Alcoolii sunt compuşi organici hidroxilici, care au grupa funcţională hidroxil (– OH) legată de un atom de carbon saturat, adică de un atom de carbon hibridizat sp³.

Poliolii sunt alcooli care au în moleculă mai multe grupe hidroxil legate de atomi de carbon hibridizate sp³.

Reactivitatea alcoolilor creşte în această ordine:

alcool primar < alcool secundar < alcool terţiar, deci cel mai greu reacţionează alcoolii primari, şi cel mai uşor reacţionează alcoolii terţiari.

Reacţiile chimice specifice alcoolilor sunt reacţiile la care ia parte grupa hidroxil.

Alcoolii au caracter acid şi sunt acizi foarte slabi, mai slabi chiar şi decât apa. De aceea, alcoolii îşi manifestă caracterul acid numai în reacţii cu metale puternic electropozitive, adică cu metalele alcaline.

Reacţia cu metale alcaline (Me = Na, K, Li): metalele alcaline reacţionează cu alcoolii anhidri cu degajare de hidrogen, formând alcoolaţi sau alcoxizi, cu formula generală R – O^-Me⁺.  

Reacţia de deshidratare este o reacţie specifică alcoolilor. În funcţie de condiţiile de reacţie, deshidratarea poate fi intramoleculară sau intermoleculară.

Deshidratarea intramoleculară a alcoolior presupune eliminarea unei molecule de apă din molecula unui alcool cu obţinerea unei alchene. Deshidratarea intramoleculară are loc în prezenţa acizilor minerali tari precum acidul sulfuric şi acidul fosforic (H₃PO₄), la temperaturi ridicate. Condiţiile de reacţie variază în funcţie de reactivitatea alcoolilor.

În cazul unor alcooli, de exemplu în cazul alcoolilor secundari, molecula de alcool are mai multe posibilităţi de eliminare a apei. De cele mai multe ori, deshidratarea are loc conform regulii lui Zaiţev, adică cu preluarea hidrogenului de la atomul de carbon vecin grupei hidroxil care este cel mai sărac în hidrogen.

Deshidratarea intermoleculară a alcoolilor presupune eliminarea unei molecule de apă între două molecule de alcool, cu formarea unui eter. Această reacţie are loc cu exces de alcool, la temperaturi ridicate. Se elimină o grupare hidroxil de la un alcool şi un atom de hidrogen de la molecula unui alt alcool, şi se obţine un eter. Eterii au formula generală R – O – R. Cei doi radicali pot fi identici sau diferiţi.

Prin reacţiile de oxidare ale alcoolilor se pot obţine compuşi organici carbonilici sau acizi carboxilici, în funcţie de condiţiile de reacţie şi de structura alcoolului. Oxidarea alcoolilor poate fi oxidare blândă sau oxidare energică.

Oxidarea blândă a alcoolilor are loc în prezenţa unei soluţii diluate de dicromat de potasiu (K₂Cr₂O₇) acidulată cu acid sulfuric. În aceste condiţii se pot obţine mai multe tipuri de compuşi organici, în funcţie de structura alcoolului:

• alcoolii primari se oxidează la aldehide, iar aldehidele se oxidează la acizi carboxilici dacă se prelungeşte timpul de contact cu oxidantul;
• alcoolii secundari se oxidează la cetone;
• alcoolii terţiari nu se oxidează în aceste condiţii.

Oxidarea energică a alcoolilor are loc în prezenţa unui oxidant mai puternic precum soluţia de permanganat de potasiu (KMnO₄) acidulată cu acid sulfuric. În aceste condiţii:

• alcoolii primari sunt oxidaţi până la acizi;
• moleculele alcoolilor terţiari şi ale cetonelor provenite de la alcoolii secundari sunt degradate prin ruperea unor legături carbon – carbon. Rezultă amestecuri de acizi carboxilici, apă şi dioxid de carbon.

Reacţia de esterificare:  alcoolii reacţionează cu oxiacizii anorganici precum acidul sulfuric şi acidul azotic, dar şi cu acizii carboxilici, formând astfel esteri anorganci, respectiv esteri organici.

Fenolii sunt compuşi hidroxilici care au grupa hidroxil legată de un atom de carbon hibridizat sp² dintr-un nucleu aromatic.

Formula generală a fenolilor este: Ar – OH.

În funcţie de numărul grupelor hidroxil din moleculă, fenolii se clasifică în fenoli monohidroxilici (care conţin o singură grupă hidroxil), şi fenoli polihidroxilici (care conţin două sau mai multe grupe hidroxil).

Nomenclatura fenolilor: fenolii se denumesc prin adăugarea sufixului –ol la numele arenei corespunzătoare, indicându-se în acelaşi timp poziţia grupelor hidroxil în molecula arenei, dar şi prefixul care indică numărul grupelor hidroxil acolo unde e cazul. Fenolii se mai pot denumi şi utilizând prefixul hidroxi- plus numele arenei, specificând, ca şi în cazul precedent, indicii grupelor hidroxil.

Exemplu – Denumirea unui fenol:

2-metilfenol sau 2-hidroxitoluen

Legătura carbon – oxigen din fenoli este parţial dublă şi este mai puternică decât legătura carbon – oxigen din alcooli.

Legătura oxigen – hidrogen din fenoli este mai slabă decât legătura oxigen – hidrogen din alcooli. De aceea, fenolii sunt acizi mai tari decât alcoolii.

Moleculele fenolilor sunt asociate între ele prin legături de hidrogen. Astfel, fenolii sunt solubili în apă, în alcooli, şi în eteri. Fenolii monohidroxilici sunt puţin solubili în apă, însă solubilitatea creşte pe măsură ce creşte şi numărul de grupe hidroxil din moleculă.

Le temperatura camerei, fenolii sunt substanţe solide.

Proprietăţile chimice ale fenolilor sunt diferite de proprietăţile chimice ale alcoolilor – reactivtatea grupei hidroxil este diferită.

Fenolii participă atât la reacţii specifice grupei hidroxil, cât şi la reacţii specifice nucleului aromatic.

Fenolii sunt acizi relativ slabi, însă sunt acizi mai tari decât alcoolii şi decât apa. Astfel, caracterul acid al fenolilor se manifestă în reacţii cu metalele alcaline, dar şi în reacţii cu hidroxizi alcalini. Din ambele reacţii se obţin fenolaţi sau fenoxizi alcalini.

Fenolii participă la reacţii de substituţie specifice arenelor precum reacţia de halogenare, de alchilare, de nitrare, sau de sulfonare.

Grupa funcţională hidroxil este un substituent de ordinul I, deci activează nucleul aromatic în reacţiile de substituţie, şi orientează substituenţii în poziţiile orto şi para faţă de gruparea hidroxil.

Reacţia de nitrare a fenolului are loc în prezenţă de acid azotic (HNO₃) diluat, la temperatura camerei. Se obţine un amestec de orto-nitrofenol şi para-nitrofenol. Cu acid azotic mai concentrat se pot obţine 2,4-dinitrofenol şi 2,4,6-trinitrofenol.

Reacţia de sulfonare a fenolului are loc în prezenţă de acid sulfuric concentrat, la temperaturi mai mici de 100° C. Se obţine un amestec de acid orto-fenolsulfonic şi acid para-fenolsulfonic. Sulfonarea în condiţii mai energice duce la obţinerea de acid 2,4-fenoldisulfonic sau acid 2,4,6-fenoltrisulfonic. 

Derivaţii halogenaţi sau compuşii halogenaţi sunt compuşii organici care conţin drept grupă funcţională unul sau mai mulţi atomi de halogen. Derivaţii halogenaţi sunt o clasă de compuşi cu structuri foarte diverse.

Formula generală a derivaţilor halogenaţi: R – X, unde R este radicalul hidrocarbonat, iar X poate fi F, Cl, Br, sau I.

În funcţie de natura halogenului, derivaţii halogenaţi pot fi derivaţi fluoruraţi, cloruraţi, bromuraţi sau ioduraţi.

În funcţie de numărul atomilor de halogen, derivaţii halogenaţi pot fi: derivaţi monohalogenaţi (care conţin un singur atom de halogen), şi derivaţi polihalogenaţi (care conţin doi sau mai mulţi atomi de halogen).

Derivaţii polihalogenaţi se împart, la rândul lor, în:

• derivaţi polihalogenaţi geminli: atomii de halogen sunt legaţi de acelaşi atom de carbon;
• derivaţi polihalogenaţi vicinali: atomii de halogen sunt legaţi de atomi de carbon vecini;
• derivaţi polihalogenaţi izolaţi: atomii de halogen sunt legaţi de atomi de carbon îndepărtaţi.

În funcţie de natura radicalului hidrocarbonat, derivaţii halogenaţi pot fi:

• compuşi alifatici saturaţi;
• compuşi alifatici nesaturaţi;
• compuşi halogenaţi aromatici.

În funcţie de reactivitatea în reacţia de substituţie, derivaţii halogenaţi pot fi:

• derivaţi halogenaţi cu reactivitate normală: aceştia au atomul de halogen legat de un atom de carbon hibridizat sp³, care la rândul lui, este legat de un atom de carbon hibridizat sp³;
• derivaţi halogenaţi cu reactivitate scăzută: aceştia au atomul de halogen legat de un atom de carbon hibridizat sp² dintr-o legătură dublă (derivaţi halogenaţi vinilici) sau dintr-un nucleu aromatic (derivaţi halogenaţi arilici);
• derivaţi halogenaţi cu reactivitate mărită: aceştia au atomul de halogen legat de un atom de carbon hibridizat sp³ din poziţia alilică sau benzilică, sau au atomul de halogen legat de un atom de carbon terţiar.

Nomenclatura compuşilor halogenaţi, conform IUPAC:

Compuşii halogenaţi se denumesc prin adăugarea prefixelor fluoro-, cloro-, bromo- sau iodo- la numele hidrocarburii halogenate. În acelaşi timp se precizează şi poziţia halogenului în catenă. De asemenea, se precizează şi numărul atomilor de halogen prin cifrele şi prefixele corespunzătoare. Atomii de halogen se denumesc în ordine alfabetică.

Exemplu – Denumirea unui derivat halogenat:

2-bromo-1-cloropropan

Legăturile C – X sunt legături covalente polare.

Legătura C – F este cea mai puternică, iar legătura C – I este cea mai slabă şi se desface cel mai uşor în reacţiile chimice. Deci compuşii ioduraţi sunt cei mai reactivi dintre compuşii halogenaţi, iar compuşii fluoruraţi sunt compuşii cei mai puţin reactivi.

Proprietăţi fizice ale derivaţilor halogenaţi:

Derivaţii halogenaţi se întâlnesc în toate stările de agregare, majoritatea fiind lichide la temperatura camerei.

Derivaţii halogenaţi sunt insolubili în apă, şi sunt solubili în hidrocarburi, alcooli sau eteri.

Densitatea derivaţilor halogenaţi este mai mare decât densitatea hidrocarburilor corespunzătoare. Unii derivaţi halogenaţi, în special cei ioduraţi, bromuraţi şi polihalogenaţi au densităţi mai mari decât densitatea apei.

Derivaţii halogenaţi se obţin uşor din toate clasele de hidrocarburi prin reacţii de substituţie şi de adiţie. Din această cauză sunt intermediari foarte importanţi pentru obţinerea altor compuşi organici cu diverse funcţiuni precum alcooli, compuşi carbonilici, acizi carboxilici, amine, alchene, alchine, etc.

Derivaţii halogenaţi au aplicaţii practice importante; sunt utilizaţi în industria maselor plastice, a cauciucurilor sintetice, în medicină, etc. 

Reacţiile de substituţie ale compuşilor halogenaţi sunt extrem de importante deoarece foarte mulţi reactanţi pot substitui halogenul din compuşii halogenaţi. Astfel, toate aceste reacţii reprezintă metode de obţinere pentru noi clase de compuşi organici cu funcţiuni.

Substanţele care au o pereche de electroni neparticipanţi pot substitui atomul de halogen din compuşii halogenaţi cu reactivitate normală sau mărită. În schimb, compuşii halogenaţi cu reactivitate scăzută nu dau reacţii de substituţie a halogenului decât foarte rar şi numai în condiţii speciale.

Reactivitatea legăturilor carbon – halogen creşte în această ordine:

C – F < C – Cl < C – Br < C – I, legătura C – F fiind practic inertă în reacţiile de substituţie.

Reacţia de hidroliză a derivaţilor halogenaţi este o reacţie de substituţie ce constă în scindarea unei legături covalente carbon – halogen în reacţia cu apa. Atunci când derivaţii halogenaţi cu reactivitate normală sau mărită sunt trataţi cu soluţii apoase de baze tari precum NaOH sau KOH, atomul de halogen este substituit şi, în funcţie de structura compusului halogenat, se pot obţine alcooli, aldehide, cetone sau acizi carboxilici.

• Prin hidroliza derivaţilor monohalogenaţi se obţin alcooli;
• Prin hidroliza derivaţilor dihalogenaţi geminali se obţin aldehide sau cetone;
• Prin hidroliza derivaţilor trihalogenaţi geminali se obţin acizi carboxilici.

Reacţia cu cianurile alcaline este o reacţie de substituţie a derivaţilor halogenaţi prin care se pot forma nitrili. Derivaţii halogenaţi cu reactivitate normală sau mărită reacţionează uşor cu cianura de potasiu (KCN) sau cu cianura de sodiu (NaCN), formând nitrili. Prin această reacţie se formează o nouă legătură carbon – carbon, fiind astfel o metodă de mărire a catenei.

Reacţia de dehidrohalogenare sau reacţia de eliminare a hidracidului este o altă reacţie importantă a derivaţilor halogenaţi. Prin dehidrohalogenarea halogenurilor de alchil se obţin alchene. Derivaţii halogenaţi care au un atom de hidrogen la atomul de carbon vecin celui de care este legat halogenul, pot elimina hidracid. Eliminarea de hidracid are loc la temperaturi ridicate, în prezenţă de baze tari dizolvate în soluţii slab polare (precum alcoolii). În unele cazuri, prin eliminarea hidracidului din moleculă pot rezulta două alchene diferite. Atunci se va obţine majoritar alchena pentru care se respectă regula lui Zaiţev.

Regula lui Zaiţev: în reacţia de eliminare a hidracidului, halogenul preia atomul de hidrogen de la atomul de carbon vecin cel mai sărac în hidrogen, adică cel mai substituit.

Aminele sunt compuşi organici funcţionali care conţin una sau mai multe grupe amino (–NH₂), sau grupe amino substituite (–NHR, –NR₂).

Toate aminele provin din amoniac (NH₃), prin substituirea atomilor de hidrogen cu radicali hidrocarbonaţi.

În funcţie de numărul radicalilor organici legaţi de atomul de azot, aminele pot fi:

• amine primare: de atomul de azot se leagă un singur radical organic (R – NH₂);
• amine secundare: de atomul de azot se leagă doi radicali organici (R – NHR);
• amine terţiare: de atomul de azot se leagă trei radicali organici (R – NR₂).

În funcţie de natura radicalului organic, aminele pot fi:

• amine alifatice: când atomul de azot din grupa amino se leagă numai de atomi de carbon hibridizaţi sp³;
• amine aromatice: când atomul de azot din grupa amino se leagă de cel puţin un atom de carbon hibridizat sp² dintr-un nucleu aromatic.

În funcţie de numărul grupelor amino din moleculă, aminele pot fi:

• monoamine: când există o singură grupă amino în moleculă;
• poliamine: când există două sau mai multe grupe amino în moleculă.

Având structuri atât de diverse, aminele au mai multe varinate de denumire.

Exemplu – Denumirea unei monoamine primare:

   butilamină sau 1-butanamină

Exemplu – Denumirea unei diamine primare:

1,2-benzendiamină sau 1,2-fenilendiamină

Exemplu – Denumirea unei amine terţiare care conţine radicali diferiţi:

N,N – dimetilpropilamină

Starea de agregare a aminelor:

• aminele inferioare sunt substanţe gazoase cu miros asemănător amoniacului;
• aminele intermediare sunt substanţe lichide cu miros specific neplăcut;
• aminele superioare sunt substanţe solide, fără miros.

Aminele inferioare, în special, sunt solubile în apă. Aminele aromatice sunt doar parţial solubile în apă.

Atomul de azot din gruparea amino este hibridizat sp³ şi are un orbital în care se găseşte o pereche de electroni neparticipanţi. Astfel, aminele au caracter bazic şi reacţionează cu substanţe donoare de protoni, precum apa şi acizii.

Aminele aromatice au un caracter bazic mai scăzut, însă se măreşte reactivitatea nucleului aromatic în reacţiile de substituţie.

Reacţia de alchilare a aminelor presupune înlocuirea atomilor de hidrogen din grupa amino cu radicali alchil. Aminele primare, secundare şi terţiare se alchilează cu derivaţi halogenaţi. Atomii de hidrogen din grupa amino pot fi substituiţi prin reacţii cu derivaţi halogenaţi de acest tip: R – CH₂ – X şi R₂ – CH –X.

Aminele aromatice primare formează săruri de arendiazoniu în prezenţa acidului azotos (HNO₂) şi a unui acid mineral tare precum acidul clorhidric. 

Grupa funcţională carbonil este reprezentată de un atom de oxigen legat de un atom de carbon printr-o legătură dublă: C = O.

Compuşii carbonilici sunt compuşii organici care conţin grupa funcţională carbonil.

Aldehidele sunt compuşii carbonilici în care grupa carbonil este legată de un radical organic R, şi de un atom de hidrogen:

Cetonele sunt compuşii carbonilici în care grupa carbonil este legată de doi radicali organici R, identici sau diferiţi:

Formaldehida este primul termen din clasa aldehidelor şi, este o excepţie, întrucât atomul de carbon din gruparea carbonil se leagă de doi atomi de hidrogen: H₂C = O.

Compuşii carbonilici au structuri foarte diverse. În funcţie de natura grupei carbonil, compuşii carbonilici pot fi aldehide sau cetone. În funcţie de natura radicalilor hidrocarbonaţi, compuşii carbonilici pot fi saturaţi, nesaturaţi sau aromatici. De asemenea, compuşii carbonilici mai pot fi compuşi monocarbonilici sau compuşi policarbonilici, în funcţie de numărul grupelor carbonil prezente în moleculă.

Denumirea aldehidelor: o metodă de denumire a aldehidelor este prin adăugarea sufixului –al la numele hidrocarburii cu acelaşi număr de atomi de carbon. Există mai multe modalităţi acceptate de denumire a aldehidelor.

Exemplu – Denumirea unor aldehide:

Denumirea cetonelor: o metodă de denumire a cetonelor este prin adăugarea sufixului –onă la numele hidrocarburi cu acelaşi număr de atomi de carbon. Există mai multe modalităţi acceptate de denumire a cetonelor.

Exemplu – Denumirea unor cetone:

La temperaturi obişnuite, metanalul se găseşte sub formă de gaz, acetaldehida şi acetona sunt lichide, iar celelalte aldehide şi cetone sunt lichide sau solide.

Punctele de topire şi de fierbere ale compuşilor carbonilici cresc cu creşterea masei moleculare. Compuşii carbonilici au puncte de fierbere mai mici decât cele ale alcoolilor cu masă moleculară comparabilă.

Atomul de oxigen din grupa carbonil are două perechi de electroni neparticipanţi datorită cărora aldehidele şi cetonele formează legături de hidrogen cu moleculele de apă. Astfel, compuşii carbonilici cu masă moleculară mică, adică termenii inferiori ai seriei omoloage a compuşilor carbonilici, sunt solubili în apă. Însă, odată cu creşterea masei moleculare, solubilitatea în apă scade. Compuşii carbonilici sunt solubili şi în solvenţi organici, fiind, la rândul lor, buni solvenţi pentru lacuri, vopsele şi chiar unele mase plastice.

Compuşii carbonilici participă la reacţii specifice compuşilor nesaturaţi, şi anume la reacţii de adiţie, oxidare şi polimerizare.

Reacţiile de adiţie ale compuşilor carbonilici decurg după următoarea schemă generală:

Prin adiţia hidrogenului la aldehide se obţin alcooli primari. Prin adiţia hidrogenului la cetone, se obţin alcooli secundari. Hidrogenarea compuşilor carbonilici se face în prezenţă de catalizatori metalici precum Ni sau  Pd.

Reacţiile de oxidare sunt reacţii specifice aldehidelor:

• prin oxidarea aldehidelor cu reactiv Tollens (hidroxid de diaminoargint) se formează acizii carboxilici corespunzători. De exemplu, prin oxidarea aldehidei acetice (CH₃ – CH = O) cu reactiv Tollens se obţine acidul acetic şi argint metalic. Argintul metalic se depune pe pereţii vasului formându-se astfel oglinda de argint.
• prin oxidarea aldehidelor cu reactiv Fehling (hidroxid de cupru II) se obţin tot acizii carboxilici corespunzători.