Alkohole są to pochodne węglowodorów, w których atom (względnie atomy) wodoru został zastąpiony grupą hydroksylową (wodorotlenową) – OH. Alkohole to pochodne węglowodorów zawierające grupę –OH połączoną z atomem węgla, przy którym nie występują wiązania wielokrotne (podwójne lub potrójne).

Ogólny wzór alkoholi jednowodorotlenowych:

CnH2n+1OH

ALKOHOLE JEDNOWODOROTLENOWE – najprostszym alkoholem jednowodorotlenowym jest metanol CH3OH zwany także alkoholem metylowym. Jak łatwo można zauważyć jest to pochodna metanu, w którym jeden atom wodoru został zastąpiony grupą hydroksylową. Podobnie można utworzyć wzory alkoholi od węglowodorów o większej liczbie atomów węgla. Od propanu można wyprowadzić dwa alkohole różniące się położeniem grupy funkcyjnej.

CH3 - CH2 - CH2 – OH propan-1-ol

CH3 - CH – CH3 propan-2-ol

½

OH

Łatwo można się domyśleć, że od wyższych węglowodorów nasyconych możemy wyprowadzić coraz większą liczbę jednowodorotlenowych alkoholi.

Nazwy systematyczne alkoholi tworzymy od nazw odpowiednich węglowodorów, dodając końcówkę –ol. Jeśli jest to konieczne podajemy również lokant określający położenie grupy funkcyjnej. Wzory alkoholi pochodzących od butanu, czyli alkoholi o wzorze sumarycznym C4H10O:

CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – OH butan-1-ol

CH3 – CH2 – CH – CH3 butan-2-ol

½

OH

CH3

½

CH3 – CH – CH2 – OH 2-metylopropan-1-ol

CH3

½

CH3 – C – CH3 2-metylopropan-2-ol

½

OH

Nasycone alkohole jednowodorotlenowe tworzą szereg homologiczny. Alkohole jednowodorotlenowe, które wyprowadza się z szeregu węglowodorów nasyconych mają również charakter nasycony. Te zaś,które pochodzą od alifatycznych węglowodorów nienasyconych sąalkoholami nienasyconymi, np.:

CH¬2¬ = CH – CH2 – OH

Otrzymywanie alkoholi:

Na skalę przemysłową nasycone alkohole jednowodorotlenowe otrzymuje się w wyniku katalitycznego uwodnienia alkenów:

CH2 = CH2 + H2O → CH3 – CH2 – OH

Reakcja uwodnienia niesymetrycznych cząsteczek alkenów przebiega zgodnie z regułą Markownikowa.

Inną przemysłową metodą otrzymywania alkoholi jest katalityczne utlenianie alkanów:

2CH4 + O2 → 2 CH3 - OH

Na skalę laboratoryjną alkohole otrzymuje się w reakcji halogenoalkanów z silnymi zasadami w środowisku wodnym:

CH3 – CH2 – Cl +KOH → CH3 – CH2 – OH + KCl

Oprócz tych metod dla wielu alkoholi opracowano wiele metod specyficznych, np. dawniej alkohol metylowy otrzymywano w wyniku suchej destylacji węgla. Z tego okresu wywodzi się jego nazwa spirytus drzewny.

Alkohol metylowy – metanol CH3OH jest silną trucizną, powoduje przede wszystkim utratę wzroku i paraliż. Dawka śmiertelna dla osoby dorosłej wynosi ok. 100 cm3. Alkohol metylowy jest stosowany jako rozpuszczalnik oraz dodatek do płynów do odmrażania szyb samochodowych. Używany jest również do produkcji barwników i innych związków organicznych.

Alkohol etylowy – etanol C2H5OH - do celów spożywczych i farmaceutycznych otrzymuje się w wyniku fermentacji alkoholowej cukrów zawartych w owocach, bulwach i nasionach roślin. Uproszczony zapis przebiegu:

C6H12O6 → C2H5OH + 2CO2

Jednowodorotlenowe alkohole tworzą szereg homologiczny, a pierwszym jego przedstawicielem jest metanol. W normalnych warunkach metanol jest cieczą, a więc w szeregu homologicznym metanolu nie ma gazów. Alkohol metylowy w porównaniu z metanem i chlorometanem ma wysokątemperaturę wrzenia. Nie decyduje o tym ani liczba węgla, ani masa cząsteczkowa. Porównanie tych wartości prowadzi do prostego wniosku, że za wysoką temperaturę wrzenia metanolu odpowiada grupa funkcyjna. Dzięki tej grupie cząsteczki alkoholu mają charakter polarny. Grupa hydroksylowa stwarza również dogodne warunki do wytworzenia się międzycząsteczkowych wiązań wodorowych. Rozerwanie wiązań wodorowych wymaga nakładu energii i tym właśnie tłumaczy się podwyższenie temperatury wrzenia alkoholi w stosunku do innych związków o tej samej liczbie atomów węgla.

Ważną właściwością fizyczną związków jest ich rozpuszczalność w różnych rozpuszczalnikach. Metanol, etanol, a także propanol rozpuszczają się w wodzie i mieszają z nią w każdym stosunku. Począwszy od butanolu rozpuszczalność alkoholi w wodzie maleje, a alkohole o długich łańcuchach węglowych są praktycznie nierozpuszczalne w wodzie.

CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - OH

gr. hydrofobowa gr. hydrofilowa

Przyczyną ograniczonej rozpuszczalności w wodzie alkoholu butylowego i wyższych alkoholi jest rozbudowana reszta węglowodorowa o właściwościach hydrofobowych. Podczas mieszania alkoholu etylowego z wodą obserwujemy zjawisko kontrakcji polegające na tym, że objętość mieszaniny alkoholu i wody jest mniejsza od sumy objętości poszczególnych składników. W przypadku mieszania alkoholu etylowego z wodą zmniejszenie objętości wynosi około 3,5%. Zmniejszenie objętości mieszaniny jest spowodowane utworzeniem wiązań wodorowych, tym razem jednak tworzą się one między cząsteczkami wody i alkoholu. W konsekwencji prowadzi to do zmniejszenia odległości między cząsteczkami, czyli do zmniejszenia objętości.

Butanol dobrze rozpuszcza się w benzynie - cząsteczki butanolu z dominującą częścią hydrofobową dobrze rozpuszczają się w hydrofobowym rozpuszczalniku.

Wszystkie alkohole, zwłaszcza te o mniejszej liczbie atomów węgla w cząsteczce, w obecności tlenu łatwo ulegają spalaniu:

2C2H5OH + 6O2 → 4CO2 + 6H2O

Dzięki tej właściwości alkohole są stosowane jako źródło energii (kuchenki turystyczne). Ze względu na produkty spalania, które są przyjazne dla środowiska, w przyszłości udział energii pochodzącej ze spalania tanich i łatwych do otrzymania alkoholi powinien się zwiększyć. Obecnie trwają również prace nad zastosowaniem metanolu i etanolu do napędzania silników spalinowych. W koncernie Volvo zbudowano ekologiczny autobus oraz ekologiczną ciężarówkę, które czerpią energię ze spalania. Emisja szkodliwych spalin w tych pojazdach jest właściwie zredukowana do zera. W czasie drugiej wojny światowej Niemcy używali samochodów napędzanych spirytusem drzewnym, czyli metanolem. Samochody te miały generatory, w których na skutek suchej destylacji drewna powstawał metanol zasilający silnik spalinowy. Pojazdy te wyglądały dość dziwnie

– zamiast baku miały pojemność na drewno.

Chemiczne właściwości alkoholi jednowodorotlenowych:

Alkohole dzięki obecności charakterystycznej grupy funkcyjnej są związkami o dużej aktywności chemicznej. Ulegają one reakcjom, w których uczestniczy zarówno atom wodoru z grupy funkcyjnej, jak i cała grupa funkcyjna.

Uniwersalny papierek wskaźnikowy nie zmienia zabarwienia -odczyn alkoholi jest obojętny, a zatem alkohole nie ulegają dysocjacji.

W reakcji alkoholi z aktywnymi metalami (Na, K, a na gorąco również z Ca i Mg) powstają alkoholany.

2CH3CH3OH + 2Na → 2CH3CH2ONa + H2

Alkoholany to związki typu soli. W Wodzie ulegają hydrolizie z odczynem zasadowym, a więc zachowują się podobnie jak sole pochodzące od słabych kwasów i mocnych zasad.

Fenoloftaleina barwi się na kolor malinowy, co wskazuje na zasadowy odczyn zasadowy etanolanu sodu. Alkoholany w wodzie ulegają hydrolizie:

2CH3CH2ONa +H2O → CH3CH2OH + NaOH

Reakcja alkoholi z aktywnymi metalami stanowi przykład procesu, w którym uczestniczy atom wodoru z grupy funkcyjnej. Przykładem reakcji, w której uczestniczy cała grupa funkcyjna jest reakcja z halogenowodorami HX (HCl, HBr, HI):

CH3CH2OH + HCl → CH3CH2Cl + H2O

Inną reakcją, w której bierze udział cała grupa –OH jest reakcja odwadniania alkoholi (ten typ reakcji w chemii organicznej nosi nazwę reakcji eliminacji):

H H

½ ½ Al2O3/H+

H – C – C – H ------------------→ CH2 = CH2 + H2O

½ ½

H H

Ciekawym przykładem reakcji odwadniania alkoholi jest reakcja, w wyniku której powstają estry. W tej reakcji z jednej cząsteczki alkoholu odrywa się cała grupa –OH, a z drugiej tylko atom wodoru grupy funkcyjnej:

CH3 – CH2 – OH + HO – CH2 – CH3 → CH3 – CH2 – O – CH2 – CH3 + H2O

eter dietylowy

Eter dietylowy to bezbarwna, ruchliwa, lotna ciecz o przyjemnym zapachu. Pary eteru działają usypiająco, dlatego też po uprzednim oczyszczeniu jest stosowany do narkozy.

Szczególny przebieg mają reakcje utlenienia alkoholi. Przebieg tego procesu można opisać równaniem reakcji.

Produktami łagodnego utlenienia alkoholi pierwszorzędowych (1°) są aldehydy.

CH3 – CH2 – OH + CuO → CH3 – CHO + H2O + H2O +Cu

etanol (alkohol) etanal (aldehyd)

Produktami łagodnego utlenienia alkoholi drugorzędowych (2°) są ketony.

OH O

½ ½½

CH3 – CH – CH3 + CuO → CH3 – C – CH3 + H2O + Cu

propan – 2 –ol propanon

(alkohol) (keton)

Alkohole trzeciorzędowe są odporne na działanie łagodnych utleniaczy.

ALKOHOLE WIELOWODOROTLENOWE – są to pochodne węglowodorów zawierające dwie lub więcej grup hydroksylowaych. Najprostszymi alkoholami wodorotlenowymi są alkohole dwuwodorotlenowe, które nazywamy glikolami. Dwie grupy –OH nie mogą znajdować się prze tym samym atomie węgla. Związki takie są nietrwałe i pojawiają sięjedynie jako pośrednie produkty reakcji.

Głównymi przedstawicielami tej grupy alkoholi są:

• Etano-1,2-diol (glikol etylenowy, glikol)

H H

½ ½

H – C – C – H

½ ½

OH OH

• Propano-1,2,3-triol (glicerol, gliceryna)

H H H

½ ½ ½

H – C – C – C – H

½ ½ ½

OH OH OH

Glikol etylenowy.

Glikol etylenowy jest przedstawicielem alkoholi dwuwodorotlenowych— glikoli. Szereg glikoli rozpoczyna się od etanu, jako przy jednym atomie węgla nie może się znajdować więcej niż jedna grupa wodorotlenowa. Ogólnym wzorem szeregu jest CnH2n(OH)2. Glikole otrzymały swoją nazwę z powodu słodkiego smaku wielu związków z tego szeregu.

Glikol etylenowy (według nomenklatury systematycznej etanodiol-1,2) jest cieczą o konsystencji syropu bez zapachu, o słodkim smaku i właściwościach trujących. Dobrze miesza się z wodą i alkoholem, jest bardzo higroskopijny. Właściwości chemiczne glikolu etylenowego odpowiadają głównie właściwościom alkoholi jednowodorotlenowych. Reakcje przebiegają jednak zarówno z jedną, jak i z drugą grupą hydroksylową. Zatem, w reakcji z metalami alkalicznymi glikol etylenowy tworzy zarówno pełny, jak też niepełny glikolan.

W odróżnieniu od alkoholi jednowodorotlenowych, glikol etylenowy reaguje z wodorotlenkiem miedziowym tworząc jaskrawo niebieski glikolan miedzi.

W tym przypadku decyduje wpływ wzajemnego oddziaływania grup hydroksylowych w cząsteczce, w wyniku czego wodór staje sięruchliwy. Dlatego glikol etylenowy reaguje również z wodorotlenkami alkalicznymi, w reakcji z kwasem azotowym tworzy on dwuazotan glikolu, o silnych właściwościach wybuchowych;

Z kwasami karboksylowymi glikol etylenowy tworzy estry. Można z niego otrzymać także dioksan eter pierścieniowy. Dioksan jest cieczą o temperaturze wrzenia 100°C, jest doskonałym rozpuszczalnikiem wielu substancji organicznych. Glikol etylenowy otrzymuje się przez utlenienie etylenu roztworem nadmanganianu potasowego. Można go otrzymać również w wyniku działania wodnego roztworu na dwuchlorowcopochodne węglowodorów. Wodne i alkoholowe roztwory glikolu etylenowego stosuje się jako roztwory nie krzepnące w niskich temperaturach, zastępujące wodę w chłod¬nicach samochodów i silników lotniczych w warunkach zimowych. Z glikolu otrzymuje sięszeroko stosowany dwuazotan glikolu oraz dioksan. W wielu przypadkach może on służyć jako środek zastępujący glicerynę.Ostatnio stosuje się go także do otrzymywania cennych syntetycznych włókien poliestrowych.

Zarówno właściwości fizyczne jak i chemiczne alkoholi wielowodorotlenowych poznaje się na przykładzie glicerolu. Glicerol jest lepką cieczą. Trzy grupy –OH umożliwiają tworzenie większej liczby wiązań wodorowych między cząsteczkami, co w znacznym stopniu ogranicza ich ruchliwość. Grupy hydroksylowe glicerolu decydują o silnym charakterze polarnym cząsteczek, stąd duże powinowactwo do wody, która jest polarnym rozpuszczalnikiem. Glicerol miesza się z wodą w każdym stosunku. Pod względem właściwości chemicznych glicerol wykazuje zbliżone właściwości do alkoholi jednowodorotlenowych. Podobnie reaguje z metalami aktywnymi, halogenowodorami, a w odpowiednich warunkach ulega odwodnieniu. Dodatkowo glicerol, a także inne alkohole wielowodorotlenowe reagują z wodorotlenkami metali. Glicerol w przeciwieństwie do alkoholi jednowodorotlenowych reaguje z wodorotlenkami metali, co wskazuje, że ma silniejszy charakter kwasowy niż alkohole jednowodorotlenowe.

Glikol etylenowy jest bezbarwną, lepką cieczą o słodkim smaku, trującą. Glikol etylenowy używany jest jako podstawowy składnik płynu do chłodnic samochodowych, gdyż nie zamarza w czasie zimy. Największe ilości glikolu zużywane są do produkcji tworzyw sztucznych i włókna syntetycznego, zwanego elaną.

Glicerol jest bezbarwną, higroskopijną cieczą o słodkawym smaku. Ma zastosowanie w różnych dziedzinach naszego życia: w przemyśle spożywczym do słodzenia napojów, farmaceutycznym i kosmetycznym jako środek zmiękczający i rozpuszczalnik. W przemyśle tekstylnym używany jest jako dodatek do farb. Ze względu na dużą higroskopijność glicerolu używa się go jako środka odwadniającego. Podobnie jak glikol etylenowy, glicerol służy do sporządzania mieszanin wodnych w celu zapobiegania ich zamarzaniu. Duże ilości glicerolu przeznacza się do produkcji materiałów wybuchowych.