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lunes, 4 de julio de 2011

Alcoholes,fenoles y eteres.Resumen.

Dr. Daniel E. Rodríguez C.
I- Introducción
Los derivados oxigenados de los hidrocarburos tienen en común el hecho de poseer en sus moléculas carbono, hidrógeno, y oxígeno, sin embargo difieren en sus características y comportamiento químico, de acuerdo con sus grupos funcionales. Entre los principales compuestos oxigenados están los alcoholes, los fenoles y los éteres.

Los alcoholes y los fenoles son sustancias de mucha importancia para el hombre, no solo a nivel industrial, como materia prima para la elaboración de medicamentos, alimentos, bebidas y licores, perfumes y cosméticos, polímeros, entre otros, sino también a nivel de laboratorio, por ser excelentes disolventes y contribuir en la síntesis de otros compuestos orgánicos.
A continuación veremos las funciones oxigenadas, los Alcoholes, los Fenoles y los Éteres, así como sus propiedades químicas y físicas, y sus reacciones más importantes.

1.1-Clasificación de los alcoholes
Los alcoholes se clasifican de acuerdo a diferentes criterios:
De acuerdo al tipo de átomo de carbono al que se une el grupo hidroxilo (- OH), los alcoholes se clasifican en:
Alcoholes primarios, (10)
Alcoholes secundarios, (20)
Alcoholes terciarios, (30)

Teniendo en cuenta el número de – OHs unidos a la cadena carbonada, los alcoholes pueden ser:
Monohidroxílicos (monoles)
Polihidroxílicos (polioles)

II-Propiedades físicas de los monoles, dioles y polioles
Los polioles poseen mayor número de enlaces puentes de hidrógeno, y poseen mayor temperatura de ebullición que los monoles con igual número de carbonos.
Su densidad es variable con respecto al agua; los monoles son inferiores, pero los polioles son más densos.

2.1- Puente de hidrógeno
Es una fuerza de atracción que posee una molécula, entre un átomo de hidrógeno y un elemento muy electronegativo que puede ser el nitrógeno, el oxigeno o el flúor.
Para (Molo 1988).“La posibilidad de formar puentes de hidrógeno hace que los alcoholes sean bastante solubles en agua.” 1

2.2- Isómeros y punto de ebullición
Los alcoholes y los éteres del mismo número de átomos de carbono son isómeros de función y al igual que éstos son ligeramente solubles en agua, sin embargo los éteres isómeros, como no poseen grupo -OH, no pueden formar puentes de hidrógeno como los alcoholes, y por esta razón, sus puntos de ebullición son mas bajos que los alcoholes isómeros, y parecidos a los de los alcanos de peso molecular similar.
2.3- Tabla del P.E. de los alcoholes más conocidos
Nombre
Fórmula
P.E.
Metanol
CH3OH
INVESTIGUE?
Etanol
CH3CH2OH
65
n-Propílico
CH3CH2CH2OH
?
iso-propílico
(CH3)2CHOH
?
n-butílico
CH3(CH2)2CH2OH
?
iso-butílico
(CH3)2CH-CH2OH
?
t-butílico
(CH3)3COH
?
Etilen-glicol
HOCH2CH2OH
?
Glicerina
HOCH2CHOHCH2OH
?

III- Obtención industrial de los alcoholes
Los alcoholes se pueden obtener de varias maneras, entre las que se pueden mencionar las siguientes:
Cracking del petróleo. Los alquenos que se obtienen de este proceso, pueden dar alcoholes, por hidratación directa con agua o por adición de ácido sulfúrico.
H+
CH2 = CH2 + H2O → CH3 – CH2OH
Etileno Alcohol etílico

“El único alcohol primario que se puede obtener por este método es el alcohol etílico”. Op cit
Fermentación con levaduras de hidratos de carbono. (azúcares y almidón) que a su vez provienen de los vegetales: caña de azúcar, remolacha, maíz, cebada, centeno, entre otros.

C6H12O6 levadura → 2 C2H5OH + 2CO2

Azúcar Alcohol etílico

IV- Sorbitol y el Dietilenglicol
Sorbitol
Es un polialcohol de fórmula empírica C6H8(OH)6 que se obtiene por reducción del monosacárido más corriente, la glucosa. Se encuentra en cantidades apreciables en las algas rojas y, junto a la fructosa, la glucosa y la sacarosa, en frutos como las peras, las manzanas, las cerezas y los melocotones. Es un sólido higroscópico que se utiliza en la industria como humectante para mantener diversos productos con un grado de humedad apropiado.

Dietilenglicol
Es un líquido viscoso, incoloro e inodoro de sabor dulce. Es higroscópico, miscible en agua, alcohol, etilenglicol, etc. Posee una densidad de 1,118. El punto de ebullición es 244-245 °C. El Dietilenglicol es también denominado DEG y éter de glicol. Se utiliza como disolvente de tinturas y resinas. En el secado de gases. Agente reblandecedor de tintas de imprenta adhesivas.

V- Breve historia del Alcohol etílico
Alcohol etílico o etanol, su fórmula química es CH3-CH2-OH. Es el principal componente de las bebidas alcohólicas y uno de los compuestos orgánicos más conocido. Se fabrica desde la antigüedad (siglo XII, D.C), mediante la fermentación de los azúcares de algunas frutas o de los almidones de los cereales. Industrialmente, la mayor parte del etanol se obtiene por hidratación del etileno, catalizada por ácido.
De acuerdo con (Encarta 2007). “El etanol se utiliza como sustancia base para la producción de acetaldehído o etanal, ácido acético, cloruro de etilo y butadieno, entre otros productos químicos de importancia industrial.”2

VI-Toxicidad del Etanol
El etanol no es tan toxico como el metanol, pero puede afectar al sistema nervioso central, provocando estados de euforia, desinhibición, mareos, somnolencia, confusión, alucinaciones. Al mismo tiempo, baja los reflejos. Con concentraciones más altas ralentiza los movimientos, impide la coordinación correcta de los miembros, pérdida temporal de la visión, etc.
Cuando hay pequeñas cantidades del alcohol en sangre, existe una enzima llamada alcoholdeshidrogenasa (ADH), que normalmente se encuentra en todos los mamíferos, que degrada el alcohol según la siguiente reacción química:

Etanol + Oxigeno → Anhídrido carbónico + Agua

6.1- Ecuación que demuestra la obtención del etanol
El etanol puede ser obtenido de la fermentación de azúcares, que a su vez provienen de diferentes tipos de vegetación, como son la caña de azúcar, el maíz, las uvas, el centeno, la cebada, el arroz, etc.
La glucólisis es la primera etapa de la fermentación, lo mismo que en la respiración, y al igual que ésta necesita de enzimas para su completo funcionamiento. A pesar de la complejidad de los procesos bioquímicos una forma esquemática de la reacción química de la fermentación alcohólica puede describirse como una glicólisis de tal forma que puede verse como participa inicialmente una molécula de hexosa:

C6H12O6+ 2 Pi+ 2ADP→ 2 CH3-CH2OH + 2 CO2+ 2ATP+ 25.5 kca
resumida:
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
Glucosa (Azúcar) Alcohol etílico

VII- Metanol, ecuaciones para obtenerlo
El alcohol metílico o metanol, de fórmula CH3OH, es el más simple de los alcoholes. Es un líquido incoloro y tóxico a temperatura ambiente que ebulle a 65 oC. En un principio el metanol se obtenía a partir de la destilación destructiva de la madera.
Actualmente, todo el metanol producido mundialmente se sintetiza mediante un proceso catalítico a partir de monóxido de carbono e hidrógeno. Esta reacción emplea altas temperaturas y presiones, y necesita reactores industriales grandes y complicados.
CO + CO2 + H2 → CH3OH
Cuando el metanol entra en el organismo humano, el hígado lo transforma a formaldehido, H2C=O y luego a ácido fórmico, HCOOH, y finalmente a CO2 y H2O.

CH3OH → H2C=O → HCOOH → CO2 + H2O
Alcohol metílico Formaldehido Ácido fórmico

VIII- Obtención industrial para obtener Propilenglicol
El propilenglicol es el homólogo inmediato superior del etilenglicol y se puede preparar a partir del propileno por los mismos métodos que se han utilizado para la obtención del etilenglicol a partir del etileno.
(Chang 1991). “El etilenglicol puede prepararse también por hidrólisis de la etilenclorhidrina que, como el cloruro de etileno, se prepara a partir del etileno¨3
Un método industrial de desarrollo más reciente utiliza la oxidación directa del etileno a óxido de etileno y luego la hidrólisis del óxido de etileno con ácido sulfúrico diluido a 60 oC para dar el etilenglicol.

IX- Propiedades químicas de los alcoholes
Las propiedades químicas de los alcoholes están marcadas por el carácter polar de los enlaces C – O y O – H; es decir, existen reacciones en las cuales se rompe el enlace C – O.
De acuerdo a ello, las reacciones de los alcoholes son:
Cuando se rompe el enlace O – H
Ácido-base
Sustitución
Esterificación
Cuando se rompe el enlace C – O
Deshidratación
Eliminación
Oxido-reducción
9.1-Ejemplos de reacción de alcoholes con haluros de hidrógeno
Los alcoholes reaccionan con los haluros de hidrógeno (HX) dando halogenuros de alquilo. Esta es una reacción de sustitución nucleofílica en la que el radical RO- actúa como nucleofilo.

R – OH + HX → R – X + H2O HX: Haluro de hidrógeno (HCl, HBr, HI)

Alcohol Halogenuro de alquilo

9.2-Ejemplos de deshidratación de alcoholes
H2SO4
CH3 – CH2 – CH2OH → CH3 – CH = CH2 + H2O
1-propanol propeno
H2SO4
2CH3–CH2–CH2OH → CH3–CH2–CH2–O–CH2–CH2–CH3 + H2O
1-propanol dipropieleter

9.3- Ejemplos de oxidación de alcoholes

Alcohol primario:

K2Cr2O7 K2Cr2O7
CH3 – CH2OH → CH3 – CHO → CH3 – COOH
Etanol H2SO4 Etanal H2SO4 ácido acético

9.4- Ejemplos de esterificación

R – COOH + R’ – OH → R – COOR’ + H2O
ácido orgánico alcohol ester agua

CH3 – COOH + CH3 – OH → CH3 – COO – CH3 + H2O
ácido acético metanol acetato de metilo

X- Propilenglicol, etilenglicol, entre otros alcoholes
El glicol o etilenglicol. Se obtiene comercialmente a partir del etileno. Es muy soluble en agua y tiene un punto de ebullición muy alto comparado con el etanol y el metanol. Se usa como anticongelante del agua en los radiadores de autos y como lubricante en maquinas productoras de hielo.
El propilenglicol es un líquido viscoso, de densidad muy similar a la del agua, es no tóxico, es utilizado como refrigerante y/o anticongelante, en los casos en los que no se puede usar el etilenglicol por su toxicidad, por ejemplo en cámaras frigoríficas de la industria alimenticia.

XI- Nomenclatura de los fenoles
Para nombrar los fenoles, se parte del compuesto más sencillo del grupo, el fenol (C6H5OH), indicando la posición del sustituyente en el anillo bencénico. A veces se prefiere el nombre común.

11.1- Propiedades físicas de los fenoles
Las moléculas de los fenoles, al igual que la de los alcoholes, forman puentes de hidrógeno entre si, por lo que también presentan temperaturas de ebullición mayores que la de los alcanos equivalentes. La polaridad de los fenoles se refleja en su solubilidad en el agua.

11.2- El fenol (propiedades y obtención)
El fenol, llamado también ácido carbónico, es un solido incoloro cristalino brillante, soluble en agua y otros solventes como el alcohol etílico, el éter y la glicerina.
Se puede obtener del alquitrán de la hulla y también se prepara sintéticamente. El fenol fue uno de los primeros antisépticos empleados en medicina y actualmente tiene una gran aplicación en la producción de colorantes y plásticos, como por ejemplo, la bakelita.

11.3- Tabla de fenoles, P.E., solubilidad
Nombre
P. F. ºC
P.E. ºC
Solubilidad g/100 g H2O
Fenol
43
181
9.3
o-cresol
30
191
2.5
m-cresol
11
201
2.5
p-cresol
36
201
2.3
Catecol
105
245
45
Resorcinol
110
281
123
Hidroquinona
170
286
8

XII- Propiedades químicas de los fenoles
El grupo OH es un fuerte activador y orientador orto- y para- del anillo aromático, en las reacciones de sustitución electrófila. Por ello los fenoles son sustractos muy reactivos electrófilas como la halogenación, la nitración y la sulfonacion.
Reacciones de oxidación. Los fenoles se oxidan con KMnO4/OH- y formando quinonas.

XIII- Fórmula general de éteres
Los éteres son compuestos orgánicos formados por dos radicales alifáticos o aromáticos, unidos por un puente de oxigeno, por lo que responden a las formulas generales siguientes; y siendo su grupo funcional el grupo oxi – O -.
R – O – R Ar – O – Ar R – O - Ar
13.1-Forma de obtener Éteres
Los éteres se pueden obtener a partir de los alcoholes y también a partir de los haluros de alquilo al reaccionar con un alcóxido o un fenóxido de sodio, mediante el procedimiento llamado síntesis de Williamson.
Si los dos grupos R o Ar son iguales, son éteres simétricos, mientras que si son diferentes se denominan éteres asimétricos.

13.2-Nomenclatura de los éteres
Para nombrar los éteres, se indican los nombres de los radicales que lo forman, seguido de la palabra éter. Si son simétricos, se utiliza el prefijo –di, aunque a veces se omite.
(Vollhardt 1994), “Otra forma de nombrarlos es considerarlos como derivados de un hidrocarburo al sustituir un hidrógeno de este, por un radical alcoxi o fenoxi”4.


CH3CH2 – O – CH2CH2CH3 CH3 – O – CH2CH3
Etoxi-propano Metoxietano

13.3-Propiedades físicas y químicas de los Éteres
Físicas
Los dos primeros miembros de la serie de los éteres son gases a temperatura ambiente, y después son líquidos volátiles de olor agradable, pero los éteres con mayor número de átomos de carbono son sólidos.
La presencia del átomo de oxígeno electronegativo hace que los éteres tengan una ligera polarización.
Químicas
Los éteres son muy poco reactivos por ello se utilizan como disolventes de los compuestos orgánicos. Solo algunos ácidos inorgánicos rompen sus moléculas.

H2SO4
CH3 – CH2 – O – CH3 + HI → CH3 – CH2 – OH + CH3 – I
Etil-metil éter etanol yodo metano

13.4-Tabla

Propiedades de algunos éteres


Nombre
Fórmula
P.F. oC
P.E. oC
Dimetil éter
CH3OCH3
-140
-24
Dietil éter
CH3CH2OCH2CH3
-116
35
Etil propil éter
C6H5OCH
-79
64
Metil fenil éter
(anisol)
CH3CH2OCH2CHCH3
-37
154


XIV- Reacciones
Ruptura con HX.

Donde HX = HBr o HI
Ejemplo:
Apertura de anillos de epóxidos catalizada por base.
La reacción ocurre en el sitio de menor impedimento estérico (Adición Anti).
XV- Obtención industrial

-Deshidratación de alcoholes
Los éteres alifáticos simétricos pueden obtenerse por deshidratación de alcoholes, mediante la acción del ácido sulfúrico. Este es uno de los métodos comerciales de preparación del éter ordinario, dietiléter, por lo que se llama frecuentemente éter sulfúrico. Se lleva a cabo tratando el alcohol con ácido sulfúrico a 140°. La deshidratación es intermolecular:


H2SO4
2R – OH + HO – R → R – O – R + H2O
130º - 140º

-Síntesis de Williamson
Aunque este método fue descubierto en 1850, todavía hoy en día es el método mas utilizado para preparar éteres simétricos y asimétricos. La reacción implica el desplazamiento del ion haluro, proveniente de un halogenuro de alquilo, por parte de un ion alcóxido.

R –O-M+ + R’ – X → R– O – R’ + M+X-
alcóxido halogenuro de alquilo éter

XVI- Historia del eterdietílico
El éter dietílico C2H5OC2H5, (masa molecular = 74 g/Mol) ebulle a 34.5 oC, es utilizado en la industria como un disolvente muy importante de grasas, aceites, resinas, alcaloides, etc. El éter dietílico es también utilizado como refrigerante. Las mezclas de vapores con este compuesto son altamente explosivas, también con el tiempo este logra formar peróxidos con el aire que son explosivos. Su principal función es como disolvente y es materia prima para varios compuestos químicos.
Su descubrimiento se atribuye al alquimista Ramón Llull en el año 1275, aunque no hay evidencia contemporánea que lo afirme. Fue sintetizado por primera vez en 1540 por Valerius Cordus que lo llamó aceite dulce de vitreolo. El nombre se debe a que fue descubierto de la destilación de etanol y ácido sulfúrico, y descubrió algunas de sus propiedades medicinales.

Conclusión

En general, en la industria, el alcohol etílico es el componente de numerosos productos farmacéuticos, jarabes, pomadas, cremas, cosméticos, desinfectantes.
Además de los usos anteriores mencionamos, el etanol es la base de las llamadas bebidas alcohólicas.
El alcohol de las bebidas alcohólicas, ingerido en pequeñas dosis, produce un efecto estimulante, pero en cantidades elevadas origina la pérdida del autocontrol, además de que produce adicción y puede causar daños serios al hígado y otros órganos del cuerpo humano.
Al mismo tiempo cuando ingerimos bebidas alcohólicas en exceso las cosas ya no son lo que parecen. La alegría y la euforia inicial van seguidas de la resaca, depresión e infelicidad. Cambia nuestra conducta, nuestra percepción, y, lo que es peor, varios millones de neuronas se pierden irreversiblemente.

Bibliografía
1.Química Orgánica, S. Castellanos Molo. Editora Mcgrau-Hill. 1988
2. Microsoft ® Enciclopedia Encarta 2007
3. Química, por R.Chang. Editorial Mcgrau-Hill. 1991
4. Química Orgánica, K. Peter C. Vollhardt, edición (1994)
5. Química Orgánica. Rafael Rivas, edición 2006

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