Oxidation des Kohlenstoff-Atoms mit einer Carbonyl-Gruppe
Wenn wir davon sprechen, dass die Aldehyde durch Oxidation von Alkoholen hergestellt werden, müssen wir uns die Moleküle genauer anschauen. Bei der Reaktion gibt nämlich ein ganz bestimmtes Atom Elektronen ab und wird dabei oxidiert: das Kohlenstoff-Atom, an dem die funktionelle Gruppe jeweils gebunden ist. Bei den Alkoholen ist die funktionelle Gruppe die Hydroxyl-Gruppe $\ce{(-COH)}$ (Abb. 1.1). Bei den Aldehyden ist die funktionelle Gruppe die Carbonyl-Gruppe $\ce{(-CO)}$ (Abb.1.2).
Oxidation und Reduktion müssen immer gemeinsam stattfinden. Wenn ein Molekül Elektronen abgibt, muss ein anderes Molekül die Elektronen aufnehmen. Deswegen wird bei der Reaktion ein Oxidationsmittel eingesetzt, welches selbst Elektronen aufnimmt und dabei reduziert wird.
Reaktion von Propan-1-ol mit Kaliumdichromat zu Propanal
Propan-1-ol ist ein Alkohol mit einer endständigen Hydroxyl-Gruppe. Deswegen kann dieser Alkohol Elektronen abgeben und zum Aldehyd Propanal oxidiert werden. Wie genau diese Reaktion abläuft, zeigen wir dir jetzt.
Oxidationsreaktion
Bei der Oxidationsreaktion gibt Propan-1-ol zwei Elektronen ab und reagiert zu Propanal. Diese Reaktion findet im sauren Milieu statt. Die Oxonium-Ionen der sauren Lösung gleichen die Ladung der Gesamtgleichung aus. Das Kohlenstoff-Atom, das die funktionelle Gruppe jeweils gebunden hat, wird oxidiert. Dabei erhöht sich die Oxidationszahl von $\ce{-I}$ zu $\ce{+I}$.
Ox: $\ce{CH3-C2H4OH + 2H2O -> CH3-C2H4O + 2 e^- + 2 H3O^+ \mid *\, 3}$
Reduktionsreaktion
An der Reduktionsreaktion sind die Chrom- und Sauerstoff-Ionen des Kaliumdichromats beteiligt (Abb. 3). Das Kalium-Ion können wir bei der Reaktion vernachlässigen. Die Chrom-Ionen nehmen drei Elektronen auf und werden reduziert. Dabei verringert sich die Oxidationszahl von $\ce{+VI}$ zu $\ce{+III}$. 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, wie in der Reaktion die Protonen vom Propan-1-ol abgespalten werden, sodass sich beim Propanal eine Sauerstoff-Doppelbindung bildet.
Redox: $\ce{3 CH3-C2H4OH + Cr2O7^2- + 8 H3O^+ -> 3 CH3-C2H4O + 2 Cr^3+ + 15 H2O}$
Zusammenfassung
Aldehyde können durch die Oxidation primärer 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 Aldehyden mit Kaliumdichromat findet im sauren Milieu statt.
Aufgabe
Aufgabe
a) Stelle für die Herstellung von Ethanal mit Kaliumdichromat eine Redoxreaktion auf.
b) Stelle für die Herstellung von Ethanal mit Kaliumpermanganat eine Redoxreaktion auf.
Tipp: Das Permanganat-Anion $\ce{MnO4^-}$ reagiert zu Mangandioxid $\ce{MnO2}$.