¿Qué es un alcohol? Clasificación
Un alcohol tiene un grupo –OH (hidroxilo) unido a un carbono con solo enlaces sencillos (un carbono sp³). Fórmula general: R–OH.
Según el número de grupos –OH: monohídricos (un –OH, por ejemplo el etanol), dihídricos (dos, por ejemplo el etano-1,2-diol, el glicol del anticongelante) y trihídricos (tres, por ejemplo la glicerina).
Según el carbono que sostiene el –OH (el carbono carbinol): cuenta cuántos otros carbonos lo tocan.
- Primario (1°): un carbono, por ejemplo etanol CH₃CH₂OH.
- Secundario (2°): dos carbonos, por ejemplo propan-2-ol (CH₃)₂CHOH.
- Terciario (3°): tres carbonos, por ejemplo 2-metilpropan-2-ol (CH₃)₃COH.
Casos especiales: los alcoholes alílicos (–OH en el carbono contiguo a un C=C) y los bencílicos (–OH en el carbono contiguo a un anillo de benceno). Si el –OH está en un carbono del C=C es un alcohol vinílico (inestable), y si está en el propio anillo es un fenol, que es otra familia.
Nomenclatura: cómo se nombran los alcoholes
Nombres comunes: la palabra 'alcohol' + el grupo alquilo (alcohol metílico, alcohol isopropílico). Los nombres IUPAC siguen cuatro pasos:
- Elige la cadena más larga que contenga el carbono del C–OH.
- Numera la cadena desde el extremo que dé al –OH el número más bajo.
- Quita la 'o' final del alcano y añade 'ol': propano → propan-1-ol o propan-2-ol.
- Añade las ramificaciones con sus números, en orden alfabético: 2-metilpropan-2-ol.
Si hay más de un –OH, se conserva la 'o' y se usa diol, triol: etano-1,2-diol, propano-1,2,3-triol (glicerina). Alcoholes de anillo: ciclohexanol.
Estructura
El O de un alcohol tiene dos enlaces y dos pares de electrones libres. El ángulo C–O–H es de unos 109°, un poco menor que el de un tetraedro perfecto, porque los pares libres empujan los enlaces y los acercan.
Preparación de alcoholes
1. A partir de alquenos
Hidratación catalizada por ácido: alqueno + agua con H⁺. El H va al carbono que ya tiene más átomos de H y el OH va al otro (Markovnikov). Propeno → propan-2-ol. Los pasos: (i) el H⁺ se une al C=C y se forma un carbocatión, (ii) el agua ataca al carbocatión, (iii) se pierde un H⁺.
Hidroboración–oxidación: alqueno + diborano (B₂H₆), y después H₂O₂ / NaOH. El OH queda en el carbono con más átomos de H (parece anti-Markovnikov). Propeno → propan-1-ol.
2. Reducción de compuestos carbonílicos
Aldehídos → alcoholes 1°; cetonas → alcoholes 2° (H₂ con Pd/Ni, o NaBH₄, o LiAlH₄). Los ácidos carboxílicos necesitan el fuerte LiAlH₄ para dar alcoholes 1°; en la industria primero se convierten los ácidos en ésteres y estos se reducen con H₂.
3. A partir de reactivos de Grignard
El RMgX se une al C=O y después el agua da el alcohol. Metanal (HCHO) → 1°; cualquier otro aldehído → 2°; una cetona → 3°. El nuevo enlace C–C permite construir una cadena de carbono más larga.
Propiedades físicas
Punto de ebullición: mucho más alto que el de alcanos, haloalcanos y éteres de masa parecida, por los puentes de hidrógeno entre moléculas. El punto de ebullición sube con la longitud de la cadena y baja con la ramificación (hay menos superficie de contacto).
Solubilidad: los alcoholes pequeños (metanol, etanol, propanol) se mezclan con agua en cualquier proporción porque forman puentes de hidrógeno con ella. Cuanto más larga es la cadena de carbono (la parte grasa), menos solubles son.
Reacciones químicas de los alcoholes
A. Se rompe el enlace O–H (el alcohol como ácido débil)
Con Na o K: 2R–OH + 2Na → 2R–O⁻Na⁺ + H₂. Orden de acidez: 1° > 2° > 3° (los grupos alquilo empujan electrones hacia el O). Los alcoholes son ácidos más débiles que el agua. Esterificación: R–OH + R′COOH ⇌ R′COOR + H₂O (con catalizador ácido; si se retira el agua, la reacción avanza). Los cloruros de ácido y los anhídridos también dan ésteres.
B. Se rompe el enlace C–O
Con HX: R–OH + HX → R–X + H₂O. Reactividad 3° > 2° > 1°. Prueba de Lucas (HCl concentrado + ZnCl₂ anhidro): el 3° se enturbia de inmediato, el 2° en unos 5 minutos y el 1° sigue transparente a temperatura ambiente. También el PCl₃, el PCl₅ y el SOCl₂ dan haluros de alquilo.
Deshidratación (H₂SO₄ o H₃PO₄ concentrado, con calor): etanol a 443 K → eteno. Facilidad: 3° > 2° > 1°, porque el paso por un carbocatión es más fácil en el 3°.
C. Oxidación
1° → aldehído (PCC o Cu caliente a 573 K) → ácido carboxílico (KMnO₄ fuerte o K₂Cr₂O₇ acidificado). 2° → cetona. Los alcoholes 3° resisten la oxidación normal; con Cu caliente se convierten en alquenos.
Alcoholes comerciales importantes
Metanol (alcohol de madera): antes se obtenía calentando madera; hoy se hace con CO + 2H₂ sobre un catalizador de ZnO–Cr₂O₃ a 573–673 K y 200–300 atm. Se usa como disolvente, para fabricar formaldehído y como combustible. Muy venenoso: cantidades pequeñas causan ceguera y cantidades grandes, la muerte.
Etanol: se obtiene por fermentación del azúcar de la melaza, la uva o los cereales. Las enzimas de la levadura, invertasa (sacarosa → glucosa + fructosa) y zimasa (glucosa → etanol + CO₂), hacen el trabajo, sin aire. Se usa en desinfectantes, medicinas, bebidas y como mezcla en la gasolina. El etanol industrial se desnaturaliza (se hace no apto para beber) añadiendo un poco de sulfato de cobre y piridina.
Fórmulas y definiciones clave
- Fórmula general de un alcohol monohídrico saturado: CₙH₂ₙ₊₁OH
- Hidratación: CH₃CH=CH₂ + H₂O (H⁺) → CH₃CH(OH)CH₃
- Hidroboración–oxidación: CH₃CH=CH₂ → (B₂H₆; H₂O₂/OH⁻) → CH₃CH₂CH₂OH
- 2R–OH + 2Na → 2R–ONa + H₂
- Velocidad en la prueba de Lucas: 3° > 2° > 1°
- Deshidratación: C₂H₅OH (H₂SO₄ conc., 443 K) → CH₂=CH₂ + H₂O
- Oxidación: 1° → aldehído → ácido; 2° → cetona; 3° → no se oxida de forma normal
- Grignard: HCHO → alcohol 1°, RCHO → 2°, R₂CO → 3°
Ejemplos resueltos
1. Clasifica (CH₃)₂CH–OH, CH₃CH₂CH₂OH y (CH₃)₃C–OH.
Paso 1: busca el carbono que sostiene el –OH. Paso 2: cuenta los carbonos unidos a él. (CH₃)₂CH–OH: 2 carbonos → secundario. CH₃CH₂CH₂OH: 1 carbono → primario. (CH₃)₃C–OH: 3 carbonos → terciario.
2. Da el nombre IUPAC de CH₃–CH(OH)–CH₂–CH₃.
La cadena más larga tiene 4 carbonos (butano). Si numeras desde la izquierda, el –OH queda en la posición 2; desde la derecha sería la 3, así que elegimos 2. Nombre: butan-2-ol.
3. Nombra (CH₃)₂CH–CH₂–CH₂OH.
La cadena más larga que incluye el carbono del C–OH tiene 4 C. Numera desde el extremo del –OH: el C1 lleva el OH y la ramificación CH₃ está en el C3. Nombre: 3-metilbutan-1-ol.
4. ¿Qué alcohol se forma a partir del propeno por (a) hidratación catalizada por ácido, (b) hidroboración–oxidación?
(a) El H⁺ se une al CH₂ del extremo y forma el carbocatión secundario, más estable, en el C2; el agua lo ataca → propan-2-ol. (b) El boro se une al carbono del extremo y luego el H₂O₂/OH⁻ cambia el B por OH → propan-1-ol.
5. ¿Qué reactivo de Grignard y qué compuesto carbonílico dan 2-metilpropan-2-ol?
El producto es un alcohol 3°, así que hace falta una cetona. El (CH₃)₃C–OH tiene tres grupos CH₃ en el carbono carbinol: usa propanona (CH₃)₂C=O + CH₃MgBr y luego agua. El CH₃ se une al carbono del C=O y el O pasa a ser OH.
6. Tres botellas sin etiqueta contienen butan-1-ol, butan-2-ol y 2-metilpropan-2-ol. ¿Cómo las distinguirás?
Añade el reactivo de Lucas (HCl concentrado + ZnCl₂) a cada una a temperatura ambiente. Turbio de inmediato → 2-metilpropan-2-ol (3°). Turbio en unos 5 minutos → butan-2-ol (2°). Sigue transparente → butan-1-ol (1°). La turbidez es el cloruro de alquilo, que no se disuelve.
Errores comunes
- Contar los átomos de H en vez de los átomos de carbono del carbono C–OH al clasificar como 1°/2°/3°.
- Llamar alcohol a un compuesto con el –OH en un anillo de benceno: eso es un fenol. El alcohol bencílico (C₆H₅CH₂OH) sí es un alcohol porque el OH está en el CH₂.
- Decir que los alcoholes 3° son los más ácidos. Es al revés: la acidez es 1° > 2° > 3°, pero la reactividad con HX y la facilidad de deshidratación son 3° > 2° > 1°.
- Confundir los productos del propeno: la hidratación con ácido da propan-2-ol; la hidroboración–oxidación da propan-1-ol.