En química , un alcohol es un tipo de compuesto orgánico que lleva al menos un grupo funcional hidroxilo ( -OH ) unido a un átomo de carbono saturado . [2] [3] Los alcoholes varían desde los simples, como el metanol y el etanol , hasta los complejos, como la sacarosa y el colesterol . La presencia de un grupo OH modifica fuertemente las propiedades de los hidrocarburos, confiriéndoles propiedades hidrófilas (amantes del agua). El grupo OH proporciona un sitio en el que pueden ocurrir muchas reacciones.
La naturaleza inflamable de las exhalaciones del vino ya era conocida por los antiguos filósofos naturales como Aristóteles (384-322 a. C.), Teofrasto ( c. 371-287 a. C.) y Plinio el Viejo (23/24-79 d. C.). [4] Sin embargo, esto no condujo inmediatamente al aislamiento del alcohol, incluso a pesar del desarrollo de técnicas de destilación más avanzadas en el Egipto romano de los siglos II y III . [5] Un reconocimiento importante, encontrado por primera vez en uno de los escritos atribuidos a Jābir ibn Ḥayyān (siglo IX d.C.), fue que al agregar sal al vino hirviendo, lo que aumenta la volatilidad relativa del vino , se puede mejorar la inflamabilidad de los vapores resultantes. . [6] La destilación del vino está atestiguada en obras árabes atribuidas a al-Kindī ( c. 801 –873 EC) y a al-Fārābī ( c. 872 –950), y en el libro 28 de al-Zahrāwī ( Latín: Abulcasis, 936-1013) Kitāb al-Taṣrīf (posteriormente traducido al latín como Liber servatoris ). [7] En el siglo XII, comenzaron a aparecer en varias obras latinas recetas para la producción de aqua ardens ("agua ardiente", es decir, alcohol) mediante la destilación de vino con sal, y a finales del siglo XIII, se había convertido en una sustancia ampliamente conocida entre los químicos de Europa occidental. [8]
Los trabajos de Taddeo Alderotti (1223-1296) describen un método para concentrar alcohol que implica destilación fraccionada repetida a través de un alambique enfriado por agua, mediante el cual se podía obtener una pureza de alcohol del 90%. [9] Las propiedades medicinales del etanol fueron estudiadas por Arnald de Villanova (1240-1311 d.C.) y Juan de Rupescissa ( c. 1310-1366 ), este último lo consideraba una sustancia que preserva la vida y es capaz de prevenir todas las enfermedades ( el aqua vitae o "agua de vida", también llamada por Juan la quintaesencia del vino). [10]
La palabra "alcohol" deriva del árabe kohl ( árabe : الكحل , romanizado : al-kuḥl ), un polvo utilizado como delineador de ojos. [11] La primera parte de la palabra ( al- ) es el artículo definido árabe , equivalente a the en inglés. La segunda parte de la palabra ( kuḥl ) tiene varios antecedentes en lenguas semíticas , derivando en última instancia del acadio 𒎎𒋆𒁉𒍣𒁕 ( guḫlum ), que significa estibina o antimonio . [12]
Al igual que sus antecedentes en árabe y lenguas más antiguas, el término alcohol se utilizó originalmente para designar el polvo muy fino producido por la sublimación del mineral natural estibina para formar trisulfuro de antimonio Sb 2 S 3 . Se consideraba la esencia o "espíritu" de este mineral. Se utilizó como antiséptico , delineador de ojos y cosmético . Posteriormente, el significado de alcohol se amplió a las sustancias destiladas en general, y luego se redujo nuevamente al etanol, cuando "espíritus" era sinónimo de licor fuerte . [13]
Tanto Paracelso como Libavio utilizaron el término alcohol para indicar un polvo fino; este último habló de un alcohol derivado del antimonio. Al mismo tiempo, Paracelso usa la palabra para designar un líquido volátil; alcool o alcool vini aparece a menudo en sus escritos. [14]
Bartolomé Traheron , en su traducción de Juan de Vigo de 1543 , introduce la palabra como un término utilizado por autores "bárbaros" para "polvo fino". Vigo escribió: "los bárbaros auctours usan alcohol, o (como yo a veces escribo) alcofoll, para obtener la poudre más fina". [15]
El Lexicon Chymicum de 1657 , de William Johnson, glosa la palabra como "antimonium sive stibium". [16] Por extensión, la palabra pasó a referirse a cualquier fluido obtenido por destilación, incluido el "alcohol de vino", la esencia destilada del vino. Libavius en Alchymia (1594) se refiere a " vini alcohol vel vinum alcalisatum ". Johnson (1657) glosa alcohol vini como " quando omnis superfluitas vini a vino separatur, ita ut accensum ardeat donec totum consumatur, nihilque fæcum aut flegmatis in fundo remaneat ". El significado de la palabra quedó restringido al "espíritu de vino" (la sustancia química conocida hoy como etanol ) en el siglo XVIII y se amplió a la clase de sustancias denominadas "alcoholes" en la química moderna después de 1850. [15]
El término etanol se inventó en 1892, mezclando " etano " con la terminación "-ol" de "alcohol", que se generalizó como libfix . [17]
El término alcohol originalmente se refería al alcohol primario etanol (alcohol etílico), que se utiliza como droga y es el principal alcohol presente en las bebidas alcohólicas .
El sufijo -ol aparece en el nombre químico de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) de todas las sustancias donde el grupo hidroxilo es el grupo funcional con mayor prioridad. Cuando un grupo de mayor prioridad está presente en el compuesto, se utiliza el prefijo hidroxi- en su nombre IUPAC. El sufijo -ol en nombres que no pertenecen a la IUPAC (como paracetamol o colesterol ) también suele indicar que la sustancia es un alcohol. Sin embargo, algunos compuestos que contienen grupos funcionales hidroxilo tienen nombres triviales que no incluyen el sufijo -ol o el prefijo hidroxi- , por ejemplo, los azúcares glucosa y sacarosa .
La nomenclatura IUPAC se utiliza en publicaciones científicas y en escritos donde la identificación precisa de la sustancia es importante. Al nombrar alcoholes simples, el nombre de la cadena de alcano pierde la e terminal y agrega el sufijo -ol , por ejemplo , como en "etanol" del nombre de la cadena de alcano "etano". [18] Cuando es necesario, la posición del grupo hidroxilo se indica mediante un número entre el nombre del alcano y el -ol : propan-1-ol para CH 3 CH 2 CH 2 OH , propan-2-ol para CH 3 CH( OH) CH3 . Si está presente un grupo de mayor prioridad (como un aldehído , cetona o ácido carboxílico ), entonces se utiliza el prefijo hidroxi- , [18] por ejemplo, como en 1-hidroxi-2-propanona ( CH 3 C(O)CH 2OH ) . [19] Los compuestos que tienen más de un grupo hidroxi se denominan polioles . Se nombran utilizando los sufijos -diol, -triol, etc., siguiendo una lista de los números de posición de los grupos hidroxilo, como en propano-1,2-diol para CH 3 CH (OH) CH 2 OH (propilenglicol).
En los casos en que el grupo hidroxi está unido a un carbono sp 2 en un anillo aromático , la molécula se clasifica por separado como fenol y se nombra utilizando las reglas de la IUPAC para nombrar fenoles. [20] Los fenoles tienen propiedades distintas y no están clasificados como alcoholes.
En otros contextos menos formales, un alcohol suele denominarse con el nombre del grupo alquilo correspondiente seguido de la palabra "alcohol", por ejemplo, alcohol metílico , alcohol etílico . El alcohol propílico puede ser alcohol n -propílico o alcohol isopropílico , dependiendo de si el grupo hidroxilo está unido al carbono final o medio de la cadena lineal de propano . Como se describe en la denominación sistemática, si otro grupo de la molécula tiene prioridad, la fracción alcohólica a menudo se indica utilizando el prefijo "hidroxi-". [21]
En la nomenclatura arcaica, los alcoholes pueden denominarse derivados del metanol utilizando la terminación "-carbinol". Por ejemplo, (CH 3 ) 3 COH puede denominarse trimetilcarbinol.
Luego, los alcoholes se clasifican en primarios, secundarios ( sec- , s- ) y terciarios ( tert- , t- ), según el número de átomos de carbono conectados al átomo de carbono que lleva el grupo funcional hidroxilo . (Las respectivas taquigrafías numéricas 1°, 2° y 3° se utilizan a veces en entornos informales. [22] ) Los alcoholes primarios tienen fórmulas generales RCH 2 OH . El alcohol primario más simple es el metanol ( CH 3 OH ), para el cual R=H, y el siguiente es el etanol, para el cual R=CH3 , el grupo metilo . Los alcoholes secundarios son los de la forma RR'CHOH, el más simple de los cuales es el 2-propanol ( R=R'=CH3 ) . Para los alcoholes terciarios, la forma general es RR'R"COH. El ejemplo más simple es el terc-butanol (2-metilpropan-2-ol), para el cual cada uno de R, R' y R" es CH3 . En estas abreviaturas, R, R' y R" representan sustituyentes , alquilo u otros grupos unidos, generalmente orgánicos.
Los alcoholes tienen una larga historia de innumerables usos. Para los monoalcoholes simples, en los que se centra este artículo, los siguientes son los alcoholes industriales más importantes: [24]
El metanol es el alcohol industrial más común, con alrededor de 12 millones de toneladas anuales producidas en 1980. La capacidad combinada de los demás alcoholes es aproximadamente la misma y se distribuye aproximadamente por igual. [24]
Con respecto a la toxicidad aguda, los alcoholes simples tienen toxicidades agudas bajas . Se toleran dosis de varios mililitros. Para pentanoles , hexanoles , octanoles y alcoholes más largos, la DL50 oscila entre 2 y 5 g/kg (ratas, oral). El etanol es menos tóxico. [25] Todos los alcoholes son irritantes leves de la piel. [24]
El metabolismo del metanol (y del etilenglicol ) se ve afectado por la presencia de etanol, que tiene una mayor afinidad por la alcohol deshidrogenasa hepática . De esta forma, el metanol se excretará intacto por la orina. [26] [27] [28]
En general, el grupo hidroxilo vuelve polares a los alcoholes . Esos grupos pueden formar enlaces de hidrógeno entre sí y con la mayoría de los demás compuestos. Debido a la presencia de alcoholes OH polares, son más solubles en agua que los hidrocarburos simples. El metanol, el etanol y el propanol son miscibles en agua. El butanol , de cadena de cuatro carbonos, es moderadamente soluble.
Debido a los enlaces de hidrógeno , los alcoholes tienden a tener puntos de ebullición más altos que los hidrocarburos y éteres comparables . El punto de ebullición del alcohol etanol es de 78,29 °C, en comparación con los 69 °C del hidrocarburo hexano y los 34,6 °C del éter dietílico .
Los alcoholes simples se encuentran ampliamente en la naturaleza. El etanol es el más destacado porque es producto de la fermentación, una importante vía de producción de energía. Otros alcoholes simples, principalmente alcoholes de fusel , se forman sólo en pequeñas cantidades. Sin embargo, los alcoholes más complejos son omnipresentes, como se manifiesta en los azúcares, algunos aminoácidos y ácidos grasos.
Muchos alcoholes se producen por hidroxilación , es decir, la instalación de un grupo hidroxi utilizando oxígeno o un oxidante relacionado. La hidroxilación es el medio por el cual el cuerpo procesa muchos venenos , convirtiendo compuestos lipófilos en derivados hidrófilos que se excretan más fácilmente. Las enzimas llamadas hidroxilasas y oxidasas facilitan estas conversiones.
Muchos alcoholes industriales, como el ciclohexanol para la producción de nailon , se producen por hidroxilación.
En el proceso Ziegler , se producen alcoholes lineales a partir de etileno y trietilaluminio seguidos de oxidación e hidrólisis. [24] Se muestra una síntesis idealizada de 1-octanol :
El proceso genera una variedad de alcoholes que se separan por destilación .
Muchos alcoholes superiores se producen por hidroformilación de alquenos seguida de hidrogenación. Cuando se aplica a un alqueno terminal , como es común, normalmente se obtiene un alcohol lineal: [24]
Estos procesos dan alcoholes grasos , que son útiles para detergentes.
Algunos alcoholes de bajo peso molecular de importancia industrial se producen mediante la adición de agua a los alquenos. Mediante este método general se producen etanol, isopropanol, 2-butanol y terc-butanol. Se emplean dos implementaciones, los métodos directo e indirecto. El método directo evita la formación de intermedios estables, normalmente utilizando catalizadores ácidos. En el método indirecto, el alqueno se convierte en el éster sulfato , que posteriormente se hidroliza. La hidratación directa utilizando etileno ( hidratación de etileno ) [29] u otros alquenos procedentes del craqueo de fracciones de petróleo crudo destilado .
La hidratación también se utiliza industrialmente para producir diol etilenglicol a partir de óxido de etileno .
El etanol se obtiene por fermentación de glucosa (que a menudo se obtiene del almidón ) en presencia de levadura. El dióxido de carbono se cogenera. Al igual que el etanol, el butanol se puede producir mediante procesos de fermentación. Se sabe que la levadura Saccharomyces produce estos alcoholes superiores a temperaturas superiores a 75 °F (24 °C). La bacteria Clostridium acetobutylicum puede alimentarse de celulosa (también un alcohol) para producir butanol a escala industrial. [30]
Los haluros de alquilo primarios reaccionan con NaOH o KOH acuosos para formar alcoholes en sustitución alifática nucleofílica . (En su lugar, los haluros de alquilo secundarios y especialmente terciarios darán el producto de eliminación (alqueno)). Los reactivos de Grignard reaccionan con grupos carbonilo para formar alcoholes secundarios y terciarios. Las reacciones relacionadas son la reacción de Barbier y la reacción de Nozaki-Hiyama .
Los aldehídos o cetonas se reducen con borohidruro de sodio o hidruro de litio y aluminio (después de un tratamiento ácido). Otra reducción mediante isopropilatos de aluminio es la reducción de Meerwein-Ponndorf-Verley . La hidrogenación asimétrica de Noyori es la reducción asimétrica de β-cetoésteres.
Los alquenos participan en una reacción de hidratación catalizada por ácido utilizando ácido sulfúrico concentrado como catalizador que generalmente da alcoholes secundarios o terciarios. A la derecha se muestra la formación de un alcohol secundario mediante reducción e hidratación de alquenos :
La hidroboración-oxidación y la oximercuración-reducción de alquenos son más fiables en la síntesis orgánica. Los alquenos reaccionan con N-bromosuccinimida y agua en una reacción de formación de halohidrina . Las aminas se pueden convertir en sales de diazonio , que luego se hidrolizan.
Con valores de p K a acuosos de alrededor de 16-19, son, en general, ácidos ligeramente más débiles que el agua . Con bases fuertes como el hidruro de sodio o el sodio forman sales [a] llamadas alcóxidos , de fórmula general RO − M + (donde R es un alquilo y M es un metal ).
La acidez de los alcoholes se ve fuertemente afectada por la solvatación . En la fase gaseosa, los alcoholes son más ácidos que en el agua. [31] En DMSO, los alcoholes (y el agua) tienen una p K a de alrededor de 29–32. Como consecuencia, los alcóxidos (e hidróxidos) son potentes bases y nucleófilos (p. ej., para la síntesis del éter de Williamson ) en este disolvente. En particular, RO - o HO - en DMSO se puede utilizar para generar concentraciones de equilibrio significativas de iones acetiluro mediante la desprotonación de alquinos (ver reacción de Favorskii ). [32] [33]
Los alcoholes terciarios reaccionan con el ácido clorhídrico para producir cloruro de alquilo terciario . Los alcoholes primarios y secundarios se convierten en los cloruros correspondientes utilizando cloruro de tionilo y diversos reactivos de cloruro de fósforo. [34]
Los alcoholes primarios y secundarios, asimismo, se convierten en bromuros de alquilo, tribromuro de fósforo , por ejemplo:
En la desoxigenación de Barton-McCombie, un alcohol se desoxigena a un alcano con hidruro de tributilestaño o un complejo de trimetilborano -agua en una reacción de sustitución de radicales .
Mientras tanto, el átomo de oxígeno tiene pares solitarios de electrones no enlazados que lo vuelven débilmente básico en presencia de ácidos fuertes como el ácido sulfúrico . Por ejemplo, con metanol:
Tras el tratamiento con ácidos fuertes, los alcoholes sufren la reacción de eliminación E1 para producir alquenos . La reacción, en general, obedece a la Regla de Zaitsev , que establece que se forma el alqueno más estable (normalmente el más sustituido). Los alcoholes terciarios se eliminan fácilmente justo por encima de la temperatura ambiente, pero los alcoholes primarios requieren una temperatura más alta.
Este es un diagrama de deshidratación catalizada por ácido de etanol para producir etileno :
Una reacción de eliminación más controlada requiere la formación del éster xantato.
Los alcoholes terciarios reaccionan con ácidos fuertes para generar carbocationes. La reacción está relacionada con su deshidratación, por ejemplo, isobutileno a partir de alcohol terc-butílico. Un tipo especial de reacción de deshidratación involucra trifenilmetanol y especialmente sus derivados sustituidos con aminas. Cuando se tratan con ácido, estos alcoholes pierden agua para dar carbocationes estables, que son colorantes comerciales. [35]
El alcohol y los ácidos carboxílicos reaccionan en la llamada esterificación de Fischer . La reacción suele requerir un catalizador , como ácido sulfúrico concentrado:
Otros tipos de ésteres se preparan de manera similar; por ejemplo, los ésteres de tosilo (tosilato) se obtienen mediante la reacción del alcohol con cloruro de p- toluenosulfonilo en piridina.
Los alcoholes primarios ( R-CH 2 OH ) se pueden oxidar a aldehídos ( R-CHO ) o a ácidos carboxílicos ( R-CO 2 H ). La oxidación de alcoholes secundarios ( R 1 R 2 CH-OH ) normalmente termina en la etapa de cetona ( R 1 R 2 C=O ). Los alcoholes terciarios ( R 1 R 2 R 3 C−OH ) son resistentes a la oxidación.
La oxidación directa de alcoholes primarios a ácidos carboxílicos normalmente se produce a través del aldehído correspondiente, que se transforma mediante un hidrato de aldehído ( R-CH(OH) 2 ) mediante reacción con agua antes de que pueda oxidarse aún más al ácido carboxílico.
Los reactivos útiles para la transformación de alcoholes primarios en aldehídos normalmente también son adecuados para la oxidación de alcoholes secundarios en cetonas . Estos incluyen el reactivo de Collins y el periodinano de Dess-Martin . La oxidación directa de alcoholes primarios a ácidos carboxílicos se puede realizar utilizando permanganato de potasio o el reactivo de Jones .
Como ol es indicativo de un derivado de OH, no parece haber ninguna razón por la cual la palabra simple ácido no deba connotar carboxilo, y por qué al no deba connotar COH;
los nombres etanol, etanal y ácido etanoico o simplemente ácido etano representarían los derivados OH, COH y COOH del etano.
