Organische chemie, Alkane, Alkene, Alkohole, Carbonsäure, Ester AP

Die Kohlenstoff-Atome erreichen das Elektronen-Oktett durch die Bildung von vier gemeinsamen Elektronenpaaren. Sie gehen miteinander Einfach-, Doppel- oder Dreifachbindungen ein, die bei NB stabil sind, und bilden dadurch Ketten, Netze und Ringe. Dies ermöglicht die grosse Zahl von Kohlenstoffverbindungen.

 Die meisten organischen Verbindungen sind thermisch instabil und brennbar: Sie verkohlen beim Erhitzen und verbrennen nach dem Entzünden. Bei Raumtemperatur sind sie reaktionsträge (inert). 

In organischen Verbindungen sind neben Kohlenstoff fast immer Wasserstoff, häufig Sauerstoff, mitunter Stickstoff und seltener Schwefel, Phosphor und Halogene gebunden.

Um die vielen organischen Verbindungen besser zu verstehen, werden sie in Gruppen eingeteilt. Verbindungen in einer Gruppe haben ähnliche Eigenschaften, weil ihre Moleküle ähnlich reagieren. Diese Ähnlichkeit kommt von einem kleinen, sehr aktiven Teil des Moleküls, der funktionellen Gruppe. Diese Gruppe kann aus wenigen Atomen oder sogar nur einem Atom bestehen. Der Rest des Moleküls besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen und hat nur einen kleinen Einfluss auf die Eigenschaften. Die funktionelle Gruppe entscheidet also, zu welcher Gruppe das organische Molekül gehört.

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Isomere sind Moleküle mit der gleichen Summenformel, aber unterschiedlicher Struktur. Dadurch können sie unterschiedliche Eigenschaften haben, obwohl sie aus den gleichen Atomen bestehen.

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Alkane sind acyclische, gesättigte Kohlenwasserstoffe. Sie sind bei NB je nach Molekülgrösse gasförmig, flüssig (Cs-C13) oder fest. Man findet sie vor allem in den fossilen Stoffen Kohle, Erdöl und Erdgas, die aus den Überresten von Lebewesen unter anaerober Bedingungen entstanden sind. 

Die Alkane sind wichtige Energieträger (Erdgas, Benzin, Diesel, Heizöl). Ihre Verbrennung ist stark exotherm, weil die Bindungen in den Molekülen der Produkte Wasser und Kohlen-stoffdioxid deutlich polarer sind. 

Die Verbrennung fossiler Brennstoffe belastet die Umwelt sehr stark.

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Zwischen Alkan-Molekülen wirken nur Van-der-Waals-Kräfte, weil sie keine Dipole sind. Siede- und Schmelztemperatur nehmen mit der C-Zahl zu. Bei NB sind die n-Alkane mit 5 bis 13 C-Atomen flüssig. Von den isomeren Alkanen hat das n-Alkan die höchste Siedetemperatur, weil unverzweigte Moleküle die grösste Moleküloberfläche und damit die stärksten Van-der-Waals-Kräfte haben. 

Die Alkan-Moleküle sind keine Dipole und bilden keine Wasserstoffbrücken. Alkane sind darum in Wasser unlöslich (hydrophob), sie lösen sich ineinander und in anderen unpo-laren Lösungsmitteln. Alkane lösen lipophile Stoffe.

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Alkene sind Kohlenwasserstoffe mit einer Doppelbindung. Ihre Summenformel ist CnH2n und die Atomgruppe  >C=C< ist ihre funktionelle Grupp

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Das Brom wird an das Ethen addiert: Aus zwei Edukten entsteht ein Produkt. Jedes C-Atom bindet ein Brom-Atom und es entsteht 1,2-Dibromethan.

 Dieselbe Reaktion findet statt, wenn Ethen oder ein anderes gasförmiges Alken in eine wässrige Lösung von Brom eingeleitet wird. Die Addition des Broms führt zur raschen Entfärbung des braunen Bromwassers. 

Da alle Verbindungen mit C,C-Mehrfachbindungen - und nur diese - bei RT mit einer wässrigen Lösung von Brom reagieren, ist die schnelle und gut sichtbare Entfärbung von Bromwasser eine Nachweisreaktion für den ungesättigten Charakter einer Verbindung. Flüssige Stoffe, die sich im Wasser nicht lösen, müssen bei der Bromwasserprobe mit dem Bromwasser gut durchmischt werden.

Die doppelt gebundenen C-Atome geben ein gemeinsames Elektronenpaar auf und addieren je ein Halogen-Atom. Aus dem ungesättigten Alken entsteht ein gesättigtes Dialogenalkan, bei dem die beiden Halogen-Atome an zwei benachbarte C-Atome gebunden sind. Bei einer Addition entsteht aus zwei Edukten ein Produkt. 

Eine Substitution von H-Atomen, wie sie bei den Alkanen vorkommt, findet in der Regel bei den Alkenen nicht statt, weil sie mehr Aktivierungsenergie braucht als die Addition. Substitution ist also erst nach der Addition, d. h. am gesättigten Alkanderivat, möglich.

Die Addition von Halogenen findet bei RT und ohne Licht statt und führt zum Dihalogenalkan.

Bei der elektrophilen Addition eines Halogen-Moleküls X2 wird dieses heterolytisch in lonen (X+ und X-) getrennt. Das elektrophile (elektronen-liebendes- Teilchen) Kation (X+) greift die Doppelbindung an und wird durch das Elektronenpaar der pi-Bindung, die sich löst, an das eine C-Atom gebunden, während sich das Anion (X) an das andere bindet:

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Ester entstehen durch Kondensation aus einem Alkohol und einer Säure. Carbonsäureester besitzen die funktionelle Gruppe -COO-, die sich aus der COOH-Gruppe der Säure und der OH-Gruppe des Alkohols unter Abspaltung eines Wasser-Moleküls bilde

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