Primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole 09:02 min
Transkript Primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole
Hallo und ganz herzlich willkommen, wir werden uns heute über „Primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole“ unterhalten. Kleine Wiederholung Sicher erinnert ihr euch noch an die Alkohole. Man erhält Alkohole, indem man ein Wasserstoff – Atom eines Alkan – Moleküls gegen die Hydroxid – Gruppe -OH austauscht. Mit zunehmender Anzahl an Kohlenstoff – Atomen erhält man: Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol usw. Isomerie Schaut euch einmal die Moleküle dieser Alkohole an. Methanol stellt nichts besonders dar: Seine Moleküle besitzen ein einziges Kohlenstoff – Atom. An diesem ist die Hydroxy – Gruppe befestigt. Die Stellung von OH spielt auch beim Ethanol keine Rolle. Denn es ist ganz gleich, wo die Gruppe sitzt. „Vorn“ und und „Hinten“ gibt es nicht. Interessant wird es beim Propanol. Die OH – Gruppe kann entweder am ersten Kohlenstoff – Atom oder am zweiten Kohlenstoff – Atom, sozusagen in der Mitte, sitzen. Zur Unterscheidung spricht man im ersten Fall von Propan – 1 -ol im zweiten Fall von Propan – 2 -ol. Es handelt sich um Isomere, deren physikalische Eigenschaften sich leicht unterscheiden. Primäre und sekundäre Alkohole
Wenn wir eine unverzweigte Kohlenstoffkette haben, so gibt es zwei prinzipiell verschiedene Möglichkeiten der Stellung der OH – Gruppe: 1. Am Anfang der Kette in Stellung 1. 2. In jeder anderen Position. Natürlich nicht an letzter Stelle; Denn das wäre ja wieder die Position 1.
Man unterscheidet nun: 1. Primäre Alkohole (mit OH in 1 – Stellung) und 2. Sekundäre Alkohole (mit OH in jeder anderen Stellung).
„Primus“ bedeutet „erster“: Das Kohlenstoffatom, an dem die OH – Gruppe sitzt, ist mit einem Kohlenstoffatom verknüpft. „Secundus“ bedeutet „zweiter“: Das Kohlenstoffatom, an dem die OH – Gruppe sitzt, ist mit zwei Kohlenstoffatomen verknüpft.
Tertiäre Alkohole Das Butanol – Molekül kann verzweigt sein. Wenn die OH – Gruppe an der Verzweigungsstelle sitzt, handelt es sich um das tertiäre Butanol. Man schreibt dann: tert – Butanol
Damit haben wir eine weitere Art von Alkoholen: 3. Tertiäre Alkohole „Tertius“ bedeutet „dritter“: Das Kohlenstoffatom, an dem die OH – Gruppe sitzt, ist mit zwei Kohlenstoffatom verknüpft.
Warum die Unterscheidungen? Als ich noch ein junger Synthesechemiker war, hatte ich Kalium mit Methanol zur Reaktion zu bringen. „Die reagieren miteinander wie Natrium mit Wasser“, sagte mein Chef. Und es war wirklich heftig! Später saß ich in einem Büro, an dessen Wand ein Metallschrank mit Chemikalien hing. Die Aufbewahrung erfolgte unordentlich: Eines Tages fiel daraus eine Chemikalienflasche zu Boden. „Kalium“ stand darauf. Die kleinen Metallstückchen fielen zu Boden und begannen sich zu entzünden. Ich erinnerte mich an das geschilderte Erlebnis und lief schleunigst, um tert-Butanol zu holen. Mit seiner Hilfe konnte ich das Natrium unschädlich machen. Der Alkohol reagierte still und friedlich mit dem Metall. Was bedeutet das? Das heißt, dass die Säurestärke bei den Alkoholen folgende Abfolge hat: Methanol > primär > sekundär > tertiär Andererseits nimmt die Basizität zu: Methanol < primär < sekundär < tertiär Für die organische Synthese bedeutet das, dass tertiäre Alkohole am leichtesten protoniert werden können. Wasser wird am leichtesten abgespalten und es bildet sich ein Alken. Aus tert - Butanol entsteht Isobuten, Isobutylen genannt. Aus diesem Grund stellt man tert - Butylester NICHT aus tert - Butanol sondern aus Isobutylen her.
Oxidation von Alkoholen Es gibt Methoden für die milde Oxidation von Alkoholen: Primäre Alkohole Beispiel: Ethanol gibt unter Wasserabspaltung den Aldehyd Ethanal. Allgemein: Ein primärer Alkohol liefert durch Oxidation einen Aldehyd. Sekundäre Alkohole Beispiel: Propan -2- ol gibt unter Wasserabspaltung das Keton Aceton. Allgemein: Ein sekundärer Alkohol liefert durch Oxidation ein Keton. Tertiäre Alkohole Tertiäre Alkohole sind unter milden Bedingungen nicht oxidierbar.
Unterscheidung Eine Methode zur analytischen Unterscheidung von Alkoholen ist die sogenannte Lucas - Probe. Der Alkohol wird mit einer Lösung aus konzentrierter Salzsäure und Zinkchlorid versetzt. Beobachtung: Es gibt drei Möglichkeiten. 1. Sofortige milchige Trübung 2. Milchige Trübung nach etwa 5 Minuten 3. Milchige Trübung erst nach Erwärmung Erklärung: Bei der Probe wird die alkoholische Gruppe gegen ein Chloratom ausgetauscht. Das Chloralkan ist schlechter wasserlöslich als der Alkohol. Daher kommt es zur Trübung. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist in guter Übereinstimmung mit der Basizität des Alkohols: tertiär > sekundär > primär > Methanol
Zusammenfassung Ein Alkohol ist um so saurer, je mehr Wasserstoffatome an dem Kohlenstoffatom sitzen, wo sich die OH - Gruppe befindet: Methanol > Ethanol > Propan - 2 - ol > tert - Butanol Ein Alkohol ist um so basischer, je mehr Kohlenstoffatome an dem Kohlenstoffatom sitzen, wo sich die OH - Gruppe befindet: tert - Butanol > Propan -2- ol > Ethanol > Methanol Das ist bei chemischen Reaktionen zu berücksichtigen!
Das war es auch schon wieder für heute. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg!
Tschüs
Euer André
Videobeschreibung
Hallo und herzlich willkommen. In diesem Video wollen wir die Alkohole in primäre, sekundäre und tertiäre einteilen. Als Unterscheidungsmerkmal dient dabei die Stellung der Hydroxy-Gruppe im Alkoholmolekül. Außerdem ist es wichtig, ob die Kohlenstoffkette unverzweigt oder verzweigt ist. Wir lernen das unterschiedliche Reaktionsverhalten der verschiedenen Alkohole kennen - sei es die Reaktion mit einem Alkalimetall, sei es die Abspaltung von Wasser oder eine milde Oxidation. Schließlich schauen wir uns noch einen popularen Nachweis an. Viel Spaß!
Der Tutor:
Dr. rer. nat.
Primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole
Primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole Übung
Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole kannst du es wiederholen und üben.
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Nenne die richtigen Positionen der OH-Gruppe für die verschiedenen Alkohole.
Tipps
Eine unverzweigte Kette kann keinen tertiären Alkohol liefern.
Die Art des Alkohols hängt ab vom Grad der Verzweigung am Kohlenstoffatom C-OH.
Lösung
Alkohole können ab einer Kettenlänge von drei Kohlenstoffatomen Isomere bilden. Das bedeutet, dass sie sich in ihrer Struktur unterscheiden. Genauer, sie unterscheiden sich in der Position der OH-Gruppe.
- Befindet sich die OH-Gruppe am Anfang/Ende des Moleküls, spricht man von primären Alkoholen. Das Kohlenstoffatom, an dem die OH-Gruppe gebunden ist, bindet nur zu einem weiteren Kohlenstoffatom.
- Bei sekundären Alkoholen befindet sich die OH-Gruppe an einem Kohlenstoffatom, das noch an zwei weiteren Kohlenstoffatomen gebunden ist. Es bindet sich also in der Mitte einer Kette.
- Tertiäre Alkohole können nur bei verzweigten Ketten auftreten. In dem Fall sitzt nämlich die OH-Gruppe genau an der Verzweigung. Das Kohlenstoffatom, an dem die OH-Gruppe gebunden ist, bindet also zu drei weiteren Kohlenstoffatomen.
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Erkenne die beste Möglichkeit zur Beseitigung von Kalium-Resten.
Tipps
Die Reihenfolge entspricht der relativen Säurestärke der Verbindungen.
Die Säurestärke von Alkoholen wird durch Alkyl-Gruppen am C-OH Kohlenstoffatom vermindert.
Lösung
Folgende Reihenfolge von Verbindungen war zu finden:
Wasser > Methanol > Ethanol > Propan-2-ol > tert-Butanol
Wasser zeigt noch eine recht hohe Reaktivität. Die Alkohole sind im Vergleich dazu viel weniger reaktionsfreudig. Bei der Reaktion entstehen das positive Kalium-Kation und ein negatives Alkoholat-Ion.
Die Reaktivität der Alkohole fällt von Methanol über Ethanol (primärer Alkohol), Propan-2-ol (sekundärer Alkohol) bis tert-Butanol (tertiärer Alkohol).
Daher wird tert-Butanol für die Beseitigung von Kalium-Resten verwendet.
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Beschreibe Details der Reaktion von Glycerin mit Natrium.
Tipps
Wie ändert sich das Raktionsverhalten von Alkoholen mit Basen in der Folge primär-sekundär-tertiär?
Der sterische Effekt führt zu einer Veränderung der Reaktionsgeschwindigkeit.
Lösung
Da das Molekül des Glycerins drei Hydroxy-Gruppen enthält, handelt es sich um einen Alkohol. Die Gruppen befinden dich an einer Propan-Kette. Glycerin verhält sich gegenüber dem reaktiven Natrium wie eine Säure. Die Produkte der Reaktion sind Alkoholate und elementarer Wasserstoff.
Die randständigen Hydroxy-Gruppen reagieren zuerst. Bei der mittleren Hydroxy-Gruppe im Molekül handelt es sich um einen sekundären Alkohol. Bei den randständigen Gruppen handelt es sich jeweils um einen primären Alkohol.
Der sterische Effekt führt dazu, dass die Reaktion mit der mittleren Hydroxy-Gruppe langsamer abläuft.
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Beurteile, ob es sich bei der aromatischen Verbindung um einen Alkohol handelt.
Tipps
Eine Hydroxy-Gruppe, die mit einem aromatischen Molekül verknüpft ist, ergibt keinen Alkohol.
Lösung
Grundsätzlich zeigt die Hydroxy-Gruppe $-OH$ nicht immer einen Alkohol an. Beispiele dafür sind Wasser und Wasserstoffperoxid.
Tertiäre Alkohole sind nur von Alkanen oder Alkyl - Resten abgeleitet. Daher ist die abgebildete Verbindung kein Alkanol.
Die Verbindung ist tatsächlich viel saurer als ein Alkohol. Durch die strukturellen Merkmale kann also das Proton wesentlich leichter abgegeben werden als bei Alkanolen.
Ein Alkohol darf durchaus Doppelbindungen im Molekül enthalten. Ein Beispiel dafür ist Crotylalkohol $CH_3-CH=CH-CH_2-OH$.
Es handelt sich hier um die chemische Verbindung Phenol.
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Bestimme den jeweiligen Alkohol richtig.
Tipps
Erinnere dich, was die Begriffe primus, secundus und tertius bedeuten und bringe sie mit der Anzahl entsprechender Kohlenstoffatome in Zusammenhang.
Lösung
Jede Hydroxy-Gruppe $-OH$ in einem Alkohol befindet sich an einem Kohlenstoffatom. Um zu wissen, ob es sich um einen primären, einen sekundären oder einen tertiären Alkohol handelt, muss man die Zahl der Kohlenstoffatome oder die Zahl der Wasserstoffatome, die sich am Hydroxyl-Kohlenstoffatom befinden, exakt kennen.
- primär: 1 C-Atom, 2 H-Atome
- sekundär: 2 C-Atome, 1 H-Atom
- tertiär: 3 C-Atome, 0 H-Atome
- $CH_3CH_2-OH$
- $CH_3CH_2CH_2-OH$
- $CH_3CH(OH)CH_3$
- $CH_3CH(OH)CH_2CH_3$
Tertiäre Alkohole, da jeweils 3 C-Atome und keine Atome am -C-OH-Atom, sind:
- $(CH_3)_3C-OH$
- $(C_2H_5)_3C-OH$
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Beschreibe Probleme bei der Herstellung von Essigsäure-tert- butylester.
Tipps
Je mehr Alkyl-Gruppen am ladungstragenden Kohlenstoffatom sitzen, umso stabiler ist das Carbenium-Ion.
Lösung
1. Tertiäre Alkohole
Die Reaktion wird durch die Protonierung eingeleitet:
$(CH_3)_3C\!-\!OH + H^{\oplus} \longrightarrow (CH_3)_3C\!-O\,^{\oplus}\!H_2$
Daran schließt sich die Abspaltung eines Wasser-Moleküls an:
$(CH_3)_3C\!-O\,^{\oplus}\!H_2 \longrightarrow {(CH_3)_3C}^{\oplus} + H_2O$
Die Deprotonierung beschließt die Reaktion:
${(CH_3)_3C}^{\oplus} \longrightarrow (CH_3)_2C=CH_2 + H^{\oplus}$
Der tertiäre Butanol geht eine unerwünschte Nebenreaktion ein. Daher kann der Ester kann nicht gebildet werden.
2. Erklärung
Warum findet die Veresterung mit Ethanol $CH_3CH_3\!-\!OH$ statt, mit tert-Butanol aber nicht? Für den Ablauf der Reaktion ist die relative Stabilität der gebildeten Carbenium-Ionen entscheidend.
primär < sekundär < tertiär
Der tertiäre Butanol liefert ein tertiäres Carbenium-Ion, Ethanol ein primäres Carbenium-Ion $({CH_3CH_2}^{\oplus})$. Die Stabilität des Ions bestimmt also die Reaktion. Bei primären Alkoholen wird kein Wassermolekül abgespalten, weil das so entstehende Carbenium-Ion nicht stabil wäre. Diese Alkohole können also zur Veresterung eingesetzt werden. Bei tertiären Alkoholen ist Wasser aber eine sehr gute Abgangsgruppe, da das entstehende Carbenium-Ion stabil ist. Diese Alkohole reagieren dann weiter zu Alkenen und können so nicht mehr verestert werden.
Aus tert-Butanol kann daher durch die saure Veresterung kein tert-Butylessigsäureester hergestellt werden.
1 Kommentar
Meiner Meinung nach ist das ein Super Video, es macht immer wieder Spaß ihre Videos anzusehen und mich dabei mit Wissen zu füllen.👍