Oxidation von Alkoholen: Aldehyde, Ketone & Carbonsäuren

Die Alkohole ähneln in ihrer Struktur den Alkanen. Der Unterschied liegt in der Hydroxygruppe, die der Alkohol hat. Da diese Gruppe maßgeblich für die Eigenschaften des Alkohols verantwortlich ist, bezeichnet man diese Gruppe auch als funktionelle Gruppe. Die Eigenschaften der Alkohole, wie etwa die Löslichkeit in polaren oder unpolaren Lösungsmitteln, sowie die Siedetemperatur verändern sich mit zunehmender Kettenlänge.

Oxidation von primären Alkoholen – Aldehyde

Nun können auch Alkohole an Redox-Reaktionen teilnehmen. Der Alkohol kann dabei oxidiert werden, d.h. dass seine Oxidationszahl steigt und Elektronen abgegeben werden. Der Reaktionspartner, welcher als Oxidationsmittel fungiert, nimmt diese abgegebenen Elektronen auf und wird somit reduziert.

Betrachten wir hierfür die Oxidation von Trinkalkohol, dem Ethanol () mit dem schwachen Oxidationsmittel Kupferoxid (). Der Alkohol gibt Elektronen ab, die vom Kupferoxid aufgenommen werden. Man kann für diese Reaktionsgleichung nun die Oxidation und Reduktion festhalten:

Ist das Oxidationsmittel schwach/mildeund läuft die Reaktion in einem nichtwässrigem Medium ab, so entsteht ein Aldehyd. In diesem Fall treffen beide Kriterien zu. Die entstehende Verbindung ist ein Aldehyd.

Der Alkohol, der in dieser Reaktion zu einem Aldehyd oxidiert wurde, war Ethanol. Das entstehende Aldehyd bezeichnen wir als Ethanal. Die Nachsilbe „–al“ gibt an, dass es sich bei der Verbindung um ein Aldehyd handelt. Aus der Reaktionsgleichung können wir erkennen, dass Wasser entsteht. Der Name Aldehyd setzt sich aus den lateinischen Wörtern „alcoholusdehydrogenatus“ zusammen. Das bedeutet nichts anderes als „Alkohol, dem Wasser entzogen wurde“.

Oxidation von sekundären Alkoholen – Ketone

Nun wissen wir also, dass bei der Oxidation eines primären Alkohols mit einem milden Oxidationsmittel ein Aldehyd entsteht. Jedoch lassen sich auch sekundäre Alkohole oxidieren. Bei diesem Vorgang entsteht ein Keton. Als Beispiels hierzu sehen wir und die Oxidation des sekundären Alkohols Propan-2-ol mit Kupferoxid an:

Der Name des entstandenen Ketons setzt sich aus der Bezeichnung des zugehörigen Alkans und der Nachsilbe „–on“ zusammen. Hier ist also das Keton Propanon entstanden. Des Weiteren entstehen Kupfer und Wasser.

Oxidation von primären Alkoholen – Carbonsäuren

Werden primäre Alkohole mit stärkeren Oxidationsmitteln oxidiert, so entstehen Carbonsäuren. Alternativ kann man auch ein Aldehyd weiter zu einer Carbonsäure oxidieren. Man kann eine allgemeineCarbonsäure wie folgt zeichnen:

Die funktionelle Gruppe ist also –COOH, was man auch als Carboxygruppe bezeichnet. Diese Bezeichnung setzt sich aus „Carbonylgruppe“ und „Hydroxygruppe“ zusammen. R bezeichnet einen bestimmten Rest, der sich aus Kohlenwasserstoffen zusammensetzt. In der Natur entstehen Carbonsäuren beispielsweise durch Bakterien. Lässt man Weißwein längere Zeit in Gegenwart von Sauerstoff stehen, entsteht Essigsäure . Bei diesem Prozess entsteht außerdem Wasser. Der Sauerstoff oxidiert das Ethanol im Wein. Die Reaktionsgleichung für diesen Vorgang lautet dann wie folgt:

Das entstandene Produkt ist Essigsäure, eine Carbonsäure. Hier sieht man die allgemeine Struktur einer Carbonsäure im Vergleich zu der von Essigsäure:

Struktur der Essigsäure	Allgemeine Struktur einer Carbonsäure

Der Rest, der in der allgemeinen Form mit R bezeichnet wird, ist bei der Essigsäure eine CH3-Gruppe. Man bezeichnet die Essigsäure auch als Ethansäure.

Aldehyden und Ketonen benennen

Auch für die Benennung von Aldehyden und Ketonen gibt es klar festgesetzte Regeln.

1. Aldehyden benennen

   Für die Benennung von Aldehyden benötigt man den Namen des entsprechenden Alkans. Anschließend ergänz man die Endung „-al“. Betrachten wir als Beispiels das Aldehyd mit folgender Halbstrukturformel:

   

   Das entsprechende Alkan zu diesem Aldehyd hat 3 Kohlenstoffatome, womit also das Propan gesucht ist. Nun ergänzen wir die Endung „-al“ und erhalten Propanal.

2. Ketonen benennen

   Bei der Benennung von Ketonen gehen wir wie bei der Benennung der Aldehyde vor. Allerdings kommt bei den Ketonen die Positionsnummer der funktionellen Gruppe hinzu. Diese Positionsnummer muss möglichst klein sein. Anschließend ergänzen wir die Endung „-on“, welche kennzeichnend für das Keton ist. Sehen wir uns dazu folgendes Keton an:

   

   An der Anzahl der Kohlenstoffatome erkennen wir, dass das zugehörige Alkan das Butan ist. Nun geht es darum, eine möglichst kleine Positionsnummer für die Carbonylgruppe zu finden. Beginnen wir beim Abzählen der Kohlenstoffatome von links, erhalten wir als Positionsnummer die 3, da das Sauerstoffatom am 3. Kohlenstoffatom hängt. Beginnen wir hingegen von der rechten Seite, erhalten wir eine Positionsnummer von 2. Da wir die kleinstmögliche Positionsnummer suchen, müssen wir die 2 verwenden und damit auch von der rechten Seite mit dem Abzählen beginnen. Als Namen erhalten wir somit Butan-2-on.

Zusammenfassung der Oxidation von Alkoholen

Alkohole können oxidiert werden. Handelt es sich um einen primären Alkohol, ist das Produkt bei einem schwachen Oxidationsmittel ein Aldehyd bzw. eine Carbonsäure bei einem stärkeren Oxidationsmittel.

Aldehyde lassen sich weiter oxidieren zu Carbonsäuren. Wird ein sekundärer Alkohol oxidiert, entsteht ein Keton. Im Gegensatz zu Aldehyden können Ketone nicht weiter oxidiert werden.

Bei diesen Oxidationen wird das Kohlenstoffgerüst beibehalten. Will man tertiäre Alkohole oxidieren, muss man dazu das Kohlenstoffgerüst zerstören.

Die funktionelle Gruppe von Aldehyden und Ketonen ist die Carbonylgruppe, welche polar ist. Bei den Carbonsäuren ist die Carboxygruppe die funktionelle Gruppe.