Alkohole – budowa cząsteczki, właściwości fizyczne i chemiczne alkoholi, zastosowanie, otrzymywanie.

Alkohole to związki chemiczne, pochodne węglowodorów, w których atom wodoru jest zastąpiony grupą wodorotlenową –OH.

Grupa wodorotlenowa nazywana jest w związkach organicznych również grupą hydroksylową.
Ogólny wzór alkoholi ma postać: R–OH, gdzie R oznacza grupę węglowodorową (–CH3–CH2–CH3), natomiast –OH oznacza grupę wodorotlenową. Jest to duża liczba związków, różniących się rodzajem grup węglowodorowych i ilością grup wodorotlenowych.
Zależnie od ilości grup wodorotlenowych dzielimy alkohole na jedno- dwu-, trój- i wielowodorotlenowe, natomiast w zależności od rodzaju grup węglowodorowych – na wodorotlenowe pochodne alkanów, alkenów, cykloalkanów oraz arenów. Nazwy zwyczajowe alkoholi tworzy się od nazw grup węglowodorowych związanych z grupą hydroksylową. Gdy grupa metylowa związana jest z grupą hydroksylową alkohol jest nazywany metylowym, gdy grupa etylowa łączy się z grupą hydroksylową – zwiemy go alkoholem etylowym. Międzynarodowe nazwy chemiczne alkoholi tworzy się od nazw węglowodorów, których alkohole są pochodnymi, przez dodanie końcówki -ol.

Niższe człony szeregu homologicznego alkoholi są cieczami o charakterystycznym zapachu. Mieszają się one z wodą w każdym stosunku. Alkohole o dłuższych łańcuchach węglowych są również cieczami, ale trudno rozpuszczają się w wodzie. Natomiast alkohole mające więcej niż dziesięć atomów węgla w cząsteczce są już ciałami stałymi. O przynależności alkoholi do stanowiska wodnego decyduje grupa hydroksylowa – jej wpływ jest wyraźny i maleje w miarę wydłużania się łańcucha. Alkohole stałe są już w wodzie prawie nierozpuszczalne. Alkohole o dłuższym łańcuchu węglowym mają niższą temperaturę wrzenia.

Charakterystyczne właściwości wspólne dla wszystkich alkoholi, związane są właśnie z obecnością grypy hydroksylowej, która w przeciwieństwie do chemicznego biernego rodnika węglowodorowego, decyduje o wielu przemianach.
W reakcjach z kwasami lub trójhalogenkami fosforu alkohole zachowują się jak zasady (donory elektronowe). Alkohole z metalami lekkimi dają tzw. alkoholany, tj. związki, w których atom wodoru grupy hydroksylowej jest podstawiony atomem sodu lub potasu. W tego typu reakcji alkohol zachowuje się jak słaby kwas (jest akceptorem elektronów), a powstający alkoholan można uważać za sól danego kwasu. Alkohole w reakcji z kwasami tworzą estry.

Niższe homologi szeregu alkoholowego łatwo ulegają utlenianiu, przy czym rodzaj produktów zależy od rzędowości alkoholi. Utlenianie alkoholi I-rzędowych daje aldehydy, a następnie kwasy o tej samej ilości atomów węgla w łańcuchu co produkt wyjściowy. Utlenianie alkoholi II-rzędowych prowadzi do powstania ketonów o tej samej ilości atomów węgla co alkohol wyjściowy. Utlenianie alkoholi III-rzędowych przebiega trudniej niż I- i II-rzędowych. Najpierw na skutek dehydratacji powstają alkeny, a następnie ketony, zawierające mniej atomów węgla niż alkohole wyjściowe. Utlenianie jest jedną z najczęściej stosowanych metod określania rzędowości alkoholi. Na skutek działania pewnych katalizatorów lub silnych środków odwadniających możemy otrzymać z alkoholi, zależnie od warunków reakcji, estry, ketony lub węglowodory nienasycone. Odwodornienie alkoholi pierwszo- i drugorzędowych może prowadzić również do powstawania aldehydów, ketonów i innych związków karbonylowych. Reakcje takie są katalizowane przez miedź, srebro, platynę, pallad.

Istnieje wiele metod syntezy alkoholi, ale praktyczne znaczenie mają jedynie dwie lub trzy.
Ze względu na łatwość uzyskiwania takich surowców jak etylen i propylen, które otrzymuje się w procesie krakowania węglowodorów, alkohole otrzymuje się na drodze hydratacji (uwodnienia) alkenów.
Polega to na przyłączeniu do alkenu cząsteczki kwasu siarkowego i następnie hydrolizie utworzonego wodorosiarczanu alkilowego.
Alkohol etylowy otrzymywany jest z etylenu w temperaturze 300oC i przy ciśnieniu 70 atm, w obecności kwasu fosforowego jako katalizatora.

Kolejnym sposobem otrzymywania alkoholi jest hydroliza chlorowcopochodnych alkanów. Pod wpływem mocnych zasad atom chlorowca ulega wymianie i na jego miejsce wchodzi grupa hydroksylowa. Metodę tę można stosować do produkcji dowolnego alkoholu, ale znalazła ona zastosowanie przede wszystkim w produkcji alkoholi amylowych. W przypadku alkoholu etylowego reakcja ta ma postać: CH3CH2J+HOH CH3CH2OH+HJ.

Trzecia metoda to metoda redukcji aldehydów, ketonów i kwasów. Wprowadzenie wodoru do cząsteczki ketonu daje alkohole drugorzędowe. Reakcja redukcji przebiega najlepiej w obecności wodoru. Stosowane są także takie związki jak wodorek sodowoborowy lub wodorek glinowolitowy.
Alkohole otrzymuje się także poprzez zastosowanie związków Grignarda i innych specyficznych metod otrzymywania alkoholu, np. poprzez jodki magnezoorganiczne (odczynnik Grignarda). W obecności aldehydów i ketonów powstają alkohole drugo- i trzeciorzędowe. Metody te nie mają jednak większego znaczenia przemysłowego.
Ponadto niektóre alkohole można otrzymać z cukrów prostych lub ze skrobi występującej w ziarnach zbóż, kukurydzy, bulwach ziemniaków. Proces ten zwany fermentacją przebiega na drodze katalizy enzymatycznej, przy udziale wielu enzymów. W toku tych przemian powstaje nie tylko alkohol etylowy, ale również n-propylowy, alkohole butylowe i amylowe. Mieszanina tych wyższych alkoholi nosi nazwę niedogonu, fuzli lub oleju fuzlowego.

Alkohole otrzymujemy także poprzez hydrolizę estrów. Metoda ta ma znaczenie przy otrzymywaniu glicerolu (dawniej nazywanego gliceryną) z tłuszczów zwierzęcych. Wyższa alkohole są otrzymywane z aminokwasów zawartych w ziemniakach i melasie, równolegle podczas fermentacji alkoholowej. Są one składnikami tzw. fuzli, występujących w surowym (nierektyfikowanym) spirytusie. Do wyższych alkoholi monowodorotlenowych zalicza się alkohol cetylowy (cetanol) o wzorze C16H33OH, występujący w woskach i tłuszczu wieloryba, i mający zastosowanie przy wyrobie kosmetyków oraz w przemyśle tekstylnym.

Charakterystyczne właściwości wspólne dla wszystkich alkoholi, związane są właśnie z obecnością grypy hydroksylowej, która w przeciwieństwie do chemicznego biernego rodnika węglowodorowego, decyduje o wielu przemianach. W reakcjach z kwasami lub trójhalogenkami fosforu alkohole zachowują się jak zasady (donory elektronowe). Alkohole z metalami lekkimi dają tzw. alkoholany, tj. związki, w których atom wodoru grupy hydroksylowej jest podstawiony atomem sodu lub potasu. W tego typu reakcji alkohol zachowuje się jak słaby kwas (jest akceptorem elektronów), a powstający alkoholan można uważać za sól danego kwasu. Alkohole w reakcji z kwasami tworzą estry. Niższe homologi szeregu alkoholowego łatwo ulegają utlenianiu, przy czym rodzaj produktów zależy od rzędowości alkoholi. Utlenianie alkoholi I-rzędowych daje aldehydy, a następnie kwasy o tej samej ilości atomów węgla w łańcuchu co produkt wyjściowy. Utlenianie alkoholi II-rzędowych prowadzi do powstania ketonów o tej samej ilości atomów węgla co alkohol wyjściowy. Utlenianie alkoholi III-rzędowych przebiega trudniej niż I- i II-rzędowych. Najpierw na skutek dehydratacji powstają alkeny, a następnie ketony, zawierające mniej atomów węgla niż alkohole wyjściowe. Utlenianie jest jedną z najczęściej stosowanych metod określania rzędowości alkoholi. Na skutek działania pewnych katalizatorów lub silnych środków odwadniających możemy otrzymać z alkoholi, zależnie od warunków reakcji, estry, ketony lub węglowodory nienasycone. Odwodornienie alkoholi pierwszo- i drugorzędowych może prowadzić również do powstawania aldehydów, ketonów i innych związków karbonylowych. Reakcje takie są katalizowane przez miedź, srebro, platynę, pallad.

Istnieje wiele metod syntezy alkoholi, ale praktyczne znaczenie mają jedynie dwie lub trzy. Ze względu na łatwość uzyskiwania takich surowców jak etylen i propylen, które otrzymuje się w procesie krakowania węglowodorów, alkohole otrzymuje się na drodze hydratacji (uwodnienia) alkenów. Polega to na przyłączeniu do alkenu cząsteczki kwasu siarkowego i następnie hydrolizie utworzonego wodorosiarczanu alkilowego. Alkohol etylowy otrzymywany jest z etylenu w temperaturze 300oC i przy ciśnieniu 70 atm, w obecności kwasu fosforowego jako katalizatora.
Kolejnym sposobem otrzymywania alkoholi jest hydroliza chlorowcopochodnych alkanów. Pod wpływem mocnych zasad atom chlorowca ulega wymianie i na jego miejsce wchodzi grupa hydroksylowa. Metodę tę można stosować do produkcji dowolnego alkoholu, ale znalazła ona zastosowanie przede wszystkim w produkcji alkoholi amylowych. W przypadku alkoholu etylowego reakcja ta ma postać: CH3CH2J+HOH CH3CH2OH+HJ.
Trzecia metoda to metoda redukcji aldehydów, ketonów i kwasów. Wprowadzenie wodoru do cząsteczki ketonu daje alkohole drugorzędowe. Reakcja redukcji przebiega najlepiej w obecności wodoru. Stosowane są także takie związki jak wodorek sodowoborowy lub wodorek glinowolitowy.

Alkohole otrzymuje się także poprzez zastosowanie związków Grignarda i innych specyficznych metod otrzymywania alkoholu, np. poprzez jodki magnezoorganiczne (odczynnik Grignarda). W obecności aldehydów i ketonów powstają alkohole drugo- i trzeciorzędowe. Metody te nie mają jednak większego znaczenia przemysłowego. Ponadto niektóre alkohole można otrzymać z cukrów prostych lub ze skrobi występującej w ziarnach zbóż, kukurydzy, bulwach ziemniaków. Proces ten zwany fermentacją przebiega na drodze katalizy enzymatycznej, przy udziale wielu enzymów. W toku tych przemian powstaje nie tylko alkohol etylowy, ale również n-propylowy, alkohole butylowe i amylowe. Mieszanina tych wyższych alkoholi nosi nazwę niedogonu, fuzli lub oleju fuzlowego. Alkohole otrzymujemy także poprzez hydrolizę estrów. Metoda ta ma znaczenie przy otrzymywaniu glicerolu (dawniej nazywanego gliceryną) z tłuszczów zwierzęcych. Wyższa alkohole są otrzymywane z aminokwasów zawartych w ziemniakach i melasie, równolegle podczas fermentacji alkoholowej. Są one składnikami tzw. fuzli, występujących w surowym (nierektyfikowanym) spirytusie. Do wyższych alkoholi monowodorotlenowych zalicza się alkohol cetylowy (cetanol) o wzorze C16H33OH, występujący w woskach i tłuszczu wieloryba, i mający zastosowanie przy wyrobie kosmetyków oraz w przemyśle tekstylnym.

Do bardziej znanych alkoholi zalicza się też glicerol (dawniej zwany gliceryną), który jest bezbarwną, gęstą i higroskopijną cieczą, składnikiem tłuszczów właściwych i fosfoglicerydów. Glicerol jest stosowany jako rozpuszczalnik do wyrobu past, lakierów, farb oraz składnik wielu leków i kosmetyków. Triazotan glicerolu (nitrogliceryna) jest związkiem wybuchowym służącym do produkcji dynamitu i innych materiałów wybuchowych. W bardzo małych dawkach jest stosowany w niewydolności krążenia wieńcowego serca.

BIBLIOGRAFIA:
1. Barycka I., Skudlarski K., Podstawy chemii. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe 1986.
2. Danikiewicz W., Zmiany w nazewnictwie związków organicznych. Chemia w Szkole 1997 nr 3, s. 153-167.
3. Gałamon T., Chemia ogólna dla studentów medycyny i stomatologii. Warszawa: Państwowy Zakład Wydawnictw Lekarskich 1988.
4. Hutchinson, Współczesna encyklopedia świata. Nauka i technika. T. 1-4. Warszawa 1995-1997
5. Nyrek S., Chemia organiczna. Warszawa: Państwowe Wydawnictwo Naukowe 1974.

Dodaj komentarz