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Grundwissen

Herstellung von Ketonen

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Sekundäre Alkohole können zu Ketonen oxidiert werden, wobei sie Elektronen abgeben.
  • Bei der Oxidationsreaktion wird jeweils das Kohlenstoff-Atom an der funktionellen Gruppe oxidiert.
  • Das Oxidationsmittel nimmt Elektronen auf und wird reduziert.

Carbonyl-Gruppe

Genau wie bei den primären Alkoholen, die zu Aldehyden oxidiert werden, betrachten wir bei den sekundären Alkoholen die Moleküle genauer, die Elektronen abgeben und zu Ketonen oxidiert werden. Das Kohlenstoff-Atom mit der funktionellen Gruppe gibt Elektronen ab und wird oxidiert. Bei den sekundären Alkoholen ist die Hydroxyl-Gruppe ($\ce{-COH}$) nicht endständig und an zwei weitere Kohlenstoff-Atome gebunden (Abb. 1.1). Nach der Redox-Reaktion befindet sich an der Stelle die Carbonyl-Gruppe ($\ce{-CO}$) des Ketons (Abb. 1.2).

 

Oxidation und Reduktion müssen immer gemeinsam stattfinden. Wenn Elektronen von einem Molekül abgegeben werden, werden sie von einem anderen aufgenommen. Deswegen wird bei der Reaktion ein Oxidationsmittel (z.B. Kaliumpermanganat) eingesetzt, welches Elektronen aufnimmt und reduziert wird.

Reaktion von Propan-1-ol mit Kaliumdichromat zu Propanal

Propan-2-ol ist ein Alkohol mit einer Hydroxyl-Gruppe, die sich nicht an einem Ende des Moleküls befindet. Deswegen kann dieser Alkohol Elektronen abgeben und zum Keton Propanon oxidiert werden. Wie genau diese Reaktion abläuft, zeigen wir dir jetzt.

 

Oxidationsreaktion

Bei der Oxidationsreaktion reagiert Propan-2-ol zu Propanon. Diese Reaktion findet im sauren Milieu statt. Die Oxonium-Ionen der sauren Lösung gleichen die Ladung der Gleichung aus. Das Kohlenstoff-Atom, an das die funktionelle Gruppe gebunden ist, gibt zwei Elektronen ab und wird oxidiert. Die Oxidationszahl erhöht sich dabei von $\ce{\pm 0}$ zu $\ce{+II}$.

Ox: $\ce{CH3-CH2OH-CH3 + 2H2O -> CH3-CHO-CH3 + 2 e^- + 2 H3O^+ \mid *\, 3}$

 

Reduktionsreaktion

An der Reduktionsreaktion sind die Chrom- und Sauerstoff-Ionen des Kaliumdichromats beteiligt. Das Kalium-Ion können wir bei der Reaktion vernachlässigen. Die Chrom-Ionen werden von $\ce{+VI}$ zu $\ce{+III}$ reduziert. Die Sauerstoff-Atome reagieren mit den Oxonium-Ionen zu Wasser-Molekülen.

Red: $\ce{Cr2O7^2- + 14 H3O^+ + 6 e^- -> 2 Cr^3+ + 21 H2O}$

 

Redoxreaktion

Zum Ausgleichen der Gesamtreaktion müssen die Werte der Oxidationsreaktion mal drei genommen werden. Somit entsteht die Redoxreaktion. In Abbildung 2 zeigen wir dir noch einmal den Mechanismus auf, wie in der Reaktion die Protonen vom Propan-2-ol abgespalten werden, sodass sich beim Propanon eine Sauerstoff-Doppelbindung bildet.

Redox: $\ce{3 CH3-CH2OH-CH3 + Cr2O7^2- + 8 H3O^+ -> 3 CH3-CHO-CH3 + 2 Cr^3+ + 15 H2O}$

Abb. 2 Mechanismus der Oxidation von Propan-1-ol zu Propanal
Zusammenfassung

Ketone können durch die Oxidation sekundärer Alkohole hergestellt werden. Dabei wird das Kohlenstoff-Atom, an dem jeweils die funktionelle Gruppe gebunden ist, oxidiert. Für die Reaktion wird ein Oxidationsmittel benötigt, welches selbst reduziert wird. Die Redoxreaktion von Alkoholen zu Ketonen mit Kaliumdichromat findet im sauren Milieu statt.

Aufgabe
Aufgabe

a) Stelle für die Herstellung von Butan-2-on mit Kaliumdichromat eine Redoxgleichung auf.

b) Stelle für die Herstellung von Butan-2-on mit Kaliumpermanganat eine Redoxgleichung auf.

Tipp: Das Permanganat-Anion $\ce{MnO4^-}$ reagiert zum Manganat-Anion $\ce{MnO4^2-}$.

Lösung

a)

Ox: $\ce{C2H5-CH2OH-CH3 + 2H2O -> C2H5-CHO-CH3 + 2 e^- + 2 H3O^+ \mid *\, 3}$

Red: $\ce{Cr2O7^2- + 14 H3O^+ + 6 e^- -> 2 Cr^3+ + 21 H2O}$

Redox: $\ce{3 C2H5-CH2OH-CH3 + Cr2O7^2- + 8 H3O^+ -> 3 C2H5-CHO-CH3 + 2 Cr^3 + 15 H2O}$

 

b)

Ox: $\ce{C2H5-CH2OH-CH3 + 2 OH- -> C2H5-CHO-CH3 + 2 e^- + 2 H2O}$

Red: $\ce{MnO4^- + e^- -> MnO4^2- \mid *\, 2}$

Redox: $\ce{C2H5-CH2OH-CH3 + 2 MnO4^- -> C2H5-CHO-CH3 + 2 MnO2 + 2 H2O}$