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化学 において、アルコール（アラビア語のal-kuḥl 'コール'に由来）[ 2 ]は、飽和炭素原子に結合した少なくとも 1 つのヒドロキシル（-OH）官能基を持つ有機化合物の一種です。 [ 3 ] [ 4 ]アルコールは、メタノールやエタノールのような単純なものから、糖アルコールやコレステロールのような複雑なものまで多岐にわたります。OH 基の存在は炭化水素の性質を大きく変化させ、親水性（水を引き付ける）性質を与えます。OH 基は、多くの反応が起こる場所を提供します。
ワインの蒸気の可燃性は、アリストテレス（紀元前384～322年）、テオフラストス（紀元前371～287年頃）、プリニウス（紀元23/24～79年）などの古代の自然哲学者にはすでに知られていた。[ 5 ]しかし、2世紀から3世紀のローマ領エジプトでより高度な蒸留技術が開発されたにもかかわらず、これがすぐにアルコールの分離につながったわけではなかった。[ 6 ] 9世紀のジャービル・イブン・ハイヤーンに帰せられる著作の1つに最初に見られる重要な認識は、沸騰したワインに塩を加えることでワインの相対揮発性を高め、結果として生じる蒸気の可燃性を高めることができるというものだった。[ 7 ]ワインの蒸留は、アル＝キンディー（紀元801年頃～873年）とアル＝ファーラービー（紀元872年頃～ 950年）に帰せられるアラビア語の著作、およびアル＝ザフラウィー（ラテン語：アブルカシス、936年～1013年）の『キターブ・アル＝タスリーフ』 （後にラテン語で『リベル・セルヴァトリス』として翻訳）の第28巻に記載されている。[ 8 ] 12世紀には、ワインを塩で蒸留してアクア・アルデンス（「燃える水」、すなわちアルコール）を製造するレシピが多くのラテン語の著作に現れ始め、13世紀末までには、西ヨーロッパの化学者の間で広く知られる物質となった。[ 9 ]
タッデオ・アルデロッティ（1223–1296）の著作には、水冷式蒸留器による繰り返し分留を用いたアルコール濃縮法が記述されており、これにより90%の純度のアルコールが得られるとされている。 [ 10 ]エタノールの薬効は、アルナルド・デ・ヴィラノヴァ（1240–1311 CE）とヨハネ・デ・ルペシッサ（1310年頃– 1366年）によって研究され、後者はエタノールをあらゆる病気を予防できる生命維持物質（アクア・ヴィタエ、すなわち「生命の水」、ヨハネはワインの精髄とも呼んだ）とみなしていた。[ 11 ]
「アルコール」という言葉は、アイライナーとして使われる粉末であるアラビア語のコール（アラビア語: الكحل 、ローマ字表記: al-kuḥl ）に由来する。 [ 12 ]単語の最初の部分（al-）はアラビア語の定冠詞で、英語のtheに相当する。単語の2番目の部分（kuḥl ）はセム語族にいくつかの語源があり、最終的にはアッカド語の𒎎𒋆𒁉𒍣𒁕（guḫlum）に由来し、輝安鉱またはアンチモンを意味する。[ 13 ]
アラビア語やそれ以前の言語における前身と同様に、アルコールという用語はもともと天然鉱物である輝安鉱の昇華によって生成される三硫化アンチモンSb 2 S 3の非常に細かい粉末を指すのに使われていました。それはこの鉱物のエッセンス、つまり「精髄」と考えられていました。それは消毒剤、アイライナー、化粧品として使用されていました。後にアルコールの意味は一般的に蒸留された物質に拡張され、その後再びエタノールに狭められ、「スピリッツ」は強い酒の同義語となりました。[ 14 ]
パラケルススとリバウィウスはどちらも「アルコール」という言葉を微粉末を指すのに用いており、後者はアンチモンから得られるアルコールについて述べている。同時に、パラケルススはこの言葉を揮発性の液体にも用いており、彼の著作には「アルコール」または「アルコール・ヴィニ」が頻繁に登場する。 [ 15 ]
バーソロミュー・トラヘロンは、1543年にジョン・オブ・ヴィゴの著作を翻訳した際に、この言葉を「野蛮な」著者が「細かい粉末」を指すのに用いた用語として紹介した。ヴィゴは次のように書いている。「野蛮な著者は、ほとんどの細かい粉末にアルコール、あるいは（私が時々見かけるように）アルコフォールを用いる。」[ 16 ]
ウィリアム・ジョンソンによる1657 年の辞典キミカムでは、この言葉を「アンチモニウム・シブ・スティビウム」と表現しています。拡張して、この言葉は、ワインの蒸留エッセンスである「ワインのアルコール」を含む、蒸留によって得られるあらゆる液体を指すようになった。リバヴィウスは『アルキミア』 (1594)の中で「ヴィニ・アルコール・ヴェル・ヴィヌム・アルカリサトゥム」と言及している。ジョンソン (1657) は、アルコールのビニを「ワインの分離、完全な検出、フンドの残留物における痰の排出の不足」と表現しています。この言葉の意味は18世紀には「ワインの精」（今日ではエタノールとして知られる化学物質）に限定され、1850年以降は現代化学でいわゆる「アルコール」と呼ばれる物質のクラスにまで拡大された。[ 16 ]
エタノールという用語は1892年に考案され、「エタン」と「アルコール」の語尾「-ol」を組み合わせたもので、これはlibfixとして一般化されました。[ 18 ]
アルコールという用語は元々 、薬物として使用され、アルコール飲料に含まれる主なアルコールであるエタノール（エチルアルコール）を指していました。
接尾辞「-ol」は、ヒドロキシル基が最も優先順位の高い官能基であるすべての物質の国際純正・応用化学連合（IUPAC）化学名に用いられます。化合物に優先順位の高い官能基が存在する場合は、 IUPAC名に接頭辞「hydroxy-」が用いられます。IUPAC名以外の名称（パラセタモールやコレステロールなど）における接尾辞「-ol」は、通常、その物質がアルコールであることを示します。ただし、ヒドロキシル官能基を含む化合物の中には、接尾辞「-ol」や接頭辞「hydroxy-」を含まない慣用名を持つものもあります。例えば、グルコースやスクロースといった糖類がこれに該当します。
IUPAC命名法は、科学出版物や、物質の正確な同定が重要な文書で使用されます。単純なアルコールを命名する場合、アルカン鎖の名前の末尾のeが失われ、接尾辞-olが追加されます。たとえば、アルカン鎖の名前「エタン」から「エタノール」が命名されます。[ 19 ]必要に応じて、ヒドロキシル基の位置は、アルカン名と-olの間の数字で示されます。たとえば、 CH3CH2CH2OHの場合はプロパン-1-オール、 CH3CH ( OH)CH3の場合はプロパン-2-オールです。優先順位の高い基 (アルデヒド、ケトン、またはカルボン酸など)が存在する場合は、接頭辞hydroxy-が使用されます。[ 19 ]たとえば、1-ヒドロキシ-2-プロパノン( CH3C (O)CH2OH )の場合です。[ 20 ]ヒドロキシル基が複数ある化合物はポリオールと呼ばれます。これらは、ヒドロキシル基の位置番号のリストに続いて、-diol、-triolなどの接尾辞を使用して命名されます。たとえば、 CH 3 CH(OH)CH 2 OH (プロピレングリコール)のプロパン-1,2-ジオールなどです。
ヒドロキシ基が芳香環上のsp 2炭素に結合している場合、その分子はフェノールとして別に分類され、フェノールの命名に関するIUPAC規則を使用して命名されます。[ 21 ]フェノールは独特の性質を持ち、アルコールには分類されません。
より非公式な文脈では、アルコールは対応するアルキル基の名前の後に「アルコール」という語を付けて呼ばれることが多い。例えば、メチルアルコール、エチルアルコールなど。プロピルアルコールは、ヒドロキシル基が直鎖プロパン鎖の末端炭素に結合しているか中央炭素に結合しているかによって、n-プロピルアルコールまたはイソプロピルアルコールとなる。体系的な命名法で説明したように、分子上の別の基が優先される場合、アルコール部分は「ヒドロキシ-」接頭辞を使用して示されることが多い。[ 22 ]
古風な命名法では、アルコールはメタノールの誘導体として「-カルビノール」を語尾に付けて命名することができます。例えば、(CH 3 ) 3 COH はトリメチルカルビノールと命名できます。
アルコールは、ヒドロキシル官能基を持つ炭素原子に結合している炭素原子の数に基づいて、第一級、第二級（ sec-、s-）、第三級（tert-、t- ）に分類されます。それぞれの数字の略記法 1°、2°、3° は、非公式な場面で使用されることがあります。[ 23 ]第一級アルコールの一般式はRCH 2 OHです。最も単純な第一級アルコールはメタノール（CH 3 OH）で、R = H であり、次に単純なのはエタノールで、R = CH 3はメチル基です。第二級アルコールは RR'CHOH の形式で、最も単純なのは 2-プロパノール（R = R' = CH 3）です。第三級アルコールの場合、一般式は RR'R"COH です。最も簡単な例はtert-ブタノール(2-メチルプロパン-2-オール) で、R、R'、R" はそれぞれCH 3です。これらの略記法では、R、R'、R" は置換基、アルキル基、またはその他の結合した有機基を表します。
アルコールには無数の用途の長い歴史があります。この記事の焦点である単純なモノアルコールについては、次のものが最も重要な工業用アルコールです。[ 25 ]
メタノールは最も一般的な工業用アルコールであり、1980年には年間約1200万トンが生産された。他のアルコールの生産能力の合計もほぼ同じで、ほぼ均等に分布している。[ 25 ]
急性毒性に関して言えば、単純アルコールは急性毒性が低い。数ミリリットルの投与量であれば耐えられる。ペンタノール、ヘキサノール、オクタノール、およびより長いアルコールの場合、LD 50は 2～5 g/kg (ラット、経口) の範囲である。エタノールは急性毒性が低い。[ 27 ]すべてのアルコールは軽度の皮膚刺激性がある。[ 25 ]
メタノールとエチレングリコールは、他の単純アルコールよりも毒性が高い。これらの代謝は、肝臓のアルコール脱水素酵素に対する親和性が高いエタノールの存在によって影響を受ける。このようにして、メタノールは尿中にそのまま排泄される。[ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]
一般的に、ヒドロキシル基はアルコールを極性にします。これらの基は互いに、またほとんどの他の化合物と水素結合を形成できます。極性OH基の存在により、アルコールは単純な炭化水素よりも水溶性が高くなります。メタノール、エタノール、プロパノールは水に混和します。炭素鎖が4つある1-ブタノールは、中程度の溶解度です。
水素結合のため、アルコールは同等の炭化水素やエーテルよりも沸点が高くなる傾向があります。アルコールであるエタノールの沸点は78.29 ℃ですが、炭化水素であるヘキサン の沸点は69℃ 、ジエチルエーテルの沸点は34.6 ℃です。
アルコールは、セルロースやヘミセルロースなどのグルコース誘導体、フェノール類やリグニンなどの誘導体として、自然界に広く存在します。[ 31 ]バイオマスを原料として、複合炭水化物（糖ポリマー）が年間1800億トン生産されています（2014年現在）。[ 32 ]他の多くのアルコールは、フルクトースやスクロースなどの他の糖類、グリセロールなどのポリオール、セリンなどの一部のアミノ酸に見られるように、生物に広く存在しています。メタノール、エタノール、プロパノールなどの単純アルコールは、自然界に少量存在し、化学前駆体、燃料、溶剤として使用するために工業的に大量に合成されています。
多くのアルコールは、水酸化、すなわち酸素または関連する酸化剤を用いてヒドロキシル基を導入することによって生成されます。水酸化は、体内で多くの毒物を処理する手段であり、親油性化合物をより容易に排泄される親水性誘導体に変換します。ヒドロキシラーゼやオキシダーゼと呼ばれる酵素がこれらの変換を促進します。
ツィーグラー法では、エチレンとトリエチルアルミニウムから直鎖アルコールが生成され、その後酸化と加水分解が行われます。[ 25 ] 1-オクタノールの理想的な合成経路を以下に示します。
このプロセスでは、蒸留によって分離される様々なアルコール類が生成されます。
多くの高級アルコールは、アルケンのヒドロホルミル化に続いて水素化することによって生成されます。末端アルケンに適用すると、一般的に直鎖アルコールが得られます。[ 25 ]
このようなプロセスによって、洗剤として有用な脂肪族アルコールが得られる。
工業では、蒸留原油の分解留分から得られるアルケンの酸触媒による水和反応によって、低分子量アルコール（例えばエタノール、[ 33 ]イソプロパノール、2-ブタノール、tert-ブタノール）を生産している。直接法と間接法の2つの方法が用いられている。間接法では、アルケンを硫酸エステルに変換し、その後加水分解する。直接法では中間体を経由せず、代わりに水を用いて中間体のカルボカチオンをクエンチする。
隣接二官能化には、より穏やかな試薬で十分である。工業的には、エチレンオキシドを加水分解すると、ジオールであるエチレングリコールが生成する。
実験室では、硫酸はアルケンの水和反応を触媒し、第二級または第三級アルコールを生成する。より制御可能な正味の水和反応は、隣接官能基化中間体を経て、複数の段階で進行する。例えば、オキシ水銀化反応では、まず有機水銀アルコールが生成され、その後還元脱金属化反応が起こる。また、アルケンはN-ブロモスクシンイミドと水と反応してハロヒドリンを生成する。ヒドロホウ素化酸化反応および関連する向山水和反応では、アルケンがヒドロ金属化され、その後酸化される。
エタノールは、酵母の存在下でグルコース（多くの場合デンプンから得られる）を発酵させることによって得られる。二酸化炭素が副産物として生成される。エタノールと同様に、ブタノールも発酵プロセスによって生産することができる。サッカロミセス酵母は、 75 °F（24 °C）以上の温度でこれらの高級アルコールを生産することが知られている。細菌クロストリジウム・アセトブチリカムは、セルロース（これもアルコールである）を栄養源として、工業規模でブタノールを生産することができる。[ 34 ]
第一級アルキルハライドは、水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウム水溶液と反応して、求核脂肪族置換反応によりアルコールを生成する。第二級および特に第三級アルキルハライドは、代わりに脱離生成物（アルケン）を生成する。グリニャール試薬はカルボニル基と反応して、第二級および第三級アルコールを生成する。関連する反応として、バルビエ反応および野崎・檜山・岸反応がある。
アルデヒドまたはケトンは、水素化ホウ素ナトリウムまたは水素化アルミニウムリチウム（酸性後処理後）で還元される。イソプロポキシアルミニウムを用いた別の還元法として、メーワイン・ポンドルフ・ヴェルレー還元がある。野依不斉水素化は、β-ケトエステルの不斉還元である。
アルコールは、水溶液中でのpKa値が約16～19であるため、一般的に水よりもわずかに弱い酸です。水素化ナトリウムやナトリウムなどの強塩基と反応して、アルコキシドと呼ばれる塩[ a ]を形成します。アルコキシドの一般式はRO − M + (Rはアルキル基、Mは金属)です。
アルコールの酸性度は溶媒和によって大きく影響を受ける。気相では、アルコールは水中よりも酸性度が高い。[ 35 ] DMSO中では、アルコール（および水）の ap Kaは約 29～32 である。その結果、アルコキシド（および水酸化物）はこの溶媒中で強力な塩基および求核剤となる（例えば、ウィリアムソンエーテル合成の場合）。特に、 DMSO 中のRO −またはHO −は、アルキンの脱プロトン化によってアセチリドイオンの平衡濃度を大きくするために使用できる（ファヴォルスキー反応を参照）。[ 36 ] [ 37 ]
第三級アルコールは塩酸と反応して第三級アルキルクロリドを生成する。第一級および第二級アルコールは、塩化チオニルおよび様々な塩化リン試薬を用いて対応するクロリドに変換される。 [ 38 ]
同様に、第一級アルコールと第二級アルコールも、三臭化リンを用いてアルキルブロミドに変換される。例えば、次の通りである。
バートン・マッコンビー脱酸素化反応では、アルコールはトリブチルスタンナンまたはトリメチルボラン-水錯体を用いてラジカル置換反応によりアルカンに脱酸素化される。
一方、酸素原子は非結合電子対を持つため、硫酸などの強酸の存在下では弱い塩基性を示す。例えば、メタノールの場合：
アルコールは強酸で処理すると、E1脱離反応を起こしてアルケンを生成する。この反応は一般的にザイツェフ則に従い、最も安定な（通常は最も置換基の多い）アルケンが生成される。第三級アルコールは室温より少し高い温度で容易に脱離するが、第一級アルコールはより高い温度を必要とする。
これは、エタノールを酸触媒で脱水してエチレンを生成する反応の図です。
より制御された脱離反応には、キサントゲン酸エステルの生成が必要である。
第三級アルコールは強酸と反応してカルボカチオンを生成する。この反応は脱水反応に関連しており、例えばtert-ブチルアルコールからイソブチレンが生成される。トリフェニルメタノール、特にそのアミン置換誘導体は特殊な脱水反応を起こす。これらのアルコールは酸で処理すると脱水して安定なカルボカチオンを生成し、これが市販の染料となる。[ 39 ]
アルコールとカルボン酸は、いわゆるフィッシャーエステル化反応で反応する。この反応には通常、濃硫酸などの触媒が必要となる。
他の種類のエステルも同様の方法で調製されます。例えば、トシル（トシレート）エステルは、アルコールと4-トルエンスルホニルクロリドをピリジン中で反応させることによって作られます。
第一級アルコール（R−CH₂OH ）は、アルデヒド（R−CHO）またはカルボン酸（R−CO₂H）のいずれかに酸化される。第二級アルコール（R₁R₂CH − OH）の酸化は通常、ケトン（R₁R₂C = O ）の段階で終了する。第三級アルコール（R₁R₂R₃C − OH ）は酸化されにくい。
第一級アルコールのカルボン酸への直接酸化は通常、対応するアルデヒドを経由して進行し、アルデヒドは水との反応によりアルデヒド水和物（R−CH(OH) 2）に変換されてから、さらに酸化されてカルボン酸になります。
第一級アルコールをアルデヒドに変換するのに有用な試薬は、通常、第二級アルコールをケトンに酸化するのにも適している。これには、コリンズ試薬やデス・マーチンペルヨージナンなどが含まれる。第一級アルコールをカルボン酸に直接酸化するには、過マンガン酸カリウムまたはジョーンズ試薬を用いることができる。
{{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ){{cite book}}ISBN /日付の不一致（ヘルプ） 51～52ページ。ol は OH 誘導体を示すので、単純な単語 acid がカルボキシルを意味しない理由も、al が COH を意味しない理由もないと思われる。その場合、エタノール、エタナール、エタン酸、または単にエタン酸という名称は、エタンの OH、COH、および COOH 誘導体を表すことになる。