Keemia - Alkoholid (3)

Ande Andekas-Lammutaja
Keemia - Alkoholid
Alkoholid on ained, mille molekulis süsiniku aatomi juures asuv vesinik on asendatud hüdroksüülrühmaga ( -OH ). Alkoholide nimetused tuletatakse vastava süsivesiniku nimetusest, millele lisatakse sõnalõpp –ool, kusjuures esialgne lõpp –aan lüheneb. Alkoholi molekulis võib olla ka mitu hüdroksüülrühma. Selliseid alkohole nimetatakse mitmehüdroksüülseteks (mitmealuselised). Peaaegu mitte kunagi ei ole ühe C juures mitut hüdroksüülrühma, kuna sellised ühendid ei ole püsivad. Mitme hüdroksüülrühmaga ühendite lõpud on – diool , -triool jne.
Füüsikalised omadused: Kuna hüdroksüülrühma vesinikul on positiivne osalaeng , võib ta hästi osaleda vesiniksideme moodustumisel. Alkoholid võivad moodustada vesiniksidemeid omavahel ja ka vee molekulidega. Sellest ongi tingitud alkoholide hüdrofiilsus ning hea lahustuvus vees. Alkoholide lahustuvus vees sõltub süsinikahela pikkusest – lühikese süsinikahelaga alkoholid lahustuvad vees väga hästi, pikema ahelaga halvasti. Alkoholid on narkootilise toimega ja mürgised. Metanool ja kõrgemad alkoholid (alates C6) tekitavad nägemisorganite pöördumatuid kahjustusi. C2 – C4 (eriti hargnemata ahela puhul) on vähem mürgised st. nende surmav kogus võib ulatuda mitmesaja grammini. Süsiniku arvu suurenemise määral kasvab alkoholide keemistemperatuur . Alkoholid on vedelas olekus assotsieerunud. Soojendamisel vesinikside katkeb ning alles aurudes esineb alkoholimolekul üksikult. Vesiniksideme katkemine põhjustab alkoholide suhteliselt kõrgeid keemistemperatuure. Homoloogilise rea 11 esimest liiget on toatemperatuuril vedelikud, C12 – C20 meenutavad tardunud rasva, C21 alates on alkoholid tahked ained. Alkoholid on veest kergemad, tihedus alla 1000 kg/m3.
Oksüdeerumine (tekivad aldehüüdid; katalüsaatoriteks Cu, Ag.): 2 CH3CH2OH + O2  2 CH3CHO + 2 H2O
Täielik põlemine: CH3CH2OH + 3 O2  2 CO2 + 3 H2O
Dehüdraatimine (happekatalüütiline; tekib alkeen või eeter ): CH3CH2OH  CH2 = CH2 + H2O (300 oC – 400 oC , Al2O3)
2 CH3CH2OH  CH3CH2OCH2CH3 + H2O (130 oC – 150 oC, H2SO4)
Leelismetallidega (tekivad soolad – alkoholaadid ; soola nimetuse lõpp –olaat): 2 CH3CH2OH + 2 Na  2 CH3CH2ONa + H2
Orgaaniliste hapetega (tekivad estrid): CH3COOH + CH3CH2OH  CH3COOCH2CH3 + H2O
Alkoholaatide hüdrolüüs: CH3CH2ONa + H2O  CH3CH2OH + NaOH
Homoloogiline rida:

metanool CH2OH

eta nool C2H5OH

propanool C3H7OH

butanool C4H9OH

pentanool C5H11OH

heksanool C6H13OH

heptanool C7H15OH

oktanool C8H17OH

nonanool C9H19OH

dekanool C10H21OH
V = n * Vm
n = m/M
ρ = m/V
M – molaarmass
Vm – molaarruumala (22,4)
m – mass
n – moolide arv
ρ – tihedus
mol/mol; m/M; V/Vm ( gaas ); Vρ/M (vedelik)
Metanool (CH3OH) Tuntud puupiirituse nime all, sest teda saadi puidu utmisel. Nüüdisajal saadakse CO redutseerimisel katalüsaatorite abil (CO + 2H2  CH3OH ). Väliste omaduste poolest sarnane etanooliga, piirituse lõhnaga vedelik. On aga erakordselt mürgine vedelik, 5-10 ml vedeliku sissevõtmine võib põhjustada raske mürgistuse ja pimedaksjäämise. 30 ml metanooli on aga surmav. Metanool imendub ka läbi naha ja isegi aurude sissehingamisel võib saada mürgistuse. Metanooli kasutatakse keemiatööstuses suurtes kogustes – on näiteks metanaali tootmise lähteaine. Metanoolist toodetakse lõhna- ja värvaineid, ravimeid, mürkkemikaale. Metanool on lahustite koostisosaks. Mõnedes kohtades kasutatakse metanooli automootorite kütusena.
Etanool (CH3CH2OH) (etüülalkohol) on tavakeeles alkohol ehk piiritus . Valmistatakse põhiliselt eteeni (etüleeni) katalüütilisel hüdraatimisel (CH2=CH2 + H2O  CH3CH2OH), sahhariidide kääritamisel (C6H12O6  2 CH3CH2OH + 2 CO2; tooraineks kartul, teravili – neist saadud tärklis muudetakse suhkruks, mis pärmseente mõjul ilma õhu juurdepääsuta käärib etanooliks) või puidutöötlemisjääkide töötlemisel (saepuru kuumutatakse mineraalhapetega, saadakse suhkur, mis kääritamisel muutub etanooliks. Sel viisil toodetakse etanooli ainult tehnilisteks vajadusteks. Seda tehnilist piiritust nimetatakse hüdrolüüsipiirituseks, mis sisaldab ka metanooli). Etanool on värvuseta, iseloomuliku lõhna ja kõrvetava maitsega vedelik. Keeb 78 oC juures, on veest kergem (794 kg/m3) ja seguneb veega igas vahekorras. Et C2H5OH keemistemperatuur on madalam kui veel, siis hakkab nende segu keemisel kõigepealt aurustuma etanool. Saadud aurud kogutakse ja jahutatakse. Nii destilleerimise tulemusel on võimalik saada piiritust, milles on 95% etanooli ja 5% vett. Veevaba 100% etanooli nimetatakse absoluutseks etanooliks, mille saamiseks seotakse piirituses olev vesi keemiliselt, näiteks veevaba vasksulfaadiga. Etanool on hea lahusti, lahustab hästi orgaanilisi ühendeid (rasvu, vaike, bensiini jm.), kuid ka mõningaid anorgaanilisi aineid (joodi). Etanool on hea sünteeside lähteaine (kummi tootmise, aga ka ravimite, värv- ja lõhnaainete valmistamisel ning alkohoolsete jookide koostisosa , meditsiinis konservandina ja antiseptilise vahendina). Kasutatakse termomeetrites, sest külmumistemperatuur on –112 oC. Kõrge kütteväärtuse tõttu kasutatakse kütusena reaktiivmootorites, sisepõlemismootorites. Etanooli mõju organismile on keerukas. Ensüümide toimel oksüdeerub etanool organismis mitmesugusteks ühenditeks ning lõpuks süsihappegaasiks ja veeks . Alkoholi toime avaldub organismis koheselt, veres leidub 4-5 minuti pärast. Peamine osa imendub verre peensoolest. Kõige suurem on alkoholi sisaldus veres umbes 1 tund pärast etanooli sissevõtmist. Koheselt algab organismis ka alkoholi lõhustumine. Osa alkoholist eraldub uriini ja väljahingatava õhu kaudu muutumatult, ülejäänud lammutatakse organismis. Skemaatiliselt toimub lagunemine järgmiselt: etanool  etanaal  etaanhape  …. CO2 ja H2O. Etanooli oksüdatsioonil tekkinud aldehüüdi (etanaal) ja etaanhapet kasutab organism ainevahetusprotsessides, millest sünteesitakse rasvu ja kolesterooli. Peaajus sünteesitakse etanaalist väga keeruka struktuuri ja narkootilise toimega ühendeid. Nende ühendite struktuur sarnaneb tugevate narkootikumide, hašiši ja morfiumiga. Alkoholi mõjul mõtlemisprotsess aeglustub ja raskeneb; liigutused küll alguses kiirenevad, kuid mõne aja möödudes aeglustuvad. Pole ühtegi organit, mida alkohol ei kahjusta. Kõige enam kannatab aju. Ajukoorerakkude hukkumise tõttu väheneb mälumaht (muutused toimuvad ajukoore osades, mis seotud mõttetegevuse ja mäluga). Olulisel määral kannatab ka maks, kus lagundatakse suurem osa veres leiduvast alkoholist. Samuti põhjustab alkohol südame- ja veresoonkonna haigusi, mao limaskesta kahjustusi jne. Rängalt mõjub alkohol pärilikkusele, mille otseseks tagajärjeks on nõrgamõistuslikud lapsed. Alkoholi joobeastet määratakse vere etanoolisisaldusega, mida hinnatakse promillides (1‰ = 0,1%). Vere 0,5 etanooli sisalduse puhul esinevad kerged närvitegevuse häired, mida inimene ei pruugi tajuda, reaktsiooniaeg pikeneb; 0,5 ‰ - 1,5 ‰ tegemist kerge joobega; 1,5 ‰ - 2,5 ‰ tegemist keskmise joobega; 2,5 ‰ – 3 ‰ tegemist raske joobega; üle 3 ‰ eluohtlik joove.

Puskariõli on destillatsioonijääk etanooli eraldamisel käärimissegust. Puskariõlid sisaldavad 3-5 süsinikuaatomit, nende segu on puskariõli. Need alkoholid annavad puskarile ja mõnele teisele alkohoolsele joogile iseloomuliku lõhna ja maitse. Puskariõli alkoholid tekivad käärimisel vaigulistest materjalidest . Need alkoholid on õige mürgised ja kaovad organismist aeglaselt. Puskariõlisid sisaldavad kõik alkohoolsed joogid, mida pole destilleeritud (õlu, vein, sake jne.) või puhastatakse destillatsioonil vaid osaliselt ( puskar , mõned viskid). Selliste jookide tarbimisel järgnevad ebameeldivad jääknähud on suures osas tingitud mürgistusest puskariõli alkoholidega.

Etaandiool (HOCH2CH2OH) on tehnikas tuntud etüleenglükooli nime all. Ka teisi dioole nimetatakse glükoolideks. On kõrge keemistemperatuuriga, lahustub vees hästi ja tema vesilahused on madala külmumistemperatuuriga. Seetõttu kasutatakse teda antifriiside (automootorite jahutussegude) koostises. Väga mürgine, magusa maitsega õlikas vedelik. Toodetakse veel mittekortsuvat riiet lavsaani ja sünteetilisi värvaineid (emailvärve).
Propaantriool e. glütserool (HOCH2CH(OH)CH2OH) on vanema nimega tuntud glütseriin. Looduslik ühend. Tema molekuli osa kuulub kõikide rasvade koostisesse. On viskoosne vedelik, mis seguneb hästi veega, veest raskem, ei ole mürgine, kuid toimib lahtistavalt. Kasutatakse kosmeetikapreparaatides ning emailvärvide valmistamisel. Tema reageerimisel HNO3-ga tekib äärmiselt plahvatav lõhkeaine nitroglütseriin, millest saadakse dünamiiti.
CH2 – CH – CH2 + 3HNO3  CH2 – CH – CH2 + 3 H2O
     
OH OH OH ONO2 ONO2 ONO2
Nitroglütserooli kasutatakse ka alkohoolses lahuses ravimina veresoonkonna haiguste puhul.