Versuch 1
Oxidation primärer, sekundärer und tertiärer AlkoholeDurchführung:
In drei Reagenzgläser werden je 2 ml Butan-1-ol, Butan-2-ol und 2-Methyl-propan-2-ol (tert. Butanol) gegeben.
In jedes Reagenzglas werden dann zwei oder drei Tropfen 1%ige Kaliumpermanganat-Lösung (mit etwas Schwefelsäure angesäuert) gegeben. Dann werden die Reagenzgläser leicht geschüttelt.
Nun werden in jedes Reagenzglas zehn Tropfen der sauren Kaliumpermanganat-Lösung gegeben, anschließend wird wieder leicht geschüttelt und beobachtet.
Am Ende werden noch einmal ca. 20 Tropfen Kaliumpermanganat-Lösung in jedes Reagenzglas gegegeben, leicht geschüttelt und beobachtet.
Beobachtungen:
Bei dem primären Alkohol Butan-1-ol tritt relativ schnell eine Aufhellung der Kaliumpermanganat-Lösung ein. Die Lösung nimmt einen schmutzig hellbraunen Farbton an. Auch der sekundäre Alkohol Butan-2-ol reagiert mit der Kaliumpermanganat-Lösung, allerdings nicht so schnell, und die entstehende Braunfärbung ist intensiver. Bei dem tertiären Alkohol 2-Methyl-propan-2-ol bleibt die Violettfärbung des Kaliumpermanganats bestehen.
Deutung:
Der primäre Alkohol Butan-1-ol wird durch die Kaliumpermanganat-Lösung oxidiert, es entsteht Butanal, ein Aldehyd bzw. Alkanal.
Auch der sekundäre Alkohol Butan-2-ol wird durch die Kaliumpermanganat-Lösung oxidiert, hierbei entsteht Butanon, ein Keton bzw. Alkanon.
Der tertiäre Alkohol 2-Methyl-propan-2-ol reagiert nicht mit dem Oxidationsmittel, er kann nicht oxidiert werden. Warum das so ist, wird weiter unten erklärt.
In meinem eigenen Unterricht führe ich immer noch einen zweiten Versuch durch:
Versuch 2
Oxidation eines Alkohols mit KupferoxidDurchführung:
In eine Abdampfschale gibt man ca. 2 Fingerbreit Ethanol oder Propan-1-ol. Mit der rauschenden Flamme eines Bunsenbrenners wird dann ein Kupferblech ausgeglüht. Das noch heiße und schwarz gewordene Kupferblech lässt man dann in den Alkohol fallen. Der Versuch wird dann mit einem sekundären Alkohol wie Propan-2-ol und mit einem tertiären Alkohol wie 2-Methyl-propan-2-ol wiederholt.
Beobachtungen:
Primärer und sekundärer Alkohol: Es zischt und brodelt, die wichtigste Beobachtung ist aber, dass das schwarze Kupferblech sofort wieder rotbraun wird, es nimmt wieder die Farbe des Kupferblechs an, allerdings hat es an Glanz verloren.
Tertiärer Alkohol: Auch hier zischt und brodelt es, aber eine Reaktion des Kupferblechs ist nicht zu beobachten.
Deutung:
Der primäre Alkohol wird durch die Kupfer-Ionen des Kupferoxids oxidiert, die Kupfer-Ionen werden dabei zu metallischem Kupfer (und wahrscheinlich teilweise auch zu Kupfer(I)-Ionen) reduziert.
Hier eine graphische Darstellung dieser Reaktion:
Der Alkohol gibt bei der Oxidation zwei Elektronen sowie zwei Protonen ab (also im Prinzip zwei H-Atome). Die Kupfer(II)-Ionen werden durch die beiden Elektronen zu Kupfer reduziert, und die beiden Protonen verbinden sich mit dem Oxid-Ion zu Wasser. Als Hauptprodukt dieser Reaktion entsteht aber ein Aldehyd. Aus Ethanol gewinnt man so Ethanal, aus Propan-1-ol Propanal, und aus Butan-1-ol Butanal.
Der sekundäre Alkohol wird ebenfalls durch die Kupfer-Ionen oxidiert, wobei die Kupfer-Ionen zwei Elektronen aufnehmen und zu metallischen Kupfer-Atomen werden. Allerdings entsteht hier kein Aldehyd, sondern ein Keton.
Diese beiden neuen Stoffklassen - Aldehyde und Ketone - wollen wir jetzt noch etwas näher kennenlernen.
Aldehyde
Wenn man primäre Alkohole oxidiert, erhält man Aldehyde (Alkohol - dehydrogeniert). Handelt es sich bei dem primären Alkohol um ein Alkanol, also den Abkömmling eines Alkans, so wird der gebildete Aldehyd auch als Alkanal bezeichnet.
Aldehyde = organische Verbindungen mit einer Aldehydgruppe -CH=O.
Alkanale = Aldehyde, die sich von einem Alkan ableiten lassen.
Ketone
Wenn man sekundäre Alkohole oxidiert, erhält man Ketone, die mit den Aldehyden verwandt sind, aber andere physikalische und chemische Eigenschaften haben. Handelt es sich bei dem sekundären Alkohol um ein Alkanol, so wird das gebildete Keton auch als Alkanon bezeichnet.
Ketone = organische Verbindungen mit einer Ketogruppe -C=O.
Alkanone = Ketone, die sich von einem Alkan ableiten lassen.
Tertiäre Alkohole
Tertiäre Alkohole lassen sich überhaupt nicht mehr oxidieren - es sei denn "mit Gewalt", zum Beispiel durch Verbrennen. Dann entstehen Wasser und Kohlendioxid, aber keine anderen organischen Verbindungen.
Warum lassen sich tertiäre Alkohole nicht mehr oxidieren? Diese Frage wird von Schülern häufig im Unterricht gestellt. Hier eine einfache Erklärung:
Wenn ein Alkohol oxidiert wird, so werden ihm zwei H-Atome (eigentlich: zwei Protonen und zwei Elektronen) entzogen. Das eine H-Atom sitzt an der OH-Gruppe des Alkohols, das andere H-Atom an dem benachbarten C-Atom. Bei einem primären Alkohol hat das benachbarte C-Atom zwei H-Atome, beim Methanol sogar drei H-Atome. Die Oxidation ist also kein Problem. Bei einem sekundären Alkohol hat das benachbarte C-Atom genau ein H-Atom, auch hier kann daher eine Oxidation durch Wasserstoff-Entzug ablaufen.
Bei einem tertiären Alkohol jedoch hat das benachbarte C-Atom überhaupt kein H-Atom mehr, sondern ist mit drei anderen C-Atomen verbunden. Eine Oxidation durch Entzug von Wasserstoff ist hier also nicht möglich.
Das Oxidationsprodukt eines primären Alkohols ist ein Aldehyd, oxidiert man einen sekundären Alkohol, erhält man ein Keton. Das Kohlenstoffgerüst bleibt dabei erhalten. Tertiäre Alkohole können nicht oxidiert werden, ohne das Kohlenstoffgerüst zu zerstören.