Alkohológia felső fokon Az alkoholok felépítése, tipizálása (előállításuk, fizikai, kémiai sajátságaik) P. Sár Cecília PTE ÁOK Szerves és Gyógyszerkémiai Intézet Pécs, 2013. szept. 11.
1., Származtatásuk: 2., Elnevezésük:
3., Alkoholok rendűsége: Primer alkoholok: a hidroxilcsoport milyen rendű szénatomhoz kapcsolódik H 3 C CH 2 CH 2 CH 2 H 3 C CH CH 2 bután-1-ol butil-alkohol CH 3 izobutil-alkohol Szekunder alkoholok: Tercier alkoholok: H 3 C CH CH 2 CH 3 CH 3 bután-2-ol szek-butil-alkohol H 3 C C terc-butil-alkohol CH 3
4., Alkoholok értékűsége: hány hidroxilcsoportot tartalmaz a molekula
5., Fizikai sajátságok Hidrogénkötés
Vízoldhatóság víz hidrogénkötések etanol új hidrogénkötések jönnek létre a víz- és az etanolmolekulák között az apoláros alkil-oldallánccal nem alakul ki hidrogénkötés kiszorul a vizes közegből
Olvadáspont H 3 C CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3-130 C H 3 C C H 3 C CH 2 CH 2 CH 2 CH 3-90 C + 26 C Forráspont Alkoholok és azonos szénatomszámú alkánok forráspontjának összehasonlítása alkán alkohol szénatomok száma
6., Kémiai sajátságok a., Alkoholok sav-bázis jellege
b., Reakció aktív fémekkel 2 R O H + 2 Na 2 R O Na + H 2 c., Észterképzés alkoholokból és karbonsavakból
d., Alkoholok szervetlen savakkal képzett észterei
e., Alkoholok oxidációja CH 3 CH 2 + Cr 2 O 7 2 H 2 SO 4 H 2 O O CH 3 CH + Cr 3 etanol bikromát-ion narancsárga acetaldehid króm(iii)-ion zöld
Alkohol-dehidrogenáz H O H H O C C NH 2 NH 2 N + H + 2 e N R NAD O R NADH CH 3 CH 2 + NAD etanol CH 3 CH + NADH + H acetaldehid O CH 3 CHCO tejsav + NAD CH 3 CCO + NADH + H piroszõlõsav
Citokróm P-450 enzim: gyógyszerek metabolízise hormonok szintézise és lebontása
6., Alkoholok előállítása, felhasználása fontosabb alkoholok a., Metanol H 3 C Fizikai tulajdonságok - színtelen, vízzel korlátlanul elegyedik. - az etilalkoholhoz hasonló a szaga, veszélyes azonban összetéveszteni, nagyon mérgező. Már fél deciliter az emberben vakságot, súlyosabb esetben halált okozhat. Előfordulása: - a növényvilágban is megtalálható, főleg kötött formában (észterek, éterek). Felhasználása: - széles körben használják laboratóriumi és a szerves vegyipari szintéziseknél (formaldehid, hangyasav, ecetsav, továbbá polimerek, festékek, ragasztóanyagok, építőanyagok, szintetikus anyagok, gyógyszerek és sejtfehérjék alapanyaga) - az egyik legfontosabb oldószer - Oláh György: közvetlen metanolos üzemanyag cella metanol előállítása a légkör széndioxidjából metanol átalakítása szénhidrogénekké (etilén, propilén)
3 H 2 + CO 2 2 H 2 + CO CH 3 CO CO kat. H 3 C SCP (Single Cell Protein) kat. - H 2 O ox. NH 3 CH 3 H 2 C CH 2 H 2 C CH CH 3 HCHO CH 3 NH 2 (CH 3 ) 2 NH H 3 C C CH 3 O CH 3 MTBE (CH 3 ) 3 N
b., Etanol H 3 C CH 2 Fizikai tulajdonságai: - színtelen, jellegzetes szagú és ízű, könnyen folyó folyadék. - vízzel és számos szerves oldószerrel is korlátlanul elegyedik - vízzel azeotrópot képez - abszolút etanolt vízmegkötő szerekkel (pl. Ca, CaO, molekulaszita), vagy benzol hozzáadásával végrehajtott azeotróp desztillációval lehet nyerni. Előállítása: - Ipari előállítása az etilén gőzfázisban végrehajtott hidratálásával történik. - Biológiai erjesztésessel is előállítható pl. gyümölcsökből. Felhasználása: - élvezeti szerként ősidők óta ismeretes - fontos oldószer ( denaturált szesz ) - szerves kémiai szintéziseknél - természetes eredetű etanolt benzinnel keverve motorhajtóanyagként (E85). - a gyógyászatban fontos fertőtlenítőszer.
c., Zsíralkoholok C 10 -C 18 R CO red. R CH 2 Kozmetikumok: lauril-alkohol C 12 H 25 folyadék, kellemes illatú, viszkózus kókusz és pálmamagolajból állítják elő a kozmetikában főként származékait, pl.: Nalauril-szulfát alk. emulgeátorként mirisztilalkohol C 14 H 29 fehér, kristályos, nem avasodik kókusz és pálmamagolajból állítják elő alapozó készítményekben emulgeátor, mert matt külsőt biztosít cetil-alkohol C 16 H 33 fehér, kristályos, nem avasodik cetvelő észtereiből állítják elő, zsírok, olajok vízfelvevő képességét növeli hatása a bőrre: bőrrokon anyag, jól felszívódik, kiválóan puhítja, tisztítja, simítja, zsírfényt nem okoz számos krém alap- és segédanyaga, zsíros krémek emulgeátora, származékai erős baktericid, virucid fertőtlenítő szerek sztearilalkohol C 18 H 37 fehér, kristályos, nem avasodik cetvelőből vagy az oleil-alkohol katalitikus hidrogénezésével állítják elő krémbe segédemulgeátor, viszkozitást növelő adalék, cetil-alkohol helyettesítésére
Aqua (Water), Glycerin, C12-15 Alkyl Benzoate, Stearic Acid, Stearyl Alcohol, Butyrospermum Parkii, Cetyl Alcohol, Caprylic/Capric Triglyceride, Glyceryl Stearate, Methyl propanediol, Cera Alba, Hydrogenated Coco-Glycerides, Macadamia Ternifolia, Ubiquinone, Creatine, Cyclodextrin, 1-Methylhydantoine-2- imide, Retinyl Palmitate, Cera Microcrystalline, Paraffinum Liquidum, Dimethicone, Butylene Glycol, Sodium Carbomer, Tetrasodium Iminodisuccinate, BHT, Phenoxyethanol, Iodopropynyl Butylcarbamate, Limonene, Linalool, Citronellal, Hydroxyisohexyl 3-Cyclohexene Carboxaldehyde, Alpha-lsomethyl lonone, Geraniol, Benzyl Salicylate, Hexyl Cinnamal, Parfum (Fragrance)
Viaszok: levelek, gyümölcsök, madártoll víztaszító bevonata Detergensek, mosószerek: Szappanok: R COO(Na, K) Anionaktív tenzidek zsíralkoholok kénsavval alkotott észterei, ill. azok sói RO SO 2 O Na Előnyük: - hatékonyságukat nem befolyásolja a víz keménysége (Ca 2+ -, Mg 2+ -ion tartalma) - egyenes szénláncúak biológiailag lebonthatók Hátrányuk: - a vizet habréteggel vonják be - nehezítik az oxigénfelvételt. - oldatba viszik, illetve tartják azokat a hidrofób jellegű vegyületeket (olajok, peszticidek, poliaromások), melyek egyébként vízben nem oldódnának
d., Etilén-glikol Fizikai tulajdonságai: - színtelen, sűrűn folyó, édes ízű, mérgező folyadék HO CH 2 CH 2 ox. ox. C CHO HOOC CO glioxál oxálsav - vízzel kiválóan elegyedik Felhasználása: - fagyálló folyadékként az autókban, csőrendszerekben, repülőgépek felületén (50 %-os vizes oldata -36 C-on fagy) - poliészter gyártásánál
e., Glicerin Fizikai tulajdonságai: - színtelen, szagtalan, viszkózus, édeskés ízű - fémekkel komplexet képez - sötétkék H 2 C HC O O Cu H O O CH 2 CH Előállítása: zsírok hídrolízise elszappanosítás H 2 C H HO CH 2 Felhasználása: - élelmiszerekben a víztartalom megőrzésére, oldószerként, édesítőszerként (E422) - poliuretán gyártás - a kozmetikai iparban hidratáló krémek készítésére - gyógyszeripar (kúpok, köhögéscsillapítók, szívgyógyszerek) - robbanószerek
A glicerin származékai: Glicerin-trinitrát (helytelenül nitroglicerin): Fizikai tulajdonságai: színtelen, viszkózus folyadék Felhasználása: - szívgyógyszerként az érfalban enzimatikus mechanizmussal nitrogén-monoxiddá (NO) alakul, a simaizomzat különböző fehérjéinek foszforilációján keresztül valamin az érfal simaizomsejtjeiben csökkenti a kalciumionok mennyiségét és ez az érfal simaizomsejtjeinek relaxációjához vezet. - robbanószerként Alfred Nobel 1864-ben első gyártóüzem, amelyben bányászati célokra állították előt. Ütésérzékenységének csökkentésére átütő sikert csak akkor értek el, amikor először porózus anyagokkal felitatva (az első dinamitok) később pedig cellulóz-nitráttal kocsonyásított formában állították elő. 2 H 2 C HC H 2 C ONO 2 ONO 2 ONO 2 ütésre 6 CO 2 5 H 2 O 3 N 2 O 2
Zsírok, foszfolipidek: Zsírok: glicerin zsírsavakkal alkotott észterei Biológiai szerepük: - energiatárolás - koleszterin tárolása - hőszigetelés - mechanikai védelem - zsírban oldódó vitaminok (A, D, E, K) felszívódásának segítése Foszfolipidek: Biológiai szerepük: - membrán kettős réteg kialakítása
f., Cukoralkoholok CHO CH 2 Fizikai tulajdonságok: - színtelen, kristályos vegyületek - vízben jól oldódnak - édes ízűek Előállításuk: cukrok redukciójával H HO H H H red. H HO H H H Felhasználásuk: - édesítőszerek (a száj enzimei nem bontják őket nem okoz fogszuvasodást) - a szorbit a C-vitamin gyártás kiindulási vegyülete CH 2 D-glükóz CH 2 D-szorbit azkorbinsav C-vitamin
g., Inozit - élesztő számára növekedési tényező - emberi és állati zsíranyagcserében jelentős hatású - B 9 -vitamin Származékai: Növényekben: fitin foszfatidok HO 3 PO HO 3 PO OPO 3 H OPO 3 H OPO 3 H OPO 3 H
h., Telítetlen alkoholok: izoprén-vázas vegyületek citronellol geraniol mentol
Következtetés Az alkoholok kifejezés rendkívül változatos szerkezetű és kémiai, biológiai jelentőségű vegyületcsaládot jelöl. Nem csak az alkoholoké a világ - de majdnem!