8.3 Karboksylsyrer og estere

Alkoholer - hydroksyforbindelser

Struktur

Alkoholer har en hydroksylgruppe (-OH) bundet til et karbonatom.

Generell formel: R-OH

Klassifisering

Alkoholer klassifiseres etter antall karboner bundet til C-OH:

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

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

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

Navnsetting

IUPAC-regler:
1. Finn lengste kjede som inneholder -OH
2. Nummerer slik at -OH får lavest nummer
3. Bruk endelsen -ol med posisjonsnummer

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

Fysiske egenskaper

Hydrogenbindinger

Alkoholer kan danne hydrogenbindinger fordi:
- O-H bindingen er sterkt polar
- Oksygen har frie elektronpar

Konsekvenser:
- Høyere kokepunkt enn tilsvarende alkaner
- Høyere kokepunkt enn tilsvarende etere

Kokepunkt-sammenligning

Løselighet i vann

- H-bindinger med vann

Lengre kjeder:

- Avtagende løselighet
- Upolar karbonkjede dominerer
Tommelfingerregel: Opptil ca. 4 karbon er vannløselige

Viskositet

Oksidasjon av alkoholer

Oksidasjon vs. reduksjon i organisk kjemi

Oksidasjon:
- Økning i antall bindinger til oksygen
- Eller reduksjon i antall bindinger til hydrogen
- Mister elektroner

Reduksjon:
- Reduksjon i bindinger til oksygen
- Eller økning i bindinger til hydrogen
- Får elektroner

Oksidasjonsmidler

Vanlige oksidasjonsmidler for alkoholer:

1. Kaliumdikromat (K₂Cr₂O₇) i sur løsning
- Orange → grønn (Cr⁶⁺ → Cr³⁺)
- Brukes i alkometertester

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

3. Svovelsyre + dikromat
- Standard laboratorieoksidasjon

Oksidasjonsrekkefølge

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:
$$\text{Ingen oksidasjon under milde betingelser}$$
(Ingen H på C-OH å fjerne)

Oksidasjon av primære alkoholer

Trinn 1: Alkohol → Aldehyd

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

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

Betingelser for å stoppe ved aldehyd:
- Destiller vekk aldehyd etter hvert (lavere kp)
- Bruk mildere oksidasjonsmiddel (PCC)

Trinn 2: Aldehyd → Karboksylsyre

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

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

Betingelser:
- Overskudd av oksidasjonsmiddel
- Refluks (varme)

Fullstendig oksidasjon

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

Praktisk eksempel:
Sur vin → eddiksyre (acetatbakterier oksiderer etanol)

Oksidasjon av sekundære alkoholer

Reaksjon

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

Sekundære alkoholer oksideres til ketoner.

Eksempler

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 bevares, bare -OH → =O

Hvorfor stopper reaksjonen ved keton?

Keton kan ikke oksideres videre fordi:
- Ingen H på karbonylkarbonet
- Må bryte C-C binding for videre oksidasjon
- Krever mye sterkere betingelser

Sammenligning: Aldehyd vs. keton

Tertiære alkoholer og oksidasjon

Hvorfor oksideres ikke tertiære alkoholer lett?

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

For å oksidere må C-C binding brytes:
- Krever sterke betingelser
- Destruktiv oksidasjon

Eksempel

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

Under milde betingelser: Ingen reaksjon
Under sterke betingelser: Fragmentering til mindre molekyler

Bruk i identifikasjon

Test for alkoholtype:

1. Tilsett K₂Cr₂O₇/H⁺ til ukjent alkohol
2. Varm forsiktig

Resultat:
- Orange → grønn: Primær eller sekundær alkohol
- Forblir orange: Tertiær alkohol

Lukas' test (alternativ)

Reagens: ZnCl₂ i konsentrert HCl

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

Hastighet:
- Tertiær: Umiddelbart (uklart)
- Sekundær: 5-10 minutter
- Primær: Ingen reaksjon ved romtemperatur

Oppsummering

Alkoholklassifisering og oksidasjon

Oksidasjonssekvens

Viktige oksidasjonsmidler

- K₂Cr₂O₇/H⁺ (dikromat) - orange → grønn

- KMnO₄ (permanganat) - fiolett → brun

- PCC (pyridiniumklorokromat) - mild, stopper ved aldehyd

Praktiske anvendelser

- Alkometertester: Etanol oksideres av dikromat
- Eddiksyreproduksjon: Oksidasjon av etanol
- Industriell syntese: Ketoner fra sekundære alkoholer