Basiskennis chemie/Organische chemie/Alkanolen

Werk in uitvoering.
Aan dit artikel wordt voorlopig nog (druk) gewerkt. Gelieve dit artikel niet te bewerken, totdat dit sjabloon is weggehaald.



Alkanolen

De eerder besproken verzadigde verbindingen (alkanen, cycloalkanen, vertakte alkanen) zijn chemisch gezien niet erg interessant. Ze reageren nauwelijks, of verdwijnen geheel tijdens een reactie. Anders wordt het als één of meerdere waterstof-atomen van een alkaan vervangen zijn door andere atomen of atoomgroepen. Het eerste type verbindingen waar je naar gaat kijken wordt gevormd door de alkanolen, alkanen waarin een of meer hydroxyl-groepen (één zuurstof-atoom en één waterstof-atoom) de plaats innemen van een waterstof-atoom.

Alkanolen

 
Het bekendste alkanol, ook bij niet-chemici, is ethanol, de sinds mensenheugenis bekende alcohol in bier, wijn en gedestilleerde dranken.
    Ethanol.svg
Afb. 1

Naamgeving

Net als voor de alkanen is er internationaal afgesproken hoe de naam van deze verbindingen is.
  • De hydroxylgroep bevindt zich altijd in de hoofdketen van de verbinding, ook als dit niet de langste keten koolstof-atomen in het molecuul is.
  • De naam wordt afgeleid van het alkaan dat het zelfde aantal koolstof-atomen bevat als de hierboven bepaalde langste keten in het alkanol.
  • Achter de naam van het alkaan komt de toevoeging ~ol.
  • In verband met de Nederlandse spellingsregels vervalt één van de "a"'s in de naam van het alkaan.
  • Als er meer mogelijkheden zijn om de hydroxylgroep in het molecuul te plaatsen wordt tussen de naam van het alkaan en de uitgang "ol" het plaatsnummer van de hydroxylgroep gezet. De tweede "a" in de alkaannaam blijft dan wel staan! Net als bij de vertakte alkanen staan de plaatscijfers tussen streepjes. Zie bijvoorbeeld propaan-1-ol en propaan-2-ol
  • Als er meerdere mogelijkheden zijn om de koolstofketen te nummeren, wordt de nummering zo gedaan dat het hydroxyl-groep een zo laag mogelijk nummer krijgt.

Naamgeving

 

Eigenschappen

De belangrijkste eigenschappen van alkanolen zijn de volgende.

Eigenschappen
Reacties

 

Oplosbaarheid

Voor de alkanolen geldt dat ze, zeker de alkanolen met kleinere koolstofketens, goed in water oplossen, dit in tegenstelling tot de alkanen (olieachtige stoffen).

oplosbaarheid in water

 

Reactie met metalen

Het waterstof-atoom aan zuurstof wordt (relatief) makkelijk afgestaan. Met de alkalimetalen worden alkanolaten gevormd. In zuivere vorm zijn dit vaste stoffen, maar ze zijn vaak zeer goed oplosbaar in het alkanol waaruit ze gevormd zijn.
In bovenstaande reactie wordt natriumethanolaat (vaak ook aangeduid als "natriumethoxide") gevormd.

Reactie met metalen

 

Reactie met zuurstof

  • Net als alkanen zijn alkanolen brandbaar, met spiritus, een onzuivere vorm van ethanol, als bekendste voorbeeld. In reacties met zuurstof bij verhoogde temperatuur

Volledige oxidatie

 

Partiële oxidatie

In reacties met zuurstof bij verhoogde temperatuur valt het hele molecuul uit elkaar. Chemisch, en ook technisch en economisch, is het veel interessanter als het koolstofskelet van de verbinding behouden blijft. Wordt de reactie in een oplossing uitgevoerd en daardoor bij een veel lagere temperatuur dan lukt dit. Deze vorm van oxidatie wordt partiële oxidatie genoemd. Bij alkanolen betekent dit:
  • Aan hetzelfde koolstof-atoom als waaraan de hydroxyl-groep gebonden is, wordt een waterstof-atoom vervangen door een hydroxylgroep.
  • Een situatie met twee hydroxyl-groepen aan één koolstof-atoom is echter niet stabiel. Het molecuul splitst water af, en er blijft een dubbel gebonden zuurstof-atoom over op het koolstof-atoom dat eerst de hydroxylgroep droeg. De gevormde verbinding wordt een keton genoemd. Deze groep stoffen komen in een volgend hoofdstuk aan de orde.
  • Als er nog een waterstof-atoom over is aan het koolstof-atoom waar nu een dubbel gebonden zuurstof-atoom aan vastzit, wordt dit vervangen door een hydroxyl-groep. De gevormde verbinding is een carbonzuur. Deze groep stoffen komen in een volgend hoofdstuk aan de orde.
De reactie wordt meestal niet uitgevoerd met zuurstof als oxidator, maar met een metaal-ion in zijn hoogste valentie. Kaliumdichromaat in zwavelzuur is een veelgebruikte combinatie.

Partiële oxidatie

 
In de vorige paragraaf is aangegeven dat partiële oxidatie plaatsvindt aan het koolstof-atoom waar al een hydroxyl-groep aanzit. Ook de laatste stap, naar het carbonzuur, heeft daar weer een waterstof-atoom nodig. Op basis van de producten van een (poging tot) partiële oxidatie kan dan ook eenvoudig onderscheid gemaakt worden tussen de verschillende groepen alkanolen.
Primaire alkanolen
De hydroxylgroep is gebonden aan een koolstof-atoom dat aan één ander koolstof-atoom gekoppeld is. Een dergelijk alkanol wordt primair genoemd. Naast de hydroxylgroep en het andere koolstof-atoom zijn er twee waterstof-atomen aanwezig. Tijdens de partiële oxidatie wordt een carbonzuur gevormd.
1-Butanol skeletal.svg + Butanoic acid.svg +
De partiële oxidatie van een primair alkanol geeft een carbonzuur.

Oxidatie van
primair alkanol

 
Secondaire alkanolen
De hydroxylgroep is gebonden aan een koolstof-atoom dat aan twee andere koolstof-atomen gebonden is. Naast de hydroxylgroep is er dan nog één waterstof-atoom aanwezig. Tijdens de partiële oxidatie wordt een keton gevormd.
2-butanol Line-Structure.svg + Butanone-skeletal-structure.svg +
De partiële oxidatie van een secondair alkanol geeft een keton.

Oxidatie van
secondair alkanol

 
Tertiaire alkanolen
De hydroxylgroep is gebonden aan een koolstof-atoom dat aan drie andere koolstof-atomen gebonden is. Naast de hydroxylgroep is er dan geen ruimte voor waterstof-atomen. Partiële oxidatie vindt dan ook niet plaats.
Tert-butyl-alcohol-2D-skeletal.svg + GEEN REACTIE
De partiële oxidatie van een tertiair alkanol is niet mogelijk.

Oxidatie van
tertiair alkanol

 

Voorbeelden

De naam alkanol is een systematische naam. In het gewone spraakgebruik wordt deze groep van stoffen meestal aangeduid met de gangbare naam voor het meest bekende lid van deze groep verbindingen: alkohol, bekend van bier, wijn, enzovoort.

Methanol

Methanol is de eenvoudigste alkanol. Het heeft een koolstofskelet van 1 koolstof-atoom. Drie bindingen aan koolstof zijn bezet door waterstof-atomen, de vierde door de hydroxyl-groep. De formule wordt vaak geschreven als . Door het ene waterstof-atoom na het zuurstof-atoom te vermelden wordt duidelijk aangegeven dat het een aparte plaats inneemt in het molecuul.

Methanol wordt in de chemie vaak als oplosmiddel gebruikt. Veel organische stoffen lossen er goed in op en ook een groot aantal zouten zijn oplosbaar in methanol.
Net als ethanol is ook methanol giftig, alleen al bij een veel lagere dosis. Een oude naam voor methanol is: "geest van hout". Het ontstaat bij het verhitten van hout en ander GFT-materiaal voor dat het gaat branden. Ook granen leveren methanol als ze verhit worden zonder water. Dit verklaart het grote aantal slachtoffers van illegaal gestookte jenever, wodka en dergelijke: om zo veel mogelijk van de gedestilleerde drank te krijgen wordt zo lang mogelijk doorgegaan met verwarmen. Omdat je niet kunt zien of er nog vloeistof aanwezig is in het destillatievat, weet je ook niet dat je moet stoppen en komt er een hoeveelheid methanol in het destillaat terecht.

V2Metanol.pdb.png
Alambic à Draguignan.jpg
Afb. 2: Methanol. Je ziet duidelijk de drie waterstof-atomen (wit) aan koolstof (zwart) en het ene "losse" waterstof-atoom aan zuurstof (rood). Afb. 3: Jenever destilleren. Duidelijk is te zien dat de stokers geen zicht hebben op eventueel aanwezig vocht (of het ontbreken daarvan) in de destilleerketel.

Methanol

 

Ethanol

Veruit het bekendste alkanol is ethanol. De stof is al duizenden jaren bekend en ontstaat tijdens het vergisten van suikerhoudende oplossingen. De reactievergelijking is als volgt:
Ethanol is ook giftig, net als methanol, alleen ligt de lethale dosis hoger.
    Enkel modell av eit etanolmolekyl.png
Afb 4

Ethanol

 

Propaan-1-ol

In propanol kom je het probleem tegen dat de hydroxyl-groep op twee duidelijk verschillende plaatsen kan voorkomen: òf aan een van de twee koolstofatomen aan het uiteinde van de koolstofketen, òf aan het middelste koolstofatoom. Naast de systematische naam propaan-1-ol worden ook de namen n-propanol, normaal-propanol, p-propanol, primair-propanol en de verouderde systematische naam 1-propanol nog vaak voor deze verbinding gebruikt.
    Enkel modell av eit propanolmolekyl.png
Afb. 5

Propaan-1-ol

 

Propaan-2-ol

Naast de systematische naam propan-2-ol worden ook de namen i-propanol, iso-propanol, s-propanol, secondair-propanol en de verouderde systematische naam 2-propanol nog vaak voor deze verbinding gebruikt.
    Isopropanol-3D-balls.png
Afb. 6

Propaan-2-ol

 

Eigenschappen van enkele alkanolen

Stofnaam Formule Molaire
massa
Oplosb.
in H2O
g/L
pOW
doc.pOW = -log([stof in 1-ocatnol]/[stof in water]). Het is een maat die aangeeft hoe makkelijk de stof accumuleert in vetweefsel.
Smelt
punt
°C
Kook
punt
°C
Dicht
heid
g/ml
Vlam
punt
°C
Methanol 32,04
-0,74 -98 65 0,79 9
Ethanol 46,07
-0,3 -114 78 0,79 16
Propaan-1-ol 60,10
0,25 -126 97 0,8 22
Propaan-2-ol 60,10
0,05 -88 82 0,78 12
Butaan-1-ol 74,12 77 0,05 -89 118 0,81 35
Butaan-2-ol 74,12 125 0,65 -115 99 0,81 23
2-methyl-
propaan-1-ol
74,12 8,7 0,8 -108 108 0,80 28
2-methyl-
propaan-2-ol
74,12
0,3 25 83 0,8 11

Alkanolen eigenschappen

 

Hydroxygroep aan onverzadigde verbindingen

Tot hier toe is alleen sprake geweest van alkanolen, hydroxygroepen aan een verzadigde verbinding. De reden hiervoor is dat een hydroxygroep aan een onverzadigd koolstof-atoom meestal niet stabiel is. Naast een dubbele of drievoudige binding is een hydroxygroep minder stabiel dan een dubbelgebonden zuurstof-atoom. Het waterstof-atoom wordt aan het andere koolstof van de dubbele binding gekoppeld. Onderstaande reactie verloopt bijvoorbeeld voor propeen-1-ol:
    
reactie 1

-OH aan alkeen

 
Met propyn-1-ol verloopt een vergelijkbare reactie:
    
reactie 2

-OH aan alkyn

 
De verbindingen waar de producten van deze reacties bij horen komen later aan de orde. Nu is belangrijk dat de hydroxyl-groep naast een onverzadigde binding heel ongebruikelijk is.
Er zijn twee uitzonderingen. De bekendste is vitamine C. Je ziet hier zelfs twee hydroxylgroepen naast de dubbele binding.
    L-Ascorbic acid.svg
Afb. 6

Vitamine C

 
De tweede uitzondering wordt gevormd door verbindingen waarin de dubbele band onderdeel is van een aromatische ring. Net als bij de reactie met broom, blijven de dubbele bindingen die deel uitmaken van de binding in de zesring in stand. De verbinding is bekend onder de naam fenol. Meer systematisch wordt de stof soms ook hydroxybenzeen genoemd, niet benzenol!
    Phenol2.svg

Fenol

 




Informatie afkomstig van https://nl.wikibooks.org Wikibooks NL.
Wikibooks NL is onderdeel van de wikimediafoundation.