Reakcje dehydratacjidehydratacjadehydratacji alkoholi to reakcje eliminacji, w których pojedynczy substrat rozdziela się na dwa produkty. Alkohol może przejść m.in. w alken, co jest wynikiem odłączenia cząsteczki wody.
R10iZc9NtDYf4
Mapa myśli. Lista elementów: Nazwa kategorii: Reakcje alkoholiElementy należące do kategorii Reakcje alkoholiNazwa kategorii: reakcje związane z
rozerwaniem wiązania
O-HNazwa kategorii: reakcje związane z
rozerwaniem wiązania
C-OKoniec elementów należących do kategorii Reakcje alkoholi
Mapa myśli. Lista elementów: Nazwa kategorii: Reakcje alkoholiElementy należące do kategorii Reakcje alkoholiNazwa kategorii: reakcje związane z
rozerwaniem wiązania
O-HNazwa kategorii: reakcje związane z
rozerwaniem wiązania
C-OKoniec elementów należących do kategorii Reakcje alkoholi
Rodzaje reakcji alkoholi
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Najważniejsze właściwości chemiczne alkoholi są konsekwencją struktury elektronowej grupy hydroksylowejgrupa hydroksylowagrupy hydroksylowej, przyłączonej do tetraedrycznego atomu węgla (hybrydyzacja ).
Atom tlenu (hybrydyzacja ) jest połączony wiązaniem σsigmawiązanie σsigmawiązaniem σsigma z atomem wodoru (wiązanie utworzone przez orbital atomu tlenu i orbital 1s atomu wodoru). Jest to wiązanie atomowe silnie spolaryzowane.
R3R9xrMgOMqg0
Na ilustracji przedstawiono rodzaj orbitali w cząsteczce alkoholu i hybrydyzację . Przy atomie węgla i wodoru zaznaczono delta plus, przy atomie tlenu delta minus.
Rodzaj orbitali w cząsteczce alkoholu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
Wiązanie , które jest utworzone przez hybrydę atomu węgla i hybrydę atomu tlenu, jest mniej spolaryzowane niż wiązanie . Atom tlenu dysponuje ponadto dwiema wolnymi parami elektronowymi oraz stanowi centrum nukleofilowe. Jest równocześnie zasadą Lewisazasada Lewisazasadą Lewisa. Atom węgla związany z atomem tlenu stanowi centrum elektrofilowe.
R1F0sQt0jQNt4
Reakcje alkoholi związane z rozerwaniem wiązania Ce-O
Reakcje z halogenowodorami (Ha Ce el, Ha Be er, Ha I) prowadzą do utworzenia halogenków alkilowych.
Równanie reakcji: jedna cząsteczka butanolu dodać jedna cząsteczka chlorowodoru strzałka w prawo jedna cząsteczka chlorobutanu dodać jedna cząsteczka wody, czyli ce cztery ha dziewięć o ah dodać ha ce el strzałka w prawo ce cztery ha dziewięć ce el dodać ha dwa o.
Rys.2. Równanie reakcji alkoholu z halogenowodorem (HX).
Reakcje eliminacji wody w wysokiej temperaturze i w obecności katalizatora (A el 2 O 3) prowadzą do powstawania alkenów.
Równanie pierwsze: jedna cząsteczka propanolu strzałka w prawo, nad strzałką tlenek glinu trzy ogrzewanie, jedna cząsteczka propenu dodać jedna cząsteczka wody, czyli ce trzy ha siedem o ha strzałka w prawo, nad strzałką a el dwa o trzy ogrzewanie, ce trzy ha sześć dodać ha dwa o.
Równanie drugie: jedna cząsteczka butanolu strzałka w prawo, nad strzałką tlenek glinu trzy ogrzewanie, jedna cząsteczka butenu dodać jedna cząsteczka wody, czyli ce cztery ha dziewięć o ha strzałka w prawo, nad strzałką a el dwa o trzy ogrzewanie, ce cztery ha osiem dodać ha dwa o.
Rys. 3. Równanie reakcji eliminacji wody z alkoholu w wysokiej temperaturze i w obecności katalizatora
Eliminacja cząsteczki wody zachodzi zgodnie z regułą Zajcewa.
Reakcja odwodnienia dwóch cząsteczek alkoholu w obecności kwasu Ha 2 eS O 4 prowadzi do utworzenia cząsteczki eteru (następuje zerwanie wiązania Ce O w jednej cząsteczce alkoholu i wiązania O Ha w drugiej):
Równanie reakcji: jedna cząsteczka etanolu dodać jedna cząsteczka etanolu strzałka w prawo, nad strzałką napis: kwas / ogrzewanie, jedna cząsteczka eteru dietylowego dodać jedna cząsteczka wody, czyli ce dwa ha pięć o ha dodać ce dwa ha pięć o ha strzałka w prawo, nad strzałką napis: kwas / ogrzewanie, ce dwa ha pięć dwa razy wzięte o dodać ha dwa o.
Rys. 4. Równanie reakcji odwodnienia dwóch cząsteczek alkoholu
Reakcje utleniania alkoholi
Cząsteczkę wody można odłączyć z alkoholu poprzez łagodne utlenianie podczas ogrzewania z użyciem tlenku miedzi dwa.
Równanie pierwsze: jedna cząsteczka etanolu dodać jedna cząsteczka tlenku miedzi dwa strzałka w prawo, nad strzałką napis: ogrzewanie, jedna cząsteczka etanalu dodać jedna cząsteczka miedzi dodać jedna cząsteczka wody, czyli ce dwa ha pięć o ha dodać ce u o strzałka w prawo, nad strzałką napis: ogrzewanie, ce ha trzy ce ha o dodać ce u dodać ha dwa o.
Równanie drugie: jedna cząsteczka butanolu dodać jedna cząsteczka tlenku miedzi dwa strzałka w prawo, nad strzałką napis: ogrzewanie, jedna cząsteczka butanalu dodać jedna cząsteczka miedzi dodać jedna cząsteczka wody, czyli ce cztery ha dziewięć o ha dodać ce u o strzałka w prawo, nad strzałką napis: ogrzewanie, ce cztery ha osiem o dodać ce u dodać ha dwa o.
Rys.5. Równanie reakcji łagodnego utlenienia podczas ogrzewania z użyciem tlenku miedzi dwa.
Inne reakcje z udziałem alkoholi
Alkohole mogą stanowić substrat w reakcji alkoholizy chlorków kwasowych, bezwodników kwasowych i estrów.
Do niedawna używano probierza trzeźwości, w którym wprowadzany alkohol utleniał się do kwasu pod wpływem silnego utleniacza, czyli dichromianu sześć potasu. Ta reakcja zachodzi w środowisku kwaśnym i towarzyszy jej zmiana barwy roztworu z pomarańczowej na zieloną.
Równanie reakcji: dwa ka dwa ce re dwa o siedem (nad ce er zaznaczono szósty stopień utlenienia), pod wzorem napis: pomarańczowy, dodać trzy ce ha trzy, nad ce zaznaczono minus trzeci stopień utlenienia, połączony wiązaniem pojedynczym z ce ha dwa, nad ce zaznaczono minus pierwszy stopień utlenienia, połączony wiązaniem pojedynczym z grupą o ha dodać osiem ha dwa es o cztery strzałka w prawo dwa ce er dwa otworzyć nawias okrągły es o cztery zamknąć nawias okrągły trzy razy wzięte, nad ce er zaznaczono trzeci stopień utlenienia, pod wzorem napis: zielony, dodać dwa ka dwa es o cztery dodać trzy ce ha trzy ce o o ha, nad pierwszym ce minus trzeci stopień utlenienia, nad drugim ce trzeci stopień utlenienia, dodać jedenaście ha dwa o.
Rys.6. Równanie reakcji alkoholizy
Reakcje alkoholi związane z rozerwaniem wiązania Ce-O
Reakcje z halogenowodorami (Ha Ce el, Ha Be er, Ha I) prowadzą do utworzenia halogenków alkilowych.
Równanie reakcji: jedna cząsteczka butanolu dodać jedna cząsteczka chlorowodoru strzałka w prawo jedna cząsteczka chlorobutanu dodać jedna cząsteczka wody, czyli ce cztery ha dziewięć o ah dodać ha ce el strzałka w prawo ce cztery ha dziewięć ce el dodać ha dwa o.
Rys.2. Równanie reakcji alkoholu z halogenowodorem (HX).
Reakcje eliminacji wody w wysokiej temperaturze i w obecności katalizatora (A el 2 O 3) prowadzą do powstawania alkenów.
Równanie pierwsze: jedna cząsteczka propanolu strzałka w prawo, nad strzałką tlenek glinu trzy ogrzewanie, jedna cząsteczka propenu dodać jedna cząsteczka wody, czyli ce trzy ha siedem o ha strzałka w prawo, nad strzałką a el dwa o trzy ogrzewanie, ce trzy ha sześć dodać ha dwa o.
Równanie drugie: jedna cząsteczka butanolu strzałka w prawo, nad strzałką tlenek glinu trzy ogrzewanie, jedna cząsteczka butenu dodać jedna cząsteczka wody, czyli ce cztery ha dziewięć o ha strzałka w prawo, nad strzałką a el dwa o trzy ogrzewanie, ce cztery ha osiem dodać ha dwa o.
Rys. 3. Równanie reakcji eliminacji wody z alkoholu w wysokiej temperaturze i w obecności katalizatora
Eliminacja cząsteczki wody zachodzi zgodnie z regułą Zajcewa.
Reakcja odwodnienia dwóch cząsteczek alkoholu w obecności kwasu Ha 2 eS O 4 prowadzi do utworzenia cząsteczki eteru (następuje zerwanie wiązania Ce O w jednej cząsteczce alkoholu i wiązania O Ha w drugiej):
Równanie reakcji: jedna cząsteczka etanolu dodać jedna cząsteczka etanolu strzałka w prawo, nad strzałką napis: kwas / ogrzewanie, jedna cząsteczka eteru dietylowego dodać jedna cząsteczka wody, czyli ce dwa ha pięć o ha dodać ce dwa ha pięć o ha strzałka w prawo, nad strzałką napis: kwas / ogrzewanie, ce dwa ha pięć dwa razy wzięte o dodać ha dwa o.
Rys. 4. Równanie reakcji odwodnienia dwóch cząsteczek alkoholu
Reakcje utleniania alkoholi
Cząsteczkę wody można odłączyć z alkoholu poprzez łagodne utlenianie podczas ogrzewania z użyciem tlenku miedzi dwa.
Równanie pierwsze: jedna cząsteczka etanolu dodać jedna cząsteczka tlenku miedzi dwa strzałka w prawo, nad strzałką napis: ogrzewanie, jedna cząsteczka etanalu dodać jedna cząsteczka miedzi dodać jedna cząsteczka wody, czyli ce dwa ha pięć o ha dodać ce u o strzałka w prawo, nad strzałką napis: ogrzewanie, ce ha trzy ce ha o dodać ce u dodać ha dwa o.
Równanie drugie: jedna cząsteczka butanolu dodać jedna cząsteczka tlenku miedzi dwa strzałka w prawo, nad strzałką napis: ogrzewanie, jedna cząsteczka butanalu dodać jedna cząsteczka miedzi dodać jedna cząsteczka wody, czyli ce cztery ha dziewięć o ha dodać ce u o strzałka w prawo, nad strzałką napis: ogrzewanie, ce cztery ha osiem o dodać ce u dodać ha dwa o.
Rys.5. Równanie reakcji łagodnego utlenienia podczas ogrzewania z użyciem tlenku miedzi dwa.
Inne reakcje z udziałem alkoholi
Alkohole mogą stanowić substrat w reakcji alkoholizy chlorków kwasowych, bezwodników kwasowych i estrów.
Do niedawna używano probierza trzeźwości, w którym wprowadzany alkohol utleniał się do kwasu pod wpływem silnego utleniacza, czyli dichromianu sześć potasu. Ta reakcja zachodzi w środowisku kwaśnym i towarzyszy jej zmiana barwy roztworu z pomarańczowej na zieloną.
Równanie reakcji: dwa ka dwa ce re dwa o siedem (nad ce er zaznaczono szósty stopień utlenienia), pod wzorem napis: pomarańczowy, dodać trzy ce ha trzy, nad ce zaznaczono minus trzeci stopień utlenienia, połączony wiązaniem pojedynczym z ce ha dwa, nad ce zaznaczono minus pierwszy stopień utlenienia, połączony wiązaniem pojedynczym z grupą o ha dodać osiem ha dwa es o cztery strzałka w prawo dwa ce er dwa otworzyć nawias okrągły es o cztery zamknąć nawias okrągły trzy razy wzięte, nad ce er zaznaczono trzeci stopień utlenienia, pod wzorem napis: zielony, dodać dwa ka dwa es o cztery dodać trzy ce ha trzy ce o o ha, nad pierwszym ce minus trzeci stopień utlenienia, nad drugim ce trzeci stopień utlenienia, dodać jedenaście ha dwa o.
Rys.6. Równanie reakcji alkoholizy
Źródło: GroMar Sp. z o.o. oprac. na podst.: M. Krzeczkowska, J. Loch, A. Mizera, Repetytorium chemia: Liceum - poziom podstawowy i rozszerzony, Wydawnictwo Szkolne PWN, Warszawa - Bielsko‑Biała 2010., licencja: CC BY-SA 3.0.
Słownik
dehydratacja
dehydratacja
odwodnienie; reakcja chemiczna, w której wyniku z jednej lub jednocześnie z dwóch cząsteczek związku chem. zostaje usunięta cząsteczka wody
zasada Lewisa
zasada Lewisa
teoria, wg której kwasami są jony lub cząsteczki mające niedobór elektronów, mogące reagować z jonami lub cząsteczkami zawierającymi wolne pary elektronowe
halogenki alkilowe
halogenki alkilowe
organiczne związki chemiczne, pochodne alkanów, w których jeden lub więcej atom wodoru został zastąpiony przez atom halogenu, np. fluor, chlor, brom, jod
estry
estry
związki organiczne, pochodne kwasów i alkoholi lub fenoli
grupa hydroksylowa
grupa hydroksylowa
hydroksyl; ; jednowartościowa grupa, która wchodzi w skład cząsteczek wielu związków chemicznych, jak np. nadtlenek wodoru , tlenowe kwasy nieorg. (np. azotowy(V) ); grupa funkcyjna alkoholi i fenoli oraz związków wielofunkcyjnych (np. hydroksykwasów)
reguła Zajcewa
reguła Zajcewa
Reguła sformułowana przez rosyjskiego chemika, Aleksandra Zajcewa w 1875 roku. W reakcjach eliminacji, w których powstaje wiązanie , powstają zawsze w przewadze bardziej rozgałęzione izomery. Inaczej - otrzymanym produktem głównym będzie zawsze związek posiadający największą ilość podstawników alkilowych, przyłączonych do atomu węgla przy wiązaniu podwójnym.
wiązanie σsigma
wiązanie σsigma
wiązanie chem. między atomami, utworzone przez jedną wiążącą parę elektronów; najczęściej jest wiązaniem σsigma, a we wzorach związków chemicznych przedstawia się je zwykle w postaci pojedynczej kreski, np. wiązanie między atomami węgla w cząsteczce etanu
Bibliografia
Krzeczkowska M., Loch J., Mizera A., Repetytorium chemia. Liceum - poziom podstawowy i rozszerzony, Warszawa - Bielsko‑Biała 2010.
