| 1. |
Dem Lehrplan
zufolge wird nach dem Thema "Aromastoffe" das Thema
"Alkohole" bearbeitet. Dabei interessieren folgende Aspekte: |
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Zusammenhang von Struktur und
Eigenschaften hinsichtlich folgender Eigenschaften: |
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Molare
Masse |
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Siedepunkt:
mit steigender molarer Masse wächst auch der Siedepunkt, weil die
Moleküle mehr Wärmeenergie brauchen, um vom flüssigen in den
Gaszustand zu kommen |
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Struktur |
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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. |
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Struktur |
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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. |
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Diese Zusammenhänge spiegeln
sich auch wider bei den zwei-, drei- und mehrwertigen Alkoholen. |
| 2. |
Zusammenhang von Struktur und
chemischen Reaktionen, hier genauer: Oxidierbarkeit |
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Oxidationsmittel |
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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) |
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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 |
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Oxidationsmittel |
sind in der Regel folgende: |
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Kupferoxid: |
wird vorher oxidiert (Brenner) und in
der Reaktion mit dem Alkohol zu Cu reduziert |
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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. |
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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) |
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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: |
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Struktur |
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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. |
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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 |
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Struktur |
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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. |
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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. |
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Konzentrationsbestimmung |
Durch Titration mit Natron- oder
Kalilauge definierter Konzentration lässt sich die Konzentration
entsprechender wässriger Lösungen der Carbonsäuren ermitteln. |
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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 |
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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 |