Die Entdeckung der organischen Chemie

Früher dachten Wissenschaftler, dass nur lebende Organismen organische Verbindungen herstellen können - durch eine göttliche Lebenskraft ("vis vitalis"). Diese Vorstellung wurde komplett über den Haufen geworfen, als es gelang, organische Stoffe im Labor zu synthetisieren.

Mit der Harnstoffsynthese von Wöhler begann die moderne organische Chemie. Heute wissen wir: Organische Chemie ist einfach die Chemie der Kohlenstoffverbindungen - und die kann man künstlich herstellen.

Merke dir: Organische Chemie = Chemie der Kohlenstoffverbindungen. Punkt.

Alkane - Die Grundbausteine

Alkane sind die einfachsten organischen Verbindungen und bilden eine homologe Reihe. Das bedeutet: Jedes Molekül unterscheidet sich vom nächsten nur durch eine CH₂-Gruppe - super praktisch zum Lernen!

Die ersten Alkane kennst du sicher schon: Methan (CH₄), Ethan (C₂H₆), Propan (C₃H₈) und Butan (C₄H₁₀). Die Formel ist immer CₙH₂ₙ₊₂ - also Anzahl der Kohlenstoffatome mal 2, plus 2 für die Wasserstoffatome.

Alkane haben nur Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen. Deshalb nennt man sie "gesättigte" Kohlenwasserstoffe - sie können keine weiteren Wasserstoffatome aufnehmen.

Tipp: Die Formel CₙH₂ₙ₊₂ funktioniert immer bei Alkanen - damit kannst du jede Summenformel schnell herleiten!

Eigenschaften der Alkane

Die ersten vier Alkane (Methan bis Butan) sind bei Raumtemperatur gasförmig und begegnen dir täglich: Methan in Biogas, Propan und Butan in Feuerzeugen und Gasbrennern. Sie sind alle farblos, geruchslos und explosiv.

Mit zunehmender Kettenlänge ändern sich die Eigenschaften systematisch: Siedetemperatur, Dichte und Viskosität steigen kontinuierlich an. Kurze Alkane sind dünnflüssig, längere werden zu zähflüssigen Schmierölen.

Alkane sind hydrophob (wasserscheu) und leiten keinen Strom. Diese Eigenschaften machen sie ideal als Lösungsmittel für andere organische Stoffe.

Faustregel: Je länger die Kohlenstoffkette, desto höher die Siedetemperatur und desto zähflüssiger wird das Alkan.

Substitution bei Alkanen

Bei der Substitution wird ein Wasserstoffatom des Alkans durch ein anderes Atom ersetzt - meist durch Brom. Diese Reaktion braucht Licht als Katalysator.

Aus Heptan und Brom entsteht so Monobromheptan und Bromwasserstoff. Die Reaktionsgleichung: C₇H₁₆ + Br₂ → C₇H₁₅Br + HBr. Das Produkt heißt dann Halogenalkan.

Das Prinzip ist einfach: Ein H-Atom "tauscht" seinen Platz mit einem Br-Atom. So entstehen völlig neue Verbindungen mit anderen Eigenschaften.

Wichtig: Substitution = Austausch. Ein Atom wird gegen ein anderes getauscht, die Molekülstruktur bleibt aber grundsätzlich gleich.

Alkene - Verbindungen mit Doppelbindung

Alkene haben eine Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen, die durch zwei Elektronenpaare gebildet wird. Dadurch sind sie "ungesättigt" - sie können noch weitere Atome aufnehmen.

Die Formel für Alkene lautet CₙH₂ₙ - also Anzahl Kohlenstoffatome mal 2. Das einfachste Alken ist Ethen (C₂H₄), gefolgt von Propen (C₃H₆) und Buten (C₄H₈).

Die Doppelbindung macht Alkene viel reaktiver als Alkane. Sie können Additionsreaktionen eingehen - dabei wird die Doppelbindung aufgebrochen und neue Atome angelagert.

Merkspruch: Alkene haben "ene" Doppelbindung und die Formel CₙH₂ₙ.

Alkine - Verbindungen mit Dreifachbindung

Alkine sind noch ungesättigter als Alkene: Sie haben eine Dreifachbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen, gebildet durch drei Elektronenpaare. Das macht sie extrem reaktiv.

Ihre allgemeine Formel ist CₙH₂ₙ₋₂ - also Kohlenstoffatome mal 2, minus 2. Das bekannteste Alkin ist Ethin (C₂H₂), auch Acetylen genannt, das beim Schweißen verwendet wird.

Alkine können wie Alkene Additionsreaktionen eingehen. Wegen ihrer Dreifachbindung können sie sogar zweimal reagieren und dabei zwei Moleküle aufnehmen.

Eselsbrücke: Alkine haben die wenigsten Wasserstoffatome (CₙH₂ₙ₋₂) - die Dreifachbindung "frisst" sozusagen Wasserstoff weg.

Alkanole - Die Alkohole

Alkanole sind Kohlenwasserstoffe mit einer oder mehreren Hydroxylgruppen $-OH$. Diese funktionelle Gruppe macht sie zu Alkoholen und verändert ihre Eigenschaften dramatisch.

Die allgemeine Formel lautet CₙH₂ₙ₊₁OH. Das bekannteste Alkanol ist Ethanol (C₂H₆O) - der Alkohol in Getränken. Methanol ist dagegen hochgiftig und wird als Lösungsmittel verwendet.

Die OH-Gruppe macht Alkanole polar und wasserlöslich - im Gegensatz zu den wasserabweisenden Alkanen. Deshalb löst sich Ethanol sowohl in Wasser als auch in organischen Lösungsmitteln.

Achtung: Die OH-Gruppe ist der Schlüssel! Sie macht aus hydrophoben Alkanen wasserlösliche Alkanole.

Von Alkanol zu Alkanal - Oxidation

Durch Oxidation kann man aus einem Alkanol ein Alkanal herstellen. Dabei wird die OH-Gruppe zu einer Carbonylgruppe $C=O$ umgewandelt.

Das klassische Beispiel: Ethanol wird zu Ethanal oxidiert. Als Oxidationsmittel dient oft Kupferoxid (CuO), wobei metallisches Kupfer und Wasser entstehen.

Die Umkehrreaktion heißt Reduktion - dabei wird aus dem Alkanal wieder das ursprüngliche Alkanol. Diese Reaktionen sind in der organischen Chemie extrem wichtig.

Merke: Oxidation = OH wird zu C=O. Reduktion = C=O wird zu OH.

Alkanale - Die Aldehyde

Alkanale gehören zur Gruppe der Aldehyde und haben eine charakteristische Carbonylgruppe $C=O$ am Ende der Kohlenstoffkette. Diese Gruppe bestimmt ihre besonderen Eigenschaften.

Die allgemeine Formel ist CₙH₂ₙ₋₁CHO. Das einfachste Alkanal ist Methanal (Formaldehyd), gefolgt von Ethanal (Acetaldehyd). Beide kennst du vielleicht als Konservierungsmittel.

Alkanale entstehen durch Oxidation von Alkanolen und sind sehr reaktionsfreudig. Sie haben einen charakteristischen, oft stechenden Geruch.

Tipp: Die CHO-Gruppe ist das Erkennungszeichen aller Aldehyde - sie steht immer am Ende der Kette.

Organische Chemie - Der Überblick

Jetzt hast du alle wichtigen Kohlenwasserstoffgruppen kennengelernt! Alkane (CₙH₂ₙ₊₂) mit Einfachbindungen, Alkene (CₙH₂ₙ) mit Doppelbindungen und Alkine (CₙH₂ₙ₋₂) mit Dreifachbindungen.

Gesättigte Verbindungen haben nur Einfachbindungen, ungesättigte haben Mehrfachbindungen. Alkanole (CₙH₂ₙ₊₁OH) und Alkanale (CₙH₂ₙ₋₁CHO) haben funktionelle Gruppen, die ihre Eigenschaften bestimmen.

Alle bilden homologe Reihen - sie unterscheiden sich nur durch CH₂-Gruppen. Das macht das Lernen systematisch und vorhersagbar.

Erfolg garantiert: Mit diesen Grundbausteinen kannst du fast alle organischen Verbindungen verstehen und ihre Formeln herleiten!