Alcooli

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Molecula unui alcool terțiar.
Formula completă tridimensională a etanolului (CH 3 –CH 2 –OH), alcoolul prin excelență.

Alcoolii sunt compuși organici cu o structură similară alcanilor , în care un atom de hidrogen este înlocuit cu o grupare hidroxil (-OH), având astfel formula brută C n H (2n + 1) OH.

La temperatura camerei, alcoolii mai ușori (adică cu greutate moleculară mai mică ) sunt sub formă de lichide incolore cu mirosuri caracteristice și miscibile cu apa .

Descriere

O estimare aproximativă a miscibilității în apă a unui alcool (dar și a unui diol sau a unui eter ) poate fi făcută din cunoașterea formulei sale brute: de fapt, alcoolii care conțin până la 4 atomi de carbon pentru fiecare sunt, în general, miscibili în apă. atom de oxigen în structura lor.

Miscibilitatea alcoolilor în apă, precum și punctul de fierbere ridicat al acestora față de alte molecule organice de dimensiuni și structuri similare se explică prin formarea de legături de hidrogen între hidrogenul grupului -OH și oxigenul moleculelor vecine.

Miscibilitatea în apă a alcoolilor care conțin mai mult de 6 atomi de carbon este practic nulă, deoarece legătura de hidrogen care se formează între alcoolul hidroxilic și dipolii de apă devine din ce în ce mai puțin influentă în prezența lanțurilor lungi de atomi de carbon (care constituie -partea polară a moleculei).

Alcoolii sunt obținuți atât din surse naturale, cât și prin sinteză. Exemple comune de alcooli sunt metanolul (CH3 OH) și etanol (CH3 - CH2 - OH). Acesta din urmă este alcoolul prin excelență: obținut în natură din fermentarea zaharurilor , este alcoolul conținut în băuturile alcoolice (inclusiv vinul și berea ).

Din punct de vedere al structurii lor chimice, alcoolii sunt clasificați în primar , secundar sau terțiar în funcție de numărul de grupări alchil legate de atomul de carbon de care este legată gruparea -OH:

Alcohols.png

această clasificare are, de asemenea, un efect asupra reactivității chimice a alcoolului în sine.

Grupul -OH conferă acestor molecule organice un caracter ușor acid (pK la aproximativ 15-18). PK a variază în funcție de ordinea alcoolului, alcoolii primari, în soluție apoasă, sunt mai acizi decât alcoolii secundari, care la rândul lor sunt mai acizi decât alcoolii terțiari. Deși inițial s-a afirmat că consecința acestei diferențe de aciditate trebuia atribuită efectelor inductive ale donorului de electroni ale grupărilor alchil (care, prin injectarea densității electronice către oxigen, ar duce la o destabilizare a bazei conjugate făcând acidul corespunzător , adică alcoolul, mai slab), se știe acum că acest lucru se datorează efectelor de solvabilitate . În soluție apoasă, după disociere, anionul alcool este înconjurat de molecule de apă care, cu caracterul lor polar, îl stabilizează. Cu cât sunt mai multe grupări alchil, cu atât efectul de solvatare scade din cauza obstacolului steric ; acest lucru destabilizează anionul alcool și determină o scădere a acidității.

În faza gazoasă ordinea acidității este inversată, de fapt un alcool terțiar este mai acid decât un alcool secundar care este mai acid decât un alcool primar. Acest lucru se datorează efectelor de polarizare. Atât în ​​soluția apoasă, cât și în faza gazoasă, există efecte de polarizare, dar, în timp ce în soluția apoasă prevalează efectele de solvație, în faza gazoasă (unde nu există solvent polar), efectele de polarizare determină în totalitate caracterul acid al alcoolului. . Când alcoolul terțiar pierde un hidrogen în faza gazoasă, baza conjugată este stabilizată prin efecte de polarizare datorită efectului inductiv de respingere a electronilor al oxigenului. Acesta din urmă, dând densitatea electronilor, determină o distorsiune a orbitalului sigma al legăturii CC care leagă carbonul central de fiecare grupă alchil, în acest fel densitatea electronelor este distribuită asimetric spre grupările alchil care părăsesc carbonul cu o electronică a decalajului accentuată. Acest decalaj de electroni crește caracterul electronegativ al carbonului legat de oxigen. Creșterea electronegativității carbonului face ca oxigenul să fie în continuare privat de densitatea electronilor, acest lucru stabilizează anionul alcool, făcând alcoolul corespunzător mai acid. Cu cât numărul grupelor alchil este mai mic, cu atât efectul de polarizare este mai mic și cu atât aciditatea alcoolului este mai mică.

Nomenclatură

IUPAC

Nomenclatura IUPAC a alcoolilor respectă reguli similare cu cea a alcanilor , cu toate acestea ar trebui remarcate unele diferențe:

  • numele dat lanțului principal este similar cu ceea ce se așteaptă pentru hidrocarburile corespunzătoare cu pierderea ultimei vocale și adăugarea sufixului -olo
  • în numerotarea lanțului principal, cel mai mic număr posibil trebuie atribuit atomului de carbon de care este legată grupa -OH și nu oricărui atom de carbon implicat în legături duble și triple.

Când gruparea -OH este considerată o grupă substituentă, se numește „hidroxi-”.

exemplu de nomenclatură IUPAC a alcoolilor:
formulele structurale de 1- butanol, 2- butanol și 3- dar en-2-ol

Tradiţional

Nomenclatura tradițională prevede utilizarea termenului „alcool” urmat de adjectivul corespunzător grupului de care este legat grupul -OH, denumit și după nomenclatura tradițională. Această nomenclatură este încă răspândită în cazul alcoolilor simpli.

Cateva exemple:

IUPAC tradiţional
metanol alcool metilic
etanol Alcool etilic
1-propanol alcool n- propilic [1]
2-propanol alcool izopropilic
2-propenol alcool alilic
1- butanol alcool n- butilic [2]
2-metil-1-propanol alcool izobutilic
1-hexadecanol alcool cetilic

Utilizarea nomenclaturilor mixte (de exemplu: „izopropanol”) este considerată incorectă.

Reducerea oxidată

Alcoolii pot suferi reacții de oxidare pentru a forma noi compuși chimici, în funcție de natura lor.

  • Alcoolii primari sunt oxidați în aldehide , iar aldehidele în sine produse pot fi oxidate pentru a genera acizi carboxilici .

Ex: Propanol -> Propanal -> Acid propanoic

  • Alcoolii secundari sunt oxidați la cetone . Aceste cetone nu mai pot fi oxidate ulterior.
  • Alcoolii terțiari nu pot fi oxidați.

Toate procesele de oxidare sunt reversibile prin reducerea produsului.

Un NAD + este utilizat în general pentru procesele redox ale alcoolilor, care este redus la NADH .

Pregătirea industrială

Metanolul (sau alcoolul metilic sau alcoolul din lemn) a fost preparat prin distilarea uscată a lemnului , de unde și numele. Astăzi este produs în principal prin hidrogenarea catalitică a monoxidului de carbon :

Etanolul (sau alcoolul etilic sau spirtul de vin) este produs prin fermentarea zaharurilor în băuturile alcoolice, dar pentru uz industrial este produs în principal prin hidratarea etenei :

 H +
CH 2 = CH 2 + H 2 O ---> CH 3 -CH 2 -OH

1-propanol (sau alcool n- propilic), un alcool alifatic derivat din propan , este utilizat ca solvent:

 CH 3- CH 2 -CH 2 -OH

Pregătiri pentru sinteză

Compușii organometalici, adică compușii organici având un atom de metal legat direct de un atom de carbon, pot fi folosiți ca sursă de carbanioni; un exemplu este reprezentat de reactivii lui Grignard
 R "R '
                                   | |
RC = O (cetonă) + R "-Mg-X -> RC-OH sau: RC = O (aldehidă) + R'-Mg-X -> RC-OH
  | | | |
  R 'R' HH
un alt carbanion utilizabil este un ion acetilid
 R "-C≡C
                               |
RC = O + R "-C≡C-Na -> RC-OH
  | |
  R 'R'
Se pot utiliza agenți reducători chimici precum borohidrura de sodiu sau hidrura de litiu aluminiu
 H.
          NaBH 4 |
RC = O + sau -> RC-OH
  | LiAlH 4 |
  R 'R'

sau recurge la o hidrogenare catalitică similară cu cea a alchenelor
 H.
                          |
RC = O + H 2 [CAT] -> RC-OH
  | |
  R 'R'
Constă dintr-o reacție de disproporționare , în care o aldehidă (lipsită de atomi de hidrogen în poziția α față de grupul aldehidă) suferă parțial o oxidare la acid carboxilic și parțial o reducere la alcool; este catalizat de baze puternice
 2 R-CHO -> R-COOH + R-CH 2 OH
o variantă, numită reacție încrucișată Cannizzaro , exploatează oxidabilitatea mai mare a formaldehidei , care se oxidează în acid formic reducând o altă aldehidă în alcool
 R-CHO + HCHO -> R-CH2 - OH + HCOOH
Alchenele adună o moleculă de apă și se transformă în alcooli în prezența unui acid , care acționează ca un catalizator
 Eu H
                 H + | |
RC = CH + H 2 O ---> RCCH
  | | | |
  RHRH
orientarea adăugării este conform lui Markovnikov , adică tinde să dea preferențial un alcool secundar sau terțiar
  • oximercurierea-demercurierea
Similar cu precedentul, acesta constituie o alternativă atunci când nu este posibil să funcționeze într-un mediu acid; implică adăugarea inițială de acetat de mercur urmată imediat de îndepărtarea mercurului prin tratament cu borohidrură de sodiu; tot în acest caz orientarea este conform lui Markovnikov
 HO Hg + HO H
                               | | NaBH 4 | |
RC = CH + Hg ++ , H 2 O ---> RC - CH ---> RCCH
  | | | | | |
  RHRHRH
  • hidroborare-oxidare
O altă metodă de transformare a unei alchene în alcool, în acest caz orientarea adăugării este anti-Markovnikov , adică produce preferențial alcooli primari; alchena adaugă o moleculă de diboran și este imediat oxidată ulterior cu peroxid de hidrogen
 H BH 2 H OH
                          | | H 2 O 2 | |
RC = CH + BH 3 ---> RCCH ---> RCCH
  | | | | | |
  RHRHRH

Reacții tipice

  • Prepararea halogenurilor de alchil.
Alcooli III:
 CH 3 CH 3
      | HX | 
  CH3 - C-OH -> CH3 - Cx + H 2 O
      | |
      CH 3 CH 3
Este o reacție de substituție nucleofilă 1 (Sn1), deci cu siguranță o parte din produs se pierde din cauza eliminare [ neclar ] 1 (în acest caz ca izobutenă)
Alcooli I-II:
 R-OH + SOCI2 -> R-CI + SO 2 + HCI
această reacție cu clorură de tionil se efectuează în prezența piridinei sau a altei amine terțiare pentru a neutraliza acidul clorhidric care se formează.
 3R-OH + PBr 3 -> 3R-Br + H 3 PO 3
Reacția cu tribromură de fosfor necesită condiții mult mai puțin drastice decât utilizarea HBr.
  • Oxidare.
Alcooli I:
 bou bou
  RCH 2 OH -> RCHO -> RCOOH
Dacă utilizați un oxidant generic (de obicei utilizarea de ) trece direct de la alcool la acid carboxilic; pentru a opri reacția la aldehidă, trebuie utilizat clorhidrat de piridiniu (PCC).
Alcooli II:
 RR
    \ ox \
     CHOH -> C = O
    / /
   R 'R'
Alcooli III: Acest lucru nu se întâmplă întrucât dubla legătură carbon-oxigen nu poate fi formată.
  • Reacții acido-bazice.

Alcoolii au un caracter slab acid ( metanolul și etanolul cam la fel ca apa , cei cu greutate moleculară chiar mai mică) și, prin urmare, nu reacționează cu baze slabe. Prin urmare, este necesar să se utilizeze baze foarte puternice, cum ar fi, de exemplu, hidrură de sodiu și metil litiu .

 ROH + NaH -> RO - Na + + H 2

Acest efect se obține și folosind sodiu metalic, dar în acest caz este o reacție de reducere a oxidului .

  • Deshidratare

Se face prin încălzirea alcoolului în prezență de 85% acid fosforic sau acid sulfuric concentrat , care acționează ca catalizatori .

Alcoolii primari sunt cei mai greu de deshidratat și necesită temperaturi de până la 180 ° C, cele secundare în jurul valorii de 140 ° C și în cele din urmă cele terțiare în jurul valorii de 50 ° C.

 căldură
R-CH-CH 2 -OH + H 2 SO 4 ----> RC = CH 2 + H 2 O
  | |
  CH 3 CH 3

Notă

  1. ^ citit: normal -propyl
  2. ^ citit: -butil normal

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tesauro BNCF 2055 · LCCN (EN) sh85003314 · GND (DE) 4141899-2 · BNF (FR) cb11965827j (dată) · NDL (EN, JA) 00.56035 milioane
Chimie Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei