Aldehydnachweise – Fehling-Probe und Tollens-Probe

Fehling-Probe und Tollens-Probe – Aldehydnachweise in der Chemie

Die Gruppe der Aldehyde ist dir sicher schon bekannt. Vielleicht weißt du auch, dass ein Aldehyd oder besser gesagt dessen endständige funktionelle Gruppe, die Formylgruppe oder Aldehydgruppe $\left( \ce{–CHO} \right)$, zur Carboxylgruppe $\left( \ce{–COOH} \right)$ oxidiert werden kann. Dabei entsteht eine Carbonsäure. Diese Eigenschaft kommt uns beim Nachweis von Aldehyden bzw. von Formylgruppen in Verbindungen zugute und hilft uns darüber hinaus auch bei der Unterscheidung von Aldehyden und Ketonen. Diese können nämlich nur schwer und unter Zuhilfenahme von Katalysatoren oxidiert werden. Der entscheidende Unterschied liegt hier in der Position der funktionellen Gruppe: Ketone weisen im Gegensatz zu den Aldehyden eine nicht endständige Carbonylgruppe $\left( \ce{–CO} \right)$ auf. Doch wie hilft uns dieses Wissen, wenn wir eine Testlösung auf Aldehyde untersuchen wollen? Im Folgenden wollen wir uns zwei Nachweise für Aldehyde genauer ansehen: die Fehling‑Probe und die Tollens‑Probe.

Vorwissen: Um den Nachweis von Aldehyden besser zu verstehen, solltest du wissen, wie die funktionellen Gruppen der Aldehyde und Ketone jeweils aussehen. Außerdem sollten dir Redoxreaktionen bekannt sein und das Vorgehen, wie du Oxidationszahlen bestimmen kannst.

Aldehydnachweis mit der Fehling‑Probe

Die Fehling‑Probe, auch fehlingsche Probe, wird mit einem Reagenz durchgeführt, das sich aus zwei Lösungen zusammensetzt: Fehling I und Fehling II. Erstere ist eine hellblaue, verdünnte Kupfer(II)‑sulfat‑Lösung $\left( \ce{CuSO4} \right)$. Bei der zweiten Lösung handelt es sich um eine farblose, basische Kalium‑Natrium‑Tartrat‑Lösung ($\ce{KNaC4H4O6}$).

• Durchführung:
  Zu Beginn mischt man die Lösungen Fehling I und Fehling II im Verhältnis 1:1 zusammen und erhält so das Fehling‑Reagenz. Dieses gibt man zur Testlösung und erhitzt das Gemisch vorsichtig über einer Flamme.

• Beobachtung:
  Vermischt man die Lösungen Fehling I und II, ist zunächst eine Farbänderung zu dunkelblau zu beobachten. Gibt man das dunkelblaue Fehling‑Reagenz anschließend zur (farblosen) Testlösung, entsteht nach längerem Erhitzen ein charakteristischer ziegelroter Niederschlag, sofern es sich um eine aldehydhaltige Testlösung handelt. Damit ist die Fehling‑Probe positiv.

Schauen wir uns nun an, was genau bei diesem Nachweis passiert und was die typische Rotfärbung verursacht:

• Auswertung:
  Beim Mischen der Lösungen Fehling I und II kommt es zur Komplexbildung der Tartrat‑Ionen mit den Kupfer(II)‑Ionen. Dieser Komplex gibt der Lösung ihre dunkelblaue Farbe. Wird nun eine aldehydhaltige Probe hinzugefügt, wie im Fall unserer Testlösung, und das Gemisch erhitzt, kommt es zu einer Redoxreaktion. Während einer Redoxreaktion laufen Oxidation und Reduktion parallel ab. In diesem Fall wird das Aldehyd durch die Hydroxidionen $\left( \ce{OH^{-}} \right)$ des Fehling-Reagenzes zu einer Carbonsäure oxidiert, während das komplexierte Kupfer(II)‑Ion zu Kupfer(I)‑oxid $\left( \ce{Cu2O} \right)$ reduziert wird. Das entstehende Kupfer(I)‑oxid ist ein Feststoff und fällt als ziegelroter Niederschlag aus. In der Abbildung kannst du die einzelnen Schritte der ablaufenden Reaktionen im Detail nachverfolgen. Die römischen Zahlen über den Komponenten entsprechen den Oxidationszahlen und zeigen dir an, ob es sich jeweils um eine Oxidation oder Reduktion handelt.

Die in der Abbildung dargestellte Redoxreaktion ist allerdings in dieser Form noch nicht ganz vollständig. Da die Reaktion in alkalischer Umgebung stattfindet, wird die entstandene Carbonsäure $\left( \ce{R-COOH} \right)$ sofort deprotoniert:

$\ce{R-COOH + OH- -> R-COO- + H2O}$

Es bildet sich eine Carboxylat-Ion $\left( \ce{R-COO-} \right)$. Die endgültige Form der Redoxreaktion muss demnach wie folgt lauten:

$\ce{R-CHO + 5 OH^{-} + 2 Cu^{2+} -> R-COO- + 3 H2O + Cu2O}\downarrow$

Aldehydnachweis mit der Tollens‑Probe

Für die Durchführung der Tollens‑Probe, auch bekannt als Silberspiegel‑Probe, benötigt man eine ammoniakalische Silbernitratlösung $\left( \ce{AgNO3} \right)$ als Nachweisreagenz.

• Versuchsdurchführung:
  Die Testlösung wird mit dem Nachweisreagenz in einem Reagenzglas zusammengeführt. Anschließend wird die Lösung in einem siedenden Wasserbad erhitzt.

• Beobachtung:
  Die ammoniakalische Silbernitratlösung ist ebenso wie die aldehydhaltige Testlösung farblos. Durch das Erhitzen bilden sich zunächst Dämpfe, die dann als silberner Niederschlag an der Reagenzglaswand kondensieren. Damit ist die Tollens‑Probe positiv.

Der Niederschlag ist der sogenannte Silberspiegel. Wie er entsteht, schauen wir uns nun genauer an.

• Auswertung:
  Bei der Tollens‑Probe handelt es sich ebenfalls um eine Redoxreaktion. Und auch hier wird das Aldehyd zur Carbonsäure oxidiert. Im Gegenzug werden die Silberkationen $\left( \ce{Ag^{+}} \right)$ in der Silbernitratlösung zu elementarem Silber $\left( \ce{Ag} \right)$ reduziert, das sich als Silberspiegel niederschlägt bzw. abscheidet.

Anwendung und Grenzen der Aldehydnachweise

Die beiden Aldehydnachweise können unter anderem in der medizinischen Diagnostik eingesetzt werden, um beispielsweise Zucker in Urinproben nachzuweisen, was ein Symptom für die Krankheit Diabetes darstellt. Zuckermoleküle wie beispielsweise die Glucose weisen in ihrer offenkettigen Form eine Aldehydgruppe auf, die oxidiert werden kann. Aber es gibt auch einen Zweifachzucker (Disaccharid), der weder bei der Fehling‑Probe noch bei der Tollens‑Probe eine Reaktion hervorruft: Saccharose. Dieser besitzt im Gegensatz zu anderen Zuckern nicht die Möglichkeit der offenkettigen Form, da kein Halbacetal vorliegt. Näheres zu den strukturellen Besonderheiten von Acetalen und Halbacetalen findest du, wenn du dich näher mit der Halbacetalbildung und Acetalbildung beschäftigst.
Generell ist davon auszugehen, dass eine Probe keine Aldehyde bzw. Formylgruppen enthält, wenn Fehling‑Probe und Tollens‑Probe negativ sind, also keine Niederschlagsbildung zu beobachten ist.

Ausblick – das lernst du nach Aldehydnachweise – Fehling-Probe und Tollens-Probe

Als nächstes erwarten dich die spannenden Themen Ketone und Carbonsäuren. Damit erweiterst du dein Wissen in der organischen Chemie und lässt deine Mitschülerinnen und Mitschüler alt aussehen!

Häufig gestellte Fragen zum Thema Fehling‑Probe und Tollens‑Probe