GinaMed
Cursuri - Chimie - 10. Alcooli

10. Alcooli

Cuprins:

10.1. Scurt istoric
10.2. Denumirea alcoolilor
10.3. Clasificarea alcoolilor
10.4. Structura alcoolilor
10.5. Proprietăți fizice
10.6. Reacții de obținere
10.7. Proprietăți chimice
10.8. Alcooli cu importanță practică
10.9. Etanolul sau alcoolul etilic
10.10. Glicerina sau glicerol
10.11. Alți alcooli și utilizările acestora

10.1. Scurt istoric

Chimia este o știință strâns conectată de viața și activitățile oamenilor. Acest lucru a făcut ca în multe situații în care un anumit compus des utilizat în practică, să atribuie totodată numele său unei întregi clase de compuși. Un astfel de exemplu ar fi alcoolul etilic sau etanolul care a fost utilizat încă din antichitate și cunoscut drept „alcool” și de la care își are originea numele clasei de compuși organici – alcooli.

Alcool, din limba arabă, al Kohl = pudră fină, dar totodată are sens de esență a unui lucru. În mod specific, termenul face referire la lichidul rezultat din distilarea vinului – alcoolul, care constituie esența acestuia.

Încă din cele mai vechi timpuri, vinul a prezentat importanță pentru om, fiind cunoscut și utilizat. Acest lucru este justificat de frescele din piramide care redau procesul de obținere a vinului din struguri de către vechii egipteni încă din secolul al XV-lea î. Hr.

Alcoolii constituie o clasă de compuși organici care prezintă în moleculă o grupă hidroxil „–OH” legată de un atom de carbon implicat doar în formarea de legături simple σ (atom de carbon saturat).

Formula generală: R–OH

Poliolii sunt compuși care prezintă în moleculă mai multe grupe hidroxil legate de atomi de carbon saturați, câte una la un atom de carbon.

10.2. Denumirea alcoolilor

Un alcool se denumește prin adăugarea sufixului „-ol” la numele alcanului cu același număr de atomi de carbon.

Exemple de alcooli:

metanol etanol glicerina
CH3–OH CH3–CH2–OH
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.

În cazul alcoolilor care prezintă în moleculă 3 sau mai mulți atomi de carbon, este necesară precizarea poziției grupei „–OH”. Totodată, pentru alcooli care prezintă în moleculă mai multe grupe „–OH”, este necesară precizarea numărului prin prefixul corespunzător: di-, tri-, etc.

Sunt unele situații în care se utilizează și o modalitate mai veche de formare a denumirii alcoolului, pornind de la cuvântul „alcool” urmat de numele radicalului hidrocarbonat, la care se adaugă sufixul „-ic”. De exemplu, metanol sau alcool metilic; etanol sau alcool etilic.

Sunt alcooli care prezintă și denumiri uzuale, cum ar fi:

  • spirt alb;
  • glicol;
  • glicerină.

10.3. Clasificarea alcoolilor

Criteriile de clasificare ale alcoolilor, sunt după:

  • natura catenei hidrocarbonate: alcool aromatic, alcool saturat, alcool nesaturat.
  • numărul de grupări hidroxil (–OH) din moleculă: alcool monohidroxilic, di-, tri-, etc.
  • tipul de atom de carbon de care este legată gruparea hidroxil „–OH”.

În funcție de tipul de atom de carbon de care este legată gruparea hidroxil „–OH”, alcoolii se clasifică în:

  • alcooli primari: grupa „–OH” este legată de un atom de carbon primar: R-CH2-OH;
  • alcooli secundari: grupa „–OH” este legată de un atom de carbon secundar: R2CH-OH;
  • alcooli terțiari: grupa „–OH” este legată de un atom de carbon terțiar: R3C-OH.

10.4. Structura alcoolilor

Structura unui alcool se înțelege mai ușor dacă se compară formula generală a alcoolilor, R–OH cu formula apei H–OH sau H2O. Prin înlocuirea atomului de hidrogen din molecula apei cu un radical alchil, „R–”, rezultă formula alcoolului R–OH. Conform experimentelor, unghiul dintre legăturile C–O–H prezintă valoarea de 109° în majoritatea alcoolilor, fiind o valoare apropiată de cea a unghiului dintre legăturile H–O–H, care este de 105°. 
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.1  Formula plană a moleculei de apă și valoarea unghiului dintre legăturile H–O–H (105°).
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.2 Formula plană a moleculei de metanol (alcool) și valoarea unghiului dintre legăturile C–O–H (109°).
Modelul spațial al moleculei de apă (a) și metanol (alcool) (b).
Figura 10.3 Modelul spațial al moleculei de apă (a) și metanol (alcool) (b).

Conform datelor din tabelul periodic, electronegativitatea următorilor atomi crește în ordinea: H < C < O.

Legăturile C–O–H din alcooli sunt polare. Deoarece atomul de oxigen este mai atrăgător de electroni, pe acesta se găsește o densitate de sarcină negativă, față de atomii de hidrogen și carbon, unde apar densități de sarcină pozitivă. Această polarizare a moleculei de alcool favorizează apariția unor forțe de atracție electrostatică între atomul de hidrogen dintr-o grupă hidroxil „–OH” și atomul de oxigen al altei grupe.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.4 Polaritatea moleculei de apă.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.5 Polaritatea moleculei de metanol (alcool).
Zone cu densitate de sarcină negativă și pozitivă pentru modelele spațiale ale moleculei de apă (a) și metanol (alcool) (b).
Figura 10.6 Zone cu densitate de sarcină negativă și pozitivă pentru modelele spațiale ale moleculei de apă (a) și metanol (alcool) (b).

În acest fel, între moleculele de alcool se stabilesc interacții de natură fizică, denumite legături de hidrogen. Astfel, moleculele de alcool stabilesc legături de hidrogen:

  • între ele;
  • cu moleculele de apă;
  • cu molecule ale altor compuși care prezintă atomi de oxigen.
Legături de hidrogen stabilite între moleculele de apă (a) și între moleculele de etanol (b).
Figura 10.7 Legături de hidrogen stabilite între moleculele de apă (a) și între moleculele de etanol (b).

10.5. Proprietăți fizice

În cazul alcoolilor inferiori, proprietățile fizice ale acestora sunt influențate într-o proporție mai mare de prezența în molecula a grupării hidroxil „–OH”, față de radicalul hidrocarbonat.

Alcoolii în stare lichidă și solidă alcătuiesc asocieri moleculare de tip (R–OH)n, unde n reprezintă numărul de molecule asociate prin legături de hidrogen. Valoarea lui n se schimbă continuu, astfel încât ”roiuri” de molecule de alcool asociate sunt unite între ele.

Moleculele asociate prin legături de hidrogen prezintă următoarele caracteristici:

  • prezintă puncte de fierbere și de topire ridicare;
  • au vâscozitate mare;
  • au tensiunea de suprafață sau tensiunea superficială mare.

Alcooli care prezintă mase molare mici se numesc alcooli inferiori. Aceștia sunt lichizi. Exemple de alcooli inferiori: metanol, etanol, glicerină.

Alcoolii se caracterizează prin puncte de fierbere mai ridicate comparativ cu alcanii corespunzători, care cresc odată cu creșterea numărului de grupări hidroxil „–OH” din moleculă.

Temperaturile de fierbere ale unor alcani și alcooli cu același număr de atomi de carbon în moleculă. - comparație.
Figura 10.8 Temperaturile de fierbere ale unor alcani și alcooli cu același număr de atomi de carbon în moleculă. - comparație.
Punctele de fierbere ale metanolului, etanolului și glicerinei cresc în ordinea: p.f. metanol < p.f. etanol < p.f. glicerină.

ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ

Mod de lucru: Într-un stativ în care se află o serie de eprubete curate și uscate, în câte două se aduc compușii organici:

  • parafină;
  • etanol;
  • glicerină.
Fiecare dintre aceștia trebuie să ocupe un volum aproximativ de 1 cm3. Fiecărei perechi de eprubete i se adaugă următorii solvenți, astfel:
  • în prima eprubetă se aduce apa într-un volum aproximativ de 5 mL;
  • în eprubeta a doua se aduce tetraclorura de carbon (solvent organic) într-un volum aproximativ de 5 mL.

Se agită fiecare eprubetă.

Observații: Sunt cuprinse în tabelul de mai jos.

Nr. eprubetă Substanța Solvent Observații Concluzii
1. Parafină H2O Substanța solidă și apă. Prafina nu se dizolvă în apă.
2. Parafină CCl4 Substanța solidă se dizolvă. Parafina se dizolvă în CCl4.
3. Etanol H2O Nu se observă nicio modificare. Etanolul se dizolvă în apă.
4. Etanol CCl4 Se formează două straturi de lichid. Etanolul nu se dizolvă în CCl4.
5. Glicerină H2O Nu se observă nicio modificare. Glicerina se dizolvă în apă.
6. Glicerină CCl4 Se formează două straturi de lichid. Glicerina nu se dizolvă în CCl4.

Alcoolii sunt ușor solubili în apă. Alcoolul metilic și etilic formează amestecuri omogene cu apa în orice proporție.

Modelarea formării legăturilor de hidrogen între moleculele de apă și etanol.
Figura 10.9 Modelarea formării legăturilor de hidrogen între moleculele de apă și etanol.

ACTIVITATE EXPERIMENTALĂ

Mod de lucru: Într-un cilindru gradat sau într-o eprubetă se aduc etanol și într-un recipient similar, glicerina. Se analizează lichidul care curge. Se agită ușor eprubetele și se observă lichidul în contact cu pereții de sticlă.

Observații: Glicerina curge mai lent, comparativ cu etanolul; după agitare, glicerina întârzie pe pereții eprubetei; în ambele recipiente, alcoolii lichizi aderă de pereții vasului și formează un menisc datorită tensiunii de suprafață (tensiunii superficiale) mari.

Alcoolii lichizi aderă la pereții vasului și formează un menisc. Acest fenomen este explicat de tensiunea superficială mare a alcoolilor. În eprudeta din stânga este meniscul format de către etanol, iar în eprubeta din dreapta este meniscul format de către glicerină.
Figura 10.10 Alcoolii lichizi aderă la pereții vasului și formează un menisc. Acest fenomen este explicat de tensiunea superficială mare a alcoolilor. În eprudeta din stânga este meniscul format de către etanol, iar în eprubeta din dreapta este meniscul format de către glicerină.

Glicerina este un alcool trihidroxilic (triol), deoarece în fiecare moleculă a acesteia se află 3 grupe hidroxil „–OH”. Acestea formează legături de hidrogen cu moleculele vecine. Coeziunea dintre molecule este mai mare în cazul glicerinei, comparativ cu etanolul.

Glicerina este mai vâscoasă și prezintă tensiune superficială mai mare față de etanol.

10.6. Reacții de obținere

Hidroliza derivaților halogenați

Condiții de reacție: soluție apoasă de baze tari (NaOH, KOH);

Observație: vor reacționa doar derivații halogenați care prezintă atomul de halogen legat de un atom de carbon saturat.

Compușii care rezultă în urma reacției de hidroliză depind de structura compusului halogenat.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.11 Schema generală a reacției de hidroliză a unui compus monohalogenat cu obținerea unui alcool. 
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.12 Eliminarea hidracidului și formarea alcoolului. 

Exemple de reacții de hidroliză ale unor compuși monohalogenați:

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.13 Reacția de hidroliză a cloretanului în urma căreia se obține etanol. 
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.14 Reacția de hidroliză a 2-bromopropan în urma căreia se obține 2-propanol.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.15 Reacția de hidroliză a clorurii de benzil în urma căreia se obține alcoolul benzilic. 
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.16 Schema generală a reacției de hidroliză a unui compus dihalogenat geminal cu obținerea unui compus carbonilic (aldehidă sau cetonă). 
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.17 Formarea grupării carbonilice în urma reacției de hidroliză a unui compus dihalogenat geminal. 

Prin hidroliza compușilor dihalogenați geminali se acceptă faptul că se obține un compus dihidroxilic geminal instabil, care elimină imediat apă (deci nu poate fi izolat) și se transformă într-un compus carbonilic: aldehidă sau cetonă. Exemple de reacții de hidroliză ale unor compuși dihalogenați geminali:

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.18 Reacția de hidroliză a clorurii de benziliden în urma căreia se obține aldehida benzoică.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.19 Reacția de hidroliză a 2,2-dibromopropan în urma căreia se obține propanonă sau acetonă.

Observație: În cazul în care derivații dihalogenați sunt vicinali, prin reacția de hidroliză se obțin dioli.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.20 Schema generală a reacției de hidroliză a unui compus trihalogenat geminal cu obținerea unui acid carboxilic. 
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.21 Formarea grupării carboxil în urma reacției de hidroliză a unui compus halogenat trihalogenat geminal. 

Exemple de reacții de hidroliză ale unor compuși trihalogenați geminali:

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.22 Reacția de hidroliză a tricolometanului (cloroformului) cu obținerea acidului metanoic (acidului formic). 
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.23 Reacția de hidroliză a triclorofenilmetanului cu obținerea acidului benzoic.

Observație: În cazul în care derivații trihalogenați sunt vicinali, prin reacția de hidroliză se obțin trioli.

În reacția de hidroliză a derivaților halogenați, aceștia prezintă reactivitate diferită și dependentă de structura acestora. Anumiți compuși hidrolizează la tratarea cu o soluție diluată de NaOH sau prin simpla fierbere cu exces de apă. Alți compuși hidrolizează doar în prezența unor soluții concentrate de hidroxizi alcalini.

Sunt compuși halogenați cu reactivitate scăzută acei compuși halogenați în care atomul de halogen este legat de un atom de carbon implicat într-o legătură dublă sau de un atom de carbon dintr-un nucleu benzenic.

Au reactivitate scăzută: clorura de vinil și clorura de fenil.

În anumite condiții speciale, unii compuși halogenați care prezintă reactivitate scăzută pot hidroliza.

Reducerea compușilor carbonilici

Reacția de reducere constă în adiția hidrogenului la legăturile multiple eterogene, cum ar fi C=O, C≡N și altele. 

Condiții de reacție pentru reducerea compușilor carbonilici:

  • H2 și catalizatori (Ni, Pt, Pd);
  • hidruri complexe (LiAlH4, NaBH4) în soluție eterică;
  • sistem donor de protoni și electroni (Na+C2H5–OH).

Primii 2 reactanți în prezența cărora poate avea loc reacția de reducere a compușilor carbonilici, sunt cei mai importanți. De cele mai multe ori, reacțiile de reducere cu hidruri complexe se desfășoară în condiții foarte blânde și cu randamente mari.

În urma reacțiilor de reducere:

  • aldehidele se transformă în alcooli primari;
  • cetonele se transformă în alcooli secundari.

Astfel, reducerea aldehidelor și cetonelor reprezintă o metodă importantă de obținere a alcoolilor primari și secundari.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.24 Schema generală a reacției de reducere a unei aldehide, obținându-se un alcool primar. 
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.25 Schema generală a reacției de reducere a unei cetone, obținându-se un alcool secundar.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.26 Reacția de reducere a etanalului (acetaldehidei) în prezență de Ni, obținându-se etanol (alcool etilic).
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.27 Reacția de reducere a benzaldehidei în prezență de LiAlH4, conducând la alcool benzilic.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.28 Reacția de reducere a propanonei (acetonei) în prezență de Ni, obținându-se 2-propanol.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.29 Reacția de reducere a fenil-metil-cetonei (acetofenonei) în prezență de LiAlH4, obținându-se 1-feniletanol.

Aldozele sau cetozele conțin în moleculă o grupare carbonil. Prin reducerea lor cu hidrogen în prezență de Ni (nichel) sau cu amalgam de sodiu și acid, se obțin alcooli polihidroxilici. Prin reducerea hexozelor se obțin hexitoli.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.30 Schema generală a reacției de reducere a aldozelor și cetozelor, obținându-se alditol.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.31 Reacția de reducere a D-glucozei la D-sorbitol.

Reducerea cetozelor transformă atomul de carbon din grupa carbonil în carbon asimetric, obținându-se astfel 2 alditoli izomeri care diferă între ei prin configurația acestui atom de carbon.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.32 Reacția de reducere a D-fructozei (cetoză), conducând la D-sorbitol și D-manitol.

Reducerea compușilor carbonilici nesaturați

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.33 Hidrogenarea și reducerea 3-butenal, conducând la butanol. 
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.34 Reacție de reducere a unul compus care prezintă în moleculă și grupare ceto și grupare aldehidică.

Reducerea monozaharidelor

Aldozele sau cetozele conțin în moleculă o grupare carbonil. Prin reducerea lor cu hidrogen în prezență de Ni (nichel) sau cu amalgam de sodiu și acid, se obțin alcooli polihidroxilici. Prin reducerea hexozelor se obțin hexitoli.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.35 Schema generală a reacției de reducere a aldozelor și cetozelor, obținându-se alditol.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.36 Reacția de reducere a D-glucozei la D-sorbitol.

Reducerea cetozelor transformă atomul de carbon din grupa carbonil în carbon asimetric, obținându-se astfel 2 alditoli izomeri care diferă între ei prin configurația acestui atom de carbon.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.37 Reacția de reducere a D-fructozei (cetoză), conducând la D-sorbitol și D-manitol. 
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.38 Reacția de reducere a ribulozei (o cetoză) care conduce la pentitolii ribitol și D – arabitol. 

Oxidarea blândă a alchenelor

Reacția de oxidare blândă a alchenelor are loc în soluție apoasă neutră sau slab bazică de permanganat de potasiu (reactiv Bayer).

Acțiunea agentului oxidant rupe legătura π din legătura dublă a alchenelor și formează dioli. Diolii sunt compuși care prezintă două grupări hidroxil (–OH) la cel 2 atomi de carbon vecini (dioli vicinali). Prin ruperea legăturii π în cadrul acestei reacții, la fel ca și în reacția de adiție, rezultă un compus saturat stabil.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.39 Ecuația generală a reacției chimice de oxidare blândă a alchenelor scrisă simplificat pentru a evidenția doar reactivii și produșii de reacție (R, R’ – radicali alchil care pot fi identici sau diferiți).
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.40 Oxidarea blândă a etenei cu obținere de etandiol sau 1,2-etandiol sau glicol.

Adiția apei la alchene

Adiția apei la alchene se realizează în prezență de acid sulfuric, H2SO4 concentrat și se obțin alcooli.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.41 Reacția generală de adiție a apei la alchenele simetrice.
This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.42 Reacția de adiție a apei la etenă, cu obținere de etanol

În ceea ce privește alchenele nesimetrice, adiția apei se face conform regulii lui Markovnikov.

This svg is property of GinaMed. Aceast svg este facut de GinaMed. Distribuirea necesita acordul GinaMed.
Figura 10.43 Reacția generală de adiție a apei la alchenele nesimetrice.

Rezultă un alcool secundar în care gruparea hidroxil (–OH) este legată de un atom de carbon secundar.