2008

Training zur Chemie-Olympiade, Prof. Bernd Goldfuß, Univ. Köln, www.uni-koeln.de/goldfuss, 17. 05. 2008
A) Organische Reaktionen und Reaktionsmechanismen von Alkenen und Aldehyden
Vier Grund-Reaktionstypen der Organischen Chemie
a) Substitution (S):
a + b-c
→
b) Addition (Add):
a + b-c
→
c) Eliminierung (El):
a-b-c
→
d) Umlagerung (U):
a-b-c
→
a-b + c
a-b-c
a-b + c
a-c-b
a, b, c:
Atome oder
Gruppen
in Molekülen
Drei Grund-Reaktionsmechanismen der Organischen Chemie
- radikalisch
z.B. radikalische Substitution (SR)
- polar
z.B. elektrophile aromatische Substitution (SArEl)
- pericyclisch
z.B. Diels-Alder-Cycloaddition ([4+2]-CycloAdd.)
konzertiertpericyclisch
Stoffklasse bzw. Funktion
Reaktion
-HCl
1) pericyclisch
2) polar
cis
H
OH
Alkene, Alkine
cis
1) MnO4
OH
BuLi
CuCl2
radikalisch
Cl
Addition
-
trans
Br2
Br
trans
Br
-H2O
Halogenide, Alkohole
Br2
O
H
Aldehyde, Ketone
O
O
O
HO
Säuren & Derivate
H
O
O
O
Addition polar
HOR HO OR
NH
H
polar
H
E
keine
Entfärbung
durch
Alkan
CarbanionIntermediat
H
Entfärbung
durch
Alken
im Ethylkation
H
H
σCH
Donor
pz
EStab
(2x)
Substitution (El/Ad) polar
H+-Kat
R'O
HOR'
Substitution (Add/El) polar
O
RO OH
ROH
-H2O
HO
HO
OR
H
+ H 2O
Radikal
O
OH
pos. Hyperkonjugation
Br2
+ HBr
Br
(FeBr3-Kat.)
N
H
Aromaten
Alken-Test: Br2- oder
KMnO4-Addition
Br2
Eliminierung polar
El
kat.HCl
OH
BuLi
Aceton
via
Radikal-Intermediat
polar
OH
SEAr Substitution (Add/ El)
radikalisch ionischpolar
via
SR
2) Hydrolyse
polar Substitution
SN
HCl
Cl
-H2O
Br
Add.
ohne Intermediat
Mechanismus
Substitution (2x Abstraktion)
Cl2 hν
Alkane (Aliphaten)
2
DielsAlder-
Carbokation
Carbanion
RO
B) Aufgaben (Prof. Kuck, Bielefeld)
1) Sagen Sie das Produkt voraus, welche Carbokation-Intermediate werden gebildet?
a) Cyclohexen + HClaq →
b) 1-Penten + HBraq →
c) 2-Methyl-2-penten + H3PO4/KI →
2) Erklären Sie die Produktbildung durch Zeichnung der Carbokation-Intermediate:
a) 2,4-Dimethyl-3-hexen + HBraq →
b) Methylencyclopentan + HIaq →
3) Erklären Sie mechanistisch:
Vinylcycloheptan + HBraq → 1-Brom-1-ethylcycloheptan
4) Cyclopenten + Br2 → stereospezifische Produkte
5) Erklären Sie mechanistisch: Benzaldehyd +
a) HCN → Cyanhydrin
b) H2N-CH3 → Imin
c) BrMgCH3 → Alkohol → Alken
d) weshalb reagiert Styrol nicht wie PhCHO nach a), b), c)?
6) Pivalinsäure tBu-CO2H und tert-Butylmethylketon reagieren mit Basen. Welche Produkte entstehen
(Strukturen, Namen)? Wie erklären Sie die unterschiedlichen Aciditäten?
Training zur Chemie-Olympiade, Prof. Bernd Goldfuß, Univ. Köln, www.uni-koeln.de/goldfuss, 17. 05. 2008
C) Lösungen (Prof. Kuck, Bielefeld)
1) Markovnikov-Regioselektivität
2) Carbenium-Ionen-Stabilitäten: tert. > sek. > prim. > CH3+
3) 1,2-Hydrid-Shift von Carbeniumionen
(Sigmatrope Umlagerung)
4) Trans-Halogen-Addition an Alkene
5) Polare Additionen von Nukleophilen an Aldehyde
Styrol (Vinylbenzol) ist als Alken zu unpolar
6) Carboxylat vs. Enolat