Алкохоли

„Алкохол” преусмјерава овдје. За остала значења, в. Алкохол (разврставање).

У хемији, алкохол је органско једињење у коме је хидроксилна функционална група (-ОХ) везана за засићени атом угљеника. Општа формула алкохола је ЦнХ²н+¹ОХ Р-ОХ, дакле хидроксилна група ОХ, везана на алкан тј. ланац угљоводоници. Сличну структуру имају карбоксилне киселине које се добијају оксидацијом алкохола. Хидроксилна група (функциона група) се састоји од једног атома водоника и једног атома кисеоника, према томе је једновалентна. Зато и ланац на који се група везује мора да буде једновалентан. Тако ће нпр. сажета структурна формула етанола да буде ЦХ₃-ЦХ₂-ОХ. Термин алкохол се оригинално односио на примарни алкохол етил алкохол (етанол), који је предоминантни алкохол у алкохолним пићима.

Модел кугле и штапа хидроксилне (-ОХ) функционалне групе у молекулу алкохола (Р₃ЦОХ). Три Р-групе означавају угљеничне супституенте или атоме водоника.

Хидроксилна (-ОХ) функционална група са означеним углом везе

Суфикс -ол се јавља у ИУПАЦ хемијским именима свих супстанци у којима је хидроксилна група функционална група са највишим приоритетом; у супстанцама где је присутна група вишег приоритета користи се префикс хидрокси- у ИУПАЦ именима. Суфикс -ол у несистематским именима (као што је парацетамол или холестерол) такође типично указује на присуство хидроксилне групе у супстанци, и оне се стога могу назвати алкохолима. Међутим многе супстанце, посебно шећери (на пример глукоза и сахароза) садрже хидроксилне функционалне групе, а суфикс се не користи. Једна важна класа алкохола, чији најједноставнији чланови су метанол и етанол, су алкохоли са засиченим неразгранатим ланцом. Њихова општа формула је C_нХ_2н+1ОХ.

Подела алкохола

Према броју ОХ група

1. Монохидроксилни (1ОХ група)
2. Двохидроксилни (2ОХ групе)
3. Полихидроксилни (3 или висе ОХ група)

Према начину везивања угљеникових атома

1. Алифатичне Р-ОХ алкил група
2. Ароматични АР-ЦН₂ОХ арил група

Према положају алкил групе

1. Примарни ЦХ₃-ЦХ₂-ОХ (1⁰)
2. Секундарни ЦХ₃-ЦХ-ЦХ₃ (2⁰)
3. Терцијални

Особине

У хомогеном низу примарних алкохола нижи су чланови, прва четири, текућине, средњи (до 17 угљикових атома), уљасте текућине, а виши су чврсте твари.

Нижи алкохоли мијешају се с водом, виши се у води уопће не отапају. С киселинама дају естере, с алкалијским ковинама алкоксиде, а оксидацијом прелазе у алдехиде, кетоне и органске киселине. Алкохоли који у својој структури имају вечи број C атома су нетопиви у води јер имају дуљи дио молекулске неполарне грађе

Алкохоли имају врло сличну структуру као вода. Врелиште етанола и воде више је него што одговара њиховој релативној молекулској маси.

Неутралне текућине, могу реагирати с алкалијским металима, натријем или калијем. У тој реакцији настају алкосиди. Реакција алкохола с халогеноводичном киселином настају алкил-халогениди.

Алкохоли се с обзиром на положај ОХ скупине дијеле на примарне, секундарне и терцијарне алкохоле. Примарни алкохоли су алкохоли којима је -ОХ скупина везана на примарни угљиков атом, тј. онај који се у структури веже с још једним угљиковим атомом. Оксидацијом примарних алкохола добит ће се алдехиди, а секундарних кетони.

Најпознатији алкохол који се користи у медицини и пићу је обични алкохол. Зато је он и најчешћи алкохол добиван индустријским путем.

Хемијска реакција за добијање етанола је алкохолно врење (ферментација). То је природни процес којим се шећер уз помоћ дјеловања квашчевих гљивица (ензима који делују као катализатори) претвара у етанол и ЦО₂.

Номенклатура алкохола

Алкохоли се именују тако да се уз име алкана дода наставак -ол. Тако ће нпр. алкохол с три угљеникова атома да буде пропанол јер се уз име алкана пропана додао ол од алкохола. Уколико неки алкохол има две или висе хидроксилне групе, онда се испред наставка 'ол' додаје ди, три итд. Нпр. пропандиол, пропантриол.

Напомена: У ситуацијама када алкохол има веци број угјленикових атома, мора се напоменути на ком се угљениковом атому налази хидроксилна група. Нпр. 2-бутанол, 3-пентанол итд.

Примери једноставних алкохола и њихових имена

Систематска имена

ИУПАЦ номенклатура се користи у научним публикацијама и кад год је прецизна идентификација супстанце важна, посебно у случајевима где релативна комплексност молекула не чини таква систематска имена непрактичним. У ИУПАЦ систему, при именовању једноставних алкохола се на име алканског ланца додаје „ол“, е.г., као код имена „метанол“ и „етанол“. Кад је то неопходно, позиција хидроксилне групе се обележава бројем између имена алкана и „ол“: пропан-1-ол за ЦХ₃ЦХ₂ЦХ₂ОХ, пропан-2-ол за ЦХ₃ЦХ(ОХ)ЦХ₃. Ако је присутна група вишег приоритета (као што је алдехидна, кетонска, или карбоксилна), користи се префикс „хидрокси“, е.г., као у 1-хидрокси-2-пропанон (ЦХ₃C(О)ЦХ₂ОХ).

Несистематска имена

У другим мање формалним контекстима, алкохол се обично назива именом које кореспондира алкил групи чему следи реч „алцохол“, е.г., метил алкохол, етил алкохол. Пропил алкохол може да буде н-пропил алкохол или изопропил алкохол, у зависности од тога да ли је хидроксилна група везана на крају или у средини линијског пропанског ланца. Као што је то описано у секцији о систематским именима, ако друга група у молекулу има приоритет, алкохолна група се обично означава префиксом „хидрокси“-.

Хемијска формула	ИУПАЦ име	Несистемско име
Монохидроксилни алкохоли
ЦХ3ОХ	Метанол	Дрвни алкохол
C2Х5ОХ	Етанол	Алкохол
C3Х7ОХ	Изопропил алкохол	Дезинфекциони алкохол
C4Х9ОХ	Бутил алкохол	Бутанол
C5Х11ОХ	Пентанол	Амил алкохол
C16Х33ОХ	Хексадекан-1-ол	Цетил алкохол
Полихидроксилни алкохоли
C2Х4(ОХ)2	Етан-1,2-диол	Етилен гликол
C3Х6(ОХ)2	Пропан-1,2-диол	Пропилен гликол
C3Х5(ОХ)3	Пропан-1,2,3-триол	Глицерол
C4Х6(ОХ)4	Бутан-1,2,3,4-тетраол	Еритритол, Треитол
C5Х7(ОХ)5	Пентан-1,2,3,4,5-пентол	Ксилитол
C6Х8(ОХ)6	Хексан-1,2,3,4,5,6-хексол	Манитол, Сорбитол
C7Х9(ОХ)7	Хептан-1,2,3,4,5,6,7-хептол	Волемитол
Незасичени алифатични алкохоли
C3Х5ОХ	Проп-2-ен-1-ол	Алил алкохол
C10Х17ОХ	3,7-Диметилокта-2,6-диен-1-ол	Гераниол
C3Х3ОХ	Проп-2-ин-1-ол	Пропаргил алкохол
Алициклични алкохоли
C6Х6(ОХ)6	Циклохексан-1,2,3,4,5,6-хексол	Инозитол
C10Х19ОХ	2 - (2-пропил)-5-метил-циклохексан-1-ол	Ментол

Алкохоли се групишу у примарне, секундарне (сец-, с-), и терцијарне (терт-, т-), по броју атома угљеника везаних за атом угљеника који носи хидроксилну функционалну групу. (Одговарајуће нумеричке скраћенице 1°, 2°, и 3° се такође користе у неформалним ситуацијама.) Примарни алкохоли имају опште формуле РЦХ₂ОХ; метанол (ЦХ₃ОХ је најједноставнији примарни алкохол (Р=Х), и након њега долази етанол (Р=ЦХ₃). Секундарни алкохоли се могу скраћено описати формулом РР'ЦХОХ; 2-пропанол је најједноставнији пример (Р=Р'=ЦХ₃). Терцијарни алкохоли се могу описати скраћеницом РР'Р"ЦОХ; терц-бутанол (2-метилпропан-2-ол) је најједноставнији пример (Р=Р'=Р"=ЦХ₃). У тим скраћеним записима, Р, Р', и Р" представљају супституенте, алкилне или друге везане, генерално органске групе.

Варијације алкил ланца у алкохолима

Кратколанчани алкохоли имају алкил ланце са 1-3 угљеника. Алкохоли средњих дужина ланца имају алкил групе са 4-7 угљеника. Дуголанчани алкохоли (такође познати као масни алкохоли) имају алкил ланце са 8-21 угљеника, и алкохоли са веома дугим ланцима имају алкил групе са 22 или више угљеника.

Једноставни алкохоли

Термин "једноставни алкохоли" нема једнозначну дефиницију. Имена једноставних алкохола се обично формирају додавањем речи „алкохол“ на име одговарајуће алкил групе. На пример, ланац који садржи један угљеник (метил групу, ЦХ₃) са ОХ групом везаном за угљеник се назива „метил алкохол“, док се ланац са два уљеника (етил групом, ЦХ₂ЦХ₃) са ОХ групом везаном за ЦХ₂ назива „етил алкохол“. За комплексније алкохоле је неопходно користити ИУПАЦ номенклатуру.

Једноставни алкохоли, а посебно етанол и метанол, поседују денатурациона и дезинфекциона својства, те се користе као анти-микробни агенси у медицини, фармацији, и индустрији.

Виши алкохоли

Енциклопедија Британница износи, „Виши алкохоли - они који садрже 4 до 10 атома угљеника – су умерено вискозни, или уљасти, и имају воћне мирисе. Неки од високо разгранатих алкохола и многи алкохоли који садрже више од 12 атома угљеника су чврсте материје на собној температури.“

Попут етанола, бутанол се може произвести путем процеса ферментације. Познато је да квасац Саццхаромyцес производи више алкохоле на температурама изнад 24 °Ц. Бактерија Цлостридиум ацетобутyлицум може да се храни целулозом и да производи бутанол у индустријским размерама.

Вино и ферментација

Виногради - редови грожђа

Виногадарство је грана пољопривреде која постоји од давнина, а култура производње вина одржала се вековима. Процес производње вина је следећи: Убрано грожђе из винограда се прво гази тако да се исцеди сок а доцније се љуска дели од течности (Љуска може да се искористи за прављење ракије или сл.). Течност - "мошт" (која је већим постотком шећер) се оставља у буради где на одређеној температури уз дејствовање квашћевих гљивица ферментује (догађа се алкохолно врење или ферментација). Тако се шећер претвара у алкохол и течност постаје вино. Напомена: Неколико седмица пре процеса траје период каренце. У том се периоду грожђе не сме да се прска отровима јер би на тај начин доспели у вино.

Продукција

Циглеров и оксо процеси

У Циглеровом процесу, линеарни алкохоли се производе из етилена и триетилалуминијума, чему следе оксидација и хидролиза. Идеализована синтеза 1-октанола је:

Ал(C₂Х₅)₃ + 9 C₂Х₄ → Ал(C₈Х₁₇)₃

Ал(C₈Х₁₇)₃ + 3 О + 3 Х₂О → 3 ХОЦ₈Х₁₇ + Ал(ОХ)₃

Процес генерише опсег алкохола који се раздвајају дестилацијом.

Многи виши алкохоли се производе путем хидроформилације алкена, чему следи хидрогенација. Кад се процес примени на терминалне алкене, као што је то најчешће случај, типично се добија линеарни алкохол:

РЦХ=ЦХ₂ + Х₂ + ЦО → РЦХ₂ЦХ₂ЦХО

РЦХ₂ЦХ₂ЦХО + 3 Х₂ → РЦХ₂ЦХ₂ЦХ₂ОХ

Такви процеси производе масне алкохоле, који су корисни при формирању детерџената.

Хидрационе реакције

Индустријски важни алкохоли ниске молекулске тежине се производе адицијом воде у алкене. Етанол, изопропанол, 2-бутанол, и терт-бутанол се производе овом општом методом. Користе се два приступа: директни и индиректни методи. Директни метод избегава формирање стабилних интермедијера, типично користећи киселе катализаторе. У индиректном методу, алкен се конвертује до сулфатног естра, који се субсеквентно хидролизује. Директна хидрација користи етилен (етиленска хидрација) или друге алкене из фракција крековања дестиловане сирове нафте.

Хидрација се такође индустријски користи у продукцији диола етилен гликола из етилен оксида.

Биолошки приступи

Етанол се добија ферментацијом глукозе произведене хидролизом скроба, у присуству квасца на температури испод 37 °Ц. На пример, такав проце се може одвијати путем конверзије сахарозе ензимом инвертаза до глукозе и фруктозе, и затим конверзијом глукозе ензимом зимаза до етанола (и угљен диоксида).

Неколико бенигних типова бактерија у интерстиналном тракту користи ферментацију као облик анаеробног метаболизма. Ова метаболичка реакција производи етанол као нуспроизвод, као што и аеробна респирација производи угљен диоксид и воду. Стога, људска тела садрже извесну количину алкохола који ендогено производе ове бактерије. У ретким случајевима, то може да буде довољно да узрокује "синдром ауто-врења" услед кога се производе интоксинирајуће количине алкохола.

Лабораторијска синтеза

Постоји неколико метода за лабораторијску припрему алкохола.

Супституција

Примарни алкил халиди реагују са воденим раствором НаОХ или КОХ углавном као примарни акохоли у нуклеофилној алифатичној супституцији. (Секундарни и посебно терцијарни алкил халиди уместо тога производе елиминационе (алкенске) продукте). Грињарови реагенси реагују са карбонил групама до секундарних и терцијарних алкохола. Сродне реакције су Барбиерова реакција и Нозаки-Хијамина реакција.

Редукција

Алдехиди или кетони се редукују са натријум борохидридом или литијум алуминијум хидридом (након киселинске припреме). Редукција се може обавити алуминијумизопропилатима у Меерwеин-Понндорф-Верлеy редукцији. Нојоријева асиметрична хидрогенација је асиметрична редукција β-кето-естера.

Хидролиза

Алкени учествују у киселином катализованој реакцији хидратације користећи концентровану сумпорну киселину као катализатор, која обично даје секундарне или терцијарне алкохоле. Хидроборација-оксидација и оксимеркурација-редукција алкена су поузданији процеси органске синтезе. Алкени реагују са НБС и водом у реакцији формирања халохидрина. Амини се могу конвертовати до диазонијум соли, које се затим хидролизују.

Формирање секундарног алкохола путем редукције и хидрације:

Реакције

Депротонација

Алкохоли се могу понашати као слабе киселине, при чему подлежу депротонацији. Реакција депротонације којом се производе алкоксидне соли се изводи било са јаком базом, као што је натријум хидрат или н-бутиллитијум, или са металом натријум или калијум.

2 Р-ОХ + 2 НаХ → 2 Р-О⁻На⁺ + 2Х₂↑

2 Р-ОХ + 2 На → 2 Р-О⁻На⁺ + Х₂

2 ЦХ₃ЦХ₂-ОХ + 2 На → 2 ЦХ₃-ЦХ₂-О⁻На⁺ + Х₂↑

Вода има сличну пК_а вредност са многим алкохолима, тако да се са натријум хидроксидом остварује равнотежа, која је обично померена на лево:

Р-ОХ + НаОХ ⇌ Р-О⁻На⁺ + Х₂О

Потребно је напоменути да су базе које се користе за депротонацију алкохола јаке. Те базе и формирани алкоксиди су веома сензитивни на влагу.

На киселост алкохола такође утиче свеукупна стабилност алкоксидног јона. Електрон-одвлачеће групе везане за угљеник који садржи хидроксилну групу стабилизују формирани алкоксид, што доводи до повећане киселости. С друге стране, присуство електрон-донирајуће групе доводи до формирања мање стабилног алкоксидног јона. То ће резултирати у сценарију где формирани нестабилни алкоксидни јон тежи да прими протон и да се претвори у оригинални алкохол.

Са алкил халидима алкоксиди формирају етре путем Вилијамсонове етарске синтезе.

Нуклеофилна супституција

ОХ група није добра одлазећа група у реакцијама нуклеофилне супституције, тако да неутрални алкохоли не реагују у таквим реакцијама. Међутим, ако се кисеоник прво протонира и формира Р−ОХ₂⁺, одлазећа група (вода) је далеко стабилнија, и нуклеофилна супституција се може одвијати. На пример, терцијарни алкохоли реагују са хлороводоничном киселином и производе терцијарне алкил халиде, при чему се хидроксилна група замењује атомом хлора путем унимолекуларне нуклеофилне супституције. Да би примарни и секундарни алкохоли реаговали са хлороводоничном киселином, потребан је активатор као што је цинк хлорид. Алтернативно, конверзија се може извршити директно користећи тионил хлорид.

Слично томе, алкохоли се могу конвертовати у алкил бромиде користећи бромоводоничну киселину или фосфор трибромид, на пример:

3 Р-ОХ + ПБр₃ → 3 РБр + Х₃ПО₃

У Бартон-Макомбијевој деоксигенацији алкохол се деоксигенише до алкана са трибутилкалај хидридом или комплексом триметилборан-воде у реакцији супституције радикала.

Дехидрација

Сами алкохоли су нуклеофилни, тако да Р−ОХ₂⁺ може да реагује РОХ и да произведе етре и воду у реакцији дехидрације, мада се та реакција ретко користи изузев у производњи диетил етра.

Кориснија је Е1 елиминациона реакција алкохола којом се производе алкени. Реакција генерално подлеже Зајцевљевом правилу, по коме се најстабилнији (обично у највећој мери супституисани) алкен формира. Терцијарни алкохоли лако врше елиминију на температурама непосредно изнад собне, док су примарним алкохолима неопходне више температуре.

Ово је дијаграм киселином катализоване дехидрације етанола којом се производи етен:

Боље контролисана реакција елиминације је Чугајева елиминација са угљен дисулфидом и јодометаном.

Естерификација

Естар се формира из алкохола и карбоксилне киселине применом Фишерове естерификације. Она се обично изводи путем рефлуксирања са концентрованом сумпорном киселином као катализатором:

Р-ОХ + Р'-ЦООХ → Р'-ЦООР + Х₂О

Да би се равнотежа померила на десно и произвели добри приноси естра, вода се обично уклања, било путем вишка Х₂СО₄ или користећи Деан-Старков апарат. Естри се такође могу припремити реакцијом алкохола са киселим хлоридима у присуству базе као што је пиридин.

Други типови естара се припремају на сличан начин – на пример, тозил (тозилатни) естри се формирају реакцијом алкохола са п-толуенсулфонил хлоридом у пиридину.

Оксидација

Примарни алкохоли (Р-ЦХ₂-ОХ) се могу оксидовати било до алдехида (Р-ЦХО) или до карбоксилних киселина (Р-ЦО₂Х), док се оксидација секундарних алкохола (Р¹Р²ЦХ-ОХ) нормално завршава на кетонима (Р¹Р²C=О). Терцијарни алкохоли (Р¹Р²Р³C-ОХ) су отпорни на оксидацију.

Директна оксидација примарних алкохола до карбоксилних киселина се нормално одвија путем кореспондирајућих алдехида, који се трансформишу преко алдехидног хидрата (Р-ЦХ(ОХ)₂) реакцијом са водом, пре даље оксидације до карбоксилне киселине.

Механизам оксидације примарних алкохола до карбоксилних киселина преко алдехида и алдехидних хидрата

Реагенси који су корисни при трансформацији примарних алкохола до алдехида су нормално подесни и за оксидацију секундарних алкохола до кетона. То су Колинсов реагенс и Дес–Мартинов перјодинан. Директна оксидација примарних алкохола до карбоксилних киселина се може одвијати користећи калијум перманганат или Џонсов реагенс.

Повезано

• Алкохолизам
• 2-Метил-2-бутанол
• Алдол
• Енол
• Етанолна горива
• Масни алкохол
• Фенол
• Полиол
• Етанол
• Шећерни алкохол
• Естерификација
• Трансестерификација

Литература

• Метцалф, Аллан А. (1999). Тхе Wорлд ин Со Манy Wордс. Хоугхтон Миффлин. ИСБН 0-395-95920-9. 
• Едитед бy Схеллеy Минтеер, ур. (2006). Алцохолиц Фуелс. Боца Ратон: ЦРЦ Пресс / Таyлор & Францис. ИСБН 978-0-8493-3944-8. 
• Волуме Едитор: Проф. Јонатхан Цлаyден, ур. (2008). Алцохолс. Цатегорy 5: Цомпоундс wитх Оне Царбон-Хетероатом Бондс. Георг Тхиеме Верлаг. ИСБН 978-1-588-90527-7. 
• Едитор: Рицхард Г. Херман, ур. (1984). Цаталyтиц Цонверсионс оф Сyнтхесис Гас анд Алцохолс то Цхемицалс. Америцан Цхемицал Социетy, Миддле Атлантиц Регионал Меетинг. Пленум Пресс. ИСБН 0-30-641614-X. 
• Меллан I. (1962). Полyхyдриц Алцохолс. 
• Моницк Ј. А. (1968). Алцохолс: Тхеир Цхемистрy, Пропертиес, анд Мануфацтуре. Реинхолд. ИСБН 0-442-15601-4. 
• Едитор: Едwард Ј. Wицксон, ур. (1981). Монохyдриц Алцохолс: Мануфацтуре, Апплицатионс, анд Цхемистрy: басед он а сyмпосиум. АЦС сyмпосиум сериес (волуме 159). Америцан Цхемицал Социетy. ИСБН 0-841-20637-6. 
• Отера Ј., Нисхикидо Ј. (2010). Естерифицатион: Метходс, Реацтионс, анд Апплицатионс. Wеинхеим: Wилеy-ВЦХ. ИСБН 978-3-527-32289-3. 
• Тојо Г., Фернáндез M. (2006). Оxидатион оф Алцохолс то Алдехyдес анд Кетонес. Неw Yорк: Спрингер. ИСБН 0-387-23607-4. 
• Wеиссермел К., Арпе Х-Ј. (2003). Индустриал органиц цхемистрy. Wеинхеим: Wилеy-ВЦХ. стр. 193—266. ИСБН 978-3-527-30578-0. 
• Под редакцией С. М. Локтева, ур. (1970). Высшие жирные спирты (области применения, методы производства, физико-химические свойства). М.: «Химия». стр. 329. 
• Курц А. Л., Брусова Г. П., Демьянович В. М.. „Одно- и двухатомные спирты, простые эфиры и их сернистые аналоги”. Учебные материалы. Органическая химия. ЦхемНет. Химический факультет МГУ. Архивирано из оригинала на датум 2011-08-21. Приступљено 2010-07-10. 
• Маркизова Н. Ф., Гребенюк А. Н., Башарин В. А., Бонитенко Е. Ю. (2004). Спирты. Токсикология для врачей. СПб.: «Фолиант». стр. 112. ИСБН 5-93929-089-2. 
• Реутов О. А., Курц А. Л., Бутин К. П. (2010). Органическая химия. 2 (3-е изд. изд.). М: Бином. Лаборатория знаний. ИСБН 978-5-94774-614-9. 
• „Спирты”. Энциклопедия по охране и безопасности труда. Том IV. Раздел XVIII. Справочники. Обзор химических соединений. Институт промышленной безопасности, охраны труда и социального партнерства. Архивирано из оригинала на датум 2016-03-04. Приступљено 2010-12-27. 

Вањске везе

Алкохоли на Wикимедијиној остави

• Алцохол (Етханол) ат Тхе Периодиц Табле оф Видеос (Университy оф Ноттингхам)
• Митсцхнитте вон Ворлесунген дер Университäт Тüбинген, Еxперименталцхемие II, Органисцхе Цхемие. Архивирано 2013-04-14 на Wаyбацк Мацхине-у
• Сцхулверсуцхе зум Тхема Алкохоле
• „Спирты. Фенолы”. Органическая химия. Видеоопыты. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов. Архивирано из оригинала на датум 2013-07-31. Приступљено 2010-07-06.