Aldehydnachweise – Fehling-Probe und Tollens-Probe
Hier erfährst du, wie man Aldehyde mit Hilfe der Fehling- und Tollens-Probe nachweisen kann. Diese chemischen Verfahren zeigen das Vorhandensein von Aldehyden in einer Lösung an. Interessiert? Das und vieles mehr findest du im folgenden Text!
- Fehling-Probe und Tollens-Probe – Aldehydnachweise in der Chemie
- Aldehydnachweis mit der Fehling‑Probe
- Aldehydnachweis mit der Tollens‑Probe
- Anwendung und Grenzen der Aldehydnachweise
- Ausblick – das lernst du nach Aldehydnachweise – Fehling-Probe und Tollens-Probe
- Zusammenfassung der Fehling‑Probe und Tollens‑Probe
- Häufig gestellte Fragen zum Thema Fehling‑Probe und Tollens‑Probe
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Grundlagen zum Thema Aldehydnachweise – Fehling-Probe und Tollens-Probe
Fehling-Probe und Tollens-Probe – Aldehydnachweise in der Chemie
Die Gruppe der Aldehyde ist dir sicher schon bekannt. Vielleicht weißt du auch, dass ein Aldehyd oder besser gesagt dessen endständige funktionelle Gruppe, die Formylgruppe oder Aldehydgruppe $\left( \ce{–CHO} \right)$, zur Carboxylgruppe $\left( \ce{–COOH} \right)$ oxidiert werden kann. Dabei entsteht eine Carbonsäure. Diese Eigenschaft kommt uns beim Nachweis von Aldehyden bzw. von Formylgruppen in Verbindungen zugute und hilft uns darüber hinaus auch bei der Unterscheidung von Aldehyden und Ketonen. Diese können nämlich nur schwer und unter Zuhilfenahme von Katalysatoren oxidiert werden. Der entscheidende Unterschied liegt hier in der Position der funktionellen Gruppe: Ketone weisen im Gegensatz zu den Aldehyden eine nicht endständige Carbonylgruppe $\left( \ce{–CO} \right)$ auf. Doch wie hilft uns dieses Wissen, wenn wir eine Testlösung auf Aldehyde untersuchen wollen? Im Folgenden wollen wir uns zwei Nachweise für Aldehyde genauer ansehen: die Fehling‑Probe und die Tollens‑Probe.
Die Fehling‑Probe und die Tollens‑Probe sind chemische Verfahren, sogenannte Nachweisreaktionen, mit denen das Vorhandensein von Aldehyden bzw. Formylgruppen in einer gegebenen Probe bzw. Testlösung nachgewiesen werden kann.
Vorwissen: Um den Nachweis von Aldehyden besser zu verstehen, solltest du wissen, wie die funktionellen Gruppen der Aldehyde und Ketone jeweils aussehen. Außerdem sollten dir Redoxreaktionen bekannt sein und das Vorgehen, wie du Oxidationszahlen bestimmen kannst.
Aldehydnachweis mit der Fehling‑Probe
Die Fehling‑Probe, auch fehlingsche Probe, wird mit einem Reagenz durchgeführt, das sich aus zwei Lösungen zusammensetzt: Fehling I und Fehling II. Erstere ist eine hellblaue, verdünnte Kupfer(II)‑sulfat‑Lösung $\left( \ce{CuSO4} \right)$. Bei der zweiten Lösung handelt es sich um eine farblose, basische Kalium‑Natrium‑Tartrat‑Lösung ($\ce{KNaC4H4O6}$).
Schlaue Idee
Wenn du das nächste Mal einen Obstsalat machst, kannst du versuchen, den Zucker im Obst mit der Fehling-Probe zu analysieren. So siehst du, welche Früchte besonders zuckerhaltig sind.
Durchführung:
Zu Beginn mischt man die Lösungen Fehling I und Fehling II imVerhältnis 1:1 zusammen und erhält so das Fehling‑Reagenz. Dieses gibt man zur Testlösung und erhitzt das Gemisch vorsichtig über einer Flamme.Beobachtung:
Vermischt man die Lösungen Fehling I und II, ist zunächst eine Farbänderung zu dunkelblau zu beobachten. Gibt man das dunkelblaue Fehling‑Reagenz anschließend zur (farblosen) Testlösung, entsteht nach längerem Erhitzen ein charakteristischer ziegelroter Niederschlag, sofern es sich um eine aldehydhaltige Testlösung handelt. Damit ist die Fehling‑Probe positiv.
Schauen wir uns nun an, was genau bei diesem Nachweis passiert und was die typische Rotfärbung verursacht:
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Auswertung:
Beim Mischen der Lösungen Fehling I und II kommt es zur Komplexbildung der Tartrat‑Ionen mit den Kupfer(II)‑Ionen. Dieser Komplex gibt der Lösung ihre dunkelblaue Farbe. Wird nun eine aldehydhaltige Probe hinzugefügt, wie im Fall unserer Testlösung, und das Gemisch erhitzt, kommt es zu einer Redoxreaktion. Während einer Redoxreaktion laufen Oxidation und Reduktion parallel ab. In diesem Fall wird das Aldehyd durch die Hydroxidionen $\left( \ce{OH^{-}} \right)$ des Fehling-Reagenzes zu einer Carbonsäure oxidiert, während das komplexierteKupfer(II)‑Ion zu Kupfer(I)‑oxid $\left( \ce{Cu2O} \right)$ reduziert wird. Das entstehendeKupfer(I)‑oxid ist ein Feststoff und fällt als ziegelroter Niederschlag aus. In der Abbildung kannst du die einzelnen Schritte der ablaufenden Reaktionen im Detail nachverfolgen. Die römischen Zahlen über den Komponenten entsprechen den Oxidationszahlen und zeigen dir an, ob es sich jeweils um eine Oxidation oder Reduktion handelt.
Die in der Abbildung dargestellte Redoxreaktion ist allerdings in dieser Form noch nicht ganz vollständig. Da die Reaktion in alkalischer Umgebung stattfindet, wird die entstandene Carbonsäure $\left( \ce{R-COOH} \right)$ sofort deprotoniert:
$\ce{R-COOH + OH- -> R-COO- + H2O}$
Es bildet sich eine
$\ce{R-CHO + 5 OH^{-} + 2 Cu^{2+} -> R-COO- + 3 H2O + Cu2O}\downarrow$
Fehleralarm
Nicht alle Aldehyde können durch die Fehling-Probe nachgewiesen werden. Aromatische Aldehyde wie Benzaldehyd zeigen keine Reaktionen in der Fehling-Probe.
Aldehydnachweis mit der Tollens‑Probe
Für die Durchführung der Tollens‑Probe, auch bekannt als Silberspiegel‑Probe, benötigt man eine ammoniakalische Silbernitratlösung $\left( \ce{AgNO3} \right)$ als Nachweisreagenz.
Wusstest du schon?
Die Tollens-Probe hat auch einen geschichtlichen Hintergrund! Sie wurde nach dem deutschen Chemiker Bernhard Tollens benannt, der sie im 19. Jahrhundert entwickelte. Tollens war ein Pionier in der Erforschung von Zuckern und Aldehyden. Jetzt kennst du einen echten Chemiehelden!
Versuchsdurchführung:
Die Testlösung wird mit dem Nachweisreagenz in einem Reagenzglas zusammengeführt. Anschließend wird die Lösung in einem siedenden Wasserbad erhitzt.Beobachtung:
Die ammoniakalische Silbernitratlösung ist ebenso wie die aldehydhaltige Testlösung farblos. Durch das Erhitzen bilden sich zunächst Dämpfe, die dann als silberner Niederschlag an der Reagenzglaswand kondensieren. Damit ist die Tollens‑Probe positiv.
Der Niederschlag ist der sogenannte Silberspiegel. Wie er entsteht, schauen wir uns nun genauer an.
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Auswertung:
Bei der Tollens‑Probe handelt es sich ebenfalls um eine Redoxreaktion. Und auch hier wird das Aldehyd zur Carbonsäure oxidiert. Im Gegenzug werden die Silberkationen $\left( \ce{Ag^{+}} \right)$ in der Silbernitratlösung zu elementarem Silber $\left( \ce{Ag} \right)$ reduziert, das sich als Silberspiegel niederschlägt bzw. abscheidet.
Kontrovers diskutiert:
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler streiten darüber, ob die klassische Tollens-Probe noch zeitgemäß ist. Einige Chemikerinnen und Chemiker meinen, dass die damit verbundenen Gefahren durch den Umgang mit Silbernitrat und Ammoniak veraltet sind. Andere Experten betonen jedoch, dass die Tollens-Probe wertvolle didaktische Vorteile bietet und fest im Chemieunterricht verankert bleiben sollte. Was denkst du?
Anwendung und Grenzen der Aldehydnachweise
Die beiden Aldehydnachweise können unter anderem in der medizinischen Diagnostik eingesetzt werden, um beispielsweise Zucker in Urinproben nachzuweisen, was ein Symptom für die Krankheit Diabetes darstellt. Zuckermoleküle wie beispielsweise die Glucose weisen in ihrer offenkettigen Form eine Aldehydgruppe auf, die oxidiert werden kann. Aber es gibt auch einen Zweifachzucker (Disaccharid), der weder bei der Fehling‑Probe noch bei der Tollens‑Probe eine Reaktion hervorruft: Saccharose. Dieser besitzt im Gegensatz zu anderen Zuckern nicht die Möglichkeit der offenkettigen Form, da kein Halbacetal vorliegt. Näheres zu den strukturellen Besonderheiten von Acetalen und Halbacetalen findest du, wenn du dich näher mit der Halbacetalbildung und Acetalbildung beschäftigst.
Generell ist davon auszugehen, dass eine Probe keine Aldehyde bzw. Formylgruppen enthält, wenn Fehling‑Probe und Tollens‑Probe negativ sind, also keine Niederschlagsbildung zu beobachten ist.
Ausblick – das lernst du nach Aldehydnachweise – Fehling-Probe und Tollens-Probe
Als nächstes erwarten dich die spannenden Themen Ketone und Carbonsäuren. Damit erweiterst du dein Wissen in der organischen Chemie und lässt deine Mitschülerinnen und Mitschüler alt aussehen!
Zusammenfassung der Fehling‑Probe und Tollens‑Probe
- Die Fehling‑Probe und die Tollens‑Probe (auch Silberspiegelprobe) stellen Nachweisreaktionen zum Nachweis von Aldehyden bzw. deren funktioneller Gruppe, der Formylgruppe, dar.
- Die Fehling‑Probe ist positiv, wenn sich ein ziegelroter Niederschlag in der Testlösung bildet.
- Die Tollens‑Probe (auch Silberspiegelprobe) ist positiv, wenn sich ein silberner Niederschlag, der sogenannte Silberspiegel, bildet.
- Mit den Aldehydnachweisen können auch Zuckermoleküle nachgewiesen werden, wenn diese in einer offenkettigen Form vorliegen.
Häufig gestellte Fragen zum Thema Fehling‑Probe und Tollens‑Probe
Transkript Aldehydnachweise – Fehling-Probe und Tollens-Probe
Aldehydnachweise
Hallo! Heute wollen wir uns einmal mit typischen Nachweisreaktionen für Aldehyde beschäftigen. Sicher kennst du aus dem Chemieunterricht bereits Verbindungen mit wichtigen funktionellen Gruppen wie zum Beispiel der Aldehyd-Gruppe, der Keto-Gruppe und der Hydroxygruppe und hast dich mit den Eigenschaften von organischen Molekülen beschäftigt. Heute wollen wir uns einmal ansehen wie man Aldehyde mit einer einfachen Reaktion nachweisen kann und wie diese Nachweise funktionieren.
Wir wollen uns kurz noch einmal ansehen wie die funktionelle Gruppe eines Aldehyds aussieht. Du siehst hier, dass ein Sauerstoffatom mit einer Doppelbindung an ein Kohlenstoffatom gebunden ist. Wichtig dabei ist, dass der Sauerstoff mit einem endständigen Kohlenstoffatom verbunden ist.
Im Vergleich dazu die Ketogruppe. Hier ist wieder ein Sauerstoffatom über eine Doppelbindung an ein Kohlenstoffatom gebunden. Hier befindet sich der Sauerstoff aber nicht an einem endständigen Kohlenstoffatom. Sowohl Aldehyde als auch Ketone entstehen durch die Oxidation von Alkoholen. Befindet sich die Hydroxy-Gruppe des Alkohols endständig, haben wir also einen primären Alkohol, entsteht durch Oxidation ein Aldehyd. Wird ein sekundärer Alkohol oxidiert, befindet sich die Hydroxygruppe also nicht am Ende, dann entsteht ein Keton.
Ketone und Aldehyde unterscheiden sich in ihrem Reaktionsverhalten. Die Aldehyd-Gruppe lässt sich wesentlich leichter oxidieren als die Ketogruppe. Dieses unterschiedliche Verhalten nutzen nun auch die charakteristischen Aldehydnachweise aus, die wir uns im folgenden genauer anschauen wollen.
Als erste Nachweisreaktion sehen wir uns den Nachweis mit Fehlingscher Lösung an. Die sogenannte Fehling - Probe wird mit zwei verschiedenen Lösungen durchgeführt. Dies ist einmal eine verdünnte Kupfersulfat-Lösung, welche auch als Fehling I - Lösung bezeichnet wird und eine basische Kalium-Natrium-Tartrat-Lösung, welche als Fehling II -Lösung bezeichnet wird. Die Fehling I -Lösung ist hellblau und die Fehling II - Lösung ist farblos. Nun gibt man beide Lösungen zusammen und erhält eine charakteristisch dunkelblau gefärbte Lösung.
Mit diesem Nachweisreagenz kannst du nun deine Probe auf Aldehyde testen. Befinden sich Aldehyde in der Probe, entsteht nach längerem erhitzen ein charakteristischer ziegelroter Niederschlag. Schauen wir uns nun an, was genau bei diesem Nachweis passiert und was die typische rot-Färbung verursacht.
Beim Mischen von Fehling I und II komplexiert das Tartrat-Anion der Fehling II Lösung das Kupferion der Fehling I Lösung. Es entsteht ein dunkelblauer Komplex. Wird nun ein Aldehyd dazu gegeben läuft eine Redoxreaktion ab. Das Aldehyd wird zu einer Carbonsäure oxidiert. Gleichzeitig wird das zweiwertige Kupfer zu Kupfer(I)oxid reduziert. Das entstehende Kupfer(I)oxid siehst du dann als ziegelroten Niederschlag. Eine weitere Möglichkeit um Aldehyde nachzuweisen ist die Tollens-Probe. Hierbei benötigst du eine ammoniakalische Silbernitratlösung als Nachweisreagenz. Dieses gibst du dann zu deiner Probe und lässt das Reagenzglas eine Zeit im siedenden Wasserbad stehen. Bei Anwesenheit von Aldehyden kannst du nach einiger Zeit einen Silberspiegel an der Reagenzglaswand erkennen.
Bei der Tollens-Probe findet ebenfalls eine Redoxreaktion statt. Das Aldehyd wird wieder zur Carbonsäure oxidiert. Die Silberkationen in der Lösung werden dabei zu elementarem Silber reduziert, was du dann sehr gut an dem entstehenden Silberspiegel erkennen kannst.
Das besondere an diesen Nachweisen ist, dass sie nur bei Anwesenheit von Aldehyden positiv sind und Ketone auf diese Weise nicht oxidiert werden können. Anwendung finden diese Nachweise natürlich auch als Zuckernachweise. Denn wie du vielleicht weißt, haben auch Zuckermoleküle wie Glukose in ihrer offenkettigen Form eine Aldehydgruppe.
Früher konnte so auch Diabetes bei Patienten nachgewiesen werden. Bei Diabetikern wird Zucker nicht vollständig im Körper verstoffwechelt und im Urin ausgeschieden. Durch den Nachweis des Zuckers im Urin konnte man Diabeteserkrankungen nachweisen.
Du hast heute gelernt, wie man Aldehyde nachweisen kann und weißt nun, dass dabei die reduzierende Wirkung der Aldehydgruppe ausgenutzt wird. Das Aldehyd wird bei den Nachweisen zu einer Carbonsäure oxidiert. Es handelt sich also um Redoxreaktionen. Einen positiven Aldehydnachweis mit Fehlingscher Lösung erkennst du an einem roten Niederschlag bestehend aus Kupfer(I)-Oxid. Die Tollens-Probe zeigt dir durch das Bilden eines Silberspiegels Aldehyde an. Tschüß und bis bald.
Aldehydnachweise – Fehling-Probe und Tollens-Probe Übung
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Erkläre den Nachweis mit Fehlingscher Lösung.
TippsDie ablaufende Reaktion ist eine Redoxreaktion.
LösungWenn die beiden Fehling-Lösungen miteinander reagieren, dann entsteht ein dunkelblauer Kupferkomplex. Ist nun eine Probe im Reagenzglas, die eine Aldehydgruppe enthält, dann reduziert diese das Kupfer(II)-Ion zu Kupfer(I) und wird selbst zur Carbonsäure oxidiert. Sichtbar wird das an einem ziegelroten Niederschlag aus Kupfer(I)oxid nach dem Erhitzen.
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Erkläre, warum sich Ketone bei den Aldehydnachweisen nicht oxidieren lassen.
TippsWorin unterscheidet sich die Struktur von Ketonen und Aldehyden?
LösungKetone und Aldehyde besitzen beide eine Carbonylgruppe. Allerdings unterscheidet sich deren Position. Während Aldehyde eine endständige Carbonylgruppe besitzen, also eine Carbonylgruppe am Ende des Moleküls, besitzen Ketone eine mittelständige Carbonylgruppe (siehe Abbildung). Die mittelständige Carbonylgruppe lässt sich nur unter viel härteren Bedingungen oxidieren. Diese Bedingungen werden in den Aldehydnachweisen nicht geschaffen, weshalb Ketone keinen positiven Aldehydnachweis vortäuschen können.
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Ermittle die Verbindungen, die einen positiven Aldehydnachweis zeigen.
TippsDer Aldehydnachweis funktioniert nur bei endständiger Carbonylgruppe.
LösungEinen positiven Aldehydnachweis kannst du bei Verbindungen mit Aldehydgruppe (-CHO) beobachten (siehe Abbildung). Bei den gegebenen Beispielen trifft das auf die erste Verbindung zu, Ethanal, und auf die fünfte Verbindung, Benzaldehyd. Das Prinzip hinter den Nachweisreaktionen ist die reduzierende Wirkung von Aldehyden. Die Aldehydgruppe wird also bei den Versuchen oxidiert. Unter den Auswahlmöglichkeiten findest du neben den Aldehyden Carbonsäuren (-COOH). Hier ist die Gruppe bereits bis zur höchsten Oxidationsstufe oxidiert. Sie können also keinen positiven Aldehydnachweis erzeugen. Alkine und Ketone lassen sich zwar oxidieren, aber nicht unter den gegebenen Bedingungen, sie können also auch keinen positiven Aldehydnachweis anzeigen.
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Bestimme anhand der funktionellen Gruppe, um welche Stoffklasse es sich handelt.
TippsAlkohole werden zu Aldehyden oder Ketonen oxidiert. Aus einem Aldehyd entsteht durch Oxidation eine Carbonsäure.
LösungDie verschiedenen Stoffklassen in der organischen Chemie lassen sich unter anderem gut an ihren funktionellen Gruppen erkennen. Alkohole lassen sich zum Beispiel gut an der OH-Gruppe erkennen. Werden Alkohole nun oxidiert, entstehen daraus, je nach Position der OH-Gruppe, Aldehyde oder Ketone. Erkennen lässt sich das gut am Anstieg der Oxidationszahl des Kohlenstoffatoms, welches an die funktionelle Gruppe gebunden ist. Die funktionelle Gruppe einer der beiden Stoffklassen ist eine Carbonylgruppe, also ein Kohlenstoffatom mit Doppelbindung zum Sauerstoff. Beim Aldehyd befindet sich diese Carbonylgruppe am Ende des Moleküls und bei Ketonen in der Mitte. Wird das Aldehyd dann noch weiter oxidiert, entsteht eine Carbonsäure mit einer Carboxygruppe -COOH.
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Nenne Nachweise, mit denen Aldehyde nachgewiesen werden können.
TippsIn den Reaktionen werden Aldehyde zu Carbonsäuren oxidiert.
LösungUm Aldehyde nachweisen zu können, kann der Nachweis mit Fehlingscher Lösung erfolgen oder mit der Tollens-Probe, In beiden Fällen wird das Aldehyd zu einer Carbonsäure oxidiert. Bei Fehlingscher Lösung entsteht so rotes Kupfer(I)oxid und bei der Tollens-Probe ein Spiegel aus elementarem Silber.
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Bestimme die Reaktionsprodukte, die durch Oxidation folgender Alkohole entstehen.
TippsSieh dir an, an welcher Stelle im Alkohol die OH-Gruppe steht.
Primäre Alkohole werden zu Aldehyden oxidiert, sekundäre Alkohole zu Ketonen.
Die systematischen Namen von Aldehyden enden auf -al.
LösungBei der Oxidation von Alkoholen können sowohl Aldehyde als auch Ketone entstehen. Abhängig ist das von der Position der OH-Gruppe. Wenn sie, wie bei primären Alkoholen, am Ende ist, dann entstehen Aldehyde, wenn sie sich in der Mitte befindet, entstehen Ketone. Aus Ethanol und Propanol entsteht also ein Aldehyd. Systematisch enden die Namen von Aldehyden auf -al. Aus Ethanol wird also Ethanal und aus Propanol wird Propanal. Beim iso-Propanol befindet sich die OH-Gruppe am mittleren C-Atom. Es entsteht also ein Keton. Systematisch hieße dieses Propanon. Propanon ist das kleinste Keton und vielen unter dem Trivialnamen Aceton bekannt.
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Hallo @Dettmer, vielen Dank für den Hinweis. Ich habe die entsprechende Gleichung im Text unter dem Video ergänzt.
Und noch zu @Antje Dichter (auch wenn das Problem mittlerweile sicher nicht mehr ihres ist): Ein "endständiges Kohlenstoffatom" ist ein C-Atom, dass sich am Ende einer Molekülkette (von C-Atomen) befindet – also nicht irgendwo in der Mitte der Kette, sondern an einem der Enden.
Nachweis ist leider unvollständig, da die gebildete Carbonsäure sofort im alkalischen Medium weiter reagiert zu Carboxylat-Ionen. Für die Oberstufe reicht die dargestellte Reaktionsgleichung deshalb leider nicht aus.
Was ist ein Endständiger Kohlenstoffatom
sehr gut!
Es freut mich, wenn wir mit unseren Videos weiter helfen können. Viel Spaß auch weiterhin an der Chemie. :-)