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Alkohole

Ein Alkohol ist eine Kohlenstoffverbindung mit einer –OH-Gruppe an einem sp³-Kohlenstoff (R–OH). Zähle die Kohlenstoffatome, die am C–OH-Kohlenstoff hängen: So ist der Alkohol primär (1°), sekundär (2°) oder tertiär (3°). Der Name lautet Alkan-n-ol, wobei –OH die kleinste Nummer bekommt. Alkohole entstehen aus Alkenen (säurekatalysierte Hydratisierung oder Hydroborierung–Oxidation), durch Reduktion von Aldehyden, Ketonen und Säuren oder aus Grignard-Verbindungen. Wasserstoffbrücken sorgen für hohe Siedepunkte und gute Löslichkeit in Wasser. Bei Reaktionen bricht entweder die O–H-Bindung (sauer: Na, Veresterung) oder die C–O-Bindung (HX, Dehydratisierung); 1°- und 2°-Alkohole lassen sich oxidieren. Methanol und Ethanol sind die wichtigsten technischen Alkohole.

🎬 Geschichte Schritt für Schritt

  1. Das ist Ethanol. Es sieht aus wie Ethan, aber ein H wurde durch eine –OH-Gruppe (rotes O) ersetzt. Diese –OH-Gruppe macht es zum Alkohol.
  2. Schau auf das gelbe Kohlenstoffatom, das die –OH-Gruppe trägt. Zähle die Kohlenstoffatome, die daran hängen: 1 Kohlenstoff = primär, 2 = sekundär, 3 = tertiär.
  3. Benennen: Such die längste Kette, die den C–OH-Kohlenstoff enthält, nummeriere vom Ende, das der –OH-Gruppe am nächsten ist, und schreibe Alkan ohne 'e' plus 'ol'. Hier: Butan-2-ol.
  4. Einen Alkohol herstellen: Propen plus Wasser mit einem Säurekatalysator. H geht an das Endkohlenstoffatom, OH an das mittlere. So entsteht Propan-2-ol.
  5. Das H einer O–H-Gruppe wird vom O des nächsten Moleküls angezogen. Diese Wasserstoffbrücken (blau) machen die Siedepunkte hoch und lassen kleine Alkohole sich mit Wasser mischen.
  6. Freies Spiel: Wähle einen Alkohol und ein Reagenz. Die leuchtenden Atome zeigen, welche Bindung bricht – O–H, C–O oder O–H plus C–H.

Tipp: Zieh die 3D-Szene, um sie zu drehen. Mit zwei Fingern zoomst du.

🤔 Häufige Zweifel, geklärt

Ist Benzylalkohol ein Phenol, weil er einen Benzolring hat?

Nein. Im Benzylalkohol sitzt die –OH-Gruppe am CH₂-Kohlenstoff, nicht am Ring. Nur –OH direkt am Ring macht ein Phenol.

Warum zählen wir Kohlenstoffe und nicht Wasserstoffe, um einzuteilen?

Die Klasse zeigt, wie 'voll' der C–OH-Kohlenstoff ist. Kohlenstoffgruppen schieben Elektronen und nehmen Platz weg; das ändert die Reaktionsgeschwindigkeit. H-Atome tun das nicht.

Warum nummeriert man vom Ende nahe an OH, auch wenn die Seitenkette dann eine größere Nummer bekommt?

Die –OH-Gruppe ist die Hauptgruppe (funktionelle Gruppe), deshalb hat sie das erste Recht auf die kleinste Nummer. Die Seitenketten kommen danach.

Warum geht OH beim Propen an das mittlere Kohlenstoffatom?

H⁺ addiert sich zuerst an das endständige Kohlenstoffatom, sodass die positive Ladung am mittleren sitzt, das von zwei CH₃-Gruppen gestützt wird (ein 2°-Carbokation, stabiler). Wasser greift dann dieses mittlere Kohlenstoffatom an.

Warum ist Ethanol flüssig, Propan (ähnliche Masse) aber ein Gas?

Ethanol-Moleküle halten sich über Wasserstoffbrücken fest. Propan hat nur schwache Kräfte. Um Ethanol-Moleküle auseinanderzuziehen, braucht man mehr Energie.

Warum wird ein tertiärer Alkohol von K₂Cr₂O₇ nicht oxidiert?

Bei der Oxidation geht das H vom O und ein H vom C–OH-Kohlenstoff verloren. Ein tertiärer C–OH-Kohlenstoff hat kein H, das er abgeben könnte, daher läuft die normale Oxidation nicht ab.

Was ist ein Alkohol? Einteilung

Ein Alkohol hat eine –OH-Gruppe (Hydroxylgruppe) an einem Kohlenstoff, der nur Einfachbindungen hat (ein sp³-Kohlenstoff). Allgemeine Formel: R–OH.

Nach der Zahl der –OH-Gruppen: einwertig (eine –OH, z. B. Ethanol), zweiwertig (zwei, z. B. Ethan-1,2-diol, das Glykol im Frostschutzmittel) und dreiwertig (drei, z. B. Glycerin).

Nach dem Kohlenstoff, der –OH trägt (dem Carbinol-Kohlenstoff): Zähle, wie viele andere Kohlenstoffatome daran hängen.

Sonderfälle: allylische Alkohole (–OH am Kohlenstoff neben einer C=C-Bindung) und benzylische Alkohole (–OH am Kohlenstoff neben einem Benzolring). Sitzt –OH an einem C=C-Kohlenstoff, ist es ein vinylischer Alkohol (instabil), und sitzt es direkt am Ring, ist es ein Phenol – eine andere Stoffklasse.

Nomenklatur: Alkohole benennen

Trivialnamen: Alkylgruppe + 'alkohol' (Methylalkohol, Isopropylalkohol). IUPAC-Namen entstehen in vier Schritten:

  1. Wähle die längste Kette, die den C–OH-Kohlenstoff enthält.
  2. Nummeriere die Kette von dem Ende, das –OH die kleinste Nummer gibt.
  3. Streiche das End-'e' des Alkans und hänge 'ol' an: Propan → Propan-1-ol oder Propan-2-ol.
  4. Füge Seitenketten mit ihren Nummern in alphabetischer Reihenfolge hinzu: 2-Methylpropan-2-ol.

Mehr als eine –OH-Gruppe: Das 'e' bleibt, dazu kommt diol, triol – Ethan-1,2-diol, Propan-1,2,3-triol (Glycerin). Ringalkohole: Cyclohexanol.

Aufbau

Das O im Alkohol hat zwei Bindungen und zwei freie Elektronenpaare. Der C–O–H-Winkel beträgt etwa 109° – etwas weniger als beim idealen Tetraeder, weil die freien Elektronenpaare die Bindungen zusammendrücken.

Herstellung von Alkoholen

1. Aus Alkenen

Säurekatalysierte Hydratisierung: Alken + Wasser mit H⁺. H geht an den Kohlenstoff, der schon mehr H-Atome hat; OH geht an den anderen (Markownikow-Regel). Propen → Propan-2-ol. Die Schritte: (i) H⁺ addiert sich an C=C und ein Carbokation entsteht, (ii) Wasser greift das Carbokation an, (iii) ein H⁺ wird abgegeben.

Hydroborierung–Oxidation: Alken + Diboran (B₂H₆), dann H₂O₂ / NaOH. OH landet am Kohlenstoff mit mehr H-Atomen (sieht aus wie anti-Markownikow). Propen → Propan-1-ol.

2. Reduktion von Carbonylverbindungen

Aldehyde → 1°-Alkohole; Ketone → 2°-Alkohole (H₂ mit Pd/Ni, oder NaBH₄, oder LiAlH₄). Carbonsäuren brauchen das starke LiAlH₄, um 1°-Alkohole zu bilden; in der Industrie macht man aus Säuren zuerst Ester und reduziert diese mit H₂.

3. Aus Grignard-Verbindungen

RMgX addiert sich an eine C=O-Gruppe, und Wasser liefert dann den Alkohol. Methanal (HCHO) → 1°; jeder andere Aldehyd → 2°; ein Keton → 3°. Die neue C–C-Bindung erlaubt es, eine längere Kohlenstoffkette aufzubauen.

Physikalische Eigenschaften

Siedepunkt: viel höher als bei Alkanen, Halogenalkanen und Ethern ähnlicher Masse, wegen der Wasserstoffbrücken zwischen den Molekülen. Der Siedepunkt steigt mit der Kettenlänge und sinkt bei Verzweigung (weniger Berührungsfläche).

Löslichkeit: Kleine Alkohole (Methanol, Ethanol, Propanol) mischen sich in jedem Verhältnis mit Wasser, weil sie Wasserstoffbrücken zu Wasser bilden. Je länger die Kohlenstoffkette (der fettige Teil), desto geringer die Löslichkeit.

Chemische Reaktionen der Alkohole

A. Die O–H-Bindung bricht (Alkohol als schwache Säure)

Mit Na oder K: 2R–OH + 2Na → 2R–O⁻Na⁺ + H₂. Reihenfolge der Acidität: 1° > 2° > 3° (Alkylgruppen schieben Elektronen zum O). Alkohole sind schwächere Säuren als Wasser. Veresterung: R–OH + R′COOH ⇌ R′COOR + H₂O (Säurekatalysator; Wasser entfernen, damit die Reaktion weiterläuft). Auch Säurechloride und Anhydride bilden Ester.

B. Die C–O-Bindung bricht

Mit HX: R–OH + HX → R–X + H₂O. Reaktivität 3° > 2° > 1°. Lucas-Test (konz. HCl + wasserfreies ZnCl₂): 3° wird sofort trüb, 2° nach etwa 5 Minuten, 1° bleibt bei Raumtemperatur klar. Auch PCl₃, PCl₅ und SOCl₂ liefern Alkylhalogenide.

Dehydratisierung (konz. H₂SO₄ oder H₃PO₄, Erhitzen): Ethanol bei 443 K → Ethen. Leichtigkeit: 3° > 2° > 1°, weil der Weg über ein Carbokation bei 3° am leichtesten ist.

C. Oxidation

1° → Aldehyd (PCC oder heißes Cu bei 573 K) → Carbonsäure (starkes KMnO₄ / angesäuertes K₂Cr₂O₇). 2° → Keton. 3°-Alkohole widerstehen der normalen Oxidation; heißes Cu macht daraus Alkene.

Wirtschaftlich wichtige Alkohole

Methanol (Holzgeist): früher durch Erhitzen von Holz gewonnen; heute aus CO + 2H₂ an einem ZnO–Cr₂O₃-Katalysator bei 573–673 K und 200–300 atm. Verwendet als Lösungsmittel, zur Herstellung von Formaldehyd und als Brennstoff. Sehr giftig: kleine Mengen machen blind, große führen zum Tod.

Ethanol: entsteht durch Gärung von Zucker aus Melasse, Trauben oder Getreide. Die Hefe-Enzyme Invertase (Saccharose → Glucose + Fructose) und Zymase (Glucose → Ethanol + CO₂) leisten die Arbeit, ohne Luft. Verwendet in Desinfektionsmitteln, Medikamenten, Getränken und als Benzinzusatz. Ethanol für die Industrie wird vergällt (untrinkbar gemacht), indem man etwas Kupfersulfat und Pyridin zusetzt.

Wichtige Formeln und Definitionen

Gelöste Beispiele

1. Ordne (CH₃)₂CH–OH, CH₃CH₂CH₂OH und (CH₃)₃C–OH ein.

Schritt 1: Finde den Kohlenstoff, der –OH trägt. Schritt 2: Zähle die Kohlenstoffe, die daran hängen. (CH₃)₂CH–OH: 2 Kohlenstoffe → sekundär. CH₃CH₂CH₂OH: 1 Kohlenstoff → primär. (CH₃)₃C–OH: 3 Kohlenstoffe → tertiär.

2. Gib den IUPAC-Namen von CH₃–CH(OH)–CH₂–CH₃ an.

Längste Kette = 4 Kohlenstoffe (Butan). Von links nummeriert hat –OH die Position 2; von rechts wäre es 3, also wählen wir 2. Name: Butan-2-ol.

3. Benenne (CH₃)₂CH–CH₂–CH₂OH.

Längste Kette mit dem C–OH-Kohlenstoff = 4 C. Vom –OH-Ende nummerieren: C1 trägt OH, die CH₃-Seitengruppe sitzt an C3. Name: 3-Methylbutan-1-ol.

4. Welcher Alkohol entsteht aus Propen durch (a) säurekatalysierte Hydratisierung, (b) Hydroborierung–Oxidation?

(a) H⁺ addiert sich an das endständige CH₂, sodass das stabilere sekundäre Carbokation an C2 entsteht; Wasser greift es an → Propan-2-ol. (b) Bor geht an das endständige Kohlenstoffatom, dann ersetzt H₂O₂/OH⁻ das B durch OH → Propan-1-ol.

5. Welches Grignard-Reagenz und welche Carbonylverbindung liefern 2-Methylpropan-2-ol?

Das Produkt ist ein 3°-Alkohol, also brauchen wir ein Keton. (CH₃)₃C–OH hat drei CH₃-Gruppen am Carbinol-Kohlenstoff: Nimm Propanon (CH₃)₂C=O + CH₃MgBr, dann Wasser. CH₃ addiert sich an den C=O-Kohlenstoff und O wird zu OH.

6. Drei unbeschriftete Flaschen enthalten Butan-1-ol, Butan-2-ol und 2-Methylpropan-2-ol. Wie unterscheidest du sie?

Gib bei Raumtemperatur zu jeder Probe Lucas-Reagenz (konz. HCl + ZnCl₂). Sofort trüb → 2-Methylpropan-2-ol (3°). Nach etwa 5 Minuten trüb → Butan-2-ol (2°). Bleibt klar → Butan-1-ol (1°). Die Trübung ist das unlösliche Alkylchlorid.

Häufige Fehler

Übungsquiz

1. Propan-2-ol ist ein:
2. Welches Reagenz trübt einen tertiären Alkohol sofort?
3. Alkohole haben höhere Siedepunkte als Alkane ähnlicher Masse wegen:
4. Die Reduktion eines Ketons liefert einen:
5. Ethanol mit konz. H₂SO₄ bei 443 K erhitzt ergibt:

Üben: Beantworte diese selbst

Tippe oder wähle deine Antwort und drücke dann Prüfen. Nutze einen Tipp, wenn du nicht weiterkommst; die ganze Lösung erscheint nach deiner Antwort.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen primären, sekundären und tertiären Alkoholen?

Es kommt darauf an, wie viele Kohlenstoffe am Kohlenstoff mit der –OH-Gruppe hängen: einer (primär), zwei (sekundär) oder drei (tertiär).

Was ist der Lucas-Test?

Konz. HCl mit wasserfreiem ZnCl₂. Tertiäre Alkohole werden sofort trüb, sekundäre nach etwa 5 Minuten, primäre bleiben bei Raumtemperatur klar.

Warum ist Methanol gefährlich zu trinken?

Der Körper wandelt es in Methanal und Methansäure um. Diese schädigen den Sehnerv und können schon in kleinen Mengen Blindheit oder Tod verursachen.

Wo das unterrichtet wird

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