Rượu (hoá học)

Bài này viết về rượu nhìn theo phương diện hóa học như là một nhóm chất hữu cơ. 


Nhóm chức Hydroxyl (-OH) trong phân tử ancol.
Rượu, còn gọi là ancol để phân biệt với êtanol, trong hóa học là một hợp chất hữu cơ chứa nhóm –OH gắn vào một nguyên tử cácbonmà nó đến lượt mình lại gắn với một nguyên tử hiđrô hay các bon khác. Trong đời sống thông thường, từ ancol được hiểu như là nhữngđồ uống có chứa cồn, (cồn (êtanol) hay ancol êtylíc) (C2H5OH).
Cấu trúc


C2H5OH
Nhóm chức năng của ancol là nhóm hyđrôxil -OH gắn với cácbon lai sp³. Còn gọi là nhóm chức ancol.
Phân loại
Theo cấu trúc
Có các loại ancol mạch thẳng và ancol mạch nhánh, vòng
Theo liên kết cácbon
Có các loại ancol no và ancol không no
Ví dụ: CH3-CH2-OH là ancol no và CH2=CH-CH2-OH là ancol không no.
Theo chức ancol
Có ancol đơn chức và ancol đa chức
Ví dụ: CH3-CH2-OH (êtanol) là ancol một lần ancol còn OH-CH2-CH2-OH (êtilen glycol) là ancol hai lần ancol.
Lưu ý là một số tài liệu cho rằng phenol C6H5OH là một dạng ancol, tuy nhiên phênol có một số tính chất hóa học khác hẳn tính chất hóa học chung của ancol và một số nhà khoa học đã xếp pheenol và các dãy đồng đẳng của nó vào nhóm phenol do các chất này thể hiện tính axít rõ rệt. Ví dụ phenol có phản ứng với chất bazơ như NaOH còn ancol thì không có phản ứng như thế.
Tính chất vật lý và hóa học
Nhóm hiđrôxyl làm cho phân tử ancol phân cực. Nhóm này có thể tạo ra những liên kết hiđrô với nhau hoặc với chất khác. Hai xu hướng hòa tan đối chọi nhau trong các ancol là: xu hướng của nhóm -OH phân cực tăng tính hòa tan trong nước và xu hướng của chuỗi cácbon ngăn cản điều này. Vì vậy, mêtanol, êtanol và prôpanol dễ hòa tan trong nước vì nhóm hiđrôxyl chiếm ưu thế. Butanol hòa tan vừa phải trong nước do sự cân bằng của hai xu hướng. Pentanol và các butanol mạch nhánh hầu như không hòa tan trong nước do sự thắng thế của chuỗi cácbon. Vì lực liên kết hóa học cao trong liên kết của ancol nên chúng có nhiệt độ bốc cháy cao. Vì liên kết hiđrô, ancol có nhiệt độ sôi cao hơn so với hiđrôcácbon và ête tương ứng. Mọi ancol đơn giản đều hòa tan trong các dung môi hữu cơ.
ancol còn được coi là những dung môi. Chúng có thể mất prôton H+ trong nhóm hiđrôxyl và vì vậy chúng có tính axít rất yếu: yếu hơn nước (ngoại trừ mêtanol), nhưng mạnh hơn amôniắc (NH4OH hay NH3) hay axêtylen (C2H2).
Một phản ứng hóa học quan trọng của ancol là phản ứng thế nuclêôphin (nucleophilic substitution), trong đó một nhóm nuclêôphin liên kết với nguyên tử cácbon được thay thế bởi một nhóm khác.
Ví dụ: CH3-Br + OH- -> CH3-OH + Br- (trong môi trường kiềm)
Đây là một trong các phương pháp tổng hợp ancol. Hay:
CH3-OH + Br- -> CH3-Br + OH- (trong môi trường axít)
ancol bản thân nó là những chất nuclêôphin, vì vậy chúng có thể phản ứng với nhau trong một số điều kiện nhất định về nhiệt độ, áp suất, môi trường v.v để tạo thành ête và nước. Chúng cũng có thể phản ứng với các axít hydroxy (hay axít halôgen) để sản xuất hợp chất este, trong đó este của các axít hữu cơ là quan trọng nhất. Với nhiệt độ cao và môi trường axít (ví dụ H2SO4), ancol có thể mất nước để tạo thành các alken. Ngược lại, việc thêm nước vào alken với xúc tác axít thì tạo thành ancol nhưng ít được sử dụng để tổng hợp ancol do tạo thành một hỗn hợp. Một số công nghệ kỹ thuật khác để chuyển alken thành ancol có độ tin cậy cao hơn.
Độc tính
Etanol
Các hình thức đồ uống chứa cồn được sử dụng từ rất lâu trong lịch sử loài người vì nhiều nguyên nhân như hội hè, ăn kiêng, y tế, tôn giáo v.v. Việc sử dụng một lượng vừa phải êtanol thì không có hại hoặc có thể có lợi cho cơ thể nhưng một lượng lớn ancol có thể dẫn đến tình trạng say ancol hay ngộ độc ancol cấp tính và các tình trạng nguy hiểm cho sức khỏe như: nôn ọe, khó thở do thiếu ôxi, lạnh, đột tử hoặc tình trạng nghiện ancol đẫn đến tổn thương gan, não nếu sử dụng thường xuyên.
Các loại ancol khác độc hơn êtanol rất nhiều, một phần vì chúng tốn nhiều thời gian hơn để phân hủy cũng như trong quá trình phân hủy chúng tạo ra nhiều chất độc cho cơ thể. Mêtanol (ancol gỗ) được ôxi hóa bởi các enzim khử hiđrô trong gan tạo ra phoócmanđêhit (phoóc môn) có thể gây mù hoặc tử vong.
Uống nhiều ancol rất có hại với sức khoẻ, người nghiện ancol có thể mắc bệnh suy sinh dưỡng, giảm thị lực…
Metanol
Metanol rất độc, chỉ một lượng nhỏ xâm nhập vào cơ thể cũng có thể gây mù lòa, lượng lớn hơn có thể gây tử vong. Một điều thú vị là để ngăn chặn ngộ độc do dùng nhầm mêtanol thì người ta cho người bị ngộ độc dùng êtanol. Êtanol sẽ liên kết với các enzim khử hiđrô và ngăn không cho mêtanol liên kết với các enzim này
Sử dụng
Ancol có công dụng trong việc sản xuất đồ uống (êtanol). Lưu ý là phần lớn các loại ancol không thể sử dụng như đồ uống vì độc tính (toxicity) của nó hay làm nguồn nhiên liệu (mêtanol) hoặc dung môi hữu cơ cũng như nguyên liệu cho các sản phẩm khác trong công nghiệp (nước hoa, xà phòng v.v).
Metanol chủ yếu được dùng để sản xuất Andehit Fomic nguyên liệu cho công nghiệp chất dẻo.
Etanol dùng để điều chế một số hợp chất hữu cơ như axit axetic, dietyl ete, etyl axetat …Do có khả năng hòa tan tốt một số hợp chất hữu cơ nên Etanol được dùng để pha vecni, dược phẩm, nước hoa… Trong đời sống hàng ngày Etanol được dùng để pha chế các loại đồ uống với độ ancol khác nhau.
Sản xuất
Phần lớn các loại ancol được sản xuất bằng phương pháp hóa học từ các chất hữu cơ sẵn có trong tự nhiên như dầu mỏ, hơi đốt hoặcthan. Trong công nghiệp sản xuất đồ uống người ta sử dụng phương pháp khác: lên men hoa quả hoặc ngũ cốc để tạo ra đồ uống có chứa cồn (êtanol). Ngoài ra, trong phòng thí nghiệm, nếu chỉ cần một lượng nhỏ, ta có nhiều cách để tạo như:
Các phương pháp chung cho ancol no đơn chức

• Hidrat hóa anken (cộng nước vào anken): Đun nóng anken với nước và chất xúc tác axit H2SO4, HCl, HBr, HClO4… Phản ứng theo cơ chế electrophin theo quy tắc Markovnikov (quy tắc Macconhicop).

CH2=CH2 + H2O → CH3-CH2OH (Xúc tác H+)

• Thủy phân dẫn xuất halogen: Đun nóng halogen trong dung dịch kiềm.

C2H5Br + NaOH → C2H5OH + NaBr

• Đi từ andehit và xeton: Cộng hydro khi có xúc tác kim loại như Ni, Pt… cũng tạo thành ancol bậc I.

CH3CHO + H2 → CH3-CH2OH (Có xúc tác)
Một số phương pháp riêng

• Lên men tạo etanol từ tinh bột hoặc xenlulozo

(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2

• Tạo metanol: CO + 2H2 → CH3OH (300-400 °C và 250-300 at)
  hoặc dùng: 2 CH4 + O2 → 2 CH3OH (200 °C, 100 at)
• Thủy phân dầu mỡ động vật tạo glixerin.

Cách đặt tên
Hệ thống hóa tên gọi
Tên chung cho các loại ancol thường được lấy theo tên của ankyl và thêm từ ancol vào trước cộng với hậu tố íc vào sau. Ví dụ ancol mêtylíc và ancol êtylíc. Đối với các loại ancol phức tạp, tên gọi chung phụ thuộc vào vị trí của nhóm chức ancol trong mạch cácbon mà gọi là ancol bậc nhất, bậc hai hay bậc ba.
Trong hệ thống tên gọi của IUPAC, thì thêm hậu tố ol vào tên của ankan. Ví dụ mêtan –> mêtanol. Trong trường hợp cần thiết thì vị trí của nhóm hiđrôxyl được thêm vào trước hoặc sau tên gọi. Ví dụ 1-prôpanol hay prôpanol-1. Một cách đặt tên khác là thêm tiền tố hiđrôxy vào tên của ankan: 1-hiđrôxyprôpan, 2-hiđrôxyprôpan.
ancol bậc ba thì thêm tiền tố 3 trước tên của ankyl + íc.
Ví dụ: (CH3)3COH là ancol 3-butylíc, hay 2-mêtyl 2-prôpanol theo quy tắc của IUPAC, chỉ ra rằng cả hai nhóm mêtyl và nhóm hiđrôxyl cùng gắn với nguyên tử ở giữa (thứ hai) của chuỗi prôpan.
ancol với hai nhóm chức hiđrôxyl được gọi chung là “glycol”, ví dụ HO-CH2CH2-OH là êtylen glycol. Tên gọi của nó theo IUPAC là 1,2-êtanđiol, “điol” chỉ rằng có hai nhóm hiđrôxyl, và 1,2 chỉ vị trí liên kết của chúng. Các glycol tương tự (với cả hai nhóm hiđrôxyl liên kết với một nguyên tử cácbon), như 1,1-êtanđiol, nói chung là không ổn định. Đối với ancol có ba hoặc bốn nhóm chức ancol, sử dụng hậu tố “triol” and “tetraol”.
Công thức hóa học Tên IUPAC Tên thông thường (tiếng Anh) 
Monohydric alcohols (đơn chức)
CH3OH Methanol Wood alcohol
C2H5OH Ethanol Grain alcohol
C5H11OH Pentanol Amyl alcohol
C16H33OH Hexadecan-1-ol Cetyl alcohol
Polyhydric alcohols (đa chức)
C2H4(OH)2 Ethane-1 ,2-diol Ethylene glycol
C3H5(OH)3 Propane-1 ,2,3-triol Glycerol
C4H6(OH)4 Butane-1 ,2,3,4-tetraol Erythritol
C5H7(OH)5 Pentane-1 ,2,3,4,5-pentol Xylitol
C6H8(OH)6 Hexane-1 ,2,3,4,5,6-hexol Mannitol, Sorbitol
C7H9(OH)7 Heptane-1 ,2,3,4,5,6,7-heptol Volemitol
Unsaturated aliphatic alcohols
C3H5OH Prop-2-ene-1-ol Allyl alcohol
C10H17OH 3,7-Dimethylocta-2,6-dien-1-ol Geraniol
C3H3OH Prop-2-in-1-ol Propargyl alcohol
Alicyclic alcohols
C6H6(OH)6 Cyclohexane-1 ,2,3,4,5,6-geksol Inositol
C10H19OH 2 – (2-propyl)-5-methyl-cyclohexane-1-ol Menthol

Bartender 2016