- Aldehyde und Ketone
- Nachweisreaktionen der Aldeyhde
- Fehlingprobe
- Silberspiegelprobe/Tollensprobe
- Eigenschaften
- Eigenschaften der Aldehyde
- Eigenschaften der Ketone
- Benennung von Aldehyden und Ketonen
- Reaktionen der Aldehyden und Ketonen
- Einführung
- Reaktionsmechanismus der nukleophilen Addition
- 1. Schritt
- 2. Schritt
- 3. Schritt
- Produkt der nukleophilen Addition
- Besondere Carbonylverbindungen
Aldehyde und Ketone
Ein Aldehyd ist ein Alkanal und ein Keton ein Alkanon. Beide sind Oxidationsprodukte von Alkanolen. Sie enthalten als funktionelle Gruppe mindestens die Carbonylgruppe (s. Alkanon). Hergestellt werden Aldehyde durch Oxidation primärer Alkanole und Alkanone durch Oxidation sekundärer Alkohole.
Ketone können nur unter Zerstörung des Moleküls oxidiert werden, d.h. bei der Oxidation eines sekundären Alkanols ist das Alkanon das Endprodukt, während bei der Oxidation eines primären Alkohols ein Alkanal und daraus eine Alkansäure oder direkt eine Carbonsäure entsteht.
Nachweisreaktionen der Aldeyhde
Aldehyde können durch die Fehlingprobe, die Silberspiegelprobe (Tollensprobe) oder die Schiff′sche Probe nachgewiesen werden.
Fehlingprobe
Bei der Fehlingprobe wird die nachzuweisende Substanz in eine tiefblaue Kupfer(II)-Verbindung gegeben. Wenn ein Aldehyd vorliegt, färbt sich die Verbindung rotbraun: Kupfer(I)-oxid entsteht. Der Aldehyd ist zu einer Alkansäure oxidiert.
Silberspiegelprobe/Tollensprobe
Eine unbekannte Substanz wird in eine ammoniakalische Silbernitratlösung, dem Nachweisreagenz, gegeben. Dies wird erwärmt. Falls ein Aldehyd vorliegt, bildet sich an der Wand des Reaktionsgefäßes ein Silberspiegel. Daher der Name Silberspiegelprobe.
Eigenschaften
Eigenschaften der Aldehyde
- homologe Reihe: Methanal, Ethanal, Propanal etc.
- höhere Siedetemperaturen als Alkane, aber niedrigere als Alkohole, da keine Wasserstoffbrücken gebildet werden können
- bis Propanal wasserlöslich, weil der Alkylrest die Eigenschaften des Moleküls nicht wesentlich bestimmt
- ab Butanal kaum hydrophil, da der Alkylrest die Eigenschaften gegenüber dem Aldehydrest stärker bestimmt
Eigenschaften der Ketone
- homologe Reihe: Propanon, Butanon etc.
- höhere Siedetemperaturen als Alkanale, aber niedrigere als Alkohole, da die Polarität einer mittelständigen Carbonylgruppe größer ist und das Molekül kompakter gebaut ist
Benennung von Aldehyden und Ketonen
Bei den Aldehyden wird an das entsprechende Alkan ein „-al“ und bei den Ketonen ein „-on“ angehängt. Die weiteren Regeln bleiben bestehen, wobei die Aldehydgruppe die niedrigste Zahl erhält.
Bei der Bezeichnung eines Moleküls wird es in folgender Reihenfolge benannt: Alkanal, Keton, Alkohol, Alkin, Alken, Alkan. Dabei ist aber auch zu beachten, dass die Endung „-ol“ nicht mit „-al“ oder „-on“ verwendet wird, sondern stattdessen die Vorsilbe „Hydroxy-“ genutzt wird.
Einige Aldehyde und Ketone besitzen auch Trivialnamen. So wird Methanal auch als Formaldehyd und Ethanal als Acetaldehyd bezeichnet. Propanon kann Aceton genannt werden.
Reaktionen der Aldehyden und Ketonen
Einführung
Bei der Carbonylgruppe handelt es sich wie bei der Hydroxygruppe um eine polare Gruppe, da der Sauerstoff wegen seiner höheren Elektronegativität die bindenden Elektronen stärker anzieht. Dadurch wird das Kohlenstoffatom positiv polarisiert. An diesem kann sich ein nukleophiles Teilchen anlagern, weshalb die Reaktion als „nukleophile Addition“ bezeichnet wird. Nukleophile sind Elektronendonatoren, die mindestens ein freies Elektronenpaar besitzen und häufig polarisiert oder negativ geladen sind.
Reaktionsmechanismus der nukleophilen Addition
Der Reaktionsmechanismus der nukleophilen Addition ist eine Donator-Akzeptor-Reaktion, bei der das Nukleophil der Elektronendonator und die Carbonylgruppe der Elektronenakzeptor ist. Die Reaktion verläuft zudem säurekatalysiert.
1. Schritt
Zunächst wird das Sauerstoffatom wird protonisiert; dadurch wird das Kohlenstoffatom positiv geladen. Es bildet sich ein „Carbokation“.
2. Schritt
Als nächstes lagert sich an das positiv geladene Kohlenstoffatom das Nukleophil an. Dies kann zum Beispiel ein Propanolmolekül sein.
3. Schritt
Zum Schluss wird ein Proton abgespalten. Die Reaktion ist deshalb säurekatalysiert.
Produkt der nukleophilen Addition
Das Produkt einer nukleophilen Addition ist, wenn
- sich ein Alkoholmolekül an die Aldehydgruppe eines Alkanals anlagert, ein Halbacetal;
- sich ein Alkoholmolekül an die Ketogruppe eines Ketons addiert, ein Halbketal
Bei einer weiteren Anlagerung eines Alkoholmoleküls an die Hydroxygruppe eines Halbketals/-acetals entsteht ein Vollketal/-acetal.
Besondere Carbonylverbindungen
- Cyclohexanon ist ein Ausgangsstoff für Kunststoffe, wie Perlon, einem Polyamid
- Propenal entsteht beim Braten von Fleischwaren, wenn das Fett zu stark erhitzt wird. Es wird Acrolein genannt und ist hochgiftig und krebserregend
- Aldehyde und Ketone sind häufig Aromastoffe, zum Beispiel ist Vanillin ein Aldehyd, das Zimtaroma kommt vom Zimtaldehyd und der Geruch der Himbeere stammt vom Himbeerketon