Aldehyde und Ketone – Herstellung und Eigenschaften

Guten Tag und Herzlich Willkommen! In diesem Video geht es um die Herstellung und Eigenschaften von Aldehyden und Ketonen. Um dieses Video zu verstehen, solltet ihr wissen, was Aldehyde und Ketone sind. Die Videos dazu gibt es bereits.

Der Film ist folgendermaßen strukturiert: 1. Oxidation von Alkoholen 2. Nachweisreaktionen 3. Komplexe mit Wasser 4. Vergleiche der Siedepunkte 5. Zusammenfassung   1. Oxidation von Alkoholen Betrachten wir die Oxidation eines primären Alkohols. Ein Alkohol kann durch eine Oxidationsreaktion 2 Wasserstoffatome verlieren und sich in eine neue Verbindung umwandeln. Aus dem Alkohol entsteht ein Aldehyd. Diese Reaktion läuft bei milder Oxidation ab. Daher übrigens stammt die Bezeichnung für Aldehyd: alcoholusdehydrogenatus. Der Aldehyd kann weiter oxidiert werden. Dabei entsteht eine Carboxylgruppe. Es bildet sich eine Carbonsäure. Diese Reaktion läuft ab, wenn etwas kräftiger oxidiert wird. Betrachten wir nun die Oxidation eines sekundären Alkohols. Das Molekül eines sekundären Alkohols ist in der Lage 2 Wasserstoffatome abzugeben. Das ist gleichbedeutend mit einer Oxidation. Dabei entsteht eine Carbonylgruppe. Aus dem Alkohol entsteht ein Keton. Kommen wir nun zu den tertiären Alkoholen. Aus tertiären Alkoholen kann man weder Aldehyde noch Ketone herstellen. Es findet keine Reaktion unter den Bedingungen einer milden Oxidation statt. Versucht man allerdings kräftiger zu oxidieren, so wird das Alkoholmolekül zerstört. Es bilden sich CO2 und H2O, Kohlenstoffdioxid und Wasser.   2. Nachweisreaktionen Die Carbonylgruppe kann man (a) mit Tollens-Reagenz nachweisen. Man verwendet dafür ammoniakalische Silbernitratlösung. Beim Erwärmen des Reaktionsgemisches bildet sich der wohlbekannte Silberspiegel. Die Reaktion ist typisch für Aldehyde. Ketone reagieren so nicht. Eine zweite Möglichkeit des Nachweises der Carbonylgruppe ist (b) die Fehling-Lösung. Die Fehling-Lösung besteht aus 2 Komponenten aus Kupfersulfat und Kaliumnatriumtartrat. Die wirksame Komponente ist das Kupfertartration. Man benötigt Kaliumnatriumtartrat für diese Reaktion, damit die anwesenden Hydroxidionen die Kupferione nicht ausfällen. Beim Fehling-Nachweis bildet sich ein rotbrauner Niederschlag von Kupfer-I-oxid. Auch die Fehling-Probe ist eine typische Nachweisreaktion für Aldehyde. Ketone reagieren so nicht. Wer detailliertere Informationen über die Tollens- und Fehling-Nachweise von Aldehyden erhalten möchte, sei auf das entsprechende Video auf der Plattform verwiesen.   3. Komplexe mit Wasser Betrachten wir zunächst Aceton. Es ist offensichtlich, dass die Acetonmoleküle untereinander keine Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden können. Anders verhält es sich mit Teilchen von Wasser. Diese bilden sehr wohl Wasserstoffbrückenbindungen untereinander aus. Schauen wir uns nun einmal die Reaktion der Protonierung an. Bei der Anlagerung eines Protons an ein Wasserteilchen werden 689 kJ/mol Energie frei. Bei der Anlagerung des Protons an die Carbonylgruppe des Acetons jedoch, wird noch eine größere Summe an Energie frei, nämlich 823 kJ/mol. Daraus lässt sich folgern, dass auch zwischen Wasserteilchen und Acetonmolekülen Wasserstoffbrückenbindungen auftreten sollten. Und es verhält sich auch wirklich so. Eine der Folgen dieser Wasserstoffbrückenbindungen ist die unbegrenzte Mischbarkeit des Acetons mit Wasser.   4. Vergleiche der Siedepunkte Wir wollen hier die Siedepunkte von Aldehyden und Ketonen mit den Siedepunkten von Kohlenwasserstoffen und Alkoholen vergleichen. Propan, eines der einfachsten Alkane bestehend aus 3 Kohlenstoffatomen, siedet bei -44°C. Vergleichen wir dazu Propanal das dritt kleinste Aldehyd. Die Siedetemperatur des Propanals beträgt 49°C. Schon hier sieht man die herausragende Rolle der funktionellen Gruppe. Noch höher ist die Siedetemperatur des n-Propanols. Sie steigt noch einmal um fast 50°C auf 97°C. Aceton hat wieder eine etwas niedrigere Siedetemperatur. Sie ist vergleichbar mit der des Propanals. Aceton siedet bei 56°C. Und zum Abschluss noch zum Vergleich Isopropanol. Isopropanol siedet im Vergleich zum n-Propanol etwas niedriger, nämlich bei 82°C. Aus dieser Reihe kann man einige wichtige Schlussfolgerungen ableiten. Alkane sieden am niedrigsten und Alkohole am höchsten. Dazwischen liegen die Aldehyde und Ketone. Offensichtlich sind unverzweigte Verbindungen höher siedend als verzweigte. Die Abfolge der Siedepunkte kann man sehr schön anhand der Überlegungen der Wasserstoffbrückenbindungen oder polarer Wechselwirkungen zwischen den Molekülen erklären. Im Falle der Alkane des Propans gibt es weder das Eine noch das Andere. Die Siedetemperatur ist sehr gering. Die Propanalmoleküle bilden keine Wasserstoffbrückenbindungen aus. Dafür gibt es aber zwischen den Molekülen polare Wechselwirkungen. Im Ergebnis ist die Siedetemperatur bedeutend höher als die Siedetemperatur des Propans. Propanol bildet Wasserstoffbrückenbindungen aus. Daher siedet es noch höher. Bei Aceton gibt es wieder nur polare Wechselwirkungen. Und beim Isopropanol haben wir Wasserstoffbrückenbindungen.   5. Zusammenfassung Aus primären Alkoholen erhält man, je nach der Tiefe der Oxidation, Aldehyde oder Carbonsäuren. Die Oxidation sekundärer Alkohole ergibt Ketone. Die Oxidation tertiärer Alkohole liefert keine neue Verbindungsklasse. Verschärft man allerdings die Bedingungen, so wird das gesamte Alkoholmolekül zerstört. Es bilden sich Kohlenstoffdioxid und Wasser. Die Carbonylgruppe kann man mit Tollens-Reagenz oder mit Fehlingscher Lösung nachweisen, das heißt mit ammoniakalischer Silbernitratlösung, in dem Fall bildet sich ein Silberspiegel. Oder mit dem Kupfertartration, in diesem Fall bildet sich ein rotbrauner Niederschlag von Kupfer-I-oxid. Sowohl der Tollens-Nachweis als auch die Fehling-Probe sind selektive Reagenzien auf Aldehyde. Ketone können damit nicht nachgewiesen werden. Acetonmoleküle können untereinander keine Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden. Anders verhält es sich, wenn Aceton mit Wasser vermischt wird. Dann kommt es zu recht stabilen Wasserstoffbrückenbindungen, zu Komplexen aus Wassermolekülen und Acetonmolekülen. Bei den Siedepunkten kann man eine gesetzmäßige Abfolge feststellen. Aldehyde und Ketone sieden höher als Alkane. Noch höher siedend sind entsprechende Alkohole. Die Abfolge der Siedepunkte kann man durch zwischenmolekulare Wechselwirkungen erklären, durch einfache polare Wechselwirkungen und durch Wasserstoffbrückenbindungen. Offensichtlich sind unverzweigte Verbindungen höher siedend als verzweigte.   Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute! Auf Wiedersehen!