Álcool
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Em química , um álcool é qualquer composto orgânico no qual um hidroxilo grupo (- S H ) está ligado a um carbono de um átomo de alquilo ou grupo alquilo substituído. A fórmula geral para um simples álcool acíclico é C n H 2n + 1 OH.
Em termos leigos, a palavra álcool ( árabe : الكحل, "al-Kuhl") normalmente se refere ao etanol , também conhecido como álcool de cereais ou de álcool (mais velhos) de vinho, ou para qualquer bebida alcoólica. O etanol é um líquido incolor, volátil com um odor suave, que pode ser obtido pela fermentação de açúcares. (Industrialmente, é mais vulgarmente obtido por hidratação de etileno - a reacção de etileno , com água na presença de ácido fosfórico ). O etanol é o mais amplamente usado depressant no mundo, e tem sido por milhares de anos. Este sentimento está subjacente ao termo alcoolismo ( dependência de álcool).
Outros álcoois são geralmente descritos com um adjectivo clarificação, tal como em álcool isopropílico (propan-2-ol) ou álcool de madeira (álcool metílico, ou metanol ). O ol sufixo aparece no "oficial" IUPAC nome químico de todos os álcoois.
Existem três subconjuntos principais de álcoois: primária (1 °), secundários (2 °) e terciárias (3 °), com base no número de átomos de carbono de carbono no grupo C-OH (mostrado em vermelho) está ligado a. O etanol é um álcool simples "primária". O álcool secundário é mais simples álcool isopropílico (propan-2-ol), e um álcool terciário é simples álcool terc-butílico (2-metilpropan-2-ol).
O fenóis com composto de origem fenol ter um grupo hidroxilo (anexado a um benzeno anel), assim como álcoois, mas diferem suficientemente em propriedades que se justifica um tratamento separado.
Carboidratos (açúcares) e álcoois de açúcar são uma classe importante de compostos contendo grupos funcionais álcool múltipla. Por exemplo, a sacarose (açúcar comum) contém oito grupos hidroxilo por molécula e sorbitol tem seis. A maior parte dos atributos de estes polióis, de nomenclatura, a ocorrência, a utilização ea toxicidade, são suficientemente diferentes de álcoois alifáticos simples como para exigir um tratamento separado.
Álcoois simples
Os álcoois mais simples e mais comumente utilizados são metanol e etanol . O metanol foi anteriormente obtida pela destilação de madeira e chamado "álcool de madeira." Ela é agora uma matéria-prima barata, o produto químico de monóxido de carbono reagir com hidrogénio sob pressão elevada. O metanol é inebriante, mas não diretamente venenosa. É tóxico por sua repartição ( intoxicação) pela enzima álcool-desidrogenase no fígado através da formação de ácido fórmico e formaldeído que causam permanente cegueira pela destruição do nervo óptico.
Para além do seu papel familiar em bebidas alcoólicas, etanol também é usado como um solvente industrial altamente controlada e matéria-prima. Para evitar os altos impostos sobre o etanol para consumo, aditivos são adicionados para torná-la intragável (como benzoato de denatónio - "Bitrex") ou venenosos (tal como metanol). Etanol nesta forma é conhecido geralmente como álcool desnaturado; quando metanol é usado, pode ser referido como álcool etílico ("Meths") ou "espíritos cirúrgicos".
Dois outros álcoois cujas utilizações são relativamente generalizada (embora não tanto como os de metanol e etanol) são propanol e butanol. Como o etanol, que podem ser produzidos por processos de fermentação. (No entanto, o agente de fermentação é uma bactéria, Clostridium acetobutylicum, que se alimenta de A celulose não açúcares como a levedura Saccharomyces que produz etanol.)
Nomenclatura
Nomes sistemáticos
No IUPAC sistema, o nome da cadeia alcano perde o terminal de "e" e adiciona "ol", por exemplo "metanol" e "etanol". Quando necessário, a posição do grupo hidroxilo é indicada por um número entre o alcano e o nome "ol": propan-1-ol para CH 3 CH 2 CH 2 OH, propan-2-ol para CH 3 CH (OH) CH3. Por vezes, o número de posição é escrito antes do nome IUPAC: 1-propanol e 2-propanol. Se um grupo de prioridade mais elevado está presente (como um aldeído, cetona ou ácido carboxílico ), então é necessário utilizar o prefixo "hidroxi", por exemplo: 1-hidroxi-2-propanona (CH 3 COCH 2 OH).
Alguns exemplos de álcoois simples e como nomeá-los:
Os nomes comuns para álcoois geralmente leva o nome do correspondente alquilo grupo e adicione a palavra "álcool", por exemplo, álcool metílico, álcool etílico ou terc-butil álcool. Álcool propílico pode ser n-propilo, álcool de isopropilo, dependendo se o grupo hidroxilo se encontra ligado ao primeiro ou segundo de carbono na cadeia do propano. O álcool isopropílico é também por vezes chamado seg -propil álcool.
Como mencionado acima álcoois são classificados como primário (1 °), secundário (2 °) ou terciário (3 °), e nomes comuns, muitas vezes indicar isso no prefixo grupo alquilo. Por exemplo, (CH3) 3 COH é um álcool terciário é vulgarmente conhecido como o álcool terc-butílico. Este seria denominado 2-metilpropan-2-ol sob as regras IUPAC, indicando uma corrente de propano com grupos metilo e hidroxilo ambos ligados ao meio (# 2) de carbono.
Álcool primário (1 °) - têm fórmulas gerais RCH2OH álcool secundário (2 °) - Já fórmulas gerais RR'CHOH álcool terciário (3 °) - Já fórmulas gerais RR'R COH ordem força de ligação de hidrogênio: 1 °> 2 ° > 3 ° ordem Boiling Point: 1 °> 2 °> 3 ° ordem Acidez: 1 °> 2 °> 3 °
Etimologia
A palavra álcool aparece em Inglês no século 16, emprestado através do francês do médico Latina , em última análise, do árabe al-Kuhl. al é o árabe para o artigo definitivo, o em Inglês. Kuhl foi o nome dado para o pó muito fino, produzido pela sublimação do mineral natural Stibnite para formar antimónio sulfureto de Sb 2 S 3 (portanto, a essência ou "espírito" da substância), o qual foi utilizado como um e anti-séptico delineador.
A introdução da palavra a terminologia europeia em alquimia remonta ao século 12 , por traduções latinas de obras de Rhazes (865-925), que descreveu a arte de destilação . Bartholomew Traheron em sua tradução de 1543 João de Vigo introduz a palavra como um termo usado por "bárbaro" ( Mouros) autores para "pó fino":
- auctours os bárbaros usar álcool, ou (como eu fynde ele sometymes wryten) alcofoll, para moost poudre bem.
William Johnson em seu 1657 Lexicon Chymicum glosas a palavra como antimonium stibium sive. Por extensão, a palavra passou a referir-se a qualquer fluido obtido da destilação, incluindo o "álcool de vinho", a essência destilada de vinho. Libavius em Alchymia (1594) tem álcool vini vel vinum alcalisatum. Johnson (1657) glosas álcool vini como when omnis superfluitas vini um separatur vino, ita ut accensum ardeat donec totum consumatur, nihilque fæcum aut phlegmatis In Fundo remaneat. O significado da palavra ficou restrita ao "espírito do vinho" ( etanol ) no século 18 , e foi de novo estendido para a família de substâncias chamadas em química moderna de 1850.
O atual nome árabe para o álcool é الكحول al-kuḥūl, re-introduzido a partir de uso ocidental, enquanto o Palavra árabe clássico é الغول al-Gawl (por exemplo, sura 37:47), literalmente " espírito "(a palavra al-Gawl é também a origem do Inglês palavra " Ghoul ", eo nome da estrela Algol ).
Propriedades físicas e químicas
O grupo hidroxilo geralmente faz com que a molécula de álcool polar. Esses grupos podem formar ligações de hidrogénio entre si e a outros compostos. Esta ligação de hidrogénio significa que os álcoois podem ser usados como solventes próticos. Duas tendências opostas de solubilidade em álcoois são: a tendência de o OH polar para promover a solubilidade em água, e a cadeia de carbono de resistir a ela. Assim, metanol, etanol, propanol e são miscíveis em água, porque o grupo hidroxilo vence a cadeia de carbono curta. Butanol, com uma cadeia com quatro carbonos, é moderadamente solúvel devido a um equilíbrio entre as duas tendências. Álcoois de cinco ou mais carbonos ( Pentanol e superior) são efetivamente insolúvel em água por causa da dominância da cadeia de hidrocarbonetos. Todos os álcoois simples são miscíveis em solventes orgânicos.
Por causa de ligação de hidrogénio, álcoois tendem a ter pontos de ebulição mais elevados do que comparável hidrocarbonetos e éteres . O ponto de ebulição do álcool é etanol 78,29 ° C, em comparação com 69 ° C durante o hidrocarboneto Hexano (um constituinte comum de gasolina), e 34,6 ° C durante Éter dietílico.
Álcoois, como a água, pode mostrar as propriedades ou ácidas ou básicas no grupo OH. Com um pKa de cerca de 16-19 que são geralmente ligeiramente mais fracos os ácidos do que a água , mas que ainda são capazes de reagir com bases fortes tais como hidreto de sódio ou de metais reactivos, tais como sódio . O sais que resultam são chamados alcóxidos, com a fórmula geral I O - H +.
Enquanto isso, o átomo de oxigênio tem pares solitários de elétrons não ligadas que a tornam fracamente básico na presença de ácidos fortes tais como ácido sulfúrico . Por exemplo, com metanol:
Os álcoois podem também sofrer oxidação para dar aldeídos, cetonas ou ácidos carboxílicos , ou que pode ser desidratado para alcenos . Eles podem reagir para formar compostos de éster, e podem (se ativado pela primeira vez) submetidos a substituição nucleofílica reações. Os pares solitários de elétrons no oxigênio do grupo hidroxila também faz álcoois nucleófilos. Para mais detalhes veja as reacções de álcoois seção abaixo.
Aplicações
Os álcoois podem ser usados como uma bebida ( etanol somente), como o combustível e para muitas utilidades científicas, médicas e industriais. O etanol sob a forma de bebidas alcoólicas tem sido consumida por seres humanos desde tempos pré-históricos. Uma solução de v / v de 50% de etileno glicol em água é normalmente utilizada como um anticongelante.
Alguns álcoois, principalmente etanol e metanol , pode ser utilizado como um O álcool combustível. Desempenho do combustível pode ser aumentado em indução forçada motores de combustão interna por injeção de álcool na entrada de ar após a turbocompressor ou supercharger foi pressurizado a ar. Isto arrefece o ar pressurizado, proporcionando uma carga de ar mais densa, o que permite uma maior de combustível e, portanto, mais energia.
Álcoois ter aplicações na indústria e na ciência como reagentes ou solventes . Devido à sua baixa toxicidade e capacidade de dissolver substâncias não-polares, o etanol pode ser utilizado como um solvente em medicamentos, perfumes, essências e vegetais tais como a baunilha . Em síntese orgânica, álcoois servir como intermediários versáteis.
O etanol pode ser utilizado como um anti-séptico para a desinfecção da pele antes de injecções são administradas, muitas vezes juntamente com o iodo. Sabões à base de etanol são cada vez mais comuns em restaurantes e são convenientes porque eles não necessitam de secagem, devido à volatilidade do composto. O álcool também é usado como um conservante para espécimes.
Produção
Industrialmente álcoois são produzidos em várias formas:
- Por fermentação usando glicose produzida a partir de açúcar a partir da hidrólise de amido, na presença de levedura e a temperatura inferior a 37 ° C, para produzir etanol. Por exemplo, a conversão de invertase de glicose e frutose ou a conversão da glicose para zymase e etanol .
- Por direta hidratação utilizando etileno ( hidratação de etileno ou outros alcenos, a partir de craqueamento das fracções de destilado de petróleo bruto . Geralmente utiliza um catalisador de ácido fosfórico sob a alta temperatura e pressão de 50-120.
- O metanol é produzido a partir de gás de síntese, em que o monóxido de carbono e 2 equivalentes de gás hidrogénio são combinados para produzir metanol utilizando um cobre , óxido de zinco e óxido de alumínio catalisador a 250 ° C e uma pressão de 50-100 atm.
Endógeno
É inevitável que todos os seres humanos têm sempre uma certa quantidade de álcool em seus corpos em todos os momentos, mesmo que nunca beba bebidas alcoólicas em suas vidas. Isto é por causa de um processo chamado de produção endógena de etanol. Muitas das bactérias nos intestinos usar álcool fermentação como uma forma de respiração. Este método metabólica produz o álcool como um produto residual, da mesma maneira que os resultados do metabolismo na formação de dióxido de carbono e água . Assim, os corpos humanos sempre conter alguma quantidade de álcool produzido por estas bactérias benignas.
Síntese Laboratório
Existem vários métodos para a preparação de álcoois em laboratório.
- Primário halogenetos de alquilo reagir com solução aquosa de NaOH ou KOH principalmente para álcoois primários em substituição nucleofílica alifática . (Haletos de alquilo secundários e terciários especialmente dará o (alceno) produto de eliminação em vez).
- Os aldeídos ou cetonas são com reduzida boro-hidreto de sódio ou hidreto de alumínio e lítio (depois de um processamento acídico). Outra redução de aluminumisopropylates é o Redução Meerwein-Ponndorf-Verley.
- Alkenes se envolver em um ácido catalisado reacção de hidratação utilizando concentrada de ácido sulfúrico como catalisador o que dá normalmente álcoois secundários ou terciários. O hidroboração-oxidação e redução do efeito de oxymercuration de alcenos são mais fiáveis em síntese orgânica. Alkenes reagir com NBS e água em reacção de formação de halo-hidrina
- Reagentes de Grignard reage com grupos carbonilo para álcoois secundários e terciários
- Noyori hidrogenação assimétrica é a redução assimétrica de β-ceto-ésteres
- As aminas podem ser convertidos em sais de diazónio que são então hidrolisados.
A formação de um álcool secundário por meio de redução e hidratação é mostrado:
Reações
Desprotonação
Álcoois podem comportar-se como ácidos fracos, passando desprotonação. A reacção de desprotonação para produzir um alcóxido sal ou é realizada com uma base forte tal como hidreto de sódio ou n-butil-lítio, ou com sódio ou potássio metálico.
- 2 R-OH + 2 NaH 2 → RO - Na + 2 + H 2 ↑
- 2 R-OH + 2 Na → 2R-O - Na + H 2
- Por exemplo, 2 CH 3 CH 2 OH + 2 Na → 2 CH3-CH2-O - Na + H 2
A água é semelhante em pKa para diversos álcoois, assim com hidróxido de sódio não é um equilíbrio configurar o que normalmente se encontra à esquerda:
- R-OH + NaOH <=> RO - Na + + H2O (equilíbrio para a esquerda)
Deve notar-se, no entanto, que as bases utilizadas para desprotonar-se os álcoois são fortes. As bases utilizadas e os alcóxidos são criados dois reagentes químicos altamente sensíveis humidade.
A acidez de álcoois também é afectada pela estabilidade global do ião alcóxido. Grupos ligados ao carbono contendo o grupo hidroxilo irá servir para estabilizar o alcóxido quando formado, resultando assim em maior acidez retirada de electrões. Por outro lado, a presença de grupo dador de electrões irão resultar em um ião alcóxido menos estáveis formados. Isto irá resultar num cenário em que o ião alcóxido instável formada tenderá a aceitar um protão para reformar o álcool inicial.
Com halogenetos de alquilo alcóxidos dar origem a éteres no Síntese de Williamson.
Substituição nucleofílica
O Grupo OH não é um bom grupo de saída em substituição nucleofílica reacções, assim álcoois neutros não reagem em tais reacções. No entanto, se o oxigénio é protonado primeiro a dar R-OH + 2, o grupo de saída ( água ) é muito mais estável, e a substituição nucleofílica pode ter lugar. Por exemplo, álcoois terciários reagir com ácido clorídrico para produzir terciária halogenetos de alquilo, em que o grupo hidroxilo é substituído por um cloro átomo pela substituição nucleofílica unimolecular. Se álcoois primários ou secundários estão a ser feitos reagir com ácido clorídrico , um activador tal como cloreto de zinco é necessária. Alternativamente, a conversão pode ser realizada directamente usando cloreto de tionilo.
Os álcoois podem também ser convertidos em brometos de alquilo usando ácido bromídrico ou tribrometo de fósforo , por exemplo:
- 3 R-OH + PBr3 → 3 RBr + H 3 PO 3
No Barton-McCombie desoxigenação um álcool é desoxigenado para um alcano com hidreto de tributilestanho ou um complexo trimethylborane-água numa reacção de substituição radical.
Desidratação
Os álcoois são, eles próprios nucleofílica, de modo que o R-OH + 2 pode reagir com ROH para produzir éteres e água em uma reacção de desidratação, embora esta reacção é raramente utilizado, excepto no fabrico de éter dietílico.
Mais útil é a E1 reacção de eliminação dos álcoois para produzir alcenos . A reacção geralmente obedece Regra de Zaitsev, que afirma que o mais estável (geralmente os mais substituído) alceno é formado. Álcoois terciários eliminar facilmente em apenas acima da temperatura ambiente, mas os álcoois primários necessitam de uma temperatura mais elevada.
Este é um diagrama de desidratação catalisada por ácido de etanol para produzir eteno :
A reacção de eliminação é a mais controlada Eliminação Chugaev com dissulfureto de carbono e iodometano.
Esterificação
Para formar um éster de um álcool e um ácido carboxílico a reacção, conhecida como Fischer esterificação, é normalmente realizada a refluxo com um catalisador de concentrado ácido sulfúrico :
- R-OH + R'-COOH → R'-COOR + H2O
A fim de conduzir o equilíbrio para a direita e produzir um bom rendimento de éster, a água é normalmente removida, quer por um excesso de H 2 SO 4 ou usando um Aparelho de Dean-Stark. Os ésteres podem também ser preparados por reacção do álcool com um cloreto ácido na presença de uma base, tal como piridina.
Outros tipos de éster são preparados de forma semelhante, por exemplo, tosilo (tosilato) ésteres são preparados por reacção do álcool com p- cloreto de toluenossulfonilo em piridina.
Oxidação
Os álcoois primários (R-CH 2 -OH) pode ser oxidado quer ao aldeídos (R-CHO) ou ácidos carboxílicos (R-CO 2 H), enquanto que a oxidação de álcoois secundários (R 1 R²CH-OH) normalmente termina na cetona (R1 R²C = O) fase. Álcoois terciários (R 1 R²R³C-OH) são resistentes à oxidação.
A oxidação directa de álcoois primários a ácidos carboxílicos normalmente prossegue através do aldeído correspondente, o qual é transformado através de um hidrato de aldeído (R-CH (OH) 2) por meio de reacção com água antes de poder ser adicionalmente oxidado para o ácido carboxílico.
Muitas vezes é possível interromper a oxidação de um álcool primário no nível de aldeído através da realização da reacção na ausência de água, de modo que nenhum hidrato de aldeído pode ser formado.
Reagentes úteis para a transformação de álcoois primários em aldeídos são normalmente também apropriado para a oxidação de álcoois secundários em cetonas. Estes incluem:
- Reagentes à base de crómio, tal como Collins reagente (CrO3 · Py 2), Ou PDC PCC.
- Ativado DMSO, resultante da reacção com de DMSO electrófilos, tais como cloreto de oxalilo ( A oxidação de Swern), um carbodiimida ( Oxidação Pfitzner-Moffatt) ou o complexo SO 3 · Py ( Oxidação Parikh-Doering).
- Compostos de iodo hipervalente, tal como Periodinano de Dess-Martin ou Ácido 2-iodóxibenzoico.
- Catalytic TPAP na presença de excesso de NMO ( Ley oxidação).
- Catalytic TEMPO na presença de um excesso água sanitária ( NaOCl) ( Oxidação de Anelli).
Alílica e álcoois benzílicos podem ser oxidados na presença de outros álcoois utilizando certos oxidantes selectivos, tais como dióxido de manganês (MnO2).
Reagentes úteis para a oxidação de álcoois secundários em cetonas, mas normalmente ineficazes para a oxidação de álcoois primários a aldeídos, incluir trióxido de crómio (CrO3) em uma mistura de ácido sulfúrico e acetona ( Oxidação) e certas ce tonas, tais como Jones ciclo-hexanona, na presença de isopropóxido de alumínio ( Oxidação de Oppenauer).
A oxidação directa de álcoois primários para ácidos carboxílicos pode ser levada a cabo usando:
- O permanganato de potássio (KMnO4).
- Oxidação de Jones.
- PDC DMF.
- Oxidação Heyns.
- Tetróxido de ruténio (RuO 4).
- TEMPO.
Álcoois que possuem dois grupos hidroxi localizados em átomos de carbono adjacentes, isto é, 1,2- diols- sofrer ruptura oxidativa a uma ligação carbono-carbono com alguns oxidantes como periodato de sódio (NaIO4) ou tetra-acetato de chumbo (Pb (OAc 4)), resultando na geração de dois grupos carbonilo.
Toxicidade
Álcoois frequentemente têm um odor descrito como "morder" que "reage" nas passagens nasais. O etanol sob a forma de bebidas alcoólicas tem sido consumida por seres humanos desde tempos pré-históricos, para uma variedade de razões de higiene, alimentares, medicinais, religiosas e recreativas. O consumo de grandes doses resultar em embriaguez ou intoxicação (o que pode levar a uma ressaca como o efeito desaparece) e, dependendo da dose e regularidade de utilização, pode causar insuficiência respiratória aguda e morte ou com a utilização crónica tem repercussões médicas. Como o álcool prejudica o julgamento, que muitas vezes pode ser um catalisador para o comportamento imprudente ou irresponsável. O LD 50 de etanol em ratos é de 11.300 mg / kg. Esse índice corresponderia a um homem 80 kg (£ 176,4) potável 65 80 tiros de álcool prova ou 46 garrafas de meio litro de cerveja com 5% ABV, embora o LD 50 não se traduz diretamente para os seres humanos. É geralmente aceite que uma dose fatal em seres humanos seria cerca de um terço do que os ratos, ou cerca de 22 bebidas consumidas tudo em uma sessão por 80 kg (£ 176,4) homem.
Outros álcoois são substancialmente mais venenoso do que o etanol, em parte porque eles levam muito mais tempo para ser metabolizado, e muitas vezes o seu metabolismo produz substâncias ainda mais tóxicas. Metanol, ou álcool de madeira, por exemplo, é oxidado pela álcool desidrogenase enzimas no fígado para o venenoso formaldeído, o que pode causar cegueira ou morte.
Um tratamento eficaz para prevenir a toxicidade do formaldeído após a ingestão de metanol é administrar etanol. O álcool-desidrogenase tem uma afinidade mais elevada para o etanol, evitando assim a partir de metanol e de ligação actuando como um substrato. Qualquer metanol remanescente terá, então, tempo para ser excretada pelos rins. Restante formaldeído irá ser convertido em ácido fórmico e excretada.
