Chimie Organica: Alcooli

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

 

Conținuturi Alcoolii:

• Denumire, formule de structură Metanol, etanol, glicerină
• Izomerie de catenă şi de poziţie
• Clasificare 
• Proprietăţi fizice (stare de agregare, solubilitate, punct fierbere)
• Proprietăţi chimice:

- 1. Deshidratarea 2-butanolului
- 2. Arderea metanolului, fermentaţia acetică
- 3. Oxidarea etanolului (KMnO4, K2Cr2O7)
- 4. Obţinerea trinitratului de glicerină

• Importanța practică și biologică a etanolului
• Aplicații Alcooli

 

Recapitulare!
• Compușii hidroxilici sunt compuși organici derivați din hidrocarburi prin înlocuirea unuia sau a mai multor atomi de hidrogen cu grupa hidroxil: —OH.
• După tipul radicalului hidrocarbonat — alchil (R) sau aril (Ar) — de care se leagă grupa hidroxil, compușii hidroxilici se împart în alcooli și fenoli.
• Compușii hidroxilici pot fi considerați și ca derivând de la apă prin înlocuirea unui atom de hidrogen cu un radical organic (alchil sau aril).
• Alcoolii sunt compuși hidroxilici în care grupa funcțională hidroxil, —OH, este legată de un atom de carbon saturat. Formula generală a alcoolilor este: R–OH, unde R este un radical alchil.
• Fermentația alcoolică (care transformă zaharidele în alcooli) și fermentația acetică (care transformă vinul în oțet) sunt printre cele mai vechi și mai des utilizate reacții chimice ebacalaureat.ro

 

Denumire, formule de structură:

Metanol (alcool metilic) CH₃─ OH
Etanol (alcool etilic) CH₃─ CH₂─ OH

1,2,3 – propantriol (glicerina)	CH2─	CH─	CH2
	│	│	│
	OH	OH	OH

 

Formula generală a alcoolilor aciclici monohidroxilici saturați: C_nH_2n+1OH sau C_nH_2n+2O

Denumirea alcoolilor se obține prin adăugarea sufixului -ol sau a prefixului hidroxi- la numele hidrocarburii corespunzătoare.
- După regulile IUPAC, se alege catena de bază ca fiind cea mai lungă catenă care conține grupa —OH, se denumește hidrocarbura corespunzătoare catenei de bază indicând poziția grupei —OH prin indicele numeric cel mai mic posibil și la sfârșit se adaugă sufixul -ol. Pozițiile altor radicali sau substituenți din moleculă se precizează prin indici numerici.
- Denumirea uzuală a alcoolilor se obține folosind termenul alcool, urmat de numele radicalului hidrocarburii cu același număr de atomi de carbon și structură la care se adaugă sufixul -ic.

 

Izomerie de catenă şi de poziţie

 

• După natura radicalului de care este legată grupa hidroxil:

- alcooli saturați:    CH3─CH2─OH Etanol (Alcool etilic)

- alcooli nesaturați:    CH2=CH─CH2─OH  2-Propen-1-ol (Alcool alilic)

- alcooli aromatici:     C6H5─CH2─OH     Alcool benzilic

 

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
  Termenii inferiori sunt lichizi, cei superiori sunt solizi. 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)ebacalaureat.ro

 

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
+ 65ºC		+78ºC		+ 290ºC

 

  Punctele de fierbere ale alcoolilor cresc direct proporțional cu masa moleculară și cu numãrul de grupe hidroxil din moleculă.

 

 

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).

 

CH3	─ CH ─	CH2 ─ CH3	t°C, H2SO4	→CH3─ CH = CH ─ CH3 + H2O
	│
	OH

2-butanol

2-butenă

 

2. Arderea metanolului (combustia)

CH3─ OH +

3 2

O2

→

CO2 + 2H2O + Q

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

Puterea calorică 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.

CH3─ CH2─ OH + O2

enzime

→CH3─ COOH + H2O

 

 

4. Oxidarea etanolului are loc în funcție de agentul oxidant folosit:
  •  Oxidarea blândă cu dicromat de potasiu în soluție de acid sulfuric,
K₂Cr₂O₇ /H₂SO₄.
  •  Se formează etanal (aldehida acetică), cu miros de mere verzi.
Coeficienții stoechiometrici ai ecuațiilor chimice se stabilesc făcând bilanțul
atomilor participanți sau prin metoda redox.

CH3─ CH2─ OH + [O]	K2Cr2O7 /H2SO4	→	CH3─ CH= O + H2O	|	·3
etanol			etanal

K2Cr2O7 + 4H2SO4

→

K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 4H2O + 3[O]

|

·3

 

 Se face bilanțul atomilor de oxigen atomic, [O] și se scrie ecuația reacției:

3C2H5─OH + K2Cr2O7	+4H2SO4	→	3CH3─CH=	O + K2SO4 + Cr2(SO4)3 +7H2O
portocaliu	etanal			verde

 

Metoda redox:

	-1		+6		+1		+3
3CH3─	CH2─	OH +	K2Cr2O7 +	4H2SO4 →3CH3─	CH=	O + K2SO4	+
Cr2(SO4)3	+7H2O

 

C-1

-2e-

→

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

2Cr+6

+6e-

2Cr+3 proces de reducere, agent oxidant

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 Cr₂O₇^2- se schimbă în verde datorită ionului
Cr³⁺ din Cr₂(SO₄)₃.

 

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

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

CH3─ CH2─ OH + 2[O]	KMnO4/H2SO4	→ CH3─ COOH + H2O  |· 5
etanol		acid acetic

2KMnO₄ + 3H₂SO₄ → K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 3H₂O + 5[O]  |· 2

 

Se face bilanțul atomilor de oxigen atomic, [O] și se scrie ecuația reacției:

5C2H5─OH+	4KMnO4 + H2SO4 →	5CH3─ COOH 2K2SO4	+4MnSO4+11H2O
	violet	acid acetic	incolor

 

Metoda redox:

	-1	+7	+3
5C2H5─	CH2	OH+4KMnO4 + H2SO4   →	5CH3─ COOH 2K2SO4

+2

+4MnSO4+11H2O

 

C-1

-4e-

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

Mn+7

+5e-

→ 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.
  •  Este o reacție de esterificare, deci trinitratul de glicerină este un ester.

H2C─OH			H2C	─O─NO2
│			│
HC─OH	+ 3HONO2	H2SO4	→HC	─O─NO2	+ 3H2O
│			│
H2C─OH			H2C	─O─NO2

glicerina

trinitrat de glicerină (TNG)

 

trinitrat de glicerină (TNG)

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.

 

 

Importanța practică și biologică a etanolului

Acţiunea biologică a etanolului
Efectele fiziologice determinate de prezența alcoolului etilic în organism, sunt:
  •  Are acțiune depresivă și anestezică, deoarece acționează la nivelul membranelor celulelor nervoase, la fel ca și medicamentele cu acțiune sedativă și tranchilizantă;
  •  Provoacă dilatarea vaselor de sânge, crește fluxul de sânge prin vasele capilare și apare senzația de căldură;
  •  Inhibă producerea de hormoni antidiuretici (vasopresina) care determină deshidratarea organismului;
  •  Prin 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

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
 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 C_nH_2n+2O
μC_nH_2n+2O = 14n + 18 g/mol
14n + 18 g alcool.....................12n g C
100 g 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

C= 52,17 : 12 = 4,34 atomi gram	│	2 atomi C
H = 13,04 atomi gram	│: 2,17	6 atomi H
O = 34,79 : 16 = 2,17 atomi gram	│	1 atom O	⇒ f. brută C2H6O

 

Formula moleculară (C₂H₆O) n = 46, n = 1 ⇒  C₂H₆O

 

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

C = 9 : 12 = 0,75 atomi gram	│	1 atom C
H = 2 atomi gram	│: 0,75	2,6(6) atomi H
O = 12 : 16 = 0,75 atomi gram	│	1 atom O
⇒ formula brută C H2.66 O

 

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

 Formula moleculară (C H_2.66 O) n , n = 3, C₃H₈O₃

 Formula structurală

CH2	─CH─	OH
│	│	│
OH	OH	OH

 

 4. Se face raportul maselor C și O din formula generală C_nH_2n+2O;

mC mO

=

12n 16

,

12n 16

= 3, n = 4, formula moleculară C4H10O

 

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 C_nH_2n+2O
μC_nH_2n+2O = 14n + 18 g/mol
14n + 18 g alcool.....................16 g O
100 g alcool..............................21,62 g O
n = 4, formula moleculară C₄H₁₀O,

Formula structurală  CH3─	CH	─CH2─ CH3
	│
	OH

 

2.	CH3─	CH	─CH2─ CH3	t°C, H2SO4	→ CH3─ CH = CH ─ CH3 + H2O
		│
		OH

 

3. ρ =	m V	⇒ m = 500 mL · 0,8 g/mL = 400 g 2-butanol
		μC4H10O = 74 g/mol

 

υ =	m μ	=	400 74	= 5,4 moli 2-butanol ⇒ 5,4 moli 2-butenă,
				V= 5,4·22,4 =121 L

 

 

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:

1. CH3─ OH +

3 2

O2→ CO2 + 2H2O + Q

 

2. υ =	m μ	=	64 32	= 2 kmoli alcool metilic ⇒ 2 kmoli CO2,
				V = 2·22,4 = 44,8 m3

μCH₃OH = 32 kg/kmol

 

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

2 1

=

x 3/2

, x = 3 kmoli O2, V = 3·22,4 = 67,2 m3 O2

Vaer = 5 · 67,2 = 336 m³

 

4. q =

Q m(kg)

⇒ Q = 5300 kcal/kg · 64 kg = 339200 kcal

 

 

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%.

 

1.	H2C	─OH				H2C	─O ─NO2
	│					│
	HC	─OH	+ 3HONO2	H2SO4	→	HC	─O ─NO2	+ 3H2O
	│					│
	H2C	─OH				H2C	─O ─NO2

 

 

 2. μC₃H₈O₃ = 92 g/mol

 

CM =

ʋ Vs

⇒   ʋ = 0,2·3 = 0,6 moli HNO3

 

x 1

=

0,6 3

⇒  x = 0,2 moli glicerină, m = 0,2·92 = 18,4 g glicerină

 

 

 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 (C_t)

Cp =

45,4 ·80 100

= 36,32 g

 

 

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%.

C =

Valcool Vvin

· 100 sau 100 mL vin.........12 mL alcool etilic

V_vin = 1 L = 1000 mL

Valcool =

1000·12 100

= 120 mL alcool etilic

 

ρ =

m V

⇒ m = 120 mL · 0,8 g/mL = 96 g alcool etilic

 

μC₂H₆O = 46 g/mol, μC₂H₄O₂ = 60 g/mol

 

CH3─ CH2─ OH + O2

enzime

→CH3─ COOH + H2O

 

96 46

=

x 60

, x = 125,22 g acid acetic

 

 

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.

 

3.

0,5 5

=

x 4

, x = 0,4 moli KMnO4

 

CM =

υ Vs

⇒ Vs =

0,4 2

= 0,2 L KMnO4

 

 

4.

0,5 5

=

x 5

, x = 0,5 moli acid acetic, m = 0,5·60 = 30 g acid acetic

 

 

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.

 

A		B
1. trinitrat de glicerină		a. insecticid
2. triclorometan		b. sudarea metalelor
3. naftalina		c. obținerea săpunului
4. etanol		d. anestezic
5. etina		e. explozibil
		f. băuturi alcoolice

 

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.

 

 

	A				B
1.	C10H8 + HNO3 / H2SO4	→			a) etanal
2.	CH3–CH2–OH + K2Cr2O7 / H+	→			b) clorobenzen
3.	C6H6 + Cl2 / FeCl3	→			c) α - nitronaftalina
4.	CH2 = CH–CH3 + H2O / H+	→			d) 2- propanol
5.	CH3─ CH2─ OH + O2	enzime	→		e) β -nitronaftalina
					f) acid acetic

 

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

 

 CUPRINS: LECȚII CHIMIE ORGANICĂ PENTRU BACALAUREAT