Aldehyde: Struktur, Eigenschaften und Reaktionen

Jeder Aldehyd enthält eine Carbonylgruppe: Ein Kohlenstoffatom ist doppelt an Sauerstoff gebunden.

\mathrm{C=O}

Beim Aldehyd trägt dieses Kohlenstoffatom zusätzlich ein H-Atom. Die Aldehydgruppe ist \ce{-CHO}. Beim Keton trägt der Carbonylkohlenstoff dagegen zwei kohlenstoffhaltige Reste.

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

Einfache Aldehyde mit gesättigter Kohlenstoffkette heißen Alkanale. Wähle die längste Kette mit der Aldehydgruppe. Zähle den Carbonylkohlenstoff mit; er erhält Position 1. Ersetze die Endung des entsprechenden Alkans durch -al. Methanal und Ethanal heißen auch Formaldehyd und Acetaldehyd; beide sind gebräuchliche Namen.

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

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

Zwischen einfachen Aldehydmolekülen ohne weitere OH-Gruppe wirken Dipol-Dipol-Kräfte. Sie bilden untereinander keine den Alkoholen vergleichbaren Wasserstoffbrücken, weil ihnen eine O-H-Bindung fehlt. Ihr Carbonylsauerstoff kann aber Wasserstoffbrücken von Wasser annehmen. Kurzkettige Aldehyde sind deshalb relativ gut wasserlöslich. Mit wachsender Kette nimmt der unpolare Anteil zu und die Löslichkeit ab.

Bei einem primären Alkohol sitzt die Hydroxygruppe an einem Kohlenstoffatom, das höchstens mit einem weiteren Kohlenstoffatom verbunden ist. Milde Oxidation kann daraus zunächst einen Aldehyd bilden. Dieser lässt sich weiter zur entsprechenden Carbonsäure oxidieren. Ein Keton reagiert unter üblichen milden Bedingungen nicht entsprechend, weil dem Carbonylkohlenstoff das H-Atom fehlt.

\ce{RCHO + [O] -> RCOOH}

Das Zeichen [O] steht für ein Oxidationsmittel, nicht für ein einzelnes freies O-Atom.

Der partiell positive Carbonylkohlenstoff zieht elektronenreiche Teilchen mit einem freien Elektronenpaar an. Solche Teilchen heißen Nukleophile. Bei der nukleophilen Addition greift das Teilchen den Carbonylkohlenstoff an. Elektronen der Doppelbindung wandern zum Sauerstoff; dieser kann danach ein Proton aufnehmen. Aldehyde sind bei vergleichbarer Struktur meist reaktiver als Ketone, vor allem, weil nur ein organischer Rest den Zugang zum Carbonylkohlenstoff abschirmt.

Auch Wasser kann an einen Aldehyd addiert werden; das Produkt ist ein Hydrat mit zwei OH-Gruppen am selben Kohlenstoff. Mit einem Alkohol entsteht zunächst ein Halbacetal. Mit einem weiteren Alkohol kann daraus unter passenden Bedingungen ein Acetal und Wasser entstehen. Im Halbacetal trägt der frühere Carbonylkohlenstoff eine OH- und eine O-R-Gruppe, im Acetal zwei O-R-Gruppen.

Tollens- und Fehling-Probe beruhen auf der leichten Oxidierbarkeit vieler Aldehyde: Der Aldehyd wird oxidiert, Metallionen des Reagenzes werden reduziert. Ein positives Ergebnis zeigt einen leicht oxidierbaren Stoff an, meist einen Aldehyd; es bestimmt weder den Namen noch schließt es jede andere Stoffklasse aus. Bei unbekannten Strukturen suchst du zuerst die Carbonylgruppe und prüfst dann, ob ihr Kohlenstoff ein H-Atom oder zwei Kohlenstoffreste trägt.