10.2: Propriedades Físicas de Álcoois e Fenóis

Álcoois são compostos orgânicos nos quais um grupo hidroxila está ligado a um carbono saturado. Os fenóis são uma classe de álcoois que contêm um grupo hidroxila ligado a um anel aromático. As propriedades físicas dos álcoois e fenóis são influenciadas pela ligação de hidrogênio devido ao dipolo oxigênio-hidrogênio no grupo funcional hidroxila e às forças de dispersão entre as regiões alquil ou arila das moléculas de álcool e fenol.

Os álcoois possuem um ponto de ebulição mais alto do que os hidrocarbonetos alifáticos de pesos moleculares semelhantes devido às ligações de hidrogênio intermoleculares. Tal como nos hidrocarbonetos, as forças de dispersão são a razão para o ponto de ebulição mais elevado com o aumento do comprimento da cadeia de carbono.

A ligação de hidrogênio entre o grupo hidroxila e a água facilita a solubilidade dos álcoois na água. No entanto, a solubilidade em água também depende do comprimento da região alquílica ou apolar da molécula. Álcoois com região alquílica de até três átomos de carbono são miscíveis com água. À medida que o comprimento da cadeia aumenta, o aumento da área superficial da região apolar dificulta a solvatação pelas moléculas de água.

A solubilidade dos álcoois ramificados é superior à dos álcoois lineares de peso molecular semelhante. A ramificação reduz a área de superfície para interações intermoleculares entre regiões não polares; portanto, a região apolar hidrofóbica é menor. Devido às interações intermoleculares mais fracas, os pontos de ebulição dos álcoois ramificados são inferiores aos dos álcoois lineares correspondentes.

Vários locais para ligações de hidrogênio em uma molécula aumentam o ponto de ebulição; portanto, dióis e aminoálcoois possuem pontos de ebulição mais elevados e melhor solubilidade em água do que álcoois.

Comparados aos álcoois lineares, os álcoois cíclicos só podem existir em um número limitado de conformações devido a restrições estéricas. O aumento das interações intermoleculares que surgem do empacotamento próximo do álcool cíclico na fase líquida resulta em um ponto de ebulição mais alto em comparação com o de um álcool linear.

As ligações de hidrogênio intermoleculares também desempenham um papel na definição do alto ponto de ebulição e da solubilidade dos fenóis em água. O ponto de ebulição do fenol é maior do que o do álcool alifático correspondente devido ao empacotamento próximo das moléculas de fenol, facilitado pelas interações de empilhamento π – π entre os grandes anéis aromáticos planares. Anéis aromáticos compactos aumentam a área superficial da região apolar na fase líquida e limitam a solubilidade do fenol (9,3 g em 100 g H_2O). No entanto, essa solubilidade é superior à de álcoois com peso molecular semelhante devido ao aumento da polaridade do dipolo da ligação oxigênio-hidrogênio induzido por anéis aromáticos adjacentes que retiram elétrons.

Estrutura	Nome	Peso molecular(g/mol)	Ponto de ebulição (°C)	Solubilidade (g/100g H_2O)
	1-Butanol	74	118	9.1
	Isobutanol	74	108	10
	tert-Butanol	74	83	miscível (∞)
	Pentane	72	36	insolúvel
	Propano-1,2-diol	76	188	miscível (∞)
	1-Hexanol	102	156	0.6
	Cyclohexanol	100	162	3.6
	Fenol	94	182	9.3
	Tolueno	92	110	insolúvel

Os álcoois são amplamente utilizados como anti-sépticos devido às suas propriedades antibacterianas. Isopropanol ou etanol é o principal componente do desinfetante para as mãos. Um agente antibacteriano ideal deve ter uma região apolar significativa ou região alquílica que possa penetrar nas membranas celulares dos microrganismos e destruí-los. Ao mesmo tempo, deve apresentar alta solubilidade no meio de transporte, que é a água. Nos álcoois menores, o equilíbrio ideal entre essas duas condições é atendido.

Em álcoois e fenóis, a alta eletronegatividade do oxigênio em relação ao carbono e ao hidrogênio leva a uma carga parcial negativa no oxigênio e cargas parcialmente positivas no hidrogênio e no carbono.

As cargas parciais opostas de dipolos de ligação oxigênio-hidrogênio em moléculas adjacentes de álcool ou fenol se atraem em interações de ligação de hidrogênio. Em uma solução aquosa, álcoois e fenóis formam grandes redes de ligações de hidrogênio com moléculas de água, o que aumenta sua solubilidade em água.

As regiões apolares das moléculas de fenol ou álcool são atraídas por forças de dispersão, como as interações observadas entre os hidrocarbonetos.

A energia adicional necessária para interromper a ligação de hidrogênio, além das forças de dispersão, causa um aumento nos pontos de ebulição de álcoois e fenóis em comparação com hidrocarbonetos de pesos moleculares semelhantes.

Os pontos de ebulição dos álcoois aumentam com o tamanho da região alquílica devido à maior área superficial para interações por meio de forças de dispersão.

No entanto, o aumento da área superficial da região apolar, onde a solvatação pela água é desfavorável, resulta em uma menor solubilidade dos álcoois em água.

Um álcool com ramificação na cadeia é mais solúvel em água do que seu equivalente linear, uma vez que a ramificação reduz a superfície de contato da região apolar. No entanto, os álcoois ramificados têm pontos de ebulição mais baixos do que seus análogos lineares, o que é consistente com forças de dispersão mais fracas.

Locais adicionais de ligação de hidrogênio, como o segundo grupo hidroxila em dióis, aumentam o ponto de ebulição e a solubilidade em água dos álcoois.

Os álcoois cíclicos exibem pontos de ebulição mais altos do que seus análogos lineares, o que se correlaciona com uma tendência de empacotamento mais denso na fase líquida.

Os pontos de ebulição dos fenóis são ainda mais altos devido às interações de empilhamento π-π entre os anéis aromáticos planares. O anel aromático comparativamente grande limita sua solubilidade em água, mas os fenóis exibem melhor solubilidade do que os álcoois correspondentes.

Nos fenóis, a ligação de hidrogênio é reforçada pela polaridade mais alta de um dipolo de ligação oxigênio-hidrogênio conectado a um anel aromático de retirada de elétrons.