Základy organické chemie
Jaromír Literák
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 1/49
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
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 2/49
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 hydrofobníh uhlovodíkového zbytku.
H3CJ-0H
Kyselost alkoholů
H3C-QjH
H"'XH
H
..0 I©
h3c-q: +
H"'XH
alkoxidový anion
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 3/49
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:
-<—►
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 4/49
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:
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 5/49
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
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 6/49
Alkoholy a fenoly
Některé alkoholy jsou nestabilní:
H2C = C-OH H
H3C-C = 0 H
OH I
H3C-C-OH CH3
H3C-C = 0 + H20 CH3
OH l
H3C-C-OH OH
H3C-C = 0 + H20 OH
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020
Příprava alkoholů
Nukleofilní substituce
h2o: + cof0
0..
:oh + hccj?
* ^CH2ípj:+®OH
~   \ //
CH2-OH +
.Cl
+ NaOH
Š^2 H3C-
,OH
+ NaCI
ale:
CH-
CH-
+ NaOH
E2
CH3
H2C^(      +   NaCI + CH3
CH-
+ H20
SN1
CH-
-OH + HCI CH3
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020
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
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020
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
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020
Příprava alkoholů
o
1. NaBH4
H3CT "CH3    2. H20
H3C ^ CH3
O n
H.
H2
*0 i
.c.
H3C    CH3 PdiPtneboNi H3C'^CH3 (katalyzátor)
O
n
HqC'CvOH
1 ■ LiAIH4 2. H20
I
H3C'9SH
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020
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:
o
O-OH
H20
H0nebo OH0 (katalyzátor)
''OH
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 12/49
Příprava alkoholů
Příprava pomocí organokovů
1. CH3MgBr
2. H20
OH
/
CH3
O
X ^
H     O CH
1. 2 ekv. PhMgBr^ 3    2. HoO ^
px     1. PhMgBr
2. H20
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020
Příprava alkoholů
Výroba glycerolu
o
H2c-o-c-R1 o
HC-O-C-R2
O II
H2C-0-C-R3
triacylglycerol (tuk)
3 H20
H2C-OH
HC-OH + l
H2C-OH
glycerol
O
W
C-R1
HO O
C-R2
HO
O
W
C-R3
HO
mastné kyseliny
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 14/49
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
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 15/49
Příprava fenolů
Současná metoda:
^ H3PO4
+ H3C^CH2
CH3 CH3
(katalyzátor)
Oc
V
CH3
H
100 °c
(katalyzátor)
, CH3
H
©
(katalyzátor)
O
y
+   HqC CH-
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 16/49
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
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 17/49
Reakce alkoholů
2. Převedení alkoholu na ester silné kyseliny - kyslík -OH skupiny se stane součástí dobré odstupující skupiny.
o
H3C-oh  + Cl-S—d    ň— ch3
o x—'
chlorid kyseliny p-toluensulfonové
^1
o
H3C-o-s—(v     h— ch3   + hci o
methylester kyseliny p-toluensulfonové
w m
:o
N—/ :o :nu
dobrá odstupující skupina
*1
=\ *9 0
^s-q: + h3c-Nu :q
:o
0_/^ Ji
:q
h,C
=\ :- 8 iT^l
•q h
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 18/49
Reakce alkoholů
Mechanismus vzniku esteru z chloridu a alkoholu:
X I K c .
s-c
:o
-:o-ch3
=\ TO
H
H
HaC
:9 ^
:Q
N© :ci: i     • •
H
HaC
\ //
m w
o
Q
CH3
Cl
Reakce s halogenidy anorganických kyselin (PBr3, POCI3, SOCI2, SO2CI2. ■ ■) poskytuje obvykle příslušné halogenderiváty.
Cl
soci2
SN2
*CH3
+
H
+ S02
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 19/49
Reakce alkoholů
Po aktivaci -OH skupiny může proběhnout i eliminační reakce:
H3C h3c-C-OH hhC
TsCI -HCI
N
O
h3c-C-0-S
o
CH3CH2ONa AT E2
H3C-C
CH3
+ CH3CH2OH
CHj
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 20/49
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), Cr03, MnC>2, katalytické systémy...
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 21/49
Reakce alkoholů
Mechanismus oxidace pomocí kyseliny chromové:
CrO
H,0
:o
H
©J
©u
H-R + H^H + :Cr"QH
hfövH
V přítomnosti vody jsou obvykle aldehydy oxidovány dále až na karboxylovou kyselinu:
X. Hío  —  ho|r ^ V«
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 22/49
Reakce alkoholů
Řešením může být použití PCC a podobných činidel v bezvodém prostředí:
PCC
bezvodý
ch2ci2
0 11	r 0 II 0 CI-Cr-0	1© H	-
H'aR	11 0		
	pyridinium-chlorchromát		
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 23/49
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
n
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020
Oxidace fenolů
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 25/49
Biochemická oxidace alkoholů
NAD-
NADH + H+
CH3CH2OH
P
^ H3C-C alkoholdehydrogenasa H
HoN
OH OH
O O n 11
O-P-O-P-0
o
9e>
OH OH
Nikotinamidadenindinukleotid
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020
Biochemická oxidace alkoholů
NAD-
NADH + H-
CH3CH2OH
alkoholdehydrogenasa
H3C-C
9
H
B-H
R^H
H H
o:
N 1
R
NAD-
NADH
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020
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.
R v^/R
H
H
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 28/49
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®
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 29/49
Příprava etherů
Kysele katalyzovaná kondenzace alkoholů
CH3CH2-OH
"Q     - HSO4
H
CH3CH2K):© 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: HaC^.r:
© ••©
- R-O-ch3 + Na .Br:
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 30/49
Příprava etherů
Williamsonova syntéza
Alkoholát nelze obvykle alkylovat sekundárními nebo terciárními halogenidy - nebezpečí eliminace:
OH
O0 Na®
HaC
Na
H3C-I
O
X,
H3(T XH3   -H-H      H3C" "CH3        sN2       H3(r "CH3
+
Nal
H3C-OH
NaH
-H-H
H3C-O0 Na®
H3C CH3 E2
H2CT   CH3   + H3C-OH  + Nal
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 31/49
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
-^ ©CpCH2CH3
H' U
CH3CH2^b-CH2CH3 -\.Q H
CH3CH2-S + H-Q-CH2CH3
H
:\:}
SN2
•J.—CH2CH3 +
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 32/49
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
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 33/49
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
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 34/49
Reakce epoxidů
Nukleofilní otevření cyklu je usnadněno velkým napětím v tříčlenném cyklu.
Využití:
HO'
R
HO
H
H H
H.
O'
H
1.RO0Na®
2. H20		2. H20	—►
1. LiAIH4	0	1. NaCN	
2. H20	/ \	2. H20	
H20		1. NaSH	—►
R
.O.
'OH
N.
'^^OH
kyselina nebo báze (katalyzátor)
2. H20
H
sOH
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 35/49
Reakce epoxidů
Regioselektivita nukleofilního otevření cyklu - přednostně je nukleofilem napadán stericky méně bráněný atom uhlíku.
VJyCH3 -^    /—(-ch3-- ("ch3 + :q-h
:n=c:-^   ch3 „9    ch3 „p Ch|3
® n n
Kysele katalyzované otevírání epoxidů
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 36/49
Reakce epoxidů
Pozor, pokud by na atomu uhlíku cyklu mohl vzniknout stabilizovaná karbokation, obrací se regioselektivita!
H
'©
cdť
H H |_i ..
CH3 .( 0CH3 Nu
Nu
I v kyselém prostředí otevírání epoxidu probíhá jako Sn2:
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 37/49
Reakce epoxidů
Karcinogenita některých polycyklických aromatických uhlovodíků je způsobena jejich aktivací na reaktivní epoxidy:
benzo[a]pyren -7,8-dihydrodiol-9,10-epoxid
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 38/49
Thiloly a sulfidy
Thiloly - dříve merkaptany (mercurium captans) Příprava thiolů:
CH3 CH3 H3C^Br Nf 0H >    H3C^SH + NaBr
Metoda vhodná i pro sekundární a terciární halogenidy:
X
H2N'    NH2 Sn2
H3C S ó       i Br
H2N^©"NH2
H20
NaOH
-   hhC    sh +
o
x
H2N NH2
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
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 39/49
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
pKa 16
10,3
10
6,6
Thioly a thioláty jsou silné nukleofily - jejich alkylací vznikají sulfidy:
R_SH     1 ■NaOH > R_s_ 2. CH3I
CH<
Nukleofilní jsou i sulfidy, alkylací vznikají sulfoniové soli
H3C-.S.-CH3
.. CHq
H3C-Br:t        ©' @mm SN2        H3C* ^CH3 W-
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 40/49
Thiloly a sulfidy
Oxidace sulfidů:
H3C-§-CH3 dimethylsulfid
oxidace
m
HsC-CH3
11 oxidace
dimethylsulfoxid
O:
m
h^C-S—CH3
Q:
dimethylsulfon
'••VCH3
O n
Nal04
CH3    2 x H202
v
^CH3
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 41/49
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
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 42/49
Doplňte produkt/y následující reakce:
+ HpO
AT
pH>7
Rešení:
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020
Doplňte produkt/y následující reakce:
1. NaBH4 CH3      2. H20
Rešení:
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020
Doplňte produkt/y následující reakce:
o
NH3 + IA
Rešení:
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020
Příklad
Doplňte výchozí látku následující reakce (včetně správné konfigurace)
OH
1. CH3COOOH
2. H20/NaOH
Řešení:
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020 46/49
Příklad č. 5
Doplňte produkt/y následující reakce:
Řešení:
H3C
hhC
y= + CH3OH
H
©
(kat.)
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020
Příklad č. 6
Doplňte produkt/y následující reakce:
[TY^0H
NaH
-H;
CH3Br
Řešení:
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020
Příklad č. 7
Doplňte produkt/y následující reakce:
+ HBr
Řešení:
Jaromír Literák
Základy organické chemie
21. dubna 2020