Alkohole

WSTĘP
Przeciętnemu człowiekowi nazwa alkohol kojarzy się ze spirytusem konsumpcyjnym i produkowanymi z niego wyrobami. Tymczasem spirytus jest tylko jednym z alkoholi —dużej grupy związków, które nie tylko nic mają nic wspólnego z napojami alkoholowymi, ale nawet nie muszą być cieczami! Posiadają różne właściwości. Łączy je natomiast obecność w cząsteczce jednej lub więcej grup wodorotlenowych.


Ogólnie o alkoholach
Alkohole są związkami organicznymi, w których cząsteczkach występuje przynajmniej jedna grupa —OH, nazywana grupą wodorotlenową lub grupą hydroksylową. Zatem najbardziej ogólnym wzorem alkoholi będzie R—ON (z wyjątkiem fenoli). Nazwy alkoholi tworzy się przez dodanie nazwy odpowiedniej grupy organicznej do słowa „alkohol”, np. CH3OH — alkohol metylowy, lub przez dodanie do nazwy węglowodoru odpowiednich końcówek, w zależności od liczby grup hydroksylowych (wodorotlenowych): -ol (alkohole monohydroksylowe), -diol (alkohole dihydroksylowe), -triol (alkohole trihydroksylowe). Pochodne alkanów nazywa się alkanolami (alkanodiolami, alkanotriolami), a alkenów — alkenolami. Rozróżnia się alkohole: pierwszorzędowe (mające ugrupowania –CH2OH), drugorzędowe (=CHOH) i trzeciorzędowe (COH). Słowo „alkohol” (podobnie brzmiące w wielu językach) pochodzi z języka arabskiego, prawdopodobnie od słów al.- ghul., co oznacza „zły duch”.
Najbardziej rozpowszechnione alifatyczne alkohole jednowodorotlenowe (monohydroksylowe) tworzą szereg homologiczny o wzorze ogólnym CnH2n+OH. Alkohole należące do tego szeregu homologicznego zmieniają swoje właściwości fizyczne wraz ze wzrostem wielkości cząsteczki. Niższe alkohole mąją charakterystyczny alkoholowy zapach i ostry, palący smak. Alkohole o nieco większych cząsteczkach (4-6 atomów węgla w cząsteczce) charakteryzują się słodkawym, duszącym zapachem, który zanika u następnych przedstawicieli szeregu homologicznego. Wraz ze wzrostem wielkości cząsteczki wzrasta temperatura wrzenia alkoholi. Alkohole zawierające w cząsteczce powyżej 12 atomów węgla są ciałami stałymi. Kolejne człony szeregu homologicznego charakteryzują się coraz slabsza rozpuszczalnością w wodzie.
Zdecydowanie największe znaczenie mają dwa pierwsze związki szeregu homologicznego, czyli alkohole o najmniejszych cząsteczkach: metanol CH3OH i etanol CH3CH2OH (C2H5OH).


Metanol
CH3OH
Nazywany również alkoholem metylowym (dawniej też karbinol), powstaje w procesie suchej destylacji drewna. Stąd jego dawna nazwa — spirytus drzewny. Jest najprostszym alkoholem alifatycznym. . Ta bezbarwna i palna ciecz o temperaturze wrzenia 64,7 oC i temperaturze krzepnięcia -97,5oC, o chaterystycznym zapachu i nieograniczonej rozpuszczalności w wodzie (również w etanolu i eterze) jest silnią trucizną. Powoduje utratę wzroku, a nawet śmierć! Ponadto opary alkoholu metylowego działają drażniąco na błony śluzowe.
Wielkie zapotrzebowanie przemysłu chemicznego na metanol sprawia, że stara metoda destylacji rozkładowej drewna stała się niewystarczająca. Obecnie znaczne ilości metanolu produkuje się syntetycznie, przez uwodornienie tlenku węgla w temperaturze 300–400C, pod zwiększonym ciśnieniem, w obecności katalizatora (CO2+2H2CH3OH, choć reakcja ta jest prosta w zapisie, wymaga w praktyce specjalistycznej aparatury) lub przez utlenianie propanu i butanu.
Metanol jest ważnym surowcem w przemyśle chemicznym (m.in. do wytwarzania aldehydu mrówkowego, estrów, metyloamin, chlorku metylu), jest również stosowany jako rozpuszczalnik, paliwo silnikowe i w syntezie organicznej. W postaci estrów występuje w wielu olejkach eterycznych.
Działanie toksyczne metanolu. Mechanizm działania toksycznego metanolu jest związany przede wszystkim z jego metabolitami, tzn. aldehydem mrówkowym (formaldehydem) i kwasem mrówkowym. Podczas przemiany metanolu w organizmie obserwuje się kumulację kwasu mrówkowego i jego soli w tkankach i w oku. Prowadzi to do ciężkiej kwasicy metabolicznej i zmian zwyrodnieniowych w oku. Formaldehyd powoduje zmiany zwyrodnieniowe komórek miąższu wątroby, nerek i serca. Zmiany zwyrodnieniowe w oku dotyczą zarówno siatkówki, jak i nerwu wzrokowego oraz nabłonka rogówki.



Etanol
C2H5OH
Etanol (alkohol etylowy) to najpopularniejszy z alkoholi, ponieważ wielkie jego ilości zużywa przemysł spożywczy do produkcji napojów alkoholowych. Etanol towarzyszy człowiekowi od zamierzchłych czasów. Pierwsze napoje alkoholowe powstały w sposób przypadkowy w wyniku fermentacji owoców lub ziaren zbóż. Fermentacji podlega cukier zawarty w materiale roślinnym. Równanie reakcji fermentacji glukozy pod wpływem enzymów drożdży przedstawia się następująco:
C6H12062C2H50H + 2C02
Podczas domowej produkcji wina z owoców można na przykład zauważyć gaz wydzielający się przez rurkę fermentacyjną. To właśnie dwutlenek węgla. Stężenie alkoholu etylowego w roztworze wzrasta, ale tylko do kilkunastu procent, ponieważ powstający etanol zabija drożdże. Czysty alkohol zawierający niewiele wody (spirytus) otrzymuje się w wyniku destylacji, wykorzystując różnicę w temperaturze wrzenia między etanolem, a wodą. Trudno ustalić, kto pierwszy otrzymał destylowany alkohol. Być może, dokonali tego kapłani w starożytnym Egipcie. Natomiast na większą skalę czysty etanol zaczęto uzyskiwać w Europie w VIII wieku n.e. z żyta, a W XVIII wieku z ziemniaków.
Etanol jest bezbarwną cieczą o temperaturze topnienia -117,3C i temperaturze wrzenia 78,3C, lżejszą od wody i mieszający się z nią w dowolnym stosunku. Ma charakterystyczny zapach i piekący smak. Pali się niebieskawym płowieniem. Ma podobny zapach i smak do metanolu, co bywa przyczyna tragicznych pomyłek Choć alkohol etylowy jest niewątpliwie trucizną, to jego toksyczność okazała się zdecydowanie mniejsza od toksyczności metanolu. Łatwo się utlenia do aldehydu octowego, z metalami tworzy alkoholany (najważniejsze: etanolan sodu C2H5ONa i glinu (C2H5O)3 Al), a z kwasami daje estry, np. octan etylu. Dawniej jedynym źródłem alkoholu etylowego był proces alkoholowej fermentacji skrobi (zawartej w ziemniakach, kukurydzy, życie i in.) lub cukru (zawartego w melasie). Poddając destylacji produkty fermentacji otrzymuje się mieszaninę zawierającą 95,57% alkoholu etylowego i 4,43% wody (mieszanina azeotropowa), zw. rektyfikatem. Alkohol bezwodny czyli alkohol absolutny otrzymuje się:
1) przez ogrzewanie rektyfikatu z wapnem palonym (stara metoda);
2) przez destylację rektyfikatu z dodatkiem benzenu; najpierw oddestylowuje się w temperaturze 64,9C mieszaniną azeotropową (benzen, alkohol, woda), a następnie bezwodny alkohol. Obecnie alkohol etylowy otrzymuje się również syntetycznie, przeważnie przez uwodnienie etylenu lub uwodornienie aldehydu.
Alkohol denaturowany (denaturat, alkohol skażony) jest rektyfikatem dodatkiem zasad pirydynowych i fioletowo-różowego barwnika.
Alkohol etylowy jest stosowany jako rozpuszczalnik, surowiec w wielu syntezach chemicznych (np. eteru etylowego, chloroformu, estrów), w przemyśle farmaceutycznym (do wyrobu np. nalewek, wyciągów), w przemyśle kosmetycznym (do wyrobu perfum, wód toaletowych), w medycynie (gł. jako środek odkażający), jako dodatek do paliw silnikowych, paliw w tzw. kuchenkach spirytusowych, do celów spożywczych (spirytus, wódki).
Działanie toksyczne etanolu. Etanol jest metabolizowany do aldehydu octowego, który jest związkiem denaturującym enzymy i inne białka komórkowe oraz do kwasu octowego, którego obecność powoduje kwasicę. Etanol działa depresyjnie, narkotycznie oraz hepatotoksycznie — niszczy komórki wątrobowe. Narusza strukturę i czynność neuronów, łatwo przenika do komórek nerwowych ośrodkowego układu nerwowego, powodując ich niedotlenienie, prowadzące do zaburzeń czynnościowych.
Wchłanianie etanolu rozpoczyna się bardzo szybko po wypiciu napojów zawierających alkohol, bo już w jamie ustnej, a następnie w przewodzie pokarmowym. Jego szybkość zależy od tempa przesuwania się treści pokarmowej z żołądka do dwunastnicy i jelit. Najwięcej alkoholu przenika do krwi z okolicy jelit. Wchłonięty alkohol i związany z tym wzrost jego stężenia we krwi powoduje fizjologiczną reakcję organizmu w postaci stanu upojenia, który może prowadzić nawet do śmierci. Etanol należy do tych związków chemicznych, których systematyczne i długotrwałe używanie prowadzi do uzależnienia i groźnych dla organizmu zmian. W wielu rejonach świata, w tym także w naszym kraju, uzależnienie od alkoholu przybiera poważne rozmiary, ale to już temat na inny referat...


Do najpopularniejszych alkoholi zawierających więcej niż jedną grupę hydroksylową należą: etanodiol i propanotriol. Pierwszy z tych związków — zwany popularnie glikolem etylenowym — ma dwie grupy hydroksylowe, drugi —znany pod nazwą glicerolu lub gliceryny — trzy.


Etanodiol
1,2-etanodiol, glikol etylenowy; Najprostszy alkohol dihydroksylowy. Jest to oleista ciecz, o temperaturze topnienia -11,5C i temperaturze wrzenia 197,5C. Rozpuszczalny w wodzie i alkoholu, a trudno rozpuszczalny w eterze. Posiada słodki smak i jest bardzo toksyczny.
Glikol jest otrzymywany z tlenku etylenu przez przyłączanie wody, ostrożne utlenianie etylenu w obecności wody lub przez hydrolizę etylenochlorohydryny:
Glikol znalazł zastosowanie w produkcji nie-zamarzających płynów do chłodnic samochodowych, ponieważ dodany do wody w znacznym stopniu obniża temperaturę jej krzepnięcia.


Propanotriol
Gliceryna, 1,2,3-propanotriol; jest alkoholem trihydroksylowym. Jest to gęsta, bezbarwna ciecz o słodkim smaku, temperaturze topnienia 20C i temperaturze wrzenia 290C, doskonale miesza się z wodą i alkoholem, nierozpuszczalna w eterze i chloroformie, higroskopijna, lotna z parą wodną. Estrami glicerolu i wyższych kwasów tłuszczowych są tłuszcze. Jak wszystkie estry, tłuszcze ulegają hydrolizie, szczególnie w środowisku alkalicznym. W wyniku takiej hydrolizy, nazywanej zmydlaniem, otrzymuje się sole wyższych kwasów tłuszczowych, czyli mydeł i glicerolu. Wody pozostałe po procesie zmydlania i wyodrębnienia mydeł zawierają duże ilości glicerolu. Właśnie w tym materiale wykrył po raz pierwszy glicerol w roku 1780 szwedzki chemik Karl Wilhelm Scheele.
Hydrolizę tłuszczów w celu otrzymania glicerolu stosuje się również obecnie, choć większego znaczenia nabrała syntetyczna metoda pozyskiwania tego alkoholu z propenu wyodrębnionego z gazów krakingowych:
Jest stosowana do wyrobu nitrogliceryny, farb, apretur oraz w przemyśle barwników, spożywczym, kosmetycznym, tytoniowym.


Inne alkohole
Alkohole o długich łańcuchach (zawierających od kilkunastu do ponad 30 atomów węgla) wchodzą w skład wosków. Takie długo-łańcuchowe alkohole, będące ciałami stałymi (np. cetylowy o 16 atomach węgla, mirycylowy o 30 atomach węgla) łączą się wiązaniem estrowym z wyższymi kwasami tłuszczowymi (np. palmitynowym o 16 atomach węgla czy melisynowym o 30 atomach węgla), tworząc woski. Woski to substancje odporne na czynniki chemiczne. Są syntetyzowane zarówno przez rośliny, jak i przez zwierzęta. Najbardziej znany jest wosk pszczeli. Otrzymuje się go przez stopienie plastrów miodu uprzednio oczyszczonych z patoki (płynnego miodu). U roślin woski występują w postaci nalotów na kutykuli skórki liści oraz owoców nieraz w znacznej ilości — w ten sposób chronią je przed wyparowaniem wody. Niektóre woski pochodzenia zwierzęcego (lanolina, olbrot, wosk pszczeli) są szeroko stosowane w farmacji do wyrobu maści i kremów.
Do alkoholi należy też cholesterol, który wchodzi w skład błon komórkowych i otoczek mielinowych komórek nerwowych. Cholesterol jest także prekursorem w biosyntezie kwasów żółciowych i hormonów steruidowych. Odkładanie się cholesterolu w postaci złogów na wewnętrznej powierzchni naczyń krwionośnych prowadzi do miażdżycy. Cholesterol może odkładać się też w postaci tzw. kamieni żółciowych.

ALKOHOL ALLILOWY, 2-propenol, CH2=CHCH2OH; Jest to związek organiczny, najprostszy alkohol nienasycony, ciecz. Jest toksyczny. Surowiec w produkcji m.in. gliceryny, estrów.

ALKOHOL BENZYLOWY, dawniej też fenylokarbinol, C6H5CH2OH; Jest to związek organiczny, bezbarwny, ciecz o charakterystycznym zapachu i temperaturze wrzenia 205,4C. Miesza się z alkoholem etylowym, eterem, słabo z wodą. Występuje (również w postaci estrów) w olejkach eterycznych, np. jaśminu, hiacyntu. Alkohol benzylowy to dobry rozpuszczalnik, m.in. estrów i eterów celulozy, żywic, siarki, lakierów; estry alkoholi benzylowych (octan, benzoesan, salicylan). Stosuje się go jako składniki kompozycji zapachowych.

ALKOHOL FENYLOETYLOWY, 2-fenyloetanol, C6H5(CH2)2OH; Jest to bezbarwny związek organiczny, o oleistej konsystencji i o zapachu róży. Miesza się z wodą, eterem i alkoholem etylowym. Występuje w olejkach eterycznych, gł. różanym i geraniowym. Otrzymuje się go ze styrenu lub tlenku etylenu i benzenu. Jest powszechnie stosowany w perfumerii jako składnik kompozycji zapachowych i aromatów.

ALKOHOL PROPYLOWY, propanol, C3H7OH; Monohydroksylowy alkohol, pochodny propanu. Występuje w postaci 2 izomerów:
1) propanol, CH3CH2CH2OH, bezbarwna ciecz mieszająca się z wodą, alkoholem etylowym, eterem; temp. wrz. 97C; otrzymywany z propanu przez katalityczne utlenianie;
2) 2-propanol, izopropanol, CH3CHOHCH3, bezbarwna ciecz mieszająca się z wodą, alkoholem etylowym, eterem; temp. wrz. 83C; otrzymywany przez uwodnienie propenu; obydwa izomery są stosowane gł. jako rozpuszczalniki.

POLI(ALKOHOL WINYLOWY), PVAL,
Otrzymywany w wyniku hydrolizy poli(octanu winylu). Właściwości fizyczne i chemiczne poli(alkoholu winylowego) zależą w znacznym stopniu od struktury wyjściowego poli(octanu winylu) oraz stopnia i warunków hydrolizy (im stopień hydrolizy jest wyższy, tym poli(alkohol winylowy) lepiej rozpuszcza się w wodzie, a gorzej w rozpuszczalnikach organicznych). Handlowe gatunki poli(alkoholu winylowego) zawierają zwykle 1–20% niezhydrolizowanych grup octanowych.
Poli(alkohol winylowy) jest stosowany jako środek pomocniczy w przemyśle włókienniczym i papierniczym, jako składnik klejów, stabilizator emulsji, środek obniżający napięcie powierzchniowe, a także do wyrobu powłok rozpuszczalnych. w wodzie oraz włókien stosowanych w technice i chirurgii.

FENOL, hydroksybenzen, C6H5OH; Najprostszy przedstawiciel monohydroksylowych fenoli. Bezbarwny kryształ o temperaturze topnienia 41C i temperaturze wrzenia 182C. Rozpuszczalny w wodzie i rozpuszczalnikach organicznych. Posiada charakterystyczny ostry zapach. Jest silnym antyseptykiem, trujący, wykazuje własności słabego kwasu. Otrzymywany ze smoły pogazowej i syntetycznie: z chlorobenzenu, z kwasu benzenosulfonowego, z wodorotlenku kumenu.
Stosowany jako półprodukt w przemyśle tworzyw sztucznych (kaprolaktam, dian, żywice fenolowo-formaldehydowe), barwników, farmaceutycznym.