8.3 Karboksylsyrer og estere | Kjemi 2

Mer enn bare det i vinen

Når vi sier «alkohol», tenker de fleste på etanolen i vin og øl. Men i kjemien er alkohol en hel familie: alle forbindelser med en hydroksylgruppe (-OH) bundet til et karbonatom, med den generelle strukturen R-OH. Og som så ofte i organisk kjemi, er detaljene avgjørende -- nemlig hvor mange karbon som er bundet til det karbonet som bærer OH-gruppen.

Det gir oss tre klasser. En primær alkohol (1°) har OH på et karbon med bare ett annet karbon, som etanol $\text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-OH}$ . En sekundær alkohol (2°) har OH på et karbon med to andre karbon, som propan-2-ol $\text{CH}_3\text{-CH(OH)-CH}_3$ . En tertiær alkohol (3°) har OH på et karbon med tre andre karbon, som 2-metylpropan-2-ol $(\text{CH}_3)_3\text{C-OH}$ . Navnsettingen følger IUPAC: finn lengste kjede med -OH, nummerer for lavest nummer, og bruk endelsen -ol. Denne klassifiseringen skal vise seg å bestemme alt -- helt ned til hvilket produkt alkoholen gir når den oksideres.

Hvorfor alkoholer koker så høyt

Alkoholer har en påfallende egenskap: de koker mye høyere enn man skulle tro ut fra størrelsen. Grunnen er hydrogenbindinger. O-H-bindingen er sterkt polar, og oksygenet har frie elektronpar, slik at alkoholmolekyler kan binde seg til hverandre med relativt sterke hydrogenbindinger.

Sammenlign tre stoffer med nesten samme molmasse. Propan ( $C_3H_8$ , 44 g/mol) koker ved −42 °C. Dimetyleter ( $\text{CH}_3\text{OCH}_3$ , 46 g/mol) koker ved −25 °C. Men etanol ( $C_2H_5\text{OH}$ , 46 g/mol) koker ved hele 78 °C! Forskjellen er at etanol danner hydrogenbindinger, mens dimetyleter bare har svakere dipol-dipol-krefter og propan kun van der Waals-krefter. Samme effekt forklarer løseligheten: kortkjedede alkoholer (C1-C3) er fullt blandbare med vann fordi de danner hydrogenbindinger med vannmolekylene, mens løseligheten avtar når kjeden blir lengre og den upolare delen dominerer -- som tommelfingerregel er alkoholer opptil rundt fire karbon vannløselige. Hydrogenbindingene gjør også alkoholene mer viskøse enn alkaner, og glyserol, som har tre OH-grupper, er svært tyktflytende nettopp på grunn av alle hydrogenbindingene.

📝Oppgave Quiz 1

Oksidasjon avslører alkoholtypen

Nå kommer den store sammenhengen. I organisk kjemi betyr oksidasjon at antall bindinger til oksygen øker (eller at bindinger til hydrogen reduseres). Som oksidasjonsmidler bruker vi gjerne kaliumdikromat ( $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ ) i sur løsning, som skifter farge fra orange til grønn idet Cr⁶⁺ blir til Cr³⁺ -- nettopp dette fargeskiftet ble brukt i gamle alkometertester. Kaliumpermanganat (KMnO₄) er et alternativ.

Det avgjørende er at alkoholtypen bestemmer produktet. En primær alkohol oksideres i to trinn -- først til et aldehyd, så videre til en karboksylsyre: $\text{R-CH}_2\text{-OH} \xrightarrow{[O]} \text{R-CHO} \xrightarrow{[O]} \text{R-COOH}$ . Med overskudd av oksidasjonsmiddel går det helt til syre; etanol blir til etanal og så til etansyre. Vil man stoppe ved aldehydet, destillerer man det vekk underveis eller bruker et mildere middel (PCC). En sekundær alkohol oksideres til et keton og stopper der: $\text{R-CH(OH)-R'} \xrightarrow{[O]} \text{R-CO-R'}$ . Propan-2-ol gir altså propanon (aceton). Ketonet kan ikke oksideres videre under milde betingelser, fordi det ikke lenger sitter noe hydrogen på karbonylkarbonet. En tertiær alkohol lar seg derimot ikke oksidere under milde betingelser i det hele tatt -- det finnes ikke noe hydrogen på karbonet med OH til å danne en dobbeltbinding til oksygen. Derfor kan vi bruke dikromattesten til å skille typene: blir den grønn, var det en primær eller sekundær alkohol; forblir den orange, var det en tertiær.

📝Oppgave Quiz 2

Oppsummering

Vi har sett at alkoholer har en hydroksylgruppe (-OH) på et karbon, og klassifiseres som primære, sekundære eller tertiære etter hvor mange karbon som er bundet til det karbonet. Takket være hydrogenbindinger koker alkoholer mye høyere enn alkaner og etere av samme størrelse, og kortkjedede alkoholer er vannløselige.

Oksidasjon avslører alkoholtypen tydelig: primære alkoholer oksideres via aldehyd til karboksylsyre, sekundære til keton (og stopper der), mens tertiære ikke oksideres under milde betingelser fordi de mangler hydrogen på karbonet med OH. Med dikromat ( $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ /H⁺) som skifter fra orange til grønn, kan vi skille typene -- grønn for primær/sekundær, uendret orange for tertiær. Disse reaksjonene ligger bak alt fra eddiksyreproduksjon (etanol oksidert til syre) til industriell fremstilling av ketoner -- en bro fra alkohol til de karbonylforbindelsene vi bygger videre på.