Alcoholes, fenoles y éteres

    En unión de los hidrocarburos, que son cadenas de átomos de carbono e hidrógeno, el segundo gran grupo de sustancias orgánicas es el de los que presentan oxígeno en su estructura molecular. Dentro de ellos, se hallan los compuestos oxigenados simples, es decir, con sustituyentes de estructura sencilla, entre los que se cuentan alcoholes, fenoles y éteres, que se analizan generalmente en conjunto por sus afinidades.

    El conocimiento de determinados alcoholes, como el etílico, data de los primeros tiempos históricos, ya que en prácticamente todas las culturas de la antigüedad se han hallado manifestaciones de distintas formas de elaboración de este producto. Existen, de hecho, determinadas corrientes antropológicas que sostienen la teoría de que, en el asentamiento de los pueblos nómadas para dedicarse a los cultivos agrícolas, tenía igual importancia la motivación de incrementar la cantidad de alimentos disponibles que la necesidad de contar con productos que, por fermentación, permitieran obtener bebidas alcohólicas. Modernamente los alcoholes se cuentan entre los compuestos orgánicos de mayor importancia, interviniendo en infinidad de procesos de síntesis química y de producción industrial. Además de la tradicional aplicación en la producción de bebidas alcohólicas, en la época moderna, el alcohol se ha constituido en alternativa a los combustibles fósiles. Ya en la década de 1970 se comenzó a desarrollar en Brasil el proyecto Proalcool, tendente a la sustitución progresiva de los combustibles de origen fósil por bioalcohol, obtenido a partir de la melaza de la caña de azúcar. A raíz de los conflictos generados desde los atentados del 11 de septiembre de 2001 contra las Torres Gemelas de Nueva York y el Pentágono de Washington, la experimentación con bioalcoholes y otros biocarburantes ha registrado un renovado impulso, tendente a eliminar la dependencia energética occidental de un petróleo localizado en su mayoría en el Cercano Oriente.

    Fenoles y éteres, de importancia industrial proporcionalmente inferior a la de los alcoholes, se destinan no obstante a muy diversos usos en áreas como, entre otras, la producción de barnices y productos antisépticos, en el caso de los primeros, y como disolventes, fungicidas, insecticidas y anestésicos los segundos.

    Estructura y nomenclatura de alcoholes, fenoles y éteres

    Estos tres grupos de compuestos presentan la característica común de que se diferencian de los demás por el hecho de que su molécula contiene al menos un átomo de oxígeno, unido a uno de carbono mediante un enlace simple. En los alcoholes y los fenoles el átomo de oxígeno es parte del grupo hidroxilo, por lo que, en realidad está unido a un carbono y un hidrógeno, –C–OH, mientras que en los éteres, queda enlazado a dos carbonos –C–O–C–.

    Los alcoholes son compuestos que se forman al sustituir un hidrógeno de una cadena hidrocarbonada saturada por un grupo hidroxilo, OH. En otros términos, también se suelen definir como sustancias en las que un hidrógeno de la molécula de agua es reemplazado por un grupo alquilo. En cualquiera de los casos, la fórmula general de los alcoholes es R–OH, ­correspondiendo R a un sustituyente alquilo.

    Se diferencian alcoholes primarios, secundarios o terciarios, en razón de que el carbono al que está enlazado el grupo OH presente, respectivamente, dos, uno o ningún hidrógeno.

    Cabe por otra parte distinguir desde el punto de vista estructural a los llamados polialcoholes, que son aquellos que presentan dos o más grupos OH en su estructura molecular, con la salvedad de que dos grupos hidroxilo no pueden unirse a un mismo carbono, puesto que reaccionarían entre sí para formar agua. Un ejemplo de polialcohol es el propanotriol, cuya estructura molecular es:

    Por su parte, los fenoles son compuestos afines a los alcoholes formados a partir de la sustitución de uno de los átomos de un hidrocarburo aromático por un grupo hidroxilo, OH. El de estructura más sencilla es el fenol, cuya fórmula se representa de tres modos:

    Aunque estructuralmente podría designarse a este compuesto como alcohol fenílico, esta denominación no es aceptada y, por razones históricas, centradas en el hecho de que el fenol y sus derivados tienen propiedades específicas que las diferencian de los alcoholes de alquilo, los fenoles se consideran como un grupo independiente de compuestos. Los restantes fenoles se derivan de la estructura básica del fenol.

    Por último, los éteres presentan una estructura molecular resultante de la sustitución del hidrógeno del grupo OH de un alcohol por un radical alquilo, por lo que su fórmula general es R–O–R9, donde los sustituyentes alquílicos, R y R9, quedan unidos por medio de un puente de oxígeno.

    Pautas de nomenclatura

    Los alcoholes se nombran según dos pautas diferenciadas: una es la consignada por la IUPAC, y en consecuencia es la considerada «canónica», y la otra es la que, como también sucede en el caso de otros compuestos como los ácidos orgánicos, conserva la terminología tradicional, asignada a algunos de los integrantes de la clase.

    Según la nomenclatura sistemática de la IUPAC, los alcoholes se denominan mediante la localización de la cadena hidrocarbonada más larga que contenga un grupo OH, asignando a cada carbono un indicador numérico y comenzando por el extremo de la cadena que dé al grupo hidroxilo el número más bajo, y sustituyendo la desinencia -o del alcano de origen por el sufijo -ol.

    Antecediendo al nombre del alcano terminado en -ol, se disponen los posibles sustituyentes, cuando existan, en las cadenas laterales de la molécula. Así, por ejemplo, en la molécula de 2-butil-1-hexanol

    se comienzan a asignar los localizadores numéricos desde el carbono de la derecha, de modo que la notación correspondiente al OH sea 1 (si se comenzara por la izquierda sería 6).

    Como en los hidrocarburos de los que proceden, en los alcoholes también se emplea como prefijo la notación n- para designar los compuestos de cadena recta y los prefijos iso- para los alcoholes de cadena ramificada y ciclo-, para los que presentan estructural anulares o poligonales. He aquí algunos ejemplos de nomenclatura su sistemática en el grupo de los alcoholes.

    Los polialcoholes se nombran simplemente asignando los prefijos, di-, tri-, etc. según el número de grupos OH sea dos, tres, etc.

    Como se ha indicado, en algunos alcoholes, en especial los de los primeros términos de la cadena hidrocarbonada, también se mantiene la nomenclatura tradicional, según la cual, los compuestos se designan con el término «alcohol» seguido del nombre del radical alquílico. De esta manera, el metanol también se conoce como alcohol metílico, el etanol como alcohol etílico, y así sucesivamente.

    Por lo que respecta a la nomenclatura de los fenoles, se derivan todos ellos de la estructura molecular del fenol, C6H5OH.

    A este respecto conviene recordar la variación de prefijos en función de la disposición de los sustituyentes en el anillo bencénico:

    y que la asignación de localizadores numéricos se inicia en la posición del carbono enlazado al OH y continúa a lo largo del anillo en sentido horario.

    Los fenoles se designan sustituyendo la palabra benceno de los correspondientes hidrocarburos aromáticos por el término fenol. Igualmente se les puede nombrar anteponiendo el prefijo hidroxi- al del sustituyente.

    Como en el caso de los alcoholes, los fenoles también pueden presentar en su molécula dos o más grupos OH, por lo que se designan, análogamente, como difenoles, trifenoles, etc.

    Hay tres difenoles que son:

    Las denominaciones tradicionales también abundan en el grupo de los fenoles. Las fórmulas siguientes ejemplifican algunas de ellas, junto a sus nombres sistemáticos. Dada la variedad de denominaciones de este tipo, en este caso no existen pautas de correlación, por lo que es necesario memorizar los nombres «clásicos» de los compuestos:

    A partir de la fórmula general R–O–R9: la nomenclatura de los éteres según la IUPAC se determina intercalando el prefijo oxi- entre los nombres de los dos sustituyentes, o bien citando los sustituyentes que están unidos al oxígeno, antecedidos con la partícula di-, si son iguales, o enumerados por orden alfabético, si son diferentes:

    Un grupo particular de éteres son los epóxidos, que presentan una conformación molecular de dos carbonos y un oxígeno en triángulo según la disposición:

    Los epóxidos, que conforman un grupo de sustancias de alta reactividad y que se polimerizan para formar resinas, plásticos y materiales de revestimiento, se nombran con el prefijo epoxi- seguido del nombre del compuesto hidrocarbonado que corresponda, y asignando localizadores numéricos cuando sea necesario para determinar los átomos de carbono que están unidos al oxígeno. Así, por ejemplo:

    Finalmente, las principales pautas de nomenclatura de este grupo de compuestos se cierran con los éteres fenólicos, que, como los fenoles, presentan en algunos casos nombres tradicionales ajenos a las designaciones sistemáticas. Tal es el caso del anisol y el fenetol:

    Propiedades y reacciones

    La presencia del grupo OH en la estructura de los alcoholes y fenoles hace que sus propiedades se diferencien de forma neta de las de los compuestos hidrocarbonados de los que derivan. Ambos tienen, por ejemplo, puntos de fusión y ebullición ostensiblemente más elevados que los de los hidrocarburos correspondientes y dichos puntos aumentan a medida que es mayor el número de carbonos de la cadena.

    Por otra parte, presentan notables afinidades de comportamiento con el agua. Los primeros compuestos de la serie de los alcoholes son muy solubles en agua, con la que forman enlaces de hidrógeno, equivalentes a los de las propias moléculas de agua o de los distintos alcoholes. La solubilidad disminuye al crecer la cadena, por lo que los alcoholes de más de diez carbonos son casi insolubles.

    Por lo que respecta a los éteres, a temperatura ambiente son líquidos incoloros de olor agradable, volátiles y muy inflamables. A pesar de poseer isomería funcional con los alcoholes, por lo que con frecuencia se consideran derivados de ellos, tienden a presentar propiedades más afines a las de los hidrocarburos saturados con igual número de carbonos. Así sucede con parámetros como los puntos de fusión y ebullición.

    En estos tres tipos de compuestos, hay unas reacciones características. La primera de ellas es la sustitución del hidrógeno del grupo OH de los alcoholes por átomos de metales alcalinos, originándose así unos compuestos llamados alcóxidos o alcoholatos:

    Otras notables son las de esterificación, en las que un alcohol y un ácido orgánico reaccionan para formar un éster y agua:

    Finalmente, hay que considerar las de oxidación. En éstas últimas, los alcoholes primarios forman aldehídos y los secundarios, cetonas, en tanto que en los terciarios se produce una ruptura de cadena:

    Las dos primeras también se dan en los fenoles, que, en la reacción con metales forman fenolatos.

    Reacciones propias de formación de éteres son la deshidratación de alcoholes y la hidratación catalítica de olefinas.

    Obtención y aplicaciones

    La fuente tradicional de la que se obtiene los alcoholes son productos naturales a partir de los cuales estos compuestos se forman por fermentación de los carbohidratos presentes en frutas, melazas o cereales.

    Entre los alcoholes de uso más generalizado, se cuenta el metanol y el etanol. El primero, también llamado alcohol de madera, puede obtenerse, de hecho, por destilación de la madera o, en laboratorio, mediante reacción de hidrógeno y monóxido de carbono.

    Los alcoholes se cuentan entre los compuestos orgánicos que se producen a mayor escala en la industria química. El metanol, tóxico, tiene aplicación en medicina como desinfectante, e interviene en la preparación del cloroformo, antes empleado como anestésico y actualmente utilizado como producto intermedio en la fabricación de polímeros y pesticidas. El metanol, análogamente, también se emplea, también como intermedio en diversos procesos de síntesis y como anticongelante.

    Por su parte, el etanol, que a diferencia del anterior carece de toxicidad, se emplea con profusión en la industria de las bebidas alcohólicas, y también en esterilización de material hospitalario y como desinfectante. Tanto metanol como etanol forman parte de la composición de los llamados biocarburantes, combustibles poco contaminantes que, aunque empleados desde hace tiempo, adquirieron especial importancia en la década de 2000, cuando se intensificaron los esfuerzos para encontrar sustitutivos a los combustibles fósiles, más contaminantes y cuya disponibilidad sólo puede asegurarse durante algunas décadas. Otro alcohol de notable aplicación es la glicerina, el propanotriol, muy empleada en farmacia, cosmética y en fabricación de explosivos, ya que es la base estructural de la nitroglicerina con la que se fabrica la dinamita.

    Los alcoholes con una cadena integrada por entre 8 y 12 carbonos poseen característicos olores florales, por lo que se emplean con profusión en perfumería.

    Los fenoles se obtienen por destilación del alquitrán de hulla o del petróleo en crudo, o bien a partir de aceites esenciales, en tanto que los fenoles sintéticos se forman en laboratorio por hidrólisis de clorobenceno u oxidación de isopropileno.

    Entre las más significativas aplicaciones de estos compuestos, cabe citar la elaboración de desinfectantes y antisépticos, la síntesis de productos farmacéuticos como el ácido acetilsalicílico (aspirina), la producción de resinas sintéticas de tipo epoxi y la preparación de pinturas y recubrimientos germicidas.

    Por su parte, los éteres se obtienen en laboratorio por reacción de un haluro de alquilo con un alcóxido alcalino, según el método conocido como procedimiento de Williamson:

    Entre sus aplicaciones puede citarse la de medio de separación y extracción de compuestos orgánicos, por formar con muchos de ellos mezclas azeotrópicas. Igualmente, se emplean como disolventes de ceras, grasas e hidrocarburos. En el ámbito clínico, el etiléter se usa como anestésico y entre los éteres se cuentan medicamentos de uso habitual, como la codeína, antitusivo y analgésico opiáceo, que es el metiléter de la morfina. Por su parte, el metiléter se emplea como propelente de los envases en aerosol, aplicación para la que aumentó su uso, tras la prohibición en 1989 de los compuestos clorofluorocarbonados (CFC) por sus efectos perniciosos sobre la capa de ozono.