醇（Alcohol）

醇（Alcohol）
國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

在化學中，醇是一種含有羥基及與碳原子結合的有機化合物。它直鏈型的表示法為 C_nH_2n+1OH。

一般人總認為：乙醇即為酒精(或泛指其他酒類或酒精飲料)。事實上，乙醇是種無色、易揮發並具有清淡味道的液體，而且可以在糖的發酵中獲得。(工業上，更常使用乙烯水解－乙烯在含磷酸水中的反應－來取得乙醇。)乙醇被廣泛應用於鎮定劑已經有幾千年的歷史了，這與酒精中毒(酒精上癮)有關。

其他的醇常以明確的形容詞表示，如異丙醇及甲醇(木精)。字尾-ol在IUPAC代表所有的醇。

醇共有分三種：一級、二級及三級，端看與羥基相接的碳原子上，尚有多少碳鏈。乙醇即為一簡單的一級醇。最簡單的二級醇為異丙醇，而最簡單的三級醇是第三丁基醇。

簡單的醇類
最簡單和最常見的使用酒精是甲醇以及乙醇。甲醇從前是由樹木中提煉(故被稱為木精)，但現在是廉價的物質，可由一氧化碳與氫在高的壓力引起的化學反應[催化劑是必要的”>製造。飲用甲醇後會醉但並不是直接地毒。它的毒性是由酵素酒精在肝臟破壞去氯酶(中毒現象)，形成破壞視覺神經的甲酸和甲醛導致永久失明。

乙醇除了它在酒精飲料裡熟悉的角色之外，常被使用作為高度工的業溶劑和原料。為避免乙醇的高稅收,使它味道差的添加劑往往被加入其中(比如苯甲地那銨-”碧翠”) 或有毒物質(比如甲醇) 。以這形式的乙醇一般被認為是變性酒精;當甲醇被使用時,它也許指的是甲基化酒精(”含甲醇的酒精”) 或”消毒用酒精” 。

用途普遍的其它兩類酒精(雖然不比上甲醇和乙醇)是丙醇和丁醇。與乙醇類似，它們可能由發酵方法生產。(然而，發酵的代理是細菌,紡錘狀細菌屬,由纖維素培養，不像是加糖在酵母菌使酵母產生乙醇。)

命名法
醇的中文普通命名法一般僅用於結構簡單的醇類，即把相應烴基的名字中的「基」字換成「醇」字。
醇的系統命名法，其原則為：
1. 選擇含有烴基最長的碳鏈作為主鏈稱某醇，從離羥基最近的一端開始編號，在醇名前用阿拉伯數字表明羥基的位置，側鏈或其他取代基的位置、數目、名稱則依次寫在羥基位置之前；
2. 脂環醇可按脂環烴基的名稱後加「醇」來命名；
3. 不飽和一元醇的命名應選擇包含有羥基和不飽和鍵在內的最長的碳鏈為主鏈，在編號時應從靠近羥基的一端開始編號，在不飽和鍵和羥基前表明其位置；
4. 多元醇的主鏈應盡可能選擇包含多個羥基在內的最長的碳鏈，按羥基數而稱某二醇、某三醇等，並在醇名前再表明羥基的位置。
一些天然醇習慣用俗名，例如，山梨醇(sorbitol)和甘露醇(mannitol)

在IUPAC的命名系統裡面,烷鏈的名稱去掉了”e”但加上了”ol”像甲醇和乙醇。當需要時,氫氧根的位置在烷鏈間會用數字去說明 像propan-1-ol 表示CH₃CH₂CH₂OH,而propan-2-ol 用來表示 CH₃CH(OH)CH₃:有時候這些數字被寫IUPAC的命名系統前面:1-propanol和 2-propanol。如果這時有更高的組態出現時(如乙醛, 酮, 羧酸類)這時就需要用hydroxy-加之於字前: 1-hydroxy-2-propanone (CH₃COCH₂OH)

醇類命名的例子
通常醇類的名稱都會有烷基,和字前加了”alcochol”methoyl alcohol(甲醇),ethyl alcohol(乙醇)或tert-butyl alcohol(第三丁醇)。Propyl alcohol(丙烷基)會因為氫氧根是否結合於第1或第2丙烷的炭上面而成為異丙烷基或n-propyl alcohol。而異丙醇有時候會被叫做 sec-propyl alcohol.
以上提到的醇類被分為一級(1°),二級(2°)和三級(3°)而一般有烷基的物質名稱前面都會加上這些分類類別。舉個例子來說(CH₃)₃COH就是一種三級醇類
因為有甲基和氫氧根鍵結於丙烷鏈的第二個炭上面,所以在IUPAC的命名系統理會被表示為2-methylpropan-2-ol

第一級醇類(1°);通式為 RCH₂OH 第二級醇類(2°):通式為 RR’CHOH 第三級醇類:通式為RR’RCOH 氫鍵的強弱: 1°＞2°＞3°沸點的高低:1°＞2°＞3°
酸的強弱: 1°＞2°＞3°。

字源
“酒精”這個字在16世紀時出現在英語中，它是從法語中借用而來的，且原來是來自於醫療用的拉丁文，最早是出於阿拉伯文al-kuḥl，意思為”眼藥水”，它原是細粉狀的銻硫化物Sb2S3的名字，其被作為防腐劑和眼線膏。粉末最初製備在一個封閉的容器中，由自然礦物輝銻礦昇華製得。
這個字在12世紀時被引入歐洲鍊金術的術語中，來自於描述蒸餾藝術的Rhaze的拉丁翻譯工作。引入這個詞，以歐洲術語煉金術日期到12世紀，由拉丁語翻譯作品臘澤斯（865-925），他描述了藝術的昇華。
巴塞洛繆traheron在他的第1543翻譯約翰的維哥介紹詞作為一個長遠的”野蠻人”（摩爾），作者為”細粉”：野蠻auctours使用酒精，或（正如我fynde它sometymes wryten）alcofoll，moost罰款poudre。
威廉約翰遜在他的1657詞彙chymicum敷衍了事字作為antimonium sive銻。由此延伸，這個詞來指任何流體獲得的蒸餾法，其中包括”酒中的酒精”，但本質上蒸餾酒。
利巴菲烏斯在alchymia（1594）已vini酒精vel vinum alcalisatum。
約翰遜（1657）一帶而酒精vini作為quando omnis superfluitas vini一酒separatur，意大利ut斯達康accensum ardeat donec totum consumatur，nihilque fæcum奧地利phlegmatis中的fundo remaneat。這個詞的意義變得局限於”令人感到提振的酒”（乙醇），在18世紀，又被延伸至家庭中的物質，所謂在近代化學的，從1850年。
目前阿拉伯語名稱為酒精是الكحول基地kuḥūl，重新引進西方用法，而古典阿拉伯語單詞是الغول基地ġawl（如蘇拉37:47），從字面上來看，”精神”（這個詞基地ġawl也是原產地的英文字”家喻戶曉”，而名字的明星算法語言）。

物理及化學特性
醇類中所含之羥基使其分子具有極性。羥基能使化合物在彼此或其他種化合物之間形成氫鍵，這使得醇類可以用來作為質子溶劑。在醇類中，二種相反的溶解趨向為：具極性的氫氧根傾向於水溶性，而碳鏈抵抗著它。由於羥基較短碳鏈強勢，所以甲醇、乙醇和丙醇是混溶性的在水中(即可以任何比例互溶)。丁醇，具有四個碳的分子，因為二趨向大致相當所以是中度可溶性。而由於碳鏈的優勢，含有五個或更多個碳的醇類(戊醇和更高)不能有效地溶解的在水中。所有碳數少的醇類都是與有機溶液混溶的。因為具有氫鍵，酒精傾向於比烴類、醚類具有更高沸點。例如：酒精的沸點是78.29 °C，相對於己烷(一種組成汽油的成分)的 69 °C和二乙基醚的34.6 °C。醇類和水一樣可以在氫氧根上顯示出酸性或鹼性，酸解離常數大約16-19，酸性較水弱，但他們仍能夠與強鹼，如：氫化鈉或活潑的金屬，如：鈉等發生反應，產生的鹽類稱為醇鹽，具有通式RO- M+。同時氧原子擁有孤立的電子對，在強酸(如硫酸)下會呈現微弱的鹼性。例如甲醇：(見圖)。醇類也可以經過氧化作用而生成醛、酮或者羧酸，它還可以脫水形成烯類。除此之外，他們可以反應成酯類，並且他們能(如果先被激活)進行親核性取代反應。在羥基氧原子上的孤對電子也使得其具有親核性。

應用
醇類習慣用來當作飲料〈僅乙醇〉、燃料和許多科學、醫學及工業上的效用。
飲料
含酒精飲料：
人類從很久以前就開始使用乙醇所形成的含酒精飲料。
有關汽車方面
酒精燃料：
用體積百分濃度50％的乙二醇溶於水中，常用來當作防凍劑。有些醇類〈主要是甲醇、乙醇〉可用來作為汽車燃料，當渦輪增壓器或增壓器將空氣增壓後，注入酒精到空氣入口可以增加內燃機的性能，冷卻被增壓的空氣可供應denser air charge，使得可有更多的燃料，也因此有更多的能量。

製程
人類身體當中必然存在著醇類，即使未飲用任何的含酒精飲料。這是因為有個叫細胞代謝的過程。很多在腸子裡的細菌利用醇類發酵的作為呼吸的一種形式。此代謝方法產生廢物：醇，並且最終產物將是二氧化碳及水。因此，人體難免會因這些細菌而含有些許數量的醇。

反應
反應去質子化
醇類可能表現作為微弱的酸而行去質子化。其反應可利用強鹼，譬如：氫化鈉或n-butyllithium，或用鈉或鉀金屬以產生醇鹽。

2 R-OH + 2 NaH → 2 R-O-Na⁺ + 2H₂↑
2 R-OH + 2Na → 2R-O−Na + H₂
即2 CH₃CH₂-OH + 2 Na → 2 CH₃-CH₂-O−Na + H₂

水與許多醇類的pKa接近，因此與氫氧化鈉的反應中，平衡通常向左邊：
R-OH + NaOH <=> R-O-Na⁺ + H₂O (平衡向左邊)

我們應該了解，去質子化醇類所被使用的鹼相當強，使得鹼和生成的醇鹽是高度濕氣敏感的化工試劑。

一醇分子的酸度由其醇鹽離子的整體穩定性所影響。拉電子基穩定醇鹽的形成，因而造成該醇類酸度較高。另一方面，推電子基形成一個較不穩定的醇鹽離子。這導致不穩定的醇鹽離子將傾向於接受氫而變回原本的醇分子。

醇鹽與烷基鹵化物生成醚類(Williamson)。

親核取代
OH 基在親核取代反應中不是一個好的離去基，因此中性酒精不起這樣的反應。但是，如果氧原子先質子化成R-OH₂⁺，離去基(水分子) 則更加穩定，使親核取代能發生。例如，第三丁基醇與鹽酸起反應產生烷基鹵化物，羥基經由S_N1替換成氯原子。如果一級或二級的醇類與鹽酸起反應，氯化鋅之類的活化計是必需的，或直接利用二氯亞砜。
醇類也可使用氫溴酸或三溴化磷而被轉換成烷基溴化物，例如：
3 R-OH + PBr₃ → 3 RBr + H₃PO₃

在Barton-McCombie deoxygenation中，醇類在tributyltin hydride 與 trimethylborane的存在下，以自由基取代的反應形式反應。

脫水
醇類他們本身具親核性，因此R−OH₂⁺ 可能與ROH起反應而產生醚和水。雖然這反應很少被使用，除了在二乙基醚的製造。

更加有用的是醇類的E1 消去反應來生產烯烴。反應一般服從Zaitsev 的規則：最穩定的烯烴(通常是取代多者)較易生成。三級醇在室溫就容易行消去反應，但一級醇要求一個更高的溫度。

更加受控的消去反應是利用二硫化碳和一碘甲烷來行Chugaev Reaction。

酯化
用醇與有機酸製成酯的反應稱為費雪酯化反應，通常以濃硫酸做催化劑並回流。
R-OH + R’-COOH → R’-COOR + H₂O

為了使反應向右且製造高產量的酯，通常會除去水，可用過量硫酸或Dean-Stark的裝置。酯也可以藉著氯酸在鹼(如：嘧啶)的環境下製造。

毒性
主要概念：人體中醇的影響
醇通常有著被人形容為”噬人的”氣味。乙醇以酒精飲料的形式自從史前時代即開始為人們所利用，使用原因也各式各樣，諸如：衛生、飲食、醫療、宗教信仰及娛樂用途等。而大量的使用將導致酒醉的情形，且視使用的用量及規律性，甚至還會造成激烈的呼吸困難或死亡。因為酒精會傷害人的判斷力，所以常驅使人做出魯莽的行為。
有效治療甲醛中毒的方法是控管醇類。任何殘留的甲醇會被排到腎臟。剩餘的甲醛會被轉換為蟻酸並排泄。

一直以來長在爭論著醇類是否對人類生長有著特殊的影響，這將會成為實行飲酒年齡控管的有利根據。