30 Tage kostenlos testen:
Mehr Spaß am Lernen.

Überzeugen Sie sich von der Qualität unserer Inhalte.

Jetzt Teil der Test-Community werden und tolle Dankeschöns kassieren!

Ketone – Reaktionen (Expertenwissen) 07:12 min

Textversion des Videos

Transkript Ketone – Reaktionen (Expertenwissen)

Guten Tag und herzlich willkommen. In diesem Video geht es um Ketone-Reaktionen. Das Video ist vorgesehen für das Gymnasium, den Leistungskurs aber auch Studenten der Hochschulen, die das Fach Chemie als Nebenfach belegen, können sich dieses Video anschauen oder für Chemiestudenten als Einführungsvideo. Den Film habe ich folgendermaßen gegliedert: 1. Oxidation 2. Reduktion 3. Grignad-Reaktion 4. Reaktion zu Cyanhydrin 5. Reaktion mit Bisulfit 6. Reaktionen mit Ammoniakderivaten 7. Reaktionen mit Alkoholen 8. Halogenierung 9. Aldolreaktion 1. Oxidation: In der ersten Stufe muss ein Oxidationsmittel hergestellt werden. Natriumhydroxid reagiert mit Jod zu Natriumhypoiodid, wenn wir zwei Moleküle von Natriumhydroxid nehmen, so bildet sich sofort Natriumjodid und Wasser wird frei. Wir notieren das Oxidationsmittel NaOI Natriumhypoiodid. Natriumhypoiodid dissoziert in wässriger Lösung im Natriumion und Hypojodidionen. Ein Molekül Keton reagiert mit drei Hypojodidionnen. Es bildet sich ein Säurerestion, ein Molekül Jodoform und zwei Hydroxidionen werden frei. Unter Einwirkung einer starken Mineralsäure bildet sich die Carbonsäure. In unserem Fall Propansäure. Die Reaktion nennt man Haloformreaktion, weil bei ihr ein Haloform gebildet wird. In unserem Fall Jodoform. 2. Reduktion: Davon gibt es eine ganze Menge Beispiele, ich möchte euch einige nennen.  a) Die Reaktion der Ketonen zu Alkohol. Ketonen werden mit gasförmigem Wasserstoff H2 in Gegenwart geeigneter Katalysatoren Nickel Palladium oder Platin reduziert. Zum gleichen Ergebnis kommt man, wenn man Reduktionsmittel wie Lithiumaluminiumhydrid oder Natriumborhydrid verwendet. In der zweiten Stufe der Reaktion müssen die gebildeten Verbindungen durch starke Mineralsäure zersetzt werden. In jedem der Fälle bilden sich Alkohole. b) Reduktionen zu Kohlenwasserstoffen. Hier für gibt es zwei klassische Methoden. Die erste Methode, oben dargestellt: Im ersten Schritt reagiert Zinkamalgam und im zweiten Schritt wird konzentrierte Salzsäure zugesetzt. Zum gleichen Ergebnis gelangt man, wenn man im ersten Schritt das Keton mit Hydrazin NH2 NH2 reagieren lässt und die gebildete Verbindung im zweiten Schritt unter erhöhter Temperatur mit Natriumhydroxid zersetzt. In jedem der beiden Fälle bildet sich ein Kohlenwasserstoff. Die Reduktion mit Zinkamalgam nennt man Clemmensenreduktion. Die Reduktion mit Hydrazin und anschließender Behandlung NaOH nennt man Wolf-Kishner Reaktion. c) Pinakon-Synthese Im ersten Schritt reagieren zwei Moleküle, Aceton mit Magnesium. Als Lösungsmittel wird Benzol verwendet. Es bildet sich die dargestellte, zyklische Verbindung, wobei Magnesium mit zwei Atomen Sauerstoff verbunden ist. Durch Zugabe von Wasser H2O kommt es zu einer Aufspaltung der Magnesium Sauerstoffbindung und es bildet, sich ein Dialkohol. Das Reaktionsprodukt heißt Pinakon. b) Reduzierende Aminierung Im ersten Schritt reagiert das Keton, ich habe hier Aceton genommen, mit Ammoniak unter der Abscheidung von Wasser. Es bildet sich eine instabile Verbindung, ein Imin. Die Doppelbindung wird bekannterweise mit molekularem Wasserstoff in Anwesenheit von Nickel als Katalysator  zu einem Amin reduziert. 3. Die Grignard-Reaktion Bei der Gringard-Reaktion von Ketonen reagiert das Keton mit dem Grignardreagent. Beim Grignardreagent sitzt das Magnesiumatom zwischen dem Rest R und einem Halogenatom hier Br. Der Rest R bewegt sich zum Kohlenstoffatom der Ketogruppe. MgBr bewegt sich zum Sauerstoffatom der Ketogruppe. Nach Zersetzung mit Wasser erhält man einen Alkohol. 4. Reaktion zu Cyanhydrin Cyanhydrin erhält man, wenn ein Keton mit Blausäure reagiert. Das Wasserstoffion der Blausäure geht zum Sauerstoffatom der Ketogruppe. Das Cyanidion der Blausäure geht zum Kohlenstoffatom der Ketogruppe. Das Reaktionsprodukt heißt Cyanhydrin. 5. Reaktion mit Bisulfit Die Ketogruppe reagiert mit Natriumbisulfit das Wasserstoffion des Salzes geht an das Sauerstoffatom der Ketogruppe. Der Säurerest des Salzes geht an das Kohlenstoffatom der Ketogruppe. Das Reaktionsprodukt wird in der Literatur schlicht als Addukt bezeichnet. 6. Reaktionen mit Ammoniakderivaten Es gibt eine Vielzahl solcher Reaktionen, ich habe zwei ausgewählt. a) Das Keton reagiert mit H2n-NH2 Hydrazin, es bildet sich ein Hydrazon und Wasser wird frei. b) das Keton reagiert mit Hydrazinamin der Abspaltung von Wasser, die chemische Verbindung, die entsteht, wird als Oxim bezeichnet. 7. Reaktionen mit Alkoholen Ketone reagieren mit Alkohol hier mit zwei Molekülen Methanol unter der Einwirkung einer Mineralsäure und es bildet sich ein Reaktionsprodukt, das als Acetal bezeichnet wird. 8. Halogenierung Ketone reagieren sehr gut mit Chlor, Brom und Jod. Ich habe hier Brom als Beispiel genommen. Wenn in Nachbarschaft zur Ketogruppe freie Wasserstoffatome vorhanden sind, so werden sie gegen ein Bromatom ausgetauscht. Es bildet sich das Bromketon und Bromwasserstoff wird frei. 9. Die Aldolreaktion Bei der Aldolreaktion von Ketonen reagiert das Keton mit einem Aldehyd. Katalysatoren können Säuren oder Basen. Das Wasserstoffion neben der Aldehydgruppe bewegt sich zum Sauerstoffatom der Ketogruppe. Es findet eine Knüpfung von zwei Kohlenstoffatomen statt. Das Reaktionsprodukt nennt man Aldol. Es ist ein Aldehyd und ein Alkohol. Ich danke für die Aufmerksamkeit und alles Gute und auf Wiedersehen.                  

Ketone – Reaktionen (Expertenwissen) Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Ketone – Reaktionen (Expertenwissen) kannst du es wiederholen und üben.

  • Benenne folgende Reaktionsprodukte aus Reaktionen mit Ketonen.

    Tipps

    Zucker sind in der Ringform Halbacetale.

    Lösung

    Alle Verbindungen sind Abkömmlinge von Ketonen, d.h. von Carbonylverbindung. Die Namen leiten sich häufig aus der Herstellungsmethode ab. Oxim z.B. leitet sich von Oxi- und Imin, d.h. einem oxidierten Imin, ab. Es entsteht bei der Reaktion von einem Keton mit Hydroxylamin. Reagiert das Keton mit einem anderen Ammoniakderivat, mit dem Hydrazin, dann entsteht ein Hydrazon.

    Die Acetalbildung begegnet dir auch in der Naturstoffchemie. Sie läuft ab, wenn ein offenkettiges Zuckermolekül zur Ringform wird. Dabei reagiert die Carbonylgruppe intramolekular mit einer Hydroxygruppe.

  • Finde das Reaktionsprodukt folgender Reaktion.

    Tipps

    Wenn Aceton vorgelegt wird, liegt dieses in der deprotonierten Form vor.

    deprotoniertes Aceton

    Lösung

    Es ist wichtig zu wissen, welches Edukt im basischen oder sauren Milieu vorgelegt wird. Im Basischen erfolgt eine Deprotonierung von einem Alkylrest (Methylgruppe) neben dem Carbonylkohlenstoffatom, dadurch bildet sich ein Nucleophil. Im Sauren erfolgt eine Protonierung des Carbonyl-Sauerstoffatoms, wodurch das Kohlenstoffzentrum positivierter (elektrophiler) wird.

    Wenn Aceton im Basischen vorgelegt wird, liegt es deprotoniert vor. Als Nucleophil kann es nun an das Carbonyl-Kohlenstoffatom des Acetaldehyds angreifen. Es kommt zur Ausbildung von dem Aldol.

  • Nenne Möglichkeiten zur Reduktion eines Ketons zu einem Kohlenwasserstoff.

    Tipps

    Es gibt eine Reduktion mit Hydrazin, wobei zunächst das Hydrazin gebildet wird, aus dem dann Stickstoff abgespalten werden kann.

    Viele Reduktionen erfolgen mit Metallen oder nascierendem Wasserstoff.

    Lösung

    Die Desoxygenierung von Ketonen ist die Entfernung vom Carbonylsauerstoff, d.h. die Bildung von einem Alkan aus einem Keton. Prinzipiell gibt es drei häufig angewendete Methoden:

    1. Wolff-Kishner-Reaktion: Durch Umsetzung mit Hydrazin kommt es zur Bildung von einem Hydrazon, welches durch den Einfluss von einer Base (NaOH) Stickstoff abspaltet. Übrig bleibt das Alkan (siehe Abbildung).
    2. Clemmensen-Reaktion: Bei dieser Reaktion wird Zinkamalgam mit konzentrierter Salzsäure umgesetzt. Durch die Säure wird das Carbonyl-Sauerstoffatom protoniert. Dann wird unter einem Ein-Elektronentransfer diese Bindung gespalten, sodass ein Alkan gebildet wird.
    3. Entschwefelung von Thioketonen: Thioketone besitzen anstelle des Sauerstoffatoms an der gleichen Stelle ein Schwefelatom. Mithilfe von Quecksilbersalzen, die eine hohe Affinität zum Schwefel haben, gelingt die Entschwefelung, sodass auch nur noch ein Alkan übrig bleibt.
  • Zeige den Ablauf der Stetter-Synthese.

    Tipps

    Das $\alpha$,$\beta$-ungesättigte Keton ist ein Michael-Akzeptor, d.h., sein positives Zentrum liegt an der endständigen Doppelbindung.

    Lösung

    Die Stetter-Synthese ist eine Möglichkeit, um 1,4-Diketone zu synthetisieren. Sie stellt eine Mischung aus Cyanhydrin- und Aldolreaktion dar.

    Aus dem Aldehyd wird mit NaCN ein Cyanhydrin-Anion gebildet. Der negativ geladene Sauerstoff kann sich ein Proton vom selben Kohlenstoffzentrum stehlen, wobei ein Carbanion entsteht (Protonentransfer). Dieses Carbanion kann nun an den Michael-Akzeptor, d.h. an das $\alpha$,$\beta$-ungesättigte Keton, angreifen, wobei sich die negative Ladung auf das Sauerstoffatom vom Michael-Akzeptor verschiebt. Durch wiederholten Protonentransfer wird dieses Sauerstoffatom abgesättigt und die negative Ladung entsteht am ehemaligen Aldehyd-Sauerstoffatom. Damit die Ladung ausgeglichen wird, klappt der Sauerstoff sein freies Elektronenpaar zum Kohlenstoff zurück und das schwach gebundene Cyanid-Ion verlässt das Molekül. Das so erzeugte 1,4-Diketon wird in der Synthesechemie als Ausgangsstoff für die Knorrsche Pyrrolsynthese eingesetzt.

  • Erläutere den Mechanismus der Iminsynthese.

    Tipps

    Bei der Reaktion wird Wasser aus dem Carbonyl-Sauerstoffatom und aus 2 H-Atomen des Ammoniaks abgespalten.

    Ladungen müssen immer erhalten bleiben. Greift ein negativ geladenes Teilchen an, so muss im Produkt eine negative Ladung vorhanden sein.

    Lösung

    Wird ein Keton mit einem primären Amin oder Ammoniak umgesetzt, so kommt es zur Ausbildung von einem Imin. Bei Umsetzung mit einem sekundären Amin bildet sich ein Enamin und mit einem tertiären Amin findet keine richtige Reaktion, sondern nur eine Adduktbildung statt.

    Die Umsetzung von Carbonylverbindungen mit Nucleophilen (Aminen, Alkoholaten, Carbanionen, ...) erfolgt sehr häufig unter Protonenkatalyse. Durch diese wird das Carbonyl-Kohlenstoffzentrum aktiviert, da es statt einer positiven Partialladung so eine reelle positive Ladung erhält. Damit wird das Zentrum noch elektrophiler.

  • Bestimme die Reaktionsprodukte folgender Umsetzungen mit Aceton.

    Tipps

    Diese Verbindung ist eine Grignard-Verbindung. Das Kohlenstoffatom neben dem Magnesium ist partiell negativ geladen, da das Magnesium partiell positiv geladen ist.

    Nucleophile greifen meist am elektrophilen Carbonyl-Kohlenstoffzentrum an.

    Lösung

    Das wichtigste Prinzip bei Reaktionen von Ketonen ist, zu wissen, welche Position nucleophil und elektrophil ist. Das Carbonyl-Kohlenstoffzentrum hat aufgrund des hoch elektronegativen Partners Sauerstoff nur eine geringe Elektronendichte. Wenn zusätzlich an den Resten noch elektronenziehende Gruppen, wie Halogene oder Aminogruppen, eingebaut sind, führt das zu einem C-Atom mit großer, positiver Partialladung. Da Sauerstoff sehr elektronegativ ist, zieht er die Elektronendichte zu sich und erhält eine negative Teilladung. Dieser Effekt kann über die mesomere Grenzformel gezeigt werden, in der Sauerstoff real negativ und das Kohlenstoffzentrum positiv geladen ist (siehe Abbildung, mittig).

    An das elektrophile Kohlenstoffzentrum kann nun jedes denkbare Nucleophil angreifen, z.B. Hydroxid-Ionen, Wasser (Hydrat), Amine (Imin, Enamin), Carbanionen (Grignard) oder Hydride ($LiAlH_4$).