- Struktura pierwszorzędowego alkoholu
- Nieruchomości
- Kwasowość
- pKa
- Reakcje chemiczne
- Tworzenie halogenków alkilowych
- Utlenianie pierwszorzędowych alkoholi
- Tworzenie eterów
- Tworzenie estrów organicznych
- Odwodnienie
- Nomenklatura
- Przykłady
- Bibliografia
Pierwszorzędowy alkohol jest taki, w którym grupa hydroksylowa jest przyłączony do podstawowego węgla; to znaczy węgiel kowalencyjnie przyłączony do innego węgla i wodorów. Jego ogólny wzór to ROH, a konkretnie RCH 2 OH, ponieważ istnieje tylko jedna grupa alkilowa R.
Grupa R o wzorze RCH 2 OH może być dowolny: łańcuch, pierścień lub heteroatomów. Jeśli chodzi o łańcuch, krótki lub długi, znajduje się on przed najbardziej reprezentatywnymi pierwszorzędowymi alkoholami; wśród nich są metanol i etanol, dwa z najczęściej syntetyzowanych na poziomie przemysłowym.
Słoik piwa - Przykład wodnego roztworu alkoholu etylowego, alkoholu pierwszorzędowego, w matrycy organicznej. Źródło: Engin Akyurt via Pexels.
Fizycznie są one podobne do innych alkoholi, a ich temperatura wrzenia lub topnienia zależy od stopnia rozgałęzienia; ale pod względem chemicznym są najbardziej reaktywne. Ponadto jego kwasowość jest wyższa niż w przypadku alkoholi drugorzędowych i trzeciorzędowych.
Pierwotne alkohole ulegają reakcjom utleniania, stając się dużą liczbą związków organicznych: estrów i eterów, aldehydów i kwasów karboksylowych. Podobnie mogą ulegać reakcjom odwodnienia, przekształcając się w alkeny lub olefiny.
Struktura pierwszorzędowego alkoholu
Najbardziej reprezentatywne są alkohole pierwszorzędowe pochodzące z alkanów liniowych. Jednakże, w rzeczywistości dowolna struktura, czy to liniowe lub rozgałęzione, mogą być klasyfikowane w tego typu alkoholu, o ile grupa hydroksylowa jest związana z CH 2 .
Strukturalnie więc wszystkie mają wspólną obecność grupy –CH 2 OH, zwanej metylolem. Charakterystyczną i konsekwencją tego faktu jest to, że grupa OH jest mniej utrudniona; to znaczy, może oddziaływać ze środowiskiem bez przestrzennej interferencji ze strony innych atomów.
Podobnie, mniej utrudniony oznacza OH, że atom węgla, do którego to, że CH 2 można poddać reakcji podstawienia z Sn 2 mechanizm (dwucząsteczkowej bez powstawania karbokationem).
Z drugiej strony OH o większej swobodzie interakcji z ośrodkiem przekłada się na silniejsze oddziaływania międzycząsteczkowe (przez wiązania wodorowe), które z kolei zwiększają temperaturę topnienia lub wrzenia.
To samo dzieje się z jego rozpuszczalnością w rozpuszczalnikach polarnych, o ile grupa R nie jest bardzo hydrofobowa.
Nieruchomości
Kwasowość
Alkohole pierwszorzędowe są najbardziej kwaśne. Aby alkohol zachowywał się jak kwas Bronsteda, musi przekazać jon H + medium, powiedzmy wodzie, aby stać się anionem alkoholanowym:
ROH + H 2 O <=> RO - + H 3 O +
Ujemny ładunek RO - , a konkretnie RCH 2 O - , jest mniej odpychany przez elektrony w dwóch wiązaniach CH niż przez elektrony w wiązaniu CR.
Grupa alkilowa wywiera wtedy największy odpychanie, destabilizując RCH 2 O - ; ale nie tak bardzo w porównaniu z tym, że byłyby dwie lub trzy grupy R, jak ma to miejsce w przypadku odpowiednio drugorzędowych i trzeciorzędowych alkoholi.
Innym sposobem wyjaśnienia wyższej kwasowości alkoholu pierwszorzędowego jest różnica elektroujemności, tworząca moment dipolowy: H 2 C δ + -O δ- H. Tlen przyciąga gęstość elektronową zarówno z CH 2, jak i H; dodatni ładunek cząstkowy węgla w pewnym stopniu odpycha ładunek wodoru.
Grupa R przenosi część swojej gęstości elektronowej na CH 2 , co pomaga zmniejszyć jej dodatni ładunek cząstkowy, a tym samym jej odrzucenie przez ładunek wodoru. Im więcej grup R, tym mniejsze odpychanie, a tym samym tendencja H do uwalniania jako H + .
pKa
Alkohole pierwszorzędowe są uważane za słabsze kwasy niż woda, z wyjątkiem alkoholu metylowego, który jest nieco silniejszy. PKa alkoholu metylowego wynosi 15,2; a pKa alkoholu etylowego wynosi 16,0. Tymczasem pKa wody wynosi 15,7.
Jednak woda, która jest uważana za słaby kwas, podobnie jak alkohole, może wiązać się z H + i stać się jonem hydroniowym, H 3 O + ; to znaczy zachowuje się jak podstawa.
W ten sam sposób pierwszorzędowe alkohole mogą pochłaniać wodór; zwłaszcza w niektórych swoich własnych reakcjach, na przykład w jego przemianie w alkeny lub olefiny.
Reakcje chemiczne
Tworzenie halogenków alkilowych
Alkohole reagują z halogenowodorami, tworząc halogenki alkilowe. Reaktywność alkoholi wobec halogenków wodoru spada w następującej kolejności:
Alkohol trzeciorzędowy> alkohol drugorzędowy> alkohol pierwszorzędowy
ROH + HX => RX + H 2 O
RX to pierwszorzędowy halogenek alkilu (CH 3 Cl, CH 3 CH 2 Br, itp.).
Innym sposobem wytwarzania halogenków alkilu jest poddanie reakcji chlorku tionylu, odczynnika syntetycznego, z pierwszorzędowym alkoholem, który przekształca się w chlorek alkilu. Chlorek tionylu (SOCl 2 ) wymaga do reakcji obecności pirydyny.
CH 3 (CH 2 ) 3 CH 2 OH + SOCl 2 => CH 3 (CH 2 ) 3 CH 2 Cl + SO 2 + HCl
Ta reakcja odpowiada halogenowaniu 1-pentanolu do 1-chloropentanu w obecności pirydyny.
Utlenianie pierwszorzędowych alkoholi
W zależności od odczynnika alkohole mogą być utleniane do aldehydów i kwasów karboksylowych. Chlorochromian pirydyny (PCC) utlenia alkohol pierwszorzędowy do aldehydu, używając dichlorometanu (CH 2 Cl 2 ) jako rozpuszczalnika :
CH 3 (CH 2 ) 5 CH 2 OH => CH 3 (CH 2 ) 5 COH
To jest utlenianie 1-heptanolu do 1-heptanalu.
Tymczasem nadmanganian potasu (KMnO 4 ) najpierw utlenia alkohol do aldehydu, a następnie utlenia aldehyd do kwasu karboksylowego. W przypadku stosowania nadmanganianu potasu do utleniania alkoholi należy unikać zrywania wiązania między atomami węgla 3 i 4.
CH 3 (CH 2 ) 4 CH 2 OH => CH 3 (CH 2 ) 4 COOH
To jest utlenianie 1-heksanolu do kwasu heksanowego.
Tą metodą trudno jest otrzymać aldehyd, ponieważ łatwo utlenia się do kwasu karboksylowego. Podobną sytuację obserwuje się, gdy do utleniania alkoholi stosuje się kwas chromowy.
Tworzenie eterów
Pierwszorzędowe alkohole można przekształcić w etery podczas ogrzewania w obecności katalizatora, zwykle kwasu siarkowego:
2 RCH 2 OH => RCH 2 OCH 2 R + H 2 O
Tworzenie estrów organicznych
Kondensacja alkoholu i kwasu karboksylowego, estryfikacja Fishera, katalizowana kwasem, daje ester i wodę:
R'OH + RCOOH <=> RCOOR '+ H 2 O
Dobrze znana reakcja to reakcja etanolu z kwasem octowym, dająca octan etylu:
CH 3 CH 2 OH + CH 3 COOH <=> CH 3 COOHCH 2 CH 3 + H 2 O
Alkohol pierwszorzędowy jest najbardziej podatny na reakcje estryfikacji Fischera.
Odwodnienie
W wysokich temperaturach iw środowisku kwaśnym, na ogół w kwasie siarkowym, alkohole ulegają odwodnieniu, dając początek alkenom z utratą cząsteczki wody.
CH 3 CH 2 OH => H 2 C = CH 2 + H 2 O
To jest reakcja odwodnienia etanolu do etylenu. Bardziej odpowiednim ogólnym wzorem dla tego typu reakcji, szczególnie dla alkoholu pierwszorzędowego, byłoby:
RCH 2 OH => R = CH 2 (co jest również równe RC = CH 2 )
Nomenklatura
Przykład pierwszorzędowego alkoholu. Źródło: Gabriel Bolívar.
Zasady nazywania pierwszorzędowego alkoholu są takie same, jak w przypadku innych alkoholi; z wyjątkiem tego, że czasami nie jest konieczne wymienienie węgla zawierającego OH.
Na górnym obrazku znajduje się siedmiowęglowy łańcuch główny. Węglowi związanemu z OH przypisuje się liczbę 1, a następnie zaczyna liczyć od lewej do prawej. Jego nazwa IUPAC brzmi zatem: 3,3-dietyloheptanol.
Zauważ, że jest to przykład silnie rozgałęzionego pierwszorzędowego alkoholu.
Przykłady
Wreszcie, niektóre alkohole pierwotne są wymienione w oparciu o ich tradycyjną i systematyczną nomenklaturę:
-Metyl CH 3 OH
-Etyl, CH 3 CH 2 OH
-n-propyl, CH 3 CH 2 CH 2 OH
-n-heksyl, CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH
Są to pochodne liniowych alkanów. Inne przykłady to:
-2-fenyloetanol, C 6 H 5 CH 2 CH 2 OH (C 6 H 5 = pierścień benzenowy)
-2-propen-1-ol (alkohol allilowy), CH 2 = CHCH 2 OH
1,2-etanodiol, CH 2 OHCH 2 OH
-2-chloroetanol (etylenechlorohydryna), ClCH 2 CH 2 OH
-2-buten-1-ol (alkohol krotylowy), CH 3 CH = CHCH 2 OH
Bibliografia
- Morrison, RT i Boyd, RN (1987). Chemia organiczna. (5 TA Edition). Addison-Wesley Iberoamericana
- Carey, FA (2008). Chemia organiczna. ( Edycja 6 ta ). McGraw-Hill, Interamerica, Editores SA
- Mel Science. (2019). Jak przebiega utlenianie alkoholi pierwszorzędowych. Odzyskany z: melscience.com
- Królewskie Towarzystwo Chemii. (2019). Definicja: alkohole pierwszorzędowe. Odzyskany z: rsc.org
- Chriss E. McDonald. (2000). Utlenianie pierwotnych alkoholi do estrów: trzy powiązane eksperymenty badawcze. J. Chem. Educ., 2000, 77 (6), str. 750. DOI: 10.1021 / ed077p750