Aldehyde und Ketone
Wichtige Vertreter
Ethanal entsteht u.a. im Körper beim Abbau von Ethanol. Das Keton Propanon war früher ein Hauptbestandteil von Nagellackentferner.
| Name | Strukturformel |
|---|---|
| Methanal (Formaldehyd) |  |
| Ethanal (Acetaldehyd) |  |
| Benzaldehyd (Phenylmethanal, künstliches Bittermandelöl) |  |
| Propanon (Aceton) |  |
Struktur und Eigenschaften
Aldehyd steht für alcoholus dehydrogenatus und bedeutet dehydrierter Alkohol.
Alle Aldehyde besitzen die Aldehydgruppe, die mit als Halbstrukturformel mit -CHO geschrieben wird.
Die Aldehyde bilden keine Wasserstoffbrücken, sondern nur die wesentlich schwächeren Dipol-Dipol-Wechselwirkungen. Daher liegen die Schmelz- und Siedepunkte zwischen den der Alkane und denen der Alkohole. Ethan hat einen Siedepunkt von -89°C, Ethanal von 20°C und Ethanol von 78°C.
Vergleich der Siedepunkte der n-Alkane, der Alkohole und der Aldehyde.
Das Kohlenstoffatom und das Sauerstoffatom der Carbonylgruppe weisen Partialladungen auf, da Kohlenstoff eine Elektronegativität vom 2,5 und Sauerstoff die von 3,5 aufweist.
Herstellung von Aldehyden
Aldehyde lassen sich durch die partielle Oxidation von primären Alkoholen herstellen. Als Oxidationsmittel können hierbei u.a. Kupfer(II)-oxid (\ce{CuO}) sowie schwefelsaure Permanganationen (\ce{MnO4-}) oder Dichromatlösungen (\ce{Cr2O7^{2-}}) dienen.
Oxidation von Alkoholen mit Kupfer(II)-oxid
Bei der Oxidation mit Kupfer(II)-oxid wird dieses zu metallischem Kupfer reduziert und der Alkohol wird zum Aldehyd oxidiert:
\begin{align*}
\text{Ox: } & \ce{CH3-\overset{-I}{C}H2OH ->CH3-\overset{+I}{C}HO + 2 e- + 2 H+ } \quad \big \vert \cdot 1 \\
\text{Red: } & \ce{\overset{II}{Cu}O + 2e- +2 H+ -> \overset{0}{Cu} + H2O } \quad \big \vert \cdot 1\\
\text{Redox: } & \ce{CH3-CH2OH + CuO + 2 e- +2 H+ -> CH3-CHO + 2 e- + 2 H+ + Cu + H2O }\\
& \ce{CH3-CH2OH + CuO -> CH3-CHO + Cu + H2O}
\end{align*}
$$
Oxidation mit Permanganat
Reagiert ein primärer Alkohol mit einer schwefelsauren Kaliumpermanganatlösung, werden die Permanganationen zu farblosen Mangan(II)-Ionen reduziert:
\begin{align*}
\text{Ox: } & \ce{ CH3-\overset{-I}{C}H2OH -> CH3-\overset{I}{C}HO + 2 e- + 2 H+} \quad \big \vert \cdot 5\\
\text{Red: } & \ce{\overset{VII}{Mn}O4- + 5 e- + 8 H+ -> \overset{II}{Mn}^{2+} + 4 H2O }\quad \big \vert \cdot 2\\
\text{Redox: } & \ce{5 CH3-CH2OH + 2 MnO4- + 10 e- + 16 H+ -> 5 CH3-CHO + 10 e- + 10 H+ + 2 Mn^{2+} + 8 H2O }\\
& \ce{5 CH3-CH2OH + 2 MnO4- + 6 H+ -> 5 CH3-CHO + 2 Mn^{2+} + 8 H2O}
\end{align*}
$$
Oxidation mit Dichromat
Bei der Reaktion eines primären Alkohols mit einer schwefelsauren Dichromatlösung werden die orangeroten Dichromationen zu grünen Chrom(III)-Ionen reduziert:
\begin{align*}
\text{Ox: } & \ce{ CH3-\overset{-I}{C}H2OH -> CH3-\overset{I}{C}HO + 2 e- + 2 H+} \quad \big \vert \cdot 3\\
\text{Red: } , & \ce{\overset{VI}{Cr2}O7^{2-} + 6 e- + 14 H+ -> 2 \overset{III}{Cr}^{3+} + 7 H2O} \quad \big \vert \cdot 1\\
\text{Redox:} , & \ce{ 3 CH3-CH2OH + Cr2O7^{2-} + 6 e- + 14 H+ -> 3 CH3-CHO + 6 e- + 6 H+ + 2 Cr^{3+} + 7 H2O }\\
& \ce{3 CH3-CH2OH + Cr2O7^{2-} + 8 H+ -> 3 CH3-CHO + 2 Cr^{3+} + 7 H2O }
\end{align*}
$$
Nachweise der Aldehydgruppe
Versuch Silberspiegelprobe (Tollens-Probe)
Durchführung
In ein Reagenzglas mit Silbernitratlösung werden einige Tropfen verdünnte Natronlauge gegeben. Es entsteht ein brauner Niederschlag, der aufgelöst wird, indem tropfenweise Ammoniaklösung hinzugegeben wird. Es darf nur eben soviel Ammoniaklösung zugetropft werden , dass sich der Niederschlag gerade eben auflöst.
Anschließ\end wird die zu test\end e Substanz (Aldehyd) hinzugegeben und anschließ\end indirekt im Wasserbad erhitzt.
Beobachtung
Am Reagenzglasrand bildet sich ein Silberspiegel.
Deutung
Mit ammoniakalischer Silbernitratlösung (Tollens Reagenz) kommt es beim positiven Nachweis zur Reduktion von Silber(I)-Ionen des Silbernitrats zu metallischem Silber und das Aldehyd wird zur Carbonsäure oxidiert. Zu beachten ist, dass Hydroxidionen vorliegen, also die Ladungen zwing\end mit Hydroxidionen ausgeglichen werden müssen:
\begin {align*}
\text {Ox: } & \ce {CH3-\overset {I}{C}HO + 2 OH- -> CH3--\overset {III}{C}OOH + 2 e- + H2O }\quad \big \vert \cdot 1 \\
\text {Red:} & \ce { \overset {I}{Ag+} + e- -> -\overset {0}{Ag} } \quad \big \vert \cdot 2\\
\text {Redox: } & \ce {CH3-CHO + 2 OH- + 2 Ag+ + 2 e- -> CH3-COOH + 2 e- + H2O + 2 Ag }\\
& \ce {CH3-CHO + 2 OH- + 2 Ag+ -> CH3-COOH + H2O + 2 Ag }
\end {align*}
$$
Die Aldehydgruppe lässt sich auch sehr vorteilhaft mit der Fehling-Probe nachweisen. Hierzu sind die notw\end igen Lösungen Fehling I und Fehling II normalerweise schon vorhanden und müssen nicht hergestellt werden.
Versuch Fehlingprobe
Aufbau
Durchführung
Fehling I und II werden zu gleichen Teilen in ein Reagenzglas gegeben. In die entsteh\end e tiefblaue Lösung wird die Testsubstanz (Aldehyd) getropft.
Beobachtung
Es entsteht ein ziegelroter Niederschlag.
Deutung
Das Aldehyd wird zur Carbonsäure oxidiert und die in der Lösung befindlichen Kupfer(II)-Ionen werden zu Kupfer(I)-oxid reduziert.
\begin {align*}
\text {Ox: } & \ce {CH3-CHO + 2 OH- -> CH3-COOHOOH + 2 e- + H2O }\quad \big \vert .\cdot 1 \\
\text {Red: } & \ce { 2 Cu^{2+} + 2 e- + 2 OH- -> Cu2O + H2O } \quad \big \vert \cdot 1 \\
\text {Redox: } & \ce {CH3-CHO + 4 OH- + 2 Cu^{2+} + 2 e- -> CH3-COOH + 2 e- + Cu_2O + H2O } \\
& \ce {CH3-CHO + 4 OH- + 2 Cu^{2+} -> CH3-COOH + Cu_2O + H2O }
\end {align*}
$$
Schiffs Reagenz (fuchsinschwefliger Säure)
Des Weiteren ist es möglich, die Aldehydgruppe mit Schiffs Reagenz, also fuchsinschwefliger Säure nachzuweisen. Hier kommt es mit einem Aldehyd zur Bildung eines roten Farbstoffs mit einem ausgeprägten System konjugierter Doppelbindungen.
