Wann ist eine Dehydrierung möglich (organische Chemie)?

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5 Antworten

Moin,

jaaa, genau: Du kannst eine Dehydrierung auch als eine Form der Oxidation ansehen.

Theoretisch hast du auch mit deinen anderen Ausführungen nicht unrecht, denn da, wo gebundener Wasserstoff vorhanden ist, kann man auch dehydrieren. Wenn Sätze allerdings schon so anfangen ("Theoretisch..."), folgt dann immer in dickes "Aber". So auch hier:

Alkane (gesättigte Kohlenwasserstoffe) gehören zu den sehr, sehr reaktionsträgen Verbindungen und sind für Chemiker relativ uninteressante Verbindungen. Im Grunde kann man sie nur verbrennen (was man ja in Verbrennungsmotoren oder Heizungen... auch tut) oder man kann sie in einer radikalischen Substitutionsreaktion halogenieren (also mit den sehr reaktionsfreudigen Halogenen Chlor oder Brom zusammenbringen, um zu Halogenalkanen zu kommen, die dann sehr viel reaktiver und damit für Chemiker viel interessanter sind).
Wenn du Alkane allerdings verbrennst (also oxidierst oder - wenn du so willst dehydrierst), dann zerstörst du dabei das Kohlenstoffgerüst, weil die vollständige Oxidation zu Kohlenstoffdioxid und Wasser führt. Du siehst, es ist praktisch nicht so einfach, ein Alkan behutsam zu einem Alkohol, einem Alkanal oder einer Carbonsäure zu oxidieren (also zu dehydrieren).

Darum ist deine Vermutung, man müsse doch alle genannten Ausgangsstoffe dehydrieren können nur formal richtig, aber nicht praktisch durchführbar (jedenfalls nicht ohne Zerstörung der Kohlenstoffkette).

Ganz anders sieht das bei Alkoholen aus. Die Einführung der Hydroxy-Gruppe in ein Kohlenwasserstoffgerüst, macht das Kohlenstoffatom, das die OH-Gruppe trägt, schlagartig viel reaktiver als die übrigen Kohlenstoffatome, die lediglich mit Wasserstoff verbunden sind (und quasi den "Alkananteil" des Moleküls darstellen.

Der Rest deiner Frage ist dann wieder ziemlich korrekt (es ist eine Freude jemandem zu antworten, der chemisch nicht völlig auf dem Schlauch steht, sondern durchaus mitdenken kann...). Primäre Alkohole lassen sich deshalb dehydrieren, weil sie an dem reaktiven Kohlenstoffatom, an dem auch die Hydroxy-Gruppe gebunden ist, noch zwei Wasserstoffe tragen.
Daher führt eine behutsame Oxidation (= Dehydrierung) zu einem Alkanal (= Aldehyd). Übrigens kommt die Bezeichnung "Aldehyd" genau von solchen Reaktionen, weil sie ein Zusammenschluss der Wörter "Alkohol dedydrogenatus" ist, was soviel bedeutet wie "dehydrierter Alkohol. Die Reaktionsgleichung dazu lautet:

2 R-CH2-OH + O2 ---> 2 R-CHO + 2 H2O

Dementsprechend lässt sich ein sekundärer Alkohol auch noch dehydrieren, weil er an dem reaktiven Kohlenstoffatom außer der Hydroxy-Gruppe und den beiden Alkylresten noch ein Wasserstoffatom gebunden hat. Und auch hier hast du recht, wenn du annimmst, dass dabei ein Keton gebildet wird:

2 R-CH(R')-OH + O2 ---> 2 R-C(=O)-R' + 2 H2O

Ein tertiärer Alkohol lässt sich unter sanften Bedingungen dagegen nicht weiter oxidieren (dehydrieren). Energische Oxidationsmittel führen dagegen wieder zum Zerbrechen der Kohlenstoffkette.

Übrigens lässt sich die Oxidation der primären Alkohole nur schlecht auf der Stufe der Aldehyde anhalten, weil die noch reaktiver als der Alkohol sind und außerdem ja noch ein gebundenes Wasserstoffatom besitzen, das sich dehydrieren lässt. Darum geht die Oxidation des Aldehyds bis zu Carbonsäure weiter:

2 R-CH2-OH + O2 ---> 2 R-CHO + 2 H2O
2 R-CHO + O2 ---> 2 R-COOH

Fazit: 1. Man kann eine Dehydrierung mit einer Oxidation gleichsetzen; 2. Alkane lassen sich nur unter Zerstörung des Kohlenstoffgerüstes oxidieren, weshalb sie nicht leicht zu Dehydrieren sind; 3. die Dehydrierung von primären Alkoholen führt über Alkanale (Aldehyde) zu Carbonsäuren, während die Dehydrierung von sekundären Alkoholen zu Ketonen führt und die Dehydrierung von tertiären Alkoholen nicht geht.

Alles klar?!

Lieber Gruß von der Waterkant.

Ich glaube das Problem besteht in der Aufgabenstellung. Ich vermute, dass eher gefragt ist ob eine Dehydratisierung stattfinden kann und nicht eine Dehydrierung, denn die bedeutet, wie du schon richtig erkannt hast eine Abspaltung von zwei Wasserstoffen (mitsamt ihren Elektronen... deswegen handelt es sich dabei um eine Oxidation).
Eine Dehydratisierung hingegen ist eine Abspaltung von Wasser und das macht bei der Aufgabenstellung wesentlich mehr sinn, denn durch Protonierung der Alkoholgruppe jeweils, kann mittels E1/E2-Eliminierung Wasser als Abgangsgruppe abgespalten werden und das geht unterschiedlich gut.

Beschränken wir uns mal auf die E1-Eliminierung, bei der Das Carbokation als Zwischenstufe gebildet wird.

Wenn du Wasser beim Butan-1-ol abspaltest, erhälst du ein primäres Carbokation, welches nur von einer Alkylkette durch +I-Effekt stabilisiert werden kann -> schlecht und energetisch ungünstig, deswegen wird das nicht einfach so dehydratisieren.

Beim Butan-2-ol erhälst du ein sekundäres Carbokation, das ist schon besser stabilisiert, nämlich von zwei seiten durch +I-Effekt. Das wird immer noch nicht ohne weiteres passieren, bzw. nur sehr langsam. Mit stark genügender Säure und Hitze wäre das hier aber durchaus möglich.

Der letzte Fall, beim tert-Butanol, bildet sich ein tertiäres Carbokation, das ist gut über die 3 +I-Effekte stabilisiert und kann so auch gebildet werden ohne einen gigantischen Aktivierungsenergie-Hügel erklimmen zu müssen. Hier ist die Dehydratisierung mit mäßigem Aufwand also möglich.

Stimmt, aus einem primären Alkohol wird ein Aldehyd, aus einem sekundären ein Keton. Was ist aber mit dem tertiären? Bist Du sicher, dass auch der Dehydriert werden kann? Zeichne doch mal die Strukturformel und versuche bei der Dehydrierung genau so vorzugehen, wie bei den anderen beiden Alkoholen. Dann müsste dir eigentlich etwas auffallen. 

Bist Du sicher, daß in der Angabe nicht vielleicht Dehydratisierung steht? Denn das Wort Dehydrierung ergibt IMHO in dem Zusammenhang nicht allzu viel Sinn.

Zeichne sämtliche Stukturformeln - und Dir wird ein Kohlenstoff auffallen, der neben einer Doppelbindung noch 3 Methylgruppen haben wird...


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