Aldehyde: Struktur, Eigenschaften und Reaktionen

Jedes Aldehyd enthält eine Carbonylgruppe: Ein Kohlenstoffatom ist doppelt an ein Sauerstoffatom gebunden.

$$\mathrm{C=O}$$

Beim Aldehyd trägt dieses Carbonylkohlenstoffatom zusätzlich ein Wasserstoffatom. Die funktionelle Gruppe lautet deshalb $\mathrm{-CHO}$.

Ein Keton besitzt ebenfalls eine Carbonylgruppe. Sein Carbonylkohlenstoff ist aber mit zwei kohlenstoffhaltigen Resten verbunden:

$$\mathrm{R^1{-}C(=O){-}R^2}$$

Aldehyde mit einem Alkylrest heißen Alkanale. Für ihren Namen ersetzt du die Endung des entsprechenden Alkans durch -al.

1. Wähle die längste Kohlenstoffkette mit der Aldehydgruppe.
2. Zähle das Carbonylkohlenstoffatom zur Hauptkette.
3. Dieses Kohlenstoffatom erhält Position 1.
4. Hänge die Endung -al an den Stammnamen.

Methanal wird auch Formaldehyd, Ethanal auch Acetaldehyd genannt. Das sind Trivialnamen. Für das systematische Benennen verwendest du Methanal beziehungsweise Ethanal.

Sauerstoff zieht die Bindungselektronen der Carbonylgruppe stärker an als Kohlenstoff. Deshalb ist der Sauerstoff partiell negativ und der Carbonylkohlenstoff partiell positiv:

$$\mathrm{C^{\delta+}=O^{\delta-}}$$

Aldehydmoleküle ziehen einander dadurch mit Dipol-Dipol-Kräften an. Untereinander bilden sie jedoch keine Wasserstoffbrücken wie Alkohole, weil kein Wasserstoff direkt an ihren Sauerstoff gebunden ist.

Mit Wasser können Aldehyde Wasserstoffbrücken über den Carbonylsauerstoff eingehen. Deshalb sind kurzkettige Aldehyde relativ gut wasserlöslich. Mit wachsender Kohlenstoffkette wird der unpolare Molekülteil größer und die Wasserlöslichkeit nimmt ab.

Ein primärer Alkohol trägt seine Hydroxygruppe an einem Kohlenstoffatom, das höchstens mit einem weiteren Kohlenstoffatom verbunden ist. Durch milde Oxidation kann daraus ein Aldehyd entstehen.

Aldehyde lassen sich weiter oxidieren. Ketone reagieren unter üblichen milden Bedingungen nicht entsprechend weiter, weil ihnen am Carbonylkohlenstoff das kennzeichnende Wasserstoffatom fehlt.

Die weitere Oxidation lässt sich allgemein so darstellen:

$$\mathrm{R{-}CHO + [O] \rightarrow R{-}COOH}$$

Das Produkt ist die entsprechende Carbonsäure.

Die polare Carbonylbindung erklärt viele Aldehydreaktionen. Der partiell positive Carbonylkohlenstoff zieht Teilchen mit einem freien Elektronenpaar an. Ein solches angreifendes Teilchen heißt Nukleophil.

Bei einer nukleophilen Addition geschieht vereinfacht Folgendes:

1. Das Nukleophil greift den Carbonylkohlenstoff an.
2. Das Elektronenpaar der $\mathrm{C=O}$-Doppelbindung verschiebt sich zum Sauerstoff.
3. Der zunächst negativ geladene Sauerstoff nimmt ein Proton auf.
4. Aus der Carbonylgruppe entsteht eine Gruppe mit $\mathrm{OH}$.

Auch Wasser und Alkohole können an Aldehyde addiert werden:

• Aldehyd + Wasser ⇌ Hydrat mit zwei OH-Gruppen am selben Kohlenstoff
• Aldehyd + Alkohol → Halbacetal
• Halbacetal + weiterer Alkohol → Acetal + Wasser

Die leichte Oxidierbarkeit bildet außerdem die Grundlage von Aldehydnachweisen wie Tollens- und Fehling-Probe: Das Aldehyd wird oxidiert, während Metallionen des Nachweisreagenzes reduziert werden. Ein solcher Nachweis zeigt die passende Reaktion unter den gewählten Bedingungen, bestimmt aber nicht automatisch den Namen des Aldehyds.

Nutze bei unbekannten Strukturformeln diese Entscheidungshilfe:

1. Suche nach einer $\mathrm{C=O}$-Gruppe.
2. Prüfe, was am Carbonylkohlenstoff gebunden ist.
3. Ein H-Atom kennzeichnet ein Aldehyd; zwei kohlenstoffhaltige Reste kennzeichnen ein Keton.
4. Prüfe erst danach den Namen oder eine mögliche Oxidationsreaktion.