Funktionella grp med Syre. Fö 6 - 2010 ALKOHOLER R-OH Funktionell grupp -OH (alifatisk bunden)

Derivat av kolväte där - H byts ut mot - OH Namnges genom att -ol läggs till motsvarande kolväte (-an → -anol)

Metanol

Etanol

2-propanol isopropanol CH3 CH CH3

OH

CH3 CH2 OH

CH3 OH

Träsprit

Jäsning av kolhydrater

Bl.a. spolarvätska

CH3 CH2 CH2 CH2 OH

CH3 CH2 CH CH3

OH

CH3 C

CH3

CH3

OH

1-butanol primär alkohol

2-butanol sekundär alkohol

2-metyl-2-propanol tertiär alkohol

HO

4-Isopropyl-2heptanol

Alkoholgrupen som substituent kallas : hydroxi-

Nomenklatur exempel:

OH 3-Hydroxicyklohexen

Vanliga flervärdiga alkoholer

H2C

H2C

OH

OH

H2C

HC

H2C OH

OH

OHEtandiolEtylenglykol

Antifrysvätska(giftig)

1,2,3-PropantriolGlycerol

Ingår i fett(ogiftig)

Alkoholer har relativt andra funktionella grupper hög kokpunkt:

H3CCH2

CH3 H3CO

CH3H3C CH2 OH

Propan Dimetyleter Etanol

K.p.: 78 °C- 42 °C -25 °C

Fysikaliska egenskaper

• Vätebindningar medför att smältpunkt och kokpunkt är högre för alkoholer än för vanliga alkaner:

O

H3C

H

H O

CH3

O

CH3

H

• Lägre alkoholer (R = kolkedja < 4) är lösliga i vatten: •

H

O H

R

O H

H

O H

R

O H

H

O H

• Lägre alkoholer liknar vatten medan högre alkoholer har liknande egenskaper som alkaner och är lipofila:

HydrofilLipofil

H OH

CH3 CH2 CH2 CH2 OH

CH3 CH2 OH

CH3 OH

CH3 CH2 CH2 OH

OH

opolära del

starkt polär

avtagandepolära egenskaper

H

O

H

HO

H

H

OR

H

O

H

Vätebindning

polär del

och minskad vattnlöslighet

med vattensolvatiseraralkoholen

Större R-grpsämre solvatisering

Framställning:av alkoholer: exempel:

Hydratisering av eten H2C CH2H2O / H2SO4 CH3CH2OH

H3C Br

CH3

H3C

CH3

BrH2O / H

HO

SN2

SN1CH3

H3C

CH3

OH

H3C OH

Addition

Substitution av R-X

Etanolproduktion i USA

ETRAR R-O-R Namnges: som Alkyl alkyl eter eller Alkoxialkan

H3C O CH3 Dimetyleter Metoximetan

C2H5 O C2H5 Dietyleter Etoxietan "vanlig" eter

OCH3Fenylmetyleter Metoxibensen Anisol

Finns i anisfrö

C

CH3

H3C

CH3

O

CH3

Tert. butylmetyleter (TBME) Tillsats i bensin

Som substituent kallas eter alkoxi-

OCH3

OCH3

2,5-Dimetoxi-3-hepten

Fysikaliska egenskaper:

• Kokpunkt lägre än motsvarande alkohol, etanol (pga inga intermolekylära vätebindningar)

• Etrar är generellt rel. oreaktiva, vattenolösliga, eldfarliga lösningsmedel.

Kan bilda explosiva peroxider (R-O-O-R) om de utsetts för ljus. FENOLER Ar-OH • föreningar med en hydroxylgrupp bunden direkt till en aromatisk ring • reagerar olika jämfört med alkoholer R-OH. • fenoler är svaga syror (se kommande sidor)

bensylalkohol Obs! ingen fenol

OH

Ar-OHPh-OH

2-naftol1-naftolfenol

OH

OHOH

= R-OH

SYROR och BASER

Definitioner: Syror donerar protoner Baser accepterar protoner.

syra bas bas syra

CH3 C OH

O

+ H2O CH3 C O

O

+ H3O

Ex. Ättiksyra - en relativt stark syra

Keq = [H3O+] [CH3COO-]

[CH3COOH][H2O] Dissociationskonstanten Ka:

pKa = -log Ka =4,76= 1,76 x 10 -5

[CH3COOH]

Ka = Keq [H2O] = [H3O+] [CH3COO-]

Ju starkare syra - ju svagare konjugerande bas. Ju större pKa värde - Ju svagare syra

• Fenoler är svaga syror och alkoholer är mycket svaga syror:

! 16

! 10

CH3CH2 O pKaH Bas+

+

+ BasCH3CH2 OH

pKaH Bas

O

+ Bas

OH

Basstyrkan kan relateras till pKa för sin konjugerande syra: Ju större pKa värde för den konjugerande syran – ju starkare bas. TABELL: Några generella syra-baspar och dess pKa

SYRA ≈ pKa Konjugerande BAS

Starkast syra HSbF6 >-12 SbF6- Svagast bas

HCl - 7 Cl-

Karboxylsyra CH3-COOH 5 CH3-COO-

Amin CH3-NH3+ 10 CH3-NH2

Fenol Ph-OH 10 Ph-O-

H2O 15 OH-

Alkohol (CH3)3C-OH 18 (CH3)3CO-

NH3 33 NH2-

Svagast syra CH3CH3 50 CH3CH2- Starkast bas

Effekter som styr reaktivitet och syra-bas egenskaper

1. - RESONANS – Delokalisering av elektroner

(2. - Induktiv effekt – Polarisering av elektroner (kommer senare)) Ex. Karboxylsyror (se även bensen tidigare)

H3C C

O

O

H3C C

O

O

H3C C

O

O

FEL: Kol har 10 e-

Obs!

Resonansformler: Strukturer som uppstår då fria elektronpar eller π-bindningar flyttas Pilens riktning utgår alltid från e-par eller π-bindning till π-bindning resp. e-par

Fenol-fenolatanjon:

O O O O O

• Fenoxidjonen är resonansstabiliserad, där resonansstrukturer förklarar

elektronfördelningen

O- !

- !

- !

- !

Resonanshybrid av fenolatanjonen

- ! = något högre elektrontäthet.

Negativa laddingen är delokaliserad(utspridd) över 4 atomer.

Ju mer utspridd jon - Ju stabilare Fenoler är starkare syror än alkoholer eftersom alkoholer inte har denna resonansstabilisering av anjonen R-O-,. I denna alkoxidjon är all negativ laddning lokaliserad till syret.

Regler för resonansstrukturformler

1) Valensreglerna måste gälla (oktettregeln: 8 elektroner i yttre skalet) 2) Resonansstrukturformlerna får bara skilja sig åt i omfördelningen av elektroner. Inga σ–bindningar får brytas, bara π–bindningar och e--par får flyttas.

ALDEHYDER och KETONER

Karbonylgrupp

C

O - !

+ !Dipol, sp2 kol, 120° vinkel

ett antal funktionella grupper innehåller strukturdelen karbonyl

H C H

O

Aldehyd ändelse: -alR-CHO

H3C C H

O

CH3CH2 C H

O

Metanal Formaldehyd

Etanal Acetaldehyd

Propanal Propionaldehyd

CHO

Bensaldehyd

"bittermandelolja"

Cl H

O

1 3-klorpropanal

Numrering från aldehydkolet

(Baksmälla)

(Formalin)

Aldehyder oxideras lätt till karboxylsyror och kan erhållas från motsvarande alkohol.

H3C C CH3

O

Keton ändelse: -on

CH3CH2 C CH3

O

Propanon Aceton kp 56°C

Butanon (etyl metylketon)

R C R

O

O O

2-Pentanon 3-Pentanon

O

Cyklohexanon Främsta användning som lösningsmedel, ex. vis aceton. Vissa ketoner och aldehyder är även väldoftande och kan ingå i t.ex. parfymer.

Några vanliga reaktioner för Aldehyder / Ketoner: Oxidation - Reduktion Reduktion till alkoholer

R C H

O

Primära alkohol

Sekundär alkoholR R

O

Keton

Aldehyd

CH2 OHRNaBH4

NaBH4R CH R

OH

Natruim Borhydrid

Oxidation av alkoholer:

H3C C OH

O

H3C C H

O

Oxideras lätt vidare

OHPCC

CH2Cl2C

H

O

Primära alkoholer

Sekundär alkohol: OH

Na2Cr2O7

H2SO4

Na2Cr2O7

H2SO4

O

Aceton- en Keton

Aldehyd Karboxylsyra

PCC = Pyridinum Chloro Chromate i metylenklorid

CH3 CH2 OH

Special reagenskrävs för aldehyder:

Aldehyd

Tertiär alkoholer oxideras ej.

Organiska SVAVEL-föreningar är analoger till syreföreningar

CH3 CH2 SH

Etantiol

CH3CH2 S CH2CH3

Dietyl sulfid

R S S R

En disulfid

Eter-analogAlkohol analog Peroxid analog

Aminosyror CH2SH

CH COOHNH2

CH2SCH3

CH COOHNH2

Cystein Metionin

Tioler luktar vanligen mycket illa, Organiska svavelföreningar ingår i bla. Vitlök.

KARBOXYLSYROR R-COOH

-oatändelse -syra

NaR C

O

OR C

O

OH

Motsvarande salt

Strukturformel Systemat. namn Trivialnamn Systemnamn Trivialnamn HCOOH Metansyra Myrsyra metanoat formiat

CH3COOH Etansyra Ättiksyra etanoat acetat

CH3CH2COOH Propansyra Propionsyra propanoat propionat

CH3CH2CH2COOH Butansyra Smörsyra butanoat butyrat

CH3CH2CH2CH2COOH Pentansyra Valeriansyra pentanoat valeriat

Dessa kortare karboxylsyror har alla stickande, frän och illaluktande lukt.

Längre kolkedjor (>12 C) ger luktlösa och fasta karboxylsyror som kallas fettsyror

H3CC

OH

O

RCO

O

+ BasH3C

CO

O

+ Bas-H

pKa ! 5

RC

O

OResonansstabiliserad anjon bidrar till lågt pKa

Relativt starka syror

RC

O

O

H

RC

O

O

H Dimerer och vätebindning ger höga kp och smp

för karboxylsyror

Ättiksyra:

Vardagliga karboxylsyror

Ph-COOH Bensoesyra är en aromatisk karboxylsyra. Användn.: konserveringsmedel

CH C OH

O

CH3

OH

Mjölksyra "muskelsyra"O

OH

OHSalicylsyra

!Etandisyra!!!Oxalsyra!Finns i naturligt i t.ex rabarber och harsyra

HOOC-COOH

Effekter som styr reaktivitet och syra-bas egenskaper

1. - Resonans – Delokalisering av elektroner (se tidigare text)

2. - Induktiv effekt – Polarisering av elektroner från elektronegativa atomslag (dipoler) (Se även Fö 3 anteckn)

Elektronegativa atomer polariserar (förskjuter) elektroner från t.ex. ättiksyrans –O-H bindning så att vätet binds lösare, och påverkar därigenom pKa-värdet.

H3C C OH

O

CH2 C OH

O

Cl är en starkare syra än

pKa =4.8

CH2 C OH

O

Cl

CH2 C OH

O

CH2Cl

CH2 C OH

O

CH2CH2Cl

pKa

2,8

4,1

4,5

Induktiva effekten avelektronegativa kloratomenavtar med avståndet

Minskad syrastyrka

Dipol

Reaktioner som ger karboxylsyror:

CH3CH2 OHNa2Cr2O7

H2SO4

H3C C OH

O

H3C C H

O

Kp 78°C 20°C 118°C

Oxideras lätt vidare

Oxidation av primär alkohol:

Oxidation av aromatisk sidkedja:

CH3 KMnO4

H2SO4

C OH

O

Bensoesyra

ESTER - ett karboxylsyraderivat (-OH grupp bytt mot –OR)

Syra

ättiksyra etanol etylacetat

+ H2OC

O

CH3 OCH2CH3C

O

OHCH3

Framställning

Funktionell grupp -COORR C

O

OR'

+ H-O-CH2CH3

Änderlse: -yl -oat

O

OH

OH

+ HO CH3

O

O

OH

O

O

CH3

H

Salicylsyra Acetylsalicylsyra Namngivning Alkoholens alkylgrupp följt av syrasaltets namn

Alkyl alkanoat

H3C C OCH2CH3

O

etyletanoat etylacetat

O

O

etylbutanoat (persika smak/doft)

O

O

pentylacetat (banansmak/doft)

Många enkla estrar med rel. korta kolkedjor har angenäm doft Basisk hydrolys: Saponifiering (förtvålning av fetter)

natrium stearat

Saponifiering

Hydrolys:

CH2

CH

CH2

O

O

O

C

O

C17H35

C C17H35

C C17H35

O

O

+ 3 NaOH

CH2

CH

CH2

OH

OH

OH

C17H35 COO Na+ 3

glycerylstearat glycerol "tvål"

+ R'OHR C

O

O + OHR C

O

OR'

Något mindre vanliga karboxylsyraderivat är: KARBOXYLSYRAKLORID R-CO-Cl och KARBOXYLSYRA ANHYDRID R-CO-O-CO-R (Se laborationen)