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Transkript Thiole und Thioether - Nomenklatur und Eigenschaften

Guten Tag und herzlich willkommen!

In diesem Video geht es um "Thiole und Thioether - Nomenklatur und Eigenschaften". Als Vorkenntnisse für dieses Video solltet ihr solide Kenntnisse der organischen Chemie bis zu den Ethern mitbringen. In diesem Video möchte ich euch eine kurze Übersicht über die Benennung und Eigenschaften der Thiole und Thioether  vorstellen.

Das Video habe ich in 4 Abschnitte unterteilt: 1. Nomenklatur 2. Eigenschaften 3. Geruch 4. Zusammenfassung

  1. Nomenklatur der Thiole und Thioether

Bei der Nomenklatur der Thiole und Thioether geht es um deren korrekte chemische Benennung. Zum Vergleich möchte ich die Vertreter zweier Verbindungsklassen aufführen. Zuerst einen Vertreter der Alkohole. Und das ist der einfachste Vertreter der Ether.

Wenn wir im Alkohol das Sauerstoffatom durch 1 Schwefelatom ersetzen, erhalten wir einen Vertreter einer neuen Verbindungsklasse. Es handelt sich um ein Thiol. Man nennt ein Thiol auch Mercaptan. Ähnlich verfahren wir mit dem Ethermolekül. Das Sauerstoffatom wird durch 1 Schwefelatom ausgetauscht. Die entstandene Verbindung ist der 1. Vertreter der Thioether. Wir betrachten somit chemische Verbindungen mit den funktionellen Gruppen SH und einfach S. Bei den Thiolen und Thioethern handelt es sich somit um Schwefelanaloga der Alkohole und Ether.

Um Thiole und Thioether korrekt bezeichnen zu können, geht man gewöhnlich von der einfachsten chemischen Schwefelverbindung aus. Das hier ist das Molekül des Schwefelwasserstoffs in Lewis-Schreibweise. Ersetzen wir 1 Wasserstoffatom durch einen organischen Rest R, erhalten wir ein Thiol. Man nennt es auch Mercaptan. Wird auch das 2. Wasserstoffatom durch einen organischen Rest ersetzt, so erhalten wir ein Sulfid. Ein Sulfid ist ein Thioether. Hier noch ein anderes Beispiel für ein Thiol. Das ist Ethanthiol, auch Ethylmercaptan genannt. Und das hier ist ein Thioether: Dimethylsulfid oder auch Methylthiomethan. Man nehme das Wort für das Stammalkan und füge das Wort "thiol" an. Somit erhält man den Namen: Octanthiol. Die verkürzte Form lautet C8H17-S-H - ein Thiol. Oder für die andere Verbindungsklasse "Alkyl1-Alkyl 2-sulfid". Als Beispiel: Ethylmethylsulfid. Das entspricht der Formel C2H5-S-CH3. Das ist ein Thioether.

Noch 2 Bemerkungen zu den Namen. Sulfid wird in der Literatur mitunter als irreführend bezeichnet, denn Sulfide sind eigentlich Metallsalze. Der Name Thioether hingegen wird in manchen Literaturstellen als veraltet bezeichnet. Bemerkung von mir dazu: Wir setzen diese Bemerkungen in eine Klammer und denken daran: Richtig ist das, was unser Chemikerkollege versteht.

  1. Eigenschaften

Betrachten wir zunächst die Formel des Alkohols Ethanol, im Vergleich dazu die chemische Verbindung Ethanthiol. Und nun schauen wir uns die Elektronegativitäten an den funktionellen Gruppen an. Das Sauerstoffatom an der Hydroxygruppe des Ethanols hat eine Elektronegativität von 3,5, das Wasserstoffatom von 2,1.

Und jetzt die funktionelle Gruppe des Ethanthiols: Das Schwefelatom hat eine Elektronegativität von 2,5. Das Wasserstoffatom hat eine Elektronegativität von 2,1. Aus den Differenzen der Elektronegativitäten ergeben sich für die entsprechenden Bindungen: Beim Ethanol ist die Bindung polar. Im Ethanthiolmolekül ist die Bindung unpolar. Das hat direkte Auswirkungen auf die Wasserstoffbrückenbindungen. Ethanolmoleküle bilden Wasserstoffbrückenbindungen aus, Ethanthiolmoleküle hingegen nicht. Das wiederum führt zu unterschiedlichen Siedetemperaturen beider Verbindungen. Ethanol siedet bei 78°C. Ethanthiol siedet bedeutend früher, nämlich schon bei 37°C.

Alkohole und Thiole unterscheiden sich auch hinsichtlich ihrer Acidität. Der pKs-Wert von Ethanol beträgt 18. Die Acidität des Ethanthiols ist 1 Mio. Mal größer. Acidität bedeutet vor allem die Fähigkeit, ein Proton vom neutralen Molekül abzuspalten. Es bilden sich die entsprechenden Ionen des Alkohols und des Thiols. Ich versuche hier, die Atomdurchmesser des Sauerstoffatoms und des Schwefelatoms ungefähr ins Verhältnis zu setzen. Betrachtet man die Delokalisierung der Elektronen, die durch die Lewis-Schreibweise angedeutet wurden, stellt man Folgendes fest: Im Anion des Ethanols ist die Delokalisierung geringer als im Anion des Ethanthiols. Das bedeutet aber, dass die Stabilität des Anions des Ethanols geringer ist als die Stabilität des Anions des Ethanthiols. Daher ist Ethanol weniger sauer als Ethanthiol oder positiv ausgedrückt: Ethanthiol ist acider als Ethanol.

Betrachten wir nun die Reaktivität von Alkoholen und Thiolen. Auch hier gilt, dass Alkohole weniger reaktiv als Thiole sind. Als Beispiel sei die Verseifung genannt. Ethanol lässt sich durch Lauge nicht verseifen, Ethanthiol sehr wohl. Nehmen wir Natriumhydroxid in wässriger Lösung, so findet eine Reaktion mit Ethanol nicht statt. Ethanthiol reagiert im Gegensatz dazu mit Natriumhydroxid in wässriger Lösung. Es entsteht das Salz Natriumethanthiolat und Wasser wird frei.

Gegenüber Quecksilber(II)-Ionen verhalten sich Ethanol und Ethanthiol ebenfalls verschieden. Im 1. Fall findet keine Reaktion statt. Mit Ethanthiol liefern Quecksilber(II)-Ionen einen festen Komplex. Dabei werden Protonen frei. Daher rührt übrigens auch der Name mercapto. Mercurius heißt Quecksilber, capere bedeutet Nehmen oder Fangen. Beide Namen kommen aus dem Lateinischen. Wir haben es hier also mit einem Quecksilberfänger zu tun. 

  1. Geruch

Die niedermolekularen Vertreter der Thiole und Thioether sind übelriechend. Der nordamerikanische Skunk zum Beispiel spritzt, wenn er in Bedrängnis gerät, mit schwefelhaltigen, organischen Verbindungen. Das hier sind die Hauptbestandteile des Sektrets, welches er abgibt.

Dem Erdgas werden Mercaptane zugemischt, um ihm einen Geruch zu verleihen. Dieser soll den Menschen vor Gefahren schützen.

Auch in Lebensmitteln sind schwefelhaltige organische Verbindungen enthalten, so zum Beispiel im Knoblauch oder auch in geschnittenen Zwiebeln.

Seltsamerweise finden wir organische Schwefelverbindungen auch im Tee oder im Kaffee. Dort empfinden wir diese als angenehm. Und so folgen wir dem Wort des großen Paracelsus: "Die Dosierung machts."

  1. Zusammenfassung

Die organischen Verbindungen R-S-H und R-S-R sind Analoga zu chemischen Verbindungen, die wir bereits kennengelernt haben. Links haben wir es mit einem Alkoholanalogum zu tun und rechts mit einem Etheranalogum. Links haben wir ein Thiol, rechts einen Thioether. Die Verbindungen sind wenig polar. Als Folge dessen bilden die Thiole keine Wasserstoffbrückenbindungen aus. Im Ergebnis dessen sind sie flüchtig. Thiole sind relativ sauer, etwa 1 Mio. Mal saurer als die entsprechenden Alkohole. Das lässt sich mit der Stabilität des gebildeten Anions erklären. Im Unterschied zu den Alkoholen sind Thiole zur Verseifung geneigt. Es entsteht das entsprechende Thiolat und Wasser wird frei. Mit Quecksilber(II)-Ionen findet eine Reaktion zu festen Komplexen statt. Der Geruch der niedermolekularen Thiole und Thioether ist widerwärtig. Als Beispiele seien der nordamerikanische Skunk, Zwiebeln und Knoblauch genannt. Es gibt jedoch auch angenehme Gerüche, die durch schwefelhaltige Verbindungen ausgelöst werden. Tee und Kaffee riechen angenehm. Offensichtlich sind hier die Komponenten so und in einer solchen Konzentration vorhanden, dass es angenehm riecht. Wir folgen dem Worte Paracelsus: "Die Dosierung machts."

Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute, auf Wiedersehen!

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