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Funktionelle Gruppen in der organischen Chemie

Funktionelle Gruppen beeinflussen maßgeblich die Eigenschaften von organischen Verbindungen. Sie bestimmen die Reaktivität und die Zusammensetzung der Moleküle. Erfahre, wie funktionelle Gruppen die Chemie beeinflussen und lerne die wichtigsten Arten kennen. Interesse geweckt? Dies und mehr findest du im folgenden Text!

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Die Autor*innen
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André Otto
Funktionelle Gruppen in der organischen Chemie
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse

Funktionelle Gruppen in der organischen Chemie Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Funktionelle Gruppen in der organischen Chemie kannst du es wiederholen und üben.
  • Erkläre, was funktionelle Gruppen sind.

    Tipps

    Ethan ist nicht in Wasser löslich, aber Ethanol hingegen schon.

    Lösung

    Funktionelle Gruppen sind chemische Gruppen, die die Eigenschaften von Stoffen ausmachen. Unterschiedliche funktionelle Gruppen rufen unterschiedliche Eigenschaften hervor. Weil Stoffe mit der gleichen funktionellen Gruppe immer ähnliche Eigenschaften haben, kann man Stoffe zu einer Substanzfamilie zuordnen. Diesen Vorgang nennt man dann Klassifizierung. So gibt es z.B. die Klasse der Alkohole, der Ester oder der Carbonsäuren.

  • Benenne die funktionellen Gruppen.

    Tipps

    Überlege dir, zu welcher Stoffklasse die jeweilige funktionelle Gruppe gehört.

    Lösung

    Mithilfe von funktionellen Gruppen lassen sich Stoffe klassifizieren. Alle Stoffe mit der gleichen funktionellen Gruppe können als Substanzfamilie bezeichnet werden.

    • Die Hydroxylgruppe $-OH$ ist typisch für die Alkohole.
    • Die Ketogruppe $C=O$ ist ein Merkmal der Ketone.
    • Aldehyde haben alle die Aldehydgruppe $-CHO$ gemeinsam.
    • Die Carboxylgruppe $O=C-OH$ ist typisch für Carbonsäuren.

  • Ermittle die funktionellen Gruppen folgender Verbindungen.

    Tipps

    Überlege dir zunächst, zu welcher Stoffklasse der Stoff gehört.

    Danach überlegst du dir, welche funktionelle Gruppe für diese Stoffklasse typisch ist.

    Lösung

    Anhand von funktionellen Gruppen kannst du erkennen, zu welcher Stoffklasse eine chemische Substanz gehört. Denn alle Stoffe mit gleicher funktionellen Gruppe gehören zu einer Stoffklasse.

    So gehören z.B. alle Stoffe mit der Hydroxylgruppe $-OH$ zur Gruppe der Alkohole. Sie unterscheiden sich lediglich in der Anzahl der Kohlenstoffatome. Alkohole erkennt man an der Endung -ol im Namen.

    Stoffe, die die Aminogruppe $-NH_2$ beinhalten, werden als Amine bezeichnet. Dazu gehören z.B. Ethylamin oder Dimethylamin.

    Carbonsäuren erkennt man anhand der Carboxylgruppe $-COOH$. Neben der funktionellen Gruppe können sich auch andere Substituenten am Molekül befinden. Das ist z.B. bei der Chloressigsäure der Fall, bei der ist ein Wasserstoffatom durch ein Chloratom ersetzt worden.

  • Benenne die folgenden Verbindungen.

    Tipps

    Suche zunächst nach der funktionellen Gruppe. Sie ist ausschlaggebend für die Stoffklasse.

    Zähle die Kohlenstoffatome.

    Überlege, was die Kürzel für die Anzahl der Kohlenstoffatome waren.

    Die funktionelle Gruppe muss immer die kleinste Position im Namen haben.

    Lösung

    Die Benennung organischer Verbindungen erfolgt anhand der IUPAC-Regeln. Diese Abkürzung bedeutet International Union of Pure and Applied Chemistry.

    Diese Regelung wurde eingeführt, damit jeder Chemiker die gleiche einheitliche Benennung für Chemikalien verwendet und es nicht zu Missverständnissen kommt. Wichtig ist als erstes zu wissen, wie viele Kohlenstoffatome die Verbindung hat. 1 steht für „Meth-“, zwei für „Eth-“, drei „Prop-“ und immer so weiter.

    Danach ist wichtig zu wissen, welche funktionelle Gruppe der Stoff erhält. Im Namen der Verbindung lässt sich dann diese Stoffklasse anhand der typischen Endung erkennen. Alkohole haben die Endung „-ol“ und Alkanale haben z.B. die Endung „-al“.

    Ist das Kohlenstoffgerüst im Molekül länger als zwei Kohlenstoffe, ist auch noch die Position der funktionellen Gruppe entscheidend. Dabei ist immer wichtig, dass sie die kleinste Zahl im Namen erhält.

  • Bestimme die funktionellen Gruppen im folgenden Molekül.

    Tipps

    Bei dem Stoff handelt es sich um Glycerinaldehyd-3-phosphat.

    Überlege, wie alle zur Auswahl stehenden funktionellen Gruppen aussehen.

    Lösung

    Bei dem Molekül handelt es sich um Glycerinaldehyd-3-phosphat. Es enthält drei verschiedene funktionelle Gruppen, die die Eigenschaften des Moleküls bestimmen.

    Zu einem lässt sich die Hydroxylgruppe erkennen. In diesem Beispiel ist sie blau gekennzeichnet. Sie ist typisch für die Stoffklasse der Alkohole. Weiterhin enthält das Molekül die Aldehydgruppe, die hier grün gekennzeichnet ist. Bereits im Namen des Moleküls lässt sich erkennen, dass eine Aldehydgruppe enthalten ist. Die dritte Gruppe, die sich im Molekül verbirgt, ist die Estergruppe, welche typisch für Ester ist. In diesem Beispiel ist diese rot gekennzeichnet.

  • Erschließe, welche Stoffe gemeinsam ein neues Produkt bilden.

    Tipps

    Schaue dir von allen drei Stoffen die funktionellen Gruppen an und schließe dann auf die Stoffklasse.

    Es handelt sich um eine Kondensationsreaktion.

    Lösung

    Die abgebildete Reaktion zeigt die sogenannte Veresterung. Chemisch handelt es sich dabei um eine Kondensationsreaktion, da zwei Moleküle miteinander zu einem großen Molekül reagieren und ein kleineres Molekül, Wasser, dabei abgespalten wird. Die beiden Edukte dieser Reaktion sind im Allgemeinen immer ein Alkohol und eine Säure, welche dann zu einem Säureester reagieren. Dabei bildet sich die typische Esterbindung $-COO-$ aus und Wasser wird abgespalten. In diesem speziellen Fall reagiert Ethanol mit Ethansäure zum Ethansäureethylester.