Физичка и хемијска својства алкохола
Изрека „По јутру се дан познаје”, може да се односи и на својства алкохола. Својства алкохола „познају се” по карактеристикама хидроксилне групе.
Физичка својства алкохола
Слично молекулима воде и молекули метанола (слика 1а), као и молекули других алкохола, међусобно могу градити водоничне везе (слика 1б). Присуство и јачина водоничних веза утичу на агрегатно стање, температуре кључања и температуре топљења алкохола.
На основу података у табели испод може се уочити да алкохоли имају више температуре кључања од одговарајућих алкана сличних релативних молекулских маса.
С порастом броја атома угљеника у молекулу алкохола, расту температуре кључања и топљења. На собној температури алкохоли с мање од 11 атома угљеника су течног, а с више од 11 атома угљеника чврстог агрегатног стања. Примарни алкохоли лакше граде водоничне везе него одговарајући терцијарни алкохоли јер је у молекулима тих алкохола мање ометање околних алкил група. Због тога примарни алкохоли имају више температуре кључања од температура кључања одговарајућих терцијарних алкохола.
Молекули алкохола могу да граде водоничне везе с молекулима воде (слика 1в) и захваљујући томе повећава се растворљивост алкохола у води. Алкохоли чији молекули имају мањи број атома угљеника добро се растварају у води, а с повећањем броја атома угљеника у молекулу алкохола, повећава се и део молекула који је неполаран (хидрофобан), што смањује растворљивост алкохола у поларним, али повећава растворљивост у неполарним растварачима (слика 2).
Алкохоли течног агрегатног стања добри су растварачи за друге супстанце. С обзиром на то да у молекулима садрже и поларни и неполарни део, могу да растварају супстанце различите поларности. На пример, уље се не раствара у води, али се релативно добро раствара у етанолу.
ПРИМЕР 8.3 Поређење физичких својстава изомерних алкохола
Напиши формуле и називе изомерних алкохола молекулске формуле C4H10O и поређај их по порасту њихових температура кључања.
РЕШЕЊЕ
Хемијска својства алкохола
1. Реакција оксидације алкохола
Слично свим органским једињењима алкохоли потпуним сагоревањем дају угљеник(IV)-оксид и воду (1).
(1) [latex]2C_2H_5OH+6O_2\longrightarrow4CO_2+6H_2O[/latex]
Једначина реакције сагоревања етанола
Оксидацијом примарних алкохола, растворима калијум-перманганата или хром(VI)-једињењима (калијум-дихромата или хром(VI)-оксида) настају алдехиди, који даљом оксидацијом као крајњи производ дају карбоксилне киселине (2). Секундарни алкохоли оксидацијом при истим условима дају кетоне (3).
Под утицајем алкохола возачи могу да узрокују саобраћајне несреће. Због тога постоје алко-тестови и дигитални мерачи којима се одређује концентрација алкохола у даху. Хемијски алко-тест заснива се на оксидацији етанола калијум-дихроматом до сирћетне киселине. У тој реакцији боја се мења из наранџасте у зелену.
Примарни алкохоли с модификованим (благим) оксидационим средствима могу дати алдехида. Исто се може постићи и са ужареним металима (на пример, бакром) као катализаторима у присуству кисеоника – реакциjа дехидрогенизације (дехидрогеновања) алкохола.
Већином других реакција, у молекулу алкохола може доћи до раскидања ковалентне везе између атома кисеоника и водоника тако да настали производ садржи алкоксидну групу (или јон), док се у осталим реакцијама раскида веза између атома кисеоника и угљеника.
2. Реакција грађења алкохолата
Реакцијом aлкохола у безводној средини са изразитим металима (на пример, натријумом), настају соли – алкохолати (алкоксиди) (4). Те соли садрже алкохолатни (алкоксидни) јон и јон изразитог метала. По IUPAC-овој номенклатури алкохолати имају наставак -олат.
(4) [latex][/latex]
Општа једначина реакције алкохола с натријумом
Алкохоли су слабе киселине и њихове соли не могу се добити реакцијом алкохола чак ни с јаким неорганским базама, као што су базе алкалних метала. Такође, алкохоли не могу да дисосују у води, нити да мењају боју лакмус хартије.
ПРИМЕР 8.4 Стехиометријско израчунавање
а) Колико је грама метанола потребно да би у реакцији с калијумом настало 112 cm3 водоника (мерено при 0 °C и 101,325 kPa, при чему је Vm = 22,4 dm3 mol–1)?
б) Која се количина молекула карбонилног једињења теоријски може добити оксидацијом 0,25 mol циклохексанола?
РЕШЕЊЕ
3. Реакција добијања естара из алкохола Aлкохоли при одређеним условима с неорганским киселинама (слика 3), које са др же кисеоник, и с карбоксилним киселинама граде естре. На при мер, реакцијoм азотне киселине са алкохолима настају алкил-нитрати (неоргански естри) (7), а реакцијом с карбоксилним киселинама у присуству минералне киселине на стају алкил-алканоати (органски естри) (8). Реакција у којој алкохол и киселина граде естар јесте реакција естерификације.
(7) [latex]\underset{азотна киселина}{\textcolor{red}{HO}–\textcolor{green}{NO_2}}+\underset{алкохол}{R–\textcolor{green}{O}–\textcolor{red}{H}}\rightleftharpoons\underset{алкил-нитрат}{R–\textcolor{green}{O}–\textcolor{green}{NO_2}}+\textcolor{red}{H}_{\textcolor{red}{2}}\textcolor{red}{O}[/latex]
Општа једначина реакције естерификације – неоргански естри
4. Реакција добијања етара из алкохола – Вилијамсонова синтеза етара
Етри се могу добити реакцијом соли алкохола (алкохолата) и халогених деривата угљоводоника.
За ту реакцију потребно је алкохол превести у одговарајући алкохолат, а затим додати халогеналкан. Реакцију је осмислио хемичар шкотског порекла Александер В. Вилијамсон (1824–1904), и она се по њему назива Вилијамсонова синтеза етара (9). По реакционом механизму то је реакција нуклеофилне супституције.
Вилијамсоновом синтезом етара могу да настану ациклични и циклични, као и симетрични (10) и мешовити етри.
(10) [latex]\underset{натријум-етанолат}{CH_3–CH_2–ONa}+\underset{хлоретан}{CH_3–CH_2–Cl}\longrightarrow\underset{диетил-етар}{CH_3–CH_2–O–CH_2–CH_3}+NaCl[/latex]
Једначина реакције добијања диетил-етра
5. Реакција дехидратације алкохола
Алкохоли у присуству киселина (сумпорне или фосфорне), зависно од температуре, подлежу дехидратацији која може да буде међумолекулска (интермолекулска) (11) или унутармолекулска (интрамолекулска) (12).
(11) [latex]\underset{два молекула етанола}{CH_3–CH_2–\textcolor{red}{OH} + CH_3–CH_2–O\textcolor{red}{O}}\xrightarrow[130°C]{H_2SO_4}\underset{диетил-етар}{CH_3–CH_2–O–CH_2–CH_3}+\textcolor{red}{H}_{\textcolor{red}{2}}\textcolor{red}{O}[/latex]
(12) [latex]\underset{етанол}{C\textcolor{red}{H}_3–CH_2–\textcolor{red}{OH}}\xrightarrow[180°C]{H_2SO_4}\underset{етен}{CH_2=CH_2}+\textcolor{red}{H}_{\textcolor{red}{2}}\textcolor{red}{O}[/latex]
Једначине реакција дехидратације етанола
ПРИМЕР 8.5 Писање једначина реакција алкохола
Предложи начин, односно реакциони след којим се од 1-пропанола може добити дипропил-етар. Потребно је да су све реакције изводљиве, али међу њима не може бити реакција интрамолекулске дехидратације. Напиши једначине тих реакција.
РЕШЕЊЕ
Једно од могућих решења јесте
[latex]2CH_3–CH_2–CH_2–OH+2Na\longrightarrow2CH_3–CH_2–CH_2–O^-Na^++H_2[/latex]
[latex]CH_3–CH_2–CH_2–OH\xrightarrow{COCl_2}CH_3–CH_2–CH_2–Cl[/latex]
[latex]CH_3–CH_2–CH_2–O^-Na^++CH_3–CH_2–CH_2–Cl\longrightarrow CH_3–CH_2–CH_2–O–CH_2–CH_2–CH_3+NaCl[/latex]
6. Реакције нуклеофилних супституција алкохола
Реакцијом концентрованих халогеноводоничних киселина и алкохола, реакционим механизмом нуклеофилне супституције (13), могу настати халогеналкани. Халогеналкани се могу добити из алкохола и помоћу одговарајућих фосфор(III)-халогенида, фосфор(V)-халогенида и тионил-халогенида.
(13) [latex]\underset{1-пропанол}{CH_3–CH_2–CH_2–\textcolor{red}{OH}}+\underset{концентрована}{\textcolor{red}{H}\textcolor{green}{Br}}\longrightarrow\underset{1-бромпропан}{CH_3–CH_2–CH_2–\textcolor{green}{Br}}+\textcolor{red}{H}_{\textcolor{red}{2}}\textcolor{red}{O}[/latex]
Једначина реакције 1-пропанола с конц. бромоводоничном киселином
РАЗМИСЛИ И ОДГОВОРИ
1. Опиши физичка својства етанола.
2. Напиши једначине реакција оксидације: а) етанола до одговарајуће карбоксилне киселине, б) 2-бутанола до одговарајућег кетона.
3. Напиши формулу производа реакције етанола са: a) азотном киселином, б) сирћетном киселином.
4. Наведи називе реакција у којима се примарни, секундарни и терцијарни алкохоли разликују у реактивности?
5. Напиши једначину и назив главног производа реакције етанола с натријумом.