Úvod do alkoholů

Struktura a rozdělení alkoholů

Alkoholy jsou látky obecného vzorce R-OH, kde R je uhlovodíková skupina a -OH je hydroxylová skupina. Alkoholy by neměly být zaměňovány s fenoly (u fenolů je hydroxylový substituent spojen s aromatickým kruhem). Obě skupiny mají stejný substituent; jejich vlastnosti jsou však odlišné. Alkoholy jsou v přírodě běžné. Většina lidí zná ethylalkohol (etanol) jako složku alkoholických nápojů; toto je však pouze jeden příklad této velmi početné rodiny organických sloučenin. Zahrnují také látky jako cholesterol a sacharidy. Alkoholy tvoří tzv. homologní řadu. Tento termín označuje skupinu organických sloučenin, ve kterých se každá následující sloučenina liší od předchozí sloučeniny určitým pevným segmentem. Methanol a ethanol jsou první dvě sekce homologní řady alkoholů. Alkoholy se zásadně dělí podle počtu hydroxylových substituentů spojených s uhlovodíkovou skupinou. Podle tohoto čísla rozlišujeme:

• monohydroxidové alkoholy (mono-hydroxylové). Příklady monohydroxidových alkoholů jsou: methanol, butanol a hexanol
• polyhydroxidové alkoholy (polyhydroxylové), které zahrnují dvě nebo více hydroxylových skupin. Mezi nimi rozlišujeme v závislosti na počtu -OH skupin tzv. dioly, trioly atd. Příklady polyhydroxyalkoholů jsou: 1,2-ethan-diol (ethylenglykol) a propan-1,2,3 -triol (glycerol).

Alkoholy jsou také klasifikovány podle pořadí reakce atomu uhlíku, ke kterému je připojena hydroxylová skupina (-OH). Podle toho rozlišujeme alkoholy primární, sekundární a terciární.

Metody syntézy alkoholu

Existuje mnoho způsobů získávání alkoholů. Samotná syntéza, práce spojené se zaváděním inovací nebo vývojem účinnějších katalyzátorů jsou velmi komplexní problémy s procesy vyžadujícími specifické podmínky. Pro průmyslové účely se nejčastěji získávají pomocí následujících reakcí:

• přímá hydratace alkenů
• syntéza alkenů metodou hydroxymerkurace
• syntéza alkenů metodou hydrogenerace boru
• reakce halogenalkanů s hydroxidovými ionty

Methanol, ethanol a polyhydroxidové alkoholy, jako je ethylenglykol a glycerol, se nejčastěji vyrábějí v průmyslovém měřítku. Metanol se historicky vyráběl destilací dřeva. Vyrobený líh se tedy nazývá dřevný líh. V současnosti se methanol vyrábí syntetickou reakcí katalytické hydrogenace oxidu uhelnatého. Celý proces probíhá za zvýšeného tlaku, při teplotě 300-400 ^o C. Etanol se běžně vyrábí alkoholovým kvašením surovin s obsahem cukru (rostlinné suroviny s obsahem škrobu). Substrát je transformován do správné formy, která může být podrobena alkoholové fermentaci. Vyrobená kaše se zbaví ethanolu. Poslední fází je destilace, při které vzniká destilát s obsahem 80–90 %etylalkoholu. Polyhydroxylalkoholy jsou sloučeniny, z nichž nejvýznamnější jsou ethylenglykol, propylenglykol a glycerin. Etylen a propylenglykol se vyrábí v procesu hydrolýzy epoxidů. Glycerin je vedlejším produktem hydrolýzy tuků a polypropylenu nebo akroleinu.

Vlastnosti

Hydroxylová skupina a její polarita určují chemické a fyzikální vlastnosti alkoholů. Stejně jako voda tvoří mezi sebou vodíkové vazby v kapalné formě. Jsou zodpovědné za zvýšené odpařování kapaliny, protože částice podléhají asociaci. To přímo určuje jejich vysoké body varu, například 78,37 ^o C pro ethanol. Methanol, ethanol a propanol mohou být smíchány s vodou v jakémkoli poměru. Rozpustnost butanolu, který je dalším v homologické řadě, je však jen cca. ⁸ g/dm3. Čím delší je uhlovodíkový řetězec, tím nižší je rozpustnost. Většina alkoholů jsou kapaliny s výrazným zápachem. Alkoholy s dlouhými uhlovodíkovými řetězci v částicích jsou však pevné látky. Jsou alkoholy kyseliny nebo zásady? Alkoholy procházejí četnými chemickými přeměnami. Když vytvoříme bezvodé prostředí a vyvoláme reakci vhodného alkoholu a kovu, vzniknou alkoholáty, např. ethylát sodný. Z chemického hlediska jsou to silné chemické alkálie (silnější než hydroxidy). Avšak ze stejné perspektivy jsou alkoholy jako skupina sloučenin slabé kyseliny (slabší než H ₂ O). To se projevuje tvorbou solí s kovy, tj. alkoholáty.

Alkoxylované alkoholy

Alkoxylované alkoholy jsou zajímavou skupinou (neiontových) povrchově aktivních látek , vyráběných syntézou mastných alkoholů, které jsou oxyethylenovány a/nebo propoxylovány mastnými kyselinami s různým stupněm alkoxylace. Sortiment PCC Group zahrnuje 269 typů alkoxylovaných alkoholů. V závislosti na parametrech mají různé vlastnosti a použití, včetně:

• vhodnost pro průmyslové použití díky mycím, čisticím a pracím vlastnostem,
• schopnost vyrábět vysoce flexibilní pěny s velmi dobrou hustotou a pružností,
• použitelnost jako smáčedla ve speciálních formulacích pro textilní a metalurgický průmysl,
• použitelnost v papírenském průmyslu díky protipěnivým vlastnostem, nízkému bodu tuhnutí a snadné manipulaci.

Výzvy související s bezpečností

Přestože jsou alkoholické produkty všestranné a užitečné, může být obtížné zajistit jejich bezpečné použití. Jsou to nebezpečné sloučeniny, které vyžadují zvláštní opatrnost. Zejména je třeba zvážit následující aspekty:

• alkoholy používané jako suroviny, meziprodukty a produkty by měly mít odpovídající kvalitu. Je zakázáno používat a prodávat kontaminované zboží. Je to nutné pro zajištění bezpečnosti personálu, který s nimi pracuje, a zákazníků nakupujících zboží.
• Od syntézy až po odeslání spotřebiteli musí být alkoholy řádně skladovány, aby se vyloučilo riziko kontaminace nebo úniku během přepravy. Faktory jako správná teplota nebo blízkost jiných chemikálií mohou mít významný dopad na bezpečnost. Pro zajištění bezpečnosti je nezbytná interní a externí logistika při výrobě a prodeji lihovin a také jejich směsí.
• Odpady vzniklé při výrobě, průmyslovém zpracování nebo individuálním použití podléhají zneškodňování. Vyplatí se oslovit firmy, které se specializují na bezpečnou likvidaci chemického odpadu.

Průmyslové použití alkoholů

V průmyslu se mezi nejčastěji používané alkoholy řadí ethanol, metanol, isopropanol a glycerin. Bez ohledu na odvětví je pití alkoholu samozřejmostí. Kromě spotřebitelského použití etanolu patří mezi běžné použití čisticí prostředky, kosmetika, paliva, léčiva, textilie a mnoho dalších. Nacházejí se také v nemrznoucích kapalinách a inkoustech. Jako rozpouštědla se velmi běžně používají alkoholy, zejména ethanol, který je relativně bezpečný a lze jej použít k řešení jakýchkoli sloučenin, které jsou nerozpustné ve vodě. Methanol je další oblíbené rozpouštědlo; používá se však převážně při syntéze jiných chemikálií, např. metanalu (formaldehydu), kyseliny ethanové nebo methylesterů. Probíhají pokusy o další rozšíření počtu použití produktů na bázi alkoholu. Opatření přijatá v Evropě za účelem snížení používání fosilních paliv podporují používání bioalkoholů jako zdrojů energie. Zvýšené používání tohoto typu paliva je považováno za nevyhnutelné. Využívání lihových destilátů pro energetické účely je rozumné tam, kde je znečištěné ovzduší, zejména v lázeňských zařízeních a oblastech, kde je zaveden zákaz používání pevných paliv, např. černého uhlí. Je však třeba připomenout, že v současnosti jsou náklady na výrobu energie nebo tepla z paliv na bázi alkoholu stále vyšší než náklady na energii z konvenčního paliva. Využití fosilních paliv bude pro investice stále lukrativnější a očekává se, že v blízké budoucnosti poroste v důsledku zvýšeného používání etanolu jako motorového paliva v automobilovém průmyslu. Ethylalkohol při spalování vytváří uhlík a vodu. Může být použit samostatně nebo ve směsi s benzínem. Nejvýhodnější obsah etanolu je 10–20 %. Je třeba poznamenat, že použití etanolu jako paliva v automobilovém průmyslu může být výhodné pro země, které nemají benzinový průmysl. Ethanol se úspěšně vyrábí pomocí fermentačního procesu. Uspokojení poptávky trhu s pohonnými hmotami s použitím alkoholických produktů s vysokou pravděpodobností povede ke snížení dovozu benzinu. Reference:

1. Bochwica, AWA Preparatyka Organiczna – Vogel.pdf. 2012, 1–54.
2. Maciej, M.; Żyjewska, U.; Siuda, T. Możliwości wykorzystania destylatów alkoholowych jako paliwa opałowego. Nafta-Gaz 2020, 76 , 186–191, doi:10.18668/ng.2020.03.05.
3. Průmyslové alkoholy | SolvChem Dostupné online: https://solvchem.com/products/alcohols/ (přístup 11. ledna 2022).
4. Velikost a podíl trhu s průmyslovými alkoholy | 2023 Dostupné online: https://www.alliedmarketresearch.com/industrial-alcohols-market (přístup 11. ledna 2022).
5. 14.2: Alkoholy – Názvosloví a klasifikace – Chemie LibreTexts Dostupné online: https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Introductory_Chemistry/The_Basics_of_GOB_Chemistry_(Ball_et_al.)/14%3A_Organic_Compoundshol_co.0 .
6. Chemia organiczna od Przemysława Mastalerze (z-lib.org).pdf.
7. Uses of Alcohols – Chemistry LibreTexts Dostupné online: https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Organic_Chemistry/Supplemental_Modules_(Organic_Chemistry)/Alcohols/Properties_of_Alcohols/Uses_of_Alcohols 12,2201).
8. Alkoxylované alkoholy – kosmetické přísady | Phoenix Chemical, Inc. Dostupné online: https://phoenix-chem.com/products/alkoxylated-alcohols/ (přístup 12. ledna 2022).