Aldehyde und Ketone-Grundlagen

Aldehyde und Ketone sind Dir bestimmt schon öfter mal im Alltag begegnet, denn viele Duftstoffe aus Obst, wie Äpfeln oder Kirschen, stellen Aldehyde dar. Ebenso findest Du sie in Mandeln und Zimt, die zu deren typischen Aromen beitragen. Ketone zeichnen sich ebenso wie die Aldehyde durch ihre intensiven Gerüche aus und werden deshalb auch oft als Geruchs- und Aromastoffe in der Lebensmittel- und Kosmetikindustrie verwendet. Aldehyde und Ketone besitzen aufgrund ihres ähnlichen Aufbaus sowie der funktionellen Gruppen entsprechend ähnliche Eigenschaften. Sie sind leicht brennbar und leicht flüchtig. Insgesamt ist die Aldehydgruppe im Vergleich zur Ketogruppe jedoch reaktivier.

Aufbau

Aldehyde (auch Alkanale genannt) und Ketone besitzen beide eine Carbonylgruppe, die sich jedoch in der Position unterscheidet. 

• Aldehyde sind chemische Verbindungen mit der funktionellen Gruppe CHO (Aldehydgruppe), was eine Carbonylgruppe mit einem Wasserstoffatom H und einem Rest R darstellt.
  
• Aldehyde unterscheiden sich von den Ketonen dadurch, dass bei ihnen immer mindestens eine der beiden Bindungsmöglichkeiten mit einem Wasserstoffatom besetzt ist und bei den Ketonen sind die beiden freien Valenzen des Carbonyl-Kohlenstoffatoms mit beliebigen Kohlenwasserstoffresten besetzt. 
• Die Carbonylgruppe der Aldehyde befindet sich am Ende der Kohlenstoffkette und bei den Ketonen befindet sie sich in der Mitte der Kette.​
• Ist der Rest ein Alkylrest, wird es als Alkanal bezeichnet (leiten sich direkt von den Alkanen ab).
  
• Van-der-Waals-Kräfte und Dipol-Dipol-Kräfte wirken zwischen den polaren Aldehydgruppen. Werden sekundäre Alkohole oxidiert, entstehen dabei die Ketone: Bei sekundären Alkoholen bindet die Hydroxylgruppe an ein Kohlenstoffatom, das wiederum zwei weitere Kohlenstoffatome bindet. In Ketonen ist die Carbonylgruppe aus diesem Grund auch an diese zwei Kohlenstoffatome gebunden.
  
• Sind zwei Reste R mit der Carbonylgruppe verbunden, ist es ein Keton.
  

1. Aldehyd, 2. Keton

Oxidation und Reduktion

• Um zu einer Carbonsäure zu reagieren, muss ein Keton einen Alkylrest verlieren. Ketone lassen sich deshalb wesentlich schwerer zu Carbonsäuren oxidieren als Aldehyde. Aldehyde sind wesentlich reaktiver. Oxidiert man einen primären Alkohol, ist es sehr schwierig, die Reaktion überhaupt beim Aldehyd zu stoppen. Meist oxidiert das Aldehyd gleich weiter zur Carbonsäure. Deshalb wirken Aldehyde auch reduzierend, Ketone aber nicht.
  
• Durch Reduktion entstehen aus Aldehyden immer primäre Alkohole und aus Ketonen sekundäre Alkohole, sie lassen sich also beide zu Alkoholen reduzieren.
  

Benennung der Aldehyde

Aldehyde sind die Oxidationsprodukte primärer Alkohole und besitzen dadurch weniger Wasserstoffatome als die zugehörigen Alkoholmoleküle und werden mit der systematischen Endung -al bezeichnet. Stammt der Rest von einem Alkan ab, wird das entsprechende Aldehyd auch als Alkanal bezeichnet und die Endung -al weist auf die Aldehydgruppe hin. Bei komplexen Verbindungen würdest Du das Präfix Formyl- an den Anfang stellen und -carbaldehyd an das Ende. Ausserdem würdest Du mit angeben, an welcher Position sich eine Gruppe befindet, indem Du die Nummer des Kohlenstoffatoms mit angibst (Du fängst beim Carbonyl-Kohlenstoffatom zuzählen an).

Die Carbonylgruppe der Aldehyde ist stark polar durch eine positive Teilladung am Kohlenstoffatom und eine negative Teilladung am Sauerstoffatom.

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Beispiel

Von Methan leitet sich ein Alkanal ab, dann würde es den Namen Methanal tragen. Der Trivialname ist allerdings Formaldehyd.

Benennung der Ketone

Bei Ketonen wird die funktionelle Gruppe (Carbonylgruppe mit zwei Kohlenwasserstoffresten) auch als Keto-Gruppe bezeichnet. Durch die Endung -on zeigst Du damit das Vorhandensein der Ketogruppe an. Zur vollständigen Bezeichnung würdest Du auch noch die Position der Ketogruppe angeben durch das Einfügen der Zahl vor der Endung -on. Die Nummerierung würde in diesem Fall von der kürzesten Seite aus losgehen.

Abbau von Alkohol im Körper

Nach dem Konsum von Alkohol (Ethanol) wird er im Körper zu Acetaldehyd (Ethanal) umgewandelt. Während diesem Vorgang der Alkoholdehydrogenase wird der toxische Alkohol unter der Beteiligung des Cofaktors NAD abgebaut. Das Enzym NAD wirkt dabei als Katalysator der Oxidation von Ethanol zu Ethanal:

​$$C_2H_5OH + NAD^+ \to C_2H_4O + NADH + H^+$$​​

Eigenschaften

• Aldehyde mit wenig Kohlenstoffatomen sind in Wasser relativ gut löslich. Warum? Das partiell positiv geladene Kohlenstoffatom der Aldehydgruppe kann mit Wasser Wechselwirkungen eingehen. Hat das Aldehyd aber viele Kohlenstoffatome, nimmt das Verhältnis von polaren zu unpolaren Anteilen ab und damit verschlechtert sich auch die Wasserlöslichkeit.
• Leichte Entzündlichkeit von kurzkettigen Aldehyden und Alkanalen. 

Nachweis

• Schiffsche Probe: Hinzufügen von Schiffs Reagenz zu Aldehyden oder einer Aldehyd-Lösung. Färbt sich die Flüssigkeit rosa bis blauviolett, sind Aldehyde vorhanden.
• Oxidation des Aldehyds durch Verwendung von Metallionen als Oxidationsmittel, die gleichzeitig reduziert werden: zum Beispiel Fehlingprobe.

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