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Aldehyde und Ketone - Addition primärer Amine

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André Otto
Aldehyde und Ketone - Addition primärer Amine
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse

Beschreibung Aldehyde und Ketone - Addition primärer Amine

Die Carbonylgruppe von Aldehyden und Aminen reagiert mit primären Aminen (Nucleophile). Über ein Zwitterion entsteht nach Wasserabspaltung ein Imin (Schiff-Base). Die Stabilität dieses Amins kann durch Mesomerie (Oxime, Hydrazone, aromatische Substituenten) erhöht werden. Die Kondensationsprodukte kristallisieren gut und können für die Strukturaufklärung verwendet werden. Die Transaminierung (Umwandlung von alpha-Aminosäuren in alpha-Ketocarbonsäuren über ein mit Pyridoxalphosphat gebildetes Imin) wird erläutert.

Transkript Aldehyde und Ketone - Addition primärer Amine

Guten Tag und herzlich willkommen! Dieses Video heißt: Aldehyde und Ketone - Addition primärer Amine. Um das Video zu verstehen, solltet ihr euch in Erinnerung rufen, was Aldehyde und Ketone sind. Außerdem solltet ihr Kenntnis davon haben, was Amine und vor allem, was primäre Amine sind. Der Film ist folgendermaßen gegliedert: 1. Imine 2. Stabile Imine 3. Verschiedene Kondensationsprodukte 4. Transaminierung 5. Zusammenfassung

Mit der Carbonylgruppe kann ein Amin reagieren. Das ist möglich, weil die Carbonlygruppe ein nucleophiles Zentrum besitzt und das Aminmolekül selbst ein Nucleophil ist. Im Ergebnis bildet sich ein Zwitterion, welches allerdings nur von geringer Stabilität ist. Durch Migration eines Wasserstoffions vom Stickstoffatom zum Sauerstoffatom entsteht das sogenannte Halbaminal. Nach Abspaltung eines Wassermoleküls entsteht eine sogenannte Schiffsche Base. Die funktionelle Gruppe verleiht dieser Verbindung den Namen Imin. 2. Stabile Imine Ein Imin ist allgemein darstellbar durch einen organischen Rest R am Stickstoffatom der funktionellen Gruppe. Ist dieser organische Rest eine Methylgruppe, so ist dieses Imin instabil und reagiert weiter. Anders verhält es sich, wenn anstelle der Methylgruppe eine Hydroxygruppe an der funktionellen Gruppe sitzt. In diesem Fall kann es durch Verschiebung von Elektronenpaaren zu einer Mesomerie kommen. Man kann also mindestens 2 mesomere Grenzstrukturen aufschreiben. Wenn R ein aromatischer Rest ist, so kann man nicht nur eine, sondern sogar mehrere mesomere Grenzstrukturen aufschreiben. In beiden Fällen konnten wir für die Moleküle Mesomerie beobachten. Mesomerie, das heißt Elektronendelokalisierung, bedeutet zusätzliche Stabilität. 3. Verschiedene Kondensationsprodukte Es gibt verschiedene Imine, die eigentlich schon eigene Verbindungsklassen darstellen. Beispielsweise reagiert Ethanal mit Hydroxylamin. Nach Abspaltung von Wasser ergibt sich Ethanaloxim, ein Oxim. Aceton reagiert mit Hydrazin unter Wasserabspaltung zum entsprechenden Hydrazon. Ein 3. Beispiel ist die Reaktion von Benzaldehyd mit 2,4-Dinitrophenylhydrazin. Nach Wasserabspaltung bildet sich eine chemische Verbindung, die auf den komplizierten Namen Benzaldehyd-2,4-dinitrophenyl-hydrazon hört. Alle betrachteten Kondensationsprodukte, speziell die Oxime und Hydrazone, besitzen ein gutes Kristallisationsvermögen. Das prädestiniert sie für die Strukturaufklärung organischer Moleküle. Sie haben daher Verwendung in der analytischen Chemie. 4. Transaminierung Die Transaminierung ist ein wichtiger Stoffwechselvorgang, den wir hier besprechen möchten. Für die Transaminierung benötigt man eine wichtige Verbindung: Pyridoxalphosphat, abgekürzt auch PLP oder Vitamin B6 genannt. Pyridoxalphosphat reagiert mit einer alpha-Aminosäure. Dabei stellt sich ein chemisches Gleichgewicht ein: von links nach rechts Wasserabspaltung, von rechts nach links Wasseraufnahme. Von links nach rechts bildet sich eine chemische Verbindung, deren Grundstruktur wir bereits kennen. Es ist ein Imin. Durch Verschiebung der Doppelbindung und Migration eines Wasserstoffatoms entsteht durch Tautomerie ein neues Molekül. Auch hier handelt es sich um ein Imin. Somit stehen Imin 1 und Imin 2 im chemischen Gleichgewicht. Durch Addition von Wasser kommt es zur Rückbildung von Pyridoxalphosphat. Gleichzeitig bildet sich ein Molekül alpha-Ketocarbonsäure. Somit haben wir ein Beispiel für eine biochemische Synthesemethode einer alpha-Ketocarbonsäure aus einer alpha-Aminosäure. 5. Zusammenfassung Aldehyde und Ketone können bei der Reaktion mit primären Aminien verschiedene Imine bilden. Wenn der Rest R aromatisch ist, es sich um eine Hydroxylgruppe handelt oder um eine Aminogruppe NH2, so kommt es zur Mesomeriestabilisierung. Mesomeriestabilisierte Kondensationsprodukte, wie Oxime oder Hydrazone, sind gut kristallisierbar und können für die Strukturaufklärung in der analytischen Chemie verwendet werden. Bei der Transaminierung können unter der Einwirkung von Vitamin B6 alpha-Aminosäuren zu alpha-Ketocarbonsäuren synthetisiert werden. Ich danke für die Aufmerksamkeit. Alles Gute, auf Wiedersehen!

7 Kommentare

7 Kommentare
  1. Das ist eine Verletzung der Oktett - Regel und zeigt gleichzeitig eine Verletzung derselben an.

    Korrektur:

    Das ist eine Verletzung der Oktett - Regel und zeigt gleichzeitig die Grenzen derselben an.

    Von André Otto, vor mehr als 7 Jahren
  2. Erstmal zur Frage vor 3 Monaten. Die Begründung ist die gleiche wie so oft: Mesomerie stabilisiert. Ich hatte gehofft, dass das im Video gezeigt wurde.

    "In 2:06 ist der Sauerstoff 5 bindig."

    Nu wolln wa mal nich übertreim. Das Sauerstoff-Atom ist dreibindig. Die beiden anderen Elektronenpaare sind einsam.
    Eine Sache ist allerdings bemerkenswert: Das Sauerstoff - Atom besitzt 10 Valenzelektronen. Das ist eine Verletzung der Oktett - Regel und zeigt gleichzeitig eine Verletzung derselben an.

    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als 7 Jahren
  3. In 2:06 ist der Sauerstoff 5 bindig.

    Von Akoezbek Arzu, vor mehr als 7 Jahren
  4. Wobei beim aromatischen Rest das Elektronenpaar vom N auch rüberklappt zum C-Atom. Also da ist es möglich. Dann kann es doch nicht an der Elektronegativität des O-Atoms liegen.

    Von Skyliner88, vor fast 8 Jahren
  5. Liegt das an der starken Elektronegativität das Sauerstoffatoms?

    Von Skyliner88, vor fast 8 Jahren
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Aldehyde und Ketone - Addition primärer Amine Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Aldehyde und Ketone - Addition primärer Amine kannst du es wiederholen und üben.
  • Benenne die gegebenen Verbindungen.

    Tipps

    Die $NH_2$-Gruppe ist die Aminogruppe.

    Alkanale tragen eine Aldehydgruppe.

    Aceton ist das einfachste Keton. Die allgemeine Formel eines Ketons siehst du hier.

    Lösung

    Verschiedene Aldehyde und Ketone können mit Aminen reagieren. Um einen Überblick über diese zu haben, sollte man einige von ihnen nicht nur benennen, sondern auch ihre Strukturformeln zeichnen können.

    Ethanal wird auch als Acetaldehyd bezeichnet. Aus der Endung -aldehyd kann abgeleitet werden, dass hier die Gruppe $-CHO$ angehängt ist. Eth- weist auf insgesamt zwei Kohlenstoffatome hin. Daraus ergibt sich die Formel $H_3C-CHO$.

    Ein weiteres Aldehyd ist das Benzaldehyd. Die erste Silbe des Namens weist auf einen wichtigen Bestandteil der Struktur hin: den aromatischen Sechsring. Benzaldehyd ist demnach Benzol mit einer Aldehydgruppe.

    Hydrazin $(H_2N-NH_2)$ ist flüssig, riecht ammoniakalisch, ist stark giftig und wird als umweltgefährdend eingestuft.

  • Fasse die Transaminierung zusammen.

    Tipps

    Suche dir zuerst die Edukte und setze sie an erste Position.

    Am Ende wird wieder Wasser angelagert.

    Lösung

    Die Transaminierung ist ein Stoffwechselvorgang.

    Dabei reagiert ein Molekül Vitamin B6 (PLP oder auch Pyridoxalphosphat genannt) mit einer $\alpha$-Aminosäure. Dabei kommt es zur Abspaltung eines Wassermoleküls (Sauerstoffatom von PLP und die Wasserstoffatome von der Aminogruppe der Aminosäure). Dadurch bildet sich das erste Imin.

    Nach Umlagerung eines Wasserstoff-Ions (Tautomerie) bildet sich das zweite Imin. An dieses lagert sich im nächsten Schritt ein Molekül Wasser an und es entsteht die $\alpha$-Ketocarbonsäure.

  • Erläutere die Reaktion von Aceton mit Methylamin.

    Tipps

    Das Zwitterion ist instabil, weshalb es zur Umlagerung eines Wasserstoffions kommt.

    Aus einer Hydroxygruppe und einem Wasserstoffatom entsteht Wasser, welches abgespalten wird.

    Lösung

    Im ersten Schritt greift das Nucleophil (Methylamin) das Kohlenstoffatom des Acetons an. Dadurch entsteht ein Zwitterion, das instabil ist. Es kommt zur Umlagerung eines Wasserstoff-Ions. Das dabei entstehende Halbaminal spaltet im nächsten Schritt Wasser ab. Das entstandene Imin wird auch Schiff-Base genannt.

  • Beschreibe den Mechanismus der Transaminierung.

    Tipps

    Sieh dir die Bilder der Reaktion genau an. Dort kannst du erkennen, wo die Umlagerungen passieren.

    Das entstandene Imin ist in der Lage, eine Veränderung durch Tautomerie zu vollziehen.

    Lösung

    Die Reaktion von Pyridoxalphosphat mit einer $\alpha$-Aminosäure wird auch als Transaminierung bezeichnet. Die allgemeine Formel der Aminosäuren beinhaltet einen Alkylrest, ein Wasserstoffatom, eine Carbonsäuregruppe und eine Aminogruppe, welche alle an einem zentralen Kohlenstoffatom sitzen.

    Wenn PLP und die Aminosäure reagieren, erfolgt zunächst eine Wasserabspaltung. Das dabei entstehende Imin lagert im nächsten Schritt ein Wasserstoffatom um (Tautomerie) und bildet so das zweite Imin. Nach Anlagerung eines Wassermoleküls bildet sich zum Schluss eine $\alpha$-Ketocarbonsäure.

  • Erkläre die Stabilität der Imine.

    Tipps

    Atome mit freien Elektronenpaaren tragen zu einer Mesomerie-Stabilisierung bei, wenn sie direkt an einem Kohlenstoffatom liegen.

    Durch die Mesomerie sind die Elektronen an vielen verschiedenen Orten (Delokalisierung). Dadurch wird eine Reaktion mit diesen schwieriger, wodurch das Molekül stabiler ist.

    Lösung

    Die Stabilität ergibt sich durch Delokalisation von Elektronen, wodurch mesomere Grenzstrukturen entstehen. Damit dies möglich ist, muss der Rest am Stickstoffatom über $\pi$-Elektronen verfügen, wie zum Beispiel bei der Hydroxygruppe ($OH$). Diese sind leicht verschiebbar.

    Es ergibt sich durch Verschiebung eines freien Elektronenpaars eine positive Ladung am Stickstoff- und eine negative Ladung am Sauerstoffatom. Die Stabilität des Imins wird ebenfalls erhöht, wenn ein aromatischer Rest vorliegt. Dadurch ergeben sich mehrere mesomere Strukturen durch Delokalisation von Elektronen.

  • Erläutere den Nachweis von Aldehyden durch die Fehling-Probe.

    Tipps

    Den Ablauf der Fehling-Probe siehst du über der Aufgabe. Dort kannst du die Farbveränderungen verfolgen.

    Hat ein Soff eine oxidierende Wirkung, zwingt er andere Stoffe zu einer Oxidation. Der oxidierende Stoff selbst wird dadurch reduziert.

    Achte bei den Reaktionen auf den Massenerhalt und den Ladungserhalt. Beide Seiten müssen also die gleiche Anzahl an Atomen und an Ladungen aufweisen.

    Lösung

    Bei der Fehling-Probe macht man sich das Bestreben einiger Stoffe, Elektronen abzugeben, zu Nutze. Diese Stoffe wirken reduzierend. Sie geben also selbst Elektronen ab (Elektronendonator). Beispiele sind Aldehyde und unedle Metalle.

    Diese Elektronen können dann von Elektronenakzeptoren aufgenommen werden. Sie werden reduziert. Dies geschieht in der Fehling-Probe mit Kupfer(II)-Ionen.

    Vereinfacht kann man schreiben:
    $Cu^{2+} + e^- \longrightarrow~Cu^+$.

    Das Kupfer(I)-oxid hat eine leuchtend rote Farbe und kann so eine positive Probe sehr gut anzeigen. Reduzierende Zucker, wie die Aldosen, können ebenfalls mit dieser Probe identifiziert werden.

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