アルコール

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この項目では化学物質の総称について記述しています。エタノールを重要な成分とする飲料（酒類）についてはアルコール飲料をご覧ください。

アルコールの構造。炭素原子は他の炭素原子、または水素原子に結合する。

化学においてのアルコール (alcohol) とは、炭化水素の水素原子をヒドロキシ基で置き換えた物質の総称である。芳香環の水素原子を置換したものはフェノール類と呼ばれ、アルコールと区別される。

最初にアルコールとして認識された物質は、エタノールである。この歴史的経緯により、一般には単に「アルコール」と言えば、エタノール、またはそれを含む飲料（酒）のことを指す。酒は、主に酵母による糖のアルコール発酵により生産され、このとき少量であるが多種多様のアルコール類も同時に産生されて酒の香味成分となる。

アルコール類は、生体内での主要代謝物の1つであり、生物体に多種多様なアルコール体が広く見いだされる。蝋はセタノールなど高級アルコールであり、脂肪（中性脂肪）は、多価アルコールのグリセリンと脂肪酸とのエステルである。そして、糖類もアルコール体である。特にカルボニル基を失った糖であるエリトリトールやペンチトール、ヘキシトールなどは、糖アルコールと呼ばれる。

[編集] 構造

アルコールの分類

ヒドロキシル基が結合している炭素原子が結合する炭素原子の数で第一級、第二級、第三級という区別がある。酸化すると第一級アルコールはアルデヒドとなり、第二級アルコールはケトンとなる。第三級アルコールは酸化されにくい。なお、メタノールは炭素原子どうしの結合を持たないが、酸化してホルムアルデヒドとなるので、一般に第一級アルコールに含まれる。

それとは別に、炭素数が少ないアルコールを低級アルコール、炭素数が多いアルコールを高級アルコールという。低級アルコールは無色の液体であり、高級アルコールは蝋状の固体である。

さらに、結合しているヒドロキシ基の数がn個であるアルコールを、n価アルコールという。nが2以上で、ヒドロキシ基が隣り合った炭素原子上に存在するアルコールをグリコールと呼ぶ。グリコールは、一般に粘性が高いという性質を持っている。

[編集] 命名法

一般名では普通、対応するアルキル基の名称に "alcohol" の語を続けて命名する（例: methyl alcohol, ethyl alcohol）。より複雑なアルコールの場合、一般名は、一級アルコール、二級アルコール、三級アルコールによって異なる。プロピルアルコールの場合、ヒドロキシ基が1位炭素にある一級アルコールは n-propyl alcohol と呼ばれ、ヒドロキシ基が折れ曲がり位置の2位炭素にある二級アルコールは sec-propyl alcohol と呼ばれる。また、sec-propyl alcohol の別名に isopropyl alcohol がある。三級アルコールの場合は、同様に "tert-" の語をつける（例: tert-butyl alcohol）。2つのヒドロキシ基を持つ2価アルコールの場合は "glycol" の語を続ける（例: HOCH₂CH₂CH₂OH,　propylene glycol）。

IUPAC命名法によると上記の一般名も維持されるが、IUPACの推奨する組織名では対応するアルカン鎖の名称の末尾の "-e" を "-ol" に変えて命名する（例: methanol, ethanol）。一級アルコール、二級アルコール、三級アルコールの別は、"-ol" の前につける（例: propan-1-ol, propan-2-ol）。ほかにも置換基があり、ヒドロキシ基が主基にならない場合 "hydroxy" の語を前につけて表す（例: 2-hydroxypropanoic acid）。また多価アルコールの場合は "-ol" を "-diol"（二価アルコールの場合）、"-triol"（3価アルコールの場合）のように ol の前に数詞をつけて命名する。位置番号のつけ方は同様である。

[編集] 語源

アルコール (alcohol) の語源については正確な起源が判明しているわけではないものの、"al-" がアラビア語の定冠詞であることから、アラビア語に由来すると考えられている。そもそも、12世紀にイスラム社会の錬金術の発見を大衆向けに翻訳した数々のヨーロッパの翻訳者によって、アルコールは蒸留技法とともにその蒸留物のこととしてヨーロッパに紹介された。

多くの辞書では "al-khwl" から来たとする説を紹介しているが、al-khwl は、アラビア語の原義では殺菌剤と眉墨に利用されたアンチモン硫化物 Sb₂S₃ の非常に微細な粉体のことである。すなわち｢さらさらしている」という意味であり、エタノールが水に比べてさらさらしているところから来ていると考えられる。

Oxford English Dictionary によると、1672年以来イギリスで流通している説では、アンチモン硫化物は天然鉱石の輝安鉱を閉じた容器の中で昇華し精製する。このことから他の精製技法も含め、蒸留一般のことを指していうようになり、その後、蒸留物であるエチルアルコールを示す語に転化したものと考えられている。

ただし、この説にも異論があり、コーランの37:47節にある "al-ghawl" が由来であるという説がある。al-ghawl の原義は、精霊 (spirit) や魔人 (demon) で「ワインの性質を与えるもの」という意味である。蛇足になるが英語の "ghoul" や星の "Algol" も起源を al-ghawl に持つ。"spirits" や "spirits of wine" がアルコールの意味として同義なので、西側社会言語では広く受け入れられている。語源「アルコール」=「悪魔」は、宣伝の目的でアメリカ禁酒運動によって1930年代に使われた。

[編集] 利用法

科学あるいは産業の領域で、アルコールは試薬、溶媒そして燃料として広く使用されている。最先端技術の領域では、ガソリン、あるいは有害な排気ガスを発生させる炭化水素の代換品として、よりクリーンに燃焼するエタノールやメタノールを使用する技術が確立された。また低い毒性と非極性物質を溶解させる性質により、エタノールは医薬品、香水、バニラのような植物エッセンスの溶媒としてしばしば使用される。

低分子のアルコールは、化粧品、食品あるいは工業用溶剤として利用される。高分子のものはバイオ燃料として重要である。

[編集] 製造

多くのアルコールが、酵母を使って果実や穀物を発酵させて得ることができる。これらのうち、エタノールだけが発酵法で商業的に生産され、燃料や飲料の用途向けに用いられている。他のアルコールは、天然ガス、石油あるいは石炭の副産物から工業的に生産されている。直鎖で炭素が偶数個の高級アルコールは、油脂を加水分解して得られる脂肪酸を還元することで製造される。最も単純なアルコールであるメタノールは、触媒の存在下に一酸化炭素を水素で還元すると得られる。

CO + 2 H₂ + 触媒 → CH₃OH

[編集] 物理学的あるいは化学的性質

アルコールはヒドロキシ基を持つことがその特徴である。ヒドロキシ基が他の分子と水素結合を形成し、アルコール分子は極性物質としての性質を持つ。

この水素結合のために、同じ程度の分子量のエーテルに比べ、沸点や融点が高い。

また、アルコールは非常に弱い酸性を示し、それゆえプロトン溶媒 (protic solvents) と呼ばれる。メタノール以外は水よりも弱くアンモニアあるいはアセチレンよりは強い酸で、ヒドロキシ基からプロトンを放出する弱い酸である。

アルコールのヒドロキシ基が親水性を持つ一方で、アルコールのアルキル基は疎水性をもつ。エタノール、メタノール、プロパノールなどの分子量の小さいアルコールでは、ヒドロキシ基が支配的であるため、極性溶媒・非極性溶媒に対して無制限に溶けるが、一方、ブタノールでは水にほどほど溶解し、ペンタノールでは水から遊離するようになる。

[編集] 実験室的合成法

第一級アルコールは、エポキシドとグリニャール試薬を反応させて酸で処理するか、ホルムアルデヒドとグリニャール試薬を反応させて酸で処理すると得られる。第二級アルコールは、アルデヒドとグリニャール試薬を反応させて酸で処理すると得られる。第三級アルコールは、ケトンとグリニャール試薬を反応させて酸で処理することで得られる。

[編集] 反応

アルコールの反応で最も重要なものは、ヒドロキシ基が他の基に置換される求核置換反応である。実際にアルコールをハロゲン化水素酸（たとえば濃塩酸）と反応させると、ハロゲン化アルカンを得ることができる（ただし求核性の低いフッ素を除く）。あるいは、ハロゲン化リンやハロゲン化チオニルと反応させてもハロゲン化アルカンが得られる。求核置換反応は、求核性の強いクロロ基（あるいはハロゲノ基）の方に平衡が傾く。しかし、条件を変えアルカリ性条件下にすると、ハロゲン化アルカンはアルコールのほうへ平衡が戻る。これが工業的に合成アルコールを製造する1つの方法になっている。

アルコールはそれ自身は求核性を持ち、硫酸を用い低温で脱水するとエーテルになる。また、カルボン酸などオキソ酸との脱水縮合（あるは酸ハライドとの反応）では、エステルになる。硫酸存在下で高温で処理すると、アルコールは脱離反応により水とアルケンを生成する。逆に、アルケンは酸触媒存在下付加反応で水と反応させると、アルコールを生成するが、異性体が混合するので限られた局面以外には合成法としての価値はない。

低分子エーテル溶媒下で、ハロゲン化アルカンとマグネシウムを反応させるとグリニャール試薬となる。また、第一級アルコールはPCCで酸化するとアルデヒド、過マンガン酸カリウムで酸化するとカルボン酸ができる。第二級アルコールは過マンガン酸カリウムで酸化するとケトンができる

[編集] 毒性

アルコールは「鼻を突く」と描写される臭気を持つ。アルコール飲料としてのエタノールは、有史以前より、多種多様な衛生的、食事、薬用、宗教、そしてレクリエーション上の理由で消費されてきた。それは少量では比較的害が無いか、あるいは有用であると広く認知されている。しかし、一度に大量に摂取すると酔いあるいは泥酔の状態になり、恒久的な健康被害や死をもたらす。また、アルコール飲料は、IARCによる発がん性リスク評価でGroup1（ヒトに対する発癌性が認められる）に分類されている。いわゆる悪酔いや二日酔いはエタノールの代謝物のアセトアルデヒドが蓄積されることで生じるといわれている。酒類に微量含まれるアミルアルコールもその原因のひとつであるとも言われる。

エタノール以外のアルコールについては、グリセリンや糖のように生物に不可欠な物質もあれば、メタノールのように強い毒性を持つものもあり、毒性の有無や強さはさまざまである。しばしば毒性が問題になるアルコールには、メタノールとエチレングリコールがあり、これらは体内で代謝されて比較的強い酸を生じるため、アシドーシスにより臓器障害を引き起こし、最悪は死亡に至ることがある。また、メタノールは代謝生成物により失明を引き起こすことが知られている。これらのアルコールはエタノールと代謝が拮抗するので、誤飲した場合にはエタノールを多量に投与して管理し、酵素によって代謝される前に体外に排出されるようにする。また、血液の酸性化を抑える治療が行なわれ、他に、アルコールデヒドロゲナーゼ阻害剤としてフォメピゾールの投与、葉酸の静注によるギ酸の代謝促進、血液透析などの処置が行われることがある。

[編集] 法律

法律上、多くのアルコールは、燃料・危険物として扱われる。

消防法（1948年 7月24日–）危険物貯蔵施設に関する法律

第三章危険物

第十条指定数量以上の危険物は、貯蔵所（車両に固定されたタンクにおいて危険物を貯蔵し、又は取り扱う貯蔵所（以下「移動タンク貯蔵所」という。）を含む。以下同じ。）以外の場所でこれを貯蔵し、又は製造所、貯蔵所及び取扱所以外の場所でこれを取り扱ってはならない。ただし、所轄消防長又は消防署長の承認を受けて指定数量以上の危険物を、十日以内の期間、仮に貯蔵し、又は取り扱う場合は、この限りでない。

一定数量以上のアルコール類は危険物第四類アルコール類の規定にしたがった貯蔵施設で保管なくてはならない。

その中で、エタノールは飲用される場合、市民の安全・公序良俗を守るために、薬物として扱われ規制される。これについての詳細は、アルコール飲料の項を参照。また、飲用のエタノールは酒税法の対象とされ高額な税金がかかる為、工業用などでは添加物を加えて飲用不可の状態としたもの（変性アルコール）が流通される。

[編集] 主なアルコール類

[編集] メタノールとエタノール

構造が単純で一般的なアルコールに、メタノール（メチルアルコール）、エタノール（エチルアルコール）が挙げられる。構造を次に示す。

メタノールの構造

エタノールの構造

[編集] 低級アルコール

イソプロピルアルコール (isopropyl alcohol, sec-propyl alcohol, propan-2-ol, 2-propanol) H₃C-CH(OH)-CH₃, 消毒用アルコールの一種。
エチレングリコール (ethylene glycol, ethane-1,2-diol) HOCH₂CH₂OH, ラジエーターの不凍液の主成分。
グリセリン (glycerinor, glycerol, propane-1,2,3-triol) HOCH₂CH(OH)CH₂OH, 脂肪や天然油脂トリグリセリド (triglycerides, triacylglycerols) の成分。

フェノールは、ベンゼン環にヒドロキシ基を持つがアルコールとはされない。芳香族アルコールといった場合は、ベンジルアルコールのようにベンゼン環に直接置換しないヒドロキシ基を持つアルコールを指す。

[編集] 高級アルコール

高級アルコールとは、炭素数6以上のものを指す。炭素数が多くなるほど親水性が弱まる。代表的な天然物に蝋が挙げられ、天然の脂肪や油脂から合成される。英語では「Fatty alcohols」と称される。次に一般名を示す。

erucyl alcohol
ricinolyl alcohol
arachidyl alcohol
カプリルアルコール capryl alcohol (1-octanol) — 8個の炭素原子
capric alcohol
behenyl alcohol
ラウリルアルコール lauryl alcohol (1-dodecanol) — 12個の炭素原子
ミリスチルアルコール myristyl alcohol (1-tetradecanol) — 14個の炭素原子
セチルアルコール(セタノール) cetyl alcohol (または palmityl alcohol, 1-hexadecanol) — 16個の炭素原子
ステアリルアルコール stearyl alcohol (1-octadecanol) — 18個の炭素原子
isostearyl alcohol
オレイルアルコール oleyl alcohol (cis-9-octadecen-1-ol) — 18個の炭素原子、不飽和結合を含む。
palmitoleyl alcohol
リノリルアルコール linoleyl alcohol (9Z,12Z-octadecadien-1-ol) — 18個の炭素原子、不飽和結合を含む。
elaidyl alcohol (9E-octadecen-1-ol)
elaidolinoleyl alcohol (9E,12E-octadecadien-1-ol)
linolenyl alcohol (9Z,12Z,15Z-octadecatrien-1-ol)
elaidolinolenyl alcohol (9E,12E,15E-octadecatrien-1-ol)

[編集] アルコキシド

アルコールの金属塩はアルコキシド (alkoxide) と呼ばれる。アルコールヒドロキシ基の酸性度が小さいので、一般に強塩基性を示し、強い求核剤でもある。金属としてはアルカリ金属とくにナトリウム、カリウムが利用される場合が多いが、メタノール、エタノールなど比較的酸性度の大きい場合はマグネシウムが利用される場合もある。