Experiment:
Versuch: Aldolbildung

Bei der Aldolbildung handelt es sich um eine Reaktion zwischen Aldehydmoleküle. Analoges gibt es auch bei den Ketonen. Es entsteht hierbei eine Verbindung, die sich aus einer Aldehyd und einer Alkoholgruppe zusammensetzt. Der Name leitet sich von diesem Produkt ab, dem Aldehydalkohol. Aus zwei Molekülen Acetaldehyd bildet sich zum Beispiel Acetaldol (3-Hydroxybutanal).

Es gibt übrigens zwei Aldolreaktionen: Die Addition und die Kondensation. Bei der Addition entsteht (wie oben gezeigt) ein Aldehyd-Alkohol, bei der Kondensation ein ungesättigter Aldehyd.

Die Aldoladdition in der Übersicht
Eine notwendige Voraussetzung ist das Vorhandensein eines Wasserstoffatoms in α-Stellung zur Carbonylgruppe. Dieses Wasserstoffatom verfügt aufgrund des Elektronenzugs der CO-Gruppe über eine hohe CH-Acidität, was für diese Reaktion von großer Bedeutung ist. Um diese Reaktion zu verstehen, muss man sich den Reaktionsmechanismus ansehen. Dieser kann in drei Schritten beschrieben werden.

1. Schritt: Bildung eines Enolats

2. Schritt: Nucleophiler Angriff des Enolats auf ein anderes Aldehydmolekül

3. Schritt: Protonierung des Enolats durch Wasser

Reaktionsmechanismus der basenkatalysierten Aldoladdition am Beispiel der
Reaktion von zwei Molekülen Acetaldehyd zu 3-Hydroxybutanal

Die Aldoladdition kann sowohl basen- als auch säurekatalysiert ablaufen. Der einzige Unterschied liegt in der Aktivierung der Aldehydgruppe (Schritt 1).

In Schritt 1 bildet sich das Enolat-Anion. Hierzu wird mit Hilfe von OH^--Ionen das CH-acide Wasserstoffatom abgespalten, wobei sich Wasser bildet. Es entsteht eine Doppelbindung zwischen den beiden C-Atomen und eine negative Ladung am Sauerstoffatom der Carbonylgruppe.

In Schritt 2 kommt ein weiteres Aldehydmolekül ins Spiel. Die CH₂-Gruppe des Enolats greift dessen positiv geladenes Carbonyl-C-Atom nucleophil an. Das Sauerstoffatom erhält so eine negative Ladung.

In Schritt 3 findet lediglich eine Protonierung statt, indem ein Wasserstoffatom des Wassers auf das negativ geladene Sauerstoffatom der Carbonylgruppe übergeht. Es entsteht eine Aldol-Verbindung.

Was unterscheidet eine Aldoladdition von einer Aldolkondensation?
Um aus einer Aldoladdition eine Aldolkondensation zu machen, muss lediglich noch Wasser aus der entstandenen Aldol-Verbindung abgespalten werden. Dadurch entsteht dann eine ungesättigte Carbonylverbindung. Ein Beispiel ist eine Synthese von Acrolein. Sie beginnt mit der Aldoladdition zwischen Formaldehyd und Acetaldehyd.

Im zweiten Schritt wird durch Dehydratisierungskatalysatoren wie Kieselgel bei 300 °C Wasser abgespalten.

Wozu dienen die Aldolreaktionen?
Damit kann man vor allem Kohlenstoffketten verlängern. Ein Beispiel finden Sie hier.

Und warum sollten Schüler die Aldolreaktionen kennen?
Viele relevante biochemische Reaktionen wie die Glykolyse oder der Citronensäure-Zyklus enthalten Reaktionsabschnitte, die auf reversiblen Aldolreaktionen beruhen. Es gibt sogar die Bezeichnung "Aldolasen" für die beteiligten Enzyme. Dazu haben wir ein besonderes Kapitel.

Wie reagieren Carbonyle ohne CH-acides H-Atom in der Nachbarschaft der Carbonylfunktion?
Beispiele sind Formaldehyd oder Benzaldehyd. Diese Verbindungen reagieren in Natronlauge unter Disproportionierung zum jeweiligen Alkohol bzw. zur entsprechenden Säure. Diese Reaktion ist nach dem Chemiker Cannizzaro benannt.

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