Alcohols and phenols: Difference between revisions

Revision as of 13:41, 18 December 2022

Alcohols are non-aromatic hydroxy derivatives of hydrocarbons, whereas phenols contain a hydroxyl functional group bonded directly to the benzene ring. According to the position of the -OH group in the aliphatic chain, alcohols are distinguished as primary, secondary and tertiary.

Alkohols

Primary alcohols: Primární alkohol; The -OH group is bonded to the primary carbon (i.e. the carbon bonded to only one alkyl group).

Secondary alcohols: Sekundární alkohol; The -OH group is bonded to the secondary carbon (i.e. the carbon bonded to the two alkyl groups).

Tertiary alcohols: Terciární alkohol; -The OH group is bonded to a tertiary carbon (i.e. a carbon bonded to three alkyl groups).

Exapmples of phenols

Phenol: 100px| Fenol; -OH group is bonded directly to the benzene core

α-naphthol: α-naftol; -OH group is bound directly to the naphthalene nucleus

A number of reactions are typical for these substances. For the purposes of the practical exercises, we will focus only on the oxidation reactions of alcohols and the azo-copulation reactions of phenols.

Alcohol oxidation

Primary alcohols are oxidised to aldehydes and further to carboxylic acids by suitable oxidising agents
secondary to ketones
tertiary are not oxidised without breaking the carbon skeleton

Of the phenols, only compounds with two -OH groups in the o- and p- positions are oxidised to form quinones.

náhled|Výsledek reakce primárních, sekundárních a terciárních alkoholů s chromsírovou směsí. Pokud se alkohol může oxidovat, redukuje se proti němu šestimocný chrom v chromsírové směsi na trojmocný, takže se zbarvení změní z oranžové na zelenou A suitable oxidising agent is, for example, a chromosulphur mixture, i.e. orange coloured dichromate (i.e. Cr6+ compound) with sulphuric acid, which is reduced to green chromic sulphate (Cr3+) by reaction with primary or secondary alcohol.

An example is the oxidation of methanol and formaldehyde

3 CH₃OH + K₂Cr₂O₇ + 4 H₂SO₄ → 3 HCOH + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7 H₂O

To distinguish between primary and secondary alcohols, we use the different properties of their oxidation products, i.e. aldehydes and ketones. Aldehydes are reduced by Tollens, Fehling or Benedict's reagents (see below). However, the most sensitive reaction, which does not require the production of large amounts of aldehyde and is therefore suitable for the determination of the aldehyde formed, is the reaction with Schiff's reagent.

Schiff's reagent

náhled|Rozlišení primárních a sekundárních alkoholů oxidací chromsírovou směsí a reakcí se Schiffovým činidlem The reaction is carried out in the apparatus shown in the figure. A mixture of alcohol and chromosuric acid is heated carefully. The resulting aldehyde/ketone is introduced into a tube of Schiff's reagent, which turns purple in the presence of the aldehyde.

The Schiff reagent reaction is also widely used in histology in the so-called PAS reaction (Periodic Acid - Schiff) for the detection of glycogen and other polysaccharides in tissues. The principle is the oxidation of carbohydrates by iodic acid (periodic acid) to aldehydes, which then react with Schiff's reagent to produce a purple-red colour.

Oxidation of alcohols in the body

Ethanol is a component of many alcoholic beverages, pharmaceuticals, and is also produced spontaneously in the digestive tract to a small extent. In the body it is metabolised mainly by the liver, with small amounts of unmetabolised alcohol excreted through the lungs, kidneys and skin. The main system of hepatic metabolism of ethanol is oxidation in the cytoplasm of hepatocytes. In the first step, ethanol is oxidised to acetaldehyde by the enzyme alcohol dehydrogenase (ADH, EC 1.1.1.1). The activity of this enzyme is genetically determined and may explain the different individual susceptibility to alcohol. Acetaldehyde is converted by aldehyde dehydrogenases (ALDH, e.g. EC 1.2.1.3) to the final acetate, which is further metabolised to acetyl-CoA.

Unlike ethanol, methanol is highly toxic to humans even in small doses. Ingestion of 10 ml can cause irreversible damage to the optic nerve and blindness; a dose of around 30 ml is fatal. The cause of methanol's high toxicity is its oxidation using the same enzymatic systems as ethanol. ADH converts methanol to toxic formaldehyde and this is converted to form formic acid by ALDH, causing hypoxia at the cellular level and metabolic acidosis. The antidote for methanol poisoning is ethanol, a competitive inhibitor of ADH, which prevents the formation of toxic metabolites and allows methanol to be eliminated by the kidneys.

Azocopulation reactions of phenols

náhled|Příklad arendiazoniové soli, benzendiazoniumchlorid Arendiazonium salts are formed by the reaction of aromatic amines with sodium nitrite.

The N+≡N group is then the basis for the formation of a nitrogen bridge that links the arendiazonium salt to the phenolic compound in an acidic environment. The result is the formation of a coloured azo compound, i.e. a substance with benzene nuclei linked by an N=N bridge.

The simplest azocopulation reaction is the formation of an azo dye by the reaction of an arendiazonium salt with a phenol. A yellow dye is formed, referred to as aniline yellow or sudane yellow R.

Azokopulační reakce s fenolem

Azo compounds are characterized by differently rich π electron bonding systems. When white light passes through this system, some wavelengths are absorbed by the electron system and the resulting colour is actually made up of the unabsorbed wavelengths. This gives rise to a whole range of coloured compounds that can be used in analytical spectrophotometric determinations in biochemistry (bile dyes) or in industry for the production of dyes (diazo dyes).

Another example of an azocopulation reaction is the formation of an orange azo dye by an azocopulation reaction with α-naphthol.

Azokopulační reakce s α-naftolem

Even a relatively small change in the structure of an azo dye can result in a different absorption of wavelengths by the substance in question, and thus the colour we perceive. This is used, for example, in the determination of pH. For example, methyl orange exists in two forms depending on the pH:

Metyloranž

Odkazy

Zdroj

Leníček M.: Organika IKategorie:Vložené články Kategorie:Chemie Kategorie:Biochemie

@@ Line 1: / Line 1: @@
-Alkoholy''' patří mezi nearomatické hydroxyderiváty uhlovodíků, zatímco '''fenoly''' obsahují hydroxylovou funkční skupinu vázanou přímo na benzenový kruh. Podle polohy –OH skupiny v alifatickém řetězci rozeznáváme alkoholy ''primární'', ''sekundární'' a ''terciární''.'''
+'''Alcohols''' are non-aromatic hydroxy derivatives of hydrocarbons, whereas '''phenols''' contain a hydroxyl functional group bonded directly to the benzene ring. According to the position of the -OH group in the aliphatic chain, alcohols are distinguished as primary, secondary and tertiary.
-===Alkoholy===
+===Alkohols===
-;Primární alkoholy:[[Soubor:Primární alkohol.png | Primární alkohol]]
+;Primary alcohols:[[Soubor:Primární alkohol.png | Primární alkohol]]
-:-OH skupina je vázána na primární uhlík (tj. uhlík spojený s pouze jednou alkylovou skupinou).
+:The -OH group is bonded to the primary carbon (i.e. the carbon bonded to only one alkyl group).
-;Sekundární alkoholy:[[Soubor:Sekundární alkohol.png | Sekundární alkohol]]
+;Secondary alcohols:[[Soubor:Sekundární alkohol.png | Sekundární alkohol]]
-:-OH skupina je vázána na sekundární uhlík (tj. uhlík spojený se dvěma alkylovými skupinami).
+:The -OH group is bonded to the secondary carbon (i.e. the carbon bonded to the two alkyl groups).
-;Terciární alkoholy:[[Soubor:Terciární alkohol.png | Terciární alkohol]]
+;Tertiary alcohols:[[Soubor:Terciární alkohol.png | Terciární alkohol]]
-:-OH skupina je vázána na terciární uhlík (tj. uhlík spojený se třemi alkylovými skupinami).
+:-The OH group is bonded to a tertiary carbon (i.e. a carbon bonded to three alkyl groups).
-===Příklady fenolů===
+===Exapmples of phenols===
-;Fenol:[[Soubor:Fenol.png|100px| Fenol]]
+;Phenol:[[Soubor:Fenol.png|100px| Fenol]]
-:-OH skupina je vázána přímo na benzenové jádro
+:-OH group is bonded directly to the benzene core
-;&alpha;-naftol:[[Soubor:Alfa-naftol.png|&alpha;-naftol]]
+;&alpha;-naphthol:[[Soubor:Alfa-naftol.png|&alpha;-naftol]]
-:-OH skupina je vázána přímo na naftalenové jádro
+:-OH group is bound directly to the naphthalene nucleus
-'''Pro tyto látky je typická řada reakcí. Pro účely praktických cvičení se zaměříme pouze na oxidační reakce alkoholů a azokopulační reakce fenolů.'''
+'''A number of reactions are typical for these substances. For the purposes of the practical exercises, we will focus only on the oxidation reactions of alcohols and the azo-copulation reactions of phenols.'''
-===Oxidace alkoholů===
+===Alcohol oxidation===
-*Primární alkoholy se vhodnými oxidačními činidly oxidují na '''[[aldehydy]]''' a dále na '''[[karboxylové kyseliny]]'''
+*Primary alcohols are oxidised to aldehydes and further to carboxylic acids by suitable oxidising agents
-*sekundární na '''[[ketony]]'''
+*secondary to ketones
-*terciární se bez porušení uhlíkatého skeletu neoxidují
+*tertiary are not oxidised without breaking the carbon skeleton
-Z fenolů se oxidují pouze sloučeniny se dvěma -OH skupinami v ''o-'' a ''p-'' poloze za vzniku '''[[chinony|chinonů]]'''.
+Of the phenols, only compounds with two -OH groups in the o- and p- positions are oxidised to form quinones.
-[[Soubor:Oxidace alkoholů.png|náhled|Výsledek reakce primárních, sekundárních a terciárních alkoholů s chromsírovou směsí. Pokud se alkohol může oxidovat, redukuje se proti němu šestimocný chrom v chromsírové směsi na trojmocný, takže se zbarvení změní z oranžové na zelenou]] Vhodným oxidačním činidlem je například chromsírová směs, tj. oranžově zbarvený dichroman (tedy sloučenina Cr<sup>6+</sup>) s kyselinou sírovou, který se reakcí s primárním nebo sekundárním alkoholem redukuje na zelený síran chromitý (Cr<sup>3+</sup>).
+[[Soubor:Oxidace alkoholů.png|náhled|Výsledek reakce primárních, sekundárních a terciárních alkoholů s chromsírovou směsí. Pokud se alkohol může oxidovat, redukuje se proti němu šestimocný chrom v chromsírové směsi na trojmocný, takže se zbarvení změní z oranžové na zelenou]] A suitable oxidising agent is, for example, a chromosulphur mixture, i.e. orange coloured dichromate (i.e. Cr6+ compound) with sulphuric acid, which is reduced to green chromic sulphate (Cr3+) by reaction with primary or secondary alcohol.
-Příkladem může být oxidace [[metanol]]u na [[formaldehyd]]:
+An example is the oxidation of methanol and formaldehyde
 :3 CH<sub>3</sub>OH + K<sub>2</sub>Cr<sub>2</sub>O<sub>7</sub> + 4 H<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> → 3 HCOH + Cr<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub> + K<sub>2</sub>SO<sub>4</sub> + 7 H<sub>2</sub>O
-Pokud chceme rozlišit primární a sekundární alkoholy, využijeme odlišných vlastností jejich oxidačních produktů, tedy aldehydů a ketonů. Aldehydy redukují [[Tollensovo činidlo|Tollensovo]], [[Fehlingovo činidlo|Fehlingovo]] nebo [[Benedictovo činidlo]] (viz níže). Nicméně nejcitlivější reakcí, která nevyžaduje produkci velkého množství aldehydu, a je tudíž pro stanovení vzniklého aldehydu vhodná, je reakce s Schiffovým činidlem.
+To distinguish between primary and secondary alcohols, we use the different properties of their oxidation products, i.e. aldehydes and ketones. Aldehydes are reduced by Tollens, Fehling or Benedict's reagents (see below). However, the most sensitive reaction, which does not require the production of large amounts of aldehyde and is therefore suitable for the determination of the aldehyde formed, is the reaction with Schiff's reagent.
-{{:Schiffovo činidlo}}
+Schiff's reagent
-[[Soubor:Rozlišení primárních a sekundárních alkoholů.png|náhled|Rozlišení primárních a sekundárních alkoholů oxidací chromsírovou směsí a reakcí se Schiffovým činidlem]] Reakce se provádí v aparatuře znázorněné na obrázku. Opatrně se zahřívá směs alkoholu a kyseliny chromsírové. Vznikající aldehyd / keton se zavádí do zkumavky se Schiffovým činidlem, které v přítomnosti aldehydu zfialoví.
+[[Soubor:Rozlišení primárních a sekundárních alkoholů.png|náhled|Rozlišení primárních a sekundárních alkoholů oxidací chromsírovou směsí a reakcí se Schiffovým činidlem]] The reaction is carried out in the apparatus shown in the figure. A mixture of alcohol and chromosuric acid is heated carefully. The resulting aldehyde/ketone is introduced into a tube of Schiff's reagent, which turns purple in the presence of the aldehyde.
-Reakce s Schiffovým činidlem se hojně využívá i v histologii při tzv. [[PAS reakce|PAS reakci]] (Periodic Acid – Schiff) na průkaz [[glykogen]]u a dalších polysacharidů ve tkáních. Principem je oxidace sacharidů kyselinou jodistou (angl. ''periodic acid'') na aldehydy, které poté reagují s Schiffovým činidlem za vzniku fialovo-červeného zbarvení.
+The Schiff reagent reaction is also widely used in histology in the so-called PAS reaction (Periodic Acid - Schiff) for the detection of glycogen and other polysaccharides in tissues. The principle is the oxidation of carbohydrates by iodic acid (periodic acid) to aldehydes, which then react with Schiff's reagent to produce a purple-red colour.
-====Oxidace alkoholů v těle====
+====Oxidation of alcohols in the body====
-'''[[Etanol]]''' je součástí řady alkoholických nápojů, léčiv, a rovněž se v malé míře spontánně produkuje v zažívacím traktu. V těle je metabolizován převážně játry, malé množství nezmetabolizovaného alkoholu se vylučuje plícemi, ledvinami a kůží. Hlavním systémem jaterního metabolismu etanolu je oxidace v cytoplasmě hepatocytů. V prvním kroku se etanol oxiduje na '''[[acetaldehyd]]''' enzymem alkoholdehydrogenázou (ADH, [http://www.sbcs.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/EC1/1/1/1.html EC 1.1.1.1]). Aktivita tohoto enzymu je dána geneticky a může vysvětlovat různou individuální vnímavost k alkoholu. Acetaldehyd je konvertován aldehyddehydrogenázami (ALDH, např. [http://www.sbcs.qmul.ac.uk/iubmb/enzyme/EC1/2/1/3.html EC 1.2.1.3]) na konečný '''acetát''', který je dále metabolizován na '''[[acetyl-CoA]]'''.
+Ethanol is a component of many alcoholic beverages, pharmaceuticals, and is also produced spontaneously in the digestive tract to a small extent. In the body it is metabolised mainly by the liver, with small amounts of unmetabolised alcohol excreted through the lungs, kidneys and skin. The main system of hepatic metabolism of ethanol is oxidation in the cytoplasm of hepatocytes. In the first step, ethanol is oxidised to acetaldehyde by the enzyme alcohol dehydrogenase (ADH, EC 1.1.1.1). The activity of this enzyme is genetically determined and may explain the different individual susceptibility to alcohol. Acetaldehyde is converted by aldehyde dehydrogenases (ALDH, e.g. EC 1.2.1.3) to the final acetate, which is further metabolised to acetyl-CoA.
-Na rozdíl od etanolu, '''metanol''' je pro lidský organismus vysoce toxický i v malých dávkách. Po pozření 10 ml může dojít k nevratnému poškození optického nervu a oslepnutí, dávka kolem 30 ml je smrtelná. Příčinou vysoké toxicity methanolu je jeho oxidace využívající stejné enzymatické systémy jako etanol. ADH přemění metanol na toxický [[formaldehyd]] a z něj vznikne působením ALDH kyselina mravenčí, způsobující hypoxii na buněčné úrovni a [[metabolická acidóza|metabolickou acidózu]]. Antidotem při otravě metanolem je etanol, kompetitivní inhibitor ADH, který zabrání vytvoření toxických metabolitů a umožní vyloučení metanolu ledvinami.
+Unlike ethanol, methanol is highly toxic to humans even in small doses. Ingestion of 10 ml can cause irreversible damage to the optic nerve and blindness; a dose of around 30 ml is fatal. The cause of methanol's high toxicity is its oxidation using the same enzymatic systems as ethanol. ADH converts methanol to toxic formaldehyde and this is converted to form formic acid by ALDH, causing hypoxia at the cellular level and metabolic acidosis. The antidote for methanol poisoning is ethanol, a competitive inhibitor of ADH, which prevents the formation of toxic metabolites and allows methanol to be eliminated by the kidneys.
-===Azokopulační reakce fenolů===
-[[Soubor:Benzendiazoniumchlorid.png|náhled|Příklad arendiazoniové soli, benzendiazoniumchlorid]] Arendiazoniové soli vznikají reakcí aromatických aminů s dusitanem sodným.
-Skupina N<sup>+</sup>&equiv;N je pak základem pro vznik dusíkového můstku, který spojí v kyselém prostředí arendiazoniovou sůl s fenolickou sloučeninou. Výsledkem je vznik barevné azosloučeniny, tedy látky s benzenovými jádry spojenými právě N=N můstkem.
+===Azocopulation reactions of phenols===
+[[Soubor:Benzendiazoniumchlorid.png|náhled|Příklad arendiazoniové soli, benzendiazoniumchlorid]] Arendiazonium salts are formed by the reaction of aromatic amines with sodium nitrite.
-Nejjednodušší azokopulační reakcí je vznik azobarviva reakcí arendiazoniové soli s fenolem. Vzniká žluté barvivo, označované jako ''anilinová žluť'' nebo ''sudanová žluť R''.
+The N+≡N group is then the basis for the formation of a nitrogen bridge that links the arendiazonium salt to the phenolic compound in an acidic environment. The result is the formation of a coloured azo compound, i.e. a substance with benzene nuclei linked by an N=N bridge.
+The simplest azocopulation reaction is the formation of an azo dye by the reaction of an arendiazonium salt with a phenol. A yellow dye is formed, referred to as aniline yellow or sudane yellow R.
 [[Soubor:Azokopulační reakce s fenolem.png|Azokopulační reakce s fenolem]]
-Azosloučeniny se vyznačují různě bohatým π elektronovým systémem vazeb. Pokud skrz tento systém proniká bílé světlo, některé vlnové délky jsou elektronovým systémem absorbovány a výsledná barva je vlastně tvořena neabsorbovanými vlnovými délkami. Vznikají tak celé škály barevných sloučenin, které se dají využít v analytice při spektrofotometrických stanoveních v biochemii (žlučová barviva) nebo v průmyslu při výrobě barviv (diazobarviva).
+Azo compounds are characterized by differently rich π electron bonding systems. When white light passes through this system, some wavelengths are absorbed by the electron system and the resulting colour is actually made up of the unabsorbed wavelengths. This gives rise to a whole range of coloured compounds that can be used in analytical spectrophotometric determinations in biochemistry (bile dyes) or in industry for the production of dyes (diazo dyes).
-Dalším příkladem azokopulační reakce je vznik oranžového azobraviva azokopulační reakcí s α-naftolem.
+Another example of an azocopulation reaction is the formation of an orange azo dye by an azocopulation reaction with α-naphthol.
 [[Soubor:Azokopulační reakce s alfa-naftolem.png|Azokopulační reakce s &alpha;-naftolem]]
-I relativně malá změna ve struktuře azobarviva může mít za následek odlišnou absorpci vlnových délek příslušnou látkou a tím i její barvu, kterou vnímáme. Toho se využívá např. při určování pH. Například metyloranž existuje ve dvou formách v závislosti na pH:
+Even a relatively small change in the structure of an azo dye can result in a different absorption of wavelengths by the substance in question, and thus the colour we perceive. This is used, for example, in the determination of pH. For example, methyl orange exists in two forms depending on the pH:
 [[Soubor:Metyloranž.png|Metyloranž]]<noinclude>