Ether – Einführung (Expertenwissen)

Ether – Einführung (Expertenwissen) Übung

• Gib den Ursprung des Wortes „Ether“ an.

  Tipps

  In der organischen Chemie stammen viele Begriffe aus der griechischen Sprache.

  Überlege, ob der Raum außerhalb der Atmosphäre leicht oder schwer ist.

  Entsteht der Regen allein aus Luft?

  Die Schreibweise der Wörter unserer Sprache unterliegen einer ständigen Veränderung.

  Lösung

  Für das Wort Ether schrieb man früher Äther. Es stammt aus der griechischen Sprache.

  Bis zu den Entdeckungen Einsteins glaubten die Philosophen und Wissenschaftler an einen Weltäther. Auf alle Fälle sollte der Ether sehr leicht und flüchtig sein. Daher rührt auch der Begriff für die chemische Verbindung Ether.

  In der Vierelementelehre ist der Äther die Quintessenz, das 5. Element.

• Beschreibe den medizinischen Ether.

  Tipps

  Wenn keine Verwechslungsgefahr besteht, wählt man den Grundbegriff. In der Praxis werden mitunter auch die beiden Alkyl-Gruppen benannt.

  Das Ether-Molekül ist dem Pentan aus dem Leichtbenzin sehr ähnlich.

  Bei der Arbeit mit organischen Verbindungen sollte man immer vorsichtig sein.

  Ether wirkt auf das Nervensystem.

  Im Gegensatz zum Benzin birgt Ether zusätzliche Gefahren.

  Lösung

  Diethylether, mit systematischem Namen Ethoxyethan, ist medizinischer Ether. Man nennt ihn meist einfach Ether. Das Molekül erinnert an das Molekül des Pentans. Daher ist er leicht entzündlich.

  Ether ist nicht übermäßig giftig. Er ist aber, auf Dauer eingeatmet, gesundheitsschädlich. Ether wirkt auf das Nervensystem, er ist ein Rauschmittel.

  Der Geruch ist nicht stechend, eben etherisch. Die Siedetemperatur von Ether fällt fast mit der des Pentans zusammen (35 °C). Da Ether Peroxide bildet, ist er als Vergaserkraftstoff ungeeignet. Man verwendet allerdings Ether als Starthilfe in Verbrennungsmotoren.

• Erläutere die Entstehung von Peroxiden.

  Tipps

  Schau dir genau an, wie viel Sauerstoff-Atome bei der Peroxid-Bildung im Molekül dazukommen.

  Stelle fest, an welcher Stelle im Molekül der Einschub des Sauerstoffs erfolgt.

  Du solltest erkennen, ob bei der Peroxid-Bildung der Anteil an Sauerstoff wächst und ob die molare Masse geringer wird.

  Lösung

  Man sieht, dass bei der Peroxid-Bildung im Molekül zwei Sauerstoff-Atome hinzukommen. Die hinzugekommenen Sauerstoff-Atome hängen zusammen. Das bedeutet, dass molekularer Sauerstoff ${O_2}$ aufgenommen wird. Beim aufmerksamen Betrachten der Skelettformel sieht man, dass sich molekularer Sauerstoff ${O_2}$ zwischen ein Kohlenstoff-Atom und ein Wasserstoff-Atom schiebt.

  Beim Vergleich mit Pentan sieht man, dass das etherische Sauerstoff-Atom ${-O-}$ die Peroxid-Bildung begünstigt.

  Bei der Peroxid-Bildung nimmt der Anteil an Sauerstoff im Molekül zu. Da Atome zum Ether-Molekül hinzukommen, wird die molare Masse größer.

• Erläutere die Bedeutung der Kronenether.

  Tipps

  Bei organischen Reaktionen gibt es häufig Probleme mit der Löslichkeit von Verbindungen.

  Der Kronenether komplexiert das Kalium-Ion.

  Durch die Komplexierung wird dem Kaliumcyanid im nichtwässrigen Medium zur Dissoziation verholfen.

  Aus dem Kaliumcyanid entsteht das Anion.

  Das entstandene Anion kann nun mit dem 1-Iodbutan reagieren.

  Lösung

  Viele organische Reaktionen werden in organischen Lösungsmitteln durchgeführt. Das sind zum Beispiel Benzol, Tetrahydrofuran oder 1,4-Dioxan (Dioxan). Diese Lösungsmittel haben gegenüber dem Wasser zwei Vorteile:

  1. Sie sind nicht oder mäßig polar und lösen viele organische Verbindungen.
  2. Sie erleiden keine Selbstdissoziation und wirken daher nicht störend oder sogar reaktionsverhindernd.

  Ein Problem jedoch kann auftreten; falls ein anorganisches Edukt an der Reaktion beteiligt ist, bleibt das Reaktionsgemisch heterogen. So kann es bei der Reaktion von 1-Iodbutan mit Kaliumcyanid geschehen:

  ${CH_3}{CH_2}{CH_2}{CH_2}{CH_2}I$ + $KCN$ ${\rightarrow}$ ${CH_3}{CH_2}{CH_2}{CH_2}{CH_2}CN$ + $KI$.

  KCN dissoziiert in einem organischen Lösungsmittel nicht und die beiden Edukte können auch nicht in einen intensiven Kontakt treten. Durch den Kronenether wird dieser Mangel behoben. Die Moleküle des Kronenethers sind exzellente Komplexbildner und sie können Kalium-Ionen in ihrem Zentrum lokalisieren. Durch die Komplexierung der Kalium-Ionen kommt es zur Dissoziation des Kaliumcyanids:

  $KCN$ ${\rightarrow}$ ${K^+}$ + ${CN^-}$.

  Es entsteht das Cyanid-Ion ${CN^-}$. Die nucleophile Substitution kann einsetzen.

• Entscheide, ob es sich bei den Verbindungen um einen Ether handelt.

  Tipps

  Es ist richtig, dass Ether die funktionelle Gruppe -O- enthalten. Das ist aber nicht die einzige Bedingung.

  Ihr habt gelernt, dass im Ether-Molekül ein Sauerstoff-Atom von zwei Alkyl-Gruppen eingeschlossen wird.

  Wenn am Sauerstoff-Atom kein Kohlenstoff-Atom (keine Alkyl-Gruppe) sitzt, handelt es sich bei der Verbindung um keinen Ether.

  Lösung

  Dimethylether und Diethylether sind beide Ether; die funktionelle Gruppe -O- wird jeweils von zwei Alkyl-Resten eingeschlossen. Bei ${CH_3}-O-{CH_3}$ und ${CH_3}{CH_2}-O-{CH_2}{CH_3}$ handelt es sich auch um Ether, denn es sind ja gerade Dimethylether und Diethylether. Natürlich sind Dialkylether Ether, denn es handelt sich um einen Oberbegriff für viele Ether.

  ${CH_3}-OCO-{CH_3}$ enthält die Estergruppe -OCO-. Die Verbindung ist kein Ether. Essigsäureethylester ist ein Ester, kein Ether. H-O-H: Habt ihr das Wasser-Molekül erkannt? Kein Ether! Bei Cl-O-H handelt es sich um eine Säure, also um keinen Ether. ${CH_3}-O-H$ ist ein einfacher Alkohol, kein Ether.

• Benenne und interpretiere die ungewöhnlich hohe Siedetemperatur von 101 °C des Dioxans.

  Tipps

  Die Siedetemperaturen von Ethern und Alkanen vergleichbarer molekularer Größe unterscheiden sich wenig.

  Erinnere dich an die Art der zwischenmolekularen Wechselwirkungen bei Alkanen und beurteile sie hinsichtlich ihrer Stärke.

  Beachte den Zusammenhang zwischen der Stärke von intermolekuren Wechselwirkungen und der Siedetemperatur einer Verbindung.

  Denke an die Bedingungen für das Auftreten von Dipolen.

  Welche räumliche Struktur müsste beim Molekül des Dioxans vorliegen, um die Entstehung eines Dipols zu ermöglichen?

  Lösung

  Ihr wisst bereits, dass Ether relativ niedrig sieden. Diethylether und Pentan sieden beide bei etwa 35 °C. Betrachtet man ein anderes Paar von Verbindungen, so sind die Siedetemperaturen ebenfalls ähnlich; 64 °C für Ethylpropylether gegenüber 69 °C für n-Hexan. Hier siedet der Ether sogar noch niedriger als das Alkan.

  Von den Alkanen wissen wir, dass zwischen den Molekülen die sehr schwachen van-der-Waals-Kräfte (vdW) wirken. Das bedeutet dann aber, dass zwischen den Molekülen des Ethylpropylethers eine ähnliche Wechselwirkung vorliegt und keine Dipol-Dipol-Kräfte (DDK) wirken.

  Dioxan ist von der molekularen Größe vergleichbar sowohl mit n-Hexan, als auch mit Ethylpropylether. Seine Siedetemperatur ist aber um etwa 30 °C höher als die Siedetemperatur des n-Hexans. Mit den intermolekularen Wechselwirkungen ist das nicht erklärbar, da in der formelmäßigen Darstellung die Struktur des Dioxan-Moleküls symmetrisch ist. Daraus ist dann ein Dipolmoment nicht ableitbar.

  Das Problem wird gelöst, wenn man die tatsächliche räumliche Struktur betrachtet. Es stellt sich heraus, dass das Dioxan-Molekül eine Sesselstruktur, ähnlich der Pyranose, aufweist. Daraus ergibt sich ein Dipol. Die DDW schließlich führen zu einer Erhöhung der Siedetemperatur.