Alcoholes y Fenoles: Estructura, Propiedades, Nomenclatura y Reactividad

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Alcoholes y Fenoles

Estructura y Clasificación

Los alcoholes son compuestos orgánicos que contienen un grupo funcional hidroxilo (–OH) unido a un carbono con hibridación sp3. Su fórmula general es R–OH. Los fenoles son compuestos aromáticos con un grupo –OH unido directamente a un anillo bencénico (Ar–OH o Ph–OH).

Ángulo de enlace: El ángulo de enlace O–C–H en metanol es aproximadamente 108.9°, similar al ángulo tetraédrico, mientras que en agua es 104.5°.
Clasificación por número de grupos –OH: Monohidroxilados (un grupo OH), dihidroxilados (dos grupos OH), trihidroxilados (tres grupos OH).
Clasificación por tipo de cadena: Alifáticos (ROH) y aromáticos (ArOH o PhOH).
Clasificación por tipo de carbono al que se une el –OH: Primario, secundario y terciario.

Comparación de ángulos y longitudes de enlace en agua y metanol Estructura de metanol con ángulo de enlace Modelo molecular de metanol Estructura de etanol Estructuras de alcoholes ramificados y cíclicos Alcohol primario, secundario y terciario Ejemplos de alcoholes: etanol, ciclohexanol, colesterol, etc.

Fenoles: El fenol es el alcohol aromático más sencillo (C6H5OH). Existen fenoles con uno, dos o tres grupos –OH en el anillo bencénico.

Estructura del fenol Ejemplos de fenoles polihidroxilados

Nomenclatura

La nomenclatura de alcoholes y fenoles sigue reglas específicas de la IUPAC:

La cadena principal es la más larga que contiene el grupo –OH.
Se numera la cadena para que el –OH tenga el localizador más bajo.
El nombre se forma cambiando la terminación –o del alcano por –ol.
Si hay grupos funcionales de mayor prioridad, el alcohol se nombra como sustituyente (hidroxi-).
En dioles y trioles, se indica la posición de cada grupo –OH y se usan los sufijos –diol o –triol.

Ejemplos de nomenclatura de alcoholes Ejemplo de alcohol cíclico

En fenoles, el carbono unido al –OH es el número 1. Se usan los prefijos orto (1,2-), meta (1,3-) y para (1,4-) para posiciones relativas, aunque la IUPAC prefiere la numeración.

Ejemplo de fenol disustituido 2,4-dinitrofenol 2,4,6-tribromofenol Ejemplos de fenoles comunes Ejemplos de fenoles: o-cresol, catecol, resorcinol, hidroquinona

Propiedades Físicas

Las propiedades físicas de los alcoholes y fenoles están determinadas por la presencia del grupo –OH, que permite la formación de enlaces de hidrógeno.

Los alcoholes de hasta 11-12 carbonos suelen ser líquidos a temperatura ambiente.
La solubilidad en agua disminuye al aumentar la longitud de la cadena carbonada.
Los alcoholes son más polares que los hidrocarburos y presentan altos puntos de ebullición debido a los enlaces de hidrógeno.
Los fenoles son sólidos o líquidos poco solubles en agua, pero muy solubles en disolventes orgánicos.

Alcohol	Solubilidad en agua
metílico	miscible
etílico	miscible
n-propílico	miscible
t-butílico	miscible
isobutílico	10.0%
n-butílico	9.1%
n-pentílico	2.7%
ciclohexílico	3.6%
n-hexílico	0.6%
fenol	9.3%
hexano-1,6-diol	miscible

Tabla de solubilidad de alcoholes en agua

Los puntos de ebullición aumentan con la masa molecular y la presencia de enlaces de hidrógeno.

Estructura	Masa Molar	Momento dipolo (D)	Punto de ebullición (°C)
H3C–CH2–CH2–CH2–CH3	72	0	36
H3C–CH2–O–CH2–CH3	74	1.18	35
H3C–CH2–CH2–Cl	79	2.1	47
H3C–CH2–CH2–CHO	72	2.72	76
H3C–CH2–CH2–OH	74	1.63	118

Tabla de comparación de puntos de ebullición Comparación de polaridad y punto de ebullición

En fenoles, la solubilidad en agua es menor que en alcoholes, pero pueden formar sales solubles con bases fuertes.

Nombre	Punto de fusión (°C)	Punto de ebullición (°C)	Solubilidad (g/100 mL H2O, 25°C)
Fenol	41	182	9.3
o-cresol	31	191	2.5
p-cresol	35	202	2.3
o-nitrofenol	45	217	0.2
m-nitrofenol	96	-	1.4
p-nitrofenol	114	-	1.7
o-clorofenol	9	173	2.8

Estructura de o-nitrofenol y p-nitrofenol

Importancia de los Alcoholes y Fenoles

Los alcoholes y fenoles tienen múltiples aplicaciones industriales y biológicas:

Disolventes, intermediarios químicos, productos farmacéuticos, cosméticos, detergentes, perfumes, pinturas y barnices.
El metanol se usa como anticongelante, disolvente y combustible, pero es altamente tóxico.
El fenol es antiséptico, anestésico local, pero también irritante y tóxico.
El glicerol se usa en jabones por sus propiedades suavizantes.
El fenol y sus derivados se emplean en la síntesis de resinas, explosivos y medicamentos como la aspirina.

Síntesis de la aspirina Oxidación del metanol a formaldehído y ácido fórmico Oxidación del etanol a ácido acético

Acidez de los Alcoholes y Fenoles

La acidez de los alcoholes y fenoles se mide por su capacidad para donar un protón (H+) y formar un ion alcóxido o fenóxido.

Los alcoholes primarios tienen una acidez similar al agua (pKa ≈ 15.7).
La acidez disminuye de alcoholes primarios a terciarios.
Los fenoles son mucho más ácidos que los alcoholes debido a la estabilización por resonancia del ion fenóxido.
La acidez aumenta con la presencia de sustituyentes que atraen electrones (efecto –I, –M).

Formación de ion alcóxido

Alcohol	Estructura	Ka	pKa
metanol	CH3OH	3.2 × 10–16	15.5
etanol	CH3CH2OH	1.3 × 10–16	15.9
fenol	C6H5OH	1.0 × 10–10	10.0

Tabla de pKa de alcoholes y comparación con otros ácidos Tabla comparativa de pKa de alcoholes Ionización del fenol Resonancia del ion fenóxido

Síntesis de Alcoholes

Los alcoholes pueden sintetizarse a partir de alquenos, halogenuros de alquilo y compuestos carbonílicos:

Hidratación de alquenos: Adición de agua catalizada por ácido produce alcoholes.
Sustitución nucleofílica: Halogenuros de alquilo reaccionan con nucleófilos para formar alcoholes.
Reducción de compuestos carbonílicos: Aldehídos y cetonas se reducen a alcoholes con NaBH4 o LiAlH4.
Adición de reactivo de Grignard: Los reactivos de Grignard (R–MgX) reaccionan con compuestos carbonílicos para formar alcoholes primarios, secundarios o terciarios según el sustrato.

Hidratación de alquenos Sustitución nucleofílica con halogenuro de alquilo Mecanismo SN2 de sustitución nucleofílica Reducción de compuestos carbonílicos Ejemplo de reducción catalítica Obtención del reactivo de Grignard Ejemplo de formación de reactivo de Grignard Adición de reactivo de Grignard a compuesto carbonílico Mecanismo de adición de Grignard (formación de alcóxido) Protonación del alcóxido Obtención de alcohol primario por Grignard Adición de Grignard a epóxido

Reacciones de Alcoholes: Sustitución y Eliminación

Los alcoholes pueden sufrir reacciones de sustitución y eliminación, dependiendo de las condiciones y reactivos:

Sustitución: Conversión de alcoholes en halogenuros de alquilo (RX) mediante reacción con HX, haluros de fósforo o P/I2. El mecanismo puede ser SN1 (alcoholes terciarios y secundarios) o SN2 (primarios).
Eliminación: Deshidratación de alcoholes con ácido produce alquenos (reacción de eliminación E1 o E2).

Estructura de alcohol y sitios reactivos Tabla resumen de reacciones de alcoholes Mecanismo SN1 para alcoholes terciarios Conversión de butan-1-ol en 1-bromobutano, paso 1 Conversión de alcohol ter-butílico en bromuro de ter-butilo Reacción con haluro de fósforo Mecanismo de reacción con PBr3, paso 1 Eliminación unimolecular para formar alqueno

Oxidación de Alcoholes

La oxidación de alcoholes depende de su tipo:

Alcoholes primarios: Se oxidan primero a aldehídos y luego a ácidos carboxílicos.
Alcoholes secundarios: Se oxidan a cetonas.
Alcoholes terciarios: Son resistentes a la oxidación, pero pueden oxidarse en condiciones drásticas.

Los agentes oxidantes comunes incluyen KMnO4, K2Cr2O7, PCC y reactivo de Jones.

Alcoholes como Nucleófilos y Electrófilos

Los alcoholes pueden actuar como nucleófilos (rompiendo el enlace O–H) o como electrófilos (rompiendo el enlace C–O tras activación por protonación o tosilación).

Tabla resumen de reacciones de alcoholes Estructura de alcohol y sitios reactivos

Resumen

Los alcoholes y fenoles son fundamentales en química orgánica por su reactividad y aplicaciones.
Su comportamiento ácido-base, capacidad de formar enlaces de hidrógeno y reactividad frente a oxidantes y reactivos de Grignard son aspectos clave para su estudio.