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Chemie

Chemische reaktionen und ihre mechanismen

Oxidation von alkanolen

Darstellung mit oxidationszahlen

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Die organische Chemie befasst sich mit Kohlenwasserstoffverbindungen und deren Reaktionen. Kohlenwasserstoffe bestehen aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen und unterscheiden sich in Bindungsverhältnissen, Atomanzahl und Struktur. Zu den wichtigsten Gruppen zählen Alkane (gesättigt), Alkene und Alkine (ungesättigt). Funktionelle Gruppen wie Hydroxy- oder Carboxylgruppen erweitern die Vielfalt organischer Verbindungen. Typische Reaktionen umfassen Oxidation, Substitution, Addition und Eliminierung. Die Kenntnis dieser Grundlagen ist essentiell für das Verständnis komplexerer Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie.

Highlight: Die organische Chemie bildet die Grundlage für das Verständnis von Lebensprozesson und ist von großer Bedeutung in der Industrie.

28.1.2021

2368

Wiederholung Merkwissen ~Organische Chemie
I. Kohlenwasserstoffverbindungen.
= Verbindungen aus C- und H-Atomen, die sich durch Bindungs-
ve

Alkohole und ihre Eigenschaften

Dieser Abschnitt konzentriert sich auf Alkohole, eine wichtige Klasse organischer Verbindungen mit einer Hydroxygruppe (-OH). Die Kenntnis ihrer Eigenschaften und Reaktionen ist fundamental für das Verständnis komplexerer Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie.

Alkohole werden nach der Position ihrer OH-Gruppe klassifiziert:

Primäre Alkohole: OH-Gruppe an einem C-Atom mit einem C-Nachbarn
Sekundäre Alkohole: OH-Gruppe an einem C-Atom mit zwei C-Nachbarn
Tertiäre Alkohole: OH-Gruppe an einem C-Atom mit drei C-Nachbarn

Definition: Einwertige Alkohole besitzen eine OH-Gruppe, zweiwertige zwei und dreiwertige drei OH-Gruppen.

Die Entstehung von Alkoholen wird durch zwei Hauptwege erklärt:

Alkoholische Gärung: Umwandlung von Glucose zu Ethanol durch Hefe
Industrielle Produktion: z.B. Hydratisierung von Ethen zu Ethanol

Wichtige chemische Reaktionen von Alkoholen umfassen:

Vollständige Oxidation
Oxidation primärer Alkohole zu Aldehyden und weiter zu Carbonsäuren
Oxidation sekundärer Alkohole zu Ketonen
Eliminierung (Dehydratisierung)
Esterbildung

Beispiel: Bei der Oxidation von Ethanol (C2H5OH) zu Ethanal (CH3CHO) wird ein primärer Alkohol in ein Aldehyd umgewandelt.

Die Hydrophilie von Alkoholen wird ebenfalls diskutiert:

Sie nimmt mit zunehmender Kettenlänge des Alkylrests ab
Sie nimmt mit steigender Anzahl der Hydroxygruppen zu

Highlight: Die Fähigkeit von Alkoholen, Wasserstoffbrücken zu bilden, erklärt ihre Löslichkeit in Wasser und viele ihrer physikalischen Eigenschaften.

Diese Informationen sind besonders nützlich für Übungen zu Reaktionstypen in der organischen Chemie und bieten eine solide Grundlage für das Verständnis von Alkoholen und ihren Reaktionen.

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Kohlenwasserstoffverbindungen und ihre Eigenschaften

Dieser Abschnitt bietet einen Überblick über die grundlegenden Kohlenwasserstoffverbindungen in der organischen Chemie. Es werden Alkane, Alkene und Alkine vorgestellt, ihre Strukturen erklärt und wichtige Eigenschaften aufgeführt.

Definition: Kohlenwasserstoffverbindungen sind Verbindungen, die ausschließlich aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen.

Alkane, auch Paraffine genannt, sind gesättigte Kohlenwasserstoffe mit Einfachbindungen. Sie haben die allgemeine Summenformel CnH2n+2 und sind unlöslich in Wasser. Ein Beispiel ist Methan (CH4).

Beispiel: Methan (CH4) ist das einfachste Alkan und Hauptbestandteil von Erdgas.

Alkene, auch als Olefine bezeichnet, enthalten mindestens eine Doppelbindung und sind ungesättigte Kohlenwasserstoffe. Ihre allgemeine Summenformel lautet CnH2n. Sie sind reaktionsfreudig, hydrophob und brennbar.

Alkine, auch Acetylene genannt, besitzen eine Dreifachbindung und sind ebenfalls ungesättigte Kohlenwasserstoffe. Ihre allgemeine Summenformel ist CnH2n-2. Sie sind sehr reaktionsfreudig und finden Verwendung als Schweißgas.

Vokabular: Ungesättigte Kohlenwasserstoffe sind Verbindungen, die Doppel- oder Dreifachbindungen zwischen Kohlenstoffatomen aufweisen.

Die Seite enthält auch Tabellen mit Namen und Summenformeln für verschiedene Alkane, Alkene und Alkine, was für Übungen zu Reaktionstypen in der organischen Chemie nützlich sein kann.

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Chemische Reaktionen der Kohlenwasserstoffe

Dieser Abschnitt behandelt die wichtigsten chemischen Reaktionen von Kohlenwasserstoffen, was für das Verständnis von Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie unerlässlich ist.

Zu den vorgestellten Reaktionstypen gehören:

Vollständige Oxidation: Bei dieser Reaktion werden Kohlenwasserstoffe vollständig zu Kohlendioxid und Wasser umgesetzt.
Unvollständige Oxidation: Hierbei entstehen neben Wasser auch Kohlenstoff oder Kohlenmonoxid.
Substitutionsreaktion: Ein Wasserstoffatom wird durch ein anderes Atom oder eine Atomgruppe ersetzt.
Additionsreaktion: Moleküle werden an Doppel- oder Dreifachbindungen angelagert.
Eliminierungsreaktion: Atome oder Atomgruppen werden aus einem Molekül entfernt, wobei eine Mehrfachbindung entsteht.

Beispiel: Bei der Halogenierung von Methan (CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl) wird ein Wasserstoffatom durch ein Chloratom ersetzt.

Der Abschnitt erklärt auch den Begriff der homologen Reihe, der für das Verständnis der Systematik organischer Verbindungen wichtig ist.

Definition: Eine homologe Reihe ist eine Reihe von Stoffen, bei der sich jedes Glied vom vorherigen durch eine zusätzliche CH2-Gruppe unterscheidet.

Zusätzlich werden Kohlenwasserstoffverbindungen mit funktionellen Gruppen eingeführt, insbesondere Alkohole (Alkanole). Diese besitzen eine Hydroxygruppe (-OH) und weisen spezifische Eigenschaften wie Hydrophilie und Brennbarkeit auf.

Vokabular: Die Hydroxygruppe (-OH) ist die charakteristische funktionelle Gruppe der Alkohole.

Diese Informationen sind besonders wertvoll für Übungen zu Reaktionstypen in der organischen Chemie und bieten eine gute Grundlage für weiterführende Studien in diesem Bereich.

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Aldehyde, Carbonsäuren und Ester

Dieser Abschnitt behandelt drei wichtige Klassen organischer Verbindungen: Aldehyde, Carbonsäuren und Ester. Das Verständnis ihrer Strukturen und Reaktionen ist entscheidend für die Beherrschung von Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie.

Aldehyde (Alkanale):

Besitzen eine Aldehydgruppe (-CHO)
Eigenschaften: brennbar, hydrophil, sehr reaktionsfähig, leicht entzündbar
Gehören zu den Carbonylverbindungen

Vokabular: Die Aldehydgruppe (-CHO) ist die charakteristische funktionelle Gruppe der Aldehyde.

Wichtige Reaktionen von Aldehyden:

Vollständige Oxidation
Katalytische Oxidation
Additionsreaktion

Beispiel: Bei der katalytischen Oxidation von Methanal (H-CHO) entsteht Methansäure (H-COOH).

Carbonsäuren (Alkansäuren):

Besitzen eine Carboxylgruppe (-COOH)
Allgemeine Summenformel: CnH2n+1COOH
Eigenschaften: hydrophil, sauer in wässriger Lösung, starker Geruch

Definition: Die Carboxylgruppe (-COOH) ist die charakteristische funktionelle Gruppe der Carbonsäuren.

Wichtige Reaktionen von Carbonsäuren:

Vollständige Oxidation
Dissoziation in wässriger Lösung

Ester:

Entstehen durch Reaktion von Carbonsäuren mit Alkoholen
Besitzen eine Estergruppe (-COO-)
Charakteristisch ist ihr intensiver Geruch

Highlight: Ester sind für viele natürliche Fruchtaromen verantwortlich und finden breite Anwendung in der Lebensmittel- und Parfümindustrie.

Diese Informationen bilden eine wichtige Grundlage für Übungen zu Reaktionstypen in der organischen Chemie und ermöglichen ein tieferes Verständnis der Vielfalt organischer Verbindungen und ihrer Reaktionen.

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Alkohole und ihre Eigenschaften

Alkohole werden nach der Position ihrer OH-Gruppe klassifiziert:

Primäre Alkohole: OH-Gruppe an einem C-Atom mit einem C-Nachbarn
Sekundäre Alkohole: OH-Gruppe an einem C-Atom mit zwei C-Nachbarn
Tertiäre Alkohole: OH-Gruppe an einem C-Atom mit drei C-Nachbarn

Definition: Einwertige Alkohole besitzen eine OH-Gruppe, zweiwertige zwei und dreiwertige drei OH-Gruppen.

Die Entstehung von Alkoholen wird durch zwei Hauptwege erklärt:

Alkoholische Gärung: Umwandlung von Glucose zu Ethanol durch Hefe
Industrielle Produktion: z.B. Hydratisierung von Ethen zu Ethanol

Wichtige chemische Reaktionen von Alkoholen umfassen:

Vollständige Oxidation
Oxidation primärer Alkohole zu Aldehyden und weiter zu Carbonsäuren
Oxidation sekundärer Alkohole zu Ketonen
Eliminierung (Dehydratisierung)
Esterbildung

Beispiel: Bei der Oxidation von Ethanol (C2H5OH) zu Ethanal (CH3CHO) wird ein primärer Alkohol in ein Aldehyd umgewandelt.

Die Hydrophilie von Alkoholen wird ebenfalls diskutiert:

Sie nimmt mit zunehmender Kettenlänge des Alkylrests ab
Sie nimmt mit steigender Anzahl der Hydroxygruppen zu

Highlight: Die Fähigkeit von Alkoholen, Wasserstoffbrücken zu bilden, erklärt ihre Löslichkeit in Wasser und viele ihrer physikalischen Eigenschaften.

Diese Informationen sind besonders nützlich für Übungen zu Reaktionstypen in der organischen Chemie und bieten eine solide Grundlage für das Verständnis von Alkoholen und ihren Reaktionen.

Kohlenwasserstoffverbindungen und ihre Eigenschaften

Definition: Kohlenwasserstoffverbindungen sind Verbindungen, die ausschließlich aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen bestehen.

Alkane, auch Paraffine genannt, sind gesättigte Kohlenwasserstoffe mit Einfachbindungen. Sie haben die allgemeine Summenformel CnH2n+2 und sind unlöslich in Wasser. Ein Beispiel ist Methan (CH4).

Beispiel: Methan (CH4) ist das einfachste Alkan und Hauptbestandteil von Erdgas.

Vokabular: Ungesättigte Kohlenwasserstoffe sind Verbindungen, die Doppel- oder Dreifachbindungen zwischen Kohlenstoffatomen aufweisen.

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Chemische Reaktionen der Kohlenwasserstoffe

Dieser Abschnitt behandelt die wichtigsten chemischen Reaktionen von Kohlenwasserstoffen, was für das Verständnis von Reaktionsmechanismen in der organischen Chemie unerlässlich ist.

Zu den vorgestellten Reaktionstypen gehören:

Vollständige Oxidation: Bei dieser Reaktion werden Kohlenwasserstoffe vollständig zu Kohlendioxid und Wasser umgesetzt.
Unvollständige Oxidation: Hierbei entstehen neben Wasser auch Kohlenstoff oder Kohlenmonoxid.
Substitutionsreaktion: Ein Wasserstoffatom wird durch ein anderes Atom oder eine Atomgruppe ersetzt.
Additionsreaktion: Moleküle werden an Doppel- oder Dreifachbindungen angelagert.
Eliminierungsreaktion: Atome oder Atomgruppen werden aus einem Molekül entfernt, wobei eine Mehrfachbindung entsteht.

Beispiel: Bei der Halogenierung von Methan (CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl) wird ein Wasserstoffatom durch ein Chloratom ersetzt.

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Definition: Eine homologe Reihe ist eine Reihe von Stoffen, bei der sich jedes Glied vom vorherigen durch eine zusätzliche CH2-Gruppe unterscheidet.

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