Primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole

Primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole Übung

• 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.

  Das Reaktionsverhalten wird stark durch die Position der OH-Gruppe beeinflusst und ist daher von entscheidender Bedeutung.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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

  Primäre Alkohole, da jeweils 1 C-Atom und 2 H-Atome am -C-OH-Atom, sind:

  • $CH_3CH_2-OH$
  • $CH_3CH_2CH_2-OH$

  Sekundäre Alkohole, da jeweils 2 C-Atome und 1 H-Atome am -C-OH-Atom, sind:

  • $CH_3CH(OH)CH_3$
  • $CH_3CH(OH)CH_2CH_3$

  Tertiäre Alkohole, da jeweils 3 C-Atome und keine Atome am -C-OH-Atom, sind:

  • $(CH_3)_3C-OH$
  • $(C_2H_5)_3C-OH$

  Die hier verwendeten rationalen Strukturformeln kommen in der organischen Chemie sehr häufig vor, da sie kompakt sind.

• 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 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.