Alkohol - Alcohol


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Kugel-Stab - Modell eines Alkoholmoleküls (R 3 COH). Die rote und graue Kugeln stellen die Hydroxylgruppen (-OH). Die drei „R“ steht für Kohlenstoff - Substituenten oder Wasserstoffatom.
Der Bindungswinkel zwischen einer Hydroxylgruppe (-OH) und einer Kette von Kohlenstoffatomen (R)

In der Chemie , ein Alkohol ist jede organische Verbindung , in der die Hydroxylgruppen funktionelle Gruppe (- O H ) zu einer gebundenen Kohlenstoff . Der Begriff Alkohol bezog sich ursprünglich auf dem primären Alkohol Ethanol (Ethylalkohol), die als Arzneistoff verwendet wird , ist der Haupt Alkohol in alkoholischen Getränken . Eine wichtige Klasse von Alkoholen, von denen Methanol und Ethanol die einfachsten Mitglieder sind, gehören alle die allgemeine Formel Verbindungen , für die C n H 2n + 1 OH. Es sind diese einfachen Mono, die Gegenstand dieses Artikels sind.

Die Endung -ol wird in den IUPAC chemischen Namen aller Substanzen , bei denen die Hydroxylgruppen die funktionelle Gruppe mit der höchsten Priorität sind. Wenn eine höhere Prioritätsgruppe in der Verbindung vorhanden ist, die Vorsilbe hydroxy- in seinem IUPAC Namen verwendet. Die Nachsilbe -ol in non-IUPAC - Namen (wie Paracetamol oder Cholesterin ) zeigt auch typischerweise , dass der Stoff ein Alkohol ist. Viele Substanzen jedoch, dass funktionelle Hydroxylgruppen enthalten (insbesondere Zucker, wie Glucose und Saccharose ) haben Namen , die weder die Endung umfassen -ol , noch das Präfix hydroxy- .

Geschichte

Alkoholdestillation wurde islamischer Chemiker bekannt schon im achten Jahrhundert.

Der arabische Chemiker, al-Kindi , beschrieben eindeutig die Destillation von Wein in einer Abhandlung als „Das Buch der Chemie von Parfum und Destillationen“ betitelt.

Der persische Arzt , Alchemist , Polyhistor und Philosophin Rhazes (854 CE - 925 CE) ist mit der Entdeckung von Ethanol gutgeschrieben.

Nomenklatur

Etymologie

Das Wort „Alkohol“ ist von dem arabischen Kohle ( Arabisch : الكحل , . Translit  al-Kuhl ), ein Pulver , als Eyeliner verwendet. Al- ist der arabische bestimmte Artikel , das entspricht den in englischer Sprache. Alkohol wurde ursprünglich für das sehr feine Pulver durch die erzeugten verwendet Sublimation des natürlichen Minerals stibnite Bildung Antimontrisulfid Sb
2
S
3
. Es wurde als das Wesen oder „Geist“ dieses Minerals sein. Es wurde als verwendetantiseptisch, Eyeliner undKosmetik. Die Bedeutung von Alkohol wurde im Allgemeinen zu destilliertem Substanzen erweitert, und dann Ethanol verengt, wenn „Geister“ ein Synonym für warSchnaps.

Bartholomew Traheron , in seiner 1543 Übersetzung von John von Vigo , führt das Wort als Begriff verwendet , von „barbarisch“ ( maurischen ) Autoren für „feines Pulver.“ Vigo schrieb: "die barbarischen auctours Alkohol oder alcofoll (wie ich es sometymes wryten fynde), für Moost feinen poudre."

Das 1657 Lexikon Chymicum von William Johnson Glossen das Wort als „antimonium sive stibium.“ Durch die Erweiterung, kam das Wort zu einer Flüssigkeit durch Destillation zu verweisen, ua „Alkohol Wein“ , die destillierte Essenz des Weines. Libavius in Alchymia (1594) bezieht sich "Vini Alkohol vel vinum alcalisatum" zu. Johnson (1657) Glosses Alkohol Vini als "quando Omnis- superfluitas Vini eine Vino separatur, ITA ut accensum ardeat donec totum consumatur, nihilque fæcum aut phlegmatis in fundo remaneat." Die Bedeutung des Wortes wurde zu „Weingeist“ restricted (die heute als bekannte Chemikalie Ethanol ) im 18. Jahrhundert und wurde in die Klasse von Substanzen ausgedehnt sogenannten als „Alkohole“ in der modernen Chemie nach 1850.

Der Begriff Ethanol wurde 1892 erfunden, kombiniert das Wort Ethan mit dem „-ol“ Ende von „Alkohol“.

systematischen Namen

IUPAC - Nomenklatur wird in wissenschaftlichen Publikationen und bei denen eine genaue Identifizierung des Stoffes ist wichtig, vor allem in Fällen , in denen die relative Komplexität des Moleküls machen solche nicht zu einem systematischen Namen unhandlich verwendet. Bei der Benennung einfachen Alkoholen, verliert der Name der Alkankette des Anschlusses e und fügt das Suffix -ol , beispielsweise wie in „Ethanol“ aus der Alkankette name „ethan“. Wenn notwendig, kann die Position der Hydroxylgruppe wird durch eine Zahl zwischen dem Alkan Namen und dem angegebenen -ol : propan-1-ol für CH
3
CH
2
CH
2
OH
,Propan-2-olfürCH
3
CH (OH) CH
3
. Wenn eine höhere Prioritätsgruppe vorhanden(wie beispielsweise ein istAldehyd,KetonoderCarbonsäure), danndie Vorsilbehydroxy-verwendet, wie beispielsweise in 1-hydroxy-2-propanon (CH
3
C (O) CH
2
OH
).

Einige Beispiele für einfache Alkohole und wie sie benennen
CH 3 -CH 2 -CH 2 -OH Propan-2-ol displayed.svg Cyclohexanol displayed.svg 2-methylpropan-1-ol displayed.svg 2-methylbutan-2-ol displayed.svg
Propan-1-ol.svg 2-Propanol.svg Cyclohexanol acsv.svg Isobutanol.svg 2-Methyl-2-butanol-FormulaV1 Seite001.svg
n - Propylalkohol,
Propan-1-ol oder
1-propanol
Isopropylalkohol,
Propan-2-ol oder
2-propanol
cyclohexanol Isobutylalkohol,
2-methylpropan-1-ol oder
2-Methyl-1-propanol
tert - Amylalkohol,
2-Methylbutan-2-ol oder
2-Methyl-2-butanol
Ein primärer Alkohol Ein sekundärer Alkohol Ein sekundärer Alkohol Ein primärer Alkohol Ein tertiärer Alkohol

In Fällen , in denen die OH - funktionelle Gruppe an einen sp gebunden ist 2 Kohlenstoff auf einem aromatischen Ring ist , das Molekül als ein bekannten phenol und wird unter Verwendung der IUPAC - Regeln für die Benennung Phenole genannt.

Zusammenfassung Namen

In anderen , weniger formalen Zusammenhängen wird ein Alkohol oft mit dem Namen des entsprechenden Alkylgruppe durch das Wort „Alkohol“, zum Beispiel gefolgt bezeichnet Methylalkohol, Ethylalkohol Alkohol. Propyl Alkohol sein kann , n - Propylalkohol oder Isopropylalkohol , je nachdem , ob sich die Hydroxylgruppe am Ende oder in der Mitte Kohlenstoff auf der geraden gebondet ist Propan - Kette. Wie unter systematische Namensgebung beschrieben, wenn eine andere Gruppe auf dem Molekül Priorität auftritt, wird der Alkoholanteil oft zeigte die „Hydroxy-“ prefix verwenden.

Alkohole werden dann klassifiziert in primären, sekundären ( sec- , s- ) und tertiäre ( tert- , t- ), basierend auf der Anzahl der Kohlenstoffatome an das Kohlenstoffatom gebunden ist, das die Bären Hydroxylgruppen funktionelle Gruppe . (Die entsprechenden numerischen Kürzel 1 °, 2 °, 3 ° und werden manchmal auch in informellen Einstellungen verwendet.) Die primären Alkohole weisen allgemeine Formeln RCH 2 OH. Der einfachste primäre Alkohol Methanol (CH 3 OH), für die R = H, und die nächsten ist Ethanol, für die R = CH 3 , die Methylgruppe . Sekundäre Alkohole sind solche der Form RR'CHOH, die einfachste, die 2-propanol (R = R '= CH 3 ). Für die tertiären Alkohole der allgemeinen Form RR'R "COH. Das einfachste Beispiel ist tert.-Butanol (2-methyl-propan-2-ol), für die jeder der Reste R, R‘ und R" CH 3 . In diesen Kürzeln, R, R‘und R“ steht für Substituenten , Alkyl oder anderen befestigt, in der Regel organische Gruppen.

Art Formel IUPAC Namen Gemeinsamen Namen
einwertige
Alkohole
CH 3 OH Methanol Holz Alkohol
C 2 H 5 OH Ethanol Alkohol
C 3 H 7 OH Propan-2-ol Isopropylalkohol,
Reinigungsalkohol
C 4 H 9 OH Butan-1-ol Butanol,
Butylalkohol
C 5 H 11 OH Pentan-1-ol Pentanol,
Amylalkohol
C 16 H 33 OH Hexadecan-1-ol Cetylalkohol
mehrwertige
Alkohole
C 2 H 4 (OH) 2 Ethan-1,2-diol Ethylenglykol
C 3 H 6 (OH) 2 Propan-1,2-diol Propylenglykol
C 3 H 5 (OH) 3 Propan-1,2,3-triol Glycerol
C 4 H 6 (OH) 4 Butan-1,2,3,4-tetraols Erythrit ,
Threit
C 5 H 7 (OH) 5 Pentan-1,2,3,4,5-Pentol Xylitol
C 6 H 8 (OH) 6 Hexan-1,2,3,4,5,6-hexol Mannit ,
Sorbit
C 7 H 9 (OH) 7 Heptan-1,2,3,4,5,6,7-Heptol Volemitol
Ungesättigte
aliphatische
Alkoholen
C 3 H 5 OH Prop-2-en-1-ol Allylalkohol
C 10 H 17 OH 3,7-Dimethylocta-2,6-dien-1-ol Geraniol
C 3 H 3 OH Prop-2-yn-1-ol Propargylalkohol
alicyclische
Alkohole
C 6 H 6 (OH) 6 Cyclohexan-1,2,3,4,5,6-hexol Inositol
C 10 H 19 OH 5-Methyl-2- (propan-2-yl) cyclohexan-1-ol Menthol

Anwendungen

Insgesamt aufgezeichnet Alkohol pro - Kopf - Verbrauch (15+), in Liter reinen Ethanols

Alkohole haben eine lange Geschichte von unzähligen Anwendungen. Zum einfachen Mono-Alkohol, die der Fokus auf diesem Artikel ist es, die folgenden sind die wichtigsten industrielle Alkohole:

  • Methanol, vor allem für die Herstellung von Formaldehyd und als Brennstoff additiven
  • Ethanol, vor allem für alkoholhaltige Getränke, Kraftstoffadditivs, Lösungsmittel-
  • 1-Propanol, 1-Butanol, Isobutylalkohol und zur Verwendung als Lösemittel und Vorläufer Lösungsmittel
  • C6-C11 - Alkohole zum verwendeten Weichmacher , beispielsweise in Polyvinylchlorid
  • Fettalkohol (C12-C18), Vorläufer von Waschmitteln

Methanol ist der gebräuchlichste industrielle Alkohol, mit etwa 12 Millionen Tonnen / Jahr produziert 1980. Die Gesamtkapazität der anderen Alkoholen ist etwa die gleiche, in etwa gleich verteilt.

Toxizität

Mit Bezug auf akute Toxizität, einfache Alkohole weisen geringe akute Toxizitäten. Dosen mehrerer Milliliter werden toleriert. Für Pentanole , Hexanole , Octanole und längeres Alkohol, LD50 Spektrum 2-5 g / kg (Ratte, oral). Methanol und Ethanol sind weniger akut toxisch. Alle Alkohole sind milde Hautreizstoffe.

Der Metabolismus von Methanol (und ethylenglykol) wird durch das Vorhandensein von Ethanol beeinflusst, die eine höhere Affinität für hat Leber - Alkoholdehydrogenase . Auf diese Weise wird Methanol intakt im Urin ausgeschieden werden.

Physikalische Eigenschaften

Im Allgemeinen ist die Hydroxylgruppe macht Alkohole polar . Diese Gruppen bilden können , Wasserstoffbrückenbindungen zueinander und zu den meisten anderen Verbindungen. Wegen der Anwesenheit der polaren OH Alkohole sind besser wasserlöslich als die einfache Kohlenwasserstoffe. Methanol, Ethanol und Propanol sind mischbar in Wasser. Butanol , mit einer Vier-Kohlenstoff - Kette, ist mäßig löslich.

Weil der Wasserstoffbrückenbindung , neigen dazu , Alkohole höhere Siedepunkte aufweisen als vergleichbare Kohlenwasserstoffen und Ethern . Der Siedepunkt des Alkohol Ethanol ist 78,29 ° C, im Vergleich zu 69ºC für die Kohlenwasser Hexan und 34,6 ° C für Diethylether .

Vorkommen in der Natur

Einfache Alkohole sind weit verbreitet in der Natur gefunden. Ethanol ist prominentesten, weil es das Produkt der Fermentation ist, ein wichtiger energieproduzierenden Weg. Die anderen einfachen Alkohole werden in nur Spuren gebildet. Komplexere Alkohole sind allgegenwärtig, manche Aminosäuren und Fettsäuren, wie sie in Zucker manifestiert.

Produktion

Ziegler und Oxo Prozessen

In dem Ziegler - Verfahren werden lineare Alkohole , die von Ethylen und Triethylaluminium durch Oxidation und Hydrolyse. Eine idealisierte Synthese von 1-Octanol gezeigt:

Al (C 2 H 5 ) 3 + 9 C 2 H 4 → Al (C 8 H 17 ) 3
Al (C 8 H 17 ) 3 + 3 O 3 + H 2 O → 3 HOC 8 H 17 + Al (OH) 3

Das Verfahren erzeugt ein Spektrum von Alkoholen , die durch getrennt Destillation .

Viele höhere Alkohole produziert werden durch Hydroformylierung von Alkenen , gefolgt von Hydrierung. Wenn zu einem Endgerät Alken aufgebracht, wie es üblich ist, so erhält man in der Regel einen linearen Alkohol:

RCH = CH 2 + H 2 + CO → RCH 2 CH 2 CHO
RCH 2 CH 2 CHO + 3H 2 → RCH 2 CH 2 CH 2 OH

Solche Verfahren geben Fettalkohole , die für Reinigungsmittel nützlich sind.

Hydratisierungsreaktionen

Einige niedermolekularen Alkoholen der industriellen Bedeutung werden durch die Zugabe von Wasser zu Alkene produziert. Ethanol, Isopropanol, 2-Butanol und tert.-Butanol werden von diesem allgemeinen Verfahren hergestellt. Zwei Implementierungen eingesetzt werden , die direkten und indirekten Verfahren. Das direkte Verfahren vermeidet die Bildung von stabilen Zwischenprodukten, in der Regel unter Verwendung von sauren Katalysatoren. Bei dem indirekten Verfahren wird das Alken zu dem konvertierten Sulfatesters , das anschließend hydrolysiert wird. Die unmittelbare Flüssigkeitszufuhr unter Verwendung von Ethylen ( Ethylen Hydratation ) oder anderen Alkenen aus Cracken von Bruchteilen von destilliertem Rohöls .

Hydratation wird auch industriell zur Herstellung des verwendeten Diols Ethylenglycol aus Ethylenoxid .

biologische Wege

Ethanol wird erhalten durch Fermentation unter Verwendung von Glucose aus Zucker hergestellt aus der Hydrolyse von Stärke , in Gegenwart von Hefe und eine Temperatur von weniger als 37 ° C zur Herstellung von Ethanol. Beispielsweise ist ein solches Verfahren könnte durch die Umwandlung von fortfahren Saccharose durch das Enzym Invertase in Glucose und Fructose , dann ist die Umwandlung von Glukose durch das Enzym - Komplex zymase in Ethanol (und Kohlendioxid).

Mehrere Arten der gutartigen Bakterien im Darm Verwendung Gärung als eine Form des anaeroben Stoffwechsels . Diese metabolische Reaktion produziert Ethanol als Abfallprodukt. Somit enthalten menschliche Körper eine gewisse Menge an Alkohol endogen durch diese Bakterien produziert. In seltenen Fällen kann dies ausreichend sein , „um zu bewirken , Auto-Brauerei - Syndrom “ , in der mitreißenden Menge Alkohol hergestellt werden.

Wie Ethanol, Butanol kann durch Fermentationsverfahren hergestellt werden. Saccharomyces Hefe bekannt ist , diese höheren Alkohole , bei Temperaturen oberhalb von 75 ° F (24 ° C) zu erzeugen. Das Bakterium Clostridium acetobutylicum kann auf das Einsatzmaterial Cellulose butanol in einem industriellen Maßstab zu produzieren.

Auswechslung

Primäre Alkylhalogeniden reagieren mit wässrigen NaOH oder KOH in erster Linie zu primären Alkoholen in nukleophiler aliphatischer Substitution . (Secondary und insbesondere tertiären Alkylhalogeniden geben die Beseitigung (Alken) Produkt statt). Grignard - Reagenzien reagieren mit carbonyl - Gruppen zu sekundären und tertiären Alkoholen. Ähnliche Reaktionen sind die Barbier - Reaktion und die Nozaki-Hiyama - Reaktion .

Die Ermäßigung

Aldehyde oder Ketone werden reduziert mit Natriumborhydrid oder Lithiumaluminiumhydrid (nach einer sauren Aufarbeitung). Eine weitere Reduktion von aluminiumisopropylates ist die Meerwein-Ponndorf-Verley - Reduktion . Noyori asymmetrische Hydrierung ist die asymmetrische Reduktion von β-Keto-Estern.

Hydrolyse

Alkene greift in einer Säure - katalysierte Hydratisierungsreaktion unter Verwendung von konzentrierter Schwefelsäure als Katalysator, der in der Regel sekundäre oder tertiäre Alkohole ergibt. Die Hydroborierung-Oxidation und Oxymercurierung-Reduktion von Alkenen sind zuverlässiger in der organischen Synthese. Alkene reagiert mit NBS und Wasser in Halogenhydrin - Bildungsreaktion . Amine können umgewandelt werden , um Salze zu Diazonium , die dann hydrolysiert werden.

Die Bildung eines sekundären Alkohols durch Reduktion und Flüssigkeitszufuhr wird gezeigt:

Herstellung eines sekundären Alkohols

Reactions

Deprotonierung

Mit einem pK a von etwa 16 bis 19, sind sie in der Regel etwas schwächer Säuren als Wasser . Mit starken Basen wie Natriumhydrid oder Natrium- bilden sie Salze bezeichnen Alkoxiden mit der allgemeinen Formel R O - M + .

2 R-OH + NaH 2 → 2 RO - Na + + H 2 2
2 R-OH + 2 Na 2 → RO - Na + + H 2

Der Säuregehalt von Alkoholen wird stark davon beeinflusst Solvatation . In der Gasphase, Alkohole sind saurer als Wasser ist.

nukleophile Substitutions

Die OH - Gruppe ist keine gute Abgangsgruppe in nucleophilen Substitutionsreaktionen, so neutral Alkohole reagieren nicht in solchen Reaktionen. Wenn jedoch der Sauerstoff zuerst protoniert R-OH geben 2 + , die Abgangsgruppe ( Wasser ) ist wesentlich stabiler, und die nukleophile Substitution stattfinden kann. Zum Beispiel reagieren tertiäre Alkohole mit Salzsäure tertiären herzustellen Alkylhalogeniden , wobei die Hydroxylgruppe durch ein ersetzt wird Chloratom durch unimolekularen nucleophilen Substitution . Wenn primäre oder sekundäre Alkoholen mit umzusetz sind Salzsäure , ein Aktivators, wie Zinkchlorid benötigt. In alternativer Weise kann die Umsetzung durchgeführt werden , direkt unter Verwendung von Thionylchlorid . [1]

Einige einfache Umsetzungen von Alkoholen Chloriden auf Alkyl

Alkohole können ebenfalls, Bromide umgewandelt werden unter Verwendung von auf Alkyl- Bromwasserstoffsäure oder Phosphortribromid , zum Beispiel:

3 R-OH + PBr 3 → 3 RBr + H 3 PO 3

In der Barton-McCombie Deoxygenierung ein Alkohol desoxygeniert auf ein Alkan mit Tributylzinnhydrid oder einem Trimethylboran -Wasser - Komplex in einer radikalischen Substitutionsreaktion.

Austrocknung

Inzwischen hat sich die Sauerstoff - Atom Elektronenpaare von ungebundenen Elektronen , die es schwach rendern Grund in Gegenwart von starken Säuren, wie Schwefelsäure . Zum Beispiel mit Methanol:

Säure & Basizität von Methanol

Bei Behandlung mit starken Säuren, Alkoholen erleiden die E1 Reaktions Beseitigung zu erzeugen Alkene . Die Reaktion in der Regel befolgt Zaitsev-Regel , die besagt , dass die stabilste ( in der Regel die meisten substituierten) Alken ausgebildet ist. Tertiäre Alkohole beseitigen leicht bei knapp über Raumtemperatur, aber primäre Alkohole erfordern eine höhere Temperatur.

Dies ist ein Schema des sauren Dehydratisierung von Ethanol zu produzieren katalysierte Ethylen :

DehydrationOfAlcoholWithH-.png

Eine kontrolliertere Eliminierungsreaktion ist das mit Kohlenstoffdisulfid und Methyliodid .

Die Veresterung

Alkohol und Carbonsäuren reagieren in der so genannten Fischer - Veresterung . Die Reaktion erfordert normalerweise einen Katalysator wie beispielsweise konzentrierte Schwefelsäure:

R-OH + R'-CO 2 H → R'-CO 2 R + H 2 O

Andere Arten von ester werden in ähnlicher Weise hergestellt , - zum Beispiel, Tosyl (Tosylat) estern durch Umsetzung des Alkohols mit p- hergestellt sind Toluolsulfonyl Chlorid in Pyridin.

Oxidation

Primäre Alkohole (R-CH 2 OH) können entweder zu oxidieren Aldehyden (R-CHO) oder Carboxylsäuren (R-CO 2 H). Die Oxidation von sekundären Alkoholen (R 1 R 2 CH-OH) endet normalerweise bei dem Keton (R 1 R 2 C = O) Stufe. Tertiäre Alkohole (R 1 R 2 R 3 C-OH) sind resistent gegen Oxidation.

Die unmittelbare Oxidation von primären Alkoholen zu Carbonsäuren geht normalerweise über den entsprechenden Aldehyd, das über einen transformierte Aldehyd - hydrat (R-CH (OH) 2 ) durch Reaktion mit Wasser , bevor es weiter in der Carbonsäure oxidiert werden.

Mechanismus der Oxidation von primären Alkoholen zu Carbonsäuren über Aldehyde und Aldehyd - Hydraten

Reagenzien , die für die Umwandlung von primären Alkoholen zu Aldehyden ist in der Regel auch für die geeignete Oxidation von sekundären Alkoholen zu Ketonen . Dazu zählen Collins - Reagenz und Dess-Martin - Periodinan . Die direkte Oxidation von primären Alkoholen zu Carbonsäuren kann unter Verwendung von durchgeführt werden Kaliumpermanganatlösung oder Jones - Reagenz .

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

  • Metcalf, Allan A. (1999). Die Welt in so viele Worte . Houghton Mifflin. ISBN  0-395-95920-9 .

Externe Links