5. Bréf - 5. Vika. Bls. 367-378.

12.3. Alkohol

Markmið (aims) að nefna og teikna byggingu alkohola, glykóla og fenóla. Að greina milli primer, sekunder og tertier alkohola. Þekkja notkun algengra alkohola.

Alkohol eru efnasambönd þar sem vetnisatóm vatnssameindar hefur verið skipt út með kolvetniskeðju eða hring. Virki hópurinn (functional group) –OH hópurinn er gjarnan kallaður hydroxyl hópur. Í lífrænni efnafræði er táknið R oft notað fyrir einhverja kolvetniskeðju eða hring og þess vegna er almenn formúla alkohola eins og hún er neðst á bls. 367.

Alifatiskum alkoholum er gjarnan raðað af efnafræðingum í flokka eftir byggingu. Sé kolefnisatómið er tengist OH hópnum aðeins tengt einu öðru kolefnisatómi nefnist það primert alkohol (1° þ.e. fyrstu gráðu alkohol), sé kolefnisatómið er tengist OH hópnum tengt tveimur öðrum kolefnisatómum nefnist það sekundert alkohol (2° þ.e. annarar gráðu alkohol) og sé kolefnisatómið er tengist OH hópnum tengt þremur öðrum kolefnisatómum nefnist það tertiert alkohol (3° þ.e. þriðju gráðu alkohol). Sjá bls. 368 efst. Sjá example 12.5.

1°, 2° og 3° alkohol frá vinstri til hægri hér að neðan:

Nafnakerfi alkohola er rökrétt framhald af nafnakerfi því sem við þekkjum en þar sem OH hópurinn (hydroxyl) er sk. virkur hópur breytist endingin og verður –ól. Að sjálfsögðu þarf að gefa upp staðsetningu alkoholhópsins. Alkohol er ofar í “goggunarröðinni” en annað er við höfum lært til þessa og því númerum við alltaf þaðan sem styst er í alkoholhóp.

CH₃-CH₂-CH₂OH heitir þá 1-própanól eða própan-1-ól. Séu alkoholhóparnir tveir kallast það díol, þrír tríol og þannig koll af kolli. CH₂OH-CHOH-CH₃ myndi heita 1,2-própandíol eða própan-1,2-díól.

2-própanól og 1,2-própandíól:

Á blaðsíðu 369 eru sýnd nokkur dæmi um nafngiftir alkohola. Skoðið þessar myndir mjög vel einnig nöfnin innan sviga. Þetta eru öll alifatisk alkohol. Þið þurfið að kunna að gefa nöfn eins og sýnt er þarna (en þið þurfið ekki að kunna nöfnin innan sviganna þau eru hins vegar algeng og þá vitið þið hvar á að slá þeim upp í bókinni).

Dæmi: 2-própanól kallast á ensku isopropyl alcohol en á íslensku er það jafnan kallað ísoprópanól, 1,2,3-própantríol kallast aldrei neitt annað á íslensku en glyseról.

Leysið practice excercise 12.5 (gefa nöfn) og 12.6 (flokkun).

Alkohol eru mjög mikilvægur flokkur efna í iðnaði sem á rannsóknarstofum og í kaflanum Uses of alcohols bls 369-370 eru tekin nokkur dæmi um notkun alkohola ss. etandíols sem frostlögs, isopropanóls i heimahúsum, etanóls sem í drykkjarföngum, skaðsemi þess á meðgöngu og metanól eða tréspíra sem veldur blindu. Það er alveg þess virði að lesa þennan kafla.

Phenól eða fenól eru sýnd á bls 370 neðst. Fenól er efnasamband þar sem hydroxyl hópur er tengdur beint við bensenhring. Það gilda sömu nafnareglur um fenól, þ.e. að númera alltaf frá alkoholhópnum, hann er no. 1 á hring.

Fenól

Fenól voru afskaplega mikið notuð á spítölum og víðar en fljótlega kom í ljós að það er eitrað og flokkað sem slíkt samkvæmt reglugerð no. 236 frá 1990 með síðari tíma breytingum, fylgiskjal 1. Það er hins vegar enn notað í munnskol og þess háttar enda sé styrkurinn lítill eða 1,5%. BHT (bls.370n) er mikið notað í dag sem rotvarnarefni, bæði í plastefni og matvæli.

12.4. Making alchohol - Að búa til alkohol

Markmið kaflans er að sýna hvernig við búum til alkohol með álagningarhvörfum eða displacement hvörfum (tegund skiptihvarfa).

a) Hægt er að búa til alkohol með álagningarhvörfum (addition) sem að fara að reglu Markovnikovs (hydration). Venjulega þarf sýru sem hvata (catalyst) sem oftast er táknuð með [H⁺] en stundum sem einstakar sýrur ss. H₂SO₄, HCl....

CH₂=CH-CH₃ + H₂O [H+] ® CH₃-CHOH-CH₃ (aðalmyndefni) og aukamyndefnið þá 1- própanól

H-in fara þangað sem þau eru flest fyrir á kolefnisatómum tvítengis og þau eru flest á kolefni no. 1,2 stk. Dæmi:

Myndefnin: aðal (major) 2-própanól og auka (minor) 1-própanól

b) Einnig er hægt að búa til alkohol með displacement hvörfum sem er svokallað SN₂ hvarf sem þessi bók minnist því miður afar lítið á. Þá skiptir hydroxið jón (OH-) út halogenatómi eins og sýnt er neðst á bls. 372 og á bls. 373.

CH₃Br + NaOH [vatn, 100°C]® CH₃OH + NaBr

Hvarfist gerist gjarnan við u.þ.b. 100°C. Við hærri hita og sé vatnið fjarlægt myndast frekar alken. Í prinsippinu sparkar OH hópurinn Br burtu http://www.hschickor.de/sn2.htm

Hvarfið(smá hnökrar í þessu)

Verður

Bensenhringurinn er ekki eins gjarn á að hvarfast og því þarf bæði þrýsting og meiri hita til þess að búa til fenól eins og sýnt er á bls. 373 fyrir ofan kafla 12.5

12.5 Elimination reactions – Fráhvörf

Fráhvörf eru öfug álagningarhvörf, þ.e. að búa til alken. Almennt form þeirra er sýnt neðst á bls. 373. Það er um þrjár gerðir að ræða dehydrohalogenation, dehydration og dehalogenation. Myndir af þessum hvörfum eru sýndar á blaðsíðu 374, skoðið þær jafnóðum

a) Dehydrohalogenation er þegar vetnishalíð, t.d. HBr, er fjarlægt og tvítengi myndað milli kolefnisatómanna.

b) Dehydration er þegar vatn, H₂O, er fjarlægt af alkoholum, þ.e. H af einu C-atómi og OH af því næsta og eftir stendur alken.

Óblönduð brennisteinssýra er oft notuð til þessa enda er hún mjög öflug við að fjarlægja vatn. Sé sykurmoli, bómull eða húð sett í óblandaða brennisteinssýru, fjarlægir hún vatnssameindir úr byggingunni og skilur eftir kolefnisgrindina eina, því verður sykurmolinn eða bómullarhnoðrinn að svörtum kolamola.

c) Dehalogenation er þegar tvö halogenatóm eru fjarlægð af tveimur kolefnisatómum er liggja hlið við hlið svo eftir standi tvítengi. Þetta er gert með hjálp sinks (Zn).

Hreint sink(Zn) er sett með hvarfefninu

Nú liggur væntanlega ljóst fyrir að verði fráhvörfin inni í miðri keðju í dehydration eða dehydrohalogenation þá eru tveir möguleikar í stöðunni alveg eins og var með Markovnikov og álagninguna. Til þess að spá fyrir um myndefni fráhvarfa notum við reglu Sayttzeffs sem segir að aðalmyndefni fráhvarfa sé alken með mesta fjölda kolefnisatóma tengdan kolefnisatómum tvítengisins.

Ø CH₃-CHOH CH₂-CH₃ [H₂SO₄, 180°C] ® CH₃-CH=CH-CH₃ (aðalamyndefni) tvö kolefnisatóm tengd kolefnisatómum tvítengisins.

Eða aðalmyndefnið teiknað svona:

Ø CH₃-CHOH CH₂-CH₃ [H₂SO₄, 180°C] ® CH₂=CH-CH₂-CH₃ (aukamyndefni) eitt kolefnisatóm tengt beint við kolefnisatóm tvítengis.

Ø

Leysið nú practíce excercise 12.7 í c lið tveir möguleikar, aðalmyndefni og aukamyndefni.

12.6. Alkoxid

Alkoxid eru nokkuð sérstakur flokkur efna þar sem þau eru venjulega til í skamman tíma sem milliefni í framleiðslu. Hafi menn góðan grunn má sjá í kaflanum sýru/basa hvörf. Natrium (sodium) hvarfast kröftuglega við vatn og þar sem alkohol hafa OH hóp hvarfast Natrium einnig við alkohol og myndar mjög sterkan basa er nefnist alkoxid.

2CH₃OH + 2Na ® 2CH₃O^- + 2Na⁺ + H₂ .

Takið eftir að natrium er vetnislosandi þ.e. vetnisgas myndast. Hægt er að láta alkoxid hvarfast áfram og mynda t.d. eter.

12.7 Eter

Markmið kaflans er að nefna og teikna byggingaformúlu etera ásamt að sýna hvernig hægt er að búa til eter út frá halogenalkana og alkoxidjón.

Eter er eiginlega tvær kolefniskeðjur tengdar saman með súrefnisbrú. Bókin kallar það svo að báðum vetnisatómum vatns sé skipt út með kolvetniskeðjum. Eterar eru hálfgerð olnbogabörn í nafnakerfinu. Nýjasta IUPAC kerfið sem ekki er kynnt í bókinni gerir ráð fyrir etertengi sem forskeyti (hliðarhópskerfið), gamla kerfið sem enn er mikið notað byggist að nefna sitt hvora keðjuna sem alkyl hóp og smella svo eter við í lokin. Kíkjum á dæmi. (sjá annars bls 376)

Ø CH₃-CH₂-O-CH₂-CH₃ díetyleter eða etoxyetan eða svona

Ø CH₃-O-CH₂-CH₂-CH₃ metylprópyleter eða metoxyprópan

Ø CH₃-O-CH₂-CH₂-CH₂OH Hér er eingöngu hægt að nota nýju gerðina 3-metoxy-1-própanól (3-metoxyprópan-1-ól)

Á blaðsíðu 378 efst er sýnt hvernig má búa til eter út frá halogenalkana og natriumetoxid (alkoxid). Þessi aðferð er betur þekkt undir nafninu Williamssons aðferð.

Á sömu síðu eru nefndir til sögunnar heterocykliskir eterar (heterocyclic = hringur er hefur önnur frumefni en kolefni). Þetta eru fræg nöfn sem gott er að vita hvar standa í bókinni. Þetta er ákaflega mikilvægt í efnafræði 413 í sykrunum.

Neðst á 378 er flokkur efna sem mikið er notaður við límingar, “plaststeypu” og málningu. Þetta eru svokölluð epoxid. Þau eru mjög óstöðug (mikil spenna í þríhyrningnum) og hvarfgjörn, mun hvarfgjarnari en aðrir eterar og hvarfast m.a. við lítillega sýrt vatn og myndar etandíol. Neðst á þessari síðu er morðsögunni frá fyrstu síðu kaflans fylgt eftir.

Almennt má segja að alkohol hafi hæstu suðumörkin sé miðað við sama mólmassa, vegna vetnistengja sín á milli, mun hærri en sambærilegir eterar eða halogenalkanar.

Ø Leysið nú dæmi 21, 23 og 27. Í 21 á að teikna eða gefa nöfn. Í 23 á að flokka efnin í 22 í 1° 2°og 3° alkohol. 23 á að teikna og nefna myndefni

Skilaverkefni og vefæfing

Ø Slóðin á vefæfinguna er:

http://thor.vma.is/kennsla/efn363/efn36303a.htm

Ø Skiladæmi

1. Hvað heita þessi efni?

a)

b)

c)

d)

2. Segið til um hvort alkoholin í liðum a,b&c í 1. dæmi séu 1°, 2° eða 3°

3. Ljúkið efnahvörfunum. Skrifið aðalmyndefni þar sem þarf á við og sendið mér nöfnin.

a)

b)

c)

d) Hvaða efni myndast þegar 1,2-díbrómoetan hvarfast við Zn?