Inhaltliche Schwerpunkte
Auf dieser Seite werden folgende inhaltliche Schwerpunkte* berücksichtigt:
- funktionelle Gruppen verschiedener Stoffklassen und ihre Nachweise:
Hydroxy-Gruppe, Carbonyl-Gruppe,Carboxy-Gruppe und Ester-Gruppe - Oxidationsreihe der Alkanole:
Oxidationszahlen
*nach dem Kernlehrplan des Landes NRW 2022
Aldehyde sind Oxidationsprodukte primärer Alkohole
Wie wir bereits bei der Besprechung der Alkohole gesehen haben, entstehen Aldehyde, wenn man einen primären Alkohol mit Kaliumpermanganat, Kupferoxid oder einem andern Oxidationsmittel oxidiert.
Betrachten wir zunächst die Oxidation eines solchen Alkohols genauer. Dazu werden im Schulunterricht in der Regel zwei typische Versuche durchgeführt.
Hier wird der klassische Versuch der Oxidation eines primären, eines sekundären und eines tertiären Alkohols mit dem Oxidationsmittel Kaliumpermanganat gezeigt.
Hier wird ein zweiter klassischer Versuch der Alkohol-Oxidation mit dem Oxidationsmittel Kupferoxid gezeigt.
Deutung der beiden Versuche:
Der primäre Alkohol Butan-1-ol wird durch bei der Oxidation in Butanal überfürt, ein Aldehyd bzw. Alkanal.
Auch der sekundäre Alkohol Butan-2-ol wird durch die Oxidationsmittel oxidiert, hierbei entsteht Butanon, ein Keton bzw. Alkanon.
Der tertiäre Alkohol 2-Methyl-propan-2-ol reagiert nicht mit dem Oxidationsmittel, er kann nicht oxidiert werden. Warum das so ist, wird weiter unten erklärt.
Oxidation primärer Alkohole
Die Reaktionen bei der Oxidationen eines primären Alkohols mit dem Oxidationsmittel Kupferoxid wollen wir uns einmal näher anschauen:
Oxidation eines primären Alkohols mit Kupferoxid CuO
Autor: Ulrich Helmich 1/2025, Lizenz: Public domain.
Hier sehen wir die Oxidation von Propan-1-ol mit Kupferoxid zu Propanal, einem Aldehyd R-CHO.
Der Alkohol gibt zwei H-Atome ab, und diese werden von den Oxid-Ionen des Kupferoxids aufgenommen, wobei Wasser entsteht. Schaut man sich die entsprechende Reaktionsgleichung näher an...
$O^{2-} + 2 \ H^{+} \to H_2O$
dann stellt man fest, dass nicht zwei H-Atome abgegeben werden, sondern zwei Protonen H+.
Wenn ein H-Atom aber als H+ abgegeben wird, dann bleibt ein Elektron e- übrig. Da der Alkohol zwei H-Atome abgibt (rot gekennzeichnet), werden auch zwei Elektronen freigesetzt.
Diese beiden Elektronen reagieren dann mit den Kupfer-Kationen aus dem Kupferoxid:
$Cu^{2+} + 2 \ e^{-} \to Cu$
All diese kleinen Details sind in der einfachen Reaktionsgleichung in Abbildung 1 leider nicht zu sehen.
Aufgabe 1
Die Oxidation eines primären Alkohols zu einem Aldehyd ist mit der Reduktion von Kupfer-Kationen verbunden.
Stellen Sie diese Reaktion in Form von zwei Redoxgleichungen (Oxidation und Reduktion) dar und formulieren Sie die Gesamtreaktion (Redoxreaktion), die hierbei abläuft.
Oxidation sekundärer Alkohole
Sekundäre Alkanole werden ebenfalls durch die Kupfer-Ionen oxidiert, wobei die Kupfer-Ionen zwei Elektronen aufnehmen und zu metallischen Kupfer-Atomen werden. Allerdings entsteht hier kein Aldehyd, sondern ein Keton R-CO-R'.
Oxidation eines sekundären Alkohols mit Kupferoxid CuO
Autor: Ulrich Helmich 1/2025, Lizenz: Public domain.
Diese beiden neuen Stoffklassen - Aldehyde und Ketone - wollen wir jetzt noch etwas näher kennenlernen.
Oxidation tertiärer Alkohole
Warum lassen sich tertiäre Alkohole nicht zu einer neuen organischen Verbindung oxidieren?
Verbrennung eines tertiären Alkohols mit Sauerstoff
Autor: Ulrich Helmich 1/2025, Lizenz: Public domain.
Das tertiäre C-Atom, an dem die OH-Gruppe sitzt, verfügt über kein zweites H-Atom, das während der Oxidation abgegeben werden kann.
Was man natürlich möglich ist, ist eine "gewaltsame" Verbrennung des tertiären Alkohols zu Kohlendioxid und Wasser, so wie sie unten in der Abbildung dargestellt ist. Auch das ist zweifelsfrei eine Oxidation, führt aber nicht zu einer neuen organischen Verbindung.
Aldehyde
Wenn man primäre Alkohole oxidiert, erhält man Aldehyde (Alkohol - dehydriert). Handelt es sich bei dem primären Alkohol um ein Alkanol, also den Abkömmling eines Alkans, so wird der gebildete Aldehyd auch als Alkanal bezeichnet.
Aldehyde = organische Verbindungen mit einer Aldehyd-Gruppe -CH=O.
Alkanale = Aldehyde, die sich von einem Alkan ableiten lassen.
Allgemeine Struktur eines Alkanals: R-CHO. Dabei ist R ein Alkyl-Rest oder im Falle von Methanal ein H-Atom.
Ketone
Wenn man sekundäre Alkohole oxidiert, erhält man Ketone, die mit den Aldehyden verwandt sind, aber etwas andere physikalische und chemische Eigenschaften haben. Handelt es sich bei dem sekundären Alkohol um ein Alkanol, so wird das gebildete Keton auch als Alkanon bezeichnet.
Ketone = organische Verbindungen mit einer Ketogruppe -C=O.
Alkanone = Ketone, die sich von einem Alkan ableiten lassen.
Allgemeine Struktur eines Ketons: R-CO-R'.
Dabei sind R und R' zwei gleiche oder unterschiedliche Alkyl-Reste.
Aufgabe 2
Zeichnen und benennen Sie die Reaktionsprodukte, die bei der Oxidation von Propan-2-ol, Ethanol, 3-Methyl-pentan-2-ol und Cyclohexanol entstehen.
Hier ein Lösungsvorschlag.
Oxidationsprodukte von Alkoholen
Das Oxidationsprodukt eines primären Alkohols ist ein Aldehyd, oxidiert man einen sekundären Alkohol, erhält man ein Keton. Das Kohlenstoffgerüst bleibt dabei erhalten. Tertiäre Alkohole können nicht oxidiert werden, ohne das Kohlenstoffgerüst zu zerstören.