Alkohole 200px|Allgemeine Struktur der Alkohole Funktionelle Gruppe der Alkohole ist die blau markierte Hydroxygruppe. R ist ein Alkyl-, Alkenyl- oder Alkinyl-Rest, jedoch kein Aryl-Rest, Acyl-Rest oder ein Heteroatom.
mini|180px|Der HOC-Bindungswinkel in einem Alkohol
Alkohole () sind organische chemische Verbindungen, die eine oder mehrere an unterschiedliche aliphatische Kohlenstoffatome gebundene Hydroxygruppen (–O–H) besitzen.
Der Unterschied zwischen Alkoholen und anderen Verbindungen mit OH-Gruppen (z. B. Enole, Halbacetale oder Carbonsäuren) als Teil der funktionellen Gruppe ist, dass in Alkoholen jedes Kohlenstoffatom, das eine OH-Gruppe trägt, sp3-hybridisiert sein muss und außer der Hydroxygruppe nur noch an Kohlenstoff- oder Wasserstoffatomen gebunden sein darf. Nur dieser Bindungszustand entspricht dem Oxidationszustand eines normalen Alkanols.
Wenn die Hydroxygruppe an ein nicht-sp3-hybridisiertes Kohlenstoffatom gebunden ist, das Teil eines aromatischen Ringes ist, so werden diese Verbindungen als Phenole bezeichnet und zählen nicht zu den Alkoholen.Brockhaus ABC Chemie, VEB F. A. Brockhaus Verlag, Leipzig 1965, S. 44.
Während Alkohole schwächer sauer sind als Wasser und mit einem pKS-Wert von ca. 16 zu den „sehr schwachen Säuren“ zählen, gehören normale Phenole mit einem pKS-Wert von 10 bereits zu den „schwachen Säuren“.
Etymologie Das Wort „Alkohol“ stammt vom arabischen „kuhl“ (), einem Puder, das als Eyeliner verwendet wird. „Al-“ ist der arabische bestimmte Artikel (ohne Genus-Zuordnung). Alkohol wurde ursprünglich für das sehr feine Pulver verwendet, das durch die Sublimation des natürlichen Minerals Stibnit zu Antimontrisulfid Sb2S3 entsteht. Es wurde als Essenz oder „Geist“ dieses Minerals betrachtet und als Antiseptikum, Eyeliner und Kosmetikum sowie in der Alchemie verwendet und auch KohlAllison Coudert: Der Stein der Weisen. Die geheime Kunst der Alchemisten. (Originalausgabe: Alchemy: the Philosopher’s Stone. 1980) Lizenzausgabe. Pawlak, Herrsching 1992, ISBN 3-88199-911-6, S. 82. genannt. Die Bedeutung von Alkohol wurde im Laufe der Zeit auf destillierte Substanzen im Allgemeinen ausgedehnt und dann wieder auf Ethanol eingeengt, als „Spiritus“ ein Synonym für harter Schnaps war.
Bartholomäus Traheron führt in seiner Übersetzung von Giovanni da Vigo aus dem Jahr 1543 das Wort als erster als einen von „barbarischen“ Autoren verwendeten Begriff für „feines Pulver“ ein. Vigo schrieb: „the barbarous auctours use alcohol, or (as I fynde it sometymes wryten) alcofoll, for moost fine poudre.“ Arabische Chemiker verwendeten den Begriff al-kuhl auch für andere Substanzen wie Essenzen, die durch Destillation gewonnen wurden – eine Bedeutung, die erstmals im 17. Jahrhundert im englischen für Alkohol verwendet wurde.
Das Lexicon Chymicum von William Johnson aus dem Jahr 1652 glossiert das Wort als antimonium sive stibium und bezog sich damit auf jede Flüssigkeit, die durch Destillation gewonnen wurde, einschließlich „Weinalkohol“, der destillierten Essenz von Wein. Libavius in Alchymia (1594) bezieht sich auf vini alcohol vel vinum alcalisatum. Johnson glossiert alcohol vini als quando omnis superfluitas vini a vino separatur, ita ut accensum ardeat donec totum consumatur, nihilque fæcum aut phlegmatis in fundo remaneat. Die Bedeutung des Wortes wurde im 18. Jahrhundert auf „Weingeist“ (heute als Branntwein bezeichnet bzw. die als Ethanol bekannte Chemikalie) beschränkt. Doch noch im 18. Jahrhundert wurde Alkohol oft zuerst als Pulver feinster Form und erst in zweiter Linie als Weingeist definiert. In der organischen Chemie wurde das Wort bis 1808 auf die Klasse der gleichartigen Verbindungen ausgedehnt (in einer Übersetzung von Lavoisiers „Elemente der Chemie“ von 1790 steht alkoholisches Gas für „die Verbindung von Alkohol mit Kalorik“).Online Etymology Dictionary: alcohol | Search Online Etymology Dictionary, abgerufen am 9. Januar 2021
Nomenklatur und Einteilung Der Name einfacher Alkohole ergibt sich als Zusammensetzung aus dem Namen des ursprünglichen Alkans und der Endung . Zusätzlich wird die Position der OH-Gruppe durch eine vorangestellte Zahl verdeutlicht, zum Beispiel . Eine veraltete, bis 1957 gültige Bezeichnung für Alkohole ist – nach einem Vorschlag von Hermann Kolbe – Carbinole.Science Vision, Jg. 3, Nr. 25, März 2000 ().
Die Stoffgruppe der Alkohole wird nach verschiedenen Kriterien (Zahl der Nichtwasserstoffnachbarn, Wertigkeit, Vorhandensein von Doppel-/Dreifachbindungen und Kettenlänge) eingeteilt.
mini|460px|Von links nach rechts: Methanol (ein primärer Alkohol) sowie die allgemeinen Formeln eines primären, sekundären und tertiären Alkohols. R1 bis R3 ist ein Organyl-Rest (Alkyl-Rest, Alkenyl-Rest, Aryl-Rest, Benzyl-Rest etc.). Blau markiert ist die kennzeichnende Gruppierung für primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole.
Zahl der Nichtwasserstoffnachbarn Man unterscheidet Alkohole nach der Zahl der C- und H-Atome an dem C-Atom der funktionellen Gruppe, an das auch die Hydroxygruppe gebunden ist. Bei primären Alkoholen sind an dieses C-Atom neben einem C-Atom zwei H-Atome, bei sekundären Alkoholen neben zwei C-Atomen ein H-Atom und bei tertiären Alkoholen neben drei C-Atomen kein Wasserstoffatom gebunden. Ein Sonderfall ist der Alkohol mit nur einem C-Atom, das Methanol, das neben der Hydroxygruppe nur drei Wasserstoffatome am C-Atom der funktionellen Gruppe trägt.
Wertigkeit der Alkohole Ist mehr als eine Hydroxygruppe an verschiedenen C-Atomen in einem Alkoholmolekül vorhanden, wird deren Anzahl durch Einfügen einer der Anzahl der Hydroxygruppen entsprechenden griechischen Silbe (-di-, -tri- usw.) vor der Endung angegeben und man spricht von mehrwertigen Alkoholen. Ein ist das (Trivialname Ethylenglycol), ein das (Trivialname Glycerin). Die Zahl vor der Endung gibt die Position der funktionellen Gruppe(n) an. Dies gilt auch für einwertige Alkohole, zum Beispiel (Trivialname Isopropanol).
Doppel- bzw. Dreifachbindungen In Bezug auf das Vorhandensein von Doppel- bzw. Dreifachbindungen in der Kette der C-Atome unterscheidet man Alkanole (abgeleitet von Alkanen), Alkenole (abgeleitet von Alkenen) und Alkinole (abgeleitet von Alkinen). Für den Fall, dass die OH-Gruppe an ein sp2-hybridisiertes Kohlenstoffatom gebunden ist, hat man es mit einem anderen Oxidationszustand und damit mit einer anderen Stoffgruppe zu tun, nämlich mit den meist instabilen Enolen.
Kettenlänge Über die Kettenlänge werden Alkohole ebenfalls unterschieden. Die Bezeichnung Fettalkohole verwendet man für Alkohole mit endständiger primärer mit gerader Kette und einer Länge von sechs (Hexanol) bis hin zu 22 (Behenylalkohol) Kohlenstoffatomen. Sie werden meist durch Reduktion der aus Fettsäuren gewonnen. Die höheren primären Alkohole mit 24 bis 36 Kohlenstoffatome bezeichnet man als Wachsalkohole.
Physikalische Eigenschaften Niedrigmolekulare Alkohole sind Flüssigkeiten, die einen charakteristischen Geruch und einen brennenden Geschmack besitzen. Höhere Alkohole sind meist feste Verbindungen mit nur schwach ausgeprägtem Geruch. Aufgrund von intermolekularen Wasserstoffbrückenbindungen besitzen die Alkohole im Vergleich zu Kohlenwasserstoffen gleicher Molekülmasse relativ hohe Schmelz- und Siedepunkte.Wissenschaft-Online-Lexika: Eintrag zu Alkanole/Alkohole im Lexikon der Chemie, abgerufen am 1. Juli 2008. Wichtigstes gemeinsames Merkmal der Alkohole ist die Hydrophilie. Diese Eigenschaft nimmt mit zunehmender Länge des Alkylrestes ab und mit der Anzahl der Hydroxygruppen zu. Besonders die kurzkettigen Alkohole werden aufgrund ihres amphiphilen Charakters oft als Lösungsmittel verwendet.
Hohe Siedepunkte mini|Wasserstoffbrückenbindung (gestrichelt gezeichnet) zwischen zwei Alkohol-Molekülen mini|Abhängigkeit des Siedepunktes von der Anzahl der OH-Gruppen Sauerstoff ist elektronegativer als Wasserstoff und Kohlenstoff, d. h., er zieht Elektronen stärker an als diese. Das führt zu einer unsymmetrischen Verteilung der Elektronen entlang der , man spricht von einer polaren Bindung, es bildet sich ein molekularer Dipol aus. Diese Dipole können untereinander Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden, die die Anziehung der einzelnen Moleküle untereinander drastisch verstärken. Dies führt für Alkohole zu relativ hohen Siedepunkten gegenüber den um eine Methyleneinheit verlängerten Homologen ihrer Stammverbindung, die eine annähernd gleiche molarer Masse besitzen. So hat beispielsweise das unpolare Ethan (C2H6) (M = 30) einen Siedepunkt von −89 °C, während Methanol (CH3OH) (M = 32) diesen erst bei 65 °C erreicht.
Zusammenfassend: Im Vergleich zu Alkanen mit einer vergleichbaren molaren Masse haben Alkohole einen höheren Schmelz- und Siedepunkt, da die Hydroxygruppe (OH-Gruppe) Wasserstoffbrückenbindungen ausbildet. Je mehr Hydroxygruppen ein Molekül aufweist, desto mehr Wasserstoffbrückenbindungen können ausgebildet werden und desto höher ist der Siedepunkt. Zwischen den Alkylresten bilden sich zusätzlich Van-der-Waals-Kräfte aus. Deswegen steigt der Siedepunkt mit der Länge des Alkylrestes Da die Stärke der Van-der-Waals-Wechselwirkungen nicht nur von der Größe des Alkylrestes, sondern auch von dessen Oberfläche abhängig ist, weisen stark verzweigte, eher kugelförmige Moleküle mit einer mittelständigen Hydroxygruppe einen niedrigeren Siedepunkt als unverzweigte, langgestreckte, primäre Alkohole auf.
Hydrophilie Die OH-Gruppe ist ebenfalls in der Lage, Wasserstoffbrückenbindungen mit Wasser einzugehen. Sie erhöht damit die Hydrophilie, die Wasserlöslichkeit, der Verbindung. Organische Alkylreste selbst sind nicht wasserlöslich, also hydrophob. Die Wasserlöslichkeit sinkt daher mit der Größe des organischen Anteils und steigt mit der Zahl der Hydroxygruppen. Die Propanole und tert-Butanol sind bei Raumtemperatur noch in jedem Verhältnis mit Wasser mischbar, alle langkettigeren Alkohole lösen sich nur noch in zunehmend kleinen Mengen. Größere Mengen gelöster anorganischer Salze können auch bei den kurzkettigen Alkoholen eine Phasentrennung bewirken („Salzfracht“).
Zusammenfassend: Die Hydroxygruppe eines Alkohols ist aufgrund der ungleichen Ladungsverteilung polar. Somit ist die Fähigkeit derselben, auch zu ebenfalls polaren Wassermolekülen Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden zu können, für die gute Löslichkeit vor allem kurzkettiger Alkohole verantwortlich. Je mehr Hydroxygruppen ein Alkohol aufweist, desto mehr Wasserstoffbrücken können diese mit dem Wasser ausbilden. Daher steigt mit wachsender Anzahl der hydrophilen Hydroxygruppen die Wasserlöslichkeit. Diesem Effekt wirkt allerdings der hydrophobe, also wasserabweisende, unpolare Alkylrest entgegen: Je länger er ist, desto geringer ist die Wasserlöslichkeit des Alkohols.
Acidität und Deprotonierung Mit einem pKS-Wert (Säurestärke) von etwa 16 sind Alkohole schwächer sauer als Wasser und reagieren somit in wässriger Lösung näherungsweise neutral. Die Acidität von Alkoholen nimmt in der Reihe von Methanol über primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole ab. Es ist möglich, Alkohole mit starken Basen wie z. B. Hydridanionen oder durch Reaktion mit Natrium unter Entwicklung von Wasserstoff zu deprotonieren. Die dabei entstehenden Alkoholate können dann als stark nucleophile Anionen für weitere Reaktionen eingesetzt werden.
Es ist auch möglich, Alkohole in gewissem Umfang mit starken Säuren zu protonieren: 700px|zentriert|Säure-Base Verhalten von Methanol
Spektroskopie Im IR-Spektrum von Alkoholen ist deutlich die breite Bande der O–H-Valenzschwingung im Bereich von 3200–3650 cm−1 zu erkennen. Die Breite des Peaks wird durch Wasserstoffbrückenbindungen mit Wassermolekülen verursacht und ist in Spektren von wasserfreien Alkoholen in einem engeren Bereich von 3620–3650 cm−1 zu finden.
Chemische Eigenschaften Reaktion mit konzentrierter Schwefelsäure Unterhalb von 140 °C bildet sich der Ester der Schwefelsäure.
Bei etwa 140 °C findet die Kondensationsreaktion zu einem Ether statt.