Alcoli
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Gli alcoli sono composti organici di struttura simile agli alcani in cui un atomo di idrogeno è sostituito da un gruppo ossidrile -OH, aventi pertanto formula bruta CnH(2n + 2)O.
I più leggeri tra loro sono, a temperatura ambiente, liquidi incolori con odori caratteristici e miscibili con l'acqua.
Una stima grossolana della miscibilità in acqua di un alcol (ma anche di un diolo o di un etere) può essere fatta a partire dalla sua formula bruta: sono in genere miscibili quei composti che hanno fino a 4 atomi di carbonio per ogni atomo di ossigeno nella loro struttura.
La miscibilità in acqua degli alcoli, nonché il loro elevato punto di ebollizione rispetto ad altre molecole organiche di simili dimensioni e strutture è spiegato tramite la formazione di legami a idrogeno tra l'idrogeno del gruppo -OH e l'ossigeno delle molecole vicine.
Gli alcoli si ottengono sia da fonti naturali che per sintesi.
Esempi comuni di alcoli sono i due più semplici, il metanolo (CH3-OH) e l'etanolo (CH3-CH2-OH). Quest'ultimo è l'alcol per antonomasia; ottenuto in natura dalla fermentazione degli zuccheri, è l'alcol contenuto nelle bevande alcoliche (vino, birra, etc...).
Dal punto di vista della loro struttura chimica, gli alcoli sono classificati come primari, secondari o terziari in funzione del numero di gruppi alchilici legati all'atomo di carbonio cui è legato il gruppo -OH:
tale classificazione ha effetto anche sulla reattività chimica dell'alcol stesso.
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[modifica] Nomenclatura IUPAC
La nomenclatura IUPAC degli alcoli segue regole simili a quella degli alcani, tuttavia occorre evidenziare alcune differenze:
- il nome che viene dato alla catena principale è simile quanto previsto per l'idrocarburo corrispondente con la perdita dell'ultima vocale e l'aggiunta del suffisso -olo
- nel numerare la catena principale, il numero più basso possibile dovrà essere assegnato all'atomo di carbonio cui è legato il gruppo -OH.
Quando il gruppo -OH viene considerato un gruppo sostituente, prende il nome di "idrossi-".
le formule di struttura di 1-butanolo, 2-butanolo e 3-buten-2-olo
[modifica] Fonti industriali
Il metanolo (o alcol metilico, o spirito di legno) veniva preparato per distillazione secca del legno - da cui il nome; oggi si produce principalmente per idrogenazione catalitica dell'ossido di carbonio
CO + 2 H2 → CH3-OH
L'etanolo (o alcol etilico, o spirito di vino), viene prodotto per fermentazione degli zuccheri nelle bevande alcoliche, ma quello per uso industriale viene principalmente prodotto per idratazione dell'etilene
CH2=CH2 + H2O → CH3-CH2-OH
Il propanolo (o alcol propilico),
CH3-CH2-CH2-OH
[modifica] Preparazioni per sintesi
- addizione di carbanioni ad aldeidi o chetoni.
- Come fonte di carbanioni si possono usare composti organometallici, ossia composti organici aventi un atomo di un metallo direttamente legato ad un atomo di carbonio; un esempio è rappresentato dai reattivi di Grignard
R"
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R-C=O + R"-Mg-X --> R-C-OH
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R' R'
- un altro carbanione utilizzabile è uno ione acetiluro
C≡C-R"
|
R-C=O + R"-C≡C-Na --> R-C-OH
| |
R' R'
- Si possono usare riducenti chimici quali il boroidruro di sodio o il litio alluminio idruro
H
NaBH4 |
R-C=O + o --> R-C-OH
| LiAlH4 |
R' R'
- o ricorrere ad una idrogenazione catalitica simile a quella degli alcheni
H
|
R-C=O + H2 [CAT] --> R-C-OH
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R' R'
- Consiste in una reazione di disproporzionamento, in cui un'aldeide (priva di atomi di idrogeno in posizione α rispetto al gruppo aldeidico) subisce in parte un'ossidazione ad acidi carbossilici ed in parte una riduzione ad alcol; è catalizzata da basi forti
2 R-CHO --> R-COOH + R-CH2OH
- una sua variante, detta reazione di Cannizzaro incrociata, sfrutta la maggiore ossidabilità della formaldeide, che si ossida ad acido formico riducendo un'altra aldeide ad alcol
R-CHO + HCHO --> R-CH2OH + HCOOH
- idratazione di alcheni
- Gli alcheni sommano una molecola di acqua trasformandosi in alcoli in presenza di un acido, che funge da catalizzatore
HO H
H+ | |
R-C=C-H + H2O ---> R-C-C-H
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R H R H
- l'orientamento dell'addizione è secondo Markovnikov, ovvero tende a dare preferenzialmente un alcol secondario o terziario
- ossimercuriazione-demercuriazione
- Simile alla precedente, ne costituisce un'alternativa quando non è possibile operare in ambiente acido; prevede l'iniziale addizione di acetato di mercurio seguita immediatamente dalla rimozione del mercurio per trattamento con boroidruro di sodio; anche in questo caso l'orientamento è secondo Markovnikov
HO Hg+ HO H
| | NaBH4 | |
R-C=C-H + Hg++, H2O ---> R-C--C-H ---> R-C-C-H
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R H R H R H
- idroborazione-ossidazione
- Un altro metodo per convertire un alchene in alcol, in questo caso l'orientamento dell'addizione è anti-Markovnikov, ossia produce preferenzialmente alcoli primari; l'alchene somma una molecola di borano e viene subito successivamente ossidata con perossido di idrogeno
H BH2 H OH
| | H2O2 | |
R-C=C-H + BH3 ---> R-C-C-H ---> R-C-C-H
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R H R H R H
[modifica] Reazioni tipiche
- Preparazione di alogenuri alchilici.
- Alcoli III:
CH3 CH3
| HX |
CH3-C-OH --> CH3-C-X + H2O
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CH3 CH3
- È una reazione di sostituzione nucleofila 1 (Sn1), quindi sicuramente si perde una parte del prodotto per via della eliminazione 1 (in questo caso come isobutene)
- Alcoli I-II:
R-OH + SOCl2 --> R-Cl + SO2 + HCl
- questa reazione con il cloruro di tionile si effettua in presenza di piridina o di un'altra ammina terziaria per neutralizzare l'acido cloridrico che si forma.
3R-OH + PBr3 --> 3R-Br + H3PO3
- La reazione con il tribromuro di fosforo richiede, rispetto all'utilizzo di HBr, condizioni molto meno drastiche.
- Ossidazione.
- Alcoli I:
ox ox
RCH2OH --> RCHO --> RCOOH
- Se si mette un ossidante generico si passa direttamente da alcol ad acido carbossilico; per fermare la reazione ad aldeide bisogna usare il piridinio clorocromato (PCC).
- Alcoli II:
R R
\ ox \
CHOH --> C=O
/ /
R' R'
- Alcoli III: Non avviene in quanto non si può formare il doppio legame carbonio-ossigeno.
- Reazioni acido-base.
Gli alcoli hanno un carattere debolmente acido (metanolo ed etanolo circa come l'acqua, gli altri più grossi ancora meno) e quindi non reagiscono con le basi deboli. È necessario quindi utilizzare basi molto forti come, ad esempio, sodio idruro e il metillitio.
ROH + NaH --> RO-Na+ + H2
Questo effetto si ottiene anche utilizzando il sodio metallico, però in questo caso si tratta di una reazione di ossido-riduzione.
- Disidratazione
Si effettua riscaldando l'alcol in presenza di acido fosforico all'85% o acido solforico concentrato, che fungono da catalizzatori.
Gli alcoli primari sono i più difficili da disidratare e necessitano temperature fino a 180°C, quelli secondari circa 140°C ed infine i terziari circa 50°C.
calore
R-CH-CH2-OH + H2SO4 ----> R-C=CH2 + H2O
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CH3 CH3
[modifica] Voci correlate
Portale Chimica: Il portale della scienza della composizione, delle proprietà e delle trasformazioni della materia
