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알코올

알코올은 단일 결합만 가진 탄소(sp³ 탄소)에 –OH 기가 붙은 탄소 화합물이에요(R–OH). C–OH 탄소에 붙은 탄소의 개수를 세면 1차(1°), 2차(2°), 3차(3°)로 나눌 수 있어요. 이름은 '알칸-n-올'로 쓰고, –OH에 가장 작은 번호를 줘요. 알코올은 알켄(산 촉매 수화, 하이드로보레이션–산화), 알데히드·케톤·카복실산의 환원, 그리냐르 시약으로 만들어요. 수소 결합 때문에 끓는점이 높고 물에 잘 녹아요. 반응에서는 O–H 결합이 끊기거나(산성: Na, 에스터화) C–O 결합이 끊겨요(HX, 탈수). 1차·2차 알코올은 산화될 수도 있어요. 메탄올과 에탄올은 가장 중요한 상업용 알코올이에요.

🎬 단계별 이야기

  1. 에탄올을 만나 볼까요? 에테인과 비슷하게 생겼지만 H 하나가 –OH 기(빨간 O)로 바뀌었어요. 이 –OH 때문에 알코올이 돼요.
  2. 노란색 탄소를 보세요. –OH를 붙잡고 있는 탄소예요. 여기에 붙은 탄소를 세어 보세요. 1개면 1차, 2개면 2차, 3개면 3차예요.
  3. 이름 붙이기: –OH 탄소가 들어 있는 가장 긴 사슬을 찾고, –OH에 가까운 쪽부터 번호를 매겨요. 알칸 이름의 끝 'e'를 빼고 'ol'을 붙여요. 여기서는 뷰탄-2-올이에요.
  4. 알코올 만들기: 프로펜에 산 촉매와 물을 넣어요. H는 끝 탄소에, OH는 가운데 탄소에 붙어요. 그러면 프로판-2-올이 생겨요.
  5. 한 분자의 O가 옆 분자의 O–H에 있는 H를 끌어당겨요. 이 수소 결합(파란색) 때문에 끓는점이 높고, 작은 알코올은 물과 잘 섞여요.
  6. 자유롭게 해 보세요. 알코올과 시약을 골라 보세요. 빛나는 원자는 어떤 결합이 끊기는지 보여 줘요. O–H, C–O, 또는 O–H와 C–H예요.

팁: 3D 화면을 드래그하면 돌아가요. 두 손가락으로 확대할 수 있어요.

🤔 헷갈리는 점, 한 번에 해결

벤질 알코올은 벤젠 고리가 있으니까 페놀인가요?

아니에요. 벤질 알코올에서는 –OH가 고리가 아니라 CH₂ 탄소에 붙어 있어요. –OH가 고리에 바로 붙어야만 페놀이에요.

분류할 때 왜 수소가 아니라 탄소를 세나요?

종류는 C–OH 탄소 주변이 얼마나 붐비는지를 알려 줘요. 탄소 기는 전자를 밀고 공간을 막아서 반응 속도를 바꿔요. H 원자는 그렇지 않아요.

가지가 더 큰 번호를 받게 되어도 왜 OH에 가까운 쪽부터 번호를 매기나요?

–OH는 주된(작용기) 기라서 가장 작은 번호를 받을 첫 번째 권리가 있어요. 가지는 그다음이에요.

프로펜에서 OH는 왜 가운데 탄소로 가나요?

H⁺가 먼저 끝 탄소에 붙어서 양전하가 가운데 탄소에 놓여요. 가운데 탄소는 CH₃ 두 개가 받쳐 주어서(2차 탄소 양이온, 더 안정) 괜찮아요. 그러면 물이 그 가운데 탄소를 공격해요.

질량이 비슷한데 에탄올은 액체이고 프로페인은 기체인 이유는?

에탄올 분자는 수소 결합으로 서로 붙잡고 있어요. 프로페인에는 약한 힘만 있어요. 에탄올 분자를 떼어 놓으려면 에너지가 더 많이 필요해요.

3차 알코올은 왜 K₂Cr₂O₇로 산화되지 않나요?

산화는 O에서 H를 떼고 C–OH 탄소에서도 H를 떼요. 3차 C–OH 탄소에는 떼어 낼 H가 없어서 보통의 산화가 일어나지 않아요.

알코올이란? 분류

알코올은 단일 결합만 가진 탄소(sp³ 탄소)에 –OH(하이드록시) 기가 붙은 화합물이에요. 일반식은 R–OH예요.

–OH의 개수로 나누면 1가(–OH 1개, 예: 에탄올), 2가(2개, 예: 부동액에 들어 있는 글라이콜인 에테인-1,2-디올), 3가(3개, 예: 글리세롤)가 있어요.

–OH를 잡고 있는 탄소(카비놀 탄소)로 나눌 때는 이 탄소에 닿아 있는 다른 탄소가 몇 개인지 세요.

특별한 경우도 있어요. 알릴 알코올은 C=C 옆 탄소에 –OH가 붙은 것이고, 벤질 알코올은 벤젠 고리 옆 탄소에 –OH가 붙은 것이에요. –OH가 C=C 탄소에 붙으면 비닐 알코올(불안정)이고, 고리 자체에 붙으면 페놀이에요. 페놀은 다른 가족이에요.

명명법: 알코올 이름 붙이기

관용명은 알킬기 + '알코올'이에요(메틸 알코올, 아이소프로필 알코올). IUPAC 이름은 네 단계로 붙여요.

  1. C–OH 탄소를 포함하는 가장 긴 사슬을 골라요.
  2. –OH에 가장 작은 번호가 오도록 끝에서부터 번호를 매겨요.
  3. 알칸 이름의 끝 'e'를 빼고 'ol'을 붙여요. 프로페인 → 프로판-1-올 또는 프로판-2-올.
  4. 가지는 번호와 함께 알파벳 순서로 앞에 붙여요. 2-메틸프로판-2-올.

–OH가 둘 이상이면 'e'를 남기고 디올, 트리올을 써요. 에테인-1,2-디올, 프로판-1,2,3-트리올(글리세롤)처럼요. 고리 알코올은 사이클로헥산올이에요.

구조

알코올의 O는 결합이 2개, 비공유 전자쌍이 2개예요. C–O–H 각도는 약 109°로, 완전한 정사면체보다 조금 작아요. 비공유 전자쌍이 결합을 더 가깝게 밀기 때문이에요.

알코올의 제법

1. 알켄에서 만들기

산 촉매 수화: 알켄 + 물을 H⁺ 촉매로 반응시켜요. H는 이미 H가 더 많은 탄소에 붙고, OH는 다른 탄소에 붙어요(마르코프니코프 규칙). 프로펜 → 프로판-2-올. 단계는 이래요. (i) H⁺가 C=C에 붙어 탄소 양이온이 생겨요. (ii) 물이 탄소 양이온을 공격해요. (iii) H⁺ 하나를 잃어요.

하이드로보레이션–산화: 알켄 + 다이보레인(B₂H₆) 반응 후 H₂O₂ / NaOH를 넣어요. OH는 H가 더 많은 탄소에 붙어요(반마르코프니코프처럼 보여요). 프로펜 → 프로판-1-올.

2. 카보닐 화합물의 환원

알데히드 → 1차 알코올, 케톤 → 2차 알코올이에요(Pd/Ni와 H₂, 또는 NaBH₄, 또는 LiAlH₄). 카복실산은 센 환원제인 LiAlH₄가 있어야 1차 알코올이 돼요. 산업에서는 먼저 산을 에스터로 바꾼 다음 H₂로 환원해요.

3. 그리냐르 시약에서 만들기

RMgX가 C=O에 붙고, 물을 넣으면 알코올이 돼요. 메탄알(HCHO) → 1차, 그 밖의 알데히드 → 2차, 케톤 → 3차예요. 새 C–C 결합이 생겨서 탄소 사슬을 더 길게 만들 수 있어요.

물리적 성질

끓는점: 질량이 비슷한 알칸, 할로알케인, 에테르보다 훨씬 높아요. 분자 사이에 수소 결합이 있기 때문이에요. 끓는점은 사슬이 길수록 오르고, 가지가 많을수록 내려가요(닿는 면이 줄어들어요).

용해도: 작은 알코올(메탄올, 에탄올, 프로판올)은 물과 수소 결합을 만들기 때문에 어떤 비율로도 물과 섞여요. 탄소 사슬(기름 같은 부분)이 길어질수록 용해도는 떨어져요.

알코올의 화학 반응

A. O–H 결합이 끊기는 반응 (약한 산으로서의 알코올)

Na나 K와 반응: 2R–OH + 2Na → 2R–O⁻Na⁺ + H₂. 산성 세기는 1° > 2° > 3°예요(알킬기가 O 쪽으로 전자를 밀어요). 알코올은 물보다 약한 산이에요. 에스터화: R–OH + R′COOH ⇌ R′COOR + H₂O (산 촉매를 쓰고, 물을 없애면 반응이 앞으로 가요). 산 염화물과 산 무수물도 에스터를 만들어요.

B. C–O 결합이 끊기는 반응

HX와 반응: R–OH + HX → R–X + H₂O. 반응성은 3° > 2° > 1°예요. 루카스 시험(진한 HCl + 무수 ZnCl₂): 3차는 바로 뿌옇게 변하고, 2차는 약 5분 뒤에 변하고, 1차는 실온에서 맑게 남아요. PCl₃, PCl₅, SOCl₂도 알킬 할라이드를 만들어요.

탈수(진한 H₂SO₄ 또는 H₃PO₄, 가열): 에탄올은 443 K에서 에텐이 돼요. 쉬운 순서는 3° > 2° > 1°예요. 탄소 양이온을 거치는 단계가 3차에서 가장 쉽기 때문이에요.

C. 산화

1차 → 알데히드(PCC 또는 573 K의 뜨거운 Cu) → 카복실산(센 KMnO₄ / 산성 K₂Cr₂O₇). 2차 → 케톤. 3차 알코올은 보통의 산화에 버텨요. 뜨거운 Cu에서는 알켄이 돼요.

상업적으로 중요한 알코올

메탄올(목정): 예전에는 나무를 가열해서 얻었어요. 지금은 ZnO–Cr₂O₃ 촉매 위에서 CO + 2H₂를 573–673 K, 200–300 atm에서 반응시켜 만들어요. 용매, 폼알데하이드 제조, 연료로 쓰여요. 독성이 아주 강해요. 적은 양은 실명, 많은 양은 죽음을 일으켜요.

에탄올: 당밀, 포도, 곡물의 당을 발효시켜서 만들어요. 효모의 효소인 인버테이스(설탕 → 포도당 + 과당)와 지메이스(포도당 → 에탄올 + CO₂)가 공기 없이 일을 해요. 소독제, 약, 술, 휘발유 혼합 연료에 쓰여요. 공업용 에탄올은 황산구리와 피리딘을 조금 넣어 마시지 못하게 만드는데, 이것을 변성이라고 해요.

핵심 공식과 정의

풀이 예제

1. (CH₃)₂CH–OH, CH₃CH₂CH₂OH, (CH₃)₃C–OH를 분류하세요.

1단계: –OH를 붙잡고 있는 탄소를 찾아요. 2단계: 그 탄소에 붙은 탄소의 개수를 세요. (CH₃)₂CH–OH: 탄소 2개 → 2차. CH₃CH₂CH₂OH: 탄소 1개 → 1차. (CH₃)₃C–OH: 탄소 3개 → 3차.

2. CH₃–CH(OH)–CH₂–CH₃의 IUPAC 이름을 쓰세요.

가장 긴 사슬은 탄소 4개(뷰테인)예요. 왼쪽부터 번호를 매기면 –OH가 2번이고, 오른쪽부터 매기면 3번이에요. 그래서 2번을 골라요. 이름: 뷰탄-2-올.

3. (CH₃)₂CH–CH₂–CH₂OH의 이름을 쓰세요.

C–OH 탄소를 포함하는 가장 긴 사슬은 탄소 4개예요. –OH 쪽에서 번호를 매기면 C1에 OH가 있고, CH₃ 가지는 C3에 있어요. 이름: 3-메틸뷰탄-1-올.

4. 프로펜에서 (a) 산 촉매 수화, (b) 하이드로보레이션–산화로 만들어지는 알코올은 각각 무엇인가요?

(a) H⁺가 끝의 CH₂에 붙어서 C2에 더 안정한 2차 탄소 양이온이 생기고, 물이 거기를 공격해요 → 프로판-2-올. (b) 붕소가 끝 탄소에 붙고, H₂O₂/OH⁻가 B를 OH로 바꿔요 → 프로판-1-올.

5. 2-메틸프로판-2-올이 되는 그리냐르 시약과 카보닐 화합물은 무엇인가요?

생성물이 3차 알코올이므로 케톤이 필요해요. (CH₃)₃C–OH는 카비놀 탄소에 CH₃가 3개 있어요. 프로판온 (CH₃)₂C=O + CH₃MgBr을 쓰고 물을 넣어요. CH₃가 C=O 탄소에 붙고 O는 OH가 돼요.

6. 라벨 없는 병 세 개에 뷰탄-1-올, 뷰탄-2-올, 2-메틸프로판-2-올이 들어 있어요. 어떻게 구별하나요?

실온에서 각각에 루카스 시약(진한 HCl + ZnCl₂)을 넣어요. 바로 뿌옇게 되면 2-메틸프로판-2-올(3차)이에요. 약 5분 뒤에 뿌옇게 되면 뷰탄-2-올(2차)이에요. 맑게 남으면 뷰탄-1-올(1차)이에요. 뿌연 것은 물에 녹지 않는 염화 알킬이에요.

자주 하는 실수

연습 퀴즈

1. 프로판-2-올은 어떤 알코올인가요?
2. 3차 알코올에 넣으면 바로 뿌옇게 되는 시약은?
3. 질량이 비슷한 알칸보다 알코올의 끓는점이 높은 이유는?
4. 케톤을 환원하면 무엇이 되나요?
5. 에탄올을 진한 H₂SO₄와 443 K에서 가열하면 무엇이 생기나요?

연습: 직접 풀어 보세요

답을 입력하거나 고른 뒤 확인을 누르세요. 막히면 힌트를 보세요. 풀이는 답을 낸 뒤에 나타나요.

자주 묻는 질문

1차, 2차, 3차 알코올은 무엇이 다른가요?

–OH를 잡고 있는 탄소에 붙은 탄소의 개수에 따라 달라요. 1개면 1차, 2개면 2차, 3개면 3차예요.

루카스 시험이란 무엇인가요?

진한 HCl과 무수 ZnCl₂를 쓰는 시험이에요. 3차 알코올은 바로 뿌옇게 되고, 2차는 약 5분 뒤에 뿌옇게 되고, 1차는 실온에서 맑게 남아요.

메탄올을 마시면 왜 위험한가요?

몸이 메탄올을 메탄알과 메탄산으로 바꾸는데, 이 물질들이 시신경을 해쳐서 적은 양으로도 실명이나 죽음을 부를 수 있어요.

배우는 곳

PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IIAlcohols and phenols
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