10.2: Alkollerin ve Fenollerin Fiziksel Özellikleri

Alkoller, doymuş bir karbona bir hidroksi grubunun bağlandığı organik bileşiklerdir. Fenoller, aromatik bir halkaya bağlı bir hidroksi grubu içeren bir alkol sınıfıdır. Alkollerin ve fenollerin fiziksel özellikleri, hidroksi fonksiyonel gruptaki oksijen-hidrojen dipolü nedeniyle oluşan hidrojen bağlarından ve alkol ile fenol moleküllerinin alkil veya aril bölgeleri arasındaki dispersiyon kuvvetlerinden etkilenir.

Alkoller, moleküller arası hidrojen bağlarından dolayı benzer moleküler ağırlığa sahip alifatik hidrokarbonlardan daha yüksek bir kaynama noktasına sahiptir. Hidrokarbonlarda olduğu gibi, karbon zinciri uzunluğunun artması ile kaynama noktasının yükselmesinin nedeni dağılım kuvvetleridir.

Hidroksi grubu ile su arasındaki hidrojen bağı, alkollerin suda çözünürlüğünü kolaylaştırır. Ancak suda çözünürlük aynı zamanda molekülün alkil veya polar olmayan bölgesinin uzunluğuna da bağlıdır. Üç karbon atomuna kadar alkil bölgesine sahip alkoller suyla karışabilir. Zincir uzunluğu arttıkça polar olmayan bölgenin artan yüzey alanı su molekülleri tarafından çözülmeyi engeller.

Dallanmış alkollerin çözünürlüğü, benzer molekül ağırlığına sahip doğrusal alkollerden daha yüksektir. Dallanma, kutupsal olmayan bölgeler arasındaki moleküller arası etkileşimlerin yüzey alanını azaltır; dolayısıyla hidrofobik polar olmayan bölge daha küçüktür. Moleküller arası etkileşimlerin daha zayıf olması nedeniyle dallanmış alkollerin kaynama noktaları, karşılık gelen doğrusal alkollerden daha düşüktür.

Bir molekülde hidrojen bağı için birden fazla bölge kaynama noktasını artırır; bu nedenle dioller ve amino alkoller, alkollere göre daha yüksek kaynama noktalarına ve daha iyi suda çözünürlüğe sahiptir.

Doğrusal alkollerle karşılaştırıldığında siklik alkoller, sterik kısıtlamalar nedeniyle yalnızca sınırlı sayıda konformasyonda mevcut olabilir. Siklik alkolün sıvı fazda sıkı paketlenmesinden kaynaklanan artan moleküller arası etkileşimler, doğrusal alkolle karşılaştırıldığında daha yüksek bir kaynama noktasına neden olur.

Moleküller arası hidrojen bağları, fenollerin yüksek kaynama noktasının ve sudaki çözünürlüğünün tanımlanmasında da rol oynar. Fenolün kaynama noktası, büyük, düzlemsel aromatik halkalar arasındaki π-π istifleme etkileşimleri ile kolaylaştırılan, fenol moleküllerinin yakın paketlenmesi nedeniyle karşılık gelen alifatik alkolün kaynama noktasından daha yüksektir. Sıkı paketlenmiş aromatik halkalar, sıvı fazda polar olmayan bölgenin yüzey alanını arttırır ve fenolün (100 g H_2O'da 9,3 g) çözünürlüğünü sınırlar. Bununla birlikte, bu çözünürlük, bitişik elektron çeken aromatik halkalar tarafından indüklenen oksijen-hidrojen bağı dipolünün artan polaritesinden dolayı benzer molekül ağırlığına sahip alkollerinkinden daha yüksektir.

Yapı	İsim	Molekül ağırlığı (g/mol)	Kaynama noktası (oC)	çözünürlük (g/100 g H_2O)
	1-Butanol	74	118	9.1
	İzobütanol	74	108	10
	tert-Butanol	74	83	miscible (∞)
	Pentane	72	36	insoluble
	Propane-1,2-diol	76	188	miscible (∞)
	1-Hekzanol	102	156	0.6
	Sikloheksanol	100	162	3.6
	Fenol	94	182	9.3
	Toluen	92	110	insoluble

Alkoller antibakteriyel özelliklerinden dolayı antiseptik olarak yaygın şekilde kullanılmaktadır. İzopropanol veya etanol, el dezenfektanının ana bileşenidir. İdeal bir antibakteriyel ajanın, mikroorganizmaların hücre zarlarına nüfuz edip onları yok edebilecek önemli bir polar olmayan bölgeye veya alkil bölgesine sahip olması gerekir. Aynı zamanda taşıma ortamı olan su içinde de yüksek çözünürlüğe sahip olmalıdır. Daha küçük alkollerde bu iki durum arasındaki optimal denge sağlanır.

Alkollerde ve fenollerde, oksijenin karbon ve hidrojene göre yüksek elektronegatifliği, oksijen üzerinde kısmi negatif yüke ve hidrojen ve karbon üzerinde kısmi pozitif yüklere yol açar.

Bitişik alkol veya fenol moleküllerindeki oksijen-hidrojen bağı dipollerinin zıt kısmi yükleri, hidrojen-bağ etkileşimlerinde birbirini çeker. Sulu bir çözeltide, alkoller ve fenoller, su molekülleri ile suda çözünürlüklerini artıran büyük hidrojen bağları ağları oluşturur.

Fenol veya alkol moleküllerinin polar olmayan bölgeleri, hidrokarbonlar arasında gözlenen etkileşimler gibi dispersiyon kuvvetleri tarafından çekilir.

Dispersiyon kuvvetlerine ek olarak hidrojen bağını bozmak için gereken ek enerji, benzer moleküler ağırlıktaki hidrokarbonlara kıyasla alkollerin ve fenollerin kaynama noktalarında bir artışa neden olur.

Alkollerin kaynama noktaları, dispersiyon kuvvetleri yoluyla etkileşimler için daha büyük yüzey alanı nedeniyle alkil bölgesinin boyutu ile artar.

Bununla birlikte, su ile çözünmenin elverişsiz olduğu polar olmayan bölgenin artan yüzey alanı, alkollerin suda daha düşük çözünürlüğü ile sonuçlanır.

Zincirde dallanma olan bir alkol, doğrusal eşdeğerinden daha fazla suda çözünürdür, çünkü dallanma polar olmayan bölgenin temas yüzeyini azaltır. Bununla birlikte, dallanmış alkoller, doğrusal analoglarından daha düşük kaynama noktalarına sahiptir, bu da daha zayıf dispersiyon kuvvetleri ile tutarlıdır.

Diollerdeki ikinci hidroksil grubu gibi ek hidrojen bağ bölgeleri, alkollerin kaynama noktasını ve suda çözünürlüğünü arttırır.

Siklik alkoller, doğrusal analoglarından daha yüksek kaynama noktaları sergiler, bu da sıvı fazda daha yoğun paketleme eğilimi ile ilişkilidir.

Fenollerin kaynama noktaları, düzlemsel aromatik halkalar arasındaki π-π istifleme etkileşimleri nedeniyle daha da yüksektir. Nispeten büyük aromatik halka, sudaki çözünürlüklerini sınırlar, ancak fenoller, karşılık gelen alkollerden daha iyi çözünürlük sergiler.

Fenollerde, hidrojen bağı, elektron çeken bir aromatik halkaya bağlı bir oksijen-hidrojen bağı dipolünün daha yüksek polaritesi ile güçlendirilir.