alkohol - Alcohol


Z Wikipedii, wolnej encyklopedii

Kulowym i przywieraniu wzór cząsteczki alkoholu (R 3 COH). Czerwony i szare Piłki oznaczają grupę hydroksylową (-OH). Trzy „R:” oznaczają podstawniki węgla lub atomami wodoru.
Kąt wiązanie między grupą hydroksylową (-OH) i łańcuchu atomów węgla (R)

W chemii An alkohol jest każdy związek organiczny , w którym hydroksylową grupę funkcyjną (- O H ) jest związany z węglem . Alkohol termin pierwotnie określone pierwszorzędowy alkohol etanolu (alkohol etylowy), który jest stosowany jako lek i jest głównym alkoholem występującym w napojach alkoholowych . Ważną klasą alkoholi, z których metanol i etanol są najprostsze użytkowników obejmuje wszystkie związki o ogólnym wzorze w którym oznacza C n H 2n + 1 OH. To właśnie te proste monoalkoholi, które są przedmiotem niniejszego artykułu.

Sufiks ol występuje w nazwie chemicznej IUPAC wszystkich substancji, w których grupa hydroksylowa jest grupą funkcyjną o najwyższym priorytecie. Gdy wyższą grupę priorytetem jest obecny w związku prefiks hydroksylową stosuje się w jego nazwa IUPAC. Sufiks ol w nazwach nie IUPAC (takie jak paracetamol lub cholesterol ) mogą także wskazuje, że substancja jest alkohol. Jednakże, wiele substancji, zawierające hydroksylowe grupy funkcyjne (zwłaszcza cukry, takie jak glukoza i sacharoza ) mają nazwy, które zawierają ani sufiksu olu , ani prefiksu hydroksy- .

Historia

Destylacja alkoholu była znana chemikom islamskich już w VIII wieku.

Arab chemik, al-Kindi , jednoznacznie opisane destylacji wina w traktacie zatytułowanym jako "The Book of chemii perfum i destylacji".

Perski lekarz , alchemik , polihistor i filozof Rhazes (854 CE - 925 CE) przypisuje się odkrycie etanolu.

Nomenklatura

Etymologia

Określenie „alkohol” pochodzi z arabska kohl ( polskie : الكحل , . Translit  al Kuhl ), proszek stosuje się w postaci eyeliner. Al- jest arabski określony artykuł , odpowiednik w języku angielskim. Alkohol początkowo stosowane do bardzo drobnego proszku wytworzonego przez sublimację naturalnego mineralnego antymon , tworząc antymonu trisiarczkowej Sb
2
S
3
. Uznano za istotę lub „ducha” tego minerału. Został on wykorzystany jakoantyseptyczny, eyeliner ikosmetycznym. Znaczenie alkoholu przedłużono do substancji destylowanej w ogóle, a następnie zmniejszyła się do etanolu, gdy „duchów” był synonimemciężkiej cieczy.

Bartholomew Traheron , w jego 1543 tłumaczeniu Jana Vigo , wprowadza słowo jako termin używany przez „barbarzyńskich” ( Maurów ) autorów dla „drobny proszek.” Vigo napisał: "barbarzyńskie auctours użyciu alkoholu, lub (jak ja fynde to sometymes wryten) alcofoll dla moost drobnego Poudre".

1657 Leksykon Chymicum , William Johnson błyszczyki słowo jak "Antimonium sive stibium". Co za tym idzie, słowo przyszedł dotyczy dowolnego płynu uzyskanego w wyniku destylacji, w tym alkoholu wina „” w destylowanej esencji wina. Libavius w Alchymia (1594) odnosi się do "Vini alkohol vel vinum alcalisatum". Johnson (1657) błyszczyki alkoholu Vini jako "QUANDO omnis superfluitas vini do separatur vino ITA UT accensum ardeat donec totum consumatur, nihilque fæcum aut phlegmatis w fundo remaneat". Znaczenie tego słowa stała się ograniczona do „ducha wina” (Chemical znany dziś jako etanolu ) w 18 wieku i został przedłużony do klasy substancji tzw jako „alkohole” w nowoczesnej chemii po 1850 roku.

Określenie etanol wynaleziono 1892, łącząc słowo etan z „ol” zakończenie „alkoholu”.

nazwy systematyczne

IUPAC nazewnictwo jest używany w publikacjach naukowych i gdzie precyzyjna identyfikacja substancji jest ważna, szczególnie w przypadkach, gdy względna złożoność cząsteczki nie tworzą takich systematyczna nazwa nieporęczny. Nazewnictwa proste alkohole, nazwa łańcucha alkanowego traci terminala e i dodaje sufiks -olu , na przykład , tak jak w „etanolu” z nazwą łańcuch alkan „etanu”. W razie potrzeby, położenie grupy hydroksylowej jest wskazany przez liczbę od alkanowej nazwą a olu : propan-1-olu w chlorku
3
CH
2
CH
2
OH
,propan-2-oludochlorku
3
CH (OH) CH
3
. Jeżeli priorytet wyższy grupa jest obecna (takie jakaldehyd,keton, lubkwas karboksylowy), a przedrostekhydroksystosuje się, na przykład, tak jak w 1-hydroksy-2-propanonu (CH
3
C (O) CH
2
OH
).

Niektóre przykłady prostych alkoholi i jak je nazwać
CH 3 -CH 2 -CH 2 -OH Propan-2-olu displayed.svg cykloheksanol displayed.svg 2-metylopropan-1-olu displayed.svg 2-metylobutan-2-ol displayed.svg
Propan-1-ol.svg 2-Propanol.svg cykloheksanol acsv.svg Isobutanol.svg 2-metylo-2-butanol FormulaV1-Seite001.svg
n -propyl alkohol,
propan-1-olu, lub
1-propanol,
alkohol izopropylowy,
propan-2-ol lub
2-propanol,
cykloheksanol alkohol izobutylowy,
2-metylopropan-1-ol lub
2-metylo-1-propanol,
tert- alkohol-amyl,
2-metylobutan-2-ol lub
2-metylo-2-butanol
Pierwszorzędowego alkoholu Drugorzędowego alkoholu Drugorzędowego alkoholu Pierwszorzędowego alkoholu Trzeciorzędowym alkoholem

W przypadkach, w których grupa funkcyjna OH, związaną z sp 2 węgiel na pierścieniu aromatycznym, cząsteczka jest znany jako fenolu , i nosi nazwę IUPAC stosując zasady nazewnictwa fenoli.

Popularne imiona

W innych, mniej formalnym kontekście, alkohol często nazywane nazwą odpowiedniej grupy alkilowe, a następnie przez słowo „alkohol”, na przykład metylu, alkohol etylowy alkoholu. Propylowy alkoholu może być n -propyl alkohol lub alkohol izopropylowy , w zależności od tego czy grupa hydroksylowa jest połączona z końcem lub węgla w prostej środkowej propan łańcuchu. Jak opisano w nazywania jeśli inna grupa w cząsteczce ma priorytet, ugrupowanie alkoholu jest często wskazane za pomocą „hydroksy” prefiks.

Alkohole, następnie dzieli się na podstawowej średnie ( sec , S ) i trzeciorzędowe ( tert- , t ), na podstawie liczby atomów węgla związanych z atomem węgla, który nosi hydroksylową grupę funkcyjną . (Dany shorthands liczbowe 1 °, 2 °, 3 ° są czasami stosowane w nieformalny.) Alkohole pierwszorzędowe posiadają wzory ogólne RCH 2 OH. Najprostszym pierwszorzędowym alkoholem jest metanol (CH 3 OH), w których R = H, a dalej jest etanol, w którym R = CH 3 The metyl . Drugorzędowe alkohole są związki RR'CHOH formy, z których najprostszy jest 2-propanol (R = R '= CH 3 ). Dla trzeciorzędowych alkoholi ogólna postać jest RR'R "COH. Najprostszym przykładem jest tert-butanol (2-metylopropan-2-ol), w której każdy z R, R”, i R" oznacza grupę CH 3 . W tych Shorthands, R, R”i R” oznaczają podstawniki , alkil lub inne grupy przyłączone, zwykle organiczne.

Rodzaj Formuła IUPAC Nazwa Nazwa zwyczajowa
jednowodorotlenowe
alkohole
CH 3 OH metanol alkohol drewna
C 2 H 5 OH Etanol Alkohol
C 3 H 7 OH Propan-2-olu Alkohol izopropylowy,
alkohol Tarcie
C 4 H 9 OH Butan-1-ol Butanol,
alkohol butylowy
C 5 H 11 OH Pentan-1-ol Pentanol,
alkohol amylowy
C 16 H 33 OH Heksadekan-1-ol Alkohol cetylowy
wielowodorotlenowe
alkohole
C 2 H 4 (OH) 2 Etano-1,2-diol, Glikol etylenowy
C 3 H 6 (OH) 2 Propan-1,2-diol, Glikol propylenowy
C 3 H 5 (OH) 3 Propano-1,2,3-triolem Glicerol
C 4 H 6 (OH) 4 Butano-1,2,3,4-tetraolu Erytrytolu ,
treitol
C 5 H 7 (OH) 5 Pentan-1,2,3,4,5-pentol ksylitol
C 6 H 8 (OH) 6 heksano-1,2,3,4,5,6-hexol Mannitol ,
sorbitol
C 7 H 9 (OH) 7 Heptan-1,2,3,4,5,6,7-heptol wolemitol
Nienasycone
alifatyczne
alkohole
C 3 H 5 OH Prop-2-en-1-ol alkohol allilu
C 10 H 17 OH 3,7-dimetylookta-2,6-dien-1-olu geraniol
C 3 H 3 OH Prop-2-yn-1-olu alkohol propargilowy
acykliczne
alkohole
C 6 H 6 (OH) 6 Cykloheksan-1,2,3,4,5,6-hexol inozytol
C 10 H 19 OH 5-metylo-2- (propano-2-ylo) cykloheksano-1-olu Mentol

Aplikacje

Całkowita rejestrowane spożycia alkoholu mieszkańca (15+) w litrach czystej etanolem

Alkohole mają długą historię niezliczonych zastosowań. W przypadku prostych mono-alkohole, który jest skupienie się na tym artykule, są najważniejszymi alkohole przemysłowe następujący:

  • metanol, przede wszystkim do wytwarzania formaldehydu i jako dodatek do paliwa
  • etanol, zwłaszcza do napojów alkoholowych, w dodatku do paliwa, bez rozpuszczalnika
  • 1-propanol, 1-butanol, alkohol izobutylowy oraz do stosowania jako rozpuszczalnik i prekursora rozpuszczalników
  • C6-C11 alkohole stosowane do plastyfikatorów , na przykład w chlorku poliwinylu
  • alkohol tłuszczowy (C12-C18), prekursorów detergentów

Metanol jest najczęściej alkohol przemysłowej, z około 12 milionów ton / rok wytworzonego w 1980 Połączone ilość innych alkoholi, jest w przybliżeniu taka sama, rozproszonych w przybliżeniu jednakowo.

Toksyczność

Względem ostrej toksyczności, proste alkohole mają niskie ostrej toksyczności. Dawki kilku mililitrów tolerowane. Dla pentanole , heksanole , oktanole i dłuższych alkoholi LD50 zakresie 2-5 g / kg (doustnie), szczurów. Metanol i etanol są mniejsze toksyczności ostrej. Wszystkie alkohole są łagodne substancje drażniące skórę.

Metabolizm metanolu (glikolem etylenowym) zależy od obecności etanolu, który ma większe powinowactwo do alkoholu wątroby dehydrogenazy . W ten sposób metanolu będą wydalane w stanie niezmienionym w moczu.

Właściwości fizyczne

W ogólności, grupy hydroksylowej powoduje alkohole polarny . Grupy te mogą tworzyć wiązania wodorowe między sobą i w większości innych związków. Ze względu na obecność polarnych alkoholi OH są bardziej rozpuszczalne w wodzie niż proste węglowodory. Metanol, etanol, propanol mieszalne w wodzie. Butanolu , z czterech łańcuchów węgla jest umiarkowanie rozpuszczalny.

Ze względu na wiązanie wodorowe , alkohole mają zazwyczaj wyższą temperaturę wrzenia niż porównywalne węglowodory i etery . Temperatura wrzenia etanolu alkoholu wynosi 78,29 ° C, w porównaniu z 69 ° C do węglowodoru heksanu i 34,6 ° C do eteru dietylowego .

Występowanie w przyrodzie

Proste alkohole są powszechnie występuje w przyrodzie. Etanol jest najbardziej widoczne, ponieważ jest produktem fermentacji, głównym szlaku produkujących energię. W innych prostych alkoholi tworzą się jedynie w śladowych ilościach. Bardziej złożone alkohole są bardzo szerokie, co przejawia się w cukry, niektóre aminokwasy i kwasy tłuszczowe.

Produkcja

procesach Zieglera i okso

W procesie Zieglera alkohole liniowe wytwarzane są z etylenu i trietyloglin następuje utlenianie i hydrolizę. Wyidealizowany Synteza 1-oktanol jest pokazany:

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

Proces generuje szereg alkoholi, które są oddzielone przez destylację .

Wiele wyższe alkohole produkowane przez hydroformylowanie alkenów następnie uwodornienie. W zastosowaniu do terminala alkenu, co jest powszechne, na ogół uzyskuje się alkohol liniowy:

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

Takie procesy dają alkoholi tłuszczowych , które są przydatne w detergentach.

reakcje nawodnienie

Niektóre alkohole o niskiej masie cząsteczkowej, o znaczeniu przemysłowym, wytwarzane są przez dodanie wody do alkenów. Etanol, izopropanol, 2-butanol i tert-butanol wytworzony tym sposobem ogólnym. Dwie implementacje są zatrudnieni, bezpośrednie i pośrednie metody. Metoda bezpośrednia unika się tworzenia stabilnych produktów pośrednich, na ogół stosując katalizatory kwasowe. W metodzie pośredniej alken jest przekształcany do estru siarczanu , które są następnie hydrolizowane. Bezpośrednie uwodnienie użyciu etylenu ( uwodnienie etylenu ) lub innych alkenów z krakingu frakcji destylowanej ropy naftowej .

Uwodnienie również wykorzystywane przemysłowo z wytworzeniem diolu, glikolu etylenowego z tlenkiem etylenu .

trasy biologiczne

Etanolu otrzymuje się przez fermentację stosując glukozy wytwarzanej z cukru z hydrolizy w skrobię , w obecności drożdży i w temperaturze mniejszej niż 37 ° C, w celu wytworzenia etanolu. Na przykład, proces ten może przejść przez przekształcenie sacharozy w wyniku działania enzymu inwertazy do glukozy i fruktozy , a następnie przekształcenia glukozy przez enzym kompleksu zymaza w etanolu (dwutlenek węgla).

Kilka gatunków tych bakterii w łagodnych zastosowania cienkiego fermentacji jako forma metabolizm beztlenowy . Ten metabolicznej reakcji wytwarza etanol jako odpad. Tak więc, ludzkie ciało zawierać pewną ilość alkoholu endogennie wytwarzanego przez te bakterie. W rzadkich przypadkach, może być wystarczająca do wywołania „ zespół automatycznego browaru ”, w którym odurzających ilości alkoholu wytwarzanego.

Takie jak etanol, butanol, mogą być wytwarzane w procesach fermentacji. Drożdże Saccharomyces wiadomo wytwarzać wyższe alkohole takie, w temperaturze powyżej 75 ° F (24 ° C). Bakteria Clostridium acetobutylicum można karmić celulozy z wytworzeniem butanolu na skalę przemysłową.

Podstawienie

Podstawowe halogenki alkilowe reakcji z wodnym roztworem NaOH lub KOH głównie pierwszorzędowych alkoholi nukleofilowego alifatycznych podstawienia . (Drugi a zwłaszcza trzeciorzędowe halogenki alkilowe daje eliminacji (alkenu) produktu zamiast). Odczynniki Grignarda reagują z karbonylowych grup do alkoholi drugorzędowych i trzeciorzędowych. Reakcje związane są reakcji Barbier i reakcję Nozaki, Hiyama .

Zmniejszenie

Aldehydy lub ketony,zmniejszone w borowodorek sodu lub wodorek litowo-glinowy (po obróbce kwasowej). Kolejna obniżka przez aluminiumisopropylates jest redukcja Meerweina-Ponndorf-Verley . Noyori asymetrycznego uwodornienia jest asymetrycznej redukcji beta-ketoestrów.

Hydroliza

Alkeny prowadzenia katalizowanej kwasem reakcji uwodnienia z użyciem stężonego kwasu siarkowego jako katalizatora, który zwykle daje alkohole drugorzędowe lub trzeciorzędowe. Hydroborowanie-utlenianie oraz oxymercuration redukcji alkenów są bardziej niezawodne w syntezie organicznej. Alkeny reakcji z NBS, a wodę w chlorowcohydrynę reakcji tworzenia . Aminy mogą być przekształcone do diazoniowym sole , które są następnie hydrolizowane.

Powstawanie drugorzędowego alkoholu przez redukcję i hydratacji przedstawiono:

Wytwarzanie alkoholu drugorzędowego

reakcje

deprotonowanie

O pK a około 16-19, są, na ogół, nieco słabsze kwasy niż woda . Z mocnymi zasadami, takimi jak wodorek sodu lub sód tworzą sole, zwane alkoholany , o wzorze ogólnym R O - M + .

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

Kwasowość alkoholi jest silnie dotknięte przez rozpuszczenie . W fazie gazowej, alkohole są bardziej kwaśne niż woda.

nukleofilowe podstawienie

Grupa OH nie jest dobrym grupę opuszczającą, w reakcji podstawienia nukleofilowego reakcji, więc alkohole obojętne nie reagują w takich reakcjach. Jednakże, jeżeli pierwsza protonowana tlen, otrzymując R-OH 2 + grupa odszczepiającą się ( woda ) jest dużo bardziej stabilny i nukleofilowe podstawienie może mieć miejsce. Na przykład, trzeciorzędowe alkohole, reagują z kwasem chlorowodorowym , z wytworzeniem trzeciorzędowego halogenki alkilowe , w których grupa hydroksylowa jest zastąpiona przez chlor atom przez jednocząsteczkową nukleofilowego podstawienia . Jeśli alkohole pierwszorzędowe lub drugorzędowe mają być poddane reakcji z kwasem chlorowodorowym , aktywatorem, takim jak chlorek cynku, jest potrzebne. W alternatywny sposób, przekształcenie może być przeprowadzane bezpośrednio za pomocą chlorku tionylu . [1]

Kilka prostych konwersji alkoholi do alkilu chlorki

Alkohole mogą również być przekształcone do bromków alkilu pomocą kwas bromowodorowy lub tribromek fosforu , na przykład:

3 R-OH + pBR 3 → 3 RBr + H 3 PO 3

W odtleniania Barton McCombie alkohol usuwa się tlen do alkanu z wodorkiem tributylocyny lub trimetyloboran kompleksu -woda w rodnika podstawienia reakcji.

Odwodnienie

Tymczasem, atom tlenu ma wolne pary z niewiążących elektronów, które czynią go słabo zasadowy , w obecności silnych kwasów, takich jak kwas siarkowy . Na przykład, w metanolu

Kwasowość i zasadowość metanol

Po działaniu silnymi kwasami, alkohole poddawane E1 reakcję eliminacji do produkcji alkenów . Reakcję na ogół wypełnia Reguła Zajcewa , w którym stwierdza się, że najbardziej stabilny (zazwyczaj najbardziej podstawione) alken jest utworzona. Trzeciorzędowe alkohole łatwo wyeliminować w nieco powyżej temperatury pokojowej ale alkohole wymagają wyższej temperatury.

Jest to schemat katalizowane kwasem odwodnienie etanolu z wytworzeniem etylenu :

DehydrationOfAlcoholWithH-.png

Bardziej kontrolowana reakcja eliminacji jest z dwusiarczkiem węgla i jodometanu .

estryfikacji

Alkohol i kwasy karboksylowe reagują w tak zwanej reakcji estryfikacji Fischera . Reakcję zazwyczaj wymaga katalizatora , takiego jak stężony kwas siarkowy

R-OH + R'-CO 2 H → R'-CO- 2 R + H 2 O

Inne typy estrów wytwarza się w podobny sposób - na przykład, tosyl (tosylan) estry wytwarza się przez reakcję alkoholu z p- toluenosulfonylu, chlorku w pirydynie.

Utlenianie

Alkohole (R-CH 2 OH) można utlenić albo aldehydy (R-CHO) lub kwasów karboksylowych, (R-CO 2 H). Utlenianie alkoholi drugorzędowych (R 1 R 2 CH-OH), zwykle kończy się w keton (R 1 R 2 C = O) etap. Alkohole trzeciorzędowe (R 1 R 2 R 3 C-OH), odporne na utlenianie.

Bezpośrednie utlenianie pierwszorzędowych alkoholi do kwasów karboksylowych, zazwyczaj przebiega z odpowiedniego aldehydu, który jest przekształcany za pomocą wodzianu aldehydu (R-CH (OH) 2 ) w reakcji z wodą, zanim będzie mogła być dalej utlenione do kwasu karboksylowego.

Mechanizm utleniania pierwszorzędowych alkoholi do kwasów karboksylowych, poprzez aldehydów i hydraty aldehydu

Reagenty użyteczne w transformacji pierwszorzędowych alkoholi do aldehydów zwykle są również odpowiednie dla utleniania drugorzędowych alkoholi do ketonów . Należą odczynnik Collinsa i odczynnika Dess-Martina . Bezpośrednie utlenianie pierwszorzędowych alkoholi do kwasów karboksylowych, można prowadzić za pomocą nadmanganianu potasu lub odczynnik Jonesa .

Zobacz też

Uwagi

Referencje

  • Metcalf, Allan A. (1999). Świat w tylu słowach . Houghton Mifflin. ISBN  0-395-95920-9 .

Linki zewnętrzne