2016

Training zur Chemie-Olympiade, Prof. Bernd Goldfuß, Univ. Köln, www.uni-koeln.de/goldfuss, 23. 04. 2016
A) Vorlesung: Reaktionsmechanismen mit Carbokationen und Radikalen
Vier Grund-Reaktionstypen der Organischen Chemie
a + b-c
→
a) Substitution (S):
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.)
pos. HyperStoffklasse bzw. Funktion
Reaktion
Mechanismus
Substitution (2x Abstraktion)
Cl2 hν
-HCl
Alkane (Aliphaten)
1) pericyclisch
2) polar
cis
H
OH
Alkene, Alkine
cis
OH
Cl
Addition
1) MnO4-
E
SR
trans
Br2
2) Hydrolyse
polar
trans
Eliminierung polar
El
kat.HCl
OH
-H2O
H
H
im Ethylkation
H
σCH
Donor
Br
OH
polar Substitution
SN
HCl
Cl
-H2O
Br
konjugation
H
radikalisch
Br
pz
EStab
(2x)
Carbokation
Halogenide, Alkohole
SEAr Substitution (Add/ El)
Br2
(FeBr3-Kat.)
N
H
Aromaten
O
O
H
Aldehyde, Ketone
O
H
O
O
O
HO
Säuren & Derivate
O
Addition polar
HOR HO OR
NH
H
polar
Radikal
+ HBr
Br
Substitution (El/Ad) polar
H+-Kat
R'O
HOR'
Substitution (Add/El) polar
O
RO OH
ROH
-H2O
HO
HO
OR
H
+ H2O
O
Carbanion
Elektronen-Fluss: nicht verwechseln:
Reaktionsmechanismen
Elektronenstruktur
Reaktionspfeile:
Resonanz(Grenz)strukturen:
RO
B) Aufgaben
1) Zeichnen und benennen Sie organische Moleküle mit sp3-, sp2- und sp- hybridisierten C-Atomen. Wie
zeigt sich die Hybridisierung der C-Atome im Molekül geometrisch?
2) Erklären Sie die Bedeutungen von Resonanz- bzw. Reaktions-(oder Gleichgewichts-) Pfeilen an den
Beispielen "Benzol" und "Keto-Enol-Tautomerie".
3) Vergleichen und erklären (Energie-Diagramme, Resonanzstrukturen) Sie die Stabilitäten:
a) 1-Propyl-Kation vs. 2-Propyl-Kation.
b) 1-Propyl-Radikal vs. 2-Propyl-Radikal.
4) Erklären Sie mit Resonanzstrukturen und Energie-Diagrammen, ob für dieses
Carbokation die Substituenten X (im Vergleich zu X=H) stabilisierende oder
destabilisierende Effekte ausüben.
Erklären Sie die Produktbildungen mechanistisch:
5a) Styrol (Phenylethen, Vinylbenzol) reagiert in Salzsäure zu einem Alkylhalogenid und einem Alkohol.
5b) Styrol polymerisiert mit einem Starter-Radikal X..
6)
8)
7)