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Oxidation der Alkohole

Oxidationsbegriff

Um die Oxidation der Alkohole verstehen zu können, muss zunächst der Oxidationsbegriff selbst klar sein. Weil dies ein allgemeines Thema ist, das in der Chemie immer wieder vorkommt, habe ich eine eigene Seite zur Oxidation für meine Lexikon-Abteilung geschrieben.

Bei der Oxidation eines Alkohols gibt die OH-Gruppe ein H-Atom an einen entsprechenden Akzeptor ab, und das C-Atom, welches die OH-Gruppe trägt, steuert ein weiteres H-Atom bei. Formal könnte man also auch von einer Eliminierung eines Wasserstoff-Moleküls sprechen, einer so genannten Dehydrierung.

Oxidation eines Alkohols durch Entzug von Wasserstoff

Natürlich verschwindet der Wasserstoff nicht einfach "so" aus dem Alkohol, sondern man muss nachhelfen. Man muss dem Alkohol ein Oxidationsmittel zur Verfügung stellen. Einen Stoff also, der sich sehr gern mit Wasserstoff verbindet und so in der Lage ist, dem Alkonol seinen Wasserstoff zu "entreißen". Welches Oxidationsmittel anzuwenden ist, hängt wiederum davon ab, wie schwer es ist, die beiden H-Atome aus dem Alkohol-Molekül zu entfernen. Manchmal reichen leichte Oxidationsmittel, manchmal muss man zu stärkeren Oxidationsmitteln greifen.

Oxidationsmittel für Alkohole

Natrium- oder Kaliumdichromat Na2Cr2O7 bzw. K2Cr2O7.

Mangandioxid (Braunstein) MnO2.

Mit diesen schwachen bis mittelstarken Oxidationsmitteln kann Ethanol beispielsweise zu Acetaldehyd oxidiert werden. Wenn kräftigere Oxidationsmittel wie zum Beispiel Kaliumpermanganat KMnO4 eingesetzt werden, kann eine Weiteroxidation zur Essigsäure nur schwer verhindert werden.

Sekundäre Alkohole können leichter oxidiert werden als primäre, hier reichen schon schwache Oxidationsmittel oder sogar der Luftsauerstoff aus. Übrigens kann Ethanol, also ein primärer Alkohol, auch durch Luftsauerstoff oxidiert werden, auf diese Weise entsteht beispielsweise Essig aus Wein. Allerdings helfen dabei die Enzyme der Essigsäurebakterien kräftig mit.

Die Oxidationszahl

Nun kommt ein typisches Oberstufen-Thema, die Oxidationszahl der Alkohole bzw. der Aldehyde und Ketone. Lesen Sie sich bitte zunächst meine Ausführungen über die Oxidationszahl durch, die ich auf eine eigene Seite ausgelagert habe, weil das Thema auch für andere Gebiete der Chemie von Wichtigkeit ist.

Reduktion (links) und Oxidation (rechts) eines primären Alkohols (Ethanol) zu Ethan bzw. Ethanal

Die Abbildung oben zeigt nun das Ethanol-Molekül in der Mitte, das Ethan-Molekül links und das Ethanal-Molekül rechts. Die Reaktionspfeile deuten an, dass sowohl Ethan wie auch Ethanal aus Ethanol hergestellt werden können. Allerdings interessiert uns hier im Augenblick nur die Reaktion des Ethanols zum Aldehyd Ethanal.

Wenn Sie die Sache mit den Oxidationszahlen richtig verstanden haben, werden Sie feststellen, dass der Alkohol um zwei Stufen oxidiert wurde. Die Oxidationszahl des rechten C-Atoms beim Ethanol ist -I, während sie beim Ethanal +I ist (Oxidationszahlen werden immer als römische Zahlen geschrieben). Ethanol wurde also um zwei Stufen oxidiert, hat also zwei Elektronen abgegeben.

Das Oxidationsmittel, das man zur Oxidation einsetzt, muss also in der Lage sein, die beiden Elektronen aufzunehmen. Gut geeignet sind zum Beispiel zweiwertige Kupfer-Ionen Cu2+, die durch Aufnahme von zwei Elektronen zu elementarem Kupfer werden. In der Praxis verfährt man so, dass man ein Kupferblech oder ein Kupferdrahtnetz im Bunsenbrenner stark erhitzt, so dass sich eine Oxidschicht aus CuO bildet. Dieses Kupferoxid enthält Cu2+-Ionen. Nun taucht man das noch heiße Kupferblech mit der CuO-Schicht in den Alkohol ein, so dass es richtig zischt. Das Kupfer wird sofort wieder rotglänzend blank, weil ja die Cu2+-Ionen des schwarzen CuO zu elementarem Kupfer reduziert worden sind, und in der Luft riecht es plötzlich sehr stechend und scharf, weil ein Aldehyd als Oxidationsprodukt des Alkohols entstanden ist.

Oxidation primärer, sekundärer und tertiärer Alkohole

Oxidation eines primären und eines sekundären Alkohols

Aus primären Alkoholen werden Aldehyde, aus sekundären Alkoholen Ketone. Das Kohlenstoffgerüst bleibt bei diesen Oxidationen erhalten. Tertiäre Alkohole können zwar auch oxidiert werden, aber dabei wird das Kohlenstoffgerüst zerstört. Meistens entstehen dabei Wasser und Kohlendioxid als Oxidationsprodukte oder kleinere organische Moleküle.