8.3 Karboksylsyrer og estere

Alkoholar - hydroksysambindingar

Struktur

Alkoholar har ei hydroksylgruppe (-OH) bunden til eit karbonatom.

Generell formel: R-OH

Klassifisering

Alkoholar blir klassifiserte etter talet på karbon bundne til C-OH:

Primær alkohol (1°):
- C med OH har 1 anna karbon
- Døme: CH₃-CH₂-OH (etanol)

Sekundær alkohol (2°):
- C med OH har 2 andre karbon
- Døme: CH₃-CH(OH)-CH₃ (propan-2-ol)

Tertiær alkohol (3°):
- C med OH har 3 andre karbon
- Døme: (CH₃)₃C-OH (2-metylpropan-2-ol)

Namnsetjing

IUPAC-reglar:
1. Finn lengste kjede som inneheld -OH
2. Nummerer slik at -OH får lågast nummer
3. Bruk endinga -ol med posisjonsnummer

Døme:
- CH₃-OH: Metanol
- CH₃-CH₂-OH: Etanol
- CH₃-CH₂-CH₂-OH: Propan-1-ol
- CH₃-CH(OH)-CH₃: Propan-2-ol

Fysiske eigenskapar

Hydrogenbindingar

Alkoholar kan danna hydrogenbindingar fordi:
- O-H-bindinga er sterkt polar
- Oksygen har frie elektronpar

Konsekvensar:
- Høgare kokepunkt enn tilsvarande alkan
- Høgare kokepunkt enn tilsvarande eterar

Kokepunkt-samanlikning

Løyselegheit i vatn

- H-bindingar med vatn

Lengre kjeder:

- Avtakande løyselegheit
- Upolar karbonkjede dominerer
Tommelfingerregel: Opp til ca. 4 karbon er vassløyselege

Viskositet

Oksidasjon av alkoholar

Oksidasjon vs. reduksjon i organisk kjemi

Oksidasjon:
- Auke i talet på bindingar til oksygen
- Eller reduksjon i talet på bindingar til hydrogen
- Mistar elektron

Reduksjon:
- Reduksjon i bindingar til oksygen
- Eller auke i bindingar til hydrogen
- Får elektron

Oksidasjonsmiddel

Vanlege oksidasjonsmiddel for alkoholar:

1. Kaliumdikromat (K₂Cr₂O₇) i sur løysing
- Oransje → grøn (Cr⁶⁺ → Cr³⁺)
- Blir brukt i alkometertestar

2. Kaliumpermanganat (KMnO₄)
- Fiolett → brun/fargelaus

3. Svovelsyre + dikromat
- Standard laboratorieoksidasjon

Oksidasjonsrekkefølgje

Primær alkohol:
$$\text{R-CH}_2\text{-OH} \xrightarrow{[O]} \text{R-CHO} \xrightarrow{[O]} \text{R-COOH}$$
(Alkohol → Aldehyd → Karboksylsyre)

Sekundær alkohol:
$$\text{R-CH(OH)-R'} \xrightarrow{[O]} \text{R-CO-R'}$$
(Alkohol → Keton)

Tertiær alkohol:
$$\text{Inga oksidasjon under milde vilkår}$$
(Ingen H på C-OH å fjerna)

Oksidasjon av primære alkoholar

Trinn 1: Alkohol → Aldehyd

$$\text{R-CH}_2\text{OH} + [\text{O}] \to \text{R-CHO} + \text{H}_2\text{O}$$

Døme: Etanol → Etanal
$$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} \xrightarrow{\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7/\text{H}^+} \text{CH}_3\text{CHO}$$

Vilkår for å stoppa ved aldehyd:
- Destiller vekk aldehyd etter kvart (lågare kp)
- Bruk mildare oksidasjonsmiddel (PCC)

Trinn 2: Aldehyd → Karboksylsyre

$$\text{R-CHO} + [\text{O}] \to \text{R-COOH}$$

Døme: Etanal → Etansyre
$$\text{CH}_3\text{CHO} \xrightarrow{\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7/\text{H}^+} \text{CH}_3\text{COOH}$$

Vilkår:
- Overskot av oksidasjonsmiddel
- Refluks (varme)

Fullstendig oksidasjon

$$\text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} \xrightarrow{\text{overskot } [O]} \text{CH}_3\text{COOH}$$

Praktisk døme:
Sur vin → eddiksyre (acetatbakteriar oksiderer etanol)

Oksidasjon av sekundære alkoholar

Reaksjon

$$\text{R-CH(OH)-R'} + [\text{O}] \to \text{R-CO-R'} + \text{H}_2\text{O}$$

Sekundære alkoholar blir oksiderte til keton.

Døme

Propan-2-ol → Propanon (aceton):
$$\text{CH}_3\text{-CH(OH)-CH}_3 \xrightarrow{\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7/\text{H}^+} \text{CH}_3\text{-CO-CH}_3$$

Cykloheksanol → Cykloheksanon:
Ringstrukturen blir bevart, berre -OH → =O

Kvifor stoppar reaksjonen ved keton?

Keton kan ikkje oksiderast vidare fordi:
- Ingen H på karbonylkarbonet
- Må bryta C-C-binding for vidare oksidasjon
- Krev mykje sterkare vilkår

Samanlikning: Aldehyd vs. keton

Tertiære alkoholar og oksidasjon

Kvifor blir ikkje tertiære alkoholar oksiderte lett?

Strukturell grunn:
- Ingen H-atom på karbonet med -OH
- Inga måte å danna dobbeltbinding til O

For å oksidera må C-C-binding brytast:
- Krev sterke vilkår
- Destruktiv oksidasjon

Døme

2-metylpropan-2-ol (tert-butanol):
$$(\text{CH}_3)_3\text{C-OH}$$

Under milde vilkår: Ingen reaksjon
Under sterke vilkår: Fragmentering til mindre molekyl

Bruk i identifikasjon

Test for alkoholtype:

1. Tilset K₂Cr₂O₇/H⁺ til ukjend alkohol
2. Varm forsiktig

Resultat:
- Oransje → grøn: Primær eller sekundær alkohol
- Held seg oransje: Tertiær alkohol

Lucas-test (alternativ)

Reagens: ZnCl₂ i konsentrert HCl

Reaksjon:
$$\text{R-OH} + \text{HCl} \xrightarrow{\text{ZnCl}_2} \text{R-Cl} + \text{H}_2\text{O}$$

Fart:
- Tertiær: Med ein gong (uklart)
- Sekundær: 5-10 minutt
- Primær: Ingen reaksjon ved romtemperatur

Oppsummering

Alkoholklassifisering og oksidasjon

Oksidasjonssekvens

Viktige oksidasjonsmiddel

- K₂Cr₂O₇/H⁺ (dikromat) - oransje → grøn

- KMnO₄ (permanganat) - fiolett → brun

- PCC (pyridiniumklorokromat) - mild, stoppar ved aldehyd

Praktiske bruksområde

- Alkometertestar: Etanol blir oksidert av dikromat
- Eddiksyreproduksjon: Oksidasjon av etanol
- Industriell syntese: Keton frå sekundære alkoholar