DaChS Oxidierbarkeit primrer, sekundrer und tertirer Alkohole 1
Versuch Nr. 005
Oxidierbarkeit primrer, sekundrer und tertirer Alkohole
CH3OH MnO4
- (violett)+ CH3O
OHMnO2 (braun) +
MnO4- (violett)+ MnO3 (grn)+CH3 CH3
OH
CH3 CH3
O
MnO4- (violett)+CH3 CH3
OH
CH3
Chemikalien Name Formel Menge R-
Stze S-Stze Gefahren-
symbole Bemerkung
1-Propanol
C3H7OH ca. 2 mL 11-41-67
7-16-24-26-39
F, Xi
Isopropanol
CH3CHOHCH3 ca. 2 mL 11-36-67
16-24/25-26-7
F, Xi
tert-Butanol
(CH3)3COH ca. 2 mL 11-20 16-9 F, Xn
Kaliumper-manganat
KMnO4 14 mg 8-22-50/53
60-61 Xn, O, N oder 15 ml einer 0,006 molaren Lsg.
Natronlauge (c = 1 mol/L)
NaOH (aq) 15 mL 34 26-36/37/39-45
C
Wasser H2O 15 mL -- -- --
Materialien 3 Petrischalen Messpipetten Pasteurpipetten mit Pipettenhtchen 2 Becherglser Versuchsdurchfhrung Zunchst wird aus 14 mg Kaliumpermaganat und 15 mL Wasser eine 0,006 molare Kaliumpermanganat-
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Lsung angesetzt. Diese wird dann mit 15 ml 1 molarer Natronlauge versetzt und dann gleichmig auf die drei Petrischalen verteilt. In die Schalen wird nun je eine Pipettenfllung eines der Alkohole gegeben. Links: 1-Propanol Mitte: Isopropanol Rechts: tert-Butanol
Beobachtung In der linken Petrischale (1-Propanol) zeigt sich sofort eine grnlich-bluliche Frbung. Das gleiche ist in der mittleren Petrischale nach der Zugabe von Isopropanol zu beobachten. In der rechten Schale (:tert-Butanol) ist keine Vernderung feststellbar. Nach ca. 2 min (und ggf. Zugabe von etwas mehr n-Propanol) verfrbt sich die Lsung der linken Petrischale langsam von grn-blau zu gelb-grn-braun. Die Verfrbung wird umso deutlicher, je lnger man die Schalen an der Luft stehen lsst. . Entsorgung Alle Lsungen, in denen das Permanganat umgesetzt wurde, werden neutral in den anorganischen Abfall entsorgt, da der Anteil der organischen Substanzen uerst gering ist.
Fachliche Analyse Primre, sekundre und tertire Alkohole unterscheiden sich in ihrer Oxidierbarkeit. Als Oxidationsmittel wirkt in diesem Versuch das Kaliumpermanganat, das je nach Art des Alkohols bis zu unterschiedlichen Oxidationstufen reduziert wird. Durch die basischen Bedingungen wird das Oxidationspotential des Permanganats verringert: Die Reaktion findet unter Verbrauch von H+-Ionen statt, so dass eine Verringerung dieser durch das Einstellen eines basischen pH-Werts das Gleichgewicht gem Le Chatelier zu den Edukten hin verschiebt.
Primrer Alkohol (1-Propanol) Der primre Alkohol 1-Propanol kann bis zur Carbonsure oxidiert werden. Das Mangan im Permanganat wird dadurch von der Oxidationsstufe +7 (violett) ber +6 (grn) zu +4 (braun) reduziert, wobei die einzelnen Oxidationsstufen fr die Farbnderungen der Lsung verantwortlich sind. Im ersten Schritt der Oxidation des 1-Propanols wird ein Ester mit dem Permanganat-Ion gebildet. Bei der Esterspaltung verndert sich die Oxidationsstufe des an die Hydroxygruppe
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gebundenen Kohlenstoff-Atoms von 1 nach +1. Es entsteht ein Aldehyd (2-Propanal). Die Oxidationsstufe des Mangans im Permanganat verndert sich von +7 nach +6. Da das gebildete Mangantrioxid (MnO3) grn gefrbt ist, verfrbt sich die ganze Lsung.
OHCH3
-1
1-Propanol
+O
-
O
O
OMn+7
Permanganat (violett)
-1 +7
H
OCH3 + O
O
O
Mn+1
+6
H
O-
OO
OHO
CH3 Mn
Ester
-H2O
1-Propanal (Aldehyd) (grn) Im zweiten Schritt wird der Aldehyd 1-Propanal (Ox.: +1) zur Carbonsure (Ox: +3) oxidiert und das Mangan von +6 zu +4 reduziert. Zuvor erfolgt jedoch eine Hydratisierung des Aldehyds.
H
OCH3
+1 +H
H
O
H
HH O
+
O-
CH3
HOH
OH
CH3
1-Propanal (Aldehyd) Der Mechanismus des zweiten Schritts verluft analog zum ersten Schritt. Es entstehen 1-Propansure und Braunstein (MnO2).
HOH
OH
CH3 +O
OOMn
OH
OCH3 + OO Mn+1
+6 +3 +4
1-Propansure Braunstein (braun) So ergeben sich fr die Redoxreaktion des 1-Propanols mit Kaliumpermanganat folgende Teilgleichungen und die Gesamtgleichung: Oxidationsreaktion:
CH3OH
CH3O
CH3O
OH-1 +1 +3
1- Propanol 1- Propanal + 2 e- 1- Propansure + 2 e-
Reduktionsreaktionen:
MnO4- + e- + 2 H+ MnO3 (grn) + H2O
+7 +6
MnO3 (grn) + 2 e- + 2 H+ MnO2 (braun) + H2O
+6 +4
-1
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Gesamtreaktion:
3 1- Propanol + 4 MnO4- + 4 H+ 3 1- Propansure + 4 MnO2 + 5 H2O
Sekundrer Alkohol (Isopropanol) Das sekundre 2-Propanol (Isopropanol) wird vom Kaliumpermanganat nur bis zum Keton oxidiert, das Permanganat entsprechend nur bis zur Oxidationsstufe +6. Damit verfrbt sich diese Lsung zwar grn, aber nicht braun. Der Mechanismus verluft analog der Aldehydbildung ber einen Ester. Die Oxidationsstufe des an die Hydroxygruppe gebundenen Kohlenstoffatoms (in -Stellung) verndert sich von 0 zu +2. Statt zwei an den -Kohlenstoff gebundenen H-Atomen wie beim Propanol ist bei einem sekundren Alkohol nur ein Wasserstoff an den -Kohlenstoff gebunden. So ergeben sich fr die Redoxreaktion von Isopropanol mit Kaliumpermanganat folgende Teilgleichungen und die Gesamtgleichung: Oxidation:
CH3 CH3
OH
CH3 CH3
O
0 +2
2- Propanol Propanon + 2 e- + 2 H+
Reduktion:
MnO4- + e- + 2 H+ MnO3 (grn) + H2O
+7 +6
Gesamtreaktion:
2-Propanol + 2 MnO4- + 2 H+ 2-Propanon + 2 MnO3 + 2 H2O
Tertirer Alkohol (tert-Butanol) Beim tert.Butanol (2-Methyl-Propan-2-ol) handelt es sich um einen tertiren Alkohol. Der an die Hydroxygruppe gebundene Kohlenstoff ist auerdem an drei Methylgruppen gebunden. So knnte er bei der Esterspaltung kein Proton donieren und somit oxidiert werden. Die Oxidation durch Kaliumpermanganat findet demnach nicht statt. Da dadurch auch das Permanganat in der Oxidationsstufe +7 verbleibt, verndert sich auch die Farbe der Lsung nicht; sie bleibt violett.
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OH
CH3
CH3
CH3
+O
-
O
O
OMn+7
+1
tert.Butanol Permanganat (violett)
Didaktisch-methodische Analyse Dieser Versuch wre sowohl ein guter Schlerversuch als auch ein guter Lehrerversuch, da alle Chemikalien bereits ab Sekundarstufe 1 zugelassen sind. Als Lehrerversuch sollte man diesen Versuch in Petrischalen auf dem Overhead-Projektor durchfhren. Als Schlerversuch wre die Durchfhrung in Reagenzglsern chemikaliensparender und vom Effekt her eindrucksvoller, da man nach der Alkoholzugabe aber vor dem Durchmischen den Reaktionsverlauf (Farbverlauf) von der Eintropfstelle zum Boden des Reagenzglases hin sehr gut beobachten kann. Beim Propanol zeigte sich, dass die Zugabe von etwas mehr Alkohol ntig sein knnte. Sowohl die Vorbereitung des Versuchs (Ansetzen der alkalischen Permanganatlsung), als auch die Durchfhrung sind wenig zeitaufwendig und die Farbwechsel sehr gut sichtbar. So bleibt genug Zeit um noch in der gleichen Stunde die Reaktionen zu besprechen. Auch die wenigen bentigten Glasgerte stellen keinen groen Aufwand dar. Sind keine Petrischalen vorhanden, knnten auch kleine Erlenmeyerkolben oder Becherglser verwendet werden. Der Versuch ist sowohl bei Alkoholen, Aldehyden, Ketonen und Carbonsuren einsetzbar, knnte aber auch als berleitung zwischen den einzelnen Themen dienen. Als Vorwissen sollten die Schler auf Kenntnisse in der Redoxchemie zurckgreifen knnen. Bei einer berleitung von Aldehyden zu Carbonsuren knnten die Schler auch ihr Wissen ber Alkohole noch einmal auffrischen und einbringen. Literatur 1. Becker, Heinz; et.al: Organikum, Leipzig 191993 2. Vollhardt, K. P. C.; Schore, N. E.: Organische Chemie, Weinheim 32000 3. http://axel-schunk.net/experiment/edm0799.html (05.12.2005) 4. http://de.chemdat.info/mda/de/ (17.12.2005) 5. Protokoll von Anika Weiser, OC-Lehramtpraktikum, WS 2005/06
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http://axel-schunk.net/experiment/edm0799.htmlhttp://de.chemdat.info/mda/de/
Oxidierbarkeit primrer, sekundrer und tertirer AlkoholeChemikalienMaterialienBeobachtungFachliche AnalysePrimrer Alkohol (1-Propanol)Sekundrer Alkohol (Isopropanol)Tertirer Alkohol (tert-Butanol)
Didaktisch-methodische Analyse
