Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki
bg‑green

Podział alkoholi

Alkohole to związki o wzorze ROH, gdzie R to grupa alkilowa. W zależności od rzędowości atomu węgla, z którym połączona jest grupa wodorotlenowa, rozróżnia się alkohole:

Czy z przedstawionych alkoholi można usunąć wodę?

bg‑green

Przypadkowe odkrycie

1787 roku angielski chemik Joseph Priestley [czyt. pri:stli] przeprowadził po raz pierwszy reakcję eliminacjireakcja eliminacjireakcję eliminacji cząsteczki wody z alkoholu etylowego. Odkrycie okazało się być przypadkowe i chemik początkowo nie potrafił wyjaśnić, w jaki sposób otrzymał z alkoholu węglowodór nienasycony (eten).

W jaki sposób można wyjaśnić ten proces?

1
Polecenie 1

Spróbuj wyjaśnić odkrycie Priestley’a. Na podstawie zgromadzonego sprzętu i odczynników, wykonaj doświadczenie, w którym sprawdzisz warunki, w jakich alkohol etylowy może zostać odwodniony. Zaproponuj hipotezę oraz rozwiąż problem badawczy. W trakcie doświadczenia zanotuj obserwacje, a następnie zweryfikuj hipotezę i sformułuj wnioski. Zapisz równania reakcji i podaj nazwy produktów organicznych.

Ważne!

Pamiętaj o zachowaniu środków ostrożności i wykonywaniu doświadczenia w okularach ochronnych. Przed przystąpieniem do pracy, zapoznaj się z kartami charakterystyk substancji wykorzystanych w doświadczeniu. W razie wątpliwości skorzystaj z podpowiedzi do zadania.

R19suVtcYofJV
Problem badawczy Dehydratacja alkoholu etylowego. Hipoteza (Uzupełnij). Sprzęt - dwie probówki, - statyw (2 szt.), - łapa (2 szt.), - palnik, - krystalizator, - korek z rurką odprowadzającą. Odczynniki - roztwór wody bromowej, - alkohol etylowy, - woda, - tlenek glinu. Obserwacje (Uzupełnij). Wnioski (Uzupełnij).
R1RzOnLLQw6R1
(Uzupełnij).
bg‑green

Dehydratacja alkoholi

Dehydratację alkoholidehydratacja alkoholuDehydratację alkoholi alifatycznych można przeprowadzić na dwa sposoby:

  • używając tlenku glinu jako katalizatora. W tym przypadku pary alkoholu są przepuszczane nad rozgrzanym tlenkiem glinu.

R1brYrGfPMA0T
Zestaw do otrzymywania etenu w reakcji chemicznej odwadniania alkoholu etylowego
Źródło: GroMar Sp. z o. o. na podstawie: Piotr Jagodziński, Robert Wolski, Aspekty Metodyczne eksperymentów chemicznych, Szkoła ponadgimnazjalna, Nowa podstawa Programowa, cz. 2, Warszawa, 2013., licencja: CC BY-SA 3.0.
  • stosując stężone kwasy jak kwas siarkowy(VI) lub fosforowy(V). Kwas wraz z alkoholem jest ogrzewany do wysokiej temperatury, na skutek czego woda odłącza się od cząsteczki alkoholu.

RQc224t8m2Il1
Zestaw do otrzymywania etenu przez odwodnienie etanolu kwasem siarkowym(<math aria‑label="sześć">VI). Wodorotlenek sodu pełni rolę absorbenta wydzielających się tlenków siarki i zanieczyszczeń.
Źródło: GroMar Sp. z o. o. na podstawie: Piotr Jagodziński, Robert Wolski, Aspekty Metodyczne eksperymentów chemicznych, Szkoła ponadgimnazjalna, Nowa podstawa Programowa, cz. 2, Warszawa, 2013., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑green

Mechanizm dehydratacji

Dehydratacja alkoholi jest jedną z reakcji eliminacji, w której pojedynczy substrat (alkohol) zostaje rozdzielony na dwa produkty. Innymi słowy alkohol przechodzi w alken, a produktem ubocznym reakcji dehydratacji jest woda. Poniżej przedstawiono mechanizm dehydratacji alkoholu.

R1Yk5gNKT3Yg4
Etap 1 W pierwszym etapie dochodzi do protonowania cząsteczki alkoholu, na skutek oderwania protonu z cząsteczki kwasu siarkowego(VI). Powstaje forma uprotonowana. Ilustracja przedstawiająca pierwszy etap mechanizmu dehydratacji alkoholu z udziałem kwasu siarkowego(VI). Fragment cząsteczki alkoholu, którą stanowią dwa atomy węgla połączone są ze sobą kreską oznaczającą wiązanie pojedyncze podstawione są odpowiednio - pierwszy atomem wodoru i drugi grupą hydroksylową OH, w której przy atomie tlenu zaznaczono dwie wolne pary elektronowe w postaci dwóch par kropek. Oprócz tego od atomów węgla odchodzą po dwa wiązania pojedyncze z nieokreślonymi podstawnikami. Strzałka w prawo, strzałka w lewo. Nad strzałkami H2SO4. Od wolnej pary elektronowej grupy hydroksylowej w cząsteczce alkoholu poprowadzono łukowatą strzałkę do atomu wodoru w cząsteczce H2SO4. Za strzałkami znajduje się produkt pierwszego etapu zbudowany z dwóch atomów węgla połączonych za pomocą wiązania pojedynczego, od każdego z nich odchodzą po dwa wiązania pojedyncze z nieokreślonymi podstawnikami. Oprócz tego, pierwszy z atomów węgla podstawiony jest atomem wodoru, a drugi atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim i posiadającym jedną wolną parę elektronową. Jest on związany z dwoma atomami wodoru., Etap 2 W uprotonowanym alkoholu dochodzi do oderwania cząsteczki wody. Para elektronowa wiązania węgiel-tlen odchodzi z obojętną cząsteczką wody, a na atomie węgla powstaje ładunek dodatni. Powstały karbokation może ulec przegrupowaniu do karbokationu stabilniejszego (o wyższej rzędowości). Ilustracja przedstawiająca drugi etap mechanizmu dehydratacji alkoholu z udziałem kwasu siarkowego(VI). Produkt pierwszego etapu zbudowany jest z dwóch atomów węgla połączonych za pomocą wiązania pojedynczego, od każdego z nich odchodzą po dwa wiązania pojedyncze z nieokreślonymi podstawnikami. Oprócz tego, pierwszy z atomów węgla podstawiony jest atomem wodoru, a drugi atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim i posiadającym jedną wolną parę elektronową. Atom ten związany jest z dwoma atomami wodoru. Od wiązania wiążącego drugi atom węgla z atomem tlenu obdarzonym ładunkiem dodatnim i związanym z dwoma atomami wodoru poprowadzono łukowatą strzałkę do atomu tlenu obdarzonego ładunkiem dodatnim. Strzałka w prawo, strzałka w lewo, za strzałkami cząsteczka wody H2O, w której atom tlenu posiada dwie wolne pary elektronowe. Oraz drugi produkt - karbokation zbudowany z dwóch atomów węgla połączonych za pomocą wiązania pojedynczego, od obu z nich odchodzą po dwa wiązania pojedyncze z nieokreślonymi podstawnikami. Pierwszy atom węgla związany jest z atomem wodoru, a drugi obdarzony jest ładunkiem dodatnim., Etap 3 Na skutek solwatacji przez cząsteczki wody protonowanego alkoholu, następuje dysocjacja i odłączenie protonu sąsiadującego z atomem węgla posiadającym ładunek dodatni. W wyniku tego procesu dochodzi utworzenia wiązania podwójnego węgiel-węgiel, a dzięki temu tworzy się alken. Ilustracja przedstawiająca trzeci etap mechanizmu dehydratacji alkoholu z udziałem kwasu siarkowego(VI). Produkt drugiego etapu - karbokation zbudowany dwóch atomów węgla połączonych za pomocą wiązania pojedynczego, od obu z nich odchodzą po dwa wiązania pojedyncze z nieokreślonymi podstawnikami. Pierwszy atom węgla związany jest z atomem wodoru, a drugi obdarzony jest ładunkiem dodatnim. Obok znajduje się cząsteczka wody z zaznaczonymi dwiema wolnymi parami elektronowymi, od jednej z nich poprowadzona jest łukowata strzałka do atomu wodoru przy pierwszym atomie węgla w karbokationie. Drugą łukowatą strzałkę poprowadzono od wiązania łączącego wspomniany atom wodoru z atomem węgla w karbokationie do centrum karbokationowego, to jest do atomu węgla obdarzonego ładunkiem dodatnim. Strzałka w prawo, strzałka w lewo, za strzałkami cząsteczka alkenu zbudowanego z dwóch atomów węgla połączonych za pomocą wiązania podwójnego, od każdego z nich ponadto odchodzą po dwa wiązania pojedyncze z nieokreślonymi podstawnikami. Dodać jon hydroniowy H3O+.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Ważne!

Reakcja dehydratacji przebiega zgodnie z regułą Zajcewa, która mówi, że atom wodoru odrywa się od atomu węgla związanego z mniejszą liczbą atomów wodoru. Przykładowo:

RXwRmyEi03GBO
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Względna reaktywność alkoholi w reakcji dehydratacji jest uszeregowana następująco:

metanol < alkohol 1° < alkohol 2° < alkohol 3°

A zatem im wyżej rzędowy alkohol, tym łatwiej zachodzi dehydratacja. Wraz ze wzrostem podstawienia atomu węgla, zawierającego grupę hydroksylową, zmniejsza się również wymagany zakres temperatur reakcji:

  • 1° alkohol: 170-180°C;

  • 2° alkohol: 100-140°C;

  • 3° alkohol: 25-80°C.

Ciekawostka

Wiele lat po odkryciu Priestley’a wykazano, że w obecności tlenku glinu – w zależności od temperatury – mogą powstawać również inne produkty. Jeśli reakcja jest prowadzona w temperaturze niższej, niż jest to wymagane, alkohole nie odwadniają się, a reagują ze sobą, tworząc etery. Poprzez działanie stężonym kwasem siarkowym(VI) na alkohol etylowy w temperaturze 140°C, można otrzymać eter dietylowy.

RaNPJHDQae9iU
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Alkohol etylowy, jako alkohol pierwszorzędowy, wymaga temperatury w granicach 170°C, aby powstał z niego alken.

Słownik

reakcja eliminacji
reakcja eliminacji

(łac. eliminare „usuwać”) proces polegający na oderwaniu od sąsiadujących atomów węgla dwóch atomów lub grup atomów bez zastąpienia ich innymi podstawnikami, w wyniku czego rośnie krotność wiązania

dehydratacja alkoholu
dehydratacja alkoholu

(gr. deltaomegarho „woda”) odwodnienie; reakcja chemiczna, w której wyniku z cząsteczki alkoholu zostaje usunięta cząsteczka wody

karbokation
karbokation

(łac. carbo „węgiel”, gr. katiṓn „idący w dół”) jon karboniowy, kation org., w którym dodatni ładunek wywołany deficytem elektronów jest zlokalizowany na atomie węgla

katalizator
katalizator

(gr. katálysis „rozłożenie”) substancja, która zwiększa szybkość, z jaką reakcja chemiczna osiąga stan równowagi, przy czym sama się jednak nie zużywa

rzędowość atomu węgla
rzędowość atomu węgla

określa liczbę atomów węgla, z którymi połączony jest dany atom węgla; I-rzędowy atom węgla połączony jest z tylko jednym atomem węgla; II-rzędowy atom węgla połączony jest z dwoma atomami węgla itd.

Bibliografia

Encyklopedia PWN

Jagodziński P., Wolski R., Aspekty Metodyczne eksperymentów chemicznych, Szkoła ponadgimanacjalna, Nowa podstawa Programowa, cz. 2, Warszawa 2013.

McMurry J., Chemia organiczna, cz. 2, Warszawa 2010.

Morrison R. T., Boyd R. N., Chemia organiczna, t. 1, Warszawa 1985.