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Jeder kennt den Alkohol, der bei Partys, Feierlichkeiten und auch zu Hause gerne getrunken wird. Dass jedoch weit mehr Alkohole als der "normale" Alkohol, Ethanol aus chemischer Sicht, existieren, ist vielen Menschen nicht bewusst. Genau mit diesem Thema beschäftigst Du Dich heute.
Alkohole sind Verbindungen in der organischen Chemie, bei denen eine Verbindung zwischen einer oder mehreren Hydroxygruppen (-OH) und aliphatischen C-Atomen besteht.
Die Hydroxygruppe ist die funktionelle Gruppe der Alkohole. Das bedeutet, die OH-Gruppe bestimmt wesentlich die Eigenschaften und die Reaktivität der Verbindungen.
Du solltest jedoch beachten, dass nur Verbindungen, deren Hydroxygruppe an einem sp3-hybridisierten C-Atom gebunden ist, zu den Alkoholen zählen. Wenn die OH-Gruppe an einem sp2-hybridisierten Kohlenstoffatom geknüpft ist, was beispielsweise bei aromatischen Ringen der Fall ist, liegt ein Phenol vor.
Die Begriffe sp3-hybridisiert und sp2-hybridisiert stammen aus der Orbitaltheorie. Bei einem sp3-hybridisierten C-Atom vermischen sich ein s-Orbital mit drei p-Orbitalen und bilden vier gleichwertige sp-Hybridorbitale. Somit kann solch ein Kohlenstoffatom vier Verbindungen eingehen. Ein Beispiel ist Methan.
Eine sp2-Hybridisierung liegt hingegen vor, wenn eine Mischung aus einem s-Orbital und zwei p-Orbitalen stattfindet. Aromatische Ringe bestehen aus derartigen C-Atomen.
Wenn Dir diese kurze Erläuterung nicht ausreicht und Du noch mehr über dieses spannende Thema wissen willst, schaue Dir gerne die Erklärungen über die Hybridisierung und das Orbitalmodell an.
Die allgemeine Summenformel für Alkohole, die nur eine Hydroxygruppe besitzen, lautet CnH2n+2O.
Zur Benennung von Alkoholen hängst Du an den Alkylrest, welcher sich von dem entsprechenden Alkan ableiten lässt, die Endung "-ol" an. Daraus resultiert auch die Bezeichnung Alkanole. Das Präfix lautet "Hydroxy".
Du kannst die Alkohole auf mehrere Arten unterteilen.
Es gibt die Einteilung abhängig davon, wie viele weitere C-Atome sich am Kohlenstoffatom, das die Hydroxygruppe gebunden hat, befinden.
Zudem kannst Du die Alkohole nach ihrer Anzahl an Hydroxygruppen unterscheiden. Wenn der Alkohol eine Hydroxygruppe gebunden hat, liegt ein einwertiger Alkohol vor. Bei zwei OH-Gruppen wird der Alkohol als zweiwertig bezeichnet. Dies kannst Du analog mit steigender Anzahl an Hydroxygruppen fortführen: zweiwertig, dreiwertig, vierwertig und so weiter. Alkohole mit mehr als einer Hydroxygruppe werden als mehrwertige Alkohole zusammengefasst.
Eine weitere Möglichkeit ist die Unterteilung in Alkanole, Alkenole und Alkinole. Diese Kategorisierung orientiert sich an den Kohlenwasserstoffen Alkane, Alkene und Alkine. Je nachdem, ob Doppel- oder Dreifachbindungen im Molekül enthalten sind, kannst Du die Alkohole entsprechend einteilen.
Des Weiteren kannst Du primäre Alkohole kategorisieren. Primäre, meist unverzweigte Alkohole, deren Hydroxygruppe am Ende einer Kette gebunden ist, mit 6 bis 22 C-Atomen werden als Fettalkohole bezeichnet. Wachsalkohole sind auch primäre Alkohole und bestehen aus 24 bis 36 C-Atomen.
Die polare Hydroxygruppe nimmt eine zentrale Rolle bei den physikalischen und chemischen Eigenschaften der Alkohole ein. Durch die Hydroxygruppe sind Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Alkohol-Molekülen möglich. Denn der Sauerstoff der Hydroxygruppe hat eine höhere Elektronegativität als das H-Atom. Somit sind die Elektronen ungleich verteilt: der Sauerstoff ist partiell negativ und der Wasserstoff ist partiell positiv geladen. Diese sogenannten Dipole treten in Wechselwirkung und bilden die Wasserstoffbrückenbindungen.
Die Wasserstoffbrückenbindungen bewirken im Vergleich zum entsprechenden Alkan höhere Schmelz- und Siedetemperaturen. Dabei kannst Du beobachten, dass die Siedetemperaturen mit der Anzahl der OH-Gruppen sowie mit der Länge der Kohlenstoffkette ansteigen. In der unpolaren Kohlenstoffkette herrschen Van-der-Waals-Kräfte. Neben der Länge der Kohlenstoffkette wird die Stärke dieser Wechselwirkungen auch von der Oberfläche der Moleküle beeinflusst. Somit sind die Van-der-Waals-Kräfte in Alkoholen mit vielen Verzweigungen kleiner als in unverzweigten Molekülen.
Du fragst dich, was Wasserstoffbrückenbindungen und Van-der-Waals-Kräfte sind? Dann schaue gerne bei den Erklärungen dazu vorbei.
Durch die Fähigkeit, Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden zu können, besitzen Alkohole eine gewisse Löslichkeit in Wasser. Diese sogenannte Hydrophilie ist besonders bei niedermolekularen Alkoholen ausgeprägt. Bei höhermolekularen Alkoholen hingegen überwiegt die hydrophobe Kohlenstoffkette, sodass sie nur wenig in Wasser und gut in unpolaren Lösungsmitteln löslich sind.
In wässrigen Lösungen zeigen Alkohole ein neutrales Verhalten, da ihr pKS-Wert etwa 16 beträgt und somit im Vergleich mit Wasser schwächer sauer sind. Wenn Alkohole mit starken Basen reagieren, gibt der Alkohol das Proton der Hydroxygruppe ab und es entstehen Alkoholate. Solche Alkoholate bilden sich beispielsweise bei einer Reaktion mit Alkalimetallen, wie Natrium. In diesem Fall kommt es zur Bildung eines Natriumalkoholats. Bei der Reaktion eines Alkohols mit einer starken Säure kommt es zur Protonierung der OH-Gruppe, sodass ein Oxoniumion entsteht.
Alkohole können auf unterschiedliche Weise reagieren. In diesem Abschnitt erhältst Du einen Überblick über die verschiedenen Reaktionen. Wenn Du mehr über die einzelnen Reaktionen erfahren willst, schaue gern bei den Erklärungen darüber vorbei.
Alkohole reagieren mit Carbonsäuren zu Estern. Das Nebenprodukt dieser Veresterung ist Wasser. Hierbei werden Säuren als Katalysator genutzt.
Zudem kann an Alkoholen eine nucleophile Substitution stattfinden. Hierbei wird die OH-Gruppe durch ein Nucleophil ersetzt. Damit eine nucleophile Substitution an Alkoholen ablaufen kann, muss die Hydroxygruppe zuvor protoniert werden. Somit wird im Verlauf der Reaktion Wasser abgespalten.
Weiterhin ist auch eine Eliminierung bei Alkoholen möglich. Nach einer Protonierung der OH-Gruppe wird Wasser abgespalten und es entstehen Alkene.
Alkohole sind auch an der Acetalbildung beteiligt. Acetale entstehen durch die Reaktion von Alkoholen mit Aldehyden oder Ketonen. Dabei liegt der Alkohol im Überschuss vor.
Neben den Reaktionen, die Du soeben kennengelernt hast, lassen sich Alkohole oxidieren. Dabei ist das Produkt der Oxidation unterschiedlich, je nachdem, welchen Alkohol Du als Edukt verwendet hast. Primäre Alkohole werden zu Aldehyden und danach zu Carbonsäuren oxidiert. Ketone entstehen durch die Oxidation von sekundären Alkoholen. Tertiäre Alkohole hingegen können nicht oxidiert werden.
Wie Du soeben gelernt hast, können Alkohole in verschiedenen Reaktionen verwendet werden. Gleichzeit können durch unterschiedliche Reaktionen Alkohole hergestellt werden.
Primäre und sekundäre Alkohole können zu Carbonylverbindungen oxidiert werden. Im Umkehrschluss bedeutet es, dass Alkohole durch eine Reduktion dieser Verbindungen wieder entstehen.
Zudem kannst Du eine nucleophile Substitution an Halogenalkanen durchführen. Dabei wird das Halogen durch eine Hydroxygruppe ersetzt.
Eine weitere Möglichkeit zur Darstellung von Alkoholen ist die Addition von Wasser an Alkenen. Diese Reaktion ist säurekatalysiert. Hierbei bilden sich jedoch nur sekundäre und tertiäre Alkohole. Grund ist die Markovnikov-Regel.
Die Markovnikov-Regel findet Anwendung bei der elektrophilen Addition von unsymmetrischen Verbindungen an Alkene. Demnach wird der Anteil der Verbindung, der elektrophiler ist, an das C-Atom der Doppelbindung addiert, das mehr H-Atome gebunden hat.
Abschließend lernst Du noch die Grignard-Reaktion kennen. Es ist eine metallorganische Reaktion in der Chemie, mit der Alkohole dargestellt werden können. Hierbei werden Grignard-Verbindungen, Aryl- oder Alkyl-Magnesiumhalogenide, an Carbonylverbindungen addiert.
Die Grignard-Reaktion ist eine Reaktion, die nach Victor Grignard benannt wurde. Der Chemiker aus Frankreich gilt als Entdecker dieser metallorganischen Reaktion. Bei der Grignard-Reaktion handelt es sich um eine Addition von Grignard-Verbindungen an Moleküle, die eine Carbonylgruppe enthalten. Es können jedoch auch andere Mehrfachverbindungen, die polar sind, als Edukt verwendet werden. Beispiele sind Nitrile, Kohlenstoffdioxid und Thioester. Die Grignard-Reaktion wird häufig verwendet, um Kohlenstoff-Kohlenstoff-Verknüpfungen aufzubauen.
Sowohl im Alltag als auch in der Industrie finden Alkohole Verwendung. Dir fällt nur der Alkohol zum Trinken ein und Du kannst Dir nicht vorstellen, wo das der Fall sein soll? Hier findest Du eine kleine Aufzählung der verschiedenen Verwendungsmöglichkeiten von Alkoholen im Alltag. Es gibt noch zahlreiche weitere Einsatzgebiete.
In der Industrie dienen Alkohole als Lösungsmittel und Ausgangsstoff für andere chemische Verbindungen. Ester, die als Geruchs- und Geschmacksstoffe dienen, Aldehyde und Ketone sowie Carbonsäuren, wie Essigsäure, werden aus Alkoholen hergestellt.
Es gibt mehrere Alkohole. Die bekanntesten und häufig genutzte Alkohole sind Methanol, Ethanol, Propan-1-ol, Butan-1-ol, Ethylenglycol und Glycerin.
Aus chemischer Sicht sind Alkohole Verbindungen, bei denen eine Verknüpfung zwischen einer oder mehreren Hydroxygruppen und aliphatischen C-Atomen besteht.
Aliphatische Alkohole sind Verbindungen, bei denen die Hydroxygruppe an einem sp3-hypridisierten C-Atom gebunden ist. Bei einem sp3-hybridisierten C-Atom vermischen sich ein s-Orbital mit drei p-Orbitalen und bilden vier gleichwertige sp-Hybridorbitale. Somit kann solch ein Kohlenstoffatom vier Verbindungen eingehen.
Alkohole haben eine höhere Schmelz- und Siedetemperatur als die entsprechenden Alkane. Niedermolekulare Alkohole sind in Wasser löslich. Höhermolekulare Alkohole sind hingegen besser in unpolaren Lösungsmitteln löslich. Zudem können Alkohole mit starken Säuren und Basen reagieren.
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