Alkohol

V chemii, alkohol je nějaká organická sloučenina ve kterém skupina hydroxyl (- Oh) je zavázán atomu uhlíku alkyl nebo substituted alkyl skupinu. Obecný vzorec pro jednoduchý acyclic alkohol je C_nH_{2n + 1}Oh.

Ve veřejném zvyku, alkohol odkazuje téměř vždy k ethylalkoholu, také známý jak obilný alkohol, bezbarvá, nestálá kapalina se silným pachem vytvořeným fermentací cukrů. To také často se odkazuje na nějaký nápoj, který obsahuje ethylalkohol (vidět alkoholické pití). Tento smysl underlies alkoholismus termínu (závislost na alkoholu). Jako droga, ethylalkohol je znán mít deprimující efekt, který se sníží odezvy centrální nervové soustavy (vidí účinky alkoholu na těle). Jiné formy alkoholu jsou obvykle popisovány s objasňovat adjektivum, jak v alkohol isopropyl nebo příponou - ol, jak v isopropanol.

Struktura

Funkční skupina alkoholu je skupina hydroxyl spojená k sp? křížil uhlík. To může proto být považováno za derivát vody, se skupinou alkyl nahrazovat jeden z hydrogens. Jestliže aryl skupina je dar poněkud než alkyl, směs je obecně nazvaná phenol spíše než alkohol. Také, jestliže hydroxyl skupina je spojena k jednomu z sp? křížené uhlíky alkenyl se seskupí, směs je odkazoval se na jako enol. Kyslík v alkoholu má svazkové hledisko asi 109 ° (c.f. 104.5 ° ve vodě), a dvě nonbonded dvojice elektronů. O-H svazek v methanolu (CH₃Oh) je kolem 96 picometres dlouho.

Primary, secondary, and tertiary alcohols

Tam jsou tři hlavní podmnožiny alkoholů - ' primární volby ' (1 °), ' druhotný ' (2 °) a ' terciální ' (3 °), založený na množství uhlíků C-Oh uhlík (ukazovaný v červené) je spojen k. Methanol je nejjednodušší ' primární volby ' alkohol. Nejjednodušší sekundární alkohol je isopropanol (propan-2-ol), a jednoduchý terciální alkohol je tert- butanol (2-methylpropan-2-ol).

Phenols se směsí rodiče phenol mít hydroxyl skupinu (spojenou s benzenovým jádrem) jen mít rád alkoholy ale se lišit dostatečně ve vlastnostech ospravedlnit oddělenou léčbu.

Methanol a ethylalkohol

Nejjednodušší a většina běžně používaných alkoholů je methanol a ethylalkohol (běžná jména methyl alkohol a alkohol ethyl, příslušně), který struktury se ukázaly nahoře.

Methanol byl dříve dostán destilací dřeva, a byl volán “dřevný alkohol.” To je nyní levný druh zboží, chemikálie produkovala reakcí vysokého tlaku uhlíku monoxide s vodíkem. V běžném zvyku, “alkohol” často odkazuje jednoduše k ethylalkoholu nebo “obilný alkohol.” Methylated duši (“Meths”), také volal “čisté lihy,” je forma ethylalkoholu poskytnuté undrinkable přidáním methanolu. Až na jeho hlavní použití v alkoholických nápojích, ethylalkohol je také používán (ačkoli velmi kontrolovaný) jako technické rozpouštědlo a surový materiál.

Použití

Alkoholy jsou v širokém použití v průmyslu a vědě jako činidla, rozpouštědla a paliva. Ethylalkohol a methanol mohou být předstíral, že hoří více čistě než benzín nebo nafta. Protože jeho nízké jedovatosti a schopnost rozpustit nepolární látky, ethylalkohol je často používán jako rozpouštědlo v lékařských drogách, parfémy a zeleninové esence takový jako vanilka. V organické syntéze, alkoholy často slouží jako všestranný intermediates. V kuchyni, alkoholické nápoje jsou přidány k mísám ne jediný pro jejich vlastní příchuti, ale protože alkohol se rozpustí směsi příchuti, které vlhnou nemohou.

Ethylalkohol je běžně používaný v nápojích podporovat příchuť, redukovat sociální zábrany, nebo přimět euforickou opilost obyčejně známou jako “opilost” nebo “být pit.” Spotřeba ethylalkoholu je nezákonná v některých zemích, hlavně islámský.

Alkohol je droga, s potenciálem pro nadměrnou dávku nebo jedovatou otravou jestliže přijatá nadměrná množství. Alkoholismus, fyziologická nebo psychologická závislost na alkoholu, je jeden z nejvíce obyčejných drogových závislostí (kofein způsobí závislost na chemikáliích, ale ne duševní touha známá jako sklon) na světě. Použití tohoto termínu bylo hotly debatoval v uplynulých letech, kvůli vysoce účinným alkoholovým zotavovacím programům, které nezvažují to nebo neberou to jako nemoc. Na zastavení nebo poklesu použití, fyziologická závislost může vést k fyzickým abstinenčním příznakům, takový jako nesoustředěnost, spaní potíže, “otřesy,” nebo vyrovnat smrt. Pro plný článek na toto téma vidět účinky alkoholu na těle.

Ethylalkohol k spotřebě byl regulovaný daňovým systémem. Ti kdo vyrábět to pro jiné účely často vyhnout se těmto nákladům “denaturováním” to ve způsobu, který vyjádří to nevhodný pro pití. Obyčejný způsob, jak dělat toto je přidáním benzoate denatonium. “SD-40” a “SD alkohol” někdy následoval “40-B” být označení, která byla založena sjednoceným státním výborem alkoholu, tabák a střelné zbraně pro tuto formulaci.

žzčžtuhjrčuječsujhsrbj vctžčuájtfdržčýtřerf

Mnoho alkoholů může být vytvořeno fermentací plodů nebo zrny s kvasnicí, ale jen ethylalkohol je komerčně produkoval tuto cestu — především pro palivo a nápoj. Ostatní alkoholy jsou obecně produkovány syntetickými cestami od zemního plynu, ropy nebo akcií podávání uhlí; například, přes kyselou catalyzed hydrataci alkenes. Pro více detaily vidí Preparation alkoholů.

Nomenklaturie

Systematická jména

V IUPAC systému, jméno alkane řetězu ztratí terminál “e” a přidá “ol”, např. “methanol” a “ethylalkohol”. Když nutný, pozice hydroxyl skupiny je ukázána číslem mezi alkane jménem a “ol”: propan-1-ol pro CH₃CH₂CH₂Oh, propan-2-ol pro CH₃CH (Oh) CH₃. Někdy, číslo pozice je psáno před IUPAC jménem: 1-propanol a 2-propanol. Jestliže vyšší prioritní skupina je dar (takový jako aldehyde, ketone nebo karboxylová kyselina), pak to je nutné používat předponu “hydroxy”, například: 1-hydroxy-2-propanone (CH₃COCH₂Oh).

Některé příklady jednoduchých alkoholů a jak jmenovat je:

Společné názvy pro alkoholy obvykle vezmou si jméno odpovídající alkyl skupiny a přidají slovo “alkohol”, např. alkohol methyl, alkohol ethyl nebo tert- alkohol butyl. Propyl alkohol může být n- propyl alkohol nebo alkohol isopropyl spoléhat se na zda hydroxyl skupina je spojena k 1. nebo 2. uhlík na propanovém řetězu. Isopropyl alkohol je také občas nazvaný sec- alkohol propyl.

Jak zmínil se o nahoře alkoholy jsou klasifikované jako primární volby (1 °), druhotný (2 °) nebo terciální (3 °), a společné názvy často ukážou toto v alkyl skupinové předponě. Například (CH₃)₃COH je terciální alkohol je obyčejně známý jak tert- alkohol butyl. Toto bylo by pojmenované 2-methylpropan-2-ol pod IUPAC pravidly, ukazovat propanový řetěz s methyl a skupinami hydroxyl oba se vázali ke středu (# 2) uhlík.

Alkohol se dvěma hydroxyl skupinami je obyčejně nazýván “glycol”, např. Ho-CH₂- CH₂- Oh ethylene glycol. IUPAC jméno je ethane-1, 2-diol, “diol” ukazovat dvě hydroxyl skupiny, a 1, 2 ukazovat jejich pozice propojení. Geminal glycols (se dvěma hydroxyls na stejném atomu uhlíku), takový jak ethane-1, 1-diol, být obecně nestálý. Pro tři nebo čtyři skupiny, “triol” a “tetraol” jsou používáni.

Etymologie

Slovo “alkohol” téměř jistě přijde z arabského jazyka (“al -” předpona být arabský určitý člen); nicméně, přesný původ je nejasný. To bylo představeno do Evropy, spolu s uměním destilace a substance sám, kolem 12. století různými evropskými autory, kteří překládali a propagovali objevy islámských alchymistů.

Populární teorie, nalezený v mnoha slovníkách, je že to přijde z الكحل = ALKHL = al-kuhul, původně jméno velmi jemně pudroval sirník antimonu Sb₂S₃ použitý jako dezinfekce a štěteček na obočí. Prach je připraven sublimací přirozeného nerostu stibnite v uzavřené lodi. Podle této teorie, význam alkuhul odkázaný byli nejprve se rozšířil do destilovaných substancí oběcně, a pak se zužoval k ethylalkoholu. Toto se domýšlelo etymologie obíhala v Anglii protože 1672 přinejmenším (OED).

Nicméně, tento původ je podezřívavý od aktuálního arabského jména pro alkohol, الكحول = ALKHWL = al???, nepochází z al-kuhul. Qur'an v poezii 37:47 používá slovo الغول = ALGhWL = al-ghawl — vhodně znamenat “ducha” (“duchovní bytost”) nebo “démon” — se smyslem “věc, která dá vínu jeho headiness”. Slovo al-ghawl také vytvořil angličtinu formulovat “vlkodlaka” a jméno hvězdy Algol. Tento původ odkázaný, samozřejmě, být shodný s použitím “ducha” nebo “ducha vína” jak synonymní “alkoholu” ve většině západních jazycích. (Incidentally, etymologie “alkohol” = “ďábel” byl použit ve třicátých létech americkým střídmostním hnutím za propagandistické účely.)

Podle druhé teorie, populární etymologie a hláskování “alkohol” by nebyl kvůli zevšeobecňování významu ALKHL, ale poněkud k západním alchymistům a autorům plést dvě slova ALKHL a ALGhWL, který opravdu byli přepsaní v mnoho různý a přečnívat cesty.

Lékařská prohlídka a chemické vlastnosti

Hydroxyl skupina obecně vyrábí alkohol molekula polar. Ty skupiny mohou tvořit vodíkové vazby k jednomu jiný a k ostatním sloučeninám. Dva nepřátelský trendy rozpustnosti v alkoholech jsou: tendence polar Oh podporovat rozpustnost ve vodě, a uhlíkového řetězu se bránit tomu. Tak, methanol, ethylalkohol a propanol jsou mísitelní ve vodě, protože skupina hydroxyl vyhraje přes krátký uhlíkový řetěz. Butanol, s čtyři-uhlíkový řetěz, je mírně rozpustný protože rovnováhy mezi dvěma trendy. Alkoholy pět nebo více uhlíků (Pentanol a vyšší) být účinně neřešitelný protože uhlovodíku řetěz má převahu.

Protože propojení vodíku, alkoholy inklinují mít vyšší body varu než srovnatelné uhlovodíky a ethers. Všechny jednoduché alkoholy jsou mísitelné v organických rozpouštědlech. Toto propojení vodíku znamená, že alkoholy mohou být používány jako rozpouštědla protic.

Osamocené páry elektronů na kyslíku hydroxyl skupina také vyrábí alkoholy nucleophiles.

Alkoholy, jako voda, může přehlídka jeden kyselé nebo základní vlastnosti u O-H skupina. S pK_a kolem 16-19 oni jsou obecně lehce slabší kyseliny než voda, ale oni jsou ještě schopní reagovat se silnými základy takový jako sodík hydride nebo reaktivní kovy takový jako sodík. Soli, které vyplývají jsou volány alkoxides, s obecnou rovnicí Ro^- M⁺.

Zatím atom kyslíku má osamocené páry elektronů nonbonded, které skýtají to slabě alkalický v přítomnosti silných kyselin taková jak sulfuric kyselina. Například, s methanolem:

Alkoholy mohou také podstoupit oxidaci dávat aldehydes, ketones nebo karboxylové kyseliny, nebo oni mohou být dehydratováni k alkenes. Oni mohou reagovat na formu ester smíchá a oni mohou (jestliže aktivovaný nejprve) podstoupit nucleophilic substituční reakce. Pro více detaily vidí reakce sekce alkoholů dole.

Toxicita

Alkoholy často vydávají zápach popsal jak ' řezavý ' to ' visí je v nosních dírkách. Ethylalkohol ve formě alkoholických pití byl spotřebovaný lidmi od pre-historická doba, pro rozmanitost hygienický, dietní, léčivý, náboženský, a rekreační důvody. Zatímco řídká spotřeba ethylalkoholu v malých množstvích může být neškodná nebo dokonce prospěšné, větší dávky vyústí ve stát známý jako opilost nebo opilost a, se spoléhat na dávku a pravidelnost použití, moci způsobit akutní dýchací poruchu nebo smrt a s chronické použití má lékařský repercussions.

Ostatní alkoholy jsou podstatně otravnější než ethylalkohol, částečně protože oni berou hodně déle být metabolizován, a často jejich metabolismus produkuje dokonce více jedovatých látek. Methanol, nebo dřevný alkohol, například, oxiduje alkohol dehydrogenase enzymy v játrech k jedovatému formaldehyde, který může způsobit slepotu nebo smrt.

Efektivní léčba předejít formaldehyde jedovatost po přijímání methanolu má poskytnout ethylalkohol. Toto bude vázat k alkoholu dehydrogenase, bránit methanolu ve vázání a tak se chovat jako substrát. Nějaké formaldehyde budou konvertoval ke kyselině mravenčí a vylučoval předtím to způsobí škodu.

Příprava alkoholů

Laboratoř

Několik metod existuje pro přípravu alkoholů v laboratoři.

• Primární volby alkyl halides reagují s vodný NaOH nebo Koh hlavně k primárním alkoholům v nucleophilic aliphatic náhradě. (Druhotný a obzvláště terciální alkyl halides dají eliminaci (alkene) produkt místo toho).
• Aldehydes nebo ketones jsou redukovány s borohydride sodíku nebo hliníkem lithia hydride. (po kyselém workup)
• Alkenes se zabývá kyselinou catalysed hydratace používání reakce koncentrovalo kyselinu sulfuric jako katalyzátor, který dá obvykle druhotné nebo terciální alkoholy.
• Hydroboration-oxidace a oxymercuration-redukce alkenes být spolehlivější v organické syntéze.
• Grignard činidla reagují s carbonyl skupiny k sekundárním a terciálním alkoholům

Tvoření druhotného alkoholu přes redukci a hydratation je ukazováno:

Průmyslový

Industrially alkoholy jsou produkovány v několika cestách.

• fermentací glukóza používání produkovala od cukru od hydrolýzy škrobu, v přítomnosti kvasnice a teplotě méně než 37 ° C k ethylalkoholu produkce. Například přeměna invertase k glukóze a ovocnému cukru nebo přeměny glukózy k zymase a ethylalkoholu.
• Přímou hydratací: používat ethene nebo jiné alkenes od popraskání zlomků destilované nafty. Používá katalyzátor kyseliny phosphoric pod vysokou horečkou a tlak.
• Methanol producted od vodního plynu: To je vyráběno od plynu syntézy, kde uhlík monoxide a 2 ekvivalenty k plynu vodíku jsou spojeny k methanolu produkce používat měď, zinkovou bělobu a hliníkový kysličníkový katalyzátor u 250 ° C a tlak 50-100 atm.

Reakce alkoholů

Deprotonation

Alkoholy mohou se chovat jako slabé kyseliny, podstoupení deprotonation. Deprotonation reakce na produkci alkoxide sůl je jeden hrál se silnou zásadou takový jako sodík hydride nebo n- butyllithium, nebo se sodíkem nebo kovem draslíku.

2 R-Oh + 2 NaH? 2 R-O^-Na⁺ + H₂?

2 R-Oh + 2Na ? 2R-O^?Na + H₂

např. 2 CH₃CH₂- Oh + 2 Na? 2 CH₃- CH₂- O^?Na + H₂

Voda je podobná v pK_a k mnoha alkoholům, tak se kaustickou sodou je soubor rovnováhy nahoru který obvykle leží nalevo:

R-Oh + NaOH -Na⁺ + H₂O (rovnováha nalevo)

To by mělo být známé, ačkoli, že základy zvyklé na alkoholy deprotonate jsou silné sám. Základy používaly a alkoxides vytvořil jsou oba velmi vlhká citlivá chemická činidla.

Kyselost alkoholů je také postižená celkovou stabilitou alkoxide iontu. Elektron-stahovat skupiny spojené s uhlíkem obsahovat hydroxyl skupina poslouží, že stabilizuje alkoxide když se tvořil, tak končit větší kyselostí. Na druhé straně, přítomnost elektronu-darovat skupinu vyústí v méně stabilní alkoxide iont se tvořil. Toto skončí scénářem whereby nestálý alkoxide iont se tvořil bude inklinovat přijímat proton reformovat alkohol originálu.

S alkyl alkoxides halides dají svah ethers v Williamson éterové syntéze.

Nucleophilic náhrada

Oh skupina není dobré opuštění skupiny v nucleophilic substitučních reakcích, tak neutrální alkoholy nepůsobí v takových reakcích. Nicméně jestliže kyslík je první protonated dát R? Oh₂⁺, opuštění skupiny (voda) je hodně více stabilní a náhrada nucleophilic může se konat. Například, terciální alkoholy reagují s kyselinou hydrochloric k produkci terciální alkyl halides, kde hydroxyl skupina je nahrazená atomem chloru. Jestliže primární volby nebo sekundární alkoholy mají být reagoval s kyselinou hydrochloric, aktivátor takový jak chlorid zinku je potřebován. Jinak přeměna může být vykonávána přímo používat chlorid thionyl.^[1]

Alkoholy mohou podobně být přeměněny na alkyl bromidy používat hydrobromic kyselinu nebo tribromide fosforu, například:

3 R-Oh + PBr₃ ? 3 RBr + H₃PO₃

V Bartoně-McCombie deoxygenation alkohol je deoxygenated k alkane s tributyltin hydride nebo trimethylborane-komplex vody v radikální substituční reakci.

Dehydratace

Alkoholy jsou sám nucleophilic, tak R? Oh₂⁺ moci reagovat s ROH k ethers produkce a vodě na reakci dehydratace, ačkoli tato reakce je zřídka použitá kromě ve výrobě diethyl éteru.

Užitečnější je E1 eliminace reakce alkoholů k alkenes produkce. Reakce obecně dodržuje Zaitsev pravidlo, který řekne to nejvíce stabilní (obvykle nejvíce substituted) alkene je tvořen. Terciální alkoholy odstraní snadno u jen nahoře pokojová teplota ale primární alkoholy requre vyšší teplotu.

Toto je diagram kyseliny catalysed dehydratace ethylalkoholu k produkci ethene:

Kontrolovanější eliminace reakce je Chugaev eliminace s uhlíkem disulfide a iodomethane.

Esterifikace

Tvořit ester od alkohol a karboxylová kyselina reakce, známý jako Fischer esterifikace, je obvykle vykonáván u odlivu s katalyzátorem koncentrované sulfuric kyseliny:

R-Oh + R ' - COOH? R ' - COOR + H₂O

Aby řídil rovnováhu napravo a produkovat dobrý výtěžek estera, voda je obvykle odstraněna, jeden přemírou H₂Tak₄ nebo používáním Dean-Stark aparát. Esters může také být připraven reakcí alkoholu s chloridem kyseliny v přítomnosti základu takový jak pyridine.

Jiné druhy estera jsou připraveny podobně - například tosyl (tosylate) estery jsou vyrobeny reakcí alkoholu s p-chlorid toluenesulfonyl v pyridine.

Oxidace

Primární alkoholy obecně dávají aldehydes nebo karboxylové kyseliny na oxidaci, zatímco druhotné alkoholy dají ketones. Tradičně silná okysličovadla takový jako iont dvojchromanu nebo draslík permanganate jsou používány, v kyselých podmínkách, například:

3 CH₃- CH (- Oh) - CH₃ + K₂Cr₂O₇ + 4 H₂Tak₄ ? 3 CH₃- C (= O) - CH₃ + Cr₂(Tak₄)₃ + K₂Tak₄ + 7 H₂O

Často v přípravách aldehyde tato činidla působí problém přes-oxidace k karboxylové kyselině. Se vyhnout tomuto, jiná činidla takový jako PCC, Dess-Martin periodinane, 2-Iodoxybenzoic kyselina, TPAP nebo metody takový jako Swern oxidace a Corey-Kim oxidace být nyní přednostní.

Alkoholy se skupinou methyl spojenou s uhlíkem alkoholu mohou také podstoupit haloform reakci (takový jako reakce iodoform) v přítomnosti halogen a základě takový jako kaustická soda.

Terciální alkoholy se brání oxidaci, ale moci být okysličován činidly takový jak 2, 3-dichloro-5, 6-dicyano-1, 4-benzoquinone.