تاریخچه

الکل را نخستین بار ابوبکر محمد بن زکریای رازی پزشک و شیمیدان ایرانی از تقطیر شراب تهیه کرد.

 وی آنرا الکحل نامید. بعدها یک آمریکایی بنام دکتر واندیک آن را الکل نامید.

گرچه تاریخ تهیه شراب در به هزاران سال پیش در ایران نیز می‌رسد اما تا زمان رازی کسی الکل را خالص نکرده بود.

ریشه‌شناسی

نظریهٔ غالب بر این است که از آن‌جا که نخستین بار که زکریای رازی الکل را کشف کرد، آن را با نامِ تازیِ «الکحل» خواند و از آن‌جا آن را اعراب «الکحول» نامیده و سرانجام در فارسی الکل نام گرفت ولی از آن‌جا که در عربی «الکحول» نمی‌تواند از «الکحل» مشتق شده‌باشد این احتمال وجود دارد که این واژه از واژهٔ «الغول» که در قرآن آمده‌است گرفته شده‌باشد و ریشه‌ای اروپایی داشته باشد.

دید کلی

اگر ، بعنوان یک شیمیدان آلی ، قرار بود ده ترکیب آلیفاتیک انتخاب کنید و سپس در جزیره‌ای رها شوید، شما قطعا الکلها را برمی‌گزیدید. شما می‌توانید از آنها تقریبا هر ترکیب آلی دیگر را بسازید، آلکیل هالیدها ، آلکنها ، اترها ، آلدئیدها ، کتونها ، اسیدها ، استرها و دهها ترکیب دیگر.

از آلکیل هالیدها ، می‌توانید واکنشگرهای گرینیار را بسازید و از واکنش این واکنشگرها با آلدئیدها و کتونها الکلهای پیچیده‌تری را بدست آورید و غیره. در آن جزیره دور افتاده ، از الکلهای خود ، نه فقط بعنوان ماده خام استفاده می‌کنید، بلکه آنها را به دفعات ، بعنوان حلال برای انجام واکنشها و برای متبلور کردن فراورده‌ها بکار می‌برید.

اهمیت الکلها

ما نمی‌توانیم در هیچ یک از بخشهای شیمی آلی خیلی جلو برویم، بدون اینکه به الکلها بربخوریم. الکلها در استخلاف هسته دوستی بعنوان سوبسترا و بعنوان هسته‌دوست شرکت می‌کنند. مهمترین و ساده‌ترین اثر کاتالیزوری متعلق به الکلهاست که در شیمی انواع ترکیبها ، در لوله آزمایش و در ارگانیسم زنده ، نقش کلیدی برعهده دارد.

الکلها به آلکیل هالیدها و سایر ترکیباتی که استخلاف هسته‌دوستی انجام می‌دهند، تبدیل می‌شوند، استخلافی که معرفی انواع گروههای عاملی در یک مولکول را امکان پذیر می‌سازد. الکلها امکان دسترسی ما به ترکیبهایی با حالتهای اکسایش بالاتر ، یعنی آلدئیدها ، کتونها و اسیدهای کربوکسیلیک را فراهم می‌سازند.

الكل ها :

يك الكل هيدروكربني است كه در آن يك گروه عامل-ohجانشين يك اتم هيدروژن شده باشد.همچنين يك الكل مانند آبي است كه در آن يك گروه آلكيل جانشين يك اتم هيدروژن در يك مولكول آب شده باشند.پس الكل ها خواصي بين خواص اب وهيدروكربن ها دارند.
ساختار الکلها :
فرمول عمومی الکلها ، Roh است که در آن ، R يک گروه آلکيل يا آلکيل استخلاف شده است. اين گروه می‌تواند نوع اول ، دوم يا سوم باشد، ممکن است زنجيرباز يا حلقه‌ای باشد، ممکن است دارای يک اتم هالوژن ، هيدروکسيل‌های بيشتر يا يکی از بسياری گروههای ديگری باشد که فعلا برای ما ناآشنا است.
همه الکلها ، دارای گروه هيدروکسيل (-oh) هستند که بعنوان گروه عاملی ، خواص مشخصه اين خانواده از ترکيبها را تعيين می‌کند. تغيير و تنوع در ساختار R می‌تواند بر سرعت واکنشهای الکلها و حتی در موارد معدودی بر نوع واکنشها نيز تاثير گذارد.
خواص فيزيکی الکلها :
دمای جوش در ميان هيدروکربنها ، به نظر می‌رسد که عوامل تعيين کننده دمای جوش ، عمدتا وزن مولکولی و شکل مولکول باشند. در الکلها ، با افزايش تعداد کربن ، دمای جوش بالا می‌رود و با شاخه‌دار کردن زنجير ، دمای جوش پايين می‌آيد، اما نکته غير عادی در مورد الکلها اين است که آنها در دمای بالا به جوش می‌آيند. اين دمای جوش بسيار بالاتر از دمای جوش هيدروکربنها با وزن مولکولی يکسان است و حتی از دمای جوش بسياری ترکيبها با قطعيت قابل ملاحظه بالاتر است.
دمای جوش بالای آنها ، به علت نياز به انرژی بيشتر برای شکستن پيوندهای هيدروژنی است که مولکولها را در کنار هم نگه داشته‌اند. حل شدن الکلها رفتار الکلها بعنوان حل شده نيز توانايی آنها برای تشکيل پيوندهای هيدروژنی را منعکس می‌کند. برخلاف هيدروکربنها ، الکلهای سبک با آب امتزاج‌پذيرند. از آنجا که نيروهای بين مولکولی الکلها همانند نيروهای بين مولکولی آب است، دو نوع مولکول با يکديگر قابل اختلاط هستند. انرژی لازم برای شکستن يک پيوند هيدروژنی بين دو مولکول آب يا دو مولکول الکل ، با تشکيل يک پيوند هيدروژنی بين يک مولکول آب و يک مولکول الکل تامين می‌شود.

نکته‌ای در مورد تفاوت الکلها و فنلها

ترکیباتی که در آنها گروه هیدروکسیل مستقیما به یک حلقه آروماتیک متصل است، الکل نیستند، بلکه این ترکیبات ، فنل هستند و با الکلها آنچنان تفاوت فاحشی دارند که آنها را در مبحثی دیگر باید مورد بررسی قرار داد.

طبقه‌بندی الکلها

الکلها بسته به نوع کربن حامل گروه OH^- ، به سه دسته نوع اول ، نوع دوم یا نوع سوم طبقه‌بندی می‌شوند:

C(R)_3-OH ، C(R)_2H-OH ، CR(H)_2-OH .

یک واکنش اکسایش که مستقیما با دخالت اتمهای هیدروژن متصل به کربن حامل گروه OH^- انجام می‌شود، در طبقه از الکلها ، روندی کاملا متفاوت دارد.

اما ، معمولا ، الکلهای طبقات مختلف ، فقط از نظر سرعت یا مکانیسم واکنش و به هر طریقی هماهنگ با ساختارشان ، با هم تفاوت دارند. بعضی از استخلافها می‌توانند آنچنان بر واکنش پذیری یک الکل تاثیر گذارند که آن را با الکلهای طبقه‌های دیگر مشابه سازند.

منابع صنعتی الکلها

الکلها ، موادی این چنین مهم در شیمی آلیفاتیک ، نه تنها باید از نظر واکنشها بسیار گوناگون و تنوع پذیر باشند، بلکه به مقدار زیاد و با قیمت ارزان نیز باید قابل تهیه باشند. برای بدست آوردن الکلهای سبک که تکیه‌گاه سنتز آلی آلیفاتیک هستند، سه روش اصلی وجود دارد، روشهایی که می‌توانند همه منابع مواد آلی را مورد استفاده قرار دهند. یعنی نفت ، گاز طبیعی ، زغال سنگ و زیست توده. این سه روش عبارتند از:

• آبدارکردن آلکنهای بدست آمده از کراکینگ نفت.
• فرایند السک از آلکنها ، مونوکسید کربن و هیدروژن.
• تخمیر کربوهیدراتها.

علاوه بر این سه روش اصلی ، روشهای دیگری نیز با کاربرد محدود وجود دارند. بعنوان مثال ، متانول از هیدروژن‌دار کردن کاتالیزوری مونوکسید کربن بدست می‌آید. مخلوط هیدروژن و مونوکسید کربن با نسبت ضروری ، از واکنش آب با متان ، آلکانهای دیگر ، یا زغال سنگ در دمای بالا بدست می‌آید.

خواص فیزیکی الکلها

دمای جوش

در میان هیدروکربنها ، به نظر می‌رسد که عوامل تعیین کننده دمای جوش ، عمدتا وزن مولکولی و شکل مولکول باشند. در الکلها ، با افزایش تعداد کربن ، دمای جوش بالا می‌رود و با شاخه‌دار کردن زنجیر ، دمای جوش پایین می‌آید، اما نکته غیر عادی در مورد الکلها این است که آنها در دمای بالا به جوش می‌آیند. این دمای جوش بسیار بالاتر از دمای جوش هیدروکربنها با وزن مولکولی یکسان است و حتی از دمای جوش بسیاری ترکیبها با قطعیت قابل ملاحظه بالاتر است.

دمای جوش بالای آنها ، به علت نیاز به انرژی بیشتر برای شکستن پیوندهای هیدروژنی است که مولکولها را در کنار هم نگه داشته‌اند.

حل شدن الکلها

رفتار الکلها بعنوان حل شده نیز توانایی آنها برای تشکیل پیوندهای هیدروژنی را منعکس می‌کند. برخلاف هیدروکربنها ، الکلهای سبک با آب امتزاج‌پذیرند. از آنجا که نیروهای بین مولکولی الکلها همانند نیروهای بین مولکولی آب است، دو نوع مولکول با یکدیگر قابل اختلاط هستند. انرژی لازم برای شکستن یک پیوند هیدروژنی بین دو مولکول آب یا دو مولکول الکل ، با تشکیل یک پیوند هیدروژنی بین یک مولکول آب و یک مولکول الکل تامین می‌شود.

تخمیر کربوهیدراتها

تخمیر قندها با مخمر ، قدیمیترین فرایند شیمیایی مورد استفاده بشر ، هنوز هم برای تهیه اتانول و بعضی الکلهای دیگر دارای اهمیت بسیار زیادی است. قند مورد نیاز از منابع مختلف تامین می‌شود، از جمله ملاس حاصل از چغندر قند و نیشکر یا نیشکر بدست امده از انواع غلات. نام الکل غله‌ای ، به همین دلیل به اتانول داده شده است. اگر در تخمیر ، نشاسته ماده اولیه باشد، علاوه بر اتانول ، مقدار کمی روغن فوزل ، مخلوطی از الکلهای نوع اول ، نیز بدست می‌آید: عمدتا ایزوپنتیل الکل با مقدار کمی n-پروپیل الکل ، ایزوبوتیل الکل و 2-متیل-1- بوتانول که با عنوان آمیل الکل فعال معروف است.

بدون تردید در آینده ، انسان به کربوهیدراتها به‌عنوان منبع کربن ، روی خواهد آورد. کربن برای مواد شیمیایی آلی و کربن به‌صورت سوخت. با این گرایش ، فرایندهای تخمیر ، روز به‌روز مهمتر و مهمتر خواهند بود.

تهیه اتانول در صنعت

اتانول ، نه فقط قدیمی ترین ماده شیمیایی آلی مورد استفاده انسان است، بلکه یکی از مهمترین مواد آلی نیز هست. در صنعت ، در سطح وسیعی ، از اتانول به‌عنوان حلال برای انواع الکلها ، جلاها ، عطرها و مواد خوش‌طعم‌کننده ، به‌عنوان محیط برای انجام واکنشهای شیمیایی و در تبلور استفاده می‌شود. به‌علاوه ، اتانول ، ماده اولیه مهمی در سنتز است.

پس از فراگرفتن مطالب بیشتری درباره واکنشهای اتانول ، بهتر می‌توانیم نقش این عضو مهم از خانواده الکلها را ارزیابی کنیم. برای اینگونه مصارف صنعتی ، اتانول را یا از طریق آبدهی به اتیلن و یا تخمیر قند ملاس‌ها ( یا گاهی نشاسته ) تهیه می‌کنند. بنابراین ، منابع غایی الکل اتیلیک ، نفت ، نیشکر و چغندرقند و انواع غلات است.

اتانول ، الکل موجود در نوشیدنی‌های الکلی نیز هست. این نوع الکل را از تخمیر قند منابع گیاهی بسیار متنوعی تهیه می‌کنند. نوع نوشیدنی حاصل به ماده تخمیر شده ( چاودار یا ذرت ، انگور یا اقطی ، خمیر کاکتوس یا قاصدک‌ها ) ، چگونگی تخمیر (مثلا با خروج دی‌اکسید یا بدون امکان خروج کربن دی‌اکسید) و اعمال بعد از تخمیر (تقطیر شد یا نشود) ، بستگی دارد.

گروه عاملی ^-OH

اگر این واقعیت را در نظر داشته باشیم که از نظر ساختاری: الکل آمیزه ای از یک آلکان و آب است، به‌خوبی می‌توانیم خواص فیزیکی الکلها را درک کنیم. الکل متشکل از یک گروه آلکیل شبه آلکان و یک گروه هیدروکسیل شبه آب است. از دو واحد ساختاری الکل ، این گروه ^-OH است که سبب خواص فیزیکی مشخصه آب می‌شود و گروه آلکیل ، بسته به اندازه و شکلش ، این خواص را تعدیل می‌کند.

گروه هیدروکسیل کاملا قطبی است و نکته بسیار مهم اینکه ، دارای هیدروژنی است که به عنصر به‌شدت الکترونگاتیو اکسیژن پیوند دارد. یک الکل با استفاده از گروه هیدروکسیل می‌تواند پیوند هیدروژنی تشکیل دهد، پیوند هیدروژنی با مولکولهای الکل همانندش و با مولکولهای خنثی و با آنیونها.

دمای جوش

در میان هیدروکربنها به نظر می‌رسد که عوامل تعیین کننده دمای جوش ، عمدتا وزن مولکولی و شکل مولکولی باشند؛ این چیزی است که از مولکولهایی که عمدتا با نیروهای واندروالسی در کنار یکدیگرند، انتظار می‌رود. در الکلها نیز با افزایش تعداد کربن ، دمای جوش بالا می‌رود و با شاخه‌دار شدن زنجیر ، دمای جوش پایین می‌آید. اما نکته غیر عادی ، در مورد الکلها این است که آنها در دمایی بالا به جوش می‌آیند.

این دماهای جوش ، بسیار بالاتر از دمای جوش هیدروکربنها با وزن مولکولی یکسان است و حتی از دمای جوش بسیاری ترکیبها با قطبیت قابل ملاحظه بالاتر است. چگونه این پدیده را تبیین می‌کنیم؟ بدیهی است پاسخ این است که الکلها ، همانند آب ، مایع‌های بهم پیوسته هستند. دمای جوش بالای آنها به علت نیاز به انرژی بیشتر برای شکستن پیوندهای هیدروژنی است که مولکولها را در کنار یکدیگر نگه داشته‌اند. اگر چه اترها و آلدئیدها هم اکسیژن دارند، اما هیدروژن در آنها فقط با کربن پیوند دارد ، این نوع هیدروکربنها آنقدر مثبت نیستند که بتوانند با اکسیژن ، پیوند قابل ملاحظه ای ایجاد کنند.

مطالعه پیوند هیدروژنی در الکلها

در مطالعه پیوند هیدروژنی ، طیف بینی زیر قرمز ، نقش کلیدی بر عهده داشته است. در محلول رقیق در یک حلال غیر قطبی مانند کربن تتراکلرید (یا در فاز گاز) ، یعنی در حالتی که تجمع مولکولی ، کمینه است، به عنوان مثال ، اتانول ، نوار کششی O-H را در 3640cm^-1 نشان می‌دهد. با افزایش غلظت اتانول ، بتدریج ، نوار پهن‌تر دیگری در 3350cm^-1 جایگزین این نوار می‌شود. پیوند هیدروژنی با اکسیژن دوم ، پیوند O-H را تضعیف می‌کند و انرژی و بتبع آن ، فرکانس ارتعاش را پایین می‌آورد.

حل شدن الکلها

رفتار الکلها به‌عنوان حل شده نیز ، توانایی آنها برای تشکیل پیوند هیدروژنی را منعکس می‌کند. برخلاف هیدروکربنها ، الکلهای سبک با آب امتزاج‌پذیرند. از آنجا که نیروهای بین مولکولی الکلها ، همانند نیروهای بین مولکولی آب است، دو نوع مولکول با یکدیگر قابل اختلاطند: انرژی لازم برای شکسیتن یک پیوند هیدروژنی بین دو مولکول آب یا دو مولکول الکل ، با تشکیل یک پیوند هیدروژنی بین یک مولکول آب و یک مولکول الکل تامین می‌شود. اما این موضوع ، فقط در مورد اللکهای سبک ، یعنی الکلهایی که در آنها گروه -OH بخش بزرگی از مولکول را تشکیل می‌دهد، صادق است.

با بزرگتر شدن گروه آلکیل شبه آلکان ، انحلال پذیری در آب کاهش می‌یابد. از دیدگاه عملی ، خط مرزی بین انحلال پذیری و انحلال ناپذیری الکلهای نوع اول در آب را الکل چهار تا پنج کربنی در نظر می‌گیریم. الکلهای پلی‌هیدروکسی در هر مولکول بیش از یک موضع برای تشکیل پیوند هیدروژنی دارند و این ویژگی در خواص آنها منعکس است. ساده ترین دیول ، 1، 2 اتاندیول ، (اتیلن گلیکول) در 197درجه سانتی‌گراد می‌جوشد.

دیولهای سبک با آب در می‌آمیزند و آنهایی که تا هفت اتم کربن دارند، در آب انحلال‌پذیری قابل ملاحظه ای دارند. خاصیات ضد انجماد اتیلن گلیکول ناشی از دمای جوش بالا ، دمای انجماد پایین و انحلال‌پذیری بالا در آب است.

زهرآگینی

الکل‌ها بیشتر بویی تند و زننده دارند و اتانول از دوران پیش از تاریخ به دلیل‌های گوناگون بهداشتی، رژیمی، مذهبی و تفریحی به عنوان نوشیدنی الکلی به کار می‌رفته‌است. هرچند استفادهٔ کم و گهگاه الکل می‌تواند بی‌زیان باشد، اندازه‌های بیشتر آن سبب مستی شده و در مقدارهای بیشتر می‌تواند به اختلالات تنفسی و حتی مرگ نیز بینجامد.

 الکل‌های دیگر بیشتر از اتانول سمی‌تر هستند، که این نیز بیشتر به دلیل نیاز به زمان بیشتر برای تغییر در فرایند سوخت و ساز است و حتی گاه در فرآیندهای دگرگشت(متابولیسم) ماده‌هایی سمی می‌سازند. برای نمونه متانول، که همان الکل چوب است، به وسیلهٔ آنزیم‌ها در جگر اکسایش می‌یابد و مادهٔ سمی فرمالدهید تولید می‌کند که می‌تواند سبب کوری یا مرگ شود.

یکی از راه‌های کارا در پیشگیری از سمیت فرمالدهید، فراهم آوردن اتانول در کنار آن است چون آنزیم‌های هیدروژن‌زدایی که از متانول فرمالدهید می‌دهند بر اتانول اثر بیشتری دارند، بدین گونه از پیوند و عمل بر روی متانول پیشگیری می‌کند. در این زمان متانول باقی‌مانده وقت دفع از راه کلیه‌ها را پیدا کرده و فرمالدهید باقی‌مانده نیز به فرمیک اسید‌تبدیل می‌شود.

 نامگذاری

این بخش از این نوشتار خُرد است. با گسترش آن به ویکی‌پدیا کمک کنید.

در نامگذاری الکل‌ها به روش آیوپاک، تنها در آخر نام آلکان یک «ول» افزوده می‌شود و زمانی که نیاز ذکر شمارهٔ کربنی که عامل الکلی بر روی آن قرار دارد باشیم، عدد بین نام آلکان و پسوند «ول» قرار می‌گیرد. مانند «پروپان-1-ول» برای ‎CH₃CH₂CH₂OH‏ و «پروپان-2-ول» برای ‎CH₃CH(OH)CH₃‏.

 کاربردها

برخی از کاربردهای الکل:

• سوخت خودرو
• حلال
• کاربردهای پزشکی و گندزدایی
• ...

پروتون‌زدایی

الکل‌ها می‌توانند در حضور بازهای بسیار قوی به سان یک اسید عمل کنند و تشکیل یون الکوکسی دهند. برای نمونه در واکنش سدیم هیدروکسید و اتانول، سدیم جانشین هیدروژنِ مثبت(پروتون) الکل شده و سدیم متوکسی به دست می‌دهد.

هیدروژن‌زدایی

از راه هیدروژن‌زدایی الکل‌ها می‌توان اتر به دست آورد.

واکنش‌های هسته‌دوستی

گروه هیدروکسیل الکل یک گروه ترک‌کنندهٔ خوب است و سبب می‌شود که الکل‌ها بتوانند در واکنش‌های هسته‌دوستی شرکت جویند.

استری شدن

الکل با اسید‌های آلی در محیط اسیدی به کندی تشکیل استر می‌دهد.

اکسایش

الکل‌های نوع اول می‌توانند در واکنش‌های اکسایش تبدیل به آلدهید و پس از آن تبدیل به کربوکسیلیک اسید شوند هرچند که الکل‌های نوع دوم در واکنش‌های اکسایش تنها تبدیل به کتون می‌شوند ولی الکل‌های نوع سوم در واکنش‌های اکسایش شرکت نمی‌کنند.

الکل‌های نوع اول می‌توانند بدون واسطه نیز به روش‌های زیر به کربوکسیلیک اسیدها تبدیل شوند:

• با حضور پتاسیم پرمنگنات (‎KMnO₄‏).
• PDC در DMF.
• اکسایش جونز
• اکسایش هنس
• روتنیوم تتراکسید (‎RuO₄‏).

یک الکل با دو عامل مجاور می‌تواند در مجاورت سدیم پراکسید(‎NaIOsub>4‏) یا سرب تترااستات (‎Pb(OAc)₄‏) پیوند کربنش گسسته‌شده و به دو کربوکسیلیک اسید تبدیل شود.