Właściwości chemiczne alkoholi i fenoli

1. Właściwości alkoholi i fenoli

Omówiliśmy już alkohole i fenole, wiemy czym są i czym się różnią, potrafimy także je nazwać. Co istotne, mówiliśmy sobie, że te związki to właściwie nic innego jak organiczne pochodne cząsteczki wody.

Więc o ile znamy właściwości wody, to będziemy w stanie wykminić właściwości alkoholi oraz fenoli. Zobaczmy to w tabeli.

Cecha
charakterystyczna
Woda (H2O)Alkohole i fenole
Budowa
przestrzenna
Hybrydyzacja tlenu to sp3,kąt pomiędzy wiązaniami to 104,5°Hybrydyzacja tlenu to sp3,kąt pomiędzy wiązaniami to około 109°
Wiązania
wodorowe
Pomiędzy cząsteczkami wody w stanie ciekłym występują wiązania wodorowe.Tu również będą występować wiązania wodorowe między cz.alkoholi/fenoli w stanie ciekłym.
Temperatura
wrzenia
Obecność wiązań wodorowych przekłada się na wyższą temperaturę wrzenia.Obecność wiązań wodorowych przekłada się na wyższą temperaturę wrzenia.
Właściwości
kwasowo−zasadowe
Może zachowywać się jak kwas lub zasada Bronsteda.Alkohole mogą zachowywać się jak kwas lub zasada Bronsteda. Fenole są słabo kwasowe.
Polarność/
rozpuszczalność
Polarna cząsteczka,świetny rozpuszczalnik.Polarne cząsteczki, rozpuszczalne w wodzie, chyba że mają długi łańcuch węglowy.
Porównanie właściwości wody z alkoholami (i fenolami)

Zaczynamy od początku, po kolei :

➦ Hybrydyzacja sp3 oznacza, że grupy elektronowe układają się w kształt tetraedru. Pamiętajmy, że w tlenie, o którym mowa mamy dwie wolne pary elektronowe oraz dwa wiązania, więc na pewno nie będziemy mówić o budowie tetraedrycznej. Kąt natomiast jest zbliżony do 109° , czyli idealnego kąta tetraedrycznego. Różnice w wartościach kątów pomiędzy alkohalmi a wodą wyniką z obecności podstawnika ,,R” obecnego w alkoholach. 

➦ Cząsteczka wody swoje unikalne właściwości zawdzięcza m.in wiązaniom wodorowym. W końcu mamy tam mocno elektroujemny pierwiastek (tlen) połączony z wodorem. Zatem dwie cząsteczki H2O mogą się łączyć ze sobą (wiązania międzycząsteczkowe) właśnie przy użyciu wiązania wodorowego. W alkoholach i fenolach jest tak samo, ponieważ także jest tam obecne ugrupowanie −OH (na schemacie nie pokazano fenoli, ale dla nich jest tak samo oczywiście).

Wiązania wodorowe tworzą się tak samo pomiędzy cząsteczkami wody jak i pomiędzy cząsteczkami alkoholi (również fenoli, nie pokazanych na schemacie).

Temperatura wrzenia (Twrz) jest oczywiście powiązana z obecnością wiązań wodorowych. Im więcej wiązań trzyma cząsteczki ze sobą, tym ciężej je rozdzielić, a więc musimy bardziej dowalić do pieca, żeby przeprowadzić ciekłą wodę czy ciekłe alkohole w stan gazowy. Przykładowo etan będzie miał niższą Twrz niż etanol, bo w cząsteczce etanu nie będzie wiązań wodorowych.

➦ Cząsteczki alkoholi będą podobnie jak woda polarne, chyba że do grupy ーOH będzie przyłączony naprawdę długi łańcuch węglowodorowy, który z kolei jak wiemy już nie jest polarny. Jako że podobne rozpuszcza się w podobnym, to etanol będzie rozpuszczalny w wodzie, natomiast etan już nie.

➦ Właściwości kwasowo−zasadowe. Jako że woda jest obojętna to podobnie wodny roztwór alkoholu będzie miały odczyn obojętny. Fenole natomiast mają lekko kwasowy charakter (to bardzo ważna różnica jeśli chodzi o alkohole vs. fenole!).

Zacznijmy od przypomnienia dysocjacji wody :

H2O ⇄ H+ + OH

Analogicznie będą dysocjowały (a więc w bardzo słabym stopniu) alkohole i fenole, o czym pisaliśmy już wcześniej. Poniżej na przykładzie metanu (CH3OH) oraz fenolu (C6H5OH) :

CH3OH ⇄ CH3O + H+ C6H5OH ⇄ C6H5O + H+

No i teraz uwaga, uwaga, będę krzyczał! Bo to musi naprawdę dobrze wybrzmieć, ponieważ nie jestem w stanie zliczyć jak często popełniacie ten błąd, z olimpijczykami na czele!

Alkohole to nie są ,,organiczne wodorotlenki” i nie dysocjują na jony OH !

Weź to sobie wbij do głowy, błagam!

I ok, ja przyznaję − tak może się wydawać, zwłaszcza że mówiliśmy o tym, że alkohole to pochodne wody, a przecież ona też dysocjuje z utworzeniem jonu hydroksylowego OH . Ale na szczęście da się to wytłumaczyć, dlaczego alkohole dysocjują właśnie w taki sposób.

Czemu alkohole nie dysocjują z utworzeniem jonu OH , analogicznie jak wodorotlenki ?

Można do tego podejść jeszcze w inny sposób, jakkolwiek to zrobisz, po prostu to zapamiętaj!

Sposób w jaki dysocjują alkohole można wytłumaczyć na wiele sposobów.

No dobrze, na razie skupiliśmy się na kwasowych właściwościach, natomiast skoro alkohole są pochodnymi wody, to powinny być amfoteryczne, a więc reagować zarówno z kwasami jak i zasadami. I faktycznie, alkohole ulegają działaniu mocnych kwasów, co prowadzi ostatecznie do odejścia z nich cząsteczki wody (dehydratacja).

CH3CH2OH \displaystyle \xrightarrow{H_{2}SO_{4}} CH2=CH2 + H2O

Kwas siarkowy pełni tutaj rolę katalizatora, jednak reakcja opiera się właśnie na tym, że alkohol reaguje z kwasem!

2. Czym się różnią alkohole i fenole ?

Różnice pomiędzy fenolami i alkoholami zestawimy dla wygody w tabeli.

AlkoholeFenole
obojętne.Mają właściwości słabo kwasowe. Są milion razy bardziej kwasowe niż alkohole!
Nie reagują z NaOH[1]Reagują z NaOH i dlatego są w nim rozpuszczalne (to metoda  wydzielenia fenoli z mieszaniny[2] !)
Mają grupę ーOH przyłączoną do nasyconego atomu węgla (o hybrydyzacji sp3)Mają grupę ーOH przyłączoną bezpośrednio do pierścienia benzenu (aromatycznego)
W reakcji z chlorkiem żelaza (III) brak zmian (obserwacji)Reagują z FeCl3 z utworzeniem kompleksu o charakterystycznym zabarwieniu.
Porównanie alkoholi i fenoli

3. Próba z chlorkiem żelaza(III) do odróżniania fenoli

Próba ta jest dość podobna do reakcji wodorotlenku miedzi(II) z glikolem etylenowym (ogólnie : alkoholem, który zawiera wiele grup hydroksylowych). Oto doświadczenie pozwalające zidentyfikować fenol, czyli próba z chlorkiem żelaza(III)

Doświadczenie pozwalające zidentyfikować fenol, czyli próba z chlorkiem żelaza (III)

Równanie reakcji jest dodatkowe, nie trzeba go umieć, ponieważ wykracza ponad maturę. Co jednak istotne, to żeby jakoś wybitnie nie przywiązywać się do barwy powstającego kompleksu żelaza z fenolem, ponieważ jego barwa może być naprawdę różna. Z reguły jednak pisze się : fioletowe zabarwienie.


[1] Reagują, ale w bardzo małym (zwykle zaniedbywalnym) stopniu.

[2] Czas na takie średnio przyjemnie zadanie maturalne (2018 czerwiec − poziom rozszerzony), bym powiedział. Spójrzmy :

2018 czerwiec – poziom rozszerzony.

Po pierwsze zauważcie, że zarówno fenol jak i alkohol benzylowy średnio rozpuszczają się w wodzie (wymaga to ogrzania, natomiast w temperaturze pokojowej mamy mętnienie/emulsję). To dlatego, że mamy duży, niepolarny fragment dołączony do grupy OH, która w nim ,,tonie”.

W probówce I mamy fenol, w probówce II jest zwykły alkohol. Żaden z nich nie reaguje z kwasem, więc nawet przez wykluczenie jedyną sensowną odpowiedzią jest NaOH. Z wodorotlenkiem będzie reagował tylko fenol, w wyniku czego powstanie sól, czyli związek jonowy, który dobrze rozpuszcza się w wodzie.Równanie reakcji :

C6H5OH + NaOH ⟶ C6H5ONa + H2O

Zwróć uwagę, że faktycznie wiązanie kowalencyjne spolaryzowane (OーH) zmienia się w wiązanie jonowe ( OーNa ), co pociąga za sobą zmianę rozpuszczalności w wodzie.

Leave a Reply

%d bloggers like this: