Aldehyde und Ketone - Addition primärer Amine

Aldehyde und Ketone - Addition primärer Amine Übung

• Benenne die gegebenen Verbindungen.

  Tipps

  Die $NH_2$-Gruppe ist die Aminogruppe.

  Alkanale tragen eine Aldehydgruppe.

  Aceton ist das einfachste Keton. Die allgemeine Formel eines Ketons siehst du hier.

  Lösung

  Verschiedene Aldehyde und Ketone können mit Aminen reagieren. Um einen Überblick über diese zu haben, sollte man einige von ihnen nicht nur benennen, sondern auch ihre Strukturformeln zeichnen können.

  Ethanal wird auch als Acetaldehyd bezeichnet. Aus der Endung -aldehyd kann abgeleitet werden, dass hier die Gruppe $-CHO$ angehängt ist. Eth- weist auf insgesamt zwei Kohlenstoffatome hin. Daraus ergibt sich die Formel $H_3C-CHO$.

  Ein weiteres Aldehyd ist das Benzaldehyd. Die erste Silbe des Namens weist auf einen wichtigen Bestandteil der Struktur hin: den aromatischen Sechsring. Benzaldehyd ist demnach Benzol mit einer Aldehydgruppe.

  Hydrazin $(H_2N-NH_2)$ ist flüssig, riecht ammoniakalisch, ist stark giftig und wird als umweltgefährdend eingestuft.

• Fasse die Transaminierung zusammen.

  Tipps

  Suche dir zuerst die Edukte und setze sie an erste Position.

  Am Ende wird wieder Wasser angelagert.

  Lösung

  Die Transaminierung ist ein Stoffwechselvorgang.

  Dabei reagiert ein Molekül Vitamin B6 (PLP oder auch Pyridoxalphosphat genannt) mit einer $\alpha$-Aminosäure. Dabei kommt es zur Abspaltung eines Wassermoleküls (Sauerstoffatom von PLP und die Wasserstoffatome von der Aminogruppe der Aminosäure). Dadurch bildet sich das erste Imin.

  Nach Umlagerung eines Wasserstoff-Ions (Tautomerie) bildet sich das zweite Imin. An dieses lagert sich im nächsten Schritt ein Molekül Wasser an und es entsteht die $\alpha$-Ketocarbonsäure.

• Erläutere die Reaktion von Aceton mit Methylamin.

  Tipps

  Das Zwitterion ist instabil, weshalb es zur Umlagerung eines Wasserstoffions kommt.

  Aus einer Hydroxygruppe und einem Wasserstoffatom entsteht Wasser, welches abgespalten wird.

  Lösung

  Im ersten Schritt greift das Nucleophil (Methylamin) das Kohlenstoffatom des Acetons an. Dadurch entsteht ein Zwitterion, das instabil ist. Es kommt zur Umlagerung eines Wasserstoff-Ions. Das dabei entstehende Halbaminal spaltet im nächsten Schritt Wasser ab. Das entstandene Imin wird auch Schiff-Base genannt.

• Beschreibe den Mechanismus der Transaminierung.

  Tipps

  Sieh dir die Bilder der Reaktion genau an. Dort kannst du erkennen, wo die Umlagerungen passieren.

  Das entstandene Imin ist in der Lage, eine Veränderung durch Tautomerie zu vollziehen.

  Lösung

  Die Reaktion von Pyridoxalphosphat mit einer $\alpha$-Aminosäure wird auch als Transaminierung bezeichnet. Die allgemeine Formel der Aminosäuren beinhaltet einen Alkylrest, ein Wasserstoffatom, eine Carbonsäuregruppe und eine Aminogruppe, welche alle an einem zentralen Kohlenstoffatom sitzen.

  Wenn PLP und die Aminosäure reagieren, erfolgt zunächst eine Wasserabspaltung. Das dabei entstehende Imin lagert im nächsten Schritt ein Wasserstoffatom um (Tautomerie) und bildet so das zweite Imin. Nach Anlagerung eines Wassermoleküls bildet sich zum Schluss eine $\alpha$-Ketocarbonsäure.

• Erkläre die Stabilität der Imine.

  Tipps

  Atome mit freien Elektronenpaaren tragen zu einer Mesomerie-Stabilisierung bei, wenn sie direkt an einem Kohlenstoffatom liegen.

  Durch die Mesomerie sind die Elektronen an vielen verschiedenen Orten (Delokalisierung). Dadurch wird eine Reaktion mit diesen schwieriger, wodurch das Molekül stabiler ist.

  Lösung

  Die Stabilität ergibt sich durch Delokalisation von Elektronen, wodurch mesomere Grenzstrukturen entstehen. Damit dies möglich ist, muss der Rest am Stickstoffatom über $\pi$-Elektronen verfügen, wie zum Beispiel bei der Hydroxygruppe ($OH$). Diese sind leicht verschiebbar.

  Es ergibt sich durch Verschiebung eines freien Elektronenpaars eine positive Ladung am Stickstoff- und eine negative Ladung am Sauerstoffatom. Die Stabilität des Imins wird ebenfalls erhöht, wenn ein aromatischer Rest vorliegt. Dadurch ergeben sich mehrere mesomere Strukturen durch Delokalisation von Elektronen.

• Erläutere den Nachweis von Aldehyden durch die Fehling-Probe.

  Tipps

  Den Ablauf der Fehling-Probe siehst du über der Aufgabe. Dort kannst du die Farbveränderungen verfolgen.

  Hat ein Soff eine oxidierende Wirkung, zwingt er andere Stoffe zu einer Oxidation. Der oxidierende Stoff selbst wird dadurch reduziert.

  Achte bei den Reaktionen auf den Massenerhalt und den Ladungserhalt. Beide Seiten müssen also die gleiche Anzahl an Atomen und an Ladungen aufweisen.

  Lösung

  Bei der Fehling-Probe macht man sich das Bestreben einiger Stoffe, Elektronen abzugeben, zu Nutze. Diese Stoffe wirken reduzierend. Sie geben also selbst Elektronen ab (Elektronendonator). Beispiele sind Aldehyde und unedle Metalle.

  Diese Elektronen können dann von Elektronenakzeptoren aufgenommen werden. Sie werden reduziert. Dies geschieht in der Fehling-Probe mit Kupfer(II)-Ionen.

  Vereinfacht kann man schreiben:
  $Cu^{2+} + e^- \longrightarrow~Cu^+$.

  Das Kupfer(I)-oxid hat eine leuchtend rote Farbe und kann so eine positive Probe sehr gut anzeigen. Reduzierende Zucker, wie die Aldosen, können ebenfalls mit dieser Probe identifiziert werden.