Zuletzt geändert: Mi, 15.03.2006

«K12/K13» Carbonylverbindungen «PDF», «POD»




0.0.0.1 Carbonylverbindungen

Funktionelle Gruppe:

\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccc} {} & ^{/} & \text{O} & ^{\backslash} & \\ {} & & \vert\vert{} & & \\ {} & & \text{C} & & \\ {} & ^{/} & & ^{\backslash} & \\ {} \text{R}_1 & & & & \text{R}_2 \end{array} O C R1 R2

  1. Alkanale (Aldehyde)

    \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccc} {} & ^{/} & \text{O} & ^{\backslash} & \\ {} & & \vert\vert{} & & \\ {} & & \text{C} & & \\ {} & ^{/} & & ^{\backslash} & \\ {} \text{H} & & & & \text{R}_2 \end{array} O C H R2

    a)

    Beispiele

    NameStruk­tur­for­melSiedepunkt (°C)Was­ser­lös­lich­keitBedeutung und Verwendung
    Methanal (Formaldehyd)\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccc} {} \text{H} & & & & & \\ {} & \backslash{} & & & & \backslash{} \\ {} & & \text{C} & = & \text{O} & \\ {} & / & & & & / \\ {} \text{H} & & & & & \end{array}H C =O H -19+Konservation organischer Stoffe, Desinfektionsmittel
    Ethanal (Acetaldehyd)\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccc} {} & & & & \text{H} & & \text{H} \\ {} & & & / & & / & \\ {} \text{H} & - & \text{C} & - & \text{C} & & \\ {} & & & \backslash{} & & \backslash\!\backslash{} & \\ {} & & & & \text{H} & & \underline{\text{O}}| \end{array} H H HCC H O¯ 21+Zwischenprodukt beim Alkoholabbau
    Propanal (Propionaldehyd)\setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccccc} {} & & & & & & & \overline{\text{O}}| \\ {} & | & & | & & & /\!/ & \\ {} - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & & \\ {} & | & & | & & & \backslash{} & \\ {} & & & & & & & \text{H} \end{array} O¯ CCC H 48-Kunst- und Duftstoffe, Arzneimittel (XXX)
    Hexanal (Capronaldehyd)\text{C}_5\text{H}_{11}{-}{ \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccc} {} & & \text{H} \\ {} & / & \\ {} \text{C} & & \\ {} & \backslash\!\backslash{} & \\ {} & & \underline{\text{O}}| \end{array} }C5H11 H C O¯ 130-Anstrichmittel (XXX)
    Benz­al­de­hyd[Ben­zol­grup­pe mit \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccc} {} & & & \overline{\text{O}}| \\ {} & & /\!/ & \\ {} - & \text{C} & & \\ {} & & \backslash{} & \\ {} & & & \text{H} \end{array} O¯ C H dran]180-Duft- und Aromastoffe
    b)

    Chemische Eigenschaften

    Oxidierbar zu Carbonsäure

    { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccc} {} \text{R}_1 & & & & & \\ {} & \backslash{} & & & & \backslash{} \\ {} & & \text{C} & = & \text{O} & \\ {} & / & & & & / \\ {} \text{H} & & & & & \end{array} } + 2\,\text{OH}^- \longrightarrow { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccc} {} & & & & \overline{\text{O}}| & & \\ {} & & & /\!/ & & & \\ {} \text{R}_1 & - & \text{C} & & & & \\ {} & & & \backslash{} & & & \\ {} & & & & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{H} \end{array} } + \text{H}_2\text{O} + 2\,e^-R1 C =O H + 2OH O¯ R1C O¯¯ H +H2O+2e

    → Nachweis: Silberspiegel- oder Fehlingprobe

  2. Ketone (Alkanone)

    \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccc} {} & ^{/} & \text{O} & ^{\backslash} & \\ {} & & \vert\vert{} & & \\ {} & & \text{C} & & \\ {} & ^{/} & & ^{\backslash} & \\ {} \text{R}_1 & & & & \text{R}_2 \end{array} O C R1 R2

    \text{R}_1, \text{R}_2 \neq \text{H}R1,R2H

    a)

    Beispiele

    Propanon (Aceton)

    \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccc} {} & ^{/} & \text{O} & ^{\backslash} & \\ {} & & \vert\vert{} & & \\ {} & & \text{C} & & \\ {} & ^{/} & & ^{\backslash} & \\ {} \text{H}_3\text{C} & & & & \text{C}\text{H}_3 \end{array} O C H3C CH3

    Siedepunkt: 56 °C

    [Verwendung:] Lösungsmittel, Tränengas

    Butanon

    \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccc} {} & ^{/} & \text{O} & ^{\backslash} & \\ {} & & \vert\vert{} & & \\ {} & & \text{C} & & \\ {} & ^{/} & & ^{\backslash} & \\ {} \text{H}_3\text{C} & & & & \text{C}_2\text{H}_5 \end{array} O C H3C C2H5

    b)

    Chemische Eigenschaften

    nicht weiter oxidierbar → Unterscheidung von den Alkanalen

  3. Nucleophile Addition an die Carbonylgruppe

    Versuch

    Trichlorethanal + Wasser

    Beobachtung

    Feststoff entsteht.

    Erklärung

    { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccc} {} & & |\overline{\text{Cl}}| & & & & \overline{\text{O}}| \\ {} & & | & & & /\!/ & \\ {} |\overline{\underline{\text{Cl}}} & - & \text{C} & - & \text{C} & & \\ {} & & | & & & \backslash{} & \\ {} & & |\underline{\text{Cl}}| & & & & \text{H} \end{array} } + { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccc} {} \text{H} & - & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{H} \end{array} } \longrightarrow { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccc} {} & & |\overline{\text{Cl}}| & & & & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{H} \\ {} & & | & & & / & & & \\ {} |\overline{\underline{\text{Cl}}} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{H} \\ {} & & | & & & \backslash{} & & & \\ {} & & |\underline{\text{Cl}}| & & & & \text{H} & & \end{array} } \text{ (Chloralhydrat)} Cl¯ O¯ Cl¯¯ C C Cl¯ H + HO¯¯H Cl¯ O¯¯H Cl¯¯ C CO¯¯H Cl¯ H  (Chloralhydrat)

    Die Addition[sbereitschaft] von Wassermolekülen an die Carbonylgruppe ist eine chemische Eigenschaft der Alkanale und Alkanone. Es bilden sich Hydrate.

    → Typische gemeinsame Reaktion der Alkanale und Alkanone

    Starke Polarität der Carbonylgruppe aufgrund der hohen Elektronegativität des Sauerstoffatoms

    { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccc} {} ^{\delta^+}\text{C} & = & {\text{O}_/^\backslash}^{\delta^-} \end{array} } \leftrightarrow { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccc} {} ^\oplus\text{C} & - & \overline{\underline{\text{O}}}|^\ominus \end{array} }δ+ C =Oδ CO¯¯

    Allgemein:

    { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccccc} {} \text{R}_1 & & & & & \\ {} & \backslash{} & & & & \backslash{} \\ {} & & \text{C} & = & \text{O} & \\ {} & / & & & & / \\ {} \text{R}_2 & & & & & \end{array} } + { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{cccc} {} | & \text{Nu} & - & \text{H} \end{array} } \longrightarrow { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccc} {} \text{R}_1 & & & & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{H} \\ {} & \backslash{} & & / & & & \\ {} & & \text{C} & & & & \\ {} & / & & \backslash{} & & & \\ {} \text{R}_2 & & & & \text{Nu} & & \end{array} }R1 C =O R2 + NuH R1 O¯¯ H C R2 Nu

    Nucleophile: Wasser, Ammoniak, Hydrogenchlorid, Blausäure (HCN), alle Alkanole (\text{R}{-}\overline{\underline{\text{O}}}{-}\text{H}RO¯¯H)

    • Säurekatalysierter Mechanismus

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    • Basenkatalysierter Mechanismus

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    • Beispiele:

      • Nucleophile Addition von \text{NH}_3NH3 an Propanal:

        { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccc} {} & & & & & & \overline{\text{O}}| \\ {} & & & & & /\!/ & \\ {} \text{H}_3\text{C} & - & \text{CH}_2 & - & \text{C} & & \\ {} & & & & & \backslash{} & \\ {} & & & & & & \text{H} \end{array} } + |\text{NH}_3 \longrightarrow { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccc} {} & & & & & & \overline{\underline{\text{O}}} & - & \text{H} \\ {} & & & & & / & & & \\ {} \text{H}_3\text{C} & - & \text{CH}_2 & - & \text{C} & - & \underline{\text{N}} & \text{H}_2 & \\ {} & & & & & \backslash{} & & & \\ {} & & & & & & \text{H} & & \end{array} } O¯ H3CCH2C H + NH3 O¯¯ H H3CCH2CN¯ H2 H

      • Nucleophile Addition von HCN an Propanal:

        { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccc} {} & & & & & & \overline{\text{O}}| \\ {} & & & & & /\!/ & \\ {} \text{H}_3\text{C} & - & \text{CH}_2 & - & \text{C} & & \\ {} & & & & & \backslash{} & \\ {} & & & & & & \text{H} \end{array} } + ^\ominus|\text{C}{\equiv}\text{N}| \longrightarrow { \setlength{\arraycolsep}{0pt} \begin{array}{ccccccccc} {} & & & & & & \overline{\underline{\text{O}}}| & ^\ominus & \\ {} & & & & & / & & & \\ {} \text{H}_3\text{C} & - & \text{CH}_2 & - & \text{C} & - & \text{C} & {\equiv} & \text{N}| \\ {} & & & & & \backslash{} & & & \\ {} & & & & & & \text{H} & & \end{array} } O¯ H3CCH2C H + CN O¯¯ H3CCH2CC N H

        [zuvor: \text{H}{-}\text{C}{\equiv}\text{N} \longrightarrow \text{H}^+ + ^\ominus|\text{C}{\equiv}\text{N}|HCNH++ CN, da Blausäure ja eine Säure ist]

    • Addition von Alkanalen

      1. Halbacetalbildung

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      2. Vollacetalbildung

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    • Weitere Nachweise der Aldehydgruppe

      • \text{Aldehyd} + \text{KMnO}_4 \longrightarrowAldehyd+ KMnO4

        [Aldehyde werden oxidiert, andere Moleküle – z.B. \text{KMnO}_4KMnO4 – reduziert.]

      • Aldehyd + SCHIFFsches Reagenz \longrightarrow Farbvertiefung

    [Addition von Blausäure zur Kettenverlängerung]

    [Wenn ein C oder ein N eines \text{C}{\equiv}\text{N}CN potentiell angreifen könnte, greift bei uns immer das C an.]

    [Wichtig: Mesomeriestabiliserung der positiven Ladung des C-Atoms (Überklappen eines Elektronenpaars des \overline{\underline{\text{O}}}O¯¯ zum C → damit trägt das \underline{\text{O}}O¯ die positive Ladung.]