Најважније из лекције
Физичка својства: Због водоничних веза, алкохоли имају знатно више \(T_\text{кљ}\) од алкана. Растворљивост у води опада са дужином неполарног угљоводоничног низа.
Оксидација: Примарни \(\rightarrow\) алдехиди \(\rightarrow\) карбоксилне киселине; Секундарни \(\rightarrow\) кетони; Терцијарни се не оксидују благо.
Киселост и алкохолати: Алкохоли су слабије киселине од воде. Са \(\text{Na}\)/\(\text{K}\) дају алкохолате (\(\text{R-O}^-\text{Na}^+\)), чија је водена средина базна због хидролизе.
Дехидратација: На нижој температури (\(\approx 130\,^\circ\text{C}\)) настају етри (интермолекулска), а на вишој (\(\approx 180\,^\circ\text{C}\)) алкени (интрамолекулска). Лакоћа реакције: \(3^\circ > 2^\circ > 1^\circ\).
Естерификација: Алкохол + киселина \(\rightleftharpoons\) естар + вода.
Лукасов тест: Терцијарни реагују тренутно, секундарни после \(\approx 5\text{ min}\), примарни не реагују на собној температури.
Оксидација: Примарни \(\rightarrow\) алдехиди \(\rightarrow\) карбоксилне киселине; Секундарни \(\rightarrow\) кетони; Терцијарни се не оксидују благо.
Киселост и алкохолати: Алкохоли су слабије киселине од воде. Са \(\text{Na}\)/\(\text{K}\) дају алкохолате (\(\text{R-O}^-\text{Na}^+\)), чија је водена средина базна због хидролизе.
Дехидратација: На нижој температури (\(\approx 130\,^\circ\text{C}\)) настају етри (интермолекулска), а на вишој (\(\approx 180\,^\circ\text{C}\)) алкени (интрамолекулска). Лакоћа реакције: \(3^\circ > 2^\circ > 1^\circ\).
Естерификација: Алкохол + киселина \(\rightleftharpoons\) естар + вода.
Лукасов тест: Терцијарни реагују тренутно, секундарни после \(\approx 5\text{ min}\), примарни не реагују на собној температури.
Хидроксилна група (\(-\text{OH}\)) омогућава стварање водоничних веза између молекула алкохола, као и између молекула алкохола и молекула воде. То узрокује знатно више температуре кључања и топљења алкохола у поређењу са алканима сличне молекулске масе.
| Једињење | Молекулска маса (\(M_r\)) | Агрегатно стање (\(25\,^\circ\text{C}\)) | Температура кључања | Растворљивост у води |
|---|---|---|---|---|
| Метанол (\(\text{CH}_3\text{OH}\)) | 32 | течно | \(65\,^\circ\text{C}\) | меша се у свим односима |
| Етан (\(\text{C}_2\text{H}_6\)) | 30 | гасовито | \(-89\,^\circ\text{C}\) | практично нерастворљив |
| Етанол (\(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}\)) | 46 | течно | \(78\,^\circ\text{C}\) | меша се у свим односима |
| Пропан (\(\text{C}_3\text{H}_8\)) | 44 | гасовито | \(-42\,^\circ\text{C}\) | практично нерастворљив |
Утицај структуре на физичка својства:
- Агрегатно стање: Алкохоли до 11 \(\text{C}\)-атома су течности, а са више од 11 \(\text{C}\)-атома су чврсте супстанце.
- Температура кључања изомера: Примарни алкохоли имају више температуре кључања од секундарних и терцијарних изомера због мањег просторног ометања при грађењу водоничних веза: \[ \text{T}_\text{кљ}(\text{примарни}) > \text{T}_\text{кљ}(\text{секундарни}) > \text{T}_\text{кљ}(\text{терцијарни}) \]
- Растворљивост у води: Опада са порастом броја \(\text{C}\)-атома, јер преовладава неполарни (хидрофобни) део молекула.
Поређај следеће алкохоле према растућој температури кључања: 1-бутанол, 2-метил-2-пропанол, 2-бутанол.
Терцијарни алкохоли граде најслабије интермолекулске водоничне везе због просторног засенења, затим секундарни, док примарни граде најјаче везе:
\[ \text{2-метил-2-пропанол } (3^\circ) < \text{2-бутанол } (2^\circ) < \text{1-бутанол } (1^\circ) \]
Производи благе оксидације алкохола (помоћу \(\text{KMnO}_4\), \(\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7\) или \(\text{CrO}_3\)) зависе од класе алкохола.
1. Примарни алкохоли оксидују се у алдехиде, а даљом оксидацијом у карбоксилне киселине:
\[ \text{R-CH}_2\text{OH} \xrightarrow{\text{[O]}} \text{R-CHO} \xrightarrow{\text{[O]}} \text{R-COOH} \]
Пример дехидрогенизације: \(\text{R-CH}_2\text{OH} \xrightarrow{\text{Cu}, \Delta} \text{R-CHO} + \text{H}_2\)
2. Секундарни алкохоли оксидују се до кетона:
\[ \text{R-CH(OH)-R'} \xrightarrow{\text{[O]}} \text{R-CO-R'} \]
3. Потпуно сагоревање алкохола даје угљеник(IV)-оксид и воду:
\[ 2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 6\text{O}_2 \longrightarrow 4\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \]
Алко-тест: Заснива се на оксидацији етанола калијум-дихроматом до сирћетне киселине, при чему долази до промене боје из наранџасте (\(\text{Cr}^{6+}\)) у зелену (\(\text{Cr}^{3+}\)).
Напиши једначину оксидације 2-пропанола.
2-пропанол је секундарни алкохол, па његовом оксидацијом настаје ацетон (пропанон):
\[ \text{CH}_3\text{-CH(OH)-CH}_3 \xrightarrow{\text{[O]}} \text{CH}_3\text{-CO-CH}_3 + \text{H}_2\text{O} \]
Алкохоли су изузетно слабе киселине (слабије од воде). Не дисосују у води, не мењају боју лакмуса и не реагују са неорганским базама попут \(\text{NaOH}\).
Реакција са изразитим (алкалним) металима у безводној средини даје соли – алкохолате (алкоксиде) уз издвајање водоника:
\[ 2\text{R-OH} + 2\text{Na} \longrightarrow 2\text{R-O}^-\text{Na}^+ + \text{H}_2 \uparrow \]
Пример: \(2\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 2\text{Na} \longrightarrow 2\text{C}_2\text{H}_5\text{O}^-\text{Na}^+ + \text{H}_2\) (натријум-етанолат / натријум-етоксид)
Хидролиза алкохолата: Пошто су соли јаке базе и веома слабе киселине, алкохолати лако хидролизују и њихови водени раствори су базни (боје црвени лакмус у плаво):
\[ \text{C}_2\text{H}_5\text{O}^- + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + \text{OH}^- \]
Колика се запремина водоника (при н. у.) ослобађа у реакцији \(0,2\text{ mol}\) метанола са вишком натријума?
Једначина реакције:
\[ 2\text{CH}_3\text{OH} + 2\text{Na} \longrightarrow 2\text{CH}_3\text{O}^-\text{Na}^+ + \text{H}_2 \]
Из стехиометријског односа: \(n(\text{H}_2) = \frac{1}{2} n(\text{CH}_3\text{OH}) = \frac{0,2\text{ mol}}{2} = 0,1\text{ mol}\).
\[ V(\text{H}_2) = n \cdot V_m = 0,1\text{ mol} \cdot 22,4\text{ dm}^3/\text{mol} = 2,24\text{ dm}^3 \]
Естерификација је реакција алкохола са карбоксилним или минералним (неорганским) кисеоника садржећим киселинама, при чему настају естри и вода.
1. Добијање органских естара (у присуству киселог катализатора, \(\text{H}^+\)):
\[ \text{R-COOH} + \text{R'-OH} \xrightleftharpoons{\text{H}^+} \text{R-COOR'} + \text{H}_2\text{O} \]
Пример: \(\text{CH}_3\text{COOH} + \text{C}_2\text{H}_5\text{OH} \xrightleftharpoons{\text{H}^+} \text{CH}_3\text{COOC}_2\text{H}_5 + \text{H}_2\text{O}\) (етил-етаноат)
2. Добијање неорганских естара (реакција са \(\text{HNO}_3\), \(\text{H}_2\text{SO}_4\), \(\text{H}_3\text{PO}_4\)):
\[ \text{R-OH} + \text{HO-NO}_2 \rightleftharpoons \text{R-O-NO}_2 + \text{H}_2\text{O} \quad (\text{алкил-нитрат}) \]
Фосфодиестарске везе које чине окосницу молекула ДНК и РНК јесу естарске везе између фосфорне киселине и алкохолних група шећера.
Вилијамсонова синтеза етара: Нуклеофилна супституција алкохолата са халогеналканима (служи за добијање симетричних и мешовитих етара):
\[ \text{R-O}^-\text{Na}^+ + \text{R'-X} \longrightarrow \text{R-O-R'} + \text{NaX} \]
Пример: \(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{ONa} + \text{CH}_3\text{Cl} \longrightarrow \text{CH}_3\text{CH}_2\text{-O-CH}_3 + \text{NaCl}\)
Дехидратација алкохола у присуству \(\text{H}_2\text{SO}_4\):
- Интермолекулска дехидратација (нижа температура, око \(130-140\,^\circ\text{C}\)) \(\longrightarrow\) етар: \[ 2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} \xrightarrow[130\,^\circ\text{C}]{\text{H}_2\text{SO}_4} \text{CH}_3\text{CH}_2\text{-O-CH}_2\text{CH}_3 + \text{H}_2\text{O} \]
- Интрамолекулска дехидратација (виша температура, око \(170-180\,^\circ\text{C}\)) \(\longrightarrow\) алкен: \[ \text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} \xrightarrow[180\,^\circ\text{C}]{\text{H}_2\text{SO}_4} \text{CH}_2\text{=CH}_2 + \text{H}_2\text{O} \]
Редослед лакоће дехидратације алкохола:
\[ \text{терцијарни } (3^\circ) > \text{секундарни } (2^\circ) > \text{примарни } (1^\circ) \]
Хидроксилна група се у реакцији са концентрованим халогеноводоничним киселинама (\(\text{HX}\)), фосфор-халогенидима (\(\text{PCl}_3, \text{PCl}_5\)) или тионил-хлоридом (\(\text{SOCl}_2\)) замењује халогеном:
\[ \text{R-OH} + \text{HBr (конц.)} \longrightarrow \text{R-Br} + \text{H}_2\text{O} \]
\[ \text{R-OH} + \text{SOCl}_2 \longrightarrow \text{R-Cl} + \text{SO}_2 + \text{HCl} \]
Лукасов тест: Реагенс садржи раствор \(\text{ZnCl}_2\) у концентрованој \(\text{HCl}\). Служи за разликовање примарних, секундарних и терцијарних алкохола на основу брзине супституције:
- Терцијарни алкохоли (\(3^\circ\)): Реагују тренутно уз замућење раствора (издваја се нерастворни алкил-хлорид).
- Секундарни алкохоли (\(2^\circ\)): Реагују спорије, замућење се јавља након неколико минута (\(\approx 5\text{ min}\)).
- Примарни алкохоли (\(1^\circ\)): Не реагују на собној температури (раствор остаје бистар).
Како се помоћу Лукасовог теста могу разликовати 1-бутанол и 2-метил-2-пропанол?
2-метил-2-пропанол је терцијарни алкохол и са Лукасовим реагенсом даје тренутно замућење раствора. 1-бутанол је примарни алкохол и на собној температури не долази до замућења.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (лак): Зашто етанол има знатно вишу температуру кључања (\(78\,^\circ\text{C}\)) од пропана (\(-42\,^\circ\text{C}\)), иако имају сличне релативне молекулске масе (\(M_r(\text{етанол})=46\), \(M_r(\text{пропан})=44\))?
Етанол садржи поларну хидроксилну групу (\(-\text{OH}\)) која омогућава формирање јаких међумолекулских водоничних веза. Пропан је неполаран алкан између чијих молекула делују само слабе дисперзионе (ван дер Валсове) силе, због чега му је потребно знатно мање топлотне енергије за прелазак у гасовито стање.
Задатак 2 (средњи): Напиши једначине хемијских реакција за:
а) дехидратацију етанола на \(180\,^\circ\text{C}\) у присуству концентроване сумпорне киселине,
б) реакцију етанола са сирћетном (етанском) киселином у присуству киселог катализатора.
а) дехидратацију етанола на \(180\,^\circ\text{C}\) у присуству концентроване сумпорне киселине,
б) реакцију етанола са сирћетном (етанском) киселином у присуству киселог катализатора.
а) На \(180\,^\circ\text{C}\) одвија се интрамолекулска дехидратација:
\[ \text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-OH} \xrightarrow[180\,^\circ\text{C}]{\text{H}_2\text{SO}_4} \text{CH}_2\text{=CH}_2 + \text{H}_2\text{O} \]
б) Реакција естерификације:
\[ \text{CH}_3\text{COOH} + \text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} \xrightleftharpoons{\text{H}^+} \text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3 + \text{H}_2\text{O} \]
Задатак 3 (средњи): Колико је грама метанола потребно за реакцију са калијумом да би се ослободило \(112\text{ cm}^3\) водоника (мерено при нормалним условима)? (\(M_r(\text{CH}_3\text{OH}) = 32\))
1. Претварање запремине у количину супстанце:
\[ V(\text{H}_2) = 112\text{ cm}^3 = 0,112\text{ dm}^3 \]
\[ n(\text{H}_2) = \frac{0,112\text{ dm}^3}{22,4\text{ dm}^3/\text{mol}} = 0,005\text{ mol} \]
2. Једначина реакције:
\[ 2\text{CH}_3\text{OH} + 2\text{K} \longrightarrow 2\text{CH}_3\text{O}^-\text{K}^+ + \text{H}_2 \]
3. Стехиометријски однос:
\[ n(\text{CH}_3\text{OH}) = 2 \cdot n(\text{H}_2) = 2 \cdot 0,005\text{ mol} = 0,01\text{ mol} \]
4. Рачунање масе:
\[ m(\text{CH}_3\text{OH}) = n \cdot M = 0,01\text{ mol} \cdot 32\text{ g/mol} = 0,32\text{ g} \]
Задатак 4 (тежак): Предложи реакциони пут којим се од 1-пропанола Вилијамсоновом синтезом добија дипропил-етар. Напиши једначине свих појединачних фаза.
1. корак: Превођење једног дела 1-пропанола у алкохолат (натријум-пропанолат):
\[ 2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH} + 2\text{Na} \longrightarrow 2\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{O}^-\text{Na}^+ + \text{H}_2 \]
2. корак: Превођење другог дела 1-пропанола у халогеналкан (1-хлорпропан) помоћу тионил-хлорида:
\[ \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH} + \text{SOCl}_2 \longrightarrow \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{Cl} + \text{SO}_2 + \text{HCl} \]
3. корак: Вилијамсонова синтеза (нуклеофилна супституција):
\[ \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{O}^-\text{Na}^+ + \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{Cl} \longrightarrow \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{-O-CH}_2\text{CH}_2\text{CH}_3 + \text{NaCl} \]
