Általános összegképlet (telített, nyílt láncú, egyértékű aldehidek): CnH2nO Fizikai tulajdonságok: Az aldehidmolekulák egymással nem tudnak hidrogénkötést kialakítani, csak dipólus-dipólus kölcsönhatásra képesek (a karbonilcsoport poláris része a molekulának: a nagy elektronegativitású O-atom a π-kötés gyengén kötött e--párját nagymértékben maga felé vonzza). A közel azonos moláris tömegű szénhidrogénekhez és éterekhez képest magasabb olvadás- és forráspont, az alkoholokhoz képest viszont alacsonyabb. A vízzel képesek hidrogénkötést kialakítani (hidrogénkötés-akceptorok). A kis szénatomszámúak vízben jól oldódnak. A szénatomszám növekedésével a vízoldhatóság csökken (egyre nagyobb a molekula apoláris része). Kémiai tulajdonságok: a)​ Égés: Éghető anyagok, tökéletes égésük során szén-dioxid és víz keletkezik. b)​ Oxidáció: Enyhe oxidáció hatására is karbonsavvá alakulnak, azaz erélyes redukálószerek. i.​ Tollens-reakció (ezüsttükör-próba) A formilcsoport szénatomja oxidálódik, a formilcsoport karboxilcsoporttá alakul (közben az ezüstionok fémezüstté redukálódnak). + − 𝑅 − 𝐶𝐻𝑂 + 2𝐴𝑔 + 2𝑂𝐻 = 𝑅 − 𝐶𝑂𝑂𝐻 + 2𝐴𝑔 + 𝐻2𝑂 NEM adják a Tollens-próbát azok az aldehidek, melyek molekulájában a formilcsoport közvetlenül aromás gyűrűhöz kapcsolódik. ii.​ Fehling-reakció A formilcsoport szénatomja oxidálódik, a formilcsoport karboxilcsoporttá alakul (közben a kétszeresen pozitív töltésű rézionok redukálódnak, téglavörös színű réz(I)-oxid csapadék keletkezik). 2+ − 𝑅 − 𝐶𝐻𝑂 + 2𝐶𝑢 + 4𝑂𝐻 = 𝐶𝑢2𝑂 + 𝑅 − 𝐶𝑂𝑂𝐻 + 2𝐻2𝑂 c)​ Redukció: Katalizátor (platina, palládium) jelenlétében hidrogénnel primer alkohollá redukálhatók. d)​ Addíció: A π-kötés miatt poláris molekulákkal képesek addíciós reakcióba lépni, ld. metándiol keletkezése. Előállítás: A megfelelő primer alkoholok enyhe oxidációjával (CuO) állíthatók elő a telített, nyílt láncú aldehidek. Fontos aldehidek Metanal: a)​ Triviális név: formaldehid b)​ Fizikai tulajdonságok: Színtelen, szúrós szagú, GÁZ, vízben jól oldódik, tömény vizes oldata a formalin. c)​ Speciális kémiai tulajdonságok: I.​ Tollens-próbája során nem hangyasavig, hanem szén-dioxidig oxidálódik + − 𝐻𝐶𝐻𝑂 + 4𝐴𝑔 + 4𝑂𝐻 = 𝐶𝑂2 + 4𝐴𝑔 + 3𝐻2𝑂 II.​ A formalinból levegőn való állás vagy bepárlás során fehér csapadék (paraformaldehid) válik ki. Először a formaldehid addíciós reakcióba lép vízzel, metándiol (formaldehid-hidrát) keletkezik. A keletkező metándiol-molekulák polikondenzációs reakcióba lépnek egymással. 𝐻𝐶𝐻𝑂 + 𝐻2𝑂 = 𝐻𝑂 − 𝐶𝐻2 − 𝑂𝐻 …𝐻𝑂 − 𝐶𝐻2 − 𝑂𝐻 + 𝐻𝑂 − 𝐶𝐻2 − 𝑂𝐻 + … = …𝑂 − 𝐶𝐻2 − 𝑂 − 𝐶𝐻2 − 𝑂 − … + 𝑛𝐻2𝑂 Vízzel való hevítés hatására a paraformaldehid visszaalakul formaldehiddé. d)​ Előállítás: Metanol enyhe oxidációjával (Réz(II)-oxiddal, enyhe hevítés közben) 𝐶𝐻3𝑂𝐻 + 𝐶𝑢𝑂 = 𝐻𝐶𝐻𝑂 + 𝐶𝑢 + 𝐻2𝑂 e)​ Felhasználás: Baktericid tulajdonság → Tartósítás: Biológiai preparátumok (formalinban); Füstöléses tartósítás (Fa, szén, stb. tökéletlen égése, hőbomlása során keletkezik metanal - fenollal együtt); Vetőmagvak csávázása Műanyaggyártás: Bizonyos fenoplasztok (pl. bakelit - fenollal együtt) és aminoplasztok (pl. karbamidgyanta – karbamiddal együtt) előállításának alapanyaga. f)​ Élettani hatás: Baktericid; sejtméreg Etanal: a)​ Triviális név: acetaldehid b)​ Fizikai tulajdonságok: Színtelen, jellegzetes szagú, szobahőmérsékleten folyadék (Fp=20,2°C!), vízben korlátlanul oldódik. c)​ Felhasználás: Régebben ezüsttükör-készítéshez. Ma vegyipari alapanyag/köztitermék pl. ecetsav, műgyanták előállításánál. Benzaldehid: a)​ Molekula: b)​ Fizikai tulajdonságok: Színtelen, keserűmandula illatú folyadék, vízben alig, szerves oldószerekben jól oldódik. c)​ Kémiai tulajdonságok: ​ Levegőn állva lassan oxidálódik, benzoesav keletkezik belőle. Nem adja a Tollens- és Fehling-próbát. d)​ Felhasználás: Illatszerek, gyógyszerek előállításához. Propénal: a)​ Triviális név: akrolein b)​ Fizikai tulajdonságok: Színtelen, folyadék, kellemetlen szagú (zsírok „odaégésekor” is emiatt érzünk kellemetlen szagot). Vízben és szerves oldószerekben is jól oldódik. c)​ Élettani hatás: Mérgező