En yararlı kimyasal maddelerden biri olan alkol karbon, hidrojen ve oksijenden oluşan bir bileşiktir. Bu üç maddenin değişik biçimlerde birleşmesiyle değişik yapı ve özellikte alkoller elde edilir.
Alkol
Karbon, oksijen ve hidrojenden oluşan, R bir alkil olmak üzere, R-OH genel formülüyle gösterilen organik bileşiklerden her biri. Alkoller, içerdikleri OH grubunun bir ya da birden çok oluşuna göre bir değerli (monoalkol) ve çok değerli (polialkol); bir değerli alkoller de, OH grubunu taşıyan karbon atomuna bağlı karbon sayısına göre birincil, ikincil ve üçüncül alkoller olarak sınıflandırılırlar. Alkoller doğada bolca bulunurlar ve kimya sanayiinde, ayrıca solvent ve antifriz olarak kullanılırlar. Petrol ve doğal gazdan elde edilen alkenlerin fermantasyonu, yükseltgenmesi ya da hidratlanması ve yağların indirgenmesiyle elde edilirler. Molekül ağırlığı az olan alkoller renksiz, kokulu, yanıcı ve suyla her oranda karışan sıvılardır. Daha ağır moleküllü alkoller mum kıvamında ve suda çözünürlükleri giderek azalıp kaynama noktalarıysa giderek artan katı maddelerdir. Alkoller, -OH kökleri iyon hâlinde ayrılmadığından, baz özelliği göstermezler. Zayıf asitler olup alkali metallerle alkolat denen tuzlar oluştururlar. Karboksilli asitlerle (sülfürik asidin katalizörlüğünde) ester, moleküllerinden su çıkışıyla da alken ve eter verirler. Birincil alkoller kolaylıkla yükseltgenip aldehitlere ve ikinci bir yükseltgenmeyle de karboksilli asitlere dönüşürler. İkincil alkoller de yükseltgenerek ketonları verirler. Üçüncül alkollerse, ancak karbon zincirleri parçalanarak yükseltgenirler; bu durumda ürünleri karbon dioksit ve sudur. En basit alkoller metil alkol ve alkollü içkilerde kullanılan etil alkoldür. Öteki alkoller içinde izopropil alkol cilt losyonu, aseton, uyuşturucu yapımında ve temizleme işlerinde; bütil alkol boya ve boya çözücü maddelerde, ayrıca plastik sanayiinde; amil alkol verniklerde ve amil asetat yapımında; etilen glikol antifrizlerde; gliserin ve gliserol ise kozmetik ve plastik sanayiinde kullanılırlar.
Alkollerin Fiziksel Özellikleri
1- Alkolller suda çözünürler, fakat iyonlaşmazlar. Bu nedenle alkollerin sulu çözeltileri elektrik akımını iletmez.
Alkollerdeki OH grubunun sayısı arttıkça sudaki çözünürlükleri de artar. Molekül yapıları büyüdükçe sudaki çözünürlükleri azalır.
Aynı C atomu sayısına sahip polialkol ve monoalkolden polialkol suda daha iyi çözünür.
2- Aynı C sayılı monoalkoller ile eterler izomerdirler.
3- Alkoller baz özelliğine sahip değildir.
4- Monoalkollerde C sayısı arttıkça kaynama noktası da artar. Aynı C atomu sayısına sahip monoalkollerde dallanmanın daha fazla olduğu bileşiğin kaynama noktası daha düşük olur.
5- Aynı sayıda C atomu içeren birincil alkollere göre ikincil, ikincil alkollere göre üçüncül alkollerin kaynama noktası daha düşüktür.
6- Aynı sayıda C atomu içeren hidrokarbonlara ve eterlere göre kaynama noktaları daha yüksektir.
7- Yapılarında H bağı bulunur. Hidrojen bağı alkollerin kaynama noktalarını yükseltir.
Alkollerin Kimyasal Özellikleri
1- Alkollerin Yerdeğiştirme Tepkimeleri
Alkoller halojen asitleri ile yer değiştirme reaksiyonları verirler. Bu reaksiyonlar derişik H2SO4 ve ZnCl2 katalizörlüğünde gerçekleşir.
Etil alkol HBr ile H2SO4 katalizörlüğünde tepkimeye girerek etil bromür ve su oluşturur.
CH3 – CH2 – OH + HBr → CH3 – CH2 – Br + H2O
Etil alkolün HCl ile raksiyonundan etil klorür ve su oluşur.
CH3 – CH2 – OH + HCl → CH3 – CH2 – Cl + H2O
2- Alkollerden Su Çekilmesi
İki alkol molekülü H2SO4 gibi bir katalizör etkisinde ve yüksek sıcaklıkta tepkimeye girerek eter ve su oluştururlar.
İki metanolün tepkimesiyle eter oluşumu aşağıda gösterilmiştir. Tepkime H2SO4 katalizörlüğünde ve 140 °C sıcaklıkta gerçekleşmektedir.
CH3 – OH + CH3 – OH → CH3 – O – CH3 + H2O
3- Alkollerden Alken Oluşumu
Bir alkol molekülünden H2SO4 katalizörlüğünde ve 170 °C sıcaklıkta H2O çekilirse alken bileşikleri oluşur.
Aşağıdaki denklemde reaksiyonun sol tarafındaki bileşik propanol, sağ tarafındaki bileşik ise propendir.
4- Alkollerin Metallerle Tepkimeleri
Alkoller 1A grubundaki metallerle tepkime vererek alkoksit oluştururlar, tepkime sonucunda H2 gazı açığa çıkar.
Metanolün Na ile tepkimesinde metoksit ve H2 gazı oluşumu;
CH3 – OH + Na → CH3ONa + (1/2)H2
Etanolün Na metaliyle tepkimesinde Sodyum etokist ve H2 oluşumu,
CH3 – CH2 – OH + Na → CH3–CH2–ONa + (1/2)H2
5- Alkollerin Yanma Tepkimeleri
Alkoller O2 ile yanma tepkimesi verirler. Yanma sonucunda H2O ve CO2 oluşur.
Örnek:
Etanolün yanma tepkimesi,
C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O
Yanma tepkimeleri bir yükseltgenme tepkimesidir.
6- Yükseltgenme Tepkimeleri
Primer alkoller 1 derece yükseltgenirse aldehitleri, 2 derece yükseltgenirse karboksilli asitleri oluşturur.
Sekonder alkoller 1 derece yükseltgenirse ketonları oluştururlar. Sekonder alkoller sadece 1 derece yükseltgenebilir, tersiyer alkoller ise yükseltgenemezler.
Alkolün Kullanım Alanları
Alkolün Sanayide Kullanımı
Sanayide ve evlerde kullanılan ispirto, etil alkol ile metil alkol (metanol) karışımıdır. Metil alkol zehirli olduğu için bu karışım içki olarak kullanılmaz. Bu nedenle metil alkolü ispirto, uyarı amacıyla, mor boyayla renklendirilerek satışa sunulur. Alkolü sanayide kullanmak için alkole % 10 oranında metanol katılarak özelliği değiştirilir; bu değişme alkole, son derece kötü bir tat verir.
Metil alkol odundan damıtılabilir; bu yüzden bu alkole eskiden odun ispirtosu veya odun alkolü deni-lirdi. Ama günümüzde genellikle karbon monoksit ve hidrojen gazlarından genellikle karbon monoksit ve hidrojen gazlarından üretilir. Metil alkolün içilmesi körlüğe ve ölüme yol açacak kadar tehlikelidir.
Etilalkol mayalanmış melastan damıtılır; ayrıca doğal gazdan ya da petrolden de elde edilebilir. Ken-dine özgü bir kokusu olan renksiz ve hafif bir sıvıdır. Katışıksız etil alkol çok zehirlidir ve soluk mavi, dumansız bir alevle yanarak büyük bir ısı açığa çıkarır. Bu nedenle çoğu zaman sanayi yakıtı olarak, benzenle karıştırıldığında da motor yakıtı olarak kullanılır. Etil alkolün sanayide çok geniş bir kullanım alanı vardır. Boyarmaddeler, ilaçlar, parfümler, anestezikler, boyalar, patlayıcılar ve yapıcı kauçuk gibi birçok madenin yapımında başlangıç maddesi olan etil alkol, biyoloji laboratuarlarındaki örneklerin saklanmasında da kullanılır. Termometrelerin haznesindeki sıvı da kırmızı ya da maviye boyanmış etil alkoldür. Alkolün donma noktası –117oC olduğu için bu termometreler özellikle kutup araştırmalarında çok yaralıdır. Etilen glikol denen başka bir alkol de otomobil motorlarında antifriz (donmayı önleyici) olarak kullanılır; çünkü bu bileşiğin kaynama noktası (197,2oC) öbür alkollerin çoğununkilerden daha büyüktür.
Etanol, birincil alkollerle aynı kimyasal özellikleri taşır; yükseltgenmesi sonucunda asetik asit oluşur (CH3-COOH); bu olay bir mayayla yani “Mycoderma aceti” adı verilen bir mantarla asetik mayalanma sırasında doğal olarak gerçekleşir. Etanol, sülfürik asitle su giderme işleminden geçirilirse, etil oksit, yani olağan eter (C2H5OC2H5) verir.
Birçok ülkede alkolün başlıca kaynağını alkol mayalanması oluşturur; bu işlem üç evrede gerçekleş-tirilir. Şıra elde etme evresinde, şekerkamışı ile pancar özsuyundaki sakaroz, patates ve tahıl nişastası, pamuk ve odun selülozu gibi poliozitlerin hidroliziyle, güçlü asitlerin etkisiyle ya da enzimler süreciyle şıra üretilir.
Şekerli şırayı mayalama evresinde, başka türden mayalanmaları (butirik, laktik, vb.) önlemek için, seçilen bir mayayla şıra aşılanır. Alkol şırasını damıtma evresinde, etilalkol, daha yüksek homologla-rından ayrılır. Bazı ülkelerde de etilalkol, kok fabrikalarında ya da petrolün krakingiyle elde edilen etilenin hidratlaşmasıyla üretilir.
Alkol mayalanmasının tarihi, biyokimyanın tarihiyle karışır. XIX. yy’ın başında Gay-Lussac, tepki-menin genel denklemini vermiş ve Pasteur, katalizle, mayalanma nedeni olan mayaları incelemiştir. Tepkime glikozdan (C6H12O6) başlayarak aşağıdaki biçimde gelişir:
C6H12O6
C3’lü iki şekerin fosfatları (C3) gliserik asit fosfatı
etialkol asetaldehit Pürivik asit
CH3-CH2-OH O CH3-C-COOH
CH3-C II
H O
Alkolün Tıpta Kullanımı
Tıpta alkol, dış uygulama yoluyla mikroptan arındırıcı olarak kullanılır. 90 derecelik (GL) alkol, güçlü bir mikroptan arındırıcıdır. İçilirse çok çabuk soğurulur; mideden kana geçer ve hızla ciğerlere ulaşarak dışarı atılır (İçilmesinden birkaç dakika sonra solunan havada alkol izlerine rastlanır). Ama tümü solunumla atılmaz; bir bölümü dokulara, sinir sistemine, özellikle de karaciğere ulaşarak yayılır. Bu nedenle düşük dozlara geçici olarak uyarıcı olsa da, yüksek dozlarda kısa sürede zararlı duruma gelir ve ciddi zehirlenme olaylarına yol açabilir. Fizyoloji açısından alkol, insan organizmasında bütünüyle yakılan bir besindir. Sinir sistemi üstündeki uyarıcı etkisi geçicidir. Kalp atışını hızlandırır, damarların genleşmesine yol açar ve deride ısınma duyusu uyandırır (oysa üşümeyi kolaylaştırır). Öte
yandan, çalışma sırasında alınan alkolün, kas çalışması sonucunda yakıldığını sanmak yanlıştır; tersine fiziksel ve zihinsel işlevleri azaltır. İçilen alkol miktarı günde bir litre şarabı aştığında, 60 kg’lık bir insan için zararlı etki yapar ve bu etki, alkollü içkide bulunan öbür maddelerin etkisiyle birleşerek yükselir.