1-προπανόλη

Η 1-προπανόλη (αγγλικά: 1-propanol) είναι οργανική χημική ένωση, που περιέχει άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο,  με μοριακό τύπο C3H8O, αν και συχνά αποδίδεται με τους ημισυντακτικούς τύπου C3H7OH, CH3CH2CH2OH ή και συντομογραφικά PrOH. Είναι μια πρωτοταγής αλκοόλη. Πιο συγκεκριμένα ανήκει στην ομόλογη σειρά των αλκανολών, δηλαδή των άκυκλων κορεσμένων μονοσθενών αλκοολών. 

Σχηματίζεται και στη φύση, σε μικρές ποσότητες, κατά τη διάρκεια πολλών διεργασιών ζύμωσης, και χρησιμοποιείται ως διαλύτης στη φαρμακευτική βιομηχανία, κυρίως για ρητίνες και εστέρες κυτταρίνης.

Ισομέρεια 
Με βάση το μοριακό τύπο της, έχει τα ακόλουθα δύο (2) ισομερή θέσης:
 2-προπανόλη ή ισοπροπανόλη, CH3CH(OH)CH3.
 Αιθυλομεθυλαιθέρας ή μεθυξυαιθάνιο, CH3CH2OCH3.

Ονοματολογία 

Η ονομασία «1-προπανόλη» προέρχεται από την ονοματολογία κατά IUPAC. Συγκεκριμένα, το πρόθεμα «προπ-» δηλώνει την παρουσία τριών (3) ατόμων άνθρακα ανά μόριο της ένωσης, το ενδιάμεσο «-αν-» δείχνει την παρουσία μόνο απλών δεσμών μεταξύ ατόμων άνθρακα στο μόριο και η κατάληξη «-όλη» φανερώνει ότι περιέχει ένα υδροξύλιο ως κύρια χαρακτηριστική ομάδα, δηλαδή ότι πρόκειται για αλκοόλη. Τέλος, στην αρχή τοποθετείται ο αριθμός θέσης του ατόμου άνθρακα στο οποίο συνδέεται το υδροξύλιο (1-), ώστε να υπάρχει διαχωρισμός των δυο ισομερών προπανολών.

Μοριακή δομή

Ιστορία 

Η 1-προπανόλη ανακαλύφθηκε το 1853, από καθολικούς μοναχούς, οι οποίοι την απομόνωσαν με κλασματική απόσταξη μίγματος ανώτερων αλκοολών, που υπάρχουν στο «ζυμέλαιο».

Παραγωγή

Βιομηχανική 

Η 1-προπανόλη είναι ένα από τα κύρια συστατικά του ζυμελαίου, ενός παραπροϊόντος που σχηματίζεται από ορισμένα αμινοξέα, όταν ζυμώνονται πατάτες ή δημητριακά για την παραγωγή αιθανόλης. Ωστόσο αυτή δεν είναι πια σημαντική πηγή της 1-προπανόλης.

Η 1-προπανόλη παράγεται βασικά με καταλυτική υδρογόνωση προπανάλης, που παράγεται με τη σειρά της με υδροφορμυλίωση αιθενίου, η οποία πραγματοποιείται με ταυτόχρονη επίδραση μονοξειδίου του άνθρακα και υδρογόνου σε αιθένιο, παρουσία οκτακυανιούχου κοβαλτίου ή ανάλογου συμπλόκου του ροδίου:

Εργαστηριακή 

 Οι παρακάτω μέθοδοι πρακτικά δεν εφαρμόζονται, παρά μόνο για την ακαδημαϊκή μελέτη τους:

Από προπένιο 

Από το προπένιο (παράγωγο του πετρελαίου) με υδροβορίωση και στη υδρόλυση παράγεται 1-προπανόλη:

 Προσθήκη διβορανίου έχει το ίδιο αποτέλεσμα.

Από προπυλαλογονίδια 

1. Με υδρόλυση προπυλαγολογονιδίων (CH3CH2CH2X) παράγεται 1-προπανόλη:

 Ισχυρές βάσεις, όπως το υδροξείδιο του νατρίου, παράγουν προπένιο, αποσπώντας υδραλογόνο.
 Ως AgOH στην πράξη χρησιμοποιείται υδατικό εναιώρημα οξειδίου του αργύρου (Ag2O).
2. Με επίδραση καρβοξυλικών αλάτων (RCOONa) παράγονται αρχικά καρβοξυλικοί προπυλεστέρες (RCOOCH2CH2CH3), που υδρολόνται προς 1-προπανόλη:

Από προπυλεστέρες 

Με υδρόλυση προπυλεστέρων (RCOOCH2CH2CH3) παράγεται 1-προπανόλη:

Από προπανάλη 

Με αναγωγή προπανάλης (CH3CH2CHO):

1. Με καταλυτική υδρογόνωση:

2. Με λιθιοαργιλιοϋδρίδιο (LiAlH4):

Από προπανικό οξύ 

Με αναγωγή προπανικού οξέος με LiAlH4:

Από προπανικό προπυλεστέρα 

Ο προπανικός προπυλεστέρας δίνει αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, σχηματίζοντας 1-προπανόλη:

1. Με νάτριο (Na) και αιθανόλη (CH3CH2OH):

2. Με διυδρογόνο (H2) και νικέλιο (Ni):

3. Με λιθιοαργιλιοτετραϋδρίδιο (LiAlH4):

Από 1-προπαναμίνη 

Με επίδραση νιτρώδους οξέος (ΗΝΟ2) σε 1-προπαναμίνη :

Από μεθανόλη 

Αρχίζει με την παραγωγή μεθυλοϊωδίδιου και μετά, με επίδραση οξιρανίου σε μεθυλομαγνησιοϊωδίδιο, παράγεται 1-προπανόλη:

Από αιθανόλη 

Υπάρχουν δύο (2) μέθοδοι για ανοικοδόμηση αιθανόλης προς 1-προπανόλη:Αρχίζουν και οι δύο με την παραγωγή αιθυλοϊωδίδιου και μετά προπανονιτρίλιου:

1. Υδρόλυση προπανονιτριλίου προς προπανικό οξύ και μετά αναγωγή προς 1-προπανόλη:

2. Αναγωγή προς 1-προπαναμίνη και μετατροπή της τελευταίας σε 1-προπανόλη:

Από 1-βουτανόλη 

Με αποικοδόμιση της ανθρακικής αλυσίδας της 1-βουτανόλης:

Φυσικές ιδιότητες 

Η 1-προπανόλη παρουσιάζει τα τυπικά φυσικά χαρακτηριστικά των κατώτερων αλκοολών που φαίνονται στις ιδιότητες του παραπάνω πίνακα. Γενικά είναι εύφλεκτο διαυγές λεπτόρρευστο υγρό με ευχάριστη οσμή οινοπνεύματος και αναμειγνύεται με το νερό σε κάθε αναλογία. Το υψηλό σημείο βρασμού της (97 °C) οφείλεται στην ύπαρξη δεσμών υδρογόνου μεταξύ των πολωμένων μορίων της. Στους δεσμούς υδρογόνου οφείλεται και η πολύ μεγάλη διαλυτότητά της στο νερό.

Χημικές ιδιότητες και παράγωγα

Αλκοολικά άλατα 
1. Αντίδραση με αλκαλιμέταλλα:

2. Αντίδραση με αμίδια μετάλλων::

3. Αντίδραση με αιθινικά μέταλλα::

4. Αντίδραση με αντιδραστήρια Grignard::

 Ενδεικτική σειρά οξύτητας ορισμένων ενώσεων: νερό (H2O) > 1-προπανόλη (CH3CH2CH2OH) > αιθίνιο (HC ≡ CH) > αμμωνία (NH3) > μεθάνιο (CH4).

Υποκατάσταση από αλογόνα 

1. Αντίδραση με υδροϊώδιο:

2. Αντίδραση με άλλα υδραλογόνα (X: F, Cl, Br):

3. Αντίδραση με ισχυρά χλωριωτικά μέσα:
1. Με PCl5:

2. Με PCl3:

 Η συγκεκριμένη μέθοδος εφαρμόζεται επίσης για την παραγωγή 1-βρωμοποπάνιου από 1-προπανόλη, με την ανάλογη χρήση του τριβρωμιούχου φωσφόρου.
3. Με SOCl2:

Προπένιο 

Με ενδομοριακή αφυδάτωση 1-προπανόλης παράγεται προπένιο. Η αντίδραση ευνοείται σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες, >150 °C. Σε χαμηλότερες ευνοείται η διαμοριακή αφυδάτωση που δίνει διπροπυλαιθέρα, ενώ χωρίς καθόλου θέρμανση παράγεται ο όξινος θειικός προπυλεστέρας (CH3CH2CH2OSO3H), που αποτελεί την ενδιάμεση ένωση για τις αφυδατώσεις.:

Διπροπυλαιθέρας 

Παραγωγή διπροπυλαιθέρα:

Καρβοξυλικοί εστέρες 

Αντίδραση με ακυλιωτικά μέσα:1. Εστεροποίηση με καρβοξυλικό οξύ:

2. Εστεροποίηση με ανυδρίτη καρβοξυλικού οξέος:

3. Εστεροποίηση με ακυλαλογονίδιο:

 Όπου Py: πυριδίνη.

Οξείδωση 

1. Με υπερμαγγανικό κάλιο (KMnO4). Παράγεται προπανικό οξύ:

2. Με τριοξείδιο του χρωμίου (CrO3). Παράγεται αρχικά προπανάλη και στη συνέχεια, με περίσσεια τριοξειδίου του χρωμίου, προπανικό οξύ:

 Η διαφορά είναι ότι στην περίπτωση #2, η οξείδωση μπορεί να σταματήσει στην προπανάλη.

Αποικοδόμηση προς αιθανόλη 

Με αποικοδόμηση της ανθρακικής αλυσίδας της αιθανόλης παράγεται αιθανόλη::

Ανοικοδόμηση προς 1-βουτανόλη 

Υπάρχουν δύο (2) μέθοδοι για ανοικοδόμηση 1-προπανόλης προς 1-βουτανόλη:Αρχίζουν και οι δύο με την παραγωγή προπυλοϊωδίδιου και μετά βουτανονιτρίλιου:

1. Υδρόλυση βουτανονιτριλίου προς βουτανικό οξύ και μετά αναγωγή προς 1-βουτανόλη:

2. Αναγωγή προς 1-βουταναμίνη και μετατροπή της τελευταίας σε 1-βουτανόλη:

Ανοικοδόμηση προς 1-πεντανόλη 

Αρχίζει με την παραγωγή προπυλοϊωδίδιου και μετά, με επίδραση οξιρανίου σε προπυλομαγνησιοϊωδίδιο, παράγεται 1-πεντανόλη:

Προσθήκη σε εποξυαιθάνιο 

Με επίδραση σε εποξυαιθάνιο παράγεται 2-προποξυαιθανόλη:

Επίδραση καρβενίων 

Παρεμβολή καρβενίων, π.χ. με μεθυλενίου παράγονται 1-βουτανόλη, 1-βουτανόλη, μεθυλο-1-προπανόλη και μεθυλοπροπυλαιθέρας:

Εφαρμογές 

Χρησιμοποιείται ως ένας διαλύτης, ιδιαίτερα στη φαρμακευτική βιομηχανία, αλλά και για ρητίνες και εστέρες κυτταρίνης. Σχηματίζεται στη φύση σε μικρές ποσότητες, ως παραπροϊόν σε διάφορες διεργασίες ζύμωσης. Ως καύσιμο σε κινητήρες εσωτερικής καύσης, η 1-προπανόλη έχει υψηλό βαθμό οκτανίων, συγκεκριμένα 118, με βάση τον ερευνητικό βαθμό οκτανίων (Research octane number, RON), και 108, με βάση την αντικροτική λίστα (Anti-Knock Index, AKI), αλλά κύριο πρόβλημα είναι ότι, προς το παρόν, είναι πολύ ακριβή για να χρησιμοποιείται ως συνηθισμένο καύσιμο.

Ασφάλεια 

Η 1-προπανόλη θεωρείται ότι είναι παρόμοια με την αιθανόλη, ως προς τις επιπτώσεις της στο ανθρώπινο σώμα, αλλά 2-4 φορές πιο δυναμική. Η LD50 της 1-προπανόλης σε ποντίκια είναι 1.870 mg/kg (για σύγκριση, η αντίστοιχη της αιθανόλης είναι 7.060 mg/kg). Μεταβολίζεται, τελικά, σε προπανικό οξύ. Οι επιπτώσεις της στο ανθρώπινο σώμα περιλαμβάνουν την αλκοολική μέθη και μεταβολική οξύδωση από την υψηλή συγκέντρωση των ανιόντων του προπανικού οξέος, που παράγονται από το μεταβολισμό της. Το 2011 αναφέρθηκε μόνο μια περίπτωση δηλητηρίασης από 1-προπανόλη. Η μέθη από 1-προπανόλη συμβαίνει σπάνια, αλλά ωστόσο η δυνατότητα υπάρχει. Η 1-προπανόλη πρέπει να είναι αρκετά χειρότερη από τη αιθανόλη ως προς τη μέθη που προκαλεί.

Αναφορές και σημειώσεις

Πηγές 

 Βάρβογλης Α. "Χημεία Οργανικών Ενώσεων", Θεσσαλονίκη 1986.
 Μανωλκίδης Κ., Μπέζας Κ. "Στοιχεία οργανικής χημείας", Έκδοση 13η, Αθήνα 1985.
 Αλεξάνδρου Ν. Ε. "Γενική Οργανική Χημεία, Δομή-Φάσματα-Μηχανισμοί", Τόμοι 1ος και 2ος, Θεσσαλονίκη 1985.
 Τσακιστράκης Α. "Οργανική Χημεία", Αθήνα 1993
 Κεχαγιόγλου Α. Χ. "Βιομηχανική Οργανική Χημεία", Θεσσαλονίκη 1989.
 Morrison R. T., Boyd R. N. "Οργανική Χημεία" Τόμοι 1ος,2ος,3ος, Μετάφραση:Σακαρέλλος-Πηλίδης-Γεροθανάσης, Ιωάννινα 1991.
 Meislich H., Nechamkin H., Sharefkin J. "Οργανική Χημεία", Μετάφραση:Βάρβογλης Α., Αθήνα 1983.
 Ιακώβου Π. "Οργανική Χημεία. Σύγχρονη Θεωρία και Ασκήσεις", Θεσσαλονίκη 1995.
 Γ. Βάρβογλη, Ν. Αλεξάνδρου, Οργανική Χημεία, Αθήνα 1972
 Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
 SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
 Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
 Δημήτριου Ν. Νικολαΐδη: Ειδικά μαθήματα Οργανικής Χημείας, Θεσσαλονίκη 1983.
 Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985

Αλκανόλες
C3