CH3 ─ CH ─ CH3
OH
2-propanol (alcool izopropilic)

ALCOOLI

Conținuturi:

Metanol, etanol, glicerină

oDenumire, formule de structură

oProprietăţi fizice (stare de agregare, solubilitate, punct fierbere)

Izomerie de catenă şi de poziţie

Proprietăţi chimice:

oDeshidratarea 2-butanolului

oArderea metanolului, fermentaţia acetică o Oxidarea etanolului (KMnO4, K2Cr2O7) o Obţinerea trinitratului de glicerină

Importanța practică și biologică a etanolului

Alcoolii sunt compuși organici care conțin în moleculă grupa hidroxil, - OH legată de un atom de carbon ce formează numai legături simple, σ.

Denumire, formule de structură

│ │ │

OH OH OH

Formula generală a alcoolilor aciclici monohidroxilici saturați: CnH2n+1OH

sau CnH2n+2O

Izomeria alcoolilor

2.Izomeria de poziție, apare la alcoolii cu n ≥ 3. Exemplu: C3H8O

CH2 ─ CH2 ─ CH3

OH

1-propanol (alcool propilic)

Proprietăţi fizice

Proprietățile fizice ale alcoolilor sunt determinate de structura alcoolilor. Prezența atomului de oxigen, puternic electronegativ, determină polarizarea moleculelor de alcool, deci alcoolii au molecule polare.

Stare de agregare

Metanolul, etanolul și glicerina sunt lichizi.

Solubilitatea în apă

Metanolul, etanolul și glicerina sunt solubili în apă, deoarece între grupele hidroxil polare și moleculele de apă, polare, se stabilesc interacții de hidrogen. Acești alcooli sunt miscibili cu apa, formează amestecuri omogene.

Solubilitatea alcoolilor scade cu creșterea catenei și crește cu numărul grupelor hidroxil.

Puncte de fierbere

Alcoolii au temperaturi de fierbere mai ridicate decât hidrocarburile corespunzătoare și alte substanțe organice, deoarece între moleculele polare ale alcoolilor se stabilesc legături de hidrogen (pentru ruperea acestor legături este necesară energie termică suplimentară).

p.f. C2H6 < p.f. C2H5─Cl < p.f. C2H5─NH2 < p.f. CH3─ OH

- 89ºC +12ºC+16,6ºC+ 65ºC

Punctele de fierbere cresc cu masa moleculară și cu numărul grupelor hidroxil, -OH. Punctele de fierbere ale metanolului, etanolului și glicerinei cresc

în ordinea:

p.f. metanol < p.f. etanol < p.f. glicerină

Proprietăți chimice

1.Deshidratarea 2-butanolului, este reacția de eliminare a apei, în prezență de acid sulfuric la cald. Eliminarea apei respectă regula lui Zaițev: se elimină grupa hidroxil și hidrogenul de la atomul de carbon cel mai substituit (cel mai sărac).

Puterea calorică

2. Arderea metanolului (combustia)

CH3─ OH + 3 O2 CO2 + 2H2O + Q 2

Metanolul are putere calorică mare, de aceea poate fi folosit drept combustibil.

q = Q m(kg)

3.Fermentația acetică (oxidarea fermentativă) are loc în prezența oxigenului molecular din aer. Alcoolul etilic din vin este oxidat la acid acetic datorită unei enzime – bacterium aceti.

enzime

CH3─ CH2─ OH + O2 CH3─ COOH + H2O

4.Oxidarea etanolului are loc în funcție de agentul oxidant folosit:

oOxidarea blândă cu dicromat de potasiu în soluție de acid sulfuric,

K2Cr2O7 /H2SO4.

oSe formează etanal (aldehida acetică), cu miros de mere verzi. Coeficienții stoechiometrici ai ecuațiilor chimice se stabilesc făcând bilanțul atomilor participanți sau prin metoda redox.

Etanolul este agent reducător, iar dicromatul de potasiu este agent oxidant. Reacția de oxidare a etanolului cu dicromat de potasiu în soluție de acid sulfuric stă la baza testului de alcoolemie.

Culoarea portocalie dată de ionul Cr2O72- se schimbă în verde datorită ionului

Cr3+ din Cr2(SO4)3.

oOxidarea energică cu permanganat de potasiu în soluție de acid sulfuric, KMnO4 /H2SO4.

oSe formează acid etanoic (acetic), cu miros înțepător, de oțet.

5CH3─CH2─OH + 4KMnO4 + 6H2SO4 5CH3─COOH +2K2SO4+ 4MnSO4 + 11H2O

-4e-

C-1 C+3 proces de oxidare , agent reducător │·5

+5e-

Mn+7 Mn+2 proces de reducere, agent oxidant │· 4

Etanolul este agent reducător, iar permanganatul de potasiu este agent oxidant. Culoarea violetă dată de ionul permanganat MnO4- devine aproape incoloră, datorită ionului Mn2+ din MnSO4.

5.Nitrarea glicerinei cu amestec sulfonitric, conduce la trinitrat de glicerină. o Este o reacție de esterificare, deci trinitratul de glicerină este un ester.

!Se folosește la obținerea

dinamitei, iar sub denumirea de nitroglicerină este folosit și ca medicament, în boli de inimă.

Trinitratul de glicerină este un lichid uleios incolor, care explodează foarte ușor. Pentru a împiedica explozia sa, sub acțiunea unor șocuri, lovituri, trinitratul de glicerină se amestecă cu un material anorganic inert, kieselgur și se obține dinamita.

Dinamita a fost inventată de chimistul suedez Alfred Bernhard Nobel, în anul 1867.

Acţiunea biologică a etanolului

Efectele fiziologice determinate de prezența alcoolului etilic în organism, sunt:

oAre acțiune depresivă și anestezică, deoarece acționează la nivelul membranelor celulelor nervoase, la fel ca și medicamentele cu acțiune sedativă și tranchilizantă;

oProvoacă dilatarea vaselor de sânge, crește fluxul de sânge prin vasele capilare și apare senzația de căldură;

oInhibă producerea de hormoni antidiuretici (vasopresina) care determină deshidratarea organismului;

oPrin metabolizarea lui în ficat se obține un produs toxic, etanalul sau aldehida acetică, care produce îmbolnăvirea ficatului (ciroza) și chiar distrugerea lui.

Utilizări

Metanolul

Este materie primă pentru obținerea maselor plastice, coloranți, rășini sintetice; Se folosește mai rar ca solvent și combustibil, fiind toxic.

Etanolul

Dezinfectant sub denumirea de spirt medicinal sau sanitar;

Obținerea băuturilor alcoolice și esențelor; Obținerea parfumurilor și a unor medicamente;

Combustibil, în spirtierele folosite în unele laboratoare.

Glicerina

Obținerea unor soluții farmaceutice și prodese cosmetice; Se adaugă în unele mase plastice, pentru a le păstra plasticitatea, se utilizează ca lichid în unele termometre; Obținerea trinitatului de glicerină.

Aplicații – alcooli

I. Identificați formulele moleculare și structurale ale următorilor alcooli:

1.Alcoolul monohidroxilic saturat secundar conține 60%C;

2.Alcoolul ce conține în procente de masă: 52,17%C, 13.04%H și are densitatea în raport cu hidrogenul egală cu 23;

3.Triolul cu raportul de masă C:H:O = 9:2:12;

4.Alcoolul monohidroxilic saturat secundar cu raportul masic de combinare C:O = 3.

Rezolvare:

1.Formula generală CnH2n+2O µCnH2n+2O = 14n + 18 g/mol

14n + 18 g alcool. .................. 12n g C

100g alcool. ........................... 60 g C

n = 3, formula moleculară C3H8O, formula structurală CH3 ─ CH ─ CH3

OH

2.Se calculează procentul masic de oxigen; %O = 100 – (52,17 + 13,04) = 34,79

3.Se împart masele din raport la masele atomice corespunzătoare și apoi la rezultatul cel mai mic.

Triolul conține 3 grupe hidroxil, - OH, deci trei atomi de O.

F. moleculară (C H2.66 O) n , n = 3, C3H8O3

F. structurală CH2─ CH─ CH2

│ │ │

OH OH OH

4.Se face raportul maselor C și O din formula generală CnH2n+2O; mC = 12n , 12n = 3, n = 4, formula moleculară C4H10O

mO 16 16

Formula structurală CH3 ─ CH ─ CH2─ CH3 2-butanol

OH

II.1. Comparaţi punctul de fierbere al glicerinei cu cel al metanolului. Explicaţi răspunsul.

2.Comparaţi punctul de fierbere al etanolului cu cel al etanului. Explicaţi răspunsul.

3.Comparaţi solubilitatea în apă a glicerinei cu solubilitatea în apă a alcanului cu acelaşi număr de atomi de carbon. Argumentați răspunsul.

Rezolvare:

1.p.f. glicerină > p.f. metanol

Punctele de fierbere ale alcoolilor cresc cu masa moleculară și cu numărul grupelor hidroxil.

2.p.f. etanol > p.f. etan

Între moleculele polare ale etanolului se stabilesc legături de hidrogen, iar între moleculele nepolare ale etanului se stabilesc forțe van der Waals de dispersie. Tăria acestor interacții scade în ordinea:

legătura de hidrogen > forțe van der Waals de dispersie.

3.Glicerina este solubilă în apă, iar propanul este insolubil în apă.

Între grupele hidroxil polare ale glicerinei și moleculele polare ale apei se stabilesc legături de hidrogen. Propanul are molecule nepolare, deci se dizolvă în solvenți nepolari.

III.Un alcool monohidroxilic saturat secundar, conține 21,62%O, procente masice.

1.Determinați formula moleculară și structurală a alcoolului.

2.Scrieți reacția de deshidratare a alcoolului identificat.

3.Calculați volumul de alchenă obținut stoechiometric, în c.n, dacă se

folosesc 500 mL alcool cu densitatea, ρ = 0,8 g/mL.

Rezolvare:

1.Formula generală CnH2n+2O µCnH2n+2O = 14n + 18 g/mol

14n + 18 g alcool. .................. 16 g O

100g alcool. ........................... 21,62 g O

n = 4, formula moleculară C4H10O, formula structurală CH3─CH ─CH2─CH3

µC4H10O = 74 g/mol

υ= m = 400 = 5,4 moli 2-butanol ⇒ 5,4 moli 2-butenă, V= 5,4·22,4 =121 L

μ 74

IV. Alcoolii au putere calorică mare și dau prin ardere produși nepoluanți. Prețul ridicat al proceselor de obținere împiedică folosirea în prezent a alcoolilor drept combustibili, la scară largă.

1.Scrieţi ecuaţia reacţiei de ardere a alcoolului metilic.

2.Calculaţi volumul de CO2 (c.n.) rezultat stoechiometric prin arderea a 64 kg alcool metilic.

3.Ce volum de aer, cu 20% O2, se folosește pentru ardere (c.n.) ?

4.Ce cantitate de căldură se degajă la arderea metanolului, dacă puterea calorică a metanolului este 5300 kcal/kg.

Rezolvare:

2.υ = m = 64 = 2 kmoli alcool metilic ⇒ 2 kmoli CO2, V = 2·22,4 = 44,8 m3

μ 32

µCH3OH = 32 kg/kmol

3.Se calculează volumul de oxigen pe reacție și apoi volumul de aer.

m(kg)

V.Dinamita se obţine prin amestecarea trinitratului de glicerină cu un material anorganic inert, numit kieselgur.

1.Scrieţi ecuaţia reacţiei de nitrare a glicerinei.

2.Calculaţi masa de glicerină ce reacţionează cu 200 mL soluţie de acid azotic de concentraţie 3M.

3.Calculați masa de trinitrat de glicerină obținută cu randamentul 80%.

Rezolvare:

2.µC3H8O3 = 92 g/mol

3. 0,2 moli glicerină ⇒ 0,2 moli trinitrat de glicerină

µC3H5O9N3 = 227 g/mol, m = 0,2·227 = 45,4 g trinitrat de glicerină (Ct)

VI. Oxidarea fermentativă a alcoolului etilic se cunoaște sub denumirea de oțețirea vinului.

Determinați masa de acid acetic pur care se obține dintr-un litru de vin de 12 ,densitatea etanolului fiind, ρ = 0,8 g/mL.

Rezolvare:

Gradele alcoolice reprezintă concentrația de etanol din vin, în procente de volum, c = 12%.

VII. Se oxidează 0,5 moli de etanol cu soluție de KMnO4 de concentrație 2M, în prezență de acid sulfuric.

1.Scrieți ecuația reacției chimice și precizați agentul oxidant și reducător;

2.Care este raportul molar C2H6O : KMnO4 : H2SO4;

3.Calculați volumul de soluție de KMnO4 folosit în reacție;

4.Calculați masa de acid acetic obținută în reacție.

Rezolvare:

1. 5CH3─ CH2─ OH + 4KMnO4 + 6H2SO4 5CH3─ COOH +2K2SO4 +4MnSO4 + 11H2O

Agent reducător - CH3─ CH2─ OH (vezi metoda redox)

Agent oxidant - KMnO4

2.Raportul molar este 5 : 4 : 6.

VIII. Asociați numărul de ordine al denumirii compusului organic din coloana A cu litera din coloana B, corespunzătoare unei utilizări a acestuia. Fiecărei cifre din coloana A îi corespunde o singură literă din coloana B.

Rezolvare: 1- e, 2- d, 3- a, 4- f, 5- b

IX. Asociați numărul de ordine al formulelor reactanţilor din coloana A cu litera din coloana B, corespunzătoare denumirii produsului organic rezultat din reacţie. Fiecărei cifre din coloana A îi corespunde o singură literă din coloana B.

Rezolvare: 1- c, 2- a, 3- b, 4- d , 5- f