Alcooli

De la Wikipedia, enciclopedia liberă

În chimie, alcool este orice compus organic în care o grupă funcţională hidroxil (-OH) este legată de un atom de carbon, care, la rândul lui, este legat de alţi atomi de hidrogen şi/sau carbon. Formula generală pentru un alcool simplu, aciclic, este C_nH_2n+1OH.

În limbajul curent, termenul de alcool se referă aproape întotdeauna la etanol, cunoscut şi ca alcool de cereale, şi deseori la orice băutură care conţine etanol (vezi băutură alcoolică). Acest sens stă la baza termenului de alcoolism (dependenţă de alcool). Reţinerea de a nu consuma alccol (abstinenţă), iar legea din SUA din anii 1900 de interzicere a consumului de alcool (prohibiţie). Ca medicament, etanolul este cunoscut ca având un efect depresiv, care scade acuitatea reflexelor sistemului nervos central. Alte forme de alcool sunt de obicei denumite cu un adjectiv de rigoare, precum alcool izopropilic sau prin sufixul -ol, ca în izopropanol.

Cuvântul datează din secolul XVI, când a fost folosit pentru se denumi orice substanţă la care se ajungea prin sublimare. Acesta derivă din termenul latin medieval alcool ("pudră de stibiu"), originar din arabă al-kuḥūl (الكحول), care este de asemenea sursa termenului kohl şi legat de rădăcina k-ḥ-l, atestată în cuvântul arab pentru machiaj.

Cuprins 1 Structură 1.1 Alcooli primari, secundari şi terţiari 1.2 Alcooli saturaţi, nesaturaţi şi aromatici 1.3 Monoalcooli şi polialcooli 1.4 Metanol şi etanol 2 Utilizări 3 Surse 4 Nomenclatură 4.1 Nume sistematice 4.2 Etimologie 5 Proprietăţi fizice şi chimice 6 Toxicitate 7 Prepararea alcoolilor 7.1 Laborator 7.2 Industrie 8 Reacţii ale alcoolilor 8.1 Deprotonare 8.2 Substituţie nucleofilică 8.3 Deshidratare 8.4 Esterificare 8.5 Oxidare 9 Vezi şi 10 Bibliografie 11 Legături externe

[modifică] Structură

Grupa funcţională a unui alcool este grupa hidroxil legată de un atom de carbon hibridizat sp³. Astfel se poate spune că alcooli sunt derivaţi ai apei, cu o grupare alchil înlocuind un hidrogen. Dacă o grupare aril este prezentă în locul uneia alchil, compusul se numeşte fenol. De asemenea, dacă grupa hidroxil este legată de un carbon hibridizat sp² dintr-o grupă alchenil, compusul de numeşte enol. Oxigenul dintr-un alcool face un unghi de aproximativ 109° (c.f. 104,5° în apă) şi două perechi de electroni libere. Legătura O-H din metanol (CH₃OH) are o lungime de aproximativ 96 picometri.

[modifică] Alcooli primari, secundari şi terţiari

Există trei mari categorii de alcooli- 'primari' (1°), 'secundari' (2°) şi 'terţiari' (3°), bazate pe numărul de carboni de care este legat carbonul C-OH (evidenţiat cu roşu). Metanolul este cel mai simplu alcool primar. Cel mai simplu alcool secundar este izopropanol (propan-2-ol) şi cel mai simplu alcool terţiar este terţ-butanol (2-metilpropan-2-ol).

[modifică] Alcooli saturaţi, nesaturaţi şi aromatici

După natura radicalilor de care se leagă grupa funcţională hidroxil, alcooli pot fi saturaţi (proveniţi de la alcani), nesaturaţi (proveniţi de la alchene sau alchine) sau aromatici (proveniţi de la arene).

Alcool normal butilic	Alcool alilic	Alcool benzilic

[modifică] Monoalcooli şi polialcooli

Alcoolii se mai pot clasifica şi după numărul de grupe hidroxil conţinute în moleculă. Astfel, există monoalcooli, cu o singură grupă hidroxil (toţi cei prezentaţi mai sus sunt monoalcooli), şi polialcooli, cu mai mult de o grupă hidroxil.

Etandiol (1,2 dihidroxoetan)	1,2,3 Propantriol

[modifică] Metanol şi etanol

Cei mai simpli şi cei mai folosiţi alcooli sunt metanolul şi etanolul (numele comune sunt alcool metilic şi alcool etililic), care au structurile de mai sus.

Metanolul se obţinea în trecut prin distilarea lemnului, de aceea se numea "alcool de lemn". În prezent, este o substanţă chimică la îndemâna oricui, care se produce prin reacţia la presiune a monoxidului de carbon cu hidrogenul. În limbajul colocvial, termenul de "alcool" denumeşte deseori etanolul sau "alcool de cereale". Spirtul metilat, numit şi "spirt medicinal", este o formă de etanol devenit necomestibil prin adăugarea de metanol. Pe lângă utilizarea principală în băuturile alcoolice, etanolul este folosit (deşi foarte bine controlat) drept solvent industrial şi materie primă.

[modifică] Utilizări

Alcoolii sunt folosiţi la scară largă în industrie şi ştiinţă, drept reactanţi, solvenţi combustibili. Etanolul şi metanolul pot arde creând mai puţine substanţe nocive decât benzina sau motorina. Datorită toxicităţii scăzute şi capacităţii de a dizolva substanţe nepolare, etanolul este folosit deseori ca solvent în medicamente, parfumuri şi esenţe vegetale, precum vanilia. În sinteza organică, alcoolii apar deseori ca intermediari adaptabili.

Etanolul este, de asemenea, folosit frecvent în băuturi după fermentaţie pentru a evidenţia aromele sau pentru a induce intoxicarea euforică numită "beţie". Utilizarea etanolului pentru acest scop este interzisă în unele jurisdicţii. În asemenea cazuri de consum, alcoolul este un drog psihoactiv, cu un potenţial imediat de supradoză, otrăvire şi dependenţă fiziologică (ştiută ca alcoolism). Alcoolismul a devenit una dintre cele mai comune cauze de dependenţă (poate după cafeină) din lume. Dependenţa fiziologică cauzată de alcoolism înseamnă că persoana dependentă trece prin sevraj (sub forma unei dureri de cap cunoscută ca "mahmureală," unei anxietăţi crescute, ştiută ca "friguri" şi oboseală sau probleme cu somnul) la încetarea sau descreşterea folosirii.

[modifică] Surse

Mulţi alcooli pot fi creaţi prin fermentaţie a fructelor sau cerealelor cu drojdie, dar doar etanolul este produs comercial în acest fel, în principal pentru combustibil şi băuturi. Alţi alcooli sunt în general produşi pe cale sintetică din gaze naturale, petrol sau cărbune, de exemplu prin hidratarea acidă a alchenelor.

[modifică] Nomenclatură

[modifică] Nume sistematice

În sistemul IUPAC, numele alcanului primeşte ca sufix "ol", ca, de exemplu, "metanol" şi "etanol". Când este necesar, poziţia grupei hidroxil este indicată prin plasarea unui număr între numele catenei şi sufixul "ol": propan-1-ol pentru CH₃CH₂CH₂OH, propan-2-ol pentru CH₃CH(OH)CH₃. Uneori, numărul de poziţie este scris în faţa denumirii: 1-propanol şi 2-propanol. Dacă este prezent un grup de prioritate mai mare (precum o aldehidă, cetonă sau acid carboxilic), atunci este necesar să se specifice şi poziţia acestora. De exemplu, 1-hidroxi-2-propanonă pentru CH₃COCH₂OH.

Iată câteva exemple de alcooli simpli cu modele de denumire:

Numele comune ale alcoolilor apar de obicei prin preluarea numelui radicalului alchil de bază şi adăugarea cuvântului "alcool", de exemplu metil alcohol, etil alcool sau terţ-butil alcool. Propil alcoolul poate fi n-propil alcool sau isopropil alcool, depinzând de poziţia la care este legat hidroxilul, respectiv carbonul 1 sau carbonul 2. Isopropil alcoolul este nuimt ocazional şi sec-propil alcool.

După cum s-a menţionat mai sus, alcoolii sunt clasificaţi ca fiind primari (1°), secundari (2°) sau terţiari (3°), iar numele comune arată acest lucru prin preficul radicalului alchil. De exemplu, (CH₃)₃COH este un alcool terţiar şi este numit comun terţ-butil alcool. Acesta s-ar numi 2-metilpropan-2-ol conform regulilor UICPA, indicând un lanţ de propan ce are grupele metil şi hidroxil legate de carbonul din mijloc (al doilea).

Un alcool cu două grupări hidroxil este în general numit "glicol", de exemplu HO-CH₂-CH₂-OH este etilen glicol. Numele UICPA este etan-1,2-diol, "diol" indicând cele două grupe hidroxil, iar 1,2 indicând poziţiile la care sunt legate ele. Glicolii geminali (care au hidroxilii legaţi la un acelaşi atom de carbon), precum etan-1,1-diol, sunt de obicei instabili. Pentru trei sau patru grupe, se folosesc sufixele "triol" şi "tetraol".

[modifică] Etimologie

Cuvântul "alcool" provine aproape sigur din limba arabă (prefixul "al-" fiind articolul hotărât arabic); în orice caz, originea precisă este nesigură. A fost introdus în Europa, împreună cu arta distilării şi cu substanţa însăşi, în aproximativ secolul XII de către diferiţi autori europeni care traduceau şi popularizau descoperirile alchimiştilor islamici.

O teorie populară, găsită în multe dicţionare, este că provine din الكحل = ALKHL = al-kuhul, la început acesta fiind numele unei pudre foarte fine de sulfură de stibiu Sb₂S₃ folosită ca antiseptic şi machiaj pentru ochi. Pudra este preparată prin sublimarea unui mineral natural, stibnit, într-un vas închis. Conform acestei teorii, înţelesul cuvântului alkuhul ar fi fost extins mai întâi pentru substanţele distilate în general, iar apoi restrâns doar pentru etanol. Această etimologie circulă în Anglia cel puţin din 1672 (DEO).

Oricum, această derivare nu este întru totul acceptată, deoarece cuvântul arabic curent pentru alcool, الكحول = ALKHWL = al???, nu derivă din al-kuhul. Coranul, în versetele 37:47, foloseşte cuvântul الغول = ALGhWL = al-ghawl — însemnând "spirit" ("fiinţă spirituală") sau "demon" — cu sensul de "lucrul care dă vinului tăria". Cuvântul al-ghawl a dus la apariţia cuvântului englez "ghoul" (creatură imaginară care mănâncă persoane moarte; vampir), şi numele stelei Algol.

Conform unei a doua teorii, etimologia populară şi scrierea cuvântului "alcool" nu ar fi apărut datorită generalizării cuvântului ALKHL, ci confuziei slchimiştilor şi autorilor occidentali a cuvintelor ALKHL şi ALGhWL, care au fost într-adevăr traduse în multe feluri greşit.

[modifică] Proprietăţi fizice şi chimice

Gruparea hidroxil face ca, în general, alcoolul să fie moleculă polară. Acele grupări pot forma legături de hidrogen una cu alta şi cu alţi compuşi. La alcooli există două posibilităţi de dizolvare: tendinţa grupei polare -OH de a îl face solubil în apă şi cea a catenei laterale de a i se opune. De aceea, metanolul, etanolul şi propanolul sunt solubile în apă deoarece influenţa grupării hidroxil este mai puternică decât cea a catenei. Butanolul, cu patru carboni în catenă, este moderat solubil datorrită echilibrului dintre cele două tendinţe. Alcoolii cu cinci sau mai mulţi carboni (pentanol sau mai mari) sunt insolubili în apă datorită dominării catenei laterale.

Datorită legăturii de hidrogen, alcoolii tind să aibă puncte de fierbere mai ridicate faţă de hidrocarburi şi eteri. Toţi alcooli simpli sunt solubili în solvenţi organici. Legăturile de hidrogen arată că alcooli pot fi folosiţi ca solbenţi protici.

Orbitalul dielectronic al oxigenului hidroxilului formează alcoolii nucleofili.

Alcoolii, ca şi apa, pot avea fie proprietăţi acide, fie bazice la gruparea O-H. Cu un pK_a de în jur de 16-19, sunt uşor mai puţin acizi decât apa, dar sunt capabili să recţioneze cu baze puternice precum hidrură de sodiu sau cu metale reactive precum sodiul. Sărurile care rezultă se numesc alcoxizi, având formula generală RO^- M⁺.

Alcoolii legaţi de nuclee benzenice au o aciditate mai scăzută (un pKa în jur de 10). Grupările care iau electroni participă la creşterea acidităţii alcoolilor. De exemple, para-nitro fenolul are un pKa de 7,15.

Oxigenul are un orbital dielectronic pe ultimul strat, ceea ce face alcoolul slab bazic în prezenţa unor acizi tari, preum acidul sulfuric. De exemplu, cu metanol:

Alcoolii pot fi de asemenea supuşi oxidării pentru a forma aldehide, cetone sau acizi organici, sau pot fi deshidrataţi pentru a forma alchene. Pot reacţiona pentru formarea deesteri şi pot fi supuşi (dacă sunt mai întâi activaţi) reacţiilor de substituţie nucleofilică. Pentru mai multe detalii, vezi secţiunea #Reacţii ale alcoolilor.

[modifică] Toxicitate

Etanolul a fost consumat de oameni încă din preistorie sub forma băuturilor alcoolice, pentru o varietate de motive: igienice, alimentare, medicinale, religioase, distractive. Deşi consumul rar de etanol în cantităţi mici nu are efecte negative, ci dimpotrivă, dozele mai mari duc la starea numită "ebrietate" sau intoxicare şi, depinzând de doză şi de regularitatea consumului, poate cauza probleme respiratorii acute sau decesul, iar ingestia cronică are repercusiuni medicale grave.

Alţi alcooli sunt mult mai otrăvitori decât etanolul, în mare parte pentru că durează mai mult până să fie metabolizaţi, iar nu de puţine ori metabolismul lor duce la apariţia unor substanţe mai toxice. Metanolul, sau alcoolul de lemc, de exemplu, este oxidat de enzime în ficat şi duce la crearea formaldehidei, care poate cauza orbirea sau moartea.

Un tratament eficient pentru prevenirea toxicităţii cu formaldehidă după ingestia de metanol este administrarea de etanol. Aceasta va preveni transformarea metanolului în formaldehidă, iar formaldehida existentă va fi covertită în acid formic şi eliminată prin excreţie înainte de a provoca vreun rău.

[modifică] Prepararea alcoolilor

[modifică] Laborator

Există mai multe metode pentru prepararea alcoolilor în laborator.

• Halogenii alchili primari reacţionează cu hidroxidul de sodiu şi hidroxidul de potasiu lichizi, obţinându-se astfel alcooli primari. (Halogenii alchili secundari şi în special terţiari vor produce alchene).
• Aldehideele sau cetoneele sunt reduse cu borhidrură de sodiu sau hidrură de aluminiu litiu.
• Alchenele sunt hidratate, într-un mediu acid, folosind drept catalizator acid sulfuric concentrat, ceea ce produce alcooli secundari sau terţiari.
• Reactantul Grignard reacţionează cu grupele carbonil în alcooli secundari şi terţiari.

Formarea unui alcool secundar prin reducere şi hidratare:

[modifică] Industrie

Industrial, alcoolii se obţin în mai multe feluri.

• prin fermentaţie folosind glucoză produsă de zahăr, obţinand hidroliza amidonului, în prezenţa drojdiei şi a unei temperaturi de sub 37°C pentru producerea etanolului.
• Prin hidratare directă: folosind etenă sau alte alchene, cu un catalizator de acid fosforic, la temperatură şi presiune mari.
• Metanolul este produs din vapori de apă: este creat din gaz sintetizat, unde monoxidul de carbon şi doi echivalenţi ai hidrogenului sunt combinaţi pentru producerea metanolului, folosind drept catalizatori cupru, oxid de zinc şi oxid de aluminiu la 250°C şi o presiune de 50-100 atm.

[modifică] Reacţii ale alcoolilor

[modifică] Deprotonare

Alcoolii se pot comporta ca acizi slabi, supuşi deprotonării. Reacţia de cedare a protonilor pentru a produce o sare alcoxidică este făcută fie cu o bază tare, precum hidrură de sodiu sau n-butillitiu, fie cu sodiu sau potasiu.

2 R-OH + 2 NaH → 2 R-O^-Na⁺ + H₂↑

2 R-OH + 2Na → 2R-O⁻Na⁺

ex. 2 CH₃CH₂-OH + 2 Na → 2 CH₃-CH₂-O⁻Na⁺

Apa este similară în pK_a cu mulţi alcooli, deci cu hidroxid de sodiu apare un echilibru de obicei deplasat spre stânga:

R-OH + NaOH R-O^-Na⁺ + H₂O (echilibru la stânga)

Totuşi, trebuie observat că bazele folosite la deprotonarea alcoolilor sunt tari. Bazele folosite şi alcoxizii obţinuţi sunt reactanţi chimici foarte sensibili la umezeală.

[modifică] Substituţie nucleofilică

Gruparea OH nu este o grupă care se desprinde uşor în reacţiile de substituţie nucleofilică, aşa că alcooli neutri nu iau parte la aceste reacţii. Totuşi, dacă oxigenul este întâi protonat pentru a forma R−OH₂⁺, gruparea care pleacă (apă) este mult mai stabilă, iar substituţia poate avea loc. De exemplu, alcoolii terţiari reacţionează cu acidul clorhidric pentru a produce halogenuri alchilice terţiare, unde gruparea hidroxil este înlocuită de un atom de clor. Dacă se dreşte ca un alcool primar sau secundar să reacţioneze cu acidul clorhidric, este nevoie de un activator precum clorura de zinc. Alternativ, conversia poate fi făcută folosind clorură de tionil.

Alcoolii pot de asemenea fi convertiţi în bromuri alchilice folosind acid hidrobromic sau tribromură de fosfor, de exemplu:

3 R-OH + PBr₃ → 3 RBr + H₃PO₃

În deoxigenarea Barton-McCombie, un alcool este deoxigenat într-un alcan cu complex hibrid tributiltină sau trimetimboran într-o reacţie de substituţie a radicalului.

[modifică] Deshidratare

Alcoolii sunt substanţe nucleofilice, seci R−OH₂⁺ poate reacţiona cu ROH pentru a produce eteri şi apă într-o reacţie de deshidratare, deşi aceasta este rareori folosită, cu excepţia fabricării dietil eterului.

Mai folositoare este reacţia de eliminare a alcoolilor pentru a produce alchene. Reacţia urmează regula lui Zaitsev, care spune că cea mai stabil alchenă se formează. Alcooli terţiari se transformă uşor la temperatura camerei, dar cei primari au nevoie de temperaturi mai ridicate.

Aceasta este o diagramă a deshidratării acide a etanolului pentru a produce etenă:

[modifică] Esterificare

Pentru a forma esteri dintr-un alcool şi un acid carboxilic, reacţia, numită esterificare Fischer, este de obicei realizată cu ajutorul unui catalizator de acid sulfuric concentrat:

R-OH + R'-COOH R'-COOR + H₂O

Pentru ca echilibrul să fie deplasat la dreapta şi să se obţină un randament mare de transformare în ester, apa este eliminată, fie printr-un exces de H₂SO₄, fie prin folosirea aparatului Dean-Stark. Esterii mai pot fi obţinuţi şi prin reacţia unui alcool cu o clorură acidă în prezenţa unei baze precum piridina.

Alte tipuri de esteri sunt preparaţi similar - de exemplu, esterii tosil (tosilaţi) sunt obţinuţi prin reacţia unui alcool cu clorură de p-toluensulfonil în piridină.

[modifică] Oxidare

Alcoolii primari se transformă de obicei în aldehide sau acizi carboxilici prin oxidare organică, pe când alcoolii secundari se transformă în cetone. În mod tradiţional, se folosesc oxidanţi puternici, precum ionul dicromat sau permanganatul de potasiu în mediu acid, de exemplu:

3 CH₃-CH(-OH)-CH₃ + K₂Cr₂O₇ + 4 H₂SO₄ → 3 CH₃-C(=O)-CH₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7 H₂O

De multe ori în prepararea aldehidelor aceşti reactanţi reprezintă o problemă, deoarece supra-oxidează acidul carboxilic. Pentru ca aceasta să se evite, alţi reactanţi sunt preferaţi, cum ar fi clorocromat de piridină, periodinan Dess-Martin, acid 2-iodoxibenzoic sau metode precum oxidarea Swern.

Alcoolii terţiari rezistă oxidării, dar pot fi oxidaţi de reactanţi precum 2,3-dicloro-5,6-diciano-1,4-benzoquinonă.

[modifică] Vezi şi

• Băutură alcoolică
• Efectele alcoolului asupra organismului
• Transesterificare

[modifică] Bibliografie

• Sci-toys website explanation of denatured alcohol designations

[modifică] Legături externe

• en Ce este alcoolul, până la urmă? Informaţii interesante despre alcooli.