Alkoholi in vodikove vezi

1
Alkoholi in vodikove vezi

• Primerjava alkoholov in alkanov z enakim številom
  C atomov nam pove, da
• imajo alkoholi višje temperature vrelišca kot
  alkani s podobno molekulsko maso
• so alkoholi veliko bolj topni v vodi kot alkani s
  podobno molekulsko maso
•  
• Razlike v fizikalnih lastnostih so posledica
  tvorbe vodikovih vezi.
• Vodikove vezi se lahko tvorijo zaradi prisotnosti
  hidroksilne skupine, ki je alkani nimajo.
• H-vezi med molekulami alkohola so podobne H-vezem
  med molekulami vode.

2
Potrebujemo dodatno energijo, da pretrgamo H-vezi
med molekulami alkohola, preden lahko molekule
zapustijo tekoco fazo in preidejo v plinasto
agregatno stanje ? Tvrelišca so višje
3
H-vezi se tvorijo tudi med molekulami vode in
alkohola, kar omogoca topnost manjših molekul
alkohola v vodi. Z daljšanjem C verige, alkohol
postaja vse bolj podoben alkanom (nepolarni del
prevlada), zato so netopni v vodi.
4
Primerjava fizikalnih lastnosti alkoholov in
alkanov
5
Priprava alkoholov

• Hidracija alkenov (alkeni reagirajo z vodo,
  potece asimetricna adicija ob prisotnosti
  katalizatorja)
•  
• Eten H2O ? etanol katalizator H2SO4
•  
• Druga metoda pa je adicija vodika (H2) na
  karbonilno skupino (dvojna vez med C in O)

6

• Dvojna vez med C in O pri adiciji vodika se
  obnaša podobno kot dvojna vez med dvema C
  atomoma.

7
Reakcije alkoholov

• Najbolj znacilne reakcije alkoholov so
• Gorenje
• Dehidracija
• Oksidacija
• Halogeniranje

8
Gorenje

• Podobno kot ogljikovodiki tudi alkoholi na zraku
  zgorijo do CO2 in H2O.
• Metanol se uporablja kot gorivo pri avtomobilih.
•  

9
Intramolekularna dehidracija alkoholov

• Dehidracijska reakcija je kemijska reakcija, pri
  kateri se iz ene same molekule ali iz dveh
  molekul pri eni kemijski reakciji odcepi molekula
  vode (oziroma njeni komponenti H in OH).
• Intramolekularna dehidracija je reakcija, pri
  kateri se molekula vode odcepi z ene same
  molekule.
•  Dehidracija pri alkoholih poteka pri povišani
  temperaturi in ob prisotnosti H2SO4 kot
  katalizatorja.
• Produkt dehidracije je alken.

10
(No Transcript)
11

• Intramolekularna dehidracija je reakcija
  eliminacije (od prej poznamo adicijo in
  subsitucijo).
• Eliminacija je reakcija, pri kateri se dva atoma
  (ali dve skupini) odcepita s sosednjih C atomov,
  pri cemer nastane dvojna vez.

12

• Pri dehidraciji alkoholov, kjer je OH skupina
  vezana na C atom, ki ima za soseda 2 C atoma,
  nastaja vec razlicnih produktov.

13

• V živih organizmih prihaja pogosto do reakcije
  dehidracije alkoholov. Pri tem pa sodelujejo
  encimi kot katalizatorji, reakcija poteka pri
  telesni temperaturi.
•  Eliminacija je obratna adicijski reakciji.
• To pomeni, da je vecina organskih reakcij
  reverzibilnih (potekajo v obe smeri), odvisno od
  pogojev.
•  

14
Intermolekularna dehidracija alkoholov

• Pri nižji temperaturi (140 ?C) pride do
  intermolekularne dehidracije alkoholov, pri cemer
  nastaja eter.
• Pri tem reagirata dve molekuli alkohola, pri
  cemer se odcepi H iz ene molekule in OH iz druge
  molekule.
• Pri tem nastaja vez R-O-R.
•  
•  
• Na ta nacin reagirajo predvsem primarni alkoholi.
• Tako reakcijo imenujemo kondenzacija.
  Kondenzacija je reakcija, pri kateri reagirata
  dve molekuli, pri cemer se odcepi manjša
  molekula, ponavadi voda.
• V našem primeru reagirata dve molekuli alkohola,
  pri cemer se odcepi voda.

15
Oksidacija

• Spomnimo se oksidacijsko-redukcijskih reakcij iz
  splošne kemije (oksidacijska števila).
• V organski kemiji ne uporabljamo oksidacijskih
  števil, ker je to prevec zapleteno, molekula
  vsebuje prevec C in H atomov.
• V organski kemiji uporabljamo naslednja pravila
• Ogljikov atom v organski molekuli se oksidira, ce
  izgubi vodikov atom ali se veže s kisikovim
  atomom v redoks reakciji.
• Ogljikov atom v organski molekuli se reducira, ce
  se veže z vodikovim atomom ali izgubi kisikov
  atom v redoks reakciji.

16

• Oksidacija in redukcija sta obratna procesa.
• Nekateri alkoholi se lahko oksidirajo s šibkimi
  oksidanti, nekateri pa se s šibkimi oksidanti ne
  oksidirajo. To lahko napovemo iz strukture
  alkohola.
• Alkohole uvršcamo med
• Primarne
• Sekundarne
• Terciarne
• Poimenovanje je odvisno od tega, na kateri C atom
  je vezana hidroksilna skupina.

17

• Primarni alkohol je tisti, pri katerem je OH
  skupina vezana na tak C atom, na katerega je
  vezan samo en C atom.
• Sekundarni alkohol je tisti, pri katerem je OH
  skupina vezana na tak C atom, na katerega sta
  vezana dva C atoma.
• Terciarni alkohol je tisti, pri katerem je OH
  skupina vezana na tak C atom, na katerega so
  vezani trije C atomi.
•  

18

• Metanol ne sodi v nobeno skupino, a ga uvršcamo
  med primarne, ker je podobno reaktiven kot
  primarni alkoholi.
• Primarni in sekundarni alkoholi se zlahka
  oksidirajo s šibkimi oksidanti, terciarni pa ne.
• Pri oksidaciji primarnih in sekundarnih alkoholov
  nastaja dvojna vez med C in O atomoma (aldehid,
  keton, karboksilna kislina)
• Šibki oksidanti kalijev permanganat (KMnO4),
  kalijev bikromat (K2Cr2O7), kromova kislina
  (H2CrO4).
•  

19

• Pri oksidaciji primarnega in sekundarnega
  alkohola se odstranita dva H atoma, ki reagirata
  s kisikom, pri cemer nastaja H2O.
• Pri oksidaciji primarnega alkohola nastajajo
  aldehidi, ki se ponavadi oksidirajo naprej do
  karboksilne kisline..
• Pri oksidaciji sekundarnega alkohola nastajajo
  ketoni.
• Etanol ? etanal ? etanojska kislina

20

• 2-propanol ? propanon
• Tudi pri oksidaciji sekundarnih alkoholov pride
  do tvorbe dvojne vezi med C in O atomom, pri
  cemer se odcepita dva H atoma. Pri tem pa ne
  potece nadaljnja oksidacija do karboksilne
  kisline.
• Terciarni alkoholi pa se ne oksidirajo s šibkimi
  oksidanti, ker na C atomu nimajo vezanega
  nobenega H atoma.
•  

21
Alko test

• Oksidacijska reakcija je osnova alko testa.
• Etanol Cr2O72- ? etanojska kislina Cr3
  (zelene barve)
• Cimvec etanola je prisotnega v izdihanem zraku,
  tem vec Cr3 nastaja in tem bolj intenzivne
  zelene barve je raztopina.

22
Halogeniranje

• Pri alkoholih poteka halogeniranje kot
  substitucija, pri cemer se halogen zamenja s
  hidroksilno skupino. Pri tem pa nastaja
  alkilhalid.

23
Polimerni alkoholi

• Sintetiziramo lahko polimerne alkohole s
  podobnimi strukturami kot jih imajo substituirani
  polietileni.
• Najenostavnejša sta poli(vinilalkohol) (PVA) in
  poli(etilenglikol) (PEG).
•  
• PVA je trden bel polimer, ki je odporen na
  organska topila, raztaplja pa se v vodi.
• Vodne raztopine PEG so zelo viskozne, ker se zelo
  dobro raztaplja v vodi. Uporablja se kot dodatek
  v šampone, da so bolj viskozni.

24
Strukturne lastnosti fenolov

• Fenoli so organske spojine, pri katerih je
  hidroksilna skupina vezana na C atom aromatskega
  obroca.

25

• Splošno formulo fenola lahko zapišemo tudi kot
  Ar-OH, kjer Ar- predstavlja arilno skupino.
  Arilna skupina je aromatski ciklicni sistem, iz
  katerega je odstranjen en H atom.
• Kemijske reakcije fenolov so precej drugacne kot
  kemijske reakcije ostalih alkoholov.
• Nekaj predstavnikov fenolov

26
Poimenovanje fenolov

• Poimenovanje je podobno kot pri poimenovanju
  spojin z benzenskim obrocem. Osnovno ime je fenol
  (fenil-, -ol)
• Hidroksilna skupina na benzenskem obrocu fenola
  ima vedno številko 1.
• Primeri
• 3-klorofenol (m-klorofenol)
• 4-etil-2-metilfenol
• 2,5-dibromofenol

27

• Za dolocene derivate fenola se uporablja privzeta
  imena
• Krezol je metilni derivat fenola.
• Trije hidroksifenoli pa imajo tri razlicna domaca
  imena.

28
Fizikalne lastnosti fenolov

• Fenoli so trdne snovi z nizkimi tališci ali oljne
  tekocine pri sobni temperaturi.
• Vecinoma so le slabo topni v vodi.
• Veliko fenolov deluje antisepticno in
  dezinfekcijsko.
• Najenostavnejši fenol je brezbarvna trdna snov z
  bolnišnicnim vonjem.
• Temperatura tališca je 41 ?C in je bolj topen v
  vodi kot vecina ostalih fenolnih spojin.

29
Kemijske lastnosti fenolov

• Primerjava kemijskih reakcij med fenoli in
  ostalimi alkoholi
• Oboji so vnetljivi.
• Dehidracija potece le pri alkoholih, pri fenolih
  pa ne.
• Primarni in sekundarni alkoholi se oksidirajo s
  šibkimi oksidanti, terciarni alkoholi in fenoli
  pa ne. Fenole lahko oksidiramo z mocnejšimi
  oksidanti.
• Pri obeh skupinah spojin lahko izvedemo
  halogeniranje, pri cemer se hidroksilna skupina
  zamenja s halogenom.

30
Kislost fenolov

• Ena najpomembnejša lastnost fenolov je njihova
  kislost. V nasprotju z alkoholi, so fenoli šibke
  kisline v vodnih raztopinah.
• Njihove Ka so okrog 10-10, kar je manj, kot so
  vrednosti za vecino anorganskih kislin.
• Reakcija z bazo NaOH

31
Viri in uporaba fenolov

• Razredcena (2 ) raztopina fenola se je dolgo
  uporabljala kot razkužilo. Koncentrirana
  raztopina fenola pa lahko povzroci hude opekline
  na koži.
• Danes je fenol v glavnem zamenjal bolj ucinkovit
  derivat fenola 4-heksilresorcinol.
• Derivata fenola o-fenilfenol in
  2-benzil-4-klorofenol se uporabljata za
  dezinfekcijo sten, tal in pohištva doma in v
  bolnišnicah. 

32

• Veliko število fenolov ima antioksidacijske
  lastnosti. Antioksidant je spojina, ki šciti
  druge spojine pred oksidacijo na ta nacin, da se
  sama oksidira.
• Antioksidant se lažje oksidira od spojine, ki jo
  na ta nacin zašciti pred oksidacijo.
• Veliko prehranskih proizvodov je ravno na ta
  nacin zašcitena pred nezaželeno oksidacijo
  (fenolni dodatki).
• V naravi se pojavlja naravni fenolni antioksidant
  vitamin E.

33

• Veliko fenolnih spojin, ki se nahajajo v
  rastlinah, uporabljamo kot ojacevalce okusa
  in/ali antibakterijska sredstva.
• Predstavniki so timol, evgenol, izoeugenol,
  vanilin
•  

34

• Timol ima tako lastnosti ojacevalcev okusov kot
  antibaktericne lastnosti, zato se uporablja kot
  sestavina nekaterih zobnih past.
• Evgenol je odgovoren za okus po nageljnovih
  žbicah (klincki). Zobozdravniki so ga v
  preteklosti uporabljali kot antiseptik, deloma se
  uporablja tudi danes.
• Izoevgenol je odgovoren za znacilni volj
  muškatnega orešcka.
• Vanilin daje znacilni vonj po vaniliji.
  Ekstrahirajo ga iz posušenih strokov vanilije.
• Ker pa naravni viri ne zadostujejo potrebam,
  vanilin proizvajajo tudi sinteticno z oksidacijo
  evgenola.

35
Strukturne znacilnosti etrov

• Eter je organska spojina, pri kateri je kisikov
  atom z enojnima vezema vezan na dva ogljikova
  atoma. Ogljikova atoma sta lahko del alkilne,
  cikloalkilne ali arilne skupine.
• Skupini, vezani na kisikov atom, sta lahko enaki
  (prva spojina), ni pa nujno (drugi dve spojini).
•  

36

• Vsi etri vsebujejo C-O-C skupino, ki je
  funkcionalna skupina etrov.
• Splošne formule etrov so lahko naslednje
• R-O-R
• R-O-R
• R-O-Ar
• Ar-O-Ar

37

• Strukturno lahko govorimo o etrih kot o derivatih
  vode, kjer sta oba vodikova atoma zamenjana z
  alkilno (ali arilno) skupino.
• H-O-H R-O-R

38

• Alkoholi in etri z enakim številom C atomov in
  enako stopnjo nasicenosti imajo enako molekulsko
  formulo. To pomeni, da so strukturi izomeri.
• Primer C3H8O

39
Poimenovanje etrov

• Posebej poimenujemo ogljikovodikovi skupini,
  vezani na funkcionalno skupino ter dodamo besedo
  eter.
• Ogljikovodikovi skupini razvrstimo po abecednem
  vrstnem redu.
• Ce sta ogljikovodikovi skupini enaki, dodamo
  predpono di-.
• To je poimenovanje z domacimi imeni, ne po IUPAC
  nomenklaturi.  
• Spojine, ki imajo etrsko skupino, se pojavljajo v
  mnogih rastlinah. Fenolne spojine eugenol,
  izoeugenol in vanilin so tudi eterske spojine

40
Etri kot anestetiki

• Etre povezujemo z anestezijo. Predvsem v
  preteklosti se je dietil eter uporabljal v te
  namene.
• Prvic ga je uporabil zobozdravnik William Morton
  leta 1864.
• Dietil eter je v mnogih pogledih idealen
  anestetik
• Relativno lahko ga pridobivamo v cisti obliki.
• Povzroca odlicno relaksacijo mišic.
• Majhna možnost prevelikega odmerka, saj je velika
  razlika med tisto koncentracijo dietiletra, ki
  povzroca anestezijo, in smrtno dozo.
• Kljub temu pa se danes dietil eter le redko
  uporablja kot anestetik zaradi dveh slabosti
• Povzroca slabost in draženje dihalnih organov.
• Je zelo vnetljiv in tvori z zrakom eksplozivno
  mešanico.

41

• Leta 1930 so odkrili nov anestetik (ciklopropan),
  ki je odpravil glavobole in draženje dihalnih
  poti, bil pa je še vedno zelo vnetljiv.
• Šele konec 50. let in v zacetku 60. let
  prejšnjega stoletja so odkrili nevnetljive
  anestetike. Najpogosteje se uporabljajo
  enfluran, izofluran in halotan.
• Enfluran in izofluran sta strukturna izomera in
  sta heksahalogenirana etra.
•  

42

• S tema dvema spojinama lahko anestezijo dosežemo
  v manj kot 10 minutah pri koncentraciji 3 v
  kisiku.
• Halotan pa ni derivat etra, ampak
  heksahalogenirani etan.

43
Fizikalne lastnosti etrov

• Temperature vrelišca etrov so podobne
  temperaturam vrelišca alkanov s podobno molsko
  maso in mnogo nižja od temperatur vrelišca
  alkoholov z enako molsko maso.
• Višja temperatura vrelišca alkohola je posledica
  tvorbe vodikovih vezi med molekulami alkohola.
• Molekule etra pa se med seboj ne morejo
  povezovati z vodikovimi vezmi, ker na kisik ni
  vezanega vodikovega atoma.

44

• Etri pa so bolj topni v vodi kot alkani, saj so
  sposobni tvoriti vodikove vezi z vodo. Njihova
  topnost je podobna kot topnost alkoholov z enako
  molsko maso.
• Etri lahko tvorijo vodikove vezi tudi z alkoholi,
  zato se mešajo v vseh razmerjih.
• Nepolarne snovi se lažje raztapljajo v etrih kot
  v alkoholih, saj ni prisotnih vodikovih vezi, ki
  jih je pri raztapljanju potrebno prekiniti.

45
Kemijske lastnosti etrov

• Dve kemijske lastnosti etrov sta zelo pomembni
• Etri so vnetljivi, zato je potrebno biti zelo
  pazljiv pri delu z njimi.
• Etri pocasi reagirajo s kisikom iz zraka, pri
  cemer nastajajo nestabilni hidroperoksidi in
  peroksidi.
•  
•  
• Ti dve spojini sta zelo eksplozivni, zato je
  potrebno biti zelo pozoren pri skladišcenji
  etrov.
• Etri ne reagirajo s kislinami, bazami in
  oksidanti, tako kot alkani pa se halogenirajo.
• Prav zaradi nereaktivnosti etrov in glede na to,
  da je vecina organskih spojin topnih v njih, so
  etri odlicna organska topila, v katerih potekajo
  organske kemijske reakcije.
• Glede na to, da so zelo hlapni, jih po koncani
  reakciji zlahka odstranimo iz sistema.
• Etre pridobivamo z intermolekularno dehidracijo
  alkoholov.

46
Ciklicni etri

• Ciklicni etri vsebujejo etrsko skupino kot del
  obrocnega sistema.
• Etilen oksid uporabljajo v velikih kolicinah pri
  industrijskih kemijskih procesih.
• THF je zelo uporabno organsko topilo, v katerem
  se raztaplja veliko organskih spojin, istocasno
  pa se dobro meša z vodo.
• Pri ogljikovih hidratih se bomo srecali s
  ciklicnimi strukturami, ki so polihidroksi
  derivati petclenskih (furan) in šestclenskih
  (piran) etrskih spojin. Takim ogljikovim hidratom
  recemo furanoze in piranoze.
• Vitamin E in THC (aktivna snov marihuane)
  vsebujeta strukturo, v kateri je prisoten
  ciklicni eter.
•  

47
Marihuana najbolj razširejna prepovedana droga

• Drogo pripravljajo iz listov, cvetov, semen in
  mladih stebel rastline Cannabis sativa
  (marihuana, trava).
• Najbolj aktivna substanca marihuane je spojina
  tetrahidrokanibinol (THC). Ta vsebuje tri
  razlicne funkcionalne skupine fenol, ciklicni
  eter, cikloalken.

48

• Vsebnosti te spojine v rastlini se gibljejo med
  1-2
• THC z lahkoto vstopa v možgane in povzroca
  kratkotrajno izgubo spomina, zmanjša sposobnost
  upravljanja z motornimi vozili, prehaja preko
  posteljice na zarodek.
• Povzroca bronhitis, pekoce grlo, vnetje sinusov.
  Srcni utrip lahko naraste na 160 udarcev na
  minuto.
• Ucinek marihuane se pojavi takoj po kajenju,
  najvišja koncentracija v krvi se pojavi med 10 in
  30 minutami po uporabi. Ucinek najpogosteje
  izgine po dveh do treh urah.
• Ker je THC nepolarna molekula (se ne topi v
  vodi), se shranjuje v mašcobnem tkivu.
• THC lahko v krvi dolocimo še po nekaj dneh,
  njegove produkte pa tudi do 8 dni po zaužitju.
• Lahko se pojavi zasvojenost.

49

• Prvic smo se srecali s heterociklicnimi
  organskimi spojinami. Heterociklicna organska
  spojina ima enega ali vec C atomov v ciklicni
  strukturi zamenjanega z drugim atomom (ponavadi O
  ali N).

50
Žveplovi analogi alkoholov in etrov

• Mnogo organskih spojin, ki vsebujejo kisik, imajo
  žveplove analoge, v katerih je kisik zamenjan z
  žveplovim atomom.
• Žveplo je podobno kisiku (v isti skupini
  periodnega sistema).
• Tioli, žveplovi analogi alkoholov, vsebujejo SH
  skupino namesto OH skupine, ki jo vsebujejo
  alkoholi.
•  
• R-OH R-SH
• Alkohol tiol
• Poimenovanje je podobno kot pri alkoholih.
• 2-butanol, 2-bunantiol

51

• Tioli imajo nizke temperature vrelišca (ni
  vodikove vezi) in mocan vonj (smrdijo).
• Dodajajo ga plinskim mešanicam, saj ga z lahkoto
  zavohamo in preprecimo nadaljnje izhajanje plina.
• Tioli so odgovorni za smrad, ki ga izlocajo
  dihurji.
• Mnogi mocnih vonjev, ki ga ima hrana, je
  posledica prisotnosti tiolov.
• Tioli se zlahka oksidirajo, pri cemer nastajajo
  disulfidi.
•  
• Reakcija lahko poteka tudi v obratni smeri,
  imenujemo jo redukcija. Pri tem iz ene molekule
  disulfida nastajata dve molekuli tiola.
• Ti dve reakciji imata velik pomen v biokemiji
  (vezava proteinov).
•  

52

• Obstajajo tudi žveplovi analogi etrov, imenujemo
  jih tioetri. Tioeter je spojina, v kateri je
  žveplov atom z dvema enojnima vezema vezan na dva
  C atoma R-S-R.
• Tudi tioetri imajo mocne znacilne vonje.
• V splošnem so tioli bolj reaktivni od alkoholov
  in tioetri bolj reaktivni kot etri.
• Žveplov atom je vecji kot kisikov atom ? šibkejša
  kovalentna vez med S in C, k cemer pripomore tudi
  razlika v elektronegativnosti (S atom je manj
  elektronegativen kot kisikov atom).
•  

53
Tudi zadah iz ust je posledica tiolov in
tioetrov.