Allgemeine und vorbereitende Hinweise zur Klausur

1. Dem Lehrplan zufolge wird nach dem Thema "Aromastoffe" das Thema "Alkohole" bearbeitet. Dabei interessieren folgende Aspekte:
Zusammenhang von Struktur und Eigenschaften hinsichtlich folgender Eigenschaften:
Molare Masse <---> Siedepunkt: mit steigender molarer Masse wächst auch der Siedepunkt, weil die Moleküle mehr Wärmeenergie brauchen, um vom flüssigen in den Gaszustand zu kommen
Struktur <----> Siedepunkt: gemeint ist hier Langkettigkeit versus Verzweigung: Je langkettiger bei gleicher molarer Masse, desto höher der Siedepunkt. Verantwortlich dafür sind die Van-der-Waals-Kräfte der Alkyl-Reste bzw. die Wasserstoffbrückenbindung der Hydroxy-Gruppe. Werden die Moleküle "kugeliger", werden sowohl die Van-der-Waals-Kräfte geringer (sie sind an die Größe der Oberfläche gebunden) als auch die Wirkung der Hydroxy-Gruppe eingeschränkt. 
Struktur <----> Löslichkeit: endständige Hydroxy-Gruppen versus im Molekül stehenden Gruppen: Auswirkung der hydrophilen Hydroxy-Gruppe versus der hydrophoben Alkylgruppe.
Endständige Hydroxy-Gruppen verursachen gute Wasserlöslichkeit, eingeschränkt wird diese durch die hydrophoben Alkylgruppen. Ist die Alkylgruppe verzweigt, wirkt sich die Hydrophobie der Alkylgruppe weniger aus, die Löslichkeit steigt.
Diese Zusammenhänge spiegeln sich auch wider bei den zwei-, drei- und mehrwertigen Alkoholen.
2. Zusammenhang von Struktur und chemischen Reaktionen, hier genauer: Oxidierbarkeit
Oxidationsmittel <----> Struktur: Primäre Alkohole werden in der 1. Stufe generell zu Aldehyden oxidiert,
sekundäre Alkohole zu Ketonen und tertiäre Alkohole werden gar nicht oxidiert, es sei denn unter Zerstörung des Molekülgerüstes, was in der Regel einer Totaloxidation entspricht (Verbrennung zu CO2 und H2O)
Voraussetzung: Kenntnis der Strukturen von primären, sekundären und tertiären Alkoholen
Kenntnis der Oxidationszahlen und ihrer Ermittlung bzw. Bestimmung
Kenntnis und Verständnis der Redoxreaktion als Elektronentransfer-Reaktion
Oxidationsmittel sind in der Regel folgende:
Kupferoxid: wird vorher oxidiert (Brenner) und in der Reaktion mit dem Alkohol zu Cu reduziert
schwefelsaure Kaliumdichromat-Lösung K2Cr2O7: in Wasser in Ionen dissoziiert: 2 K+(aq) und Cr2O72-(aq)-Ionen; Cr im Dichromat in der Oxidationsstufe +VI (orange) wird zu Cr3+-Ionen (grün) reduziert, also Elektronenaufnahme auf die Oxidationsstufe +III.
schwefelsaure Kaliumpermanganat-Lösung KMnO4: in Wasser in Ionen dissoziiert: K+(aq)(farblos) und MnO4-(aq)-Ionen (violett). Mn im Permanganat-Ion in der Oxidationsstufe +VII wird reduziert zur Oxidationsstufe +II im Mn2+(aq)-Ion (farblos bzw. schwach rosa)
Oxidationsprodukte Aldehyde

 

 

 

 

Ketone

nachweisbar durch die Silberspiegel-Probe (Tollens-Reaktion) bzw. die Fehling-Probe. In beiden Fällen handelt es sich um Metall-Ionen, die von der Oxidationsstufe +I auf 0 (Tollens) bzw. +II auf +I (Fehling) heruntergefahren werden. Die Begleitumstände (ammoniakalische bzw. Lösung in K-Na-Tartrat-Lösung) sind hier weniger wichtig.

Wenn bei der Tollens-Probe Ag+ zu Ag0 reduziert wird und bei der Fehling-Probe Cu2+ zu Cu+ (Cu2O), muss der Aldehyd notwendigerweise zur Carbonsäure oxidiert werden. Weil sich Ketone nicht weiter oxidieren lassen (siehe Struktur der Ketogruppe: kein entfernbares H-Atom mehr zur Verfügung), funktioniert Tollens und Fehling nur bei Aldehyden und versagt bei Ketonen. Also hat man damit ein Unterscheidungsmerkmal in Form einer chemischen Reaktion zwischen Aldehyden und Ketonen.

3.  Zusammenhang zwischen Struktur und Eigenschaften bei Aldehyden und Ketonen:
Struktur <----> Siedepunkt Die niederen Ketone sieden etwas höher als die entsprechenden analogen Aldehyde, weil die Polarität der Moleküle geringfügig größer ist. Mit zunehmender C-Zahl verliert sich dieser Unterschied aufgrund der ausgleichenden Wirkung des Alkylrestes, der über die Van-der-Waals-Kräfte einen größeren Einfluss auf den Siedepunkt bekommt als die polare Carbonylgruppe.
  <----> Wasserlöslichkeit Generell ist die Carbonylgruppe sowohl bei den Aldehyden wie Ketonen zur WL fähig aufgrund der Ausbildung von WBB, aufgrund des zunehmenden Alkylrestes in der homologen Reihe wird seine hydrophobe Wirkung jedoch immer stärker: bereits Propanal bzw. 2-Butanon sind nur noch eingeschränkt wasserlöslich.
4. Oxidationsprodukte der Aldehyde: die Carbonsäuren
Struktur <----> Siedepunkt Abgesehen von den Effekten, die bereits bei den Alkoholen beschrieben worden sind, gibt es bei den Carbonsäuren das Phänomen der Dimerisierung: zwei Carbonsäuren binden sich über ihre Carboxylgruppen per WBB so aneinander, dass sie "Doppelmolekül" bilden, was sogar am Siedepunkt beständig ist. Dewegen sieden kurzkettige Carbonsäuren wesentlich höher als Alkohole derselben oder vergleichbarer molarer Masse.
<----> Wasserlöslichkeit siehe Alkohole: es gilt grundsätzlich das gleiche.
Hinzukommt: durch die Dissoziation in ein Hydroxonium-Ion H3O+ und den Carboxylat-Rest  R-COO- entstehen Ionen, diese sind wegen ihrer Ladung generell besser löslich als polare Moleküle.
Konzentrationsbestimmung Durch Titration mit Natron- oder Kalilauge definierter Konzentration lässt sich die Konzentration entsprechender wässriger Lösungen der Carbonsäuren ermitteln.
Voraussetzungen: Kenntnis und Umgang mit den drei wichtigsten mathematischen Beziehungen
Stoffmenge n = Stoffportion m/Molare Masse M
Konzentration c = Stoffmenge n/Volumen V
Dichte r = Masse m/Volumen V
Links: Klausur zum Abschnitt "Reaktionsfolgen: Fragen und Aufgaben
Lösungen zur Klausur "Reaktionsfolgen..."

Alkohol als Lösungsmittel
Oxidation der Alkohole: zum Aldehyd oder Keton?

Oxidationszahlen bei organischen Verbindungen

Oxidation der Aldehyde

Redoxreaktionen der Reihe Alkohole-Aldehyde-Ketone-Carbonsäuren

Titration von Ameisensäure und Essigsäure

Datenblatt Alkohole
Datenblatt Alkanale

Datenblatt Alkanone

Datenblatt Carbonsäuren

Siedepunktsvergleich Alkane-Alkanole bei vergleichbarer Molarer Masse
Alkane-Alkanale-Alkanole

Alkanole-Alkansäuren

Siedepunkte von Alkanolen, Alkanalen und Alkanonen

Oxidationszahlen organischer Oxo-Verbindungen - Überblick

Lehrerentwurf: Arbeitsblatt "Basiswissen Alkohole"
Lehrerentwurf: Arbeitsblatt "Basiswissen Aldehyde"

Lehrerentwurf: Arbeitsblatt "Basiswissen Ketone"

Puzzle-Spiel "Alkohole-Aldehyde-Ketone"

Siedepunktsvergleich isomerer Alkanole
Chemische Bindungsarten

Regeln für die Festlegung von Oxidationszahlen

und Übungsaufgaben

update: 21.02.17                                                                                                                                                                           zurück         zur Hauptseite