Identyfikacja alkoholi

alkohole

Alkohole to związki organiczne, które są jednymi z najbardziej rozpoznawalnych i znanych, ponieważ mają szerokie zastosowania i zastosowania w życiu codziennym. Alkohole to cząsteczki organiczne zawierające hydroksylową grupę funkcyjną połączoną z grupą alkilową lub arylową (ROH). Jeśli węgiel hydroksylowy ma tylko jedną grupę R, jest znany jako alkohol pierwszorzędowy. Jeśli ma dwie grupy R, jest alkoholem drugorzędowym, a jeśli ma trzy grupy R, jest to alkohol trzeciorzędowy. Podobnie jak wiele innych związków organicznych, alkohole mogą być również aromatyczne, ponieważ zawierają pierścień benzenowy. Najprostszym alkoholem aromatycznym jest fenol.

Identyfikacja alkoholu w chemii organicznej może być osiągnięta poprzez wykorzystanie różnych właściwości rodzajów alkoholi. Chociaż można stosować różne metody analizy oprzyrządowania, takie jak magnetyczny rezonans jądrowy (NMR), można również zastosować inne testy jakościowe. Łącząc ze sobą te testy, tożsamość alkoholu można określić w podobny sposób, w jaki można zidentyfikować aldehydy i ketony.

Test chlorku żelaza

Jedną z metod rozróżniania alkoholu alifatycznego i aromatycznego jest użycie chlorku żelaza(III). Związek chlorku żelaza nadaje roztworowi czerwono-pomarańczowy wygląd. W obecności alkoholu aromatycznego, takiego jak fenol, atomy chlorku są zastępowane alkoholem aromatycznym, zmieniając właściwości koordynacyjne środkowego atomu żelaza. Spowoduje to zmianę koloru roztworu na fioletowy. Alkohole alifatyczne nie reagują z chlorkiem żelaza(III), a zatem roztwór pozostaje czerwono-pomarańczowy.

Test Jonesa

Test Jonesa wykorzystuje trójtlenek chromu w obecności kwasu siarkowego, aby działał jako silny środek utleniający. W obecności odczynnika Jonesa alkohol pierwszorzędowy jest najpierw przekształcany w aldehyd, a następnie w kwas karboksylowy, podczas gdy alkohol drugorzędowy zostanie utleniony w keton. Stopień utlenienia chromu jest kluczem do tego testu. Chrom znajduje się na stopniu utlenienia +6 w odczynniku Jonesa. Kompleksy Cr(VI) w odczynniku nadają mu jaskrawy czerwonawy, pomarańczowy kolor.

W procesie reakcji chrom ulega redukcji z Cr(VI) do stopnia utlenienia +3 — Cr(III). Po pierwsze, alkohol i kwas chromowy tworzą ester chromianowy. Następnie zasada (_H2O) rozszczepia wiązanie C-H alkoholu, tworząc grupę karbonylową, jednocześnie redukując Cr(VI) do Cr(IV). Węgiel alkoholu ulega utlenianiu 2-elektronowemu, a Cr(IV) ulega redukcji 2-elektronowej, więc jest to etap redukcji-utleniania.

Cr(IV) uczestniczy w dalszych etapach utleniania i ostatecznie ulega redukcji do Cr(III). Cr(III) jest często obecny w postaci jonów heksakwachromu(III) - [Cr(H₂O)₆]³⁺ - i kompleksów Cr(III), w których cząsteczki H₂O są zastępowane przez jeden lub więcej jonów siarczanowych - [Cr(H₂O)₅ (SO₄)^]+. Kompleksy te nadają Cr(III) charakterystyczny zielony kolor.

Alkohole trzeciorzędowe nie reagują z chromem, a zatem nie wytrąca się osad, dzięki czemu roztwór pozostaje pomarańczowy. Dlatego test Jonesa może pomóc w odróżnieniu alkoholi pierwszorzędowych i drugorzędowych od alkoholi trzeciorzędowych.

Test Lucasa

Test Lucasa wykorzystuje chlorek(II) w obecności kwasu solnego jako odczynnik. W obecności alkoholu, odczynnik Lucas będzie halogenował alkohol, tworząc nierozpuszczalny produkt w roztworach wodnych. Szybkość reakcji w tym przypadku jest w dużym stopniu zależna od powstania karbokationu spowodowanego utratą hydroksylu w postaci wody. Karbokation utworzony przez pierwszorzędowy alkohol jest niestabilny, a zatem nie nastąpi łatwo. Powoduje to brak obserwowalnej reakcji w temperaturze pokojowej. Alkohol trzeciorzędowy utworzy stabilny karbokation, powodując szybką reakcję po dodaniu odczynnika Lucasa. Powoduje to pojawienie się drugiej fazy w mieszaninie reakcyjnej, ponieważ końcowy produkt halogenowy jest nierozpuszczalny w wodzie. Alkohole drugorzędowe utworzą mniej stabilny karbokation niż alkohole trzeciorzędowe, ale reakcja zajdzie w temperaturze pokojowej w ciągu kilku minut. Dlatego test Lucasa może pomóc w rozróżnieniu między alkoholami pierwszorzędowymi, drugorzędowymi i trzeciorzędowymi.

Odwołania

1. Streitwieser, A., Heathcock, C.H., Kosower, E.M. (1998). Wprowadzenie do chemii organicznej. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall.

Alkohole to klasa cząsteczek organicznych posiadających co najmniej jedną hydroksylową grupę funkcyjną połączoną z atomem węgla. Metanol i etanol to dwa znane alkohole. Oba są alkoholami alifatycznymi, co oznacza, że pochodzą z węglowodoru i nie zawierają grupy benzenowej.

Istnieją trzy klasyfikacje alkoholi alifatycznych. Pierwszym z nich jest alkohol pierwszorzędowy, w którym grupa hydroksylowa jest połączona z atomem węgla, który jest połączony z jedną grupą opartą na węglu lub alkilem. W alkoholu drugorzędowym grupa hydroksylowa jest połączona z atomem węgla, który ma dwie grupy alkilowe. Wreszcie w trzeciorzędowym alkoholu grupa hydroksylowa jest połączona z atomem węgla z trzema grupami alkilowymi.

Alkohole mogą być również aromatyczne, w których grupa hydroksylowa jest połączona bezpośrednio z węglem pierścienia benzenowego. Najprostszą formą alkoholu aromatycznego jest fenol. Związki zawierające fenol są znane jako pochodne fenolu lub fenole.

Niektóre reakcje, którym poddawane są alkohole, można wykorzystać do ich rozróżnienia na podstawie widocznych różnic w wyniku reakcji. Jedną z takich reakcji jest test chlorku żelaza, który bada obecność fenoli. Po dodaniu chlorku żelaza do fenolu tworzy się fioletowy kompleks żelaza-trójfenolu. Nie obserwuje się tego, gdy dodaje się go do alkoholu alifatycznego.

Inną przydatną reakcją jest test Jonesa, który służy do identyfikacji pierwszorzędowych i drugorzędowych alkoholi alifatycznych. Odczynnik Jonesa, mieszanina kwasu siarkowego i trójtlenku chromu w wodzie, jest silnym utleniaczem. Reaguje z alkoholami pierwszorzędowymi, tworząc aldehydy - które następnie tworzą kwasy karboksylowe - i reaguje z alkoholami drugorzędowymi, tworząc ketony. Dodanie odczynnika Jones do pierwszorzędowych i drugorzędowych alkoholi powoduje, że roztwór zmienia barwy z pomarańczowego na ciemnozielony. Alkohole trzeciorzędowe nie reagują z odczynnikiem Jonesa, ponieważ są odporne na utlenianie.

Wreszcie możemy wyróżnić alkohole alifatyczne za pomocą testu Lucasa. Odczynnik Lucasa, który jest mieszaniną chlorku cynku i kwasu solnego, reaguje z alkoholami drugorzędowymi i trzeciorzędowymi w reakcji substytucji nukleofilowej S_N1. Chlorek cynku koordynuje się z tlenem hydroksylowym, tworząc doskonałą grupę opuszczającą. Po wyeliminowaniu pozostaje dodatnio naładowany karbokation. Następnie jon chloru atakuje karbokation, tworząc chlorek alkilu, który jest nierozpuszczalny w wodzie i wydaje się mętny.

Alkohole trzeciorzędowe reagują natychmiast z odczynnikiem Lucasa, tworząc oleistą warstwę w temperaturze pokojowej. Alkohole drugorzędowe dają pozytywny wynik po kilku sekundach do kilku minut. Alkohole pierwszorzędowe dają wynik negatywny, chyba że zostaną podgrzane.

W tym laboratorium użyjesz testu chlorku żelaza, testu Jonesa i testu Lucasa, aby zidentyfikować nieznany alkohol.