Alkohole

Alkohole

Alkohole to organiczne związki chemiczne, które zawierają jedną lub więcej grup hydroksylowych związanych z atomem węgla o hybrydyzacji sp3.

Najprostsze oraz najczęściej występujące w życiu codziennym alkohole to pochodne alkanów posiadające jedną grupę hydroksylową w cząsteczce, o ogólnym wzorze CnH2n+1OH, zwane alkoholem monohydroksylowym. Przykładami są: metanol, etanol oraz propanol.

Podobne związki organiczne, gdzie grupa hydroksylowa jest połączona z atomem węgla o hybrydyzacji sp2, to fenole (hydroksylowe pochodne benzenu i innych związków aromatycznych) oraz enole (hydroksylowe pochodne alkenów).

Właściwości fizyczne

Alkohole, dzięki obecności silnie elektroujemnego atomu tlenu oraz związanym z nim atomem wodoru, tworzą wiązania wodorowe, co prowadzi do ich asocjacji w większe struktury. W rezultacie niższe alkohole charakteryzują się wysokimi temperaturami wrzenia i niską lotnością w stosunku do ich masy:

  • metanol: Tw = 65 °C
  • etanol: Tw = 79 °C
  • propan-2-ol: Tw = 82 °C
  • propan-1-ol: Tw = 97 °C

Alkohole o wyższej masie mają właściwości fizyczne zbliżone do alkanów o podobnych masach molowych.

Niższe alkohole doskonale rozpuszczają się w rozpuszczalnikach polarnych (takich jak woda), podczas gdy wyższe alkohole lepiej rozpuszczają się w rozpuszczalnikach niepolarnych, co związane jest z przewagą ich części hydrofobowej. Zasada mówi, że podobne rozpuszcza się w podobnym.

Rzędowość alkoholi

Rzędowość alkoholu odpowiada rzędowości atomu węgla, do którego przyłączona jest grupa hydroksylowa.

Klasyfikacja alkoholi

Alkohole dzielimy na:

  • alkohole jednowodorotlenowe (monohydroksylowe)
    • alkanole, np. metanol, etanol
    • alkenole, np. alkohol allilowy
    • alkinole, np. alkohol propargilowy
    • alkohole cykliczne, np. cykloheksanol
    • alkohole aromatyczne, np. alkohol benzylowy (zawierają grupę -OH przy łańcuchu bocznym, nie przy pierścieniu)
  • alkohole wielowodorotlenowe
    • diole
    • cukrole

Metody otrzymywania alkoholi

Niektóre metody syntezy alkoholi to:

  • hydratacja alkenów (przebiega w środowisku kwaśnym), na przykład:

    • CH2=CH2 + H2O __H+__ → CH3−CH2−OH

  • hydroliza halogenków alkilowych
  • reakcja Grignarda
  • redukcja:
    • kwasów karboksylowych (szczególnie wyższych kwasów tłuszczowych, co prowadzi do powstawania alkoholi I-rzędowych)
    • aldehydów (powstają alkohole I-rzędowe), na przykład:

      • CH3−CHO + H2 __kat.__ → CH3−CH2−OH

    • ketonów (powstają alkohole II-rzędowe), na przykład:

      • (CH3)2C=O + H2 __kat.__ → (CH3)2CHOH

    • estrów (powstają alkohole I-rzędowe)
  • Hydrogenacja katalityczna z zastosowaniem katalizatorów niklowych, platynowych lub palladowych. Można również przeprowadzać redukcję z użyciem glinowodorku litu lub borowodorku sodu.
  • metody specyficzne dla poszczególnych alkoholi

Właściwości chemiczne alkoholi

Najważniejsze reakcje alkoholi obejmują:

  • reakcje z metalami aktywnymi, prowadzące do powstawania alkoholany
  • katalityczna dehydratacja (odwodnienie)
  • estryfikacja – reakcja z kwasami organicznymi lub nieorganicznymi, w wyniku której tworzy się ester
  • utlenianie – przebieg reakcji zależy od rzędowości alkoholu oraz rodzaju utleniacza. Na przykład:
    • alkohole I-rzędowe

      • dichromiany utleniają alkohole I-rzędowe do aldehydów (aby uniknąć dalszego utleniania, produkt należy usunąć z reakcji natychmiast po jego powstaniu):

      RCH2OH + Cr2O2−7 → RCHO + Cr3+

      W laboratoriach, dla poprawy wydajności, stosuje się chlorochromian pirydyny (PCC) jako utleniacz.

      nadmanganian potasu i tlenek chromu(VI) w środowisku kwaśnym utleniają alkohole I-rzędowe bezpośrednio do kwasów karboksylowych lub ich soli, np.:

      RCH2OH + KMnO4 → RCOOK + MnO2 + KOH

    • alkohole II-rzędowe

      • dichromiany w środowisku kwaśnym oraz PCC utleniają alkohole II-rzędowe do ketonów:

      R2CHOH + Cr2O2−7 → R2CO + Cr3+

      nadmanganian potasu utlenia alkohole II-rzędowe również do ketonów, ale reakcja często prowadzi do rozerwania wiązania C–C.

    • alkohole III-rzędowe

      • w środowisku zasadowym nie ulegają utlenieniu w obecności KMnO4 lub K2Cr2O7.

      w środowisku kwaśnym ulegają dehydratacji do alkenów i dalszemu rozkładowi.

Zastosowania

W kontekście gospodarczym, największe znaczenie mają metanol oraz etanol.

Metanol

  • rozpuszczalnik (rozpuszczają się w nim tłuszcze, żywice i pokosty)
  • paliwo
  • przemysł chemiczny
  • przemysł farmaceutyczny

Etanol

  • paliwo napędowe
  • przemysł spożywczy
  • przemysł farmaceutyczny

Nomenklatura

Określenie alkoholi jako wodorotlenków jest nieprawidłowe, gdyż w wodorotlenkach występuje wiązanie jonowe pomiędzy grupą -OH a atomem pierwiastka (najczęściej metalu), podczas gdy w alkoholach wiązanie to ma charakter kowalencyjny.

Nazwy systematyczne

Alkohole nazywa się poprzez dodanie końcówki -ol z odpowiednim lokantem do nazwy macierzystego związku. W przeszłości stosowano nomenklaturę, w której używano słowa „alkohol” oraz dodawano nazwę alkilu w formie przymiotnika.

Zobacz też

Przypisy

Przeczytaj u przyjaciół: