ALCOOLI Alcoolii îi putem considera ca: -Derivând de la o hidrocarbură prin înlocuirea unui atom de hidrogen cu grupa oxidril(-OH); oxidril( -OH); -Derivand de la apă prin înlocuirea unui atom de hidrogen cu un radical organic alifatic; 1) Structură: Prezenţa atomului de oxigen (puternic electronegativ) determină o polaritate a moleculei. Cele două legături sigma (eterogene) sunt polare şi formează între ele un unghi de 110°. Consecinţe: -alcoolii sunt mai reactivi decât hidrocarburile corespunzătoare; -alcoolii au caracter caracter slab acid, proprietatea pe care o au şi moleculele de apă.
2) Nomenclatură: Nr. De atomi “C” 1 2 3 4 . . . 7
Formulă
Denumire după IUPAC
CH3-OH CH3-CH2-OH CH3-CH2-CH2-OH CH3-CH2-CH2- CH2-OH . . . C6H5-CH2-OH
Metanol Etanol Propanol Butanol . . . fenilmetanol
După IUPAC alcoolii se denumesc indicând: -poziţia grupei –OH la catenă -denumirea hidrocarburii la care se adaugă sufixul ol uzual; -prefixul alcool. -denumirea radicalului urmat de sufixul ic.
3) Clasificarea alcoolilor: După natura radicalului -saturați
CH3-CH2-CH2-OH
alcool propilic
-nesaturați
CH2=CH-CH2-OH
alcool alilic
-aromatici
C6H5-CH2-OH
alcool benzilic
Denumire nesistematică (uzuală) Alcool etilic Alcool propilic Alcool butilic . . . Alcool benzilic
După numărul grupelor –O -monohidroxilici (monooli)
CH3-OH
-polihidroxilici(polioli)
metanol
CH2-CH-CH3 OH OH
După natura atomului de C de care se leagă grupa –OH -primari
CH3-CH2-CH2-CH2-OH
-secundari CH3-CH-CH2-CH3
alcool n-butilic alcool sec-butilic
OH CH3 -terțiari
CH3-C-OH
alcool terț-butilic
CH3
4) Izomeria alcoolilor: a) Izomerie de catenă au toți alcoolii care conțin cel puțin patru atomi de carbon; ei se deosebesc, în general, prin proprietăți fizice. CH3-CH2-CH2-CH2-OH
n-butanol p.f=117,7°C
CH3-CH-CH2-OH
2-metilpropanol (izobutanol) p.f=99,5°C
C4H10O
CH3 b) Izomerii de poziție au alcoolii cu catena formată din minimum 3 atomi de carbon: 1-propanol
2-propanol
c) Izomerie de funcțiune cu eterii prezintă alcoolii care au minimum doi atomi de carbon: CH3-CH2-OH
alcool
CH3-O-CH3
eter
Izomerii de funcțiune aparțin la clase diferite de substanțe și au proprietăți fizice și chimice complet diferite. 5) Proprietăți fizice: Unele constante și proprietăți fizice ale alcoolilor sunt trecute în tabelul următor; deduceți elementele structurale care măresc punctele de fierbere. Alcoolul CH3-OH Metanol C2H5-OH Etanol C10H21-OH Decanol C2H4(OH)2 Glicol C3H5(OH)3 glicerol
Stare de agregare
P.F. °C
Gust
Solubilitate în apă
Lichid
64,72
Arzător
Solubil
Lichid
78,32
Arzător
Solubil
Solid
231,00
Neplăcut
Insolubil
Lichid
197,50
Dulceag
Ușor solubil
Lichid
290,00
dulce
Ușor solubil
Solubilitatea alcoolilor în apă scade odată cu creșterea catenei și crește cu numărul grupelor –OH. Punctele de fierbere ale alcoolilor anormal de ridicate comparativ cu cele ale hidrocarburilor și a altor funcțiuni organice ce explică prin existentța legăturilor de hidrogen dintre moleculele alcoolului; aceste legături necesită energie termică suplimentară pentru ruperea lor. Alcoolii sunt buni solvenți pentru substanțe cu molecule nepolare(Br2,I2) și pentru substanțe organice(fenoli, lacuri etc.). 6) Acțiune fiziologică: Metanolul este foarte toxic pentru organismul uman; în cantități mici produce orbirea și în cantități mari determină moartea organismului. Spirtul denaturat conține pe lângă alcool etilic brut și alcool metilic; pentru a preîntampina otrăvirile, spirtul denaturat se comercializează în amestec cu substanțe ce-i dau culoare și miros (de avertizare). Etanolul în cantități mici are efect stimulator (excitant) asupra sistemului nervos, ceea ce îl face utilizabil la obținerea băuturilor alcoolice. În doze mari și repetate este toxic, provocând afecțiuni hepatice (ciroze), gastrice(ulcere),neurocerebrale (pierderea memoriei, halucinații, putând ajunge la anestezie generală, comă și moarte). Organizația Mondială a Sănătății clasează alcoolul etilic în rândul drogurilor. Consumul zilnic de 40-50 ml. alcool etilic, determină deăendență boală numită alcoolism. Consumul de alcool are efecte nefaste asupra familiei, ducând la acte de agresiune, omoruri, sinucideri, ca și la accidente de circulație etc. Glicerolul are acțiunea emolientă asupra pielii. Propanolul provoacă fenomenul de transpirație și determină scăderea febrei în cazul gripei și a răcelii. Dintre poliolii cei mai răspândiți în natură sunt: hexitolii; unul intre izomerii hexitolului se numește sorbitol sau sorbită. Sintetic sorbitolul se obține prin reacția glucozei cu hidrogenul (t°C și Ni catalizator ). În natură se găsețte în scornișorul de munte, în pere, cireșe etc. În medicină, scorbitolul se recomandă ca zahăr pentru diabetici sub denumirea de sionană. Din sorbitol se obține prin sinteză organică, în mai multe etape, vitamina C, cunoscută în chimie sub denumirea de acid ascorbic. Necesarul zilnic de vitamina C pentru un adulp este de 1mg/kg corp. Vitamina C se recomandă pentru tratamentul scorbutului, care se manifestă prin sângerarea gingiilor, anemie, stenie, dureri articulare etc.
7)Proprietăți chimice: Comportarea chimică a alcoolilor este determinată de prezența grupei hidroxil(-OH); reactivitatea alcoolilor este mai mare la termenii inferiori decât la cei superiori. 1) Aciditatea alcoolilor: Se iau 2 cristalizatoare, unul cu apă și unul cu alcool etilic; se adaugă în fiecare (cu precauție) câte o bucățică de sodiu. După reacție, cu pipeta, se procură fenolftaleină în cele 2 cristalizatoare. Observații în experiment: -degajarea unui gaz în ambele cazuri: gazul din cristalizorul I arde de la sine, gazul din cristalizorul II arde dacă este aprins;
-fenolftaleina își schimbă culoarea în roșu-carmin în cristalizorul cu apă și rămâne incoloră în cel care a avut alcool; -dacă se adaugă apă în cristalizorul II soluția devine roșie.
Concluzii: -
Atât alcoolii cât și apa reacționează cu sodiu metalic (metal alcalin) cu degajare de hidrogen; au caracter acid; Apa reacționează cu sodiu mai energic deât alcoolul, deci apa are aciditate mai mare; Alcoolii formează cu metalele alcaline compuși care hidrolizează în prezența apei și dau soluții bazice. Ecuația generală a unui alcool cu metalele alcaline se reprezintă: 2R-OH+2Me 2R-O-Me++H2
2) Reacția de dehidratare: a) Dehidratare intramoleculară(în interiorul moleculei) a alcoolilor, la cald și în prezență de acid sulfuric concentrat, are ca urmare formarea de alchene. În cazul dehidratării interne, apa eliminată provine majoritar din grupa hidroxil și hidrogenul de la atomul de carbon vecin, cel mai substituit (regula lui Zaițev). Eliminarea apei are loc cel mai ușor la alcoolii terțiari și cel mai greu la cei primari. b) Dehidratarea intermoleculară are loc la temperaturi mai joase și în prezența unor cantități mici de acid sulfuric, rezultă derivați funcționali ai alcoolilor numiți eteri.
3) Reacția alcoolilor cu acizii: a) Reacția cu acizii minerali oxigenați(), alcoolii formează esteri anorganici. În cazul unui polialcool, esterificarea se face la toate grupele hidroxil. De exemplu, în reacția glicerolului cu acid azotic rezultă un triester: Trinitratul de glicerol(numit în tehnică nitroglicerină) este un lichid uleios care explodează prin simpla lovire. Se folosește la fabricarea dinamiteri (kieselgur îmbibat cu acest ester). Explozia dinamitei se explică prin volumul mare de gaze care rezultă la descompunerea trinitratului de glicerol: Pe lângă fabricarea armamentelor, dinamita are aplicații la lucrări miniere, săpări de tuneluri, dislocări de roci etc. b) Reacția alcoolilor cu acizii organici. Interpretarea experimentului: Alcoolii reacționează cu acizii organici și dau produși cu miros plăcut; aceștia sunt esteri organici. Ecuația reacției din experiment este: Reacția de esterificare dintre un acid și un alcool este o reacție reversibilă: Studiindu-se din punct de vedere energetic și cinetic această reacție, s-a constatat că: -reacția este endotermă; -reacția este lentă; pentru mărirea vitezei se folosesc temperaturi ridicate și catalizatori(); - În anumite condiții se stabilește un echilibru.
4) Oxidarea alcoolilor: a) Reacția de combustie: Toți alcoolii dau reacții de combustie (ardere) cu formare de dioxid de carbon și apă; aceste reacții sunt puternic exoterme. Deoarece alcoolii au putere calorică mare și dau prin ardere produși nepoluanți, se prevede în viitor ca ei să înlocuiască combustibilii actuali, obținuți din cărbune și petrol. Prețul ridicat al proceselor de obținere împiedică folosirea în prezent a alcoolilor drept combustibili, la scară largă. b) Oxidarea catalitică a alcoolilor: Încălziți până la incandescență o sârmă de cupru în formă de spirală și indtroduceți-o într-o eprubetă care conține 2-3 ml metanol. Repetați de câteva ori procesul. Prin încălzire puternică a sârmei, cupru a trecut în oxid de cupru(negru); oxidul de cupru format a oxidat metanolul la o aldehidă(metanal sau aldehidă formică), care are miros înțepător, sufocant. Reacțiile care au avut loc în experiment: Cuprul poate avea rol și de catalizator, dar la temperaturi de 300°C, în absența oxigenului(dehidrogenare). c) Oxidarea alcoolilor cu agenți oxidanți: În lecțiile anterioare ați întâlnit agenți chimici care au acțiune oxidantă față de hidrocarburile nesaturate: K2Cr2O7,KmNo4; ei pun în libertate (în anumite medii de reacție) oxigen atomic. În mediu acid, atât dicromatul de potasiu, cât și permanganatul de potasiu oxidează alcoolii la compuși mai bogați în oxigen. Schimbarea de culoare are loc în reacția alcoolului etilic cu soluția acidă de dicromat stă la baza confecționării fiolei de alcootest (etilometru) cu care se determină alcoolemia la conducătorii auto. Alcoolii terțiari nu se oxidează(rezistență la acțiunea K2Cr2O7). Alcoolii primari prin oxidare cu KMnO4/H+ trec în acizi; alcoolii secundari și terțiari sunt oxidați degradativ (cu ruperea catenei) obținându-se acizi cu număr mai mic de atomi de carbon decât alcoolul. d) Oxidarea fermentativă(enzimatică): Oxidarea fermentativă are loc în prezența oxigenului molecular din aer datorită unor enzime care sunt catalizatori biochimici (biocatalizatori). Alcoolul etilic din vin este oxidat la acid acetic datorită unei enzime – bacterium aceti:
