alkohol - Alcohol


z Wikipedie, otevřené encyklopedie

Kulový hůl modelu molekuly alkoholu (R 3 COH). Červené a šedé koule představují hydroxylovou skupinu (-OH). Tři „R je“ znamenají atomy substituenty nebo atomy vodíku.
Úhel vazba mezi hydroxylovou skupinu (-OH) a řetězec atomů uhlíku, (R)

V chemii , An alkohol je jakákoli organická sloučenina , v níž hydroxylová funkční skupina - ( O H je), vázán na uhlík . Termín alkohol původně se odkazoval na primární alkohol ethanol (ethylalkohol), který je použit jako lék a je hlavní alkohol přítomen v alkoholických nápojích . Důležitou třídou alkoholů, přičemž methanol a ethanol jsou nejjednodušší členy, zahrnuje všechny sloučeniny, obecný vzorec, který je C n H 2n + 1 OH. Jsou to právě tyto jednoduché monoalkoholy, které jsou předmětem tohoto článku.

Přípona ol se objeví v IUPAC chemický název všech látek, kde hydroxylová skupina je funkční skupina s nejvyšší prioritou. Je-li přítomen ve sloučenině vyšší prioritu skupina, předpona hydroxy je použit ve svém podle IUPAC. Přípona ol v non-IUPAC názvy (jako paracetamol nebo cholesterol ) také typicky znamená, že látka je alkohol. Nicméně, mnoho látek, které obsahují hydroxylové funkční skupiny (zejména cukry, jako je glukóza a sacharóza ) mají názvy, které obsahují ani příponu -OL , ani prefix hydroxy- .

Dějiny

Alkohol destilace byl známý islámských chemiků již v osmém století.

Arab chemik, al-Kindi , jednoznačně popisoval destilaci vína v pojednání s názvem jako "The Book of the chemie parfémů a destilace".

Perský lékař , alchymista , polymath a filozof Rhazes (854 CE - 925 CE) je připočítán s objevem ethanolu.

Nomenklatura

Etymologie

Slovo „alkohol“ je z arabské Kohl ( arabský : الكحل , . Translit  al-Kuhl ), prášek použít jako oční linky. Al- je arabský určitý člen , což odpovídá v angličtině. Alkohol byl původně používán pro velmi jemného prášku vyrobeného podle sublimací z přírodních minerálních antimonitu pro vytvoření sulfidu antimonitého Sb
2
S
3
. To bylo považováno za podstatou nebo „ducha“ tohoto minerálu. To bylo používáno jakoantiseptikum, oční linky akosmetiku. Význam alkoholu byl rozšířen na destilované látky obecně, a pak se zúžila na etanol, při „destiláty“ byl synonymem protvrdého alkoholu.

Bartholomew Traheron , v jeho 1543 překladu Jana Vigo , představuje slovo jako termín používaný „barbarské“ ( maurské ) autorů „jemný prášek.“ Vigo napsal: "barbarského auctours nepoužívejte alkohol, nebo (jak jsem to fynde sometymes wryten) alcofoll pro moost jemné POUDRE."

1657 Lexicon Chymicum , William Johnson komentuje slova jako "Antimonium sive stibium." V širším smyslu slova přišel se odkazovat na jakékoliv tekutiny získaného destilací, včetně „alkohol vína,“ destilované podstaty vína. Libavius v Alchymia (1594) se vztahuje na "vini alkohol vel Vinum alcalisatum". Johnson (1657), lesky alkoholu Vini jako "quando omnis superfluitas vini si vino separatur, ita ut accensum ardeat donec totum consumatur, nihilque fæcum aut phlegmatis v Fundo remaneat." Význam slovního stal se omezuje na „ducha vína“ (dále jen chemickou dnes známý jako ethanol ), v 18. století a byl rozšířen do skupiny látek, takzvaných jako „alkoholy“ v moderní chemie po roce 1850.

Termín ethanol byl vynalezen 1892, který kombinuje slovo ethan s „ol“ ukončení „alkohol“.

systematická jména

IUPAC názvosloví je používán ve vědeckých publikacích a kde přesná identifikace látky je důležitá, a to zejména v případech, kdy je relativní složitost molekuly nedává takový systematický název nepraktický. Při pojmenování jednoduché alkoholy, jméno alkane řetězu ztratí terminál e a přidá příponu -OL , například , jak v „ethanol“ od alkane jméno řetězce „ethan“. Pokud je to nutné, je poloha hydroxylové skupiny je označena číslem mezi alkanové název a -ol : propan-1-ol pro CH
3
CH
2
CH
2
OH
,propan-2-oluzaCH
3
CH (OH) CH
3
. Je-li přítomen vyšší prioritu skupina (jako je napříkladaldehyd,keton, nebokarboxylové kyseliny), potom předponahydroxy-se používá, například, jako v 1-hydroxy-2-propanonu (CH
3
C (O) CH
2
OH
).

Některé příklady jednoduchých alkoholů a jak je pojmenovat
CH 3 -CH 2 -CH 2 -OH Propan-2-ol displayed.svg cyklohexanol displayed.svg 2-methylpropan-1-ol displayed.svg 2-methylbutan-2-ol displayed.svg
Propan-1-ol.svg 2-Propanol.svg cyklohexanol acsv.svg Isobutanol.svg 2-methyl-2-butanol-FormulaV1 Seite001.svg
n -propyl alkoholu,
propan-1-ol, nebo
1-propanol
isopropylalkohol,
propan-2-ol nebo
2-propanol
cyklohexanol isobutyl alkohol,
2-methylpropan-1-ol nebo
2-methyl-1-propanol
terc -amyl alkohol,
2-methylbutan-2-ol nebo
2-methyl-2-butanol
Primární alkohol Sekundární alkohol Sekundární alkohol Primární alkohol Terciární alkohol

V případech, kdy se funkční skupina OH vázány k sp 2 uhlíkem na aromatickém kruhu je molekula známá jako fenol , a je pojmenován podle pravidel IUPAC pro pojmenování fenoly.

obecné názvy

V jiných méně formálních kontextech, alkohol je často nazýván s názvem příslušné alkylové skupiny následovaný slovem „alkohol“, například, methyl alkohol, ethyl alkoholu. Propyl- alkohol může být n -propyl alkoholu , nebo isopropylalkohol , v závislosti na tom, zda se hydroxylová skupina je vázána na konci nebo uprostřed uhlíku na přímém propan řetězce. Jak je popsáno v Systematický název, je-li další skupina na molekule má přednost se alkoholová skupina se často uvádí za použití „hydroxy-“ prefix.

Alkoholy jsou pak rozděleny do primární, sekundární ( sek- , s- ) a terciární ( terc , t ), vztaženo na počet atomů uhlíku připojených k atomu uhlíku, který nese hydroxylovou funkční skupinu . (Příslušné číselné shorthands 1 °, 2 ° a 3 ° jsou také někdy používají v neformálních.) Primární alkoholy mají obecné vzorce RCH 2 OH. Nejjednodušší primární alkohol je methanol (CH 3 OH), ve kterém R = H, a další je ethanol, ve kterém R = CH 3 je methylová skupina . Sekundární alkoholy jsou ty, které ve tvaru RR'CHOH, z nichž nejjednodušší je 2-propanol (R = R '= CH 3 ). Pro terciárními alkoholy obecný tvar je RR'R "COH. Nejjednodušším příkladem je terc-butanol (2-methylpropan-2-ol), pro které každý z R, R‘, a R" je CH 3 . V těchto shorthands, R, R‘, a R“ znamenají substituenty , alkylové nebo jiné připojen, obvykle organických skupin.

Typ Vzorec IUPAC Name Běžné jméno
jednosytné
alkoholy
CH 3 OH methanol dřevný líh
C 2 H 5 OH ethanol Alkohol
C 3 H 7 OH Propan-2-ol Isopropylalkohol,
lihem
C 4 H 9 OH Butan-1-olu Butanol,
Butanol
C 5 H 11 OH Pentan-1-olu Pentanol,
amylalkohol
C 16 H 33 OH Hexadekan-1-olu Cetyl alkohol
vícesytné
alkoholy
C 2 H 4 (OH) 2 Ethan-1,2-diol Ethylenglykol
C 3 H 6 (OH) 2 Propan-1,2-diol Propylenglykol
C 3 H 5 (OH) 3 Propan-1,2,3-triol Glycerol
C 4 H 6 (OH) 4 Butan-1,2,3,4-tetraol Erytritol ,
threitolu
C 5 H 7 (OH) 5 Pentan-1,2,3,4,5-pentol xylitol
C 6 H 8 (OH) 6 hexan-1,2,3,4,5,6-hexol Mannitol ,
sorbitol
C 7 H 9 (OH) 7 Heptan-1,2,3,4,5,6,7-heptol Volemitol
Nenasycené
alifatické
alkoholy
C 3 H 5 OH Prop-2-en-1-olu allylalkohol
C 10 H 17 OH 3,7-dimethylokta-2,6-dien-1-olu geraniol
C 3 H 3 OH Prop-2-yn-1-olu propargylalkoholu
alicyklické
alkoholy
C 6 H 6 (OH) 6 Cyklohexan-1,2,3,4,5,6-hexol inositol
C 10 H 19 OH 5-methyl-2- (propan-2-yl) cyklohexan-1-olu Mentol

Aplikace

Celková délka záznamu alkohol spotřeba na osobu (15+), v litrech čistého ethanolu

Alkoholy mají za sebou dlouhou historii bezpočet použití. Pro jednoduché mono-alkoholy, které se zaměřuje na tomto článku, jsou následující nejdůležitější průmyslové alkoholy:

  • methanolu, především pro výrobu formaldehydu a jako aditiva paliva
  • ethanol, zejména pro alkoholické nápoje, palivového aditiva, rozpouštědla
  • 1-propanol, 1-butanol, a isobutyl alkohol pro použití jako rozpouštědlo a prekurzoru rozpouštědla
  • C6-C11 alkoholy, používané pro změkčovadla , například v polyvinylchloridu
  • mastných alkoholů (C12-C18), prekurzory pro detergenty

Methanol je nejčastější průmyslový alkohol, s asi 12 miliónů tun / y produkovaného v roce 1980. Kombinovaná kapacita jiných alkoholů je přibližně stejná, distribuované přibližně stejně.

toxicita

S ohledem na akutní toxicitu, jednoduché alkoholy mají nízkou akutní toxicitu. Dávky několika mililitrech se tolerují. Pro pentanoly , hexanoly , oktanoly a delší alkoholů, LD50 rozmezí 2-5 g / kg (u potkanů perorálně). Methanol a ethanol jsou méně akutně toxická. Všechny alkoholy jsou mírné kožní dráždivé.

Metabolismus methanolu (a ethylenglykolu) je ovlivněna přítomností ethanolu, který má vyšší afinitu k jaterní alkoholdehydrogenázy . Tímto způsobem methanolu se vylučuje beze změny v moči.

Fyzikální vlastnosti

Obecně platí, že hydroxylová skupina je alkoholy polární . Tyto skupiny mohou tvořit vodíkové vazby k sobě navzájem a k většině jiných sloučenin. Vzhledem k přítomnosti polárních OH alkoholů jsou více rozpustné ve vodě než jednoduché uhlovodíky. Methanol, ethanol, propanol a jsou mísitelné s vodou. Butanol , s čtyř-uhlíkového řetězce a, je mírně rozpustný.

Vzhledem k vodíkové vazby , alkoholy mají tendenci mít vyšší teploty varu než srovnatelné uhlovodíky a ethery . Bod varu ethanolu alkoholu je 78,29 ° C, ve srovnání s 69 ° C po dobu uhlovodíkového hexanu a 34,6 ° C po dobu diethyletheru .

Výskyt v přírodě

Jednoduché alkoholy se vyskytují běžně v přírodě. Ethanol je nejvýznamnější, protože to je produkt fermentace, hlavní produkující energii cestou. Další jednoduché alkoholy jsou vytvořeny pouze ve stopových množstvích. Složitější alkoholy jsou přítomny, jak se projevuje v některých cukrů, aminokyselin a mastných kyselin.

Výroba

Ziegler a oxo procesy

V procesu Ziegler , lineárních alkoholů se vyrábějí z ethylenu a triethylaluminia s následující oxidací a hydrolýzou. Idealizovaný syntéza 1-oktanolu se projevuje:

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

Tento proces vytváří řadu alkoholů, které jsou odděleny destilací .

Mnoho vyšší alkoholy jsou vyráběny hydroformylaci alkenů s následující hydrogenací. Při aplikaci na terminálu alkenu, jak je běžné, jeden typicky získá lineární alkohol:

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

Takové procesy vzniku mastné alkoholy , které jsou užitečné pro detergenty.

hydratační účinky

Některé nízkomolekulární alkoholy průmyslový význam se vyrábějí přidáním vody do alkenů. Ethanol, isopropanol, 2-butanol a terc-butanol jsou produkovány tímto obecným způsobem. Dvě implementace jsou použity, přímé a nepřímé metody. Přímá metoda zabraňuje vytváření stabilních meziproduktů, typicky s použitím kyselých katalyzátorů. V nepřímé metodě je alken se převede na ester síranu , který se následně hydrolyzuje. Přímý hydratace za použití ethylen ( ethylen hydrataci ) nebo jiné alkeny z krakování frakcí destilované ropy .

Hydratace se také používá průmyslově vyrábět diol ethylenglykol od ethylenoxidu .

biologické trasy

Ethanol se získá fermentací za použití glukózy vyrobené z cukru od hydrolýzy ze škrobu , za přítomnosti kvasinek a teplotě nižší než 37 ° C pro výrobu ethanolu. Například, tento proces může probíhat podle konverzi sacharózy pomocí enzymu invertázy do glukózy a fruktózy , pak konverzi glukózy enzymem komplex zymase do ethanolu (a oxid uhličitý).

Několik druhů benigních bakterií v použití střeva fermentaci jako forma anaerobního metabolismu . Tato metabolická reakce produkuje ethanol jako odpadní produkt. Tak, lidská těla obsahují určité množství alkoholu, endogenně produkovaného těmito bakteriemi. Ve vzácných případech, to může být dostatečné k vyvolání „ syndrom automatického pivovar “, ve které jsou produkovány opojné množství alkoholu.

Stejně jako je ethanol, butanol mohou být vyrobeny fermentačních procesů. Saccharomyces kvasinky jsou známy k výrobě těchto vyšších alkoholů při teplotách nad 75 ° F (24 ° C). Bakterie Clostridium acetobutylicum může živí celulózy pro výrobu butanolu v průmyslovém měřítku.

záměna

Primární alkylhalogenidy reagovat s vodným roztokem hydroxidu sodného nebo hydroxidu draselného zejména primární alkoholy v nukleofilní substituci alifatické . (Sekundární a zejména terciární alkylhalogenidy dá eliminační (alken) produktu místo). Grignardova činidla reagují s karbonylovými skupinami nebo sekundární a terciární alkoholy. Související reakce jsou Barbier reakce a reakce Nozaki-Hiyama .

Snížení

Aldehydy nebo ketony jsou sníženy s tetrahydroboritanem sodným nebo lithiumaluminiumhydridem (po okyselení reakční směsi). Další redukce aluminiumisopropylates je snížení MeerweinPonndorf-Verley . Noyori Asymetrická hydrogenace je asymetrická redukce p-keto-esterů.

Hydrolýza

Alkeny se zapojily do kyseliny katalyzované hydratační reakce za použití koncentrované kyseliny sírové jako katalyzátoru, který dává zpravidla sekundární nebo terciární alkoholy. Hydroborace-oxidace a oxymerkurační-redukce alkenů jsou spolehlivější v organické syntéze. Alkeny reagovat s NBS a vody v halogenhydrinem tvorby reakci . Aminy mohou být převedeny na diazoniových solí , které jsou pak hydrolyzovány.

Tvorba sekundárního alkoholu redukcí a hydratace se projevuje:

Příprava sekundárního alkoholu

reakce

deprotonace

S pK A kolem 16-19 oni jsou obecně lehce slabší kyseliny než voda . Se silnými bázemi jako je hydrid sodný nebo sodné soli , které tvoří soli zvané alkoxidy , s obecným vzorcem R O - M + .

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

Kyselost alkoholů je silně ovlivněna solvatace . V plynné fázi, alkoholy jsou kyselejší než je voda.

nukleofilní substituce

Skupina OH není dobrá odštěpitelná skupina v nukleofilní substituční reakce, takže neutrální alkoholy nereagují v těchto reakcích. Nicméně, v případě, že kyslík je první protonována, čímž se získá R-OH 2 + je odstupující skupina ( voda ), je mnohem stabilnější, a nukleofilní substituce se může uskutečnit. Například, terciární alkoholy reagují s kyselinou chlorovodíkovou za vzniku terciární alkylhalogenidy , kde je hydroxylová skupina nahrazena chloru atomu monomolekulární nukleofilní substitucí . Pokud jsou primární nebo sekundární alkoholy, které mají reagovat s kyselinou chlorovodíkovou , aktivátoru jako je chlorid zinečnatý je potřeba. V alternativním způsobem, přeměna se může provádět přímo pomocí thionylchloridu . [1]

Některé jednoduché konverze alkoholů alkylchloridy

Alkoholy mohou také být konvertovány na alkyl bromidy pomocí kyseliny bromovodíkové nebo bromid fosforitý , například:

3 R-OH + PBR 3 → 3 RBr + H 3 PO 3

V Barton-McCombie deoxygenace alkohol je zbaví kyslíku k alkanu s tributylcínhydridem nebo trimethylborane -voda-komplexu v radikální substituční reakce.

Dehydratace

Mezitím, atom kyslíku má osamocené páry z nonbonded elektronů, které jej činí slabě bazický v přítomnosti silných kyselin, jako je kyselina sírová . Například s methanolem:

Kyselost a bazicita methanolu

Po ošetření se silnými kyselinami, alkoholy podstoupit E1 eliminační reakci k výrobě alkenů . Reakce se obecně řídí zajcevovo pravidlo , podle kterého nejstabilnější (zpravidla velmi substituované) alken je tvořena. Terciární alkoholy odstranit snadno těsně nad teplotou místnosti, ale primární alkoholy vyžadují vyšší teplotu.

To je diagram kyseliny katalyzované dehydratace ethanolu za vzniku ethylenu :

DehydrationOfAlcoholWithH-.png

Více kontrolované eliminační reakce je s sirouhlíku a jodmethanu .

esterifikace

Alkoholu a karboxylové kyseliny reagovat v tzv Fischer esterifikace . Reakce obvykle vyžaduje katalyzátor , jako je například koncentrovaná kyselina sírová:

R-OH + R'-CO 2 H → R'-CO 2 R + H 2 O

Jiné typy kyseliny se připraví podobným způsobem - například tosylová (tosylát) estery se vyrábějí reakcí alkoholu s p- toluensulfonyl- chloridem v pyridinu.

Oxidace

Primární alkoholy (R-CH 2 OH), je možno oxidovat buď aldehydy (R-CHO) nebo karboxylové kyseliny (R-CO 2 H). Oxidace sekundárních alkoholů (R 1 R 2 CH-OH), obvykle končí v ketonu (R 1 R 2 C = O) fáze. Terciární alkoholy (R 1 R 2 R 3 , C-OH), jsou odolné vůči oxidaci.

Přímá oxidace primárních alkoholů na karboxylové kyseliny běžně probíhá přes odpovídající aldehyd, který se převede přes hydrátu aldehydu (R-CH (OH) 2 ), reakcí s vodou před tím, než může být dále oxidován na karboxylovou kyselinu.

Mechanismus oxidace primárních alkoholů na karboxylové kyseliny přes aldehydů a aldehydovými hydrátů

Činidla užitečná pro transformaci primárních alkoholů na aldehydy jsou obvykle také vhodné pro oxidaci sekundárních alkoholů na ketony . Patří mezi ně Collins činidlo, a Dess-Martinův perjodinan . Přímá oxidace primárních alkoholů na karboxylové kyseliny se může provádět za použití manganistanu draselného nebo Jonesova činidla .

viz též

Poznámky

Reference

  • Metcalf, Allan A. (1999). Svět v tolika slovy . Houghton Mifflin. ISBN  0-395-95920-9 .

externí odkazy