Alkohole polihydroksylowe (wielowodorotlenowe)

1. Alkohole polihydroksylowe

Poznaliśmy już alkohole, dziś natomiast zajmiemy się ich specjalną grupą, którą nazywa się alkohole polihydroksylowe. Zwróć uwagę jak pięknie logiczna jest ta nazwa. Poli oznacza oczywiście wiele (jak poligamia = wiele żon), a hydroksy przedstawia nam doskonale już znaną grupę hydroksylową, czyli ーOH.

Na maturę potrzebujemy znać trzy takie alkohole w takim sensie, że niestety musimy nauczyć się ich nazw własnych.

Trzy alkohole polihydroksylowe, które musimy znać na maturę z chemii. Na niebiesko nazwa własna (zwyczajowa) alkoholi, natomiast na dole nazwa systematyczna (zgodna z IUPAC)

Na niebiesko nazwa własna (zwyczajowa) alkoholi, natomiast na dole nazwa systematyczna (zgodna z IUPAC).

Alkohole te będą zachowywać się w większości dość podobnie do zwykłych alkoholi (z jedną grupą hydroksylową), a więc np. też będą reagowały z sodem czy z kwasami karboksylowymi (reakcja estryfikacji). Jest jednak pewna bardzo ważna różnica, dzięki której można rozróżnić alkohole polihydroksylowe od monohydroksylowych (mono, czyli zawierających jedną grupę hydroksylową).

Dwie grupy ーOH znajdujące się obok siebie mają ,,magiczne właściwości”. Pamiętajmy, że każdy atom tlenu ma wolną parę elektronową (a nawet dwie, ale aż tyle nam nie potrzeba). Zatem skoro jej nie używa, to mógłby ją oddać na zasadzie wiązania koordynacyjnego, tworząc związek kompleksowy. Jeśli taka reakcja wiązałaby się jeszcze z jakimiś naocznymi obserwacjami (zmiana koloru, rozpuszczenie osadu) to byłoby fenomenalnie. I okazuje się, że taka właśnie jest!

2. Próba z wodorotlenkiem miedzi(II)

Wodorotlenek miedzi(II) to jest maturalny koszmar, bo dzierży on pierwszeństwo, jeśli chodzi o liczbę prób jakościowych w chemii organicznej, w której jest on zamieszany! Próby jakościowe to takie reakcje, które pozwalają na identyfikację jakiegoś elementu budowy cząsteczki. Poznaliśmy już coś takiego przy alkenach, gdzie mieliśmy odbarwianie wody bromowej i manganianu(VII) potasu.

Cu(OH)2 to był niebieski, galaretowaty osad. Rozpuszcza się on po dodaniu etano−1,2−diolu, czyli przykładowego alkoholu polihydroksylowego! Rozpuszczanie to wiąże się z utworzeniem związku kompleksowego. Jak pamiętasz, w związkach kompleksowych chodziło o to, że jakiś atom pożycza swoją wolną parę elektronową drugiemu atomowi. Tutaj mamy sytuację, w której wolna para elektronowa z tlenu oddaje te elektrony miedzi.

A oto, jak będzie wyglądał schemat doświadczenia, którego celem jest identyfikacja alkoholu wielowodorotlenowego. Typowo w drugiej probówce znajdzie się zwykły alkohol monohydroksylowy czy fenol albo jakiś kompletnie inny związek np. alken. Wówczas tylko w naszym polialkoholu coś się wydarzy, natomiast dla pozostałych probówek nie będziemy obserwować żadnych zmian.

Próba z Cu(OH)2 na wykrycie alkoholi polihydroksylowych (tutaj akurat przykład z glikolem etylenowym, czyli etano-1,2-diolem.

O równania reakcji pytań nigdy nie było, ponieważ to raczej wykracza poza maturalne ramy, bo jeśli chodzi o związki kompleksowe, to obowiązują one raczej tylko w chemii nieorganicznej (wodorotlenki amfoteryczne). Obok wklejam maturalny przykład obserwacji w tym doświadczeniu :

2017 maj − poziom rozszerzony (zadanie 35.2). Chodzi nam o probówkę I

3. Reakcja z nadmanganianem potasu

W maturalnych wymaganiach jest także wyszczególniona reakcja alkoholi polihydroksylowych z manganianem(VII) potasu w środowisku kwaśnym. No to cóż, robimy!

Reakcje alkoholi monohydroksylowych już omawialiśmy, ale zapisywaliśmy wtedy sam schemat reakcji, bez redoksowego bilansu. Dlatego teraz też to zrobimy. Przy okazji to przećwiczmy, bo dawno tego nie robiliśmy! Zbilansujmy następującą reakcję :

CH3CH2OH + MnO4 + H+ ⟶ CH3COOH + Mn2+ + H2O

Krok 1 − Rozdziel reakcję redoks na dwie reakcje połówkowe : utlenienia oraz redukcji.

Widzimy, że węgiel się utlenia, a mangan się redukuje, zatem piszemy :

(redukcja) :  MnO4  ⟶ Mn2+

(utlenianie) :  CH3CH2OH ⟶ CH3COOH

Krok 2 − Zbilansuj atomy, które ulegają utlenieniu/redukcji.

MnO4  ⟶ Mn2+

CH3CH2OH ⟶ CH3COOH

Krok 3 − Zbilansuj atomy tlenu, dodając po lewej lub prawej stronie H2O

MnO4  ⟶ Mn2+ + 4H2O

CH3CH2OH + H2O ⟶ CH3COOH

Krok 4 − Zbilansuj atomy wodoru, dodając po lewej lub prawej stronie H+

MnO48H+ ⟶ Mn2+ + 4H2O  CH3CH2OH + H2O ⟶ CH3COOH + 4H+

Krok 5 − Zbilansuj ładunek reakcji dodając po lewej lub prawej stronie elektrony e

MnO4 +  8H+  + 5e ⟶ Mn2+ + 4H2

CH3CH2OH + H2O ⟶ CH3COOH + 4H+ + 4e

Komentarz : W pierwszej reakcji łączny ładunek po lewej stronie wynosi teraz : −1 + 8 • 1 + 5 • ( − 1) = 2 , a po prawej również wynosi on 2. W drugiej reakcji po lewej mamy ładunek zero, po prawej również wynosi on 0 = 4 • 1 + 4 • (− 1 )

Krok 6 − Pomnóż obie reakcje połówkowe przez takie liczby, żeby ilość elektronów w obu reakcjach połówkowych była taka sama.

MnO4 +  8H+  + 5e ⟶ Mn2+ + 4H2O / • 4

CH3CH2OH + H2O ⟶ CH3COOH + 4H+ + 4e  / • 5

Krok 7 − Dodaj do siebie obie reakcje połówkowe : substraty do substratów, produkty do produktów.

Krok 8 oraz 9 − pomijamy, ponieważ reakcja nie jest prowadzona w środowisku zasadowym. Krok 10 − Sprawdź wszystko!

Lewa stronaPrawa strona
Węgiel (C)1010
Wodór (H)4242
Tlen (O)2121
Mangan (Mn)44
Ładunek+8+8
Podsumowanie w formie tabeli

A teraz czas na reakcję alkoholu polihydroksylowego z KMnO4 w środowisku kwaśnym.

HOCH2CH2OH + MnO4 + H+ ⟶ HOOCCOOH + Mn2+ + H2O

Krok 1 − Rozdziel reakcję redoks na dwie reakcje połówkowe : utlenienia oraz redukcji.

Widzimy, że węgiel się utlenia, a mangan się redukuje, zatem piszemy :

(redukcja) :  MnO4  ⟶ Mn2+

(utlenianie) :  HOCH2CH2OH  ⟶ HOOCCOOH

Krok 2 − Zbilansuj atomy, które ulegają utlenieniu/redukcji.

MnO4  ⟶ Mn2+

HOCH2CH2OH ⟶ HOOCCOOH

Krok 3 − Zbilansuj atomy tlenu, dodając po lewej lub prawej stronie H2O

MnO4  ⟶ Mn2+ + 4H2O

HOCH2CH2OH + 2H2O  ⟶ HOOCCOOH

Krok 4 − Zbilansuj atomy wodoru, dodając po lewej lub prawej stronie H+

MnO48H+ ⟶ Mn2+ + 4H2

HOCH2CH2OH + 2H2O  ⟶ HOOCCOOH + 8H+

Krok 5 − Zbilansuj ładunek reakcji dodając po lewej lub prawej stronie elektrony e

MnO4 +  8H+  + 5e ⟶ Mn2+ + 4H2

HOCH2CH2OH + 2H2O  ⟶ HOOCCOOH + 8H+ + 8e

Komentarz : W pierwszej reakcji łączny ładunek po lewej stronie wynosi teraz : −1 + 8 • 1 + 5 • ( − 1) = 2 , a po prawej również wynosi on 2. W drugiej reakcji po lewej mamy ładunek zero, po prawej również wynosi on 0 = 8 • 1 + 8 • (− 1 )

Krok 6 − Pomnóż obie reakcje połówkowe przez takie liczby, żeby ilość elektronów w obu reakcjach połówkowych była taka sama.

MnO4 +  8H+  + 5e⟶ Mn2+ + 4H2O / • 8

HOCH2CH2OH + 2H2O  ⟶ HOOCCOOH + 8H+ + 8e / • 5

Krok 7 − Dodaj do siebie obie reakcje połówkowe : substraty do substratów, produkty do produktów.

Zwróć uwagę, że zastosowałem tutaj trochę inny sposób zapisu związków organicznych, czyli zapisałem je w postaci wzoru sumarycznego. Sam musisz zobaczyć, który zapis jest dla Ciebie wygodniejszy!

Krok 8 oraz 9 − pomijamy, ponieważ reakcja nie jest prowadzona w środowisku zasadowym.

Krok 10 − Sprawdź wszystko!

5HOCH2CH2OH + 8MnO4 + 24H+5HOOCCOOH + 8Mn2+ + 22H2O

Lewa stronaPrawa strona
Węgiel (C)1010
Wodór (H)5454
Tlen (O)4242
Mangan (Mn)88
Ładunek+16+16
Podsumowanie w formie tabeli

Leave a Reply

%d bloggers like this: