7: الکل ها و فنل ها
- Page ID
- 217013
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\dsum}{\displaystyle\sum\limits} \)
\( \newcommand{\dint}{\displaystyle\int\limits} \)
\( \newcommand{\dlim}{\displaystyle\lim\limits} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\(\newcommand{\longvect}{\overrightarrow}\)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\(\newcommand{\avec}{\mathbf a}\) \(\newcommand{\bvec}{\mathbf b}\) \(\newcommand{\cvec}{\mathbf c}\) \(\newcommand{\dvec}{\mathbf d}\) \(\newcommand{\dtil}{\widetilde{\mathbf d}}\) \(\newcommand{\evec}{\mathbf e}\) \(\newcommand{\fvec}{\mathbf f}\) \(\newcommand{\nvec}{\mathbf n}\) \(\newcommand{\pvec}{\mathbf p}\) \(\newcommand{\qvec}{\mathbf q}\) \(\newcommand{\svec}{\mathbf s}\) \(\newcommand{\tvec}{\mathbf t}\) \(\newcommand{\uvec}{\mathbf u}\) \(\newcommand{\vvec}{\mathbf v}\) \(\newcommand{\wvec}{\mathbf w}\) \(\newcommand{\xvec}{\mathbf x}\) \(\newcommand{\yvec}{\mathbf y}\) \(\newcommand{\zvec}{\mathbf z}\) \(\newcommand{\rvec}{\mathbf r}\) \(\newcommand{\mvec}{\mathbf m}\) \(\newcommand{\zerovec}{\mathbf 0}\) \(\newcommand{\onevec}{\mathbf 1}\) \(\newcommand{\real}{\mathbb R}\) \(\newcommand{\twovec}[2]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\ctwovec}[2]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\threevec}[3]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cthreevec}[3]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fourvec}[4]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfourvec}[4]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\fivevec}[5]{\left[\begin{array}{r}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\cfivevec}[5]{\left[\begin{array}{c}#1 \\ #2 \\ #3 \\ #4 \\ #5 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\mattwo}[4]{\left[\begin{array}{rr}#1 \amp #2 \\ #3 \amp #4 \\ \end{array}\right]}\) \(\newcommand{\laspan}[1]{\text{Span}\{#1\}}\) \(\newcommand{\bcal}{\cal B}\) \(\newcommand{\ccal}{\cal C}\) \(\newcommand{\scal}{\cal S}\) \(\newcommand{\wcal}{\cal W}\) \(\newcommand{\ecal}{\cal E}\) \(\newcommand{\coords}[2]{\left\{#1\right\}_{#2}}\) \(\newcommand{\gray}[1]{\color{gray}{#1}}\) \(\newcommand{\lgray}[1]{\color{lightgray}{#1}}\) \(\newcommand{\rank}{\operatorname{rank}}\) \(\newcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\col}{\text{Col}}\) \(\renewcommand{\row}{\text{Row}}\) \(\newcommand{\nul}{\text{Nul}}\) \(\newcommand{\var}{\text{Var}}\) \(\newcommand{\corr}{\text{corr}}\) \(\newcommand{\len}[1]{\left|#1\right|}\) \(\newcommand{\bbar}{\overline{\bvec}}\) \(\newcommand{\bhat}{\widehat{\bvec}}\) \(\newcommand{\bperp}{\bvec^\perp}\) \(\newcommand{\xhat}{\widehat{\xvec}}\) \(\newcommand{\vhat}{\widehat{\vvec}}\) \(\newcommand{\uhat}{\widehat{\uvec}}\) \(\newcommand{\what}{\widehat{\wvec}}\) \(\newcommand{\Sighat}{\widehat{\Sigma}}\) \(\newcommand{\lt}{<}\) \(\newcommand{\gt}{>}\) \(\newcommand{\amp}{&}\) \(\definecolor{fillinmathshade}{gray}{0.9}\)وقتی فصل 17 را به پایان رساندید، باید بتوانید
- تمام اهداف دقیق ذکر شده در هر بخش را انجام دهید.
- طراحی یک سنتز چند مرحله ای با استفاده از هر یک از واکنش های معرفی شده در این فصل، همراه با هر تعداد از واکنش های مورد بحث در شیمی 350.
- حل مشکلات «نقشه راه» که نیاز به دانش شیمی الکل ها و فنل ها، علاوه بر شیمی از کلاس های دیگر ترکیبات مورد بحث در شیمی 350.
- تعریف و استفاده در متن، اصطلاحات کلیدی معرفی شده در این فصل.
در این فصل، ما شیمی خانواده ترکیبات الکل را بررسی می کنیم. الکل ها می توانند واکنش های متنوعی را تجربه کنند و به دلیل این واکنش پذیری و به دلیل اینکه می توان آنها را به روش های مختلفی تهیه کرد، الکل ها جایگاه مهمی در شیمی آلی دارند.
بحث با یک طرح کلی از نامگذاری الکل ها و فنل ها آغاز می شود. ما خواص فیزیکی این ترکیبات را مرور می کنیم و روش های مورد استفاده برای به دست آوردن اعضای پایین سری در مقیاس صنعتی را مورد بحث قرار می دهیم. بحث مفصلی در مورد آماده سازی آزمایشگاهی الکل ها به شرح زیر است، با تاکید ویژه بر آن دسته از روش هایی که شامل کاهش یک ترکیب کربونیل یا استفاده از یک واکنش گریگنارد می شود.
واکنش های خاصی از الکل ها در فصل های قبلی مورد بحث قرار گرفت. در این فصل، ما بر اکسیداسیون الکل ها به ترکیبات کربونیل تمرکز می کنیم. ما همچنین مفهوم حفاظت از یک گروه عملکردی حساس را در طی سنتز آلی معرفی می کنیم. بحث سپس به استفاده از فنل ها، آماده سازی آنها و واکنش شیمیایی آنها تبدیل می شود.
مادون قرمز، رزونانس مغناطیسی هسته ای و طیف سنجی جرمی هر کدام می توانند اطلاعات ارزشمندی در مورد الکل ها و فنل ها ارائه دهند و ما کاربرد این تکنیک ها را برای شناسایی الکل ها و فنل های ناشناخته با تعدادی مثال نشان می دهیم.
- 7.1: چرا این فصل؟
- الکل ها و فنل ها را می توان به عنوان مشتقات آلی آب در نظر گرفت که در آن یکی از هیدروژن های آب با یک گروه آلی جایگزین می شود: H—O-H در مقابل R—O—H و Ar-O—H در عمل، نام الکل محدود به ترکیباتی است که گروه -OH خود را به یک اتم کربن اشباع شده، sp³ هیبرید متصل می کنند، در حالی که ترکیبات با گروه -OH آنها به یک وینیلیک، sp²-hybrided پیوند دارند کربن به نام enols نامیده می شود.
- 7.2: نامگذاری الکل ها و فنل ها
- الکل ها به عنوان اولیه (1 درجه)، ثانویه (2 درجه) یا سوم (3 درجه) طبقه بندی می شوند، بسته به تعداد گروه های آلی پیوند داده شده به کربن حاوی هیدروکسی.
- 7.3: خواص الکل ها و فنل ها
- الکل ها و فنل ها تقریبا همان هندسه اطراف اتم اکسیژن را به عنوان آب دارند. زاویه پیوند R—O—H دارای مقدار تقریباً چهار وجهی است (به عنوان مثال 108.5 درجه در متانول)، و اتم اکسیژن sp³-hybridized است.
- 7.4: تهیه الکلها- مروری
- الکلها از مهمترین گروههای عاملی در شیمی آلی محسوب میشوند. آنها را می توان از ترکیبات حاوی مجموعه گسترده ای از گروه های کاربردی تهیه کرد. همچنین، می توان برای ایجاد ترکیبات با طیف گسترده ای از گروه های کاربردی مانند: آلکن ها، کتون ها، اسیدهای کربوکسیلیک و دیگران استفاده کرد. بسیاری از تبدیل گروه های عملکردی را می توان از طریق تهیه الکل انجام داد که به آنها یک موقعیت مرکزی مهم در سنتز آلی می دهد.
- 7.5: الکل از ترکیبات کربونیل - کاهش
- کلیترین روش برای تهیه الکلها، هم در آزمایشگاه و هم در موجودات زنده، از طریق کاهش یک ترکیب کربونیل است. درست همانطور که کاهش یک آلکن هیدروژن را به پیوند C=C اضافه می کند تا یک آلکان بدهد، کاهش یک ترکیب کربونیل هیدروژن را به پیوند C=O اضافه می کند تا الکل بدهد. انواع ترکیبات کربونیل را می توان کاهش داد، از جمله آلدهیدها، کتون ها، اسیدهای کربوکسیلیک و استرها.
- 7.6: الکل ها از ترکیبات کربونیل - واکنش های Grignard
- معرفهای گریگنارد (RMgX)، که از واکنش ارگانوهالید ها با منیزیم تهیه می شوند (بخش 10.6)، با ترکیبات کربونیل واکنش می دهند تا الکل ها را به همان روشی که عوامل احیا کننده هیدرید انجام می دهند، تولید کنند. همانطور که کاهش کربونیل شامل افزودن یک هسته دوست یون هیدرید به پیوند C=O است، واکنش گریگنارد شامل افزودن یک هسته دوست کربانیون است.
- 7.7: واکنش الکل ها
- ما قبلا چندین واکنش الکل را مشاهده کرده ایم - تبدیل آنها به آلکیل هالیدها و توسیلاتها در بخش 10.5 و کم آبی آنها برای دادن آلکن ها در بخش 8.1 - البته بدون جزئیات مکانیکی.
- 7.8: اکسیداسیون الکل ها
- شاید ارزشمندترین واکنش الکلها اکسیداسیون آنها برای دادن ترکیبات کربونیل باشد — برعکس کاهش ترکیبات کربونیل برای دادن الکلها. الکلهای اولیه یا به آلدهیدها یا اسیدهای کربوکسیلیک اکسید میشوند و الکلهای ثانویه به کتونها اکسید میشوند، اما الکلهای سوم به طور معمول با اکثر عوامل اکسید کننده واکنش نشان نمیدهند.
- 7.9: حفاظت از الکل
- اغلب اتفاق می افتد، به ویژه در طول سنتز مولکول های پیچیده، که یک گروه عملکردی در یک مولکول با یک واکنش مورد نظر در یک گروه عملکردی دیگر در جای دیگر در همان مولکول مواجه می شود. به عنوان مثال، در اوایل این فصل دیدیم که یک معرف گریگنارد را نمی توان از یک هالیدل حاوی الکل تهیه کرد زیرا پیوند C—Mg با حضور یک گروه اسیدی —OH در همان مولکول سازگار نیست.
- 7.10: فنل ها و کاربردهای آنها
- وقوع جنگ جهانی اول محرکی برای آماده سازی صنعتی مقادیر زیادی فنل مصنوعی بود که به عنوان ماده اولیه برای تولید مواد منفجره اسید پیکریک (2,4,6-تری نیتروفنول) مورد نیاز بود. امروزه حدود 132 میلیون تن فنل هر ساله در سراسر جهان برای استفاده در محصولاتی مانند رزین باکلیت و چسب برای اتصال تخته سه لا تولید می شود.
- 7.11: واکنش فنل ها
- گروه هیدروکسیل یک جایگزین قوی فعال کننده، اورتو و پارا هدایت کننده در واکنش های جایگزینی آروماتیک الکتروفیل است. در نتیجه، فنل ها بسترهای بسیار واکنشی برای واکنش های هالوژناسیون الکتروفیلی، نیتراسیون، سولفوناسیون و فریدل-کرفت هستند.
- 7.12: طیف سنجی الکل ها و فنل ها
- بخش طیفسنجی الکلها و فنولها در مورد چگونگی مشخص شدن این ترکیبات با استفاده از طیفسنجی مادون قرمز (IR) و رزونانس مغناطیسی هستهای (NMR) بحث میکند. این نشان می دهد که قله های جذب IR متمایز مرتبط با گروه های هیدروکسیل (-OH) و چگونه NMR می تواند بینش در مورد ساختار الکل ها و فنل ها را از طریق تغییرات شیمیایی و الگوهای تقسیم ارائه دهد. این تکنیکها برای شناسایی گروههای عاملی و درک محیط مولکولی ضروری هستند.
- 7.13: مواد شیمیایی - اتانول - شیمیایی، دارو و سم
- این بخش اتانول را به عنوان یک ماده شیمیایی مهم در هر دو زمینه تفریحی و دارویی مورد بحث قرار می دهد. این نقش اتانول را به عنوان یک عامل افسردگی سیستم عصبی مرکزی، کاربردهای درمانی آن و سمیت بالقوه در سطوح بالا برجسته می کند. اثرات مصرف اتانول، مانند اختلال و اعتیاد، در کنار طبقه بندی آن به عنوان یک دارو و سم نیز ذکر شده است. درک خواص شیمیایی اتانول و اثرات بیولوژیکی آن برای استفاده ایمن آن بسیار مهم است.
- 7.15: خلاصه
- این خلاصه ویژگی های کلیدی الکل ها و فنل ها، از جمله ساختار، خواص و طبقه بندی آنها را برجسته می کند. این بحث می کند که چگونه الکل ها می توانند بر اساس پیوند کربن آنها اولیه، ثانویه یا سوم باشند. واکنش پذیری الکل ها، نقش آنها در واکنش های مختلف و اهمیت آنها در سیستم های بیولوژیکی نیز مورد تأکید قرار می گیرد. فنل ها برای خواص و کاربردهای متمایز آنها ذکر شده است.
- 7.16: خلاصه ای از واکنش ها
- این بخش واکنش های کلیدی الکل ها و فنل ها، از جمله اکسیداسیون، کم آبی و واکنش های جایگزینی را خلاصه می کند. الکل ها را می توان به آلکیل هالیدها و اترها تبدیل کرد، در حالی که فنل ها می توانند جایگزین آروماتیک الکتروفیل شوند. علاوه بر این، الکل ها می توانند به آلدئیدها یا کتون ها و سپس به اسیدهای کربوکسیلیک اکسید شوند. سنتز و واکنش پذیری این ترکیبات اهمیت آنها را در شیمی آلی و بیوشیمی نشان می دهد.