Organische Oxidationsprodukte

Auch in der Organik kommt es zu Oxidations- und Reduktionsreaktionen. Folgende Tabelle zeigt Oxidations- und Reduktionsprodukte mit ihren Oxidationszahländerungen und den teilhabenden Elektronen.

Zur Hilfe hier noch einmal der Begriff Oxidation/Reduktion im Zusammenhang mit Oxidationszahlen. Eine Oxidation ist ein Prozess, bei dem die Oxidationszahl erhöht wird (indem negative Ladung/Elektronen entzogen wird) Fe⁰ -> Fe^+II + 2 e^-.

Eine Reduktion ist ein Prozess, bei dem die Oxidationszahl erniedrigt wird (indem negative Ladung/Elektronen zugeführt werden) Cl₂⁰ + 2e^- -> 2 Cl^-I.

[Bild 1]

Primäre Kohlenstoffatome (mit einem weiteren Kohlenstoffatom als Partner) einfacher Kohlenwasserstoffketten werden zu primären Alkoholen oxidiert. Das Kohlenstoffatom gibt dabei zwei Elektronen ab, die Oxidationszahl des Atoms steigt von -III auf -I. Ein Sauerstoffatom wird benötigt, um in dieser Reaktion einen primären Alkohol entstehen zu lassen. Das Sauerstoffatom liefert der Reaktionspartner, wie z.B. Kaliumpermanganat, Kupferoxid oder Kaliumdichromat.

Primäre Alkohole (das Kohlenstoffatom an dem sich die OH Gruppe befindet hat nur einen weiteren Kohlenstoffpartner) werden zu Aldehyden oxidiert. Das Kohlenstoffatom der Oxidationsstufe -I gibt dabei wieder zwei Elektronen ab und erhält nun die Oxidationsstufe +I. Bei der Reaktion werden formal zwei Protonen abgespalten, die durch den Reaktionspartner aufgenommen werden. Reaktionspartner sind wie oben beschrieben oft Kaliumpermanganat, Kupferoxid oder Kaliumdichromat. Bei ausreichender Konzentration laufen diese und die anderen Reaktionen nacheinander ab. Die formal entstehenden Protonen bilden mit Oxidionen der Reaktion Wasser. Aldehyde werden durch Oxidationsmittel zu Carbonsäuren oxidiert. Das Kohlenstoffatom mit einfach positiver Oxidationsstufe wird unter Abgabe von zwei Elektronen auf die Oxidationsstufe +III oxidiert. Für die Reaktion vom Aldehyd zur Carbonsäure wird ein Sauerstoffatom benötigt, dass der Reaktionspartner liefert.

Sekundäre Kohlenstoffatome (mit zwei weiteren Kohlenstoffatomen als Partner) einfacher Kohlenwasserstoffketten werden zu sekundären Alkoholen oxidiert. Das Kohlenstoffatom gibt dabei zwei Elektronen ab, die Oxidationszahl des Atoms steigt von -II auf 0. Ein Sauerstoffatom wird benötigt, um in dieser Reaktion einen sekundären Alkohol entstehen zu lassen. Das Sauerstoffatom liefert der Reaktionspartner. Sekundäre Alkohole (das Kohlenstoffatom an dem sich die OH Gruppe befindet hat zwei weitere Kohlenstoffpartner) werden zu Ketonen oxidiert. Das Kohlenstoffatom der Oxidationsstufe 0 gibt dabei wieder zwei Elektronen ab und erhält nun die Oxidationsstufe +II. Bei der Reaktion werden formal zwei Protonen abgespalten, die durch Oxidionen des Reaktionspartners aufgenommen werden und Wasser bilden. Ketone werden auf diesem Weg nicht weiter oxidiert, ohne dass dabei ihre Struktur zerstört wird.

Tertiäre Kohlenstoffatome (mit drei weiteren Kohlenstoffatomen als Partner) einfacher Kohlenwasserstoffketten werden zu tertiären Alkoholen oxidiert. Das Kohlenstoffatom der Oxidationsstufe -I gibt dabei zwei Elektronen ab, die Oxidationszahl des Atoms steigt von -I auf +I. Ein Sauerstoffatom wird benötigt, um in dieser Reaktion einen tertiären Alkohol entstehen zu lassen. Das Sauerstoffatom liefert der Reaktionspartner. Tertiäre Alkohole werden auf diesem Weg nicht weiter oxidiert, ohne dass dabei ihre Struktur zerstört wird.

[Bild 2]

Das Beispiel zeigt die Oxidation von Methan zu Methanol, Methanal, Methansäure und schließlich Kohlenstoffdioxid. Die Grafik zeigt, warum man Methanol nicht oxidieren sollte - krebserregendes Formaldehyd entsteht!

Die Reaktionen können auch in entgegengesetzter Richtung als Reduktion ablaufen. Einige der Oxidationen zeigt dieses Experiment, bei dem Alkohole und Alkanale durch Kupferoxid oxidiert werden:

Tipp: Beim Aufstellen von Reaktionsgleichungen ist es vor allem wichtig, neben den übertragenen Elektronen auch Wasserstoffatome und Sauerstoffatome, die von den Reaktionspartnern stammen oder benötigt werden und bei der Reaktion umgesetzt werden, zu beachten.

Propan-1-ol:

C₃H₇OH -> C₂H₅CHO + 2 + + 2e^-

CuO + 2e^--> Cu + 2->

C₃H₇OH + CuO -> C₂H₅CHO + H₂O + Cu

Propan-2-ol:

CH₃CHOHCH₃-> CH₃COCH₃ + 2 +> + 2e^-

CuO + 2e^- -> Cu + 2->

CH₃CHOHCH₃ + CuO -> CH₃COCH₃ + H₂O

2-Methylpropan-2-ol: wird nur unter Aufbruch der Struktur oxidiert

Propanal:

C₂H₅CHO -> C₂H₅COOH + 2e^-

CuO + 2e^- -> Cu + 2->