Wat is een alcohol? Indeling
Een alcohol heeft een –OH-groep (hydroxylgroep) aan een koolstofatoom met alleen enkele bindingen (een sp³-koolstof). Algemene formule: R–OH.
Naar het aantal –OH-groepen: eenwaardig (één –OH, bijv. ethanol), tweewaardig (twee, bijv. ethaan-1,2-diol, het glycol in antivries) en driewaardig (drie, bijv. glycerol).
Naar het koolstofatoom dat –OH draagt (het carbinol-koolstofatoom): tel hoeveel andere koolstofatomen eraan vastzitten.
- Primair (1°): één koolstof – bijv. ethanol CH₃CH₂OH.
- Secundair (2°): twee koolstoffen – bijv. propaan-2-ol (CH₃)₂CHOH.
- Tertiair (3°): drie koolstoffen – bijv. 2-methylpropaan-2-ol (CH₃)₃COH.
Bijzondere gevallen: allylalcoholen (–OH aan het koolstofatoom naast C=C) en benzylalcoholen (–OH aan het koolstofatoom naast een benzeenring). Zit –OH op een C=C-koolstof, dan is het een vinylalcohol (onstabiel), en zit het op de ring zelf, dan is het een fenol – een andere familie.
Naamgeving van alcoholen
Triviale namen: alkylgroep + 'alcohol' (methylalcohol, isopropylalcohol). IUPAC-namen maak je in vier stappen:
- Kies de langste keten die het C–OH-atoom bevat.
- Nummer de keten vanaf het uiteinde waarbij –OH het laagste nummer krijgt.
- Laat de laatste 'e' van het alkaan weg en voeg 'ol' toe: propaan → propaan-1-ol of propaan-2-ol.
- Voeg zijgroepen toe met hun nummers in alfabetische volgorde: 2-methylpropaan-2-ol.
Meer dan één –OH: behoud de 'e' en gebruik diol, triol – ethaan-1,2-diol, propaan-1,2,3-triol (glycerol). Ringalcoholen: cyclohexanol.
Structuur
De O in een alcohol heeft twee bindingen en twee vrije elektronenparen. De hoek C–O–H is ongeveer 109° – iets kleiner dan een perfecte tetraëder, omdat de vrije elektronenparen de bindingen dichter naar elkaar duwen.
Bereiding van alcoholen
1. Uit alkenen
Zuurgekatalyseerde hydratatie: alkeen + water met H⁺. H gaat naar het koolstofatoom dat al meer H-atomen heeft; OH gaat naar het andere (Markovnikov). Propeen → propaan-2-ol. De stappen: (i) H⁺ addeert aan C=C en er ontstaat een carbokation, (ii) water valt het carbokation aan, (iii) een H⁺ wordt afgesplitst.
Hydroboratie–oxidatie: alkeen + diboraan (B₂H₆), daarna H₂O₂ / NaOH. OH komt op het koolstofatoom met meer H-atomen (lijkt anti-Markovnikov). Propeen → propaan-1-ol.
2. Reductie van carbonylverbindingen
Aldehyden → 1°-alcoholen; ketonen → 2°-alcoholen (H₂ met Pd/Ni, of NaBH₄, of LiAlH₄). Carbonzuren hebben het sterke LiAlH₄ nodig om 1°-alcoholen te geven; de industrie maakt van zuren eerst esters en reduceert die met H₂.
3. Uit Grignard-reagentia
RMgX addeert aan een C=O en daarna geeft water de alcohol. Methanal (HCHO) → 1°; elk ander aldehyde → 2°; een keton → 3°. De nieuwe C–C-binding laat je een langere koolstofketen bouwen.
Fysische eigenschappen
Kookpunt: veel hoger dan dat van alkanen, halogeenalkanen en ethers met een vergelijkbare massa, door de waterstofbruggen tussen de moleculen. Het kookpunt stijgt met de ketenlengte en daalt bij vertakking (minder contactoppervlak).
Oplosbaarheid: kleine alcoholen (methanol, ethanol, propanol) mengen in elke verhouding met water, omdat ze waterstofbruggen met water vormen. Naarmate de koolstofketen (het vette deel) langer wordt, daalt de oplosbaarheid.
Chemische reacties van alcoholen
A. De O–H-binding breekt (alcohol als zwak zuur)
Met Na of K: 2R–OH + 2Na → 2R–O⁻Na⁺ + H₂. Volgorde van zuursterkte: 1° > 2° > 3° (alkylgroepen duwen elektronen naar O). Alcoholen zijn zwakkere zuren dan water. Verestering: R–OH + R′COOH ⇌ R′COOR + H₂O (zure katalysator; verwijder water om de reactie vooruit te duwen). Zuurchloriden en anhydriden geven ook esters.
B. De C–O-binding breekt
Met HX: R–OH + HX → R–X + H₂O. Reactiviteit 3° > 2° > 1°. Lucas-test (geconc. HCl + watervrij ZnCl₂): 3° wordt meteen troebel, 2° na ongeveer 5 minuten, 1° blijft helder bij kamertemperatuur. Ook PCl₃, PCl₅ en SOCl₂ geven alkylhalogeniden.
Dehydratatie (geconc. H₂SO₄ of H₃PO₄, verwarmen): ethanol bij 443 K → etheen. Gemak: 3° > 2° > 1°, omdat de stap via een carbokation het makkelijkst is voor 3°.
C. Oxidatie
1° → aldehyde (PCC of hete Cu bij 573 K) → carbonzuur (sterk KMnO₄/aangezuurd K₂Cr₂O₇). 2° → keton. 3°-alcoholen weerstaan gewone oxidatie; hete Cu maakt er alkenen van.
Commercieel belangrijke alcoholen
Methanol (houtgeest): vroeger gemaakt door hout te verhitten; nu uit CO + 2H₂ over een ZnO–Cr₂O₃-katalysator bij 573–673 K en 200–300 atm. Gebruikt als oplosmiddel, bij het maken van formaldehyde en als brandstof. Zeer giftig: kleine hoeveelheden veroorzaken blindheid, grote de dood.
Ethanol: gemaakt door gisting van suiker in melasse, druiven of graan. De gistenzymen invertase (sacharose → glucose + fructose) en zymase (glucose → ethanol + CO₂) doen het werk, zonder lucht. Gebruikt in handgel, medicijnen, dranken en als toevoeging aan benzine. Ethanol voor de industrie wordt gedenatureerd (ongeschikt gemaakt om te drinken) door er wat kopersulfaat en pyridine aan toe te voegen.
Belangrijke formules en begrippen
- Algemene formule van een verzadigde eenwaardige alcohol: CₙH₂ₙ₊₁OH
- Hydratatie: CH₃CH=CH₂ + H₂O (H⁺) → CH₃CH(OH)CH₃
- Hydroboratie–oxidatie: CH₃CH=CH₂ → (B₂H₆; H₂O₂/OH⁻) → CH₃CH₂CH₂OH
- 2R–OH + 2Na → 2R–ONa + H₂
- Snelheid Lucas-test: 3° > 2° > 1°
- Dehydratatie: C₂H₅OH (geconc. H₂SO₄, 443 K) → CH₂=CH₂ + H₂O
- Oxidatie: 1° → aldehyde → zuur; 2° → keton; 3° → geen gewone oxidatie
- Grignard: HCHO → 1°, RCHO → 2°, R₂CO → 3°-alcohol
Uitgewerkte voorbeelden
1. Deel (CH₃)₂CH–OH, CH₃CH₂CH₂OH en (CH₃)₃C–OH in.
Stap 1: zoek het koolstofatoom met –OH. Stap 2: tel de koolstofatomen die eraan vastzitten. (CH₃)₂CH–OH: 2 koolstoffen → secundair. CH₃CH₂CH₂OH: 1 koolstof → primair. (CH₃)₃C–OH: 3 koolstoffen → tertiair.
2. Geef de IUPAC-naam van CH₃–CH(OH)–CH₂–CH₃.
Langste keten = 4 koolstoffen (butaan). Nummeren van links geeft –OH positie 2; van rechts zou het 3 zijn, dus kies 2. Naam: butaan-2-ol.
3. Benoem (CH₃)₂CH–CH₂–CH₂OH.
Langste keten met het C–OH-atoom = 4 C. Nummer vanaf het –OH-uiteinde: C1 draagt OH, de CH₃-zijgroep zit op C3. Naam: 3-methylbutaan-1-ol.
4. Welke alcohol ontstaat uit propeen door (a) zuurgekatalyseerde hydratatie, (b) hydroboratie–oxidatie?
(a) H⁺ addeert aan de eind-CH₂, waardoor het stabielere secundaire carbokation op C2 ontstaat; water valt het aan → propaan-2-ol. (b) Boor bindt aan het eindkoolstofatoom, daarna vervangt H₂O₂/OH⁻ de B door OH → propaan-1-ol.
5. Welk Grignard-reagens en welke carbonylverbinding geven 2-methylpropaan-2-ol?
Het product is een 3°-alcohol, dus we hebben een keton nodig. (CH₃)₃C–OH heeft drie CH₃-groepen op het carbinol-koolstofatoom: gebruik propanon (CH₃)₂C=O + CH₃MgBr, daarna water. CH₃ addeert aan het C=O-koolstofatoom en O wordt OH.
6. Drie flessen zonder etiket bevatten butaan-1-ol, butaan-2-ol en 2-methylpropaan-2-ol. Hoe onderscheid je ze?
Voeg bij kamertemperatuur Lucas-reagens (geconc. HCl + ZnCl₂) toe aan elk. Meteen troebel → 2-methylpropaan-2-ol (3°). Troebel na ongeveer 5 minuten → butaan-2-ol (2°). Blijft helder → butaan-1-ol (1°). De troebelheid is het onoplosbare alkylchloride.
Veelgemaakte fouten
- H-atomen tellen in plaats van koolstofatomen aan het C–OH-atoom bij het indelen in 1°/2°/3°.
- Een verbinding met –OH aan een benzeenring een alcohol noemen – dat is een fenol. Benzylalcohol (C₆H₅CH₂OH) is wel een alcohol, omdat OH op de CH₂ zit.
- Zeggen dat 3°-alcoholen het zuurst zijn. Het is andersom: zuursterkte 1° > 2° > 3°, maar reactiviteit met HX en gemak van dehydratatie zijn 3° > 2° > 1°.
- De producten uit propeen door elkaar halen: zure hydratatie geeft propaan-2-ol; hydroboratie–oxidatie geeft propaan-1-ol.