Alcohol

O alcohol ou alcol (do árabe al-khwl الكحول, ou al-ghawl الغول, ‘o espírito’, ‘toda substancia pulverizada’, ‘líquido destilado’) refírese case sempre ao etanol, e por extensión a calquera bebida que conteña etanol (bebida alcohólica). En química, alcohol é un termo máis xeral, aplicado a calquera compoñente orgánico no cal un dos carbóns está ligado a un grupo hidroxilo (-OH) substituíndo a un átomo de hidróxeno. A fórmula xeral é CnH2n+1OH. Ademais este carbono debe estar saturado, é dicir, debe ter só ligazóns simples a sendos átomos;
isto diferenza ós alcohois dos fenois.
Se conteñen varios grupos hidroxilos denomínanse polialcois. Os polialcois son substancias cuxa estrutura consiste nunha cadea carbonada cun grupo OH sobre cada un dos carbonos. Os polialcois máis importantes de interese alimentario son os obtidos pola redución do grupo aldehido ou cetona dun monosacárido, ou pola redución do grupo carbonilo libre, se o ten, dun oligosacárido. Esta redución levase a cabo a escala industrial con hidróxeno en presenza de níquel como catalizador. No caso dos obtidos a partir de disacáridos, os polialcois tamén teñen o anel pechado dun dos monosacáridos, pero co grupo carbonilo en forma non redutora.
En función do número de átomos de hidróxeno substituídos no átomo de carbono ó que se atopa ligado o grupo hidroxilo, os alcois poden ser primarios (R–CH2-OH, onde R pode ser un grupo carbonado alquilo ou, no caso do metanol, outro H) (grupo hidróxido situado nun carbono que á súa vez está enlazado a un só carbono), secundarios (R2–CH-OH, onde R é un grupo alquilo) (grupo hidróxido situado nun carbono que á súa vez está enlazado a dous carbonos) ou terciarios (R3–C-OH, onde R indica un grupo alquilo) (grupo hidróxido situado nun carbono que á súa vez está enlazado a tres carbonos).
Os alcois forman unha ampla clase de diversos compostos: son moi comúns na natureza e a miúdo teñen funcións importantes nos organismos. Os alcois son compostos que poden chegar a desempeñar un papel importante na síntese orgánica, ao ter unha serie de propiedades químicas únicas. Na sociedade humana, os alcois son produtos comerciais con numerosas aplicacións, tanto na industria como nas actividades cotiás; o etanol, un alcol, contéñeno numerosas bebidas. Historia
A palabra alcohol provén do árabe الكحول al-kukhūl 'o espírito', de al- (determinante) e kuḥūl que significa 'sutil'. Isto débese a que antigamente chamábase "espírito" ós alcois. Por exemplo "espírito de viño" ó etanol, e "espírito de madeira" ó metanol. Na linguaxe común adoita utilizarse a palabra alcohol como sinónimo de alcohol etílico ou bebida alcohólica.
A natureza inflamable das exhalacións do viño xa era coñecida por antigos filósofos naturalistas como Aristóteles (384–322 a. C. ), Teofrasto (c. 371–287 a. C. ) e Plinio o Vello (23/24–79 CE). Non obstante, isto non levou inmediatamente ao illamento do alcohol, mesmo a pesar do desenvolvemento de técnicas de destilación máis avanzadas no Exipto romano dos séculos II e III. Os árabes coñeceron o alcohol extraído do viño por destilación. Un recoñecemento importante, atopado por primeira vez nun dos escritos atribuídos a Jabir ibn Hayyan (século IX d. C. ), foi que mediante a engadidura de sal o viño fervendo, aumentaba a volatilidade relativa do viño, podéndose mellorar a inflamabilidade dos vapores resultantes. A destilación do viño está testemuñada en obras árabes atribuídas a al-Kindī (c. 801–873 d. C. ) e a al-Fārābī (c. 872–950), e no libro 28 de al-Zahrāwī (latín: Abulcasis, 936–1013) Kitāb al-Taṣrīf (traducido máis tarde ao latín como Liber servatoris). No século XII, as receitas para a produción de aqua ardens ("auga ardente", é dicir, alcohol) mediante a destilación de viño con sal comezaron a aparecer nunha serie de obras latinas, e a finais do século XIII. converteuse nunha substancia moi coñecida entre os químicos da Europa occidental. Os traballos de Taddeo Alderotti (1223–1296) describen un método para concentrar alcohol que implica destilación fraccionada repetida a través dun alambique refrixerado por auga, polo que se podería obter unha pureza de alcohol do 90 %. As propiedades medicinais do etanol foron estudadas por Arnau de Vilanova (1240–1311 d. C. ) e Jean de Roquetaillade (c. 1310–1366), o o último deles a consideraba como unha substancia que preserva a vida capaz de previr todas as enfermidades (a aqua vitae ou "auga da vida", tamén chamada por Ramon Llull a quintaesencia do viño). Foi ademais estudado por Scheele, Gehle, Thénard, Duma e Boullay e en 1854 Berthelot obtívoo por síntese. Metanol e etanol
Os alcohois máis simples e máis comunmente usados son o metanol e o etanol, que teñen as seguintes estruturas: H H H | | | H-C-O-H H-C-C-O-H | | | H H H metanol etanol Química orgánica
Nomenclatura
Os alcois, do mesmo xeito que outros compostos orgánicos, como as cetonas e os éteres, teñen diversas maneiras de nomealos: Común (non sistemática): antepoñendo a palabra alcohol e substituíndo o sufixo -ano do correspondente alcano por -ílico. Así por exemplo teríamos alcohol metílico, alcohol etílico, alcohol propílicoetc.
IUPAC: engadindo unha l (ele) ó sufijo -ano no nome do hidrocarburo precursor (met-ano-l, de onde met- indica un átomo de carbono, -ano- indica que é un hidrocarburo alcano e -l que se trata dun alcohol), e identificando a posición do átomo do carbono ó que se atopa enlazado o grupo hidroxilo (3-butanol, por exemplo).
Cando o grupo alcohol é substituínte, emprégase o prefixo hidroxi-
Utilízanse os sufixos -diol, -triol, etc. , segundo a cantidade de grupos OH que se atope. Clasificación dos alcohois
De forma xenérica, un alcohol contén a secuencia: R - OH
onde R é un radical orgánico variable, moitas veces un alquilo.
Segundo a natureza do carbono que leva o grupo alcohólico, distínguese: alcohois primarios, cuxo carbono que leva o grupo hidroxilo está unido a polo menos dous átomos de hidróxeno e un radical orgánico R: os alcohois secundarios, cuxo carbono que leva o grupo hidroxilo está unido a un átomo de hidróxeno e a dous radicais. orgánicos R e R': os alcohois terciarios, cuxo carbono que leva o grupo hidroxilo está unido a tres radicais orgánicos R, R′ e R″: os fenois, ás veces considéranse alcohois particulares cuxo grupo hidroxilo está unido a un carbono dun anel de benceno. A súa reactividade é tan diferente dos outros alcohois (aquí o carbono que leva o grupo -OH non é tetraédrico), os fenois clasifícanse xeralmente fóra da familia dos alcohois. Tamén hai un grupo ás veces considerado como un caso particular de alcohois chamado enoles. É unha molécula na que o grupo hidroxilo estivo unido a un carbono dun dobre enlace C C (aquí o carbono que leva o grupo -OH non é tetraédrico). En realidade é unha forma tautómera dun aldehido ou dunha cetona. A forma maioritaria é xeralmente o aldehido ou a cetona, e non o enol, agás nos casos particulares nos que a forma enol está estabilizada por mesomerismo como os fenois.
Formulación
Os monoalcois derivados dos alcanos responden á fórmula xeral CnH2n+1OH.
Propiedades xerais
Os alcois adoitan ser líquidos incoloros de cheiro característico, solubles na auga en proporción variable e menos densos que ela. Ó aumentar a masa molecular, aumentan os seus puntos de fusión e ebulición, podendo ser sólidos a temperatura ambiente (p. e. o pentaerititrol funde a 260 °C). A diferenza dos alcanos dos que derivan, o grupo funcional hidroxilo permite que a molécula sexa soluble en auga debido á similitude do grupo hidroxilo coa molécula de auga e permítelle formar ligazóns de hidróxeno. A solubilidade da molécula depende do tamaño e forma da cadea alquílica, xa que a medida que a cadea alquílica é máis longa e máis voluminosa, a molécula tenderá a parecerse máis a un hidrocarburo e menos á molécula de auga, polo que a súa solubilidade será maior en disolventes apolares, e menor en disolventes polares. Algúns alcois (principalmente polihidroxílicos e con aneis aromáticos) teñen unha densidade maior que a da auga.
O feito de que o grupo hidroxilo poida formar ligazóns de hidróxeno tamén afecta ós puntos de fusión e ebulición dos alcois. A pesar de que a ligazón de hidróxeno que se forma sexa moi débil en comparación con outros tipos de ligazóns, fórmanse en gran número entre as moléculas, configurando unha rede colectiva que dificulta que as moléculas poidan escapar do estado no que se atopen (sólido ou líquido), aumentando así os seus puntos de fusión e ebulición en comparación cos alcanos correspondentes. Ademais, ambos os puntos adoitan estar moi separados, polo que se empregan frecuentemente como compoñentes de mesturas anticonxelantes. Por exemplo, o 1, 2-etanodiol ten un punto de fusión de -16 °C e un punto de ebulición de 197 °C.
Propiedades físico-químicas
Aspecto
Os alcois de baixo peso molecular preséntanse a temperatura ambiente como líquidos incoloros; os alcois máis pesados, como sólidos esbrancuxados.
Polaridade e presenza de ligazóns hidróxeno
O grupo hidroxilo fai apolar xeralmente á molécula do alcol. Isto é debido á súa xeometría en cóbado, e ás electronegatividades respectivas do carbono, do osíxeno e do hidróxeno (χ(O) > χ(C) > χ(H)). Estes grupos poden formar ligazóns de hidróxeno entre eles ou con outros compostos (o que explica a súa solubilidade na auga e nos outros alcois).
Punto de ebulición
O punto de ebulición é elevado nos alcois: polo grupo hidroxilo que permite as ligazóns de hidróxeno;
pola cadea carbonada que soporta forzas de van der Waals.
Tamén, o punto de ebulición dos alcois é tanto máis elevado canto: máis alto é o número de funcións alcol: un diol ten unha temperatura de ebulición superior á dun alcol simple equivalente, que o mesmo a ten superior ao hidrocarburo correspondente. Por exemplo, entre os alcois derivados do isopropano, o glicerol (propan-1, 2, 3-triol) ferve a 290 °C, o propilen glicol (propan-1, 2-diol) a 187 °C, o propan-1-ol a 97 °C, e o propano a −42, 1 °C;
máis longa é a cadea carbonada: entre os alcois lineares, o metanol ferve a 65 °C, o etanol a 78 °C, o propan-1-ol a 97 °C, o butan-1-ol a 118 °C, oo pentan-1-ol a 138 °C e o hexan-1-ol a 157 °C;
cando a cadea carbonada é lineal, por maximización da superficie da molécula susceptible de soportar as forzas de van der Waals. Por exemplo, entre os pentanois, o 2, 2-dimetilpropan-1-ol ferve a 102 °C, o 2-metilbutan-1-ol a 131 °C e o pentan-1-ol a 138 °C.
Solubilidade
A solubilidade na auga dos alcois depende dos dous mesmos factores mencionados previamente, pero neste caso son antagonistas: a cadea carbonada, que é hidrófoba, tende a volver a molécula non soluble na auga;
o grupo hidroxilo, que é hidrófilo (grazas ás súas ligazóns o hidróxeno), tende a facer a molécula soluble.
Desta maneira, os alcois son tanto máis solubles en auga canto: máis curta é a cadea carbonada: o metanol, o etanol e o propan-1-ol son solubles en todas proporcións na auga, o butan-1-ol ten unha solubilidade de 77 g L−1 a 20 °C, o pentan-1-ol de 22 g L−1, o hexan-1-ol de 5, 9 g L−1, o heptan-1-ol de 2 g L−1 e os alcois máis pesados son practicamente insolubles;
máis alto é o número de funcións alcol. Por exemplo, os butanodioles son solubles en todas as proporcións mentres que o butan-1-ol ten unha solubilidade de 77 g L−1;
a cadea carbonada está ramificada: entre os pentanois, o 2, 2-dimetil-propan-1-ol ten unha solubilidade de 102 g L−1, o 2-metil-butan-1-ol de 100 g L−1 e o pentan-1-ol de 22 g L−1.
Os alcois de baixo peso molecular son xeralmente solubles nos solventes orgánicos como a acetona ou o éter.
Propiedades químicas dos alcois
Os alcois poden comportarse como ácidos ou bases grazas a que o grupo funcional é similar á auga, polo que se establece un dipolo moi parecido ó que presenta a molécula de auga. Por unha banda, se se enfronta un alcohol cunha base forte ou cun hidruro de metal alcalino fórmase o grupo alcoxi, onde o grupo hidroxilo se desprotona deixando ó osíxeno con carga negativa. A acidez do grupo hidroxilo é similar á da auga, aínda que depende fundamentalmente do impedimento estérico e do efecto indutivo. Se un hidroxilo se atopa enlazado a un carbono terciario, este será menos acedo que se se atopase enlazado a un carbono secundario, e á súa vez este sería menos acedo que se estivese enlazado a un carbono primario, xa que o impedimento estérico impide que a molécula se solvate de maneira efectiva. O efecto indutivo aumenta a acidez do alcohol se a molécula posúe un gran número de átomos electronegativos unidos a carbonos adxacentes (os átomos electronegativos axudan a estabilizar a carga negativa do osíxeno por atracción electrostática).
Doutra banda, o osíxeno posúe 2 pares electrónicos non compartidos polo que o hidroxilo podería protonarse, aínda que na práctica isto conduce a unha base moi débil, polo que para que este proceso ocorra, é necesario enfrontar ó alcohol cun ácido moi forte. Procesos químicos
Haloxenación de alcois
Para fluorar calquera alcohol requírese do reactivo de Olah.
Para clorar ou bromar alcois, débense tomar en conta as seguintes consideracións: Alcohol primario: os alcois primarios reaccionan moi lentamente. Como non poden formar carbocatións, o alcohol primario activado permanece en solución ata que é atacado polo ion cloruro. Cun alcohol primario, a reacción pode levar desde trinta minutos até varios días.
Alcohol secundario: os alcois secundarios tardan menos tempo, entre 5 e 20 minutos, porque os carbocatións secundarias son menos estables que os terciarios.
Alcohol terciario: os alcois terciarios reaccionan case instantaneamente, porque forman carbocatións terciarios relativamente estables.
Os alcois terciarios reaccionan con ácido clorhídrico directamente para producir o cloroalcano terciario, pero se se usa un alcohol primario ou secundario é necesaria a presenza dun ácido de Lewis, un "activador", como o cloruro de zinc. Como alternativa, a conversión pode ser levada a cabo directamente usando cloruro de tionilo (SOCl2). Un alcohol pode tamén ser convertido a bromoalcano usando ácido bromhídrico ou tribromuro de fósforo (PBr3), ou a iodoalcano usando fósforo vermello e iodo para xerar "in situ" o triioduro de fósforo. Dous exemplos: (H3C)3C-OH + HCl → (H3C)3C-Cl + H2O
CH3-(CH2)6-OH + SOCl2 → CH3-(CH2)6-Cl + SO2 + HCl
Oxidación de alcois
Metanol: Existen diversos métodos para oxidar metanol a formaldehido e/ou ácido fórmico, como a reacción de Adkins-Peterson.
Alcohol primario: utilízase a piridina (Py) para deter a reacción no aldehido Cr03/H+ denomínase reactivo de Jones, e obtense un ácido carboxílico.
Alcohol secundario: os alcois secundarios tardan menos tempo, entre 5 e 10 minutos, porque os carbocationes secundarios son menos estables que os terciarios.
Alcohol terciario: aínda que se resisten a ser oxidados con oxidantes suaves, se se utiliza un enérxico como o é o permanganato de potasio, os alcois terciarios oxídanse dando como produtos unha cetona cun número menos de átomos de carbono, e libérase metano.
Deshidratación de alcois
A deshidratación de alcois é un proceso químico que consiste na transformación dun alcohol para poder ser un alqueno por procesos de eliminación. Para realizar este procedemento utilízase un ácido mineral para extraer o grupo hidroxilo (OH) desde o alcohol, xerando unha carga positiva no carbono do cal foi extraído o hidroxilo o cal ten unha interacción eléctrica cos electróns máis próximos (por defecto, electróns dun hidróxeno no caso de non ter outro substituínte) que forman unha dobre ligazón no seu lugar.
Por isto, a deshidratación de alcois é útil, posto que facilmente converte a un alcohol nun alqueno.
Un exemplo simple é a síntese do ciclohexeno por deshidratación do ciclohexanol. Pódese ver a acción do ácido (H2SO4) ácido sulfúrico o cal quita o grupo hidroxilo do alcohol, xerando a dobre ligazón e auga.
Substitúese o grupo hidroxilo por un halóxeno na reacción de Appel. Fontes
Moitos alcohois poden ser creados por fermentación de froitas ou grans con lévedo, pero soamente o etanol é producido comercialmente deste xeito, principalmente como combustible e como bebida. Outros alcohois son xeralmente producidos como derivados sintéticos do gas natural ou do petróleo. Usos
Os alcois teñen unha gran gama de usos na industria e na ciencia como disolventes e combustibles. O etanol e o metanol poden facerse combustionar dunha maneira máis limpa que a gasolina ou o gasóleo. Pola súa baixa toxicidade e dispoñibilidade para disolver substancias non polares, o etanol é utilizado frecuentemente como disolvente en fármacos, perfumes e en esencias vitais como a vainilla. Os alcois serven frecuentemente como versátiles intermediarios na síntese orgánica.
O alcohol isopropílico ou 2-propanol ten grande importancia polas súas aplicacións industriais por ser un moi bo disolvente orgánico, sendo empregado para o tratamento de resinas, gomas e lacas, como desnaturalizante do alcol etílico mesturado con outros compostos e na fabricación de acetona. Toxicidade no consumo humano
O etanol é un líquido incoloro, volátil e de cheiro suave que se pode obter a partir da fermentación de azucres. A escala industrial é máis habitual a súa obtención a partir da hidratación do etileno (unha reacción do etileno coa auga en presenza de ácido fosfórico). O etanol é o depresor máis utilizado no mundo, e así o leva sendo desde hai milenios; o seu consumo é adictivo e pode conducir ao alcoholismo.
O etanol presente nas bebidas alcohólicas é consumido polos humanos desde tempos prehistóricos por unha serie de razóns hixiénicas, dietéticas, medicinais, relixiosas e recreativas. O consumo de grandes doses de etanol causa embriaguez (intoxicación alcohólica), que pode provocar resaca unha vez termináronse os efectos. Segundo a dose e a frecuencia con que se consuma, o etanol pode causar coma etílico, perda de coñecemento, unha parálise respiratoria aguda ou mesmo a morte. Como o etanol prexudica as habilidades cognitivas, pode incitar a comportamentos temerarios ou irresponsables. A toxicidade do etanol é causada en gran medida polo seu principal metabolito, o acetaldehido e o seu metabolito secundario, o ácido acético.
A dose letal media (DL50) de etanol en ratas é de 10300 mg/kg. Outros alcohois son significativamente máis tóxicos que o etanol, en parte porque tardan moito máis en ser metabolizados e en parte porque a súa metabolización produce substancias (metabolitos) que son aínda máis tóxicas. O metanol (alcol de madeira), por exemplo, é oxidado no fígado, co que se forma a substancia velenosa formaldehido pola encima alcohol deshidrogenasa; isto pode provocar cegueira ou a morte. Un tratamento eficaz para evitar a intoxicación por formaldehído tras inxerir metanol é administrar etanol. A encima alcol deshidrogenasa ten unha maior afinidade polo etanol, evitando así que o metanol únase e sirva de substrato. Desta forma, o resto de metanol terá tempo de ser excretado polos riles. O formaldehído que quede será convertido en ácido fórmico e despois excretado.
O metanol en si, a pesar de ser velenoso, ten un efecto sedante moito menos potente que o etanol. Algúns alcohois de cadea longa por exemplo o n-propanol, o isopropanol, o n-butanol, o t-butanol e o 2-metil-2-butanol si teñen efectos sedantes máis potentes, aínda que tamén son máis tóxicos que o etanol. Estes alcohois de cadea longa atópanse como contaminantes nalgunhas bebidas alcohólicas e son coñecidos como alcohois de fusel, e teñen a reputación de causar unha resaca grave, aínda que non está claro se os alcohois de fusel son a auténtica causa. Moitos alcohois de cadea longa son utilizados pola industria como disolventes, e ás veces están detrás dunha variedade de problemas de saúde asociados ao alcoholismo. Aínda que o mecanismo non está claro, un meta análise de 572 estudos demostraron un aumento do risco de cancro asociado ao consumo de alcol. Alcohol de caixa de urxencias
O alcohol da caixa de urxencias pode ter varias composicións. Pode ser totalmente alcohol etílico ó 96º, con algún aditivo como o cloruro de benzalconio ou algunha substancia para darlle un sabor desagradable. É o que se coñece como alcohol etílico desnaturalizado. Tamén se utilizan como desnaturalizantes o ftalato de dietilo e o metanol, o cal fai tóxicos a algúns alcois desnaturalizados.