Κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες
- Αιθανόλη

Γενικά

Οι κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες έχουν το γενικό τύπο:

C_νH_2ν+1OH ή ROH. Θεωρητικά μπορούμε να πούμε ότι οι αλκοόλες προέρχονται από τα αλκάνια, αν αντικαταστήσουμε ένα άτομο υδρογόνου με τη ρίζα υδροξύλιο.

Η αιθανόλη δεν είναι απλώς το παλαιότερο οργανικό αντιδραστήριο που χρησιμοποιήθηκε από τον άνθρωπο, αλλά επίσης ένα από τα πλέον σημαντικά. Η αιθανόλη (CH₃CH₂OH) είναι η αλκοόλη των οινοπνευματωδών (αλκοολούχων) ποτών και γι' αυτό ονομάζεται οινόπνευμα.

Παρασκευές

α. Με αλκοολική ζύμωση

Στην Παλαιά Διαθήκη αναφέρεται ότι, όταν ο Νώε εγκατέλειψε την κιβωτό, καλλιέργησε ένα αμπέλι και απ' αυτό αργότερα ήπιε το προϊόν του. Αυτή η ιστορία και άλλες πληροφορίες μας δείχνουν ότι η ζύμωση του μούστου και άλλων γλυκών χυμών ήταν γνωστή στον άνθρωπο εδώ και χιλιάδες χρόνια.

Η παρασκευή οινοπνεύματος από τη γλυκόζη, που περιέχεται π.χ. στα σταφύλια, ονομάζεται αλκοολική ζύμωση και γίνεται παρουσία ενζύμου που ονομάζεται ζυμάση.

C₆H₁₂O₆2CH₃CH₂OH + 2CO₂
γλυκόζη

Το ιδιαίτερο ποτό που παράγεται σε κάθε περίπτωση (μπίρα, ουίσκι, βότκα κλπ) εξαρτάται από την ύλη ζύμωσης (σίκαλη, καλαμπόκι, σταφύλια, μούρα κλπ), τις συνθήκες ζύμωσης (αν το CO₂ αφήνεται να διαφύγει ή εμφιαλώνεται για παράδειγμα) και τις συνθήκες μετά τη ζύμωση (απόσταξη ή όχι) .

β. Από πετρέλαιο

Μεγάλες ποσότητες αιθυλικής αλκοόλης παρασκευάζονται σε πετροχημικά εργοστάσια από το αιθυλένιο CH₂=CH₂. Το αιθυλένιο, όπως είδαμε, αντιδρά σε ειδικές συνθήκες με νερό παρουσία οξέων (π.χ. θειικό οξύ) και δίνει με μεγάλη απόδοση αιθανόλη.

CH₂=CH₂ + H₂O CH₃CH₂OH

H προσθήκη νερού σε αλκένια μπορεί να εφαρμοστεί γενικά για τις κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες.

C_vH_2v + H₂O C_vH_2v+1OH

γ. Ειδικές μέθοδοι παρασκευής μεθανόλης

Ειδικά η μεθανόλη μπορεί να παρασκευαστεί με ξηρά απόσταξη των ξύλων, όπως φαίνεται στο σχήμα 3.3, γι' αυτό και ονομάζεται ξυλόπνευμα.

Οι σύγχρονες όμως βιομηχανικές  μονάδες παραγωγής μεθανόλης στηρίζονται στην παρακάτω καταλυτική σύνθεση:

CO + 2H₂ CH₃OH

Φυσικές Ιδιότητες

• Τα κατώτερα μέλη της σειράς των κορεσμένων μονοσθενών αλκοολών είναι υγρά, άχρωμα και ευδιάλυτα στο νερό. Τα μέσα μέλη είναι υγρά, ελαιώδη, με σχετικά δυσάρεστη οσμή και διαλύονται πολύ λίγο στο νερό. Τα ανώτερα μέλη είναι στερεά, άοσμα και πρακτικά αδιάλυτα στο νερό.

• Η αιθανόλη είναι υγρό άχρωμο, με ευχάριστη δηκτική γεύση και σχετικά ευχάριστη οσμή. Η αιθανόλη αναμιγνύεται με το νερό σε κάθε αναλογία και κατά την ανάμειξη παρατηρείται ελάττωση όγκου, ενώ εκλύεται θερμότητα.

Χημικές Ιδιότητες

α. Καύση

Κατά την πλήρη καύση της αιθανόλης, δημιουργείται χαρακτηριστική γαλάζια φλόγα και ελευθερώνεται ικανό ποσό θερμότητας, ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως καύσιμο.

CH₃CH₂OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O

H γενική αντίδραση πλήρους καύσης των κορεσμένων μονοσθενών αλκοολών είναι: C_vH_2v+1OH + O₂ → vCO₂ + (v+1)H₂O

β. Εστεροποίηση

Οι αλκοόλες δε δημιουργούν ιοντικά διαλύματα και επομένως δε θεωρούνται βάσεις. Οι αλκοόλες όμως αντιδρούν με οξέα και, ενώ η αντίδραση επιφανειακά μοιάζει με την εξουδετέρωση, ουσιαστικά είναι τελείως διαφορετική απ' αυτή και ονομάζεται εστεροποίηση.

π.χ. CH₃COOH + CH₃CH₂OH CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O

αιθανικός αιθυλεστέρας

Γενικά η εστεροποίηση μεταξύ κορεσμένου μονοκαρβοξυλικού οξέος και κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης δίνεται από τη χημική εξίσωση:
RCOOH + R'OH RCOOR' + H₂O

γ. Οξείδωση

Οι πρωτοταγείς αλκοόλες οξειδώνονται σε αλδεΰδες και οι αλδεΰδες σε οξέα: RCH₂OH RCHO RCOOH

π.χ. CH₃CH₂OH CH₃CHO CH₃COOH

αιθανάλη αιθανικό (οξικό) οξύ

Οι δευτεροταγείς αλκοόλες οξειδώνονται σε κετόνες.

+ [O] → + H₂O

π.χ. + [O] → + H₂O

προπανόνη ή διμεθυλοκετόνη ή ακετόνη

Οι κετόνες και οι τριτοταγείς αλκοόλες δεν οξειδώνονται παρά κάτω από  πολύ έντονες οξειδωτικές συνθήκες, οπότε διασπώνται.

Για την οξείδωση των αλκοολών στο εργαστήριο χρησιμοποιούμε συνήθως διάλυμα KMnO₄ (υπερμαγγανικού καλίου) ή διάλυμα K₂Cr₂O₇ (διχρωμικού καλίου) παρουσία οξέος. Στις αντιδράσεις που αναφέραμε το οξειδωτικό το συμβολίζουμε με [Ο], χωρίς αυτό να σημαίνει ότι γίνεται η οξείδωση με αέριο οξυγόνο O₂. Στη βιομηχανία η οξείδωση των αλκοολών επιτυγχάνεται με αέριο Ο₂ (αέρα) παρουσία ειδικών καταλυτών. Αλκοτέστ εξάλλου μπορεί να γίνει με βάση την αλλαγή χρώματος που προκαλεί η οξείδωση της αλκοόλης σε οξινισμένο K₂Cr₂O₇ (από πορτοκαλί σε πράσινο).

δ. Αφυδάτωση

Οι κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες αφυδατώνονται, όταν θερμαίνονται παρουσία πυκνού H₂SO₄ ή Al₂O₃, και ανάλογα με τις συνθήκες δίνουν αλκένιο ή αιθέρα. Δηλαδή,

CH₃CH₂OH CH₂=CH₂ + H₂O

2CH₃CH₂OH CH₃CH₂-O-CH₂CH₃ + H₂O

Γενικά:

C_vH_2v+1OH C_vH_2v + H₂O

2C_vH_2v+1OH C_vH_2v+1-O-C_vH_2v+1 + H₂O

Η θερμοκρασία αφυδάτωσης των αλκοολών δεν είναι πάντοτε η ίδια, γιατί οι τριτοταγείς αλκοόλες αφυδατώνονται ευκολότερα από τις δευτεροταγείς και αυτές ευκολότερα από τις πρωτοταγείς. Γενικώς όμως ισχύει ότι η αφυδάτωση των αλκοολών προς αλκένια γίνεται σε υψηλότερη θερμοκρασία απ' ότι η αφυδάτωσή τους προς αιθέρες.

ε. Αντίδραση με δραστικά μέταλλα

Το υδρογόνο του υδροξυλίου των αλκοολών μπορεί να αντικατασταθεί από δραστικό μέταλλο, συνήθως Na ή Κ, οπότε σχηματίζονται οργανικές ενώσεις που ονομάζονται αλκοξείδια. Οι αντιδράσεις αυτές αποδεικνύουν τον όξινο χαρακτήρα που έχουν οι αλκοόλες

ROH + Na → RONa + ½H₂

π.χ. CH₃CH₂OH + Na → CH₃CH₂ONa +½H₂

αιθοξείδιο του νατρίου

Χρήσεις αιθανόλης

Tα μεγαλύτερα ποσά της αιθανόλης χρησιμοποιούνται στα αλκοολούχα ποτά. Άλλες χρήσεις της αιθανόλης βλέπουμε στον πίνακα που ακολουθεί.

Η αιθανόλη στη βιομηχανία

Μερικές χαρακτηριστικές ιδιότητες των καρβονυλικών ενώσεων

Οι αλδεΰδες και κετόνες έχουν πολλές κοινές ιδιότητες λόγω της κοινής καρβονυλικής ομάδας που έχουν.

Oι πιο χαρακτηριστικές ιδιότητές τους είναι:

α. αντιδράσεις προσθήκης

Στο διπλό δεσμό του καρβονυλίου μπορούν να προστεθούν διάφορα μόρια όπως H₂, HCN, κλπ

+ HCN →

β. αντιδράσεις οξείδωσης

Όπως είδαμε, οι αλδεΰδες οξειδώνονται εύκολα σε οξέα.

RCHO + [O] → RCOOH

Αντίθετα, οι κετόνες οξειδώνονται πολύ δύσκολα και δίνουν κάτω από έντονες συνθήκες οξείδωσης συνήθως μίγματα οργανικών οξέων με λιγότερα άτομα άνθρακα.

Ιδιαίτερο> ενδιαφέρον παρουσιάζει η οξείδωση αλδεϋδών από ήπια οξειδωτικά μέσα, όπως είναι:

• το αντιδραστήριο Fehling (Φελίγγειο υγρό), που είναι αλκαλικό διάλυμα ιόντων Cu²⁺ και το οποίο οδηγεί σε ερυθρό ίζημα Cu₂O.
• το αντιδραστήριο Tollens, που είναι αμμωνιακό διάλυμα AgNO₃ και το οποίο δίνει κάτοπτρο Ag.

Oι δύο παραπάνω αντιδράσεις χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση των αλδεΰδών.

γ. αντιδράσεις πολυμερισμού

Οι αλδεΰδες πολυμερίζονται σε όξινο περιβάλλον, ενώ οι κετόνες όχι.

π.χ. 4CH₃CHO → (CH₃CHO)₄

Η ένωση (CH₃CHO)₄ ονομάζεται μεταλδεϋδη ή στερεό οινόπνευμα.

Μεθανάλη (ΗCHO)

H απλούστερη αλδεΰδη ονομάζεται μεθανάλη ή φορμαλδεΰδη και είναι αέριο με χαρακτηριστική ερεθιστική οσμή. Υδατικό διάλυμα φορμαλδεΰδης (περίπου 40%) ονομάζεται φορμόλη και χρησιμοποιείται ως αντισηπτικό. Στη βιομηχανία οι μεγαλύτερες ποσότητες φορμαλδεΰδης χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία πλαστικών. Αυτό συμβαίνει, γιατί εύκολα συμπολυμερίζεται με φαινόλη, ουρία και μεθυλαμίνη και δίνει πολύτιμα πλαστικά.

ΣΧΗΜΑ 3.7 Οι αλδεΰδες αντιδρούν με το αντιδραστήριο Tollens και σχηματίζουν κάτοπτρο. Η αντίδραση αυτή χρησιμεύει για τη διάκριση μεταξύ αλδεϋδών και κετονών.