Alcohol - Alcohol


De Wikipedia, la enciclopedia libre

Modelo de bola y el palo de una molécula de alcohol (R 3 COH). Las bolas rojas y grises representan el grupo hidroxilo (-OH). El tres "R" de pie para los sustituyentes de carbono o átomos de hidrógeno.
El ángulo de enlace entre un grupo hidroxilo (-OH) y una cadena de átomos de carbono (R)

En química , un alcohol es cualquier compuesto orgánico en el que el hidroxilo grupo funcional (- O H ) está unido a un carbono . El término alcohol se refiere originalmente al alcohol primario etanol (alcohol etílico), que se utiliza como un medicamento y es el alcohol principal presente en bebidas alcohólicas . Una clase importante de alcoholes, de los cuales el metanol y el etanol son los miembros más simples, incluye todos los compuestos de la fórmula general para los que es C n H 2n + 1 OH. Son estos monoalcoholes simples que son el tema de este artículo.

El sufijo -ol aparece en el nombre químico de la IUPAC de todas las sustancias donde el grupo hidroxilo es el grupo funcional con la prioridad más alta. Cuando un grupo de prioridad más alta está presente en el compuesto, el prefijo hidroxi- se utiliza en su nombre IUPAC. El sufijo -ol en los nombres no IUPAC (tales como paracetamol o colesterol ) en general también indica que la sustancia es un alcohol. Sin embargo, muchas sustancias que contienen grupos hidroxilo funcionales (en particular azúcares, tales como glucosa y sacarosa ) tienen nombres que incluyen ni el sufijo -ol , ni el prefijo hidroxi- .

Historia

Destilación de alcohol era conocido por los químicos islámicos ya en el siglo VIII.

El árabe químico, al-Kindi , describe sin ambigüedades la destilación del vino en un tratado titulado como "El libro de la química de Perfume y destilaciones".

El persa médico , alquimista , polymath y filósofo Rhazes (854 CE - 925 CE) se acredita con el descubrimiento de etanol.

Nomenclatura

Etimología

La palabra "alcohol" es del árabe kohl ( árabe : الكحل , . Translit  al-Kuhl ), un polvo utilizado como un delineador de ojos. Al- es el árabe artículo definido , equivalente a la de Inglés. El alcohol se utilizó originalmente para el polvo muy fino producido por la sublimación del mineral natural estibina para formar trisulfuro de antimonio Sb
2
S
3
. Se considera que es la esencia o "espíritu" de este mineral. Fue utilizado como unantiséptico, delineador de ojos, ycosmético. El significado de alcohol se extendió a sustancias destiladas en general, y luego se redujo a etanol, cuando "espíritus" era un sinónimo delicor fuerte.

Bartolomé Traheron , en su traducción de 1543 Juan de Vigo , introduce la palabra como un término usado por los "bárbaros" ( moras autores) para "polvo fino". Vigo escribió: "los bárbaros auctours consumo de alcohol, o (como yo fynde que sometymes wryten) alcofoll, por moost poudre bien."

El 1657 Lexicon Chymicum , por William Johnson brillos de la palabra como "antimonio antimonio siva." Por extensión, la palabra vino para referirse a cualquier líquido obtenido por destilación, incluyendo "alcohol de vino," la esencia destilada de vino. Libavius en Alchymia (1594) se refiere a "alcohol vini vel vinum alcalisatum". Johnson (1657) glosa vini alcohol como "quando omnis superfluitas vini un separatur vino, ita ut accensum ardeat donec totum consumatur, nihilque fæcum aut phlegmatis in fundo remaneat." Significado de la palabra se restringió al "espíritu del vino" (la sustancia química conocida hoy en día como etanol ) en el siglo 18 y se extendió a la clase de sustancias denominadas como "alcoholes" en la química moderna a partir de 1850.

El término etanol fue inventado 1892, la combinación de la palabra etano con el "-ol" final de "alcohol".

Los nombres sistemáticos

IUPAC nomenclatura se utiliza en publicaciones científicas y donde la identificación precisa de la sustancia es importante, especialmente en los casos en que la complejidad relativa de la molécula no hacer un nombre sistemático difícil de manejar. Al nombrar los alcoholes simples, el nombre de la cadena de alcano pierde el terminal e , y añade el sufijo -ol , por ejemplo , como en "etanol" del nombre de la cadena de alcano "etano". Cuando sea necesario, la posición del grupo hidroxilo se indica mediante un número entre el nombre de alcano y la -ol : propan-1-ol para CH
3
CH
2
CH
2
OH
,propan-2-olparaCH
3
CH (OH) CH
3
. Si un grupo de prioridad más alta está presente (como unaldehído,cetona, oácido carboxílico), entonces el prefijohidroxi-se utiliza, por ejemplo, como en 1-hidroxi-2-propanona (CH
3
C (O) CH
2
OH
).

Algunos ejemplos de alcoholes simples y la forma de nombrarlos
CH 3 -CH 2 -CH 2 -OH Propan-2-ol displayed.svg displayed.svg ciclohexanol 2-metilpropan-1-ol displayed.svg 2-metilbutan-2-ol displayed.svg
Propan-1-ol.svg 2-Propanol.svg acsv.svg ciclohexanol Isobutanol.svg 2-metil-2-butanol FormulaV1-Seite001.svg
n alcohol propilo,
propan-1-ol, o
1-propanol
alcohol isopropílico,
propan-2-ol, o
2-propanol
ciclohexanol alcohol de isobutilo,
2-metilpropan-1-ol, o
2-metil-1-propanol
terc alcohol amílico,
2-metilbutan-2-ol, o
2-metil-2-butanol
Un alcohol primario Un alcohol secundario Un alcohol secundario Un alcohol primario Un alcohol terciario

En los casos en que el grupo funcional OH está unido a un sp 2 de carbono en un anillo aromático de la molécula se conoce como un fenol , y se nombra usando las reglas de la IUPAC para nombrar los fenoles.

Nombres comunes

En otras menos formales contextos, un alcohol a menudo se llama con el nombre del grupo alquilo correspondiente seguido de la palabra "alcohol", por ejemplo, metil alcohol, etil alcohol. Propil alcohol puede ser n -propilo alcohol o alcohol isopropílico , dependiendo de si el grupo hidroxilo está unido al extremo o de carbono central a la recta de propano cadena. Según se describe en nomenclatura sistemática, si otro grupo en la molécula tiene prioridad, el resto alcohol se indica a menudo utilizando el prefijo "hidroxi".

Los alcoholes se clasifican en primarios, secundarios ( sec- , s- ) y terciario ( terc , t- ), basado en el número de átomos de carbono conectados al átomo de carbono que lleva el hidroxilo grupo funcional . (Las respectivas abreviaturas numéricos 1 °, 2 ° y 3 ° también se utilizan a veces en entornos informales.) Los alcoholes primarios tienen fórmulas generales RCH 2 OH. El alcohol primario simple es metanol (CH 3 OH), para los que R = H, y el siguiente es el etanol, para los que R = CH 3 , el grupo metilo . Alcoholes secundarios son los de la forma RR'CHOH, el más simple de los cuales es 2-propanol (R = R '= CH 3 ). Para los alcoholes terciarios La forma general es RR'R "COH. El ejemplo más simple es terc-butanol (2-metilpropan-2-ol), para lo cual cada uno de R, R', y R" es CH 3 . En estas abreviaturas, R, R' y R" representan sustituyentes , alquilo o otros adjunta grupos, generalmente orgánicos.

Tipo Fórmula IUPAC Nombre Nombre común
monohídricos
alcoholes
CH 3 OH metanol El alcohol de madera
C 2 H 5 OH Etanol Alcohol
C 3 H 7 OH Propan-2-ol Alcohol isopropílico,
alcohol de frotamiento
C 4 H 9 OH Butan-1-ol Butanol,
alcohol butílico
C 5 H 11 OH Pentan-1-ol Pentanol,
alcohol amílico
C 16 H 33 OH Hexadecan-1-ol Alcohol cetílico
polihídricos
alcoholes
C 2 H 4 (OH) 2 Etano-1,2-diol Etilenglicol
C 3 H 6 (OH) 2 Propano-1,2-diol Propilenglicol
C 3 H 5 (OH) 3 Propano-1,2,3-triol Glicerol
C 4 H 6 (OH) 4 Butano-1,2,3,4-tetraol Eritritol ,
treitol
C 5 H 7 (OH) 5 Pentano-1,2,3,4,5-Pentol xilitol
C 6 H 8 (OH) 6 hexano-1,2,3,4,5,6-hexol Manitol ,
sorbitol
C 7 H 9 (OH) 7 Heptano-1,2,3,4,5,6,7-heptol Volemitol
Insaturados
alifáticos
alcoholes
C 3 H 5 OH Prop-2-eno-1-ol El alcohol alílico
C 10 H 17 OH 3,7-dimetilocta-2,6-dien-1-ol geraniol
C 3 H 3 OH Prop-2-in-1-ol alcohol propargílico
alicíclicos
alcoholes
C 6 H 6 (OH) 6 Ciclohexano-1,2,3,4,5,6-hexol inositol
C 10 H 19 OH 5-metil-2- (propan-2-il) ciclohexan-1-ol Mentol

aplicaciones

Total registrado alcohol consumo per cápita (15+), en litros de etanol puro

Alcoholes tienen una larga historia de miles de usos. Por simples monoalcoholes, que es el foco de este artículo, los siguientes son los alcoholes industriales más importantes:

  • metanol, principalmente para la producción de formaldehído y como un aditivo de combustible
  • etanol, principalmente para bebidas alcohólicas, aditivo de combustible, disolvente
  • 1-propanol, 1-butanol, y alcohol isobutílico para su uso como un disolvente y precursor a los disolventes
  • Alcoholes C6-C11 utilizados para plastificantes , por ejemplo en cloruro de polivinilo
  • alcohol graso (C12-C18), precursores de detergentes

El metanol es el alcohol industrial más común, con alrededor de 12 millones de toneladas / año producido en 1980. La capacidad combinada de los otros alcoholes es aproximadamente la misma, distribuidos más o menos igual.

Toxicidad

Con respecto a la toxicidad aguda, alcoholes simples tienen baja toxicidad aguada. Las dosis de varios mililitros se toleran. Para pentanoles , hexanoles , octanoles y alcoholes más largos, LD50 intervalo de 2-5 g / kg (ratas, oral). El metanol y el etanol son menos agudamente tóxico. Todos los alcoholes son irritantes de la piel leves.

El metabolismo de metanol (y etilenglicol) se ve afectada por la presencia de etanol, que tiene una mayor afinidad por el alcohol hígado deshidrogenasa . De esta manera metanol será excretada intacta en la orina.

Propiedades físicas

En general, el grupo hidroxilo hace alcoholes polar . Esos grupos pueden formar enlaces de hidrógeno entre sí y a la mayoría de otros compuestos. Debido a la presencia de los alcoholes OH polares son más de hidrocarburos simples solubles en agua. Metanol, etanol y propanol son miscibles en agua. Butanol , con una cadena de cuatro carbonos, es moderadamente soluble.

Debido a los enlaces de hidrógeno , alcoholes tienden a tener puntos de ebullición más altos que comparables hidrocarburos y éteres . El punto de la etanol alcohol de ebullición es 78,29 ° C, en comparación con 69 ° C para el hidrocarburo hexano , y 34,6 ° C para éter dietílico .

Presencia en la naturaleza

alcoholes simples se encuentran ampliamente en la naturaleza. El etanol es más prominente debido a que es el producto de la fermentación, una importante vía de producción de energía. Los otros alcoholes simples se forman sólo en cantidades traza. alcoholes más complejos son penetrantes, como se manifiesta en azúcares, algunos aminoácidos y ácidos grasos.

Producción

procesos de Ziegler y oxo

En el procedimiento de Ziegler , alcoholes lineales se producen a partir de etileno y trietilaluminio seguido de la oxidación y la hidrólisis. Una síntesis idealizada de 1-octanol se muestra:

Al (C 2 H 5 ) 3 + 9 C 2 H 4 → Al (C 8 H 17 ) 3
Al (C 8 H 17 ) 3 + 3 O + 3 H 2 O → 3 HOC 8 H 17 + Al (OH) 3

El proceso genera una serie de alcoholes que están separados por destilación .

Muchos alcoholes superiores son producidos por hidroformilación de alquenos, seguido de hidrogenación. Cuando se aplica a un alqueno terminal, como es común, uno típicamente obtiene un alcohol lineal:

RCH = CH 2 + H 2 + CO → RCH 2 CH 2 CHO
RCH 2 CH 2 CHO + 3 H 2 → RCH 2 CH 2 CH 2 OH

Tales procesos dan alcoholes grasos , que son útiles para detergentes.

reacciones de hidratación

Algunos alcoholes de bajo peso molecular de importancia industrial son producidos por la adición de agua a los alquenos. Etanol, isopropanol, 2-butanol, y terc-butanol son producidos por este método general. Se emplean dos implementaciones, los métodos directos e indirectos. El método directo evita la formación de productos intermedios estables, típicamente usando catalizadores ácidos. En el método indirecto, el alqueno se convierte en el éster de sulfato , que se hidroliza posteriormente. El directo hidratación usando etileno ( hidratación de etileno ) u otros alquenos de craqueo de fracciones de destilado de petróleo crudo .

La hidratación también se utiliza industrialmente para producir el diol de glicol de etileno a partir de óxido de etileno .

rutas biológicas

El etanol se obtiene por fermentación usando glucosa producida a partir de azúcar de la hidrólisis de almidón , en presencia de levadura y temperatura de menos de 37 ° C para producir etanol. Por ejemplo, un proceso de este tipo puede proceder por la conversión de sacarosa por la enzima invertasa en glucosa y fructosa , a continuación, la conversión de la glucosa por la enzima complejo zymase en etanol (y dióxido de carbono).

Varias especies de las bacterias benignos en el uso intestino fermentación como una forma de metabolismo anaeróbico . Este metabólica reacción produce etanol como producto de desecho. Por lo tanto, los cuerpos humanos contienen alguna cantidad de alcohol producido endógenamente por estas bacterias. En raros casos, esto puede ser suficiente para causar " síndrome de auto-fábrica de cerveza " en el que se producen cantidades intoxicantes del alcohol.

Como el etanol, butanol puede ser producida por procesos de fermentación. Saccharomyces levadura son conocidos para producir estos alcoholes superiores a temperaturas por encima de 75 ° F (24 ° C). La bacteria Clostridium acetobutylicum puede alimentarse de celulosa para producir butanol a una escala industrial.

Sustitución

Primarios haluros de alquilo reaccionan con una solución acuosa de NaOH o KOH principalmente a alcoholes primarios en sustitución alifática nucleófila . (Haluros de alquilo secundarios y, especialmente, terciarias darán el producto de eliminación (alqueno) en lugar). Reactivos de Grignard reaccionan con carbonilo grupos a alcoholes secundarios y terciarios. Reacciones relacionadas son la reacción Barbier y la reacción Nozaki-Hiyama .

Reducción

Los aldehídos o cetonas se reducen con borohidruro de sodio o hidruro de litio y aluminio (después de un tratamiento ácido). Otra reducción por aluminiumisopropylates es la reducción de Meerwein-Ponndorf-Verley . Hidrogenación asimétrica Noyori es la reducción asimétrica de beta-ceto-ésteres.

Hidrólisis

Los alquenos se involucran en un ácido catalizada la reacción de hidratación utilizando ácido sulfúrico concentrado como un catalizador que da alcoholes generalmente secundarias o terciarias. La hidroboración-oxidación y oximercuración-reducción de alquenos son más fiables en la síntesis orgánica. Los alquenos reaccionan con NBS y agua en reacción de formación de halohidrina . Las aminas se pueden convertir en sales de diazonio , que se hidrolizan entonces.

Se muestra la formación de un alcohol secundario a través de la reducción y la hidratación:

Preparación de un alcohol secundario

reacciones

La desprotonación

Con un pK una de alrededor de 16-19, que son, en general, ligeramente más débiles ácidos que agua . Con bases fuertes tales como hidruro de sodio o sodio forman sales llamados alcóxidos , con la fórmula general R O - M + .

2 R-OH + 2 NaH → 2 RO - Na + + 2 H 2
2 R-OH + 2 Na → 2 RO - Na + + H 2

La acidez de alcoholes es fuertemente afectada por solvatación . En la fase de gas, alcoholes son más ácido que es el agua.

sustitución nucleófila

El grupo OH no es un buen grupo saliente en sustitución nucleófila reacciones, de modo alcoholes neutros no reaccionan en tales reacciones. Sin embargo, si el oxígeno está protonado primero para dar R-OH 2 + , el grupo saliente ( agua ) es mucho más estable, y la sustitución nucleófila puede tener lugar. Por ejemplo, alcoholes terciarios reaccionan con ácido clorhídrico para producir terciaria haluros de alquilo , donde el grupo hidroxilo está reemplazado por un cloro átomo por sustitución nucleófila unimolecular . Si alcoholes primarios o secundarios son a hacerse reaccionar con ácido clorhídrico , un activador tal como cloruro de cinc se necesita. De manera alternativa, la conversión puede llevarse a cabo directamente usando cloruro de tionilo . [1]

Algunas conversiones simples de alcoholes de alquilo cloruros

Los alcoholes pueden, así mismo, ser convertidos a los bromuros de alquilo utilizando ácido bromhídrico o tribromuro de fósforo , por ejemplo:

3 R-OH + PBr 3 → 3 RBr + H 3 PO 3

En la desoxigenación Barton-McCombie un alcohol se desoxigena a un alcano con hidruro de tributilestaño o un trimetilborano complejo -agua en una sustitución radical de reacción.

Deshidración

Mientras tanto, el átomo de oxígeno tiene pares solitarios de electrones no enlazantes que la hacen débilmente básico en presencia de ácidos fuertes tales como ácido sulfúrico . Por ejemplo, con metanol:

La acidez y basicidad de metanol

Tras el tratamiento con ácidos fuertes, alcoholes se someten a la E1 reacción de eliminación para producir alquenos . La reacción, en general, obedece la regla de Zaitsev , que establece que se forma el (por lo general el más sustituido) alqueno más estable. Alcoholes terciarios eliminan fácilmente a justo por encima de la temperatura ambiente, pero alcoholes primarios requieren una temperatura más alta.

Este es un diagrama de ácido deshidratación catalizada de etanol para producir etileno :

DehydrationOfAlcoholWithH-.png

Una reacción de eliminación más controlada es la con disulfuro de carbono y yodometano .

esterificación

El alcohol y ácidos carboxílicos reaccionan en la llamada de esterificación de Fischer . La reacción por lo general requiere un catalizador , tal como ácido sulfúrico concentrado:

R-OH + R'-CO 2 H → R'-CO 2 R + H 2 O

Otros tipos de éster se preparan de una manera similar - por ejemplo, tosilo (tosilato) ésteres se hacen por reacción del alcohol con p- toluenosulfonilo cloruro en piridina.

Oxidación

Los alcoholes primarios (R-CH 2 OH) se pueden oxidar, ya sea a aldehídos (R-CHO) o ácidos carboxílicos (R-CO 2 H). La oxidación de alcoholes secundarios (R 1 R 2 CH-OH) normalmente termina en la cetona (R 1 R 2 C = O) etapa. Alcoholes terciarios (R 1 R 2 R 3 C-OH) son resistentes a la oxidación.

El directo oxidación de alcoholes primarios a ácidos carboxílicos procede normalmente a través de la correspondiente aldehído, que se transforma a través de un hidrato de aldehído (R-CH (OH) 2 ) por reacción con agua antes de que pueda ser oxidado adicionalmente en el ácido carboxílico.

Mecanismo de oxidación de alcoholes primarios a ácidos carboxílicos a través de los aldehídos e hidratos de aldehído

Los reactivos útiles para la transformación de alcoholes primarios a aldehídos son normalmente también es adecuado para la oxidación de alcoholes secundarios a cetonas . Estos incluyen el reactivo de Collins y de Dess-Martin . La oxidación directa de alcoholes primarios a ácidos carboxílicos puede llevarse a cabo usando permanganato de potasio o el reactivo de Jones .

Ver también

notas

referencias

  • Metcalf, Allan A. (1999). El mundo en tantas palabras . Houghton Mifflin. ISBN  0-395-95920-9 .

enlaces externos