Alkoholy a fenoly
Alkoholy můžeme odvodit náhradou jednoho atomu vodíku v molekule vody za uhlovodíkový zbytek.
H I
R-C-OH l
H
1° - primárni alkohol
H
l
R-C-OH l
R
2° - sekundárni alkohol
R l
R-C-OH l
R
3° - terciární alkohol
Fenoly - hydroxylová skupina je vázaná k aromatickému jádru
.OH
fenol
Alkoholy tvoří podobně jako voda intermolekulární vodíkové vazby.
5;. S*
R-Q-H
S+ .1.6 ôH-0-R
5. dubna 2020 1/36
Alkoholy a fenoly
Vliv vodíkových vazeb na teploty varu:
HsC-CH3
H3C-O-CH3
CH3CH2-OH
b.v. =-89 °C
b.v. = -24,8 °C
b.v. = 78 °(
Nižší alkoholy jsou rozpustné ve vodě - důležitá je velikost hydrofobního uhlovodíkového zbytku.
H3CJ-0H
Kyselost alkoholů
H3C-QjH
H"'XH
H
..0 I©
h3c-q: +
H"'XH
alkoxidový anion
5. dubna 2020 2/36
Alkoholy a fenoly
H20 CH3OH CH3CH2OH HsC^/CHs OH
14,0 15,3 15,9
16,5
CH-
HqC-
-OH 18 CH3
tí \
OH 9,95
Faktory ovlivňující kyselost alkoholů (podle významu) 1. Konjugace:
.OH
.OH
pKa = 9,95
*0
,0:
,0:
c
Q:
-<—►
5. dubna 2020 3/36
Alkoholy a fenoly
Faktory ovlivňující kyselost alkoholů: 2. Indukční efekt:
H
H3c-CH2-äH + H2ä: H3c-CH2-äP+ H.ô®H
pKa=15,9
H
F3C-CH2-^H + H2ä: F3C-CH2-a®+ U.Q®
H H
pKa=12,4
3. Efekt solvatace:
5. dubna 2020 4/36
Alkoholy a fenoly
Pozice acidobazické rovnováhy s hydroxidem:
ch<
hhC-
-OH + NaOH CH3
1-hC-
-O Na® + HAH CH*
+
NaOH
^Na@
+ H'°XH
S reaktivními kovy reagují alkoholy za vývoje vodíku a vzniku alkoholátu
2CH3OH + 2 Na
2 CH3ONa + H2
Bazicita alkoholů
h3c-8-h + h^i:
h3c-0:  + :fiP H
oxoniový katión
5. dubna 2020 5/36
Alkoholy a fenoly
Některé alkoholy jsou nestabilní:
H2C = C-OH ^-»     H3C-C = 0
H H
OH
H3C-C-OH ^-'     H3C-C = 0 + H20
CH3 CH3
OH
H3C-C-OH ^-'     H3C-C = 0 + H20
OH OH
5. dubna 2020 6/36
Příprava alkoholů
Nukleofilní substituce
h2o: + cof0
0..
:oh + hcc£
* ^CH2ípj:+®OH
.0
CH2-OH + :ci:
.Cl
+ NaOH
Š^2 H3C-
,0H
+ NaCI
ale:
CH-
CH-
+ NaOH
E2
CH-
H2C^(      +   NaCI   + h'°"H CH3
CH-
HqC-
+ H20
SN1
CH-
HqC-
-OH + HCI CH3
5. dubna 2020 7/36
Příprava alkoholů
Hydratace dvojné vazby
H
H3C CH2
OH
H20
©
H (kat.)
H
H3C CH2
OH
1. H2Q / Hg(AcO)2
2. NaBH4
H
H rH
H
H3C CH2
H H
1. BH3
2. H202 + NaOH
HqC
H
OH H
5. dubna 2020 8/36
Příprava alkoholů
Redukce karbonylových sloučenin
o n
FT^H
aldehyd
redukce
R-C-0 i
H
primární alkohol
O n
R'CsR
keton
redukce
R-C-0 i
R
sekundární alkohol
O
P        redukce > R' "OR
karboxylová kyselina nebo ester
R-C-0 i
H
primární alkohol
5. dubna 2020 9/36
Příprava alkoholů
o
1. NaBH4
H3CT "CH3    2. H20
H3C ^ CH3
O ii
H.
H2
*0 i
.c.
H3C    CH3 PdiPtneboNi H3C'^CH3 (katalyzátor)
O
ii
HqC'CvOH
1 ■ LiAIH4 2. H20
I
H3C'9SH
5. dubna 2020 10/36
Příprava alkoholů
Dihydroxylace alkenů
Příprava vicinálních diolů. Syn-dihydroxylace:
OH OH
NaHSQ3 >   H3C, l    l ,CH3
H20    *~        4 i H H
H3C CH3
c=c
/ \ H H
OsO,
O' No
H3C, \     / „CH3
'C-C 4 v
H H
Anti-dihydroxylace:
.0
O-OH
H20
H0nebo OH0 (katalyzátor)
''OH
5. dubna 2020 11/36
Příprava alkoholů
Příprava pomocí organokovů
1. CH3MgBr
2. H20
O
0 1.2ekv. PhMgBr
Příprava alkoholů
Výroba glycerolu
o
h2c-o-c-r1
o h2c-oh
li     0      3 HpO i HC-O-C-r2--—► HC-OH
O l
\\ H2C-OH
H2C-0-C-r3
triacylglycerol glycerol (tuk)
5. dubna 2020 13/36
O
C-r1 HO7 O
+ W HO7
O
W
HO
mastné kyseliny
Příprava fenolů
Historicky:
so3 h2so4
.SO3H
NaOH
300 °C - Na2S03 -H20
,ONa
HCI
-NaCI
k^
Cl-
AICI3 (katalyzátor)
NaOH
350 °C 300 bar
-NaCI -H20
,ONa
HCI
-NaC
5. dubna 2020 14/36
Příprava fenolů
Současná metoda:
^ H3PO4
+ H3C^CH2
CH3 CH3
(katalyzátor)
Oc
V
CH3
H
100 °c
(katalyzátor)
, CH3
H
©
(katalyzátor)
O
y
+   HqC CH-
5. dubna 2020 15/36
Reakce alkoholů
Hydroxylová skupina je špatnou odstupující skupinou OH je konjugovanou bazí slabé kyseliny (H2O).
HQ:
6
ry
©
H
©
Nu:x_^r-jH
1- Protonace -OH - odstupuje H2O, konjugovaná báze HsO+
h3c-qh
HrBr:
H
H^C^o:©
H
SN2
+   :p.r-CH3  + :o:
H
CH3 H3C-C-QH CH^
HrCi:
CH3H - HsC-C^:© CH3 H
© /CH3 ,H
H3C-C + :o: %|:^ch3 h
CH3
SN1
— :CI-C-CH3 CH3
CH3CH2OH
HCI
ZnCI2 (katalyzátor)
CH3CH2CI  + r°^H
5. dubna 2020 16/36
Reakce alkoholů
2. Převedení alkoholu na ester silné kyseliny - kyslík -OH skupiny se stane součástí dobré odstupující skupiny.
o
H3C-OH  +   Cl—S—<^   h— CH3
chlorid kyseliny p-toluensulfonové
^1
O
H3C-O-S—^   y~ CH3   + HCI
O x—/
methylester kyseliny p-toluensulfonové
:o
*1
N—' :o ^-:nu
dobrá odstupující skupina
h3c-^Vs-q: + h3c-Nu :o
hac
:o
v\ /rr^ ..0
:0     v—:cp
Hac
=\ $ a f^l
v\>"|"Q: V  + H3C"PJ:
H
Po aktivaci -OH skupiny může proběhnout i eliminační reakce.
5. dubna 2020 17/36
Reakce alkoholů
Oxidace alkoholů
H.
0
1
H
0 © - 2 e   - 2 H
oxidace -*
redukce + 2e0+2H®
O
R'
H.
R'
H
R*
O
H
O
H
*0
R
H
R
R
oxidace
oxidace
oxidace
O
R^H
O
R^R
oxidace
bez reakce
O
x
R OH
Mnoho typů oxidačních činidel - IN^C^Oy, KMnC>4 (v kyselém prostředí), OO3, MnC>2, katalytické systémy...
5. dubna 2020 18/36
Reakce alkoholů
V přítomnosti vody jsou obvykle aldehydy oxidovány dále až na karboxylovou kyselinu:
o
H AR + H*°
OH
HO-C-R i
H
Cr03
ov
HO
Řešením může být použití PCC a podobných činidel v bezvodém prostředí:
"*9
PCC
bezvodý
CH2CI2
0 11	0 II 0 CI-Cr-0	1© H	
H'aR	11 0		
	pyridinium-chlorchromát		
5. dubna 2020 19/36
Oxidace fenolů
OH
O
Na2Cr207
fenol
H20 / H2S04
O
p-benzochinon
O
O
0 © - 2 e   - 2 H
oxidace -*
redukce + 2e0+2H0
OH
p-benzochinon
OH hydrochinon
Ubichinony
o
h3co H3C0
o
CH3
*CH2-CH=C-CH2Vh       n =
= 6-10
n
5. dubna 2020 20/36
Oxidace fenolů
5. dubna 2020 21/36
Biochemická oxidace alkoholů
NAD-
NADH + H+
CH3CH2OH
p
^ H3C-C alkoholdehydrogenasa H
OH OH
HoN
O O n 11
O-P-O-P-0
°© 4)
NH2	
—.	
	
OH OH
Nikotinamidadenindinukleotid
5. dubna 2020 22/36
Biochemická oxidace alkoholů
NAD+ NADH + H+
vy p
CH3CH2OH -—^—H3C-C
alkoholdehydrogenasa H
5. dubna 2020 23/36
Ethery
Ethery můžeme odvodit náhradou dvou atomů vodíku v molekule vody za uhlovodíkové zbytky.
R1-q-R2
Tvorba názvů etherů
methyloxyethan H3C-O-CH2CH3 methoxyethan
ethyl(methyl)ether
H3C-O
anisol
methoxybenzen fenyl(methyl)ether
Ethery mohou být pouze akceptory vodíkové vazby.
H
H
5. dubna 2020 24/36
Ethery
Významné ethery
hhC     O CH-
diethylether
,0.
"O" 1,4-dioxan
O
tetrahydrofuran (THF) oxiran
O
,0
*0'
12-crown-4 Li®
.0.
O
■o
o o
\_/
15-crown-5
Ná
©
*0'
,0 O. 'O O'
18-crown-6 K®
5. dubna 2020 25/36
Příprava etherů
Kysele katalyzovaná kondenzace alkoholů
CH3CH2-OH
"Q     - HSO4
H H
©
- CHsCHs-C^-CHsCHs +
H
H ..
:6> p:
mí ^ q'
:o' QH
CH3CH2-QH
H ..
' o:
CH3CH2-0-CH2CH3   + +
M :o ^
Williamsonova syntéza (1850) - limitováno na methylhalogenidy a primární alkylhalogenidy.
NaH
0
R-QH    _,NH_H »   R-Q: HsC^.r:
(?) ..©
- R-O-CH3 + Na .Br:
5. dubna 2020 26/36
Reakce etherů
Bazicita - se silnými kyselinami tvoří oxoniové soli:
r-ö-r + h^i:
©/H ..o R-o:  + :ßf
R
oxoniový kation
Štěpení etherů halogenvodíkovými kyselinami
r1-0-r2     2 ekv- hx >    r!-X + X-r2 + h'°-h
Mechanismus:
CH3CH2-Q-CH2CH3 h
-^ ©(pch2ch3
H' U
ch3ch2^b-ch2ch3 -i       1 ^n2
\.Q H
CH3CH2-ä: + h-ö-CH2CH3
h
:\:}
SN2
!J — CH2CH3 +
5. dubna 2020 27/36
Reakce etherů
Autooxidace - reakce s kyslíkem, probíhá mechanismem radikálové řetězové reakce, vyžaduje iniciaci radikálovým iniciátorem, světlem...
0AH
HqC    O    CHq + o-
hv
hhC    O CH
iniciace:
HqC    Q CH,
R
HqC     Q     CHq  + RH
propagace:
H3C" ".(t   CH3 + -Q-Q-
H3C .Q^CH3
..A
\Q"XH3 + H3C
10 H
H3C^.Q^CH3    + H3C^.Q^CH3
term i nace:
H3r V   CH3  +  H3C^ V CH;
HsC^O^CHs HsC^.Q^CHs
5. dubna 2020 28/36
Příprava epoxidů
Epoxidace alkenů peroxokyselinami
o
+ r-ď
0-0-H
.0
:o + r-c
O-H
Bazickou cyklizací 2-halogenalkoholů
Br2 / H20
Bfi
^\CbV:
NaOhL    | jN" QH ^ 'Í>q NaU
+
NaBr
5. dubna 2020 29/36
Reakce epoxidů
Nukleofilní otevření cyklu je usnadněno velkým napětím v tříčlenném cyklu.
Využití:
HO'
HO
H
H H
H.
'O'
H
1.ROGNa0
-	2. H20		2. H20	—►
	1. LiAIH4	0	1. NaCN	
	2. H20	/ \	2. H20	
-	H20		1. NaSH	—►
r—v/ -OH
N.
*OH
kyselina nebo báze (katalyzátor)
2. H20
H
*OH
5. dubna 2020 30/36
Reakce epoxidů
Regioselektivita nukleofilního otevření cyklu - přednostně je nukleofilem napadán stericky méně bráněný atom uhlíku.
CÍLCH3
:ne
Y
í
■ch-
h
:0"H
0
r
ch-
N
ch-
N
■{-ch3 + :q-h
ch<
Pozor, pokud by kyselé katalýzy na atomu uhlíku cyklu mohl vzniknout stabilizovaná karbokation, obrací se regioselektivita!
h
h h
^ch3 ch3
-h20
@h ,ch3
h-
o:
Nu
ch3 {-ch3 Nu
5. dubna 2020 31/36
Reakce epoxidů
Karcinogenita některých polycyklických aromatických uhlovodíků je způsobena jejich aktivací na reaktivní epoxidy:
benzo[a]pyren -7,8-dihydrodiol-9,10-epoxid
5. dubna 2020 32/36
Thiloly a sulfidy
Thiloly - dříve merkaptany (mercurium captans) Příprava thiolů:
CH3 CH3 H3C^Br Nf QH >    H3C^SH + NaBr
Thioly podléhají snadno oxidaci, působením mírných oxidačních činidel vznikají disulfidy (disulfidový můstek ve struktuře peptidů).
R-SH   + HS-R
Br2 / NaOH / H2Q Zn / HCI
R-S-S-R
5. dubna 2020 33/36
Thiloly a sulfidy
Vazba S-H je snadněji polarizovatelná ve srovnání s vazbou O-H —> thioly jsou výrazně kyselejší než odpovídající alkoholy.
,OH
.SH
CH3CH2OH CH3CH2SH
16
10,3
10
6,6
Thioly a thioláty jsou silné nukleofily - jejich alkylací vznikají sulfidy:
R-SH     1 ■NaQH > R-S-CH3 2. CH3I
5. dubna 2020 34/36
Thiloly a sulfidy
Oxidace sulfidů:
H3C-§-CH3 dimethylsulfid
oxidace
ii
HsC-CH3
11 oxidace
dimethylsulfoxid
O: 11
h^C-S—CH3
Q:
dimethylsulfon
'••VCH3
O 11
Nal04
CH3    2 x H202
v
^CH3
5. dubna 2020 35/36
Thiloly a sulfidy
Glutathion (GSH) - důležitý tripeptid, ochrana před volnými radikály, konjugace metabolitů cizorodých látek.
o
HOOC
H i
S
H
i
N.
.COOH
O
GSH - glutathion
5. dubna 2020 36/36