Alcohol primario

¿Qué es un alcohol primario?

Un alcohol primario es aquel en el cual el grupo hidroxilo está enlazado a un carbono primario, esto es, un carbono unido covalentemente a otro carbono e hidrógenos. Su fórmula general es ROH, específicamente RCH₂OH, ya que solo hay un grupo alquilo R.

El grupo R de la fórmula RCH₂OH puede ser cualquiera: una cadena, un anillo, o heteroátomos. Cuando se trata de una cadena, corta o larga, se está ante los alcoholes primarios más representativos. Entre ellos están el metanol y el etanol, dos de los más sintetizados a nivel industrial.

Físicamente, son como los demás alcoholes, y sus puntos de ebullición o fusión dependen del grado de sus ramificaciones. Pero químicamente, son los más reactivos. Además, su acidez es superior a la de los alcoholes secundarios y terciarios.

Los alcoholes primarios experimentan reacciones de oxidación, convirtiéndose en un amplio número de compuestos orgánicos: ésteres y éteres, aldehídos y ácidos carboxílicos. Asimismo, pueden sufrir reacciones de deshidratación, transformándose en alquenos u olefinas.

Estructura de un alcohol primario

• Los alcoholes primarios derivados de alcanos lineales son los más representativos. Empero, en la realidad, cualquier estructura, sea lineal o ramificada, puede clasificarse dentro de este tipo de alcoholes, siempre y cuando el grupo OH esté enlazado a un CH₂.
• Estructuralmente, todos tienen en común la presencia del grupo -CH₂OH, llamado metilol. Una característica y consecuencia de este hecho es que el grupo OH se encuentra menos impedido, esto es, puede interactuar con el medio sin que otros átomos estorben espacialmente. Asimismo, un OH menos impedido significa que el átomo de carbono que lo porte, el del CH₂, puede sufrir reacciones de sustitución mediante un mecanismo SN₂ (bimolecular, sin la formación de un carbocatión).
• Un OH con mayor libertad de interactuar con el medio, se traduce como interacciones intermoleculares más fuertes (por puentes de hidrógeno), lo que a su vez incrementa los puntos de fusión o ebullición.
• Igualmente, sucede con su solubilidad en solventes polares, siempre y cuando el grupo R no sea muy hidrofóbico.

Propiedades de un alcohol primario

• Acidez: los alcoholes primarios son los más ácidos de todos. Para que un alcohol se comporte como un ácido de Bronsted, debe donar un ion H⁺ al medio, a decir agua, para convertirse en un anión alcóxido: ROH + H₂O <=> RO^– + H₃O⁺. La carga negativa del RO^–, específicamente del RCH₂O^–, siente menos repulsión por parte de los electrones de los dos enlaces C-H, que por los electrones del enlace C-R.
• El grupo alquilo ejerce la mayor repulsión, desestabilizando RCH₂O^–, pero no tanto en comparación a que si hubiera dos o tres grupos R, como ocurre con los alcoholes secundarios y terciarios, respectivamente.
• Otra manera de explicar la mayor acidez de un alcohol primario, es mediante la diferencia de electronegatividad, creándose el momento dipolar: H₂C^δ+-O^δ-H. El oxígeno atrae densidad electrónica tanto del CH₂ como del H, la carga parcial positiva del carbono repele un poco la del hidrógeno. El grupo R transfiere un poco de su densidad electrónica al CH₂, lo cual ayuda a disminuir su carga parcial positiva y con ello su repulsión por la carga del hidrógeno. Mientras más grupos R haya, menor será la repulsión, y por ende, la tendencia del H a liberarse como H⁺.
• pKa: los alcoholes primarios son considerados ácidos más débiles que el agua, a excepción del alcohol metílico, ligeramente más fuerte. El pKa del alcohol metílico es 15,2, y el pKa del alcohol etílico es 16,0. Mientras, el pKa del agua es 15,7. Sin embargo, el agua que es considerada un ácido débil, al igual que los alcoholes, puede unirse al H⁺ para transformarse en el ion hidronio, H₃O⁺, es decir, se comporta como una base. De la misma manera, los alcoholes primarios pueden captar hidrógeno, en especial en algunas de las reacciones que le son propias, por ejemplo, en su transformación en alquenos u olefinas.

Reacciones químicas

Formación de halogenuros de alquilo

Los alcoholes reaccionan con los halogenuros de hidrógeno para producir halogenuros de alquilo. La reactividad de los alcoholes delante de los halogenuros de hidrógeno, desciende en el orden siguiente:

Alcohol terciario > alcohol secundario > alcohol primario

ROH        +       HX    =>    RX       +      H₂O

RX se trata de un halogenuro de alquilo primario (CH₃Cl, CH₃CH₂Br, etc.).

Otra forma de preparar halogenuros de alquilo es mediante la reacción del cloruro de tionilo, un reactivo sintético, con un alcohol primario que se convierte en un cloruro de alquilo. El cloruro de tionilo (SOCl₂) requiere para reaccionar la presencia de la piridina.

CH₃(CH₂)₃CH₂OH       +      SOCl₂    =>    CH₃(CH₂)₃CH₂Cl   +   SO₂  +  HCl

Esta reacción corresponde a la halogenación del 1-pentanol para convertirse en 1-cloropentano en presencia de piridina.

Oxidación de los alcoholes primarios

Los alcoholes pueden ser oxidados a aldehídos y a ácidos carboxílicos, dependiendo del reactivo. El clorocromato de piridinio (PCC) oxida al alcohol primario a aldehído, usando como solvente el diclorometano (CH₂Cl₂):

CH₃(CH₂)₅CH₂OH   =>    CH₃(CH₂)₅COH

Esta es la oxidación del 1-heptanol en 1-heptanal.

Mientras, el permanganato de potasio (KMnO₄) oxida primeramente el alcohol a aldehído, y seguidamente oxida al aldehído a ácido carboxílico. Cuando se utiliza el permanganato de potasio para oxidar los alcoholes debe evitarse la ruptura del enlace entre los carbonos 3 y 4.

CH₃(CH₂)₄CH₂OH    =>    CH₃(CH₂)₄COOH

Esta es la oxidación del 1-hexanol a ácido hexanoico.

Por este método es difícil obtener un aldehído, ya que este se oxida fácilmente a un ácido carboxílico. Una situación parecida se observa cuando se utiliza el ácido crómico para oxidar los alcoholes.

Formación de éteres

Los alcoholes primarios pueden convertirse en éteres al ser calentado en presencia de un catalizador, generalmente ácido sulfúrico:

2 RCH₂OH    =>  RCH₂OCH₂R       +        H₂O

Formación de ésteres orgánicos

La condensación de un alcohol y un ácido carboxílico, esterificación de Fisher, catalizada por un ácido, produce un éster y agua:

R’OH          +        RCOOH      <=>    RCOOR’      +        H₂O

Una reacción muy conocida es la del etanol con el ácido acético, para dar acetato de etilo:

CH₃CH₂OH  +  CH₃COOH  <=>   CH₃COOHCH₂CH₃  +  H₂O

El alcohol primario es el más susceptible a sufrir reacciones de esterificación de Fischer.

Deshidratación

A temperaturas elevadas y en un medio ácido, generalmente de ácido sulfúrico, los alcoholes se deshidratan para originar alquenos con la pérdida de una molécula de agua.

CH₃CH₂OH  => H₂C=CH₂    +     H₂O

Esta es la reacción de deshidratación del etanol a etileno. Una fórmula general más adecuada para este tipo de reacción, específicamente para un alcohol primario, sería:

RCH₂OH => R=CH₂ (lo que también es igual a RC=CH₂)

Nomenclatura de un alcohol primario

Las reglas para nombrar a un alcohol primario son las mismas que para los otros alcoholes, con la excepción de que a veces no es necesario enumerar al carbono portador del OH.

En la imagen superior se tiene una cadena principal de siete carbonos. Al carbono enlazado con el OH se le asigna el número 1, y entonces se empieza a contar de izquierda a derecha. Su nombre IUPAC, por tanto, es: 3,3-dietilheptanol.

Nótese que este es un ejemplo de un alcohol primario altamente ramificado.

Ejemplos de alcohol primario

Se mencionan algunos alcoholes primarios en función de su nomenclatura tradicional y sistemática:

• Metílico, CH₃OH
• Etílico, CH₃CH₂OH
• n-propílico, CH₃CH₂CH₂OH
• n-hexílico, CH₃CH₂CH₂CH₂CH₂CH₂OH

Estos son derivados de alcanos lineales. Otros ejemplos son:

• 2-feniletanol, C₆H₅CH₂CH₂OH (C₆H₅ = anillo bencénico)
• 2-propen-1-ol (alcohol alílico), CH₂=CHCH₂OH
• 1,2-etanodiol, CH₂OHCH₂OH
• 2-cloroetanol (etilenclorhidrina), ClCH₂CH₂OH
• 2-buten-1-ol (alcohol crotílico), CH₃CH=CHCH₂OH

Referencias

1. Morrison, R.T. y Boyd, R. N. Química Orgánica (5^ta Edición). Addison-Wesley Iberoamericana
2. Carey, F. A. Química Orgánica (6^ta Edición). McGraw-Hill, Interamerica, Editores S.A.
3. How the oxidation of primary alcohols takes place. Recuperado de melscience.com.
4. Definition: primary alcohols. Recuperado de rsc.org.
5. Chriss E. McDonald. The Oxidation of Primary Alcohols to Esters: Three Related Investigative Experiments. J. Chem. Educ.