Aufgaben: Oxidationsreihe der Alkanole

Ethanol wird in der Gärung von Bier und Wein gebildet und kann zu weiteren Stoffen oxidiert werden.

1. a) Ordnen Sie Ethanol, Propan-2-ol und 2-Methylpropan-2-ol jeweils als primären, sekundären oder tertiären Alkohol ein. Begründen Sie Ihre Zuordnung am Kohlenstoffatom, das die Hydroxygruppe trägt.
2. b) Zeichnen Sie die Halbstrukturformel des Alkohols, der die Summenformel $\mathrm{C_3H_8O}$ hat und ein primärer Alkohol ist, und nennen Sie ihn.

Ethanol $\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}OH}$ wird mit einem geeigneten Oxidationsmittel schrittweise oxidiert.

1. a) Geben Sie die Halbstrukturformeln und Namen der beiden Oxidationsprodukte in der Reihenfolge ihrer Entstehung an.
2. b) Nennen Sie die funktionelle Gruppe, die jeweils neu entsteht.

Bestimmen Sie die Oxidationszahl des Kohlenstoffatoms, das die Hydroxygruppe trägt bzw. Teil der funktionellen Gruppe ist, in folgenden Molekülen:

1. a) Methanol $\mathrm{CH_3OH}$
2. b) Methanal $\mathrm{HCHO}$
3. c) Methansäure $\mathrm{HCOOH}$

Geben Sie an, in welche Richtung sich die Oxidationszahl bei der Reihe a) → c) ändert, und was das für den Alkohol bedeutet (Donator oder Akzeptor von Elektronen).

Propan-1-ol wird mit Kupfer(II)-oxid erhitzt, wobei sich schwarzes $\mathrm{CuO}$ rot färbt.

1. a) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die Oxidation von Propan-1-ol zum Propanal mit $\mathrm{CuO}$ als Oxidationsmittel.
2. b) Geben Sie für die beteiligten Atome (C der funktionellen Gruppe, Cu) die Oxidationszahlen vor und nach der Reaktion an.
3. c) Kennzeichnen Sie Elektronendonator und Elektronenakzeptor und erklären Sie die Farbänderung.

Butan-2-ol und 2-Methylpropan-2-ol werden in zwei getrennten Ansätzen mit saurer Kaliumdichromat-Lösung ($\mathrm{Cr_2O_7^{2-}}$, orange) erwärmt.

1. a) Geben Sie an, in welchem Ansatz eine Farbänderung nach grün ($\mathrm{Cr^{3+}}$) eintritt, und begründen Sie das mit der Struktur der Alkohole.
2. b) Formulieren Sie die Teilgleichungen (Oxidation und Reduktion, saure Lösung) und die Gesamtgleichung für die Reaktion von Butan-2-ol mit Dichromat. Nennen Sie das organische Produkt.

Ein Alkohol der Summenformel $\mathrm{C_4H_{10}O}$ wird mit Kupfer(II)-oxid oxidiert. Das Produkt bildet mit Fehling-Lösung einen roten Niederschlag und lässt sich mit demselben Oxidationsmittel weiter oxidieren.

1. a) Welche Alkohole kommen für die Ausgangssubstanz in Frage? Geben Sie Halbstrukturformeln und Namen an.
2. b) Begründen Sie, welcher Typ Alkohol (primär, sekundär, tertiär) vorliegen muss.
3. c) Geben Sie Name und Formel der Carbonsäure an, die bei vollständiger Oxidation des unverzweigten Alkohols entsteht.

Drei isomere Alkohole A, B und C der Summenformel $\mathrm{C_4H_{10}O}$ werden mit saurer Kaliumdichromat-Lösung erwärmt. Beobachtungen:

• A (unverzweigtes Kohlenstoffgerüst): Grünfärbung; das Destillat reagiert mit Fehling-Lösung positiv; nach längerem Erhitzen ist das Reaktionsgemisch sauer.

• B: Grünfärbung; das Destillat reagiert mit Fehling-Lösung nicht, ergibt aber mit 2,4-Dinitrophenylhydrazin einen gelben Niederschlag.

• C: keine Farbänderung.

1. a) Ordnen Sie jedem Alkohol A, B und C eine Struktur (mit Name) zu. Begründen Sie Ihre Zuordnung.
2. b) Stellen Sie für A die Reaktionsgleichung der Oxidation bis zur Carbonsäure auf (Teilgleichungen mit Oxidationszahlen).
3. c) Erklären Sie, warum bei C keine Oxidation unter diesen Bedingungen erfolgt.

Bei der Oxidation von Ethanol mit Dichromat entsteht zunächst Ethanal, das bei fortgesetzter Reaktion weiter oxidiert wird. Ein Chemiker möchte Ethanal isolieren.

1. a) Schlagen Sie eine Versuchsführung vor, mit der man die Weiteroxidation weitgehend verhindert, und begründen Sie sie mit den Siedetemperaturen ($\vartheta_b$: Ethanal $20\,^\circ\mathrm{C}$, Ethanol $78\,^\circ\mathrm{C}$, Essigsäure $118\,^\circ\mathrm{C}$).
2. b) Berechnen Sie, welche Masse an Kaliumdichromat ($M = 294{,}2\,\mathrm{g\cdot mol^{-1}}$) für die vollständige Oxidation von $4{,}6\,\mathrm{g}$ Ethanol ($M = 46{,}07\,\mathrm{g\cdot mol^{-1}}$) zu Ethanal in saurer Lösung mindestens nötig ist.

Bewerten Sie die Aussage: „Alle Alkohole lassen sich zu Carbonsäuren oxidieren."

1. a) Prüfen Sie die Aussage für primäre, sekundäre und tertiäre Alkohole anhand der Oxidationszahl des Kohlenstoffatoms mit der Hydroxygruppe und der Anzahl der an diesem C gebundenen H-Atome.
2. b) Begründen Sie, warum Propan-2-ol nicht zur Propansäure oxidiert werden kann.
3. c) Beurteilen Sie, ob Methanol zu einem Keton oxidiert werden kann.