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Resumen Química II– Paulina Oriolani 52 Es prácticamente inerte a los reactivos y también aislante eléctrico. Por su resistencia a los agentes químicos se lo emplea en la fabricación de válvulas y materiales que deban estar en contacto con sustancias corrosivas o sometidas a altas temperaturas. Son los compuestos correspondientes a la serie aromática. Ejemplo: Comprenden un grupo de sustancias formadas por carbono e hidrógeno, que constituyen el esqueleto de su estructura y además oxígeno. Los alcoholes son sustancias que tienen un grupo oxhidrilo (OH) unido a un carbono en una cadena hidrocarbonada. Se pueden considerar como derivados de la sustitución, en un hidrocarburo, de un átomo de hidrógeno por un oxhidrilo. Su fórmula general es: Los alcoholes se clasifican en primarios, secundarios y terciarios, si se tiene en cuenta la posición del grupo OH. Cuando este grupo está ubicado en un carbono primario, el alcohol será primario. Resumen Química II– Paulina Oriolani 53 En el alcohol secundario, el oxhidrilo está ubicado en un carbono secundario (unido a dos carbonos). Los alcoholes terciarios contienen el oxhidrilo en un carbono terciario, es decir, unido a otros tres carbonos. Esta situación se presenta únicamente en un carbono ramificado. Cuando la sustitución de un hidrógeno por un oxhidrilo ocurre en una cadena de carbonos no saturados, se los denomina enoles. Nomenclatura de alcoholes: a. La cadena hidrocarbonada más larga que contiene al grupo OH es la principal y sirve de base al nombre. b. En esa cadena se cambia la terminación del nombre del hidrocarburo por sufijo OL. c. La cadena se numera partiendo del extremo más cercano al grupo OH. d. Se nombran las cadenas laterales o ramificaciones, indicando su posición por medio de los números correspondientes. Los primeros de la serie homóloga son líquidos y los alcoholes superiores son sólidos. Son menos densos que el agua y la densidad aumenta con el número de átomos de carbono. Resumen Química II– Paulina Oriolani 54 Los de peso molecular bajo, como el metanol y el etanol, son incoloros, inflamables, solubles en agua y volátiles. A medida que aumenta el peso molecular, crece el punto de ebullición, el punto de fusión y la viscosidad, por otro lado, hay una pérdida de la solubilidad. El átomo de hidrógeno del oxhidrilo de una molécula es atraído por el átomo de oxígeno de la próxima, pudiendo unirse así muchas moléculas. Las moléculas capaces de formar uniones puente de hidrógeno se atraen entre sí como si fueran pequeños imanes. De este modo se explica el elevado punto de ebullición de los alcoholes, pues para que las moléculas se separen y pasen a la fase gaseosa, parte de la energía calorífica que se les entrega se emplea en la rotura de los puentes de hidrógeno. A medida que aumenta la cadena hidrocarbonada, también aumentan las fuerzas de atracción entre ellas, que llegan a predominar sobre la atracción del grupo oxhidrilo por las moléculas de agua. Los alcoholes muestran entonces menor solubilidad en agua, y llegan a ser totalmente insolubles en el caso de los términos superiores. Las reacciones de la función alcohol pueden deberse a dos razones; a la ruptura del enlace O―H o a la ruptura del enlace C―OH. a. Ruptura del enlace O―H 1. El hidrógeno del grupo oxhidrilo de un alcohol primario puede ser reemplazado por métales alcalinos (Na o K), formando un alcóxido y desprendiendo hidrógeno; el alcohol se comporta como un ácido: Los alcoholes primarios presentan más reactividad frente a los metales alcalinos que los secundarios. A su vez, éstos son más reactivos que los terciarios. Resumen Química II– Paulina Oriolani 55 2. Los alcoholes reaccionan con los ácidos orgánicos, originando esteres. En esta reacción intervienen ácidos inorgánicos fuertes como catalizadores. Es una reacción reversible: b. Ruptura del enlace C―OH 1. Los alcoholes en presencia de halogenuros de hidrógeno forman halogenuros de alquilo: Cuando se emplea HCl se necesita la presencia de un catalizador (ZnCl 2 ), mientras que con el HBr la reacción es más directa. El orden de reactividad de los hidrácidos es el siguiente: HI>HBr>HCl Los alcoholes terciarios son más reactivos que los secundarios, y éstos, a su vez, más que los primarios. 2. Por eliminación de agua, los alcoholes dan lugar a la formación de alquenos o éteres. Si se trata un alcohol usando ácido sulfúrico concentrado, que actúa como catalizador, a una temperatura aproximada de 180ºC se produce la siguiente reacción que forma un alqueno: Resumen Química II– Paulina Oriolani 56 Si la temperatura permanece en 140ºC, se elimina una molécula de agua de dos moléculas de alcohol, obteniéndose un éter. El agente deshidratante empleado es el ácido sulfúrico: Los alcoholes sometidos a la acción de agentes oxidantes suaves producen reacciones que permiten diferenciar los alcoholes primarios, secundarios y terciarios sobre la base de producto formado. Los reactivos usados como agentes oxidantes son la solución diluida de permanganato de potasio (KMnO 4 ) y la mezcla sulfocrómica (ácido sulfúrico concentrado y bicromato de potasio disuelto en agua destilada). I. Oxidación de alcoholes primarios Los alcoholes primarios, en condiciones muy controladas (llamadas así porque sólo afectan al grupo funcional), dan lugar a la formación de aldehídos del mismo número de átomos de carbono: Esta reacción puede interpretarse como un proceso de deshidrogenación, porque el oxidante quitó dos átomos de hidrógeno. Resumen Química II– Paulina Oriolani 57 II. Oxidación de alcoholes secundarios Los alcoholes secundarios producen cetonas de igual número de átomos de carbono, en presencia de oxidantes: III. Oxidación de alcoholes terciarios Los alcoholes terciarios presentan dificultad para oxidarse, en medio ácido se deshidratan, transformándose en alquenos, que a su vez se oxidan con rotura de enlace C―C, formando una cetona de cadena más corta: a. Los alcoholes se forman por la acción del ácido sulfúrico sobre los alquenos. Es una reacción de adición, en la que se forma en una primera etapa sulfato ácido de alquilo que, al hidrolizarse, produce el alcohol: Resumen Química II– Paulina Oriolani 58 b. Los halogenuros de alquilo por hidrólisis alcalina, en soluciones diluidas, dan alcoholes: c. Los aldehídos y cetonas, por adición de hidrógeno y en presencia de un catalizador (Ni o Pt), forman alcoholes primarios y secundarios respectivamente. Las reacciones generalizadas son las siguientes: Resumen Química II– Paulina Oriolani 59 d. Se obtienen alcoholes por adición de reactivos de Grignard a los aldehídos y cetonas. El metanol es un líquido incoloro, móvil, de olor agradable, semejante al del alcohol etílico. Es muy tóxico: ingerido, ataca al nervio óptico, produciendo graves trastornos, que pueden llevar a la ceguera e incluso a la muerte. Se emplea como disolvente de materias grasas, barnices y lacas, y en la fabricación de resinas sintéticas. También es utilizado como anticongelante en los radiadores de los automóviles. El etanol es un líquido incoloro, móvil, volátil, de olor agradable y sabor ardiente. Hierve a 78.3ºC. Es miscible con el agua en todas proporciones, con una ligera concentración de volumen y desprendimiento de calor. Métodos de obtención: a. Obtención de etanol por fermentación de líquidos azucarados: Las fermentaciones son descomposiciones que sufren ciertas sustancias orgánicas producidas por la acción catalítica de otras llamadas enzimas. El etanol se prepara industrialmentepor fermentación de una sustancia dulce, la sacarosa (C 6 H 16 O 6 ), sobre la que actúa una enzima específica llamada zimasa, que es segregada por la levadura de cerveza. Ésta transforma la sacarosa en etanol y dióxido de carbono: La reacción tiene un límite: cuando la concentración de alcohol es de 8-12%, porque los microorganismos mueren a causa del alcohol. Resumen Química II– Paulina Oriolani 60 Proceso de fermentación La obtención del alcohol se realiza en tres etapas: 1. Obtención de líquidos fermentescibles: Cuando la materia prima utilizada es almidón de cereales o la fécula de papas, debe procederse a su transformación mediante un proceso llamado sacarificación. Los granos de cereales, triturados, son calentados con vapor de agua a presión en autoclaves hasta formar una papilla de engrudo de almidón. Manteniendo la temperatura entre 50 y 60ºC, se agrega malta (granos germinados de cebada desecados), que contiene la enzima amilasa. Esta transforma el almidón en ciertos productos intermedios, las dextrinas, y a éstas en maltosa. 2. Fermentación alcohólica propiamente dicha El líquido que proviene de la sacarificación se enfría a 25 o 30ºC y se le añade levadura de cerveza. Una de las enzimas segregadas por esta levadura es la maltasa, que actúa sobre la maltosa, transformándola en glucosa. Otra es la zimasa, que transforma la glucosa en etanol y dióxido de carbono. Cuando la materia prima es melaza (líquido viscoso, con 30 o 40% de sacarosa), el procedimiento consiste en diluir con agua hasta la concentración conveniente. Se siembra la levadura de cerveza a una temperatura comprendida entre 25 y 30ºC. La levadura suministra dos enzimas: la zimasa y la invertasa o sacarasa, que hidroliza sacarosa. Durante la fermentación alcohólica se producen reacciones secundarias que llevan a la formación de homólogos superiores del etanol, como el propanol, el isobutílico, el pentanol y además glicerina. 3. Destilación Para separar el etanol, se somete al líquido alcohólico obtenido durante la fermentación a un proceso de destilación fraccionada en columnas de fraccionamiento. Resumen Química II– Paulina Oriolani 61 El etanol obtenido no es puro. Es una mezcla líquida de 96% etanol y 4% agua que hierve a temperatura constante. Sus componentes no pueden ser separados por destilación fraccionada. b. Obtención de etanol a partir de eteno Partiendo del etileno que se forma durante el cracking de petróleo, se puede obtener etanol por hidratación. Este proceso industrial es el que proporciona la mayor parte del alcohol empleado en la industria química. El etileno se trata con ácido sulfúrico concentrado, formándose sulfato ácido de etilo, que luego, por hidrólisis, regenera ácido sulfúrico y permite la obtención de etanol: Usos del etanol: Es un buen disolvente de un gran número de compuestos orgánicos. Grandes cantidades de etanol son empleadas como disolvente de aceites, resina colorantes, esencias; también se utiliza como disolvente de la seda artificial y en la fabricación de explosivos. En la industria farmacéutica se lo emplea como desinfectante y en la preparación de medicamentos, por ejemplo: tintura de yodo, alcohol alcanforado. Es la sustancia fundamental para la fabricación de perfumes, extractos y productos de tocador. En la síntesis química se lo utiliza para la preparación de éter, etanal, ácido acético, etc. Se usa para la fabricación de bebidas alcohólicas y licores. Se lo emplea como carburante mezclado con naftas. Para que pueda ser usado como carburante, debe tener una pureza del 99,5 y el 100%, ya que es la única forma Resumen Química II– Paulina Oriolani 62 en que es miscible en todas las proporciones con la nafta. Estas mezclas se conocen con el nombre de alconaftas. También se lo utiliza en la fabricación de MTBE (metil- terbutil-éster), utilizado como antidetonante en las naftas. Para que el etanol no pueda ser empleado clandestinamente en la fabricación de bebidas alcohólicas, se lo desnaturaliza, empleándose para ello alcohol metílico, isopropílico, piridina, etc. Un tipo muy difundido de alcohol desnaturalizado es el alcohol de quemar. El agregado de sustancias desnaturalizantes (tienen olor y sabor desagradable) impide que el alcohol sea separado por destilación, ya que los componentes de la mezcla poseen puntos de ebullición que difieren muy poco. Toxicología del etanol Se llega a los 0,5ml/kg con 25ml de alcohol, 50ml de whisky o 250ml de vino por ejemplo. Cuando se asienta en el organismo, se siente en primer lugar inhibición, luego agresión y por último vaso dilatación facial. En exceso puede producir arritmia, disminución de la presión arterial, daños hepáticos. − 0,5 – 1g/l Euforia − 1 – 2g/l Excitación, inestabilidad emocional − 2 – 3g/l Confusión − 3 – 4g/l Estupor, incapacidad total − 4 – 5g/l Coma Son los alcoholes que contienen dos o más grupos oxhidrilos. Los que contienen dos son los denominados glicoles. El más importante es el etanodiol o etilenglicol: Para su preparación se parte de etileno, tratándolo con cloro en presencia de agua. Se obtiene etilenclorhidrina: Resumen Química II– Paulina Oriolani 63 Tratando la etilenclorihidrina con carbonato de sodio (Na 2 CO 3 ) y agua, se hidroliza, obteniéndose etilenglicol: El etilenglicol es un líquido incoloro, viscoso, de sabor dulce, soluble en agua y en alcohol, y poco soluble en éter. Hierve a 197ºC. Presenta elevado punto de ebullición y gran solubilidad en agua, por lo que es empleado como anticongelante, añadido al agua de los radiadores de automóviles. También se emplea para evitar el enmohecimiento del tabaco y en la preparación de resinas y fibras sintéticas (poliéster). El propanotriol, llamado comúnmente glicerina o glicerol, responde a la fórmula: En la industria, se lo obtiene en grandes cantidades como subproducto de la fabricación de jabones a partir de grasas animales o aceites vegetales. Puede obtenerse sintéticamente en forma análoga a la utilizada para el etilenglicol, partiendo del propileno que resulta del cracking del petróleo: Resumen Química II– Paulina Oriolani 64 La glicerina o glicerol, es un líquido incoloro, viscoso, de sabor dulce. Hierve a 300ºC y es miscible con el agua y el alcohol en todas las proporciones, pero es insoluble en éter. Se emplea para la fabricación de jarabes, vacunas y licores. La industria de cosméticos la utiliza para elaborar jabones y cremas. Cuando se calienta la glicerina en presencia de deshidratantes, pierde dos moléculas de agua y se transforma en una sustancia de olor desagradable e irritante, llamada propenal o acroleína: Reacciona con los ácidos formando ésteres. El más importante es en triéster llamado trinitrato de glicerilo o nitroglicerina, que se obtiene por la combinación de la glicerina con una mezcla de ácido sulfúrico y ácido nítrico concentrados: Resumen Química II– Paulina Oriolani 65 La nitroglicerina es un líquido viscoso, oleoso, insoluble en agua, que se comporta como un poderoso explosivo al ser calentado rápidamente o golpeado. Su uso resulta peligroso por su gran sensibilidad al choque. Para evitar que se produzcan explosiones al transportarlo y con la finalidad de hacerlo más manuable, Nobel descubrió que mezclándolo con material silíceo (tierra de infusorios), se forma una pasta que no presenta estos inconvenientes, denominada dinamita. Ésta, se emplea como explosivo en los trabajos de minas y túneles. Cuando la sustitución de un hidrógeno por un oxhidrilo ocurre en el ciclo aromático, las sustancias que se obtienen se llaman fenoles. Los sufijos diol, triol, tetrol, etc.,indican el número de oxhidrilos de la molécula. En la serie aromática también se conocen difenoles, trifenoles, etc. Los alcoholes aromáticos tienen propiedades similares a las de los alcoholes de cadena abierta; forman alcóxidos, ésteres, éteres, ácidos. Se los prepara sobre todo para obtener sus ésteres, utilizados en perfumería debido a su olor a flores.