Hoofdstuk 8 Alcoholen.pptx

# Eigenschappen en classificatie van alcoholen Dit onderwerp behandelt de structuur, classificatie (primair, secundair, tertiair) en de belangrijkste fysische eigenschappen van alcoholen, inclusief de vorming van waterstofbruggen. ## 1. Inleiding tot alcoholen Alcoholen zijn organische zuurstofverbindingen die gekenmerkt worden door de aanwezigheid van een hydroxylgroep ($-OH$), die ook wel de alcoholische functie wordt genoemd. De algemene structuurformule is $R-OH$, waarbij $R$ staat voor een alkyl- of arylgroep. Bekende voorbeelden zijn ethanol, dat wordt geproduceerd door gisting, menthol, een geurstof, en cholesterol, een steroïd-alcohol. ## 2. Classificatie van alcoholen Alcoholen kunnen worden geclassificeerd op basis van het type koolstofatoom waaraan de hydroxylgroep is gebonden: * **Primaire alcoholen ($1^\circ$)**: De hydroxylgroep is gebonden aan een koolstofatoom dat op zijn beurt is gebonden aan maximaal één ander koolstofatoom. De algemene formule is $R-CH_2-OH$. * **Secundaire alcoholen ($2^\circ$)**: De hydroxylgroep is gebonden aan een koolstofatoom dat is gebonden aan twee andere koolstofatomen. De algemene formule is $R_1-CH(OH)-R_2$. * **Tertiaire alcoholen ($3^\circ$)**: De hydroxylgroep is gebonden aan een koolstofatoom dat is gebonden aan drie andere koolstofatomen. De algemene formule is $R_1R_2R_3C-OH$. ## 3. Fysische eigenschappen van alcoholen Alcoholen zijn polaire moleculen vanwege de aanwezigheid van de polaire $OH$-groep. Dit heeft invloed op hun fysische eigenschappen, met name het kookpunt en de oplosbaarheid. ### 3.1 Kookpunt Alcoholen hebben relatief hoge kookpunten in vergelijking met alkanen van vergelijkbare molecuulmassa. Dit komt door de mogelijkheid tot waterstofbrugvorming tussen de hydroxylgroepen van verschillende alcoholmoleculen. Deze intermoleculaire krachten vereisen extra energie om te overwinnen tijdens het kookproces. ### 3.2 Oplosbaarheid De oplosbaarheid van alcoholen in water wordt ook sterk beïnvloed door waterstofbruggen. * Lagere alcoholen (zoals methanol, ethanol, propanol) en alcoholen met meerdere hydroxylgroepen (polyolen) zijn volledig mengbaar met water omdat ze gemakkelijk waterstofbruggen kunnen vormen met watermoleculen. * Naarmate het apolaire koolwaterstofgedeelte van de alcohol langer wordt, neemt de oplosbaarheid in water af, omdat het hydrofobe karakter van de $R$-groep dominanter wordt. > **Tip:** De balans tussen de hydrofiele $OH$-groep en de hydrofobe $R$-groep bepaalt de oplosbaarheid in polaire en apolaire oplosmiddelen. ## 4. Chemische reacties van alcoholen De chemische reacties van alcoholen kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën, waarbij de alcoholfunctionele groep zich gedraagt als een zuur of een nucleofiel, of betrokken is bij substitutie- en eliminatiereacties. ### 4.1 Zure en basische eigenschappen Alcoholen vertonen amfotere eigenschappen, vergelijkbaar met water, hoewel ze over het algemeen zwakkere zuren zijn dan water. * **Alcoholen als zuur**: In aanwezigheid van een sterk basismetaal zoals natrium ($Na$) of kalium ($K$), kunnen alcoholen een proton afstaan en alkoxida-ionen vormen. $$2R-OH + 2Na \longrightarrow 2R-O^-Na^+ + H_2$$ Het alkoxida-ion ($R-O^-$) is een sterkere base dan het hydroxide-ion ($OH^-$). Dit komt doordat de negatieve lading op het zuurstofatoom in het alkoxida-ion minder goed wordt gesolvateerd dan in het hydroxide-ion, mede door het hydrofobe karakter van de $R$-groep. * **Alcoholen als base**: Alcoholen kunnen ook optreden als Brønsted-Lowry bases door een proton te accepteren, waarbij alkoxoniumionen worden gevormd. Dit is vergelijkbaar met de vorming van hydroxoniumionen ($H_3O^+$) uit water. $$R-OH + H^+ \rightleftharpoons R-OH_2^+$$ > **Tip:** De zuursterkte van alcoholen neemt toe naarmate de $R$-groep meer elektronen-onzuiver is, waardoor de stabiliteit van het alkoxida-ion verhoogt. ### 4.2 Nucleofiele eigenschappen De hydroxylgroep in alcoholen bezit vrije elektronenparen op het zuurstofatoom, waardoor alcoholen als nucleofielen kunnen reageren. Echter, de hydroxylgroep is een slechte vertrekkende groep (LG) in $S_N$ reacties. Om reacties te faciliteren waarbij de $OH$-groep wordt vervangen, wordt deze eerst omgezet in een betere vertrekkende groep. Dit gebeurt vaak door protonering met sterke zuren. ### 4.3 Reacties met halogeenalkanen (substitutiereacties) Alcoholen kunnen worden omgezet in alkylhalogeniden door reactie met geconcentreerde waterstofhalogeniden ($HX$, behalve $HF$). * Primaire alcoholen reageren doorgaans via een $S_N2$-mechanisme. $$R-CH_2-OH + HX \longrightarrow R-CH_2-X + H_2O$$ * Secundaire en tertiaire alcoholen reageren vaker via een $S_N1$-mechanisme, omdat de vorming van een stabieler carbokation wordt begunstigd. $$R_1R_2CH-OH + HX \longrightarrow R_1R_2CH-X + H_2O$$ ### 4.4 Eliminatie van water (dehydratatie) Alcoholen kunnen onder invloed van sterke zuren en verwarming een eliminatiereactie ondergaan, waarbij water wordt afgesplitst en een alkeen ontstaat. Dit proces staat bekend als dehydratatie. * Tertiaire alcoholen ondergaan dehydratatie gemakkelijker dan secundaire, en secundaire gemakkelijker dan primaire alcoholen, vanwege de stabiliteit van het intermediaire carbokation. $$R_1R_2R_3C-OH \xrightarrow{H^+, \Delta} R_1R_2C=CR_3 + H_2O$$ ### 4.5 Oxidatie van alcoholen Alcoholen kunnen worden geoxideerd tot verschillende carbonylverbindingen, afhankelijk van hun classificatie als primair, secundair of tertiair. Sterke oxidatoren zoals kaliumdichromaat ($K_2Cr_2O_7$) of chroomtrioxide ($CrO_3$) in zuur milieu, of kaliumpermanganaat ($KMnO_4$) in zuur milieu, worden hiervoor gebruikt. * **Primaire alcoholen**: Kunnen worden geoxideerd tot aldehyden ($R-CHO$) en verder tot carbonzuren ($R-COOH$). $$R-CH_2-OH \xrightarrow{[O]} R-CHO \xrightarrow{[O]} R-COOH$$ * **Secundaire alcoholen**: Worden geoxideerd tot ketonen ($R_1-CO-R_2$). $$R_1-CH(OH)-R_2 \xrightarrow{[O]} R_1-CO-R_2$$ * **Tertiaire alcoholen**: Zijn over het algemeen ongevoelig voor oxidatie onder normale omstandigheden, omdat er geen waterstofatoom aan het koolstofatoom met de $OH$-groep gebonden is. Bij zeer sterke oxidatieomstandigheden kan de koolstofketen zelf worden gesplitst. > **Voorbeeld:** De oxidatie van ethanol in contact met lucht, bijvoorbeeld bij wijn die bederft, leidt tot de vorming van azijnzuur (ethanal). > **Tip:** De kleurverandering van oxidatiemiddelen zoals dichromaat (oranje naar blauwgroen) kan worden gebruikt om de aanwezigheid van alcoholen te detecteren, zoals bij blaaspijpjes voor alcoholcontroles. ### 4.6 Specifieke reacties en toepassingen * **Ethanol** kan door gisting worden gevormd en in het lichaam worden geoxideerd. De versnelde oxidatie, mede door medicatie zoals Antabuse, kan onaangename symptomen veroorzaken bij alcoholmisbruik. * **Methanol** is toxisch en de intoxicatie kan ernstige gevolgen hebben. * **Williamson-ether synthese**: Een belangrijke methode voor de bereiding van ethers, waarbij een alkoxida-ion reageert met een alkylhalogenide. $$R-O^-Na^+ + R'-X \longrightarrow R-O-R' + NaX$$ --- # Reacties van alcoholen: zuur-base en nucleofiele eigenschappen Dit deel van de studiehandleiding behandelt de amfotere eigenschappen van alcoholen, waarbij ze zowel als zuur als base kunnen optreden, en hun nucleofiele capaciteiten. ### 2.1 Amfotere eigenschappen van alcoholen Alcoholen vertonen amfotere eigenschappen, wat betekent dat ze zowel als zuur als als base kunnen reageren, vergelijkbaar met water. #### 2.1.1 Alcoholen als zuur: vorming van alkoxiden Wanneer alcoholen als zuur optreden, doneren ze een proton ($H^+$) en vormen ze een alkoxid-ion. Deze reactie kan worden bewerkstelligd door de reactie met alkalimetalen zoals natrium (Na) of kalium (K). De algemene reactie is: $$ R-\text{OH} + \text{Na} \longrightarrow R-\text{O}^- \text{Na}^+ + \frac{1}{2} \text{H}_2 $$ Alcoholen zijn echter zwakkere zuren dan water. Dit komt doordat de negatieve lading op het alkoxid-ion ($R-O^-$) minder goed wordt gestabiliseerd dan de negatieve lading op het hydroxide-ion ($OH^-$). De apolaire R-groep van het alcohol bemoeilijkt de solvatatie van het alkoxid-ion. > **Tip:** De zure sterkte van een alcohol wordt beïnvloed door de aard van de R-groep. Elektronenzuigende groepen kunnen de zure sterkte verhogen door de negatieve lading op het zuurstofatoom te stabiliseren. #### 2.1.2 Alcoholen als base: vorming van alkoxoniumionen Wanneer alcoholen als base optreden, accepteren ze een proton ($H^+$) en vormen ze een alkoxoniumion. Dit is vergelijkbaar met de vorming van een hydroxoniumion ($H_3O^+$) wanneer water een proton accepteert. De algemene reactie is: $$ R-\text{OH} + H^+ \longrightarrow R-\text{OH}_2^+ $$ ### 2.2 Nucleofiele eigenschappen van alcoholen Alcoholen kunnen ook als nucleofiel optreden vanwege de aanwezigheid van vrije elektronenparen op het zuurstofatoom. Echter, alcoholen zijn relatief zwakke nucleofielen. #### 2.2.1 Versterking van nucleofiliciteit Om de nucleofiliciteit van alcoholen te vergroten, worden ze vaak eerst omgezet in alkoxiden door reactie met een sterke base (zoals natriumhydride, $NaH$, of natriumamide, $NaNH_2$). Alkoxiden zijn veel sterkere nucleofielen dan alcoholen. > **Tip:** De Williamson-ether synthese, een belangrijke methode voor de bereiding van ethers, maakt gebruik van een alkoxide als nucleofiel. #### 2.2.2 Reacties met halogeenalkanen (SN2) Hoewel alcoholen zelf zwakke nucleofielen zijn, kunnen ze in bepaalde gevallen reageren met halogeenalkanen via een nucleofiele substitutiemechanisme (S_N2). Dit is echter minder efficiënt dan wanneer een alkoxide wordt gebruikt. De algemene reactie kan worden weergegeven als: $$ R-\text{OH} + R'-\text{X} \longrightarrow R-O-R' + H-X $$ waarbij $R'$ een alkylgroep is en $X$ een halogeen. ### 2.3 Reacties waarbij de hydroxylgroep wordt omgezet in een betere vertrekkende groep De hydroxylgroep (-OH) is een slechte vertrekkende groep. Om substitutie- of eliminatiereacties te vergemakkelijken, moet de hydroxylgroep eerst worden omgezet in een betere vertrekkende groep. Dit kan op verschillende manieren gebeuren: #### 2.3.1 Protonering De hydroxylgroep kan worden geprotoneerd met een sterk zuur, waardoor een positief geladen zuurstofatoom ontstaat. De afsplitsing van een neutraal watermolecuul ($H_2O$) is dan veel gunstiger dan de afsplitsing van het hydroxide-ion ($OH^-$), dat een sterke base is. $$ R-\text{OH} + H^+ \longrightarrow R-\text{OH}_2^+ $$ #### 2.3.2 Reactie met waterstofhalogeniden (HX) Alcoholen reageren met sterke zuren zoals waterstofhalogeniden ($HX$, behalve $HF$) om alkylhalogeniden te vormen. De reactie verloopt via een S_N1- of S_N2-mechanisme, afhankelijk van de structuur van het alcohol. * **Primaire alcoholen** reageren typisch via een S_N2-mechanisme: $$ R-\text{CH}_2-\text{OH} + HX \longrightarrow R-\text{CH}_2-X + H_2O $$ * **Secundaire en tertiaire alcoholen** reageren doorgaans via een S_N1-mechanisme, waarbij eerst een carbokation wordt gevormd: $$ R_2\text{CH}-\text{OH} + HX \longrightarrow R_2\text{CH}^+ + X^- + H_2O $$ $$ R_2\text{CH}^+ + X^- \longrightarrow R_2\text{CH}-X $$ ### 2.4 Eliminatie van water (dehydratatie) Alcoholen kunnen gemakkelijk eliminatiereacties ondergaan, waarbij een watermolecuul wordt afgesplitst om alkenen te vormen, mits de hydroxylgroep is omgezet in een goede vertrekkende groep. Deze reactie wordt typisch gekatalyseerd door sterke zuren en vereist verwarming. #### 2.4.1 Dehydratatie van tertiaire, secundaire en primaire alcoholen De mate van gemak waarmee dehydratatie plaatsvindt, neemt toe met de rang van het alcohol: tertiaire alcoholen dehydrateren gemakkelijker dan secundaire, en secundaire alcoholen gemakkelijker dan primaire. * **Tertiaire alcoholen** ondergaan dehydratatie relatief gemakkelijk via een S_N1-achtig mechanisme. * **Secundaire alcoholen** vereisen iets hogere temperaturen of een hogere zuurconcentratie. * **Primaire alcoholen** vereisen doorgaans de hoogste temperaturen en/of concentraties. De algemene reactie voor dehydratatie is: $$ R-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{OH} \xrightarrow{\text{H}^+, \Delta} R-\text{CH}=\text{CH}_2 + H_2O $$ > **Voorbeeld:** De dehydratatie van ethanol levert etheen op: > $$ C_2H_5OH \xrightarrow{H_2SO_4, 170^\circ C} C_2H_4 + H_2O $$ ### 2.5 Oxidatie van alcoholen Alcoholen kunnen worden geoxideerd met verschillende oxidatiemiddelen, zoals dichromaat ($K_2Cr_2O_7$), chromaat ($K_2CrO_4$) of chroomtrioxide ($CrO_3$) in zuur milieu, of kaliumpermanganaat ($KMnO_4$) in zuur milieu. De uitkomst van de oxidatie hangt af van de rang van het alcohol: * **Primaire alcoholen** worden geoxideerd tot aldehyden. Indien de oxidatievoorwaarden sterk genoeg zijn, kunnen aldehyden verder worden geoxideerd tot carbonzuren. $$ R-\text{CH}_2-\text{OH} \xrightarrow{\text{Oxidator}} R-\text{CHO} \xrightarrow{\text{Oxidator}} R-\text{COOH} $$ * **Secundaire alcoholen** worden geoxideerd tot ketonen. Ketonen zijn relatief stabiel en worden niet verder geoxideerd onder normale omstandigheden. $$ R_2\text{CH}-\text{OH} \xrightarrow{\text{Oxidator}} R_2\text{C}=\text{O} $$ * **Tertiaire alcoholen** zijn resistent tegen oxidatie onder de gebruikelijke omstandigheden omdat er geen waterstofatoom aan het koolstofatoom is gebonden dat de hydroxylgroep draagt. Oxidatie vereist het breken van koolstof-koolstofbindingen en leidt tot een mengsel van producten. > **Tip:** De kleurverandering van oranje naar blauwgroen bij het gebruik van dichromaat of chroomtrioxide als oxidator is een indicatie voor de aanwezigheid van alcohol. Dit principe wordt gebruikt in alcoholtests. #### 2.5.1 Oxidatie van ethanol in het lichaam Ethanol kan in het lichaam worden geoxideerd, voornamelijk in de lever. Dit proces kan bijdragen aan de effecten van alcoholconsumptie en bij alcoholverslaving. Antabus, een ontwenningsmiddel, remt de verdere oxidatie van aceetaldehyde, een product van ethanoloxidatie, wat leidt tot onaangename symptomen. #### 2.5.2 Toxische effecten van methanol Methanol is toxisch omdat het in het lichaam wordt geoxideerd tot formaldehyde en mierenzuur, die zeer schadelijk zijn voor het zenuwstelsel en de ogen. --- # Reacties van alcoholen: substitutie en eliminatie Dit deel van de studiehandleiding behandelt de substitutie- en eliminatiereacties van alcoholen, waarbij de hydroxylgroep wordt omgezet in een betere vertrekkende groep voor substitutie, of wordt geëlimineerd als water voor de vorming van alkenen. ### 3.1 Introductie tot reacties van alcoholen Alcoholen (ROH) ondergaan verschillende soorten reacties, die onderverdeeld kunnen worden in twee hoofdcategorieën: 1. **Alcoholen als reactanten in zuren en basen of als nucleofielen:** Hierbij reageert de hydroxylgroep als zuur, base of nucleofiel. 2. **Substitutie- en eliminatiereacties:** Deze reacties betrekken de omzetting van de hydroxylgroep in een betere vertrekkende groep, waarna substitutie of eliminatie kan plaatsvinden. De hydroxylgroep (-OH) zelf is een slechte vertrekkende groep. ### 3.2 Substitutiereacties in alcoholen Substitutiereacties bij alcoholen vereisen dat de hydroxylgroep wordt omgezet in een betere vertrekkende groep, omdat de hydroxide-ion ($OH^-$) een sterke base is en geen goede vertrekkende groep vormt. #### 3.2.1 Omzetting van de hydroxylgroep in een betere vertrekkende groep Directe afsplitsing van de -OH groep is moeilijk omdat de negatieve lading op het zuurstofatoom niet voldoende wordt gestabiliseerd in het hydroxide-ion. Om substitutie mogelijk te maken, wordt de hydroxylgroep geprotoneerd, waardoor deze wordt omgezet in een neutrale watermolecule ($H_2O$), die een uitstekende vertrekkende groep is. > **Tip:** Protonering van de hydroxylgroep is de sleutel tot het mogelijk maken van substitutiereacties bij alcoholen. #### 3.2.2 Reactie met halogenwaterstoffen (HX) Alcoholen kunnen reageren met sterke zuren zoals waterstofbromide (HBr) en waterstofjodide (HI) om alkylhalogeniden te vormen. Waterstoffluoride (HF) reageert minder efficiënt. De algemene reactie is: $R—OH + HX \rightarrow R—X + H_2O$ waar $X$ staat voor Cl, Br, of I. * **Primaire alcoholen:** Reageren via een $S_N2$ mechanisme met geconcentreerde HX-oplossingen. * **Secundaire en tertiaire alcoholen:** Reageren via een $S_N1$ mechanisme. Dit komt doordat de vorming van secundaire en tertiaire carbokationen stabieler is. #### 3.2.3 Reacties met andere reagentia ter activatie van de OH-groep Naast HX kunnen ook andere reagentia zoals thionylchloride ($SOCl_2$) of fosforhalogeniden ($PX_3$, $PX_5$) worden gebruikt om de hydroxylgroep om te zetten in een betere vertrekkende groep (bijvoorbeeld een chloridezout of een fosfietester). ### 3.3 Eliminatiereacties uit alcoholen (dehydratatie) Alcoholen kunnen ook eliminatiereacties ondergaan, waarbij water wordt afgesplitst om alkenen te vormen. Dit proces wordt dehydratatie genoemd. #### 3.3.1 Eliminatie van water Dehydratatie van alcoholen gebeurt doorgaans in aanwezigheid van een sterk zuur (zoals geconcentreerd zwavelzuur, $H_2SO_4$, of fosforzuur, $H_3PO_4$) en verwarming. De hydroxylgroep wordt eerst geprotoneerd om een betere vertrekkende groep te vormen, waarna een watermolecule wordt geëlimineerd. > **Tip:** Dehydratatie is een eliminatiereactie waarbij een watermolecule wordt verwijderd. #### 3.3.2 Reactiviteit bij dehydratatie De mate van dehydratatie is afhankelijk van de structuur van het alcohol: * **Tertiaire alcoholen:** Dehydrateren het gemakkelijkst. * **Secundaire alcoholen:** Dehydrateren minder gemakkelijk dan tertiaire alcoholen. * **Primaire alcoholen:** Vereisen hogere temperaturen en/of sterkere zuren voor dehydratatie. #### 3.3.3 Mechanisme van dehydratatie Dehydratatie volgt vaak een E1 of E2 mechanisme, afhankelijk van de structuur van het alcohol en de reactieomstandigheden. Voor secundaire en tertiaire alcoholen is een E1 mechanisme waarschijnlijker, waarbij eerst een carbokation wordt gevormd. Voor primaire alcoholen kan een E2 mechanisme optreden. > **Example:** Dehydratatie van ethanol bij hoge temperatuur in aanwezigheid van zwavelzuur leidt tot de vorming van etheen. > $$CH_3CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4, \Delta} CH_2=CH_2 + H_2O$$ Het gevormde alkeen kan een mengsel zijn van isomeren als er meerdere waterstofatomen beschikbaar zijn voor eliminatie (regel van Zaitsev). #### 3.3.4 Intermoleculaire dehydratatie Onder mildere omstandigheden of bij lagere temperaturen kan dehydratatie tussen twee alcoholmoleculen optreden, wat leidt tot de vorming van ethers. Dit wordt intermoleculaire dehydratatie genoemd. > **Example:** De vorming van di-ethylether uit ethanol: > $$2 CH_3CH_2OH \xrightarrow{H_2SO_4, \text{lagere } \Delta} CH_3CH_2OCH_2CH_3 + H_2O$$ --- # Oxidatie van alcoholen en toepassingen Dit hoofdstuk behandelt de oxidatiereacties van alcoholen met diverse oxidatiemiddelen, de bijbehorende kleurveranderingen en bespreekt relevante toepassingen zoals ethanolproductie, wijnazijnvorming en de toxiciteit van methanol. ### 4.1 Alcoholen: een introductie Alcoholen zijn organische zuurstofverbindingen die gekenmerkt worden door de aanwezigheid van een hydroxylgroep ($-OH$). Deze groep wordt ook wel de alcoholische functie genoemd. Voorbeelden van belangrijke alcoholen zijn ethanol, bekend van gisting en als bestanddeel van dranken, menthol, dat als geurstof in parfums wordt gebruikt, en cholesterol, een steroïd-alcohol met relevantie voor hart- en vaatziekten. #### 4.1.1 Classificatie van alcoholen Alcoholen worden geclassificeerd als primair ($1^\circ$), secundair ($2^\circ$) of tertiair ($3^\circ$) op basis van het aantal koolstofatomen dat direct gebonden is aan het koolstofatoom waaraan de hydroxylgroep is gebonden. #### 4.1.2 Fysische eigenschappen van alcoholen Alcoholen zijn polaire moleculen. De aanwezigheid van waterstofbruggen tussen de alcoholmoleculen verklaart hun relatief hoge kookpunten. Lagere alcoholen en alcoholen met meerdere hydroxylgroepen zijn volledig mengbaar met water vanwege hun vermogen om waterstofbruggen te vormen met watermoleculen. Bij hogere alcoholen neemt de oplosbaarheid in water af naarmate het apolaire koolwaterstofgedeelte groter wordt. ### 4.2 Reacties van alcoholen De reacties van alcoholen kunnen worden onderverdeeld in twee hoofdcategorieën: 1. Reacties waarbij de alcohol reageert als een zuur of als een nucleofiel. 2. Substitutie- (S) en eliminatiereacties (E), waarbij de hydroxylgroep ($OH$) een slechte vertrekkende groep is en eerst moet worden omgezet in een betere vertrekkende groep. #### 4.2.1 Zure en basische eigenschappen van alcoholen Net als water vertonen alcoholen amfotere eigenschappen, wat betekent dat ze zowel als zuur als als base kunnen reageren. * **Alcohol als zuur:** Alcoholen kunnen reageren met sterk reactieve metalen zoals natrium of kalium onder vorming van alkoxida-ionen (RO$^-$) en waterstofgas. Alcoholen zijn echter zwakkere zuren dan water, omdat de negatieve lading op het zuurstofatoom in het alkoxida-ion minder goed gesolvateerd wordt dan in het hydroxide-ion ($OH^-$). Het apolaire karakter van de R-groep bemoeilijkt deze solvatatie. > **Tip:** De zuursterkte van alcoholen neemt toe met de stabiliteit van het gevormde alkoxida-ion. * **Alcohol als base:** Alcoholen kunnen als protonacceptor fungeren en reageren met sterke zuren om alkoxoniumionen te vormen. Dit is vergelijkbaar met de vorming van hydroxoniumionen ($H_3O^+$) uit water. #### 4.2.2 Nucleofiele eigenschappen van alcoholen Het zuurstofatoom in de hydroxylgroep bezit vrije elektronenparen, wat alcoholen nucleofiele eigenschappen verleent. Echter, alcoholen zijn relatief zwakke nucleofielen. Om hun nucleofiliteit te vergroten, worden ze vaak eerst omgezet in alkoxiden, waardoor een ether synthese mogelijk wordt (Williamson-ethersynthese). #### 4.2.3 Substitutiereacties in alcoholen De directe afsplitsing van de hydroxylgroep ($OH^-$) uit een alcohol is moeilijk, omdat hydroxide-ionen sterke basen zijn en slecht als vertrekkende groep fungeren. Om substitutiereacties mogelijk te maken, wordt de hydroxylgroep eerst omgezet in een betere vertrekkende groep, meestal door protonering met een sterk zuur, waardoor neutral water kan worden afgesplitst. * **Reactie met HX:** Alcoholen reageren met sterke zuren zoals waterstofhalogeniden ($HX$, behalve $HF$) om alkylhalogeniden te vormen. De algemene reactie is: $R—OH + HX \rightarrow R—X + H_2O$ * Primaire alcoholen reageren met geconcentreerde $HX$-oplossingen via een $S_N2$-mechanisme. * Secundaire en tertiaire alcoholen reageren via een $S_N1$-mechanisme. #### 4.2.4 Eliminatie van water uit alcoholen Alcoholen kunnen ook gemakkelijk eliminatiereacties ondergaan, waarbij een watermolecuul wordt afgesplitst om alkenen te vormen. Dit gebeurt onder invloed van sterke zuren en verwarming. Tertiaire alcoholen ondergaan deze dehydratatie gemakkelijker dan secundaire of primaire alcoholen. #### 4.2.5 Oxidatie van alcoholen De oxidatie van alcoholen is een belangrijke reactieklasse waarbij de hydroxylgroep wordt geoxideerd. De aard van het oxidatieproduct is afhankelijk van het type alcohol (primair, secundair of tertiair) en het gebruikte oxidatiemiddel. * **Oxidatiemiddelen:** Veelgebruikte oxidatiemiddelen zijn kaliumdichromaat ($K_2Cr_2O_7$) of chroomtrioxide ($CrO_3$) in zuur milieu, of kaliumpermanganaat ($KMnO_4$) in zuur milieu. * **Oxidatie van primaire alcoholen:** Primaire alcoholen kunnen tot aldehyden en verder tot carbonzuren worden geoxideerd. $R—CH_2OH \xrightarrow{[O]} R—CHO \xrightarrow{[O]} R—COOH$ * **Oxidatie van secundaire alcoholen:** Secundaire alcoholen worden geoxideerd tot ketonen. $R_1—CH(OH)—R_2 \xrightarrow{[O]} R_1—C(=O)—R_2$ * **Oxidatie van tertiaire alcoholen:** Tertiaire alcoholen worden onder normale omstandigheden niet geoxideerd, omdat er geen waterstofatoom aan het koolstofatoom met de hydroxylgroep gebonden is. * **Kleurveranderingen bij oxidatie:** Veel oxidatiemiddelen vertonen duidelijke kleurveranderingen tijdens de reactie. Bij de oxidatie met dichromaat ($Cr_2O_7^{2-}$) of chroomtrioxide ($CrO_3$) in zuur milieu, verandert de oranje kleur van het dichromaat-ion naar de blauwgroene kleur van het chroom(III)-ion ($Cr^{3+}$). Dit principe wordt toegepast in blaaspijpjes voor alcoholcontroles. > **Voorbeeld:** Blaaspijpjes bevatten kaliumdichromaat in een zure oplossing. Bij het blazen van alcoholhoudende lucht door het pijpje, oxideert de ethanol tot ethanaal en vervolgens tot azijnzuur. De kleur van het dichromaat verandert van oranje naar groen, wat aangeeft dat er alcohol aanwezig is. ### 4.3 Toepassingen van alcoholoxidatie De oxidatie van alcoholen heeft diverse praktische toepassingen. * **Ethanolproductie en wijnazijnvorming:** Ethanol wordt in de natuur geproduceerd door gisting. In contact met lucht kan ethanol geoxideerd worden, wat leidt tot de vorming van wijnazijn door de omzetting van ethanol naar azijnzuur. * **Toxiciteit van methanol:** Methanol is toxisch voor de mens. De oxidatie van methanol in het lichaam vindt plaats in de lever en produceert formaldehyde en daarna mierenzuur. Deze metabolieten zijn zeer toxisch en kunnen leiden tot ernstige gezondheidsproblemen, waaronder blindheid en overlijden. > **Voorbeeld:** Ethanolintoxicatie kan worden behandeld met het medicijn Antabuse. Dit medicijn remt de verdere oxidatie van acetaldehyde (een metaboliet van ethanol) tot azijnzuur. Hierdoor hoopt acetaldehyde zich op in het lichaam, wat leidt tot misselijkheid en braken. Dit ontmoedigt de consumptie van alcohol tijdens de behandeling. * **Kwantificering van alcohol:** De kleurverandering die optreedt bij de oxidatie van alcoholen, met name met dichromaat, kan worden gebruikt voor de kwantitatieve bepaling van alcoholconcentraties in verschillende media, zoals in ademanalyseapparaten. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Alcoholen | Organische verbindingen die een hydroxylgroep (-OH) bevatten, gebonden aan een verzadigd koolstofatoom. Ze kunnen worden geclassificeerd als primair (1°), secundair (2°) of tertiair (3°) afhankelijk van het aantal koolstofatomen gebonden aan het koolstofatoom dat de hydroxylgroep draagt. | | Hydroxylgroep | Een functionele groep bestaande uit een zuurstofatoom en een waterstofatoom (-OH). In alcoholen is deze groep gebonden aan een koolstofskelet en bepaalt deze mede de chemische eigenschappen van de stof. | | Gisting | Een biochemisch proces waarbij micro-organismen, zoals gisten, suikers omzetten in ethanol en koolstofdioxide onder anaërobe omstandigheden. Dit proces wordt gebruikt bij de productie van alcoholische dranken en biobrandstoffen. | | Steroïd | Een type lipide dat een karakteristieke structuur heeft van vier gefuseerde koolstofringen. Cholesterol is een voorbeeld van een steroïd-alcohol die belangrijk is in biologische systemen en gerelateerd is aan cardiovasculaire gezondheid. | | Waterstofbruggen | Zwakke intermoleculaire aantrekkingskrachten die ontstaan tussen een waterstofatoom gebonden aan een sterk elektronegatief atoom (zoals zuurstof of stikstof) en een ander sterk elektronegatief atoom in een naburig molecuul. Deze bruggen beïnvloeden sterk eigenschappen als kookpunt en oplosbaarheid. | | Kookpunt | De temperatuur waarbij de dampdruk van een vloeistof gelijk is aan de omgevingsdruk, waardoor de vloeistof in gasvorm overgaat. Voor alcoholen wordt dit sterk beïnvloed door de aanwezigheid van waterstofbruggen. | | Oplosbaarheid | Het vermogen van een stof (de solute) om op te lossen in een andere stof (de solvent) tot een homogene oplossing. Alcoholen met korte koolstofketens en meerdere hydroxylgroepen zijn goed oplosbaar in water vanwege hun vermogen om waterstofbruggen te vormen. | | Nucleofiel | Een chemische soort (molecuul of ion) die een elektronpaar kan doneren om een covalente binding te vormen met een elektrofiel. De zuurstofatoom in de hydroxylgroep van alcoholen bezit vrije elektronenparen die nucleofiele eigenschappen vertonen. | | Vertrekkende groep (LG) | Een atoom of groep van atomen die een molecuul verlaat tijdens een chemische reactie, meestal in de vorm van een anion of neutraal molecuul. De hydroxylgroep (-OH) is van nature een slechte vertrekkende groep en moet vaak worden omgezet in een betere, zoals water (H₂O). | | Substitutiereactie | Een chemische reactie waarbij een atoom of groep in een molecuul wordt vervangen door een ander atoom of groep. Bij alcoholen kan dit leiden tot de vervanging van de hydroxylgroep of een waterstofatoom. | | Eliminatiereactie | Een chemische reactie waarbij twee atomen of groepen uit aangrenzende atomen in een molecuul worden verwijderd, wat resulteert in de vorming van een dubbele of drievoudige binding. De dehydratatie van alcoholen, waarbij water wordt verwijderd, is een voorbeeld hiervan. | | Oxidatiereactie | Een chemische reactie waarbij het oxidatiegetal van een atoom of molecuul toeneemt. Bij alcoholen impliceert dit vaak de verwijdering van waterstofatomen, wat leidt tot de vorming van aldehyden, ketonen of carbonzuren, afhankelijk van het type alcohol en het oxidatiemiddel. | | Alkoxide | Het anion gevormd wanneer een alcohol een proton verliest, waarbij de negatieve lading op het zuurstofatoom wordt geconcentreerd (RO⁻). Alkoxiden zijn sterke bases en nucleofielen. | | Alkoxoniumion | Een ion gevormd wanneer een alcohol een proton (H⁺) opneemt, waarbij het zuurstofatoom een positieve lading draagt (ROH₂⁺). Dit proces treedt op wanneer alcoholen zich gedragen als basen. | | Dehydratatie | Het proces van het verwijderen van water uit een molecuul. In de context van alcoholen leidt dehydratatie onder zure omstandigheden en verwarming tot de vorming van alkenen. | | Acetaldehyde | Een organische verbinding met de chemische formule $CH_3CHO$. Het is het product van de eerste oxidatiestap van ethanol en speelt een rol bij alcoholvergiftiging en de werking van sommige medicijnen zoals Antabuse. |