Skript - Universität Bonn

Chemisches Praktikum
für Studenten der Human- und Zahnmedizin
am Kekulé-Institut für Organische Chemie und Biochemie
der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn
Name:
Vorname:
Kurstag:
Platz-Nr.:
Tutor:
Stand
Wintersemester 2016/17
Inhalt
1. Literatur ................................................................................................. 3
2. Organisatorisches................................................................................... 4
2.1
Teilnehmerkarte ............................................................................. 4
2.2
Praktikumsordnung und allgemeine Verhaltensregeln ................... 4
2.3
Arbeitsmaterialien .......................................................................... 6
3. Kurstage ................................................................................................. 7
4. Stoffsammlung ....................................................................................... 49
4.1
Einige wichtige Definitionen ........................................................... 50
4.2
Reaktionsmechanismen der Organischen Chemie .......................... 60
5. Testfragen .............................................................................................. 63
1. Literatur
1. Literatur
Die Reihenfolge der hier aufgeführten Lehrbücher ist frei gewählt. Die Liste erhebt keinen
Anspruch auf Vollständigkeit. Skripten stellen in keinem Fall einen Ersatz für Lehrbücher dar!

Institut für medizinische und pharmazeutische Prüfungsfragen (IMPP),
Gegenstandskatalog für die ärztliche Vorprüfung, Verlag Druckhaus Schmid & Bödige.

B. Krieg, Chemie für Mediziner, W. de Gruyter Verlag, Berlin.

H. R. Christen, F. Vögtle, Grundlagen der Organischen Chemie, Verlag Diesterweg Salle,
Frankfurt/M.

K. Beyermann, Chemie für Mediziner, Georg Thieme Verlag, Stuttgart.

H.P. Latscha, H. A. Klein, Chemie für Mediziner, Springer Verlag.

I. Stark, Chemie – zum Gegenstandskatalog für die ärztliche Vorprüfung, Verlag Herder.

H. Wachter, A. Hausen, G. Reibnegger, Chemie in der Medizin, W. de Gruyter Verlag,
Berlin.

A. Zeeck, Chemie für Mediziner, Urban & Fischer Verlag, München/Jena.

B. Ross, Chemie der wässrigen Lösungen (Skript), Fachschaft Chemie der Uni Bonn.

H. Hart, L. E. Craine, D. J. Hart, Organische Chemie, Wiley VCH Verlag.

K. P. C. Vollhardt, Organische Chemie, Wiley VCH-Verlag.

C. E. Mortimer, U. Müller, Chemie: Das Basiswissen der Chemie, Georg Thieme Verlag,
Stuttgart.
3
2. Organisatorisches
2. Organisatorisches
2.1 Teilnehmerkarte
Auf der Teilnehmerkarte werden Ihnen die Teilnahme an den obligatorischen Kurstagen und
die Durchführung der Versuche bescheinigt. Außerdem werden dort die Ergebnisse der
Klausuren und am Ende des Praktikums die ordnungsgemäße Abgabe des Arbeitsplatzes
vermerkt. Diese Karte ist der einzige Nachweis der Teilnahme am Praktikum und
entsprechend sorgfältig aufzubewahren. Die Teilnehmerkarte wird bei der Zwischen- und
Abschlussklausur eingesammelt.
Bitte vergessen Sie nicht, Ihr Passfoto an der Karte zu befestigen!
2.2 Praktikumsordnung und allgemeine Verhaltensregeln
Zu Praktikumsbeginn erfolgt eine allgemeine Einführung in die Praktikumsordnung und eine
allgemeine Sicherheitsunterweisung durch den Tutor. Eine spezielle Einführung zu den
Versuchen und Praktikumsaufgaben erfolgt am jeweiligen Kurstag. An dieser Stelle sei
zusätzlich auf einige Grundregeln hingewiesen:
I.
Den Anweisungen der jeweiligen Tutoren und des jeweiligen Tagesassistenten ist
unbedingt Folge zu leisten.
II.
Der Aufenthalt im Praktikumssaal ist grundsätzlich nur im Kittel und mit Schutzbrille
(wird Ihnen zur Verfügung gestellt) gestattet!
III.
Während des Praktikums ist geeignete Arbeitskleidung zu tragen. Dazu gehören eine
lange Hose (keine Röcke, keine Shorts!) sowie geschlossene, flache Schuhe.
IV.
Essen – dies gilt auch für Kaugummis – und Trinken sind im Labor strengstens verboten
und führen zum Ausschluss des Praktikums.
V.
Personen, die nicht am Praktikum teilnehmen, ist das Betreten des Praktikumsraumes
grundsätzlich untersagt.
VI.
Ihnen allein obliegt die Persönliche Informationspflicht über das allgemeine und spezielle
Gefahrenpotential und die Handhabung der im Praktikum verwendeten Chemikalien (Rund S- Sätze bzw. H- und P-Sätze, Gefahrstoffsymbole, Aufbewahrung, Kennzeichnung
und Entsorgung von Chemikalien).
VII.
Bei Unfällen ist außer dem Tutor unverzüglich der Tagesassistent zu unterrichten.
VIII.
Eine Entnahme von Verbandsmaterial aus dem Erste-Hilfe-Schrank erfolgt grundsätzlich
nur durch den Tutor oder den Tagesassistent.
4
2. Organisatorisches
IX.
Bei Säure- und Laugenverätzungen der Haut und der Augen sofort mit viel kaltem
Wasser (Wasserhahn, Augendusche) waschen. Mit Säure oder Lauge benetzte Kleidung
sofort entfernen. Den Tutor sowie den Tagesassistenten benachrichtigen.
X.
Nach der Erstversorgung von Verletzungen und der Benachrichtigung des Tutors sowie
des Tagesassistenten sollte unverzüglich ein Arzt aufgesucht werden.
XI.
Die Benutzer eines Arbeitstisches sind für die Sauberkeit ihrer Arbeitsplätze, Ausgüsse
und Abzüge verantwortlich. Diese sind am Ende eines Versuchstages von den
Praktikanten in sauberem Zustand zurückzulassen. Alle Geräte sind vor Verlassen des
Saals trocken in die entsprechenden Boxen einzuräumen.
XII.
Am letzten Praktikumstag sind die Geräte sauber und trocken abzugeben. Fehlende und
defekte Geräte müssen ersetzt werden.
XIII.
Die Teilnahme an den Kurstagen ist obligatorisch! Ein Kurstag besteht aus dem Seminar
und dem Praktikum. Wer unvorbereitet erscheint, muss ein Testat (15 - 20 Min.,
Terminabsprache mit dem Tagesassistenten) ablegen. Die vorgeschriebenen Versuche
und Analysen sind unter der Aufsicht des Tutors und Tagesassistenten anzufertigen. Zur
Teilnahme an der Klausur müssen jeweils alle gestellten Aufgaben richtig abgegeben
werden.
XIV.
Das Versäumen eines Kurstages durch Krankheit ist sofort dem Tagesassistenten zu
melden: 0228/735799. Ein ärztliches Attest muss sofort nachgereicht werden und der
Versuch wird als Testat mit dem Tagesassistenten durchgesprochen (Terminabsprache
mit dem Tagesassistenten). Bei mehr als einmaligem Versäumen eines Kurstages durch
Krankheit (Nachweis durch Attest) kann eine regelmäßige Teilnahme nicht bescheinigt
und der Schein nicht ausgestellt werden.
XV.
Bei den Klausuren wird der Lehrstoff des Praktikums (inklusive Seminare und Versuche!)
abgefragt. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstandskatalog (s.
Praktikum) für den abzufragenden Stoffumfang verbindlich ist. Zur Teilnahme an der
Abschlussprüfung ist nur berechtigt, wer alle notwendigen Unterschriften auf der
Teilnehmerkarte vorweisen kann. In der Zwischenklausur sind mindestens 8 der 15
Fragen, in der Abschlussklausur mindestens 16 der 30 Fragen richtig zu beantworten.
Die jeweilige(n) nichtbestandene(n) Klausur(en) werden in den Semesterferien
wiederholt. Bei den Klausuren muss jeweils der Studentenausweis mit
Teilnehmerkarte und Personalausweis vorgelegt werden.
XVI.
Bei Beschwerden wenden Sie sich bitte an den Praktikumsleiter Herrn Dr. J. Möllmann.
(Tel. 0228/732705; mail: [email protected])
Für Anregungen und Verbesserungsvorschläge sind wir Ihnen dankbar!
5
2. Organisatorisches
2.3 Arbeitsmaterialien
Bitte bringen Sie (spätestens zum 2. Kurstag!) folgende Dinge mit.
I.
II.
III.
IV.
Baumwollkittel
Feuerzeug oder Streichhölzer
Pinzette
3 Blatt Millimeterpapier DIN A4 (3. Kurstag!)
6
3. Kurstage
3. Kurstage
Gegenstandskatalog zum 1. Kurstag
Aufbau der Materie:
Bausteine der Materie, Atombau, Kernbau, Grundzüge des Bohr’schen Atommodells, Aufbau
der Elektronenhülle, Spektralanalyse, Grundzüge des Atommodells von Schrödinger,
Orbitale, Elektronenkonfiguration.
Zustandsformen der Materie:
Aggregatzustände, homogene/heterogene Systeme, der Begriff der Phase, Suspension,
Emulsion, Aerosol, Kolloid, Gitterstruktur, Schmelzen, Kristallisation, Löslichkeit und
Gitterenergie, Solvatation, ideale Gase, Dampfdruck von Substanzen.
Chemische Grundgesetze:
Gesetz von der Erhaltung der Masse, Gesetz der konstanten und multiplen Proportionen,
Gesetz von Avogadro, allgemeines Gasgesetz, die Loschmidt’sche Zahl oder Avogadro’sche
Konstante.
Periodensystem der Elemente (PSE):
Aufbau des PSE, Ordnungszahl, Isotopie, stabile und instabile Isotope, radioaktiver Zerfall, α-,
β-, γ-Strahlung, ionisierende Wirkung der radioaktiven Strahlung, Nebengruppenelemente,
Elementsymbole.
Gesetzmäßigkeiten in Perioden und Gruppen des PSE:
Atomradius, Ionenradius, Elektronegativität, metallischer/nichtmetallischer Charakter,
Säure-/Basenstärke, Ampholyte.
Chemische Bindung Teil I:
Das Prinzip der chemischen Bindung, Ionenbindung, kovalente Bindung, polare
Atombindung, Metallbindung, Wasserstoffbrücken, Einfluss von Wasserstoffbrücken auf
physikalische Eigenschaften, van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Wechselwirkung.
Am ersten Kurstag finden keine Versuche statt. Sie erhalten eine Sicherheitsunterweisung
durch Ihren Tutor im Praktikumssaal. Außerdem sollten Sie zum ersten Kurstag auch ein
aktuelles Passfoto für Ihre Teilnehmerkarte mitbringen.
7
3. Kurstage
Gegenstandskatalog zum 2. Kurstag
Chemische Stoffmengen- und Maßeinheiten:
Atommasse, Molekülmasse, Mol, Konzentration.
Stöchiometrie:
Molarität, Normalität, Aktivität, Aktivitätskoeffizient.
Der Säure-Base-Begriff:
Stellung der Säuren und Basen im PSE, Definition von Säuren und Basen nach Brønstedt,
Neutralisation, Ampholyte, Protolyse, elektrolytische Dissoziation.
Titration
Konzentrationsmaße,
Komplexverbindungen.
Säuren
und
Basen,
Indikatoren,
Titrationsverfahren,
Energetik chemischer Reaktionen:
Energieformen, Systeme, 1. und 2. Hauptsatz der Thermodynamik, Innere Energie, Enthalpie,
Änderung von U und H bei isobaren Prozessen, exotherm/endotherm, Satz von Hess,
freie Enthalpie, Entropie, Gibbs-Helmholtz-Gleichung, exergonisch/endergonisch.
Versuche zum 2. Kurstag
I.
Titration von Schwefelsäure mit Natronlauge
Durchführung:
Der auf Ihrem Platz ausstehende Messkolben mit Schwefelsäure wird mit destilliertem
Wasser auf exakt 100 mL aufgefüllt (Eichmarke!), mit dem Stopfen verschlossen und zum
Durchmischen mehrere Male kräftig geschüttelt (ca. 1 Min.). Der Gehalt der so hergestellten
Schwefelsäure soll durch Titration ermittelt werden. Hierzu entnehmen Sie aus dem
Messkolben dreimal mit der ausliegenden Vollpipette jeweils 20 mL der SchwefelsäureLösung und überführen diese in ein sauberes Standgefäß aus Glas (Erlenmeyer-Kolben). Bitte
beachten Sie, dass die Vollpipetten auf 15 Sekunden Auslauf geeicht sind. D.h. Sie bringen
die Pipettenspitze an die Wand des Standgefäßes und warten nach dem Auslaufen der
Flüssigkeit noch 15 s ab. Die Pipette darf auf keinen Fall ausgeblasen werden!
Jede der drei Proben wird mit destilliertem Wasser auf ca. 50 mL aufgefüllt (Warum ist es
hier nicht erforderlich, exakt auf 50 mL aufzufüllen?) und mit 1 Tropfen Methylrot als
Indikator versetzt. Anschlließend wird mit Natronlauge (in der Bürette) bis zum Umschlag
von rot nach gelb (Äquivalenzpunkt) titriert. Die erste Probe dient zur groben Bestimmung
8
3. Kurstage
des Schwefelsäuregehalts. Titrieren Sie zügig bis zum Umschlagspunkt. Achten Sie darauf,
dass Sie die Bürette nie vollständig leeren (Ende der Skalierung beachten!). Sollte eine
Bürettenfüllung nicht ausreichen, notieren Sie die entnommene Menge und füllen die
Bürette wieder auf. Notieren Sie sich die Menge der Natronlauge, die bis zum Farbumschlag
verbraucht wurde. Beachten Sie für die genauen Titrationen, dass die erste Probe wegen des
zügigen Arbeitens übertitriert wurde.
Bei den folgenden Titrationen verfahren Sie wie oben beschrieben, allerdings führen Sie die
Titration im Umschlagbereich langsam durch. Hierzu können Sie sich dem Wert der
Grobtitration bis auf ca. 3 mL nähern. Geben Sie die Natronlauge nun tropfenweise zu.
Nachdem Sie auf diese Weise zwei Proben titriert haben, bilden Sie aus den erhaltenen
Volumina einen sinnvollen Mittelwert, den Sie Ihren Berechnungen zugrunde legen. Liegen
die ermittelten Werte weit auseinander, führen Sie eine dritte Titration durch.
Auswertung:
Reaktionsgleichung:
𝐻2 𝑆𝑂4 (𝑎𝑞) + 2 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑞) → 𝑁𝑎2 𝑆𝑂4 (𝑎𝑞) + 2 𝐻2 𝑂(𝑙)
+
−
2𝐻3 𝑂(𝑎𝑞)
+ 2𝑂𝐻(𝑎𝑞)
→ 4𝐻2 𝑂(𝑙)
Die Molarität der Schwefelsäure ergibt sich aus der Gleichung:
𝑐𝐻2 𝑆𝑂4 ∙ 𝑉𝐻2 𝑆𝑂4 = 𝑐𝑁𝑎𝑂𝐻 ∙ 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻
mit
cH2SO4:
gesuchte Konzentration der Schwefelsäure
VH2SO4:
Probevolumen = 20 mL
cNaOH:
Konzentration der Natronlauge (Angabe auf der Bürette)
VNaOH:
Mittelwert der drei Titrationsvolumina
Der Gehalt an Schwefelsäure in g/L berechnet sich nach:
𝑔
𝑐𝐻2 𝑆𝑂4 [ ] = 𝑐𝐻2 𝑆𝑂4 ∙ Ä𝑀𝐻2 𝑆𝑂4
𝐿
mit
ÄMH2SO4: Äquivalentmasse der Schwefelsäure
9
3. Kurstage
Wie groß ist die Äquivalentmasse der Schwefelsäure unter Berücksichtigung der
Molekülmasse der Schwefelsäure MH2SO4 = 98,08 g/mol?
Ä𝑀𝐻2𝑆𝑂4 =
Ihre Proben-Nr.:
Verbrauch an Natronlauge in mL:
1. Probe
Ergebnis: Die Probe enthält
2. Probe
3. Probe
Mittelwert
g/L H2SO4.
II. Bestimmung der Gesamthärte und der Kalkhärte einer Wasserprobe
Dieser Versuch wird im Praktikum nicht durchgeführt, muss von Ihnen aber theoretisch
beherrscht werden!!!
Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA)
10
3. Kurstage
IIa Gesamthärte
Durchführung:
100 mL der zu untersuchenden Wasserprobe werden in einen 300 mL-Erlenmeyer-Kolben
pipettiert, mit 3 Tropfen Salzsäure (wHCl ≈ 37%) versetzt (kein Säureüberschuss!) und
aufgekocht. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden eine Indikatorpuffertablette
und nach deren Lösen 5 mL Pufferlösung (pH = 10) hinzugegeben.
Mit EDTA-Lösung (cEDTA = 0,01 mol/L) wird nun zum Farbumschlag von rot (über einen
grauen Farbton) nach grün titriert. 1 mL EDTA-Lösung für 100 mL Wasserprobe entspricht
0,1 mmol Gesamthärte bildende Ionen pro 1 L Wasserprobe. Anzugeben ist die Gesamthärte
der untersuchten Wasserprobe in mmol/L.
Auswertung:
Verbrauch:
mL EDTA-Lösung (cEDTA = 0,01 mol/L)
Ergebnis: Die Gesamthärte der Probe beträgt
mmol/L.
IIb Kalkhärte
Durchführung:
100 mL der zu untersuchenden Wasserprobe werden in einen 300 mL-Erlenmeyer-Kolben
pipettiert. Unter Umschwenken werden nun 10 mL Kalilauge (wKOH = 25%) zugesetzt, wobei
außer Calciumionen alle anderen härtebildenden Ionen als Hydroxide ausfallen. Nach
Zugabe einer Spatelspitze Calconcarbonsäure-Methylorange-NaCl-Verreibung wird mit
EDTA-Lösung (cEDTA = 0,01 mol/L) bis zum Farbumschlag von weinrot nach grün titriert. Zur
genauen Erkennung des Endpunktes wird eine Vortitration empfohlen, bei der so lange mit
der EDTA-Lösung titriert wird, bis sich ein eindeutiger Farbumschlag nach grün zeigt. Mit
dem Farbton dieser austitrierten Lösung sollten dann alle weiteren Titrationen verglichen
werden.
1 mL EDTA-Lösung für 100 mL Wasserprobe entspricht 0,1 mmol Kalkhärte bildende Ionen
pro 1 L Wasserprobe. Der Blindwert wird stets zuerst bestimmt.
Auswertung:
Verbrauch:
mL EDTA-Lösung (cEDTA = 0,01 mol/L)
Ergebnis: Die Kalkhärte der Probe beträgt
mmol/L.
11
3. Kurstage
Gegenstandskatalog zum 3. Kurstag
Reaktionskinetik:
Molekularität und Ordnung einer Reaktion, Definition der Reaktionsgeschwindikeit,
geschwindigkeitsbestimmender Schritt, Halbwertszeit einer Reaktion, Exponentialfunktion
einer Reaktion 1. Ordnung mit Auswertung des Diagramms, Energieprofil einer Reaktion,
Aktivierungsenthalpie, Arrhenius-Gleichung, Katalyse.
Gleichgewichte:
Der stationäre Zustand (Fließgleichgewicht), Massenwirkungsgesetz (MWG), gekoppelte
Gleichgewichte.
Freie Enthalpie und MWG-Konstante:
Protolysegleichgewicht, Protolysegrad α, starke und schwache Säuren und Basen, pH-Wert,
pK-Wert, Berechnung des pH-Werts, Puffersysteme, Bestimmung von pK-Werten,
Äquivalenzpunkt, Neutralpunkt und Pufferbereich an Titrationskurven schwacher Säuren
und Basen, Pufferkapazität, Farbindikatoren, Verteilungsgesetz von Nernst, Gesetz von
Henry, Löslichkeitsprodukt, Osmose, Gefrierpunktserniedrigung/Siedepunktserhöhung.
Versuch zum 3. Kurstag
Viele chemische Reaktionen laufen nicht „explosionsartig“ ab, sondern allmählich. Dies gilt
besonders für biochemische Reaktionen. Ein Beispiel ist der Abbau von Alkohol im Körper:
Ethanol wird enzymatisch über die Zwischenstufe Acetaldehyd zur Essigsäure oxidiert. Der
Acetaldehyd macht sich, oft langanhaltend, durch die bekannten „Kater-Beschwerden“
bemerkbar. Reaktionsgeschwindigkeiten werden im Teilgebiet „Kinetik“ untersucht.
Ethanol
Acetaldehyd
Essigsäure
Achtung! Zu dem von Ihnen heute durchgeführten Versuch werden Sie ein Protokoll
anfertigen. Die Auswertungen und Diagramme müssen von jedem Praktikumsteilnehmer
innerhalb von zwei Werktagen abgegeben werden (unbedingt mit Name, Kurstag und
Namen des Tutoren versehen!) und richtig korrigiert bis zum nächsten (4.) Kurstag bei dem
jeweiligen Tagesassistenten vorliegen. Ansonsten muss ein Testat beim Tagesassistenten
abgelegt werden! Zur Abgabe wird Ihnen ein Vordruck zur Verfügung gestellt. Bitte legen Sie
dem Protokoll Ihre Teilnehmerkarte bei. Der Rückgabetermin wird vom Tagesassistenten
bekanntgegeben. Es sind alle Aufgaben schriftlich zu beantworten.
12
3. Kurstage
Allgemeine Hinweise zu den Versuchen:
Bitte verschließen Sie alle Vorratsflaschen unmittelbar nach der Entnahme der angegebenen
Mengen! Lassen Sie nie Pipetten in den Vorratsflaschen stehen. Bitte verwenden Sie für die
Entnahme der Lösungen nur die richtigen Pipetten (Beschriftung beachten!).
Im Sanitätsraum (Erdgeschoss) befindet sich eine Eismaschine, die Eis aus deionisiertem
Wasser erzeugt.
Sie arbeiten mit einer einfachen Kinetik-Apparatur. Alle Lösungen, die Sie einsetzen, müssen
Sie im Wasserbad der Apparatur vorwärmen.
13
3. Kurstage
I.
Kinetik und Gleichgewicht der Bildung eines Esters bei 70°C
Dieser Versuch wird von den „Mittags“-Gruppen durchgeführt!
Reaktionsgleichung:
Essigsäure
Ethanol
Essigsäureethylester
Wasser
Ansatz:
Essigsäure
Ethanol
Salzsäure
Dimethylsulfoxid
5,7 mL =
5,8 mL =
0,6 mL
7,9 mL
0,1 mol
0,1 mol
(enthält 0,033 mol Wasser!)
(als Lösungsmittel)
14,3 mL Gemisch
20,0 mL
Durchführung:
Entnehmen Sie 14,3 mL des Gemisches mit der gekennzeichneten Fortunapipette aus dem
Vorratsgefäß und füllen Sie das Volumen in den Reaktionskolben im Wasserbad, der sofort
wieder verschlossen wird.
Etwa 10 mL Essigsäure werden im Reagenzglas 5 Minuten im Wasserbad vorgewärmt. Mit
der gekennzeichneten Fortunapipette werden anschließend 5,7 mL der erwärmten Säure in
den Reaktionskolben gegeben, der sofort wieder verschlossen wird. Dann lösen Sie
vorsichtig die Klammer und schwenken die Apparatur zwecks Vermischung der eingefüllten
Lösungen. Die Reaktion beginnt mit Zugabe der Essigsäure, d.h. diesen Zeitpunkt müssen Sie
sich notieren!
Nach 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60 und 90 Minuten entnehmen Sie mit der 1,0 mL-Fortunapipette
1,0 mL des Kolbeninhalts und überführen dieses Volumen in ein Standgefäß, das zum
„Einfrieren“ der Reaktion schon ca. 30 mL Eis-Wasser-Gemisch enthält. Nach jeder
Probenentnahme verschließen Sie bitte sofort das Reaktionsgefäß! Die so erhaltenen 8
Proben werden mit Natronlauge unter Zusatz von 1 Tropfen Phenolphthalein als Indikator
bis zum Umschlag von farblos nach rot titriert.
Zur Berücksichtigung des konstanten Säuregehaltes (Blindwertbestimmung!) in den
Titrationsproben pipettieren Sie 14,3 mL des ausstehenden Gemisches und 5,7 mL Wasser in
ein Standgefäß. Nach dem Vermischen werden daraus drei Proben zu je 1 mL entnommen.
14
3. Kurstage
Diese werden mit Wasser verdünnt und mit Natronlauge unter Zusatz von 1 Tropfen
Phenolphthalein bis zum Umschlag von farblos nach rot titriert. Diese Blindwertbestimmung
führen Sie am besten aus, sobald Ihnen die anderen Titrationen Zeit dazu lassen (nach der
60-Minuten-Probe).
Verbrauch NaOH Blindwert in mL:
1. Probe
2. Probe
3. Probe
Mittelwert
Auswertung:
Aufg.1)
Tragen Sie Ihre Messergebnisse in die nachstehende Tabelle ein. Errechnen Sie:




Konzentration der Essigsäure [HOAc]
Konzentration des Essigsäureethylesters [Ester]
1/[HOAc]
ln[HOAc]
Beginn der Reaktion:
t
VNaOH
(VNaOH – Blindwert)
[HOAc]
[Ester]
/ min
/ mL
/ mL
/ molL-1
/ molL-1
0
5
10
15
20
30
45
60
90
15
ln[HOAc]
1 / [HOAc]
3. Kurstage
Zur Ermittlung der Reaktionsordnung stellen Sie graphisch auf dem Millimeterpapier dar:



[HOAc] gegen t
1/[HOAc] gegen t
ln[HOAc] gegen t
Verwenden Sie für jeden Graphen ein eigenes DIN A4-Millimeterpapier. Wählen Sie den
Maßstab so, dass das gesamte Blatt genutzt wird. Zeichnen Sie die Ausgleichskurven und
glatte Ausgleichsgeraden in alle Graphen ein! Wegen des Erreichens des Gleichgewichts
kann die Reaktionsordnung nur in den ersten 20 – 30 Minuten ermittelt werden. Innerhalb
dieses Zeitraums erwarten Sie:



im Diagramm [HOAc] → t eine Gerade, wenn die Reaktion 0. Ordnung ist,
im Diagramm ln[HOAc] → t eine Gerade, wenn die Reaktion 1. Ordnung ist,
im Diagramm 1/[HOAc] → t eine Gerade, wenn die Reaktion 2. Ordnung ist.
Es gelten folgende Geschwindigkeits- bzw. Konzentrations-Zeit-Gesetze:
Reaktion 0. Ordnung:
−
𝑑𝑐
= 𝑘 𝑏𝑧𝑤. 𝑐 = −𝑘𝑡 + 𝑐
𝑑𝑡
Reaktion 1. Ordnung:
−
𝑑𝑐
= 𝑘𝑐 𝑏𝑧𝑤. 𝑙𝑛𝑐 = −𝑘𝑡 + 𝑙𝑛𝑐0
𝑑𝑡
Reaktion 2. Ordnung:
−
mit
𝑑𝑐
1
1
= 𝑘𝑐 2 𝑏𝑧𝑤.
= 𝑘𝑡 +
𝑑𝑡
𝑐
𝑐0
c0: Ausgangskonzentration
k:
Geschwindigkeitskonstante der Reaktion
t:
Reaktionszeit
16
3. Kurstage
Aufg.2)
Bestimmen Sie die Gleichgewichtskonstante K und daraus den ∆G0-Wert für T = 343 K (70°C)!
Zur Ermittlung von K benötigen Sie die Gleichgewichtskonzentrationen der beteiligten
Reaktionspartner:
[HOAc]gl = Titration bei t = 90 min = [EtOH]gl
[Ester]gl = [HOAc]anf - [HOAc]gl
[H2O]gl = [H2O aus der HCl]anf + [Ester]gl
Den ∆G0-Wert erhalten Sie aus der Gleichung:
∆𝐺0 = −𝑅𝑇 ∙ 𝑙𝑛𝐾
mit
R = 8,314 Jmol-1K-1
T = 343 K
ergibt sich:
∆𝐺0 = −6566,3 ∙ 𝑙𝑔𝐾 [
𝐽
]
𝑚𝑜𝑙
Beachten Sie, dass hier der dekadische Logarithmus verwendet wird!
Stellen Sie zunächst die Gleichgewichtskonstante auf:
𝐾=
Damit erhalten Sie:
∆𝐺0343 =
Die Reaktion ist demnach
[
𝐽
]
𝑚𝑜𝑙
ergonisch.
Aufg. 3)
Berechnen Sie aus dem Blindwert die Molarität der Salzsäure in der Reaktionslösung!
[HCl] =
mol/L
Aufg. 4)
Welche Fehler treten bei der Bestimmung der Kinetik in diesem Versuch auf? Listen Sie
systematische und zufällige Fehlerquellen stichwortartig auf!
17
3. Kurstage
II. Kinetik und Gleichgewicht der Hydrolyse eines Esters bei 70°C
Dieser Versuch wird von den „Nachmittags“-Gruppen durchgeführt!
Reaktionsgleichung:
Essigsäureethylester
Wasser
Essigsäure
Ethanol
Ansatz:
Essigsäureethylester
Salzsäure
Dimethylsulfoxid
9,8 mL =
1,8 mL
8,4 mL
0,1 mol
(enthält 0,1 mol Wasser!)
(als Lösungsmittel)
10,2 mL Gemisch
20,0 mL
Durchführung:
Entnehmen Sie 10,2 mL des Gemisches mit der gekennzeichneten Fortunapipette aus dem
Vorratsgefäß und füllen Sie das Volumen in den Reaktionskolben im Wasserbad, der sofort
wieder verschlossen wird. Etwa 15 mL Essigsäureethylester werden im Reagenzglas
5 Minuten im Wasserbad vorgewärmt. Mit der gekennzeichneten Fortunapipette werden
anschließend 9,8 mL des erwärmten Esters in den Reaktionskolben gegeben, der sofort
wieder verschlossen wird. Dann lösen Sie vorsichtig die Klammer und schwenken die
Apparatur zwecks Vermischung der eingefüllten Lösungen. Die Reaktion beginnt mit Zugabe
des Esters, d.h. diesen Zeitpunkt müssen Sie sich notieren!
Nach 5, 10, 15, 20, 30, 45, 60 und 90 Minuten entnehmen Sie mit der 1,0 mL-Fortunapipette
1,0 mL des Kolbeninhalts und überführen dieses Volumen in ein Standgefäß, das zum
„Einfrieren“ der Reaktion schon ca. 30 mL Eis-Wasser-Gemisch enthält. Nach jeder
Probenentnahme verschließen Sie bitte sofort das Reaktionsgefäß! Die so erhaltenen 8
Proben werden mit Natronlauge unter Zusatz von 1 Tropfen Phenolphthalein als Indikator
bis zum Umschlag von farblos nach rot titriert. Zur Berücksichtigung des konstanten
Säuregehaltes (Blindwertbestimmung!) in den Titrationsproben pipettieren Sie 10,2 mL des
ausstehenden Gemisches und 9,8 mL Wasser in ein Standgefäß. Nach dem Vermischen
werden daraus drei Proben zu je 1 mL entnommen. Diese werden mit Wasser verdünnt und
mit Natronlauge unter Zusatz von 1 Tropfen Phenolphthalein bis zum Umschlag von farblos
nach rot titriert. Diese Blindwertbestimmung führen Sie am besten aus, sobald Ihnen die
anderen Titrationen Zeit dazu lassen (nach der 60-Minuten-Probe).
18
3. Kurstage
Verbrauch NaOH Blindwert in mL:
1. Probe
2. Probe
3. Probe
Mittelwert
Auswertung:
Aufg.1)
Tragen Sie Ihre Messergebnisse in die nachstehende Tabelle ein. Errechnen Sie:




Konzentration der Essigsäure [HOAc]
Konzentration des Essigsäureethylesters [Ester]
1/[Ester]
ln[Ester]
Beginn der Reaktion:
t
VNaOH
(VNaOH – Blindwert)
[HOAc]
[Ester]
/ min
/ mL
/ mL
/ molL-1
/ molL-1
0
5
10
15
20
30
45
60
90
19
ln[Ester]
1 / [Ester]
3. Kurstage
Zur Ermittlung der Reaktionsordnung stellen Sie graphisch auf dem Millimeterpapier dar:



[Ester] gegen t
1/[Ester] gegen t
ln[Ester] gegen t
Verwenden Sie für jeden Graphen ein eigenes DIN A4-Millimeterpapier. Wählen Sie den
Maßstab so, dass das gesamte Blatt genutzt wird. Zeichnen Sie die Ausgleichskurven und
glatte Ausgleichsgeraden in alle Graphen ein! Wegen des Erreichens des Gleichgewichts
kann die Reaktionsordnung nur in den ersten 20 – 30 Minuten ermittelt werden. Innerhalb
dieses Zeitraums erwarten Sie:



im Diagramm [Ester] → t eine Gerade, wenn die Reaktion 0. Ordnung ist,
im Diagramm ln[Ester] → t eine Gerade, wenn die Reaktion 1. Ordnung ist,
im Diagramm 1/[Ester] → t eine Gerade, wenn die Reaktion 2. Ordnung ist.
Es gelten folgende Geschwindigkeits- bzw. Konzentrations-Zeit-Gesetze:
Reaktion 0. Ordnung:
−
𝑑𝑐
= 𝑘 𝑏𝑧𝑤. 𝑐 = −𝑘𝑡 + 𝑐
𝑑𝑡
Reaktion 1. Ordnung:
−
𝑑𝑐
= 𝑘𝑐 𝑏𝑧𝑤. 𝑙𝑛𝑐 = −𝑘𝑡 + 𝑙𝑛𝑐0
𝑑𝑡
Reaktion 2. Ordnung:
−
mit
𝑑𝑐
1
1
= 𝑘𝑐 2 𝑏𝑧𝑤.
= 𝑘𝑡 +
𝑑𝑡
𝑐
𝑐0
c0: Ausgangskonzentration
k:
Geschwindigkeitskonstante der Reaktion
t:
Reaktionszeit
20
3. Kurstage
Aufg.2)
Bestimmen Sie die Gleichgewichtskonstante K und daraus den ∆G0-Wert für T = 343 K (70°C)!
Zur Ermittlung von K benötigen Sie die Gleichgewichtskonzentrationen der beteiligten
Reaktionspartner:
[HOAc]gl = Titration bei t = 90 min = [EtOH]gl
[Ester]gl = [H2O]gl = [H2O aus der HCl]anf - [HOAc]gl
Den ∆G0-Wert erhalten Sie aus der Gleichung:
∆𝐺0 = −𝑅𝑇 ∙ 𝑙𝑛𝐾
mit
R = 8,314 Jmol-1K-1
T = 343 K
ergibt sich:
∆𝐺0 = −6566,3 ∙ 𝑙𝑔𝐾 [
𝐽
]
𝑚𝑜𝑙
Beachten Sie, dass hier der dekadische Logarithmus verwendet wird!
Stellen Sie zunächst die Gleichgewichtskonstante auf:
𝐾=
Damit erhalten Sie:
∆𝐺0343 =
Die Reaktion ist demnach
[
𝐽
]
𝑚𝑜𝑙
ergonisch.
Aufg. 3)
Berechnen Sie aus dem Blindwert die Molarität der Salzsäure in der Reaktionslösung!
[HCl] =
mol/L
Aufg. 4)
Welche Fehler treten bei der Bestimmung der Kinetik in diesem Versuch auf? Listen Sie
systematische und zufällige Fehlerquellen stichwortartig auf!
21
3. Kurstage
Gegenstandskatalog zum 4. Kurstag
Theorie der Komplexe:
Unterschied einfaches Salz / Doppelsalz / Komplexsalz, Ligand, Zentralteilchen,
Koordinationszahl, Dissoziation der Komplexe, Nomenklatur der Komplexe, Assoziate,
Hydrate, Hydratation, Solvatation, Komplexbildungs- und Zerfallskonstante.
Redoxreaktionen:
Theorie der Redoxreaktionen, Oxidationszahl, Formulierung von Redoxgleichung,
Disproportionierung, Synproportionierung, Oxidationsschmelze, Redoxtitration.
Elektrochemie:
Elektromotorische Kraft (EMK) einer Reaktion, Nernst’sche Gleichung, Standardpotential,
Standardwasserstoffelektrode, Spannungsreihe, Standardpotential und Reaktionsrichtung,
pH-Messung mit der Standardwasserstoffelektrode.
Name, Symbol und Stellung im PSE der biochemisch wichtigsten Elemente:
H, F, Cl, Br, I, O, S, N, P, C, Na, K, Ca, Ba, Pb, Fe, Cu, Hg, Mn.
Versuche zum 4. Kurstag
Anhand von qualitativen anorganischen Nachweisen werden Ihnen verschiedene chemische
Reaktionen (Stoffumwandlungen) vorgeführt. Achten Sie bei der Durchführung auf
Änderungen makroskopischer Stoffeigenschaften (Löslichkeit, Farbe) und formulieren Sie die
Formelgleichungen für die durchgeführten Nachweisreaktionen. Zur Vorbereitung empfiehlt
es sich, die bei jedem Versuch stehenden Formelgleichungen abzudecken. Schreiben Sie die
Formeln aller im Text erwähnten Substanzen auf und rekonstruieren Sie die
Formelgleichungen. Überlegen Sie für jede Substanz, welche Rolle sie in der Reaktion spielt.
Allgemeine Hinweise zu den Versuchen:
Um einen einwandfreien Ablauf der Arbeiten zu ermöglichen, ist es unerlässlich, die
folgenden Hinweise genau zu beachten:
I.
Führen Sie niemals Geschmacksproben oder Geruchsproben durch!
II.
Gehen Sie äußerst sparsam mit den zur Verfügung stehenden Chemikalien um!
III.
Flaschen müssen nach dem Gebrauch an ihren Platz zurückgestellt und mit den
zugehörigen Stopfen verschlossen werden und zwar auch dann, wenn sie nicht von dort
genommen wurden.
22
3. Kurstage
IV.
Fassen Sie die Chemikalienflaschen nur so an, dass das Etikett in Richtung der
Handinnenfläche zeigt.
V.
Die Beschädigung einer Flasche ist sofort dem Tutor mitzuteilen.
VI.
Entnehmen Sie bitte nur kleine Substanzmengen von den ausstehenden Reagenzien,
d.h. 1 – 2 mL (entspricht einer Pipettenfüllung) bei Lösungen und eine Spatelspitze bei
festen Substanzen.
VII.
Um Verunreinigungen der ausstehenden Reagenzien zu vermeiden, ist ein Zurückfüllen
nicht gebrauchter Substanzen zu unterlassen. Des Weiteren dürfen diese nur mit
sauberen Spateln und Pipetten entnommen werden.
VIII.
Reaktionslösungen aus Standflaschen sind vor Ausführen der Reaktion in ein sauberes
Reagenzglas zu überführen.
IX.
Das destillierte Wasser darf nur in die dafür vorgesehenen Spritzflaschen abgefüllt
werden.
X.
Das Erhitzen von Lösungen darf in einem höchstens zu einem Drittel gefüllten
Reagenzglas mit dem Bunsenbrenner und unter Schütteln erfolgen, um Siedeverzüge
(d.h. ein unkontrolliertes Herausspritzen der heißen und evtl. ätzenden Flüssigkeit) zu
vermeiden!
XI.
Achten Sie immer darauf, dass die Öffnung des Reagenzglases niemals auf Personen
(z.B. Ihre nichts Böses ahnenden Nachbarn) gerichtet ist!
XII.
Chemikalienreste, Glasbruch und Sondermüll werden in besonderen, dafür
vorgesehenen Behältern gesammelt (stehen in den Abzügen; fragen Sie Ihren Tutor!).
XIII.
Glasgeräte werden zunächst vorgespült (Waschwasser in die dafür vorgesehenen
Abfallgefäße entsorgen) und dann am Waschbecken gespült. Zuletzt sind alle
verwendeten Geräte mit deionisiertem Wasser zu spülen, um Trockenränder zu
vermeiden.
XIV.
Für den Nachweis der Erdalkali-Ionen steht Ihnen ein Spektroskop zur Verfügung
(Einweisung durch den Tutor!).
23
3. Kurstage
Ihre Analyse kann enthalten:
Kationen:
NH4+, Ca2+, Ba2+, Mn2+, Fe3+,Cu2+
Anionen:
CO32-, NO3-, PO43-, SO42-, Cl-, Br-, I-
Ihre Analyse wird Ihnen in einem Mörser bereitgestellt. Bevor Sie die eigentlichen Nachweise
durchführen sollten Sie die Analyse zwecks Homogenisierung gründlich verreiben. Die
Analyse ist in jedem Fall löslich, wenn nicht in deionisiertem Wasser, dann in verdünnter
Säure (gegebenenfalls unter Erwärmen). Lösen Sie immer nur einen kleinen Teil der Analyse,
da je nach Versuch unterschiedliche Lösungsbedingungen eingehalten werden müssen.
Die nachstehenden Versuche sollten folgendermaßen durchgeführt werden: Ein/e
Student/in führt die „Blindversuche“ durch während sein/ihre Partner/in zur gleichen Zeit
den Nachweis mit der unbekannten Analysensubstanz durchführt. Durch Vergleichen
können Sie somit feststellen, ob die Analyse so reagiert wie das Ion im Blindversuch.
Die Analyse kann, falls Fehler gemacht wurden, verbessert werden.
I.
Nachweis von Ammoniumionen
𝑁𝐻4+ (𝑎𝑞) + 𝑂𝐻 − (𝑎𝑞) → 𝐻2 𝑂 (𝑙) + 𝑁𝐻3 (𝑔) ↑
𝐻2 𝑂 (𝑙) + 𝑁𝐻3 (𝑔) → 𝑁𝐻4+ (𝑎𝑞) + 𝑂𝐻 − (𝑎𝑞)
Auf einem Uhrglas werden 2 mL Ammoniumchloridlösung (bzw. die Analysensubstanz mit
2 mL Wasser) mit etwa 1 mL Natriumhydroxid-Lösung vermischt. Ein zweites Uhrglas wird
mit einem angefeuchteten pH-Papier versehen und darüber gelegt.
Blaufärbung des pH-Papiers weist auf Ammoniumionen hin.
II. Nachweis von Calciumionen
𝐶2 𝑂42− (𝑎𝑞) + 𝐶𝑎2+ (𝑎𝑞) → 𝐶𝑎𝐶2 𝑂4 (𝑠) ↓
2 mL Calciumchloridlösung (bzw. die in verdünnter Essigsäure gelöste Analyse) werden mit
etwas verdünnter Essigsäure angesäuert (warum?) und mit Ammoniumoxalatlösung
24
3. Kurstage
versetzt. Ein farbloser Niederschlag weist auf Calciumionen hin. Der Niedeschlag kann
spektroskopisch weiter untersucht werden. Eine ziegelrote Flammenfärbung weist auf
Calciumionen hin.
III. Nachweis von Bariumionen
𝐵𝑎2+ (𝑎𝑞) + 𝑆𝑂42− (𝑎𝑞) → 𝐵𝑎𝑆𝑂4 (𝑠) ↓
Eine Bariumchloridlösung (bzw. die in verdünnter Salzsäure gelöste Analysensubstanz) wird
mit etwas verdünnter Schwefelsäure versetzt. Ein farbloser Niederschlag zeigt Sulfationen
an. Der Niederschlag kann zudem spektroskopisch untersucht werden. Eine grüne
Flammenfärbung weist auf Bariumionen hin.
IV. Nachweis von Mangan(II)-Ionen
𝑀𝑛2+ (𝑎𝑞) + 2 𝑁𝑂3− (𝑎𝑞) + 2 𝐶𝑂32− (𝑎𝑞) → 𝑀𝑛𝑂42− (𝑎𝑞) + 2 𝑁𝑂2− (𝑎𝑞) + 2𝐶𝑂2 (𝑔) ↑
(𝐻𝑂𝐴𝑐)
+
3 𝑀𝑛𝑂42− (𝑎𝑞) + 4 𝐻3 𝑂(𝑎𝑞)
→
2 𝑀𝑛𝑂4− (𝑎𝑞) + 𝑀𝑛𝑂2 (𝑠) ↓ + 2 𝐻2 𝑂(𝑙)
Eine Spatelspitze Mangan(II)-sulfat (bzw. eine Spatelspitze der Analysensubstanz) wird auf
eine Magnesiarinne gegeben. Darauf werden 3 Spatelspitzen Kaliumnitrat sowie 1 – 2
Natriumhydroxid-Plätzchen gegeben. Die Magnesiarinne wird nun auf Rotglut erhitzt bis sich
eine homogene Schmelze gebildet hat. Bei positiver Nachweisreaktion entsteht eine grüne
bis blaugrüne Schmelze von Manganat(VI). Die erkaltete Schmelze wird in ein Reagenzglas
mit deionisiertem Wasser gegeben. Anschließend wird tropfenweise verdünnte Essigsäure
zugegeben. Die grünblaue Farbe der Schmelze schlägt in das Rotviolett des Permanganations
um. Außerdem scheidet sich nach einiger Zeit ein brauner Niederschlag von Mangandioxid
(Braunstein) ab.
V. Nachweis von Eisen(II)- und Eisen(III)-Ionen
+
3 𝐹𝑒 2+ (𝑎𝑞) + 𝑁𝑂3− (𝑎𝑞) + 4 𝐻3 𝑂(𝑎𝑞)
→ 3 𝐹𝑒 3+ (𝑎𝑞) + 𝑁𝑂(𝑔) + 2 𝐻2 𝑂(𝑙)
Eine Spatelspitze Eisen(II)-sulfat (bzw. Analysensubstanz) wird in 2 mL verdünnter
Salpetersäure unter Erhitzen gelöst, um die Eisen(II)-Ionen zu Eisen(III)-Ionen zu oxidieren.
Diese Lösung wird mit 10 mL deionisiertem Wasser verdünnt und halbiert.
25
3. Kurstage
Va
Nachweis als „Berliner Blau“
𝐼𝐼𝐼
𝐼𝐼
𝐼𝐼𝐼
4 𝐹𝑒 3+ (𝑎𝑞) + 3 [𝐹𝑒(𝐶𝑁)6 ] 4−
(𝑎𝑞) → 𝐹𝑒 [𝐹𝑒 𝐹𝑒 (𝐶𝑁)6 ]3 ↓
Zu der einen Hälfte der eben hergestellten Lösung geben Sie einige Tropfen
Kaliumhexacyanoferrat(II)-Lösung. Ein tiefblauer Niederschlag von Berliner Blau zeigt
Eisen(III)-Ionen an.
Vb
Nachweis als Thiocyanat-Komplex
𝐹𝑒 3+ (𝑎𝑞) + 3 𝑆𝐶𝑁 − (𝑎𝑞) → 𝐹𝑒(𝑆𝐶𝑁)3 (𝑠)
Zu der anderen Hälfte der eben hergestellten Lösung geben Sie einige Tropfen
Kaliumrhodanid-Lösung (Kaliumthiocyanatlösung). Blutrote Färbung zeigt Eisen(III)-Ionen an.
VI. Nachweis von Kupfer(II)-Ionen
𝐶𝑢2+ (𝑎𝑞) + 4 𝑁𝐻3 (𝑎𝑞) → [𝐶𝑢(𝑁𝐻3 )4 ]2+ (𝑠)
1 mL Kupfersulfatlösung (bzw. die gelöste Analyse) wird mit konzentrierter Ammoniaklösung
alkalisch gemacht. Eine tiefblaue Farbe (kann als Blindprobe eine andere Farbnuance haben)
weist auf Kupfer(II)-Ionen hin.
VII. Nachweis von Carbonationen
+
𝐶𝑂32− (𝑎𝑞) + 2𝐻3 𝑂(𝑎𝑞)
→ 𝐻2 𝑂(𝑙) + 𝐶𝑂2 (𝑔) ↑
Geben Sie zwei Spatelspitzen Analysensubstanz auf ein Uhrglas und tropfen Sie vorsichtig
6 M Salzsäure hinzu. Leichte Blasenbildung zeigt Carbonat an.
26
3. Kurstage
VIII. Nachweis von Nitrationen
VIIIa
Nachweis durch Ringprobe
+
3 𝐹𝑒 2+ (𝑎𝑞) + 𝑁𝑂3− (𝑎𝑞) + 4 𝐻3 𝑂(𝑎𝑞)
→ 3 𝐹𝑒 3+ (𝑎𝑞) + 𝑁𝑂(𝑔) + 2 𝐻2 𝑂(𝑙)
𝑁𝑂(𝑔) + [𝐹𝑒(𝐻2 𝑂)6 ]2+ → [𝐹𝑒(𝐻2 𝑂)5 (𝑁𝑂)]2+
2 mL verdünnte Salpetersäure (bzw. etwas in verdünnter Schwefelsäure gelöste Analyse)
werden mit 2 mL frisch bereiteter Eisen(II)-sulfatlösung (aus etwas festem Eisen(II)-sulfat
und 2 mL deionisiertem Wasser) versetzt und vorsichtig mit konzentrierter Schwefelsäure
unterschichtet, indem man das Reagenzglas schräg hält und die konzentrierte Schwefelsäure
an der inneren Wandung herunterfließen lässt (Abzug, Schutzbrille!). An der Phasengrenze
der wässrigen Lösung und der konzentrierten Schwefelsäure bildet sich als Nachweis von
Nitrationen ein brauner Ring von Nitrosoeisen(II)-sulfat Fe(NO)SO4.
VIIIb
Nachweis mit Lunges-Reagenz
Eine Spatelspitze Natriumnitrat (bzw. Analysensubstanz) wird in konzentrierter Essigsäure
gelöst und mit einer Zinkperle versetzt. Danach werden 2 mL Lunges-Reagenz (Lösung von
Sulfanilsäure und α-Naphthylamin in 30%-iger Essigsäure) zugegeben. Eine Rotfärbung
(Azofarbstoff) zeigt das Vorhandensein von Nitrat an.
27
3. Kurstage
IX. Nachweis von Phosphationen
+
3 𝑍𝑟𝑂2+ (𝑎𝑞) + 4 𝑃𝑂43− (𝑎𝑞) + 6 𝐻3 𝑂(𝑎𝑞)
→ 𝑍𝑟3 (𝑃𝑂4 )4 (𝑠) ↓ + 3 𝐻2 𝑂(𝑙)
2 mL Natriumhydrogenphosphatlösung (bzw. die in verdünnter Salzsäure gelöste Analyse)
werden mit etwas konzentrierter Salzsäure angesäuert und mit Zirkonylchloridlösung
(ZrOCl2) versetzt. Ein farbloser, flockiger Niederschlag weist auf Phosphationen hin.
X. Nachweis von Sulfationen
𝑆𝑂42− (𝑎𝑞) + 𝐵𝑎2+ (𝑎𝑞) → 𝐵𝑎𝑆𝑂4 (𝑠) ↓
2 mL verdünnte Schwefelsäure (bzw. die in verdünnter Salzsäure gelöste Analyse) werden
mit etwas Bariumchloridlösung versetzt. Ein farbloser Niederschlag zeigt Sulfationen an
XI. Nachweis von Halogenid-Ionen
𝐻𝑁𝑂3
−
𝐴𝑔+ (𝑎𝑞) + 𝑋(𝑎𝑞)
→
𝐴𝑔𝑋(𝑎𝑞) ↓
a) 2 mL Natriumchloridlösung
b) 2 mL Natriumbromidlösung
c) 2 mL Kaliumiodidlösung
(bzw. die in verdünnter Salpetersäure gelöste Analyse) werden mit etwas verdünnter
Salpetersäure und etwas Silbernitratlösung versetzt.
Zu a):
Bei Anwesenheit von Chloridionen entsteht ein rein farbloser Niederschlag (wird
nach längerem Stehen durch Alterung gräulich).
Dieser ist löslich in verdünnter Ammoniaklösung.
Zu b):
Bei Anwesenheit von Bromidionen entsteht ein farbloser bis gelblich-grüner
Niederschlag.
Dieser ist löslich in konzentrierter Ammoniaklösung.
Zu c):
Bei Anwesenheit von Iodidionen entsteht ein gelblicher Niederschlag.
Dieser ist weder in verdünnter noch in konzentrierter Ammoniaklösung löslich.
28
3. Kurstage
XII. Nachweis von Bromid- und Iodid-Ionen
2 𝐵𝑟 − (𝑎𝑞) + 𝐶𝑙2 (𝑎𝑞) → 𝐵𝑟2 (𝑎𝑞) + 2 𝐶𝑙 − (𝑎𝑞)
2 𝐼 − (𝑎𝑞) + 𝐶𝑙2 (𝑎𝑞) → 𝐼2 (𝑎𝑞) + 2 𝐶𝑙 − (𝑎𝑞)
a) 2 mL Natriumbromidlösung
b) 2 mL Kaliumiodidlösung
(bzw. die in verdünnter Salpetersäure gelöste Analyse) werden mit etwas verdünnter
Salpetersäure versetzt. Die Lösung mit dann mit n-Pentanol überschichtet. Nun wird
tropfenweise Chlorwasser (Abzug!) zugegeben. Nach jeder Zugabe wird kräftig geschüttelt.
Zu a):
Bei Anwesenheit von Bromidionen färbt sich die organische Phase gelb-braun.
Zu b):
Bei Anwesenheit von Iodidionen färbt sich die organische Phase violett.
29
3. Kurstage
Die folgenden Versuche werden nicht durchführt, müssen aber in der Theorie (Klausur!)
beherrscht werden!
XIII. Nachweis von Quecksilber(II)-Ionen
𝐻𝑔2+ (𝑎𝑞) + 𝐶𝑢(𝑠) → 𝐻𝑔(𝑠) + 𝐶𝑢2+ (𝑠)
1 mL Quecksilber(II)-chloridlösung (bzw. die in verdünnter Salzsäure gelöste Analyse) wird in
ein kleines Standgefäß gegossen, in dem ein Stückchen Kupferblech liegt. Der auftretende
grauer bis silbrig-glänzender Überzug auf dem Kupferblech nennt man eine
Amalgamlegierung und weist auf Quecksilber(II)-Ionen hin.
XIV. Nachweis von Barium- und Blei(II)-Ionen
𝐻𝑂𝐴𝑐
𝐵𝑎2+ (𝑎𝑞) + 𝐶𝑟𝑂42− (𝑎𝑞) →
𝐻𝑂𝐴𝑐
𝑃𝑏2+ (𝑎𝑞) + 𝐶𝑟𝑂42− (𝑎𝑞) →
𝐵𝑎𝐶𝑟𝑂4 (𝑠) ↓
𝑃𝑏𝐶𝑟𝑂4 (𝑠) ↓
a) 2 mL Bariumchloridlösung
b) 2 mL Bei(II)-acetatlösung
(bzw. die in Essigsäure gelöste Analyse) werden mit etwas Kaliumchromatlösung versetzt.
Ein gelber Niederschlag weist auf Barium- oder Blei(II)-Ionen hin.
XV. Unterscheidung von Barium- und Blei(II)-Ionen
𝑃𝑏 2+ (𝑎𝑞) + 𝑆 2− (𝑎𝑞) → 𝑃𝑏𝑆(𝑠) ↓
Die Chromatniederschläge aus dem vorherigen Versuch werden abfiltriert, gut mit
deionisiertem Wasser ausgewaschen und in ein anderes Reagenzglas überführt. Dann
werden sie in etwas verdünnter Salzsäure gelöst und mit etwas H2S-Wasser versetzt. Nur
Blei(II)-Ionen bilden mit Sulfidionen einen schwerlöslichen schwarzen Niederschlag.
XVI. Nachweis von Mangan(II)-Ionen
𝐻𝑁𝑂3
2+
+
2𝑀𝑛(𝑎𝑞)
+ 5𝑃𝑏𝑂2 (𝑠) + 4𝐻3 𝑂(𝑎𝑞)
→
2+
2𝑀𝑛𝑂4− (𝑎𝑞) + 5𝑃𝑏(𝑎𝑞)
+ 2𝐻2 𝑂(𝑙)
Eine Spatelspitze Mangan(II)-sulfat (bzw. eine Spatelspitze der Analysensubstanz) wird mit
zwei Spatelspitzen Blei(IV)-oxid, 2 mL konzentrierter Salpetersäure und zwei Tropfen 1%-iger
Silbernitratlösung versetzt. Die Mischung wird anschließend unter Umschütteln erhitzt. Nach
Abkühlen der Mischung wird diese mit 1 mL deionisiertem Wasser verdünnt. Nach Absetzen
30
3. Kurstage
des überschüssigen Blei(IV)-oxids weist eine rot-violett gefärbte Lösung auf Mangan(II)Ionen hin.
Auswertung:
Analysen-Nr.:
Kationen:
Anionen:
(
) NH4+
(
) Ca2+
(
) Ba2+
(
) Mn2+
(
) Fe2+/3+
(
) Cu2+
(
) CO32-
(
) NO3-
(
) PO43-
(
) SO42-
(
) Cl-
(
) Br-
(
) I-
Zwischenprüfung
über allgemeine, physikalische und anorganische Chemie
(Gegenstandskatalog, Chemie für Mediziner, Stoff der ersten vier Kurstage).
15 Fragen
Zur Teilnahme an der Zwischenklausur ist die Vorlage der vollständig
unterzeichneten Teilnehmerkarte Voraussetzung. Geschieht dies nicht, so ist
auch eine Teilnahme an der Nachklausur ausgeschlossen!
Beachten Sie den Aushang!
31
3. Kurstage
Gegenstandskatalog zum 5. Kurstag
Chemische Bindung II:
Einfache Hybridorbitale (sp3-, sp2- und sp-Orbitale), räumlicher Bau einfacher Moleküle,
Isomerie, Projektionen.
Aliphaten:
Nomenklatur, homologe Reihe, Alkane, Cycloalkane, Alkene, Alkine, cis-/trans-Dekalin,
Steran.
Aromaten:
Nomenklatur, Mesomerie, kondensierte Aromaten.
Heterocyclen:
Tetrahydrofuran, Tetrahydropyran, Pyrrol, Imidazol, Pyridin, Pyrimidin, Purin, Indol, Thiazol,
Thiophen.
Konstitution:
Verzweigte Alkane, o-, m-, p-substituierte Aromaten.
Konfiguration:
cis-/trans-Isomerisierung an Ringsystemen, E/Z-Isomerie an Doppelbindungen.
Enantiomerie:
Asymmetrisch substituiertes C-Atom, Enantiomere/Diastereomere, Eigenschaften chiraler
Verbindungen, Nomenklatur chiraler Verbindungen.
Konformation:
Abgrenzung vom Begriff der Konfiguration, gestaffelt/ekliptisch (staggered/eclipsed), Sessel,
Wanne, Twist.
Ringspannung:
Torsionsspannung, Winkelspannung (Baeyer-Spannung), Pitzer-Spannung.
Projektionsformeln:
Keilstrich, Sägebock, Newman-Projektion.
32
3. Kurstage
Versuche zum 5. Kurstag
Während Sie im Teilbereich „Anorganische Chemie“ des Praktikums vorwiegend Ionen
kennengelernt haben, die (annähernd) kugelförmig gebaut sind und zwischen denen
ungerichtete Kräfte wirken, haben die Moleküle der Organischen Chemie vielfältige
Strukturen. Diese lassen sich unter anderem auf die Elektronenverteilung (Hybridisierung)
der beteiligten Atome (meistens Kohlenstoff) zurückführen und werden im Teilgebiet
„Stereochemie“ untersucht. Die Gestalt eines Moleküls ist für seine Eigenschaften ebenso
wichtig wie seine funktionellen Gruppen. Enzyme etwa erkennen das Substrat, mit dem sie
reagieren sollen, nicht nur anhand seiner funktionellen Gruppen, sondern auch an dessen
Form. Die Wirkungsweise vieler Drogen beruht z.B. auf ihrer räumlichen Ähnlichkeit mit
körpereigenen Stoffen.
Mit Bausteinen, die den verschieden hybridisierten Atomen nachempfunden sind, können
Sie (relativ) naturgetreue Modelle anfertigen.
Jeder Zweiergruppe steht für die folgenden Aufgaben ein Tablett mit passenden
Molekülmodellen zur Verfügung, mit denen die Struktur- und Stereochemie ausgewählter
Verbindungen erarbeitet werden soll.
Atome sind darin durch verschiedenfarbige Cluster aus Plastik mit Zapfen in den korrekten
Bindungswinkeln symbolisiert (z.B. Methan, Ethin).
Die Bindungen zwischen den Atomen werden durch verschieden lange Plastikröhrchen
dargestellt. Bei π-Bindungen werden biegsame Röhrchen verwendet. Die hergestellten
Modelle werden dem Tutor vorgelegt.
Bauelemente des Gerüstmodellsystems:
Cluster
Geometrie der
Zapfen
dargestellte
Hybridisierung
Verwendung zur
Darstellung von
tetraedrisch
trigonal bipyramidal
oktaedrisch
sp3
sp2
sp
einfach gebundenen
Atomen
doppelt gebundenen
Atomen
dreifach gebundenen
Atomen
33
3. Kurstage
Farben der Cluster für verschiedene Elemente:
Element
Clusterfarbe
C
schwarz
H
weiß
N
blau
O
rot
Cl
grün
Röhrchenlänge für verschiedene kovalente Bindungen:
1,5 cm
2,0 cm
2,5 cm
C-H
C=C
C-C
O-H
C=O
C-O
N-H
C=Naromatisch
C-Naliphatisch
N=O
Die Aufgabenblätter zum 5. Kurstag werden zu Beginn des Praktikums ausgeteilt. Verwenden
Sie zum Ausfüllen nur einen Bleistift! Bemühen Sie sich, sauber zu zeichnen. Die ausgefüllten
Aufgabenblätter müssen von jedem Praktikumsteilnehmer innerhalb von 2 Werktagen
abgegeben werden und richtig korrigiert bis zum nächsten Kurstag bei dem jeweiligen
Tagesassistenten vorliegen. Andernfalls wird der Inhalt des Kurstages in einem Testat
(15 - 20 Minuten) beim Tagesassistenten abgefragt!
34
3. Kurstage
Gegenstandskatalog zum 6. Kurstag
Funktionelle Gruppen, Reaktionen:
Name, Formel und Oxidationsstufe (am C-Atom) von Halogenverbindungen und Aminen,
Thiolen, Sulfiden, Disulfiden, Sulfonsäuren, Alkoholen, Ethern, Aldehyden, Ketonen,
Carbonsäuren, Carbonsäurederivaten, Nitrilen.
Reaktive Teilchen:
Radikal, Anion/Kation, Elektrophil/Nukleophil.
Nukleophile Substitution:
SN1 vs. SN2, Inversion, Retention.
Elektrophile Substitution an Aromaten:
Mesomerer und induktiver Effekt, dirigierende Wirkung,
Reaktionsgeschwindigkeiten (Substituenten 1. und 2. Ordnung).
Einfluss
auf
relative
Addition, Eliminierung:
Hydrierung,
Bromierung,
Hydratisierung,
Markownikoff-Regel,
Dehydrohalogenierung, Hofmann- und Saytzew-Produkt.
Polymerisierung,
Versuche zum 6. Kurstag
Allgemeine Hinweise zu den Versuchen:
Unbedingt Schutzbrille und Schutzkittel tragen, da mit stark ätzender Säure (konzentrierte
Schwefelsäure) gearbeitet wird! Bei Berührung mit der Haut die betroffene Stelle sofort mit
viel kaltem Wasser spülen.
Acetanhydrid (Essigsäureanhydrid) ist stark ätzend und riecht stechend nach Essigsäure.
Arbeiten Sie vorsichtig und verschließen Sie sofort alle Gefäße, die Acetanhydrid enthalten.
Lassen Sie keine Pipetten in den Vorratsflaschen stehen!
Die hergestellte Acetylsalicylsäure ist in dieser Reinheit nicht zur Einnahme geeignet!
35
3. Kurstage
I.
Darstellung von Acetylsalicylsöure (ASS)
Durchführung:
Die abgewogene Menge Salicylsäure (3,0 g, liegt in Form eines kleinen Päckchens aus) wird
in den Kolben gefüllt und im Abzug mit 4 mL Acetanhydrid versetzt. Verschließen Sie den
Kolben mit einem Stopfen. Geben Sie nun mit einer Pasteurpipette 4 Tropfen konzentrierte
Schwefelsäure hinzu und schwenken Sie um. Warten Sie ein paar Minuten und befestigen
Sie den Kolben am Rückflusskühler. Sichern Sie den Kolben mit einer Schliffklammer! Die
Reaktionsmischung sollte mindestens 30 Minuten im heißen Wasserbad bleiben.
Manchmal fällt in der Wärme bereits das Produkt aus. In diesem Fall gießen Sie den Inhalt
des Reaktionskolbens in ca. 20 mL Eiswasser. Sollte sich das Reaktionsprodukt nicht
vollständig aus dem Kolben entleeren lassen, so geben Sie ca. 10 mL Wasser in den Kolben
und gießen seinen Inhalt dann in das Eiswasser (stochern Sie bitte nicht mit dem Spatel im
Kolben herum).
Sollte das Produkt nach 30 Minuten Erhitzen nicht ausfallen, gießen Sie bitte den Inhalt das
Reaktionskolbens direkt in ca. 20 mL Eiswasser. Meist fällt das Produkt als farbloses Öl an.
Durch längeres Schwenken lässt sich das Produkt verfestigen.
Filtrieren Sie nun durch einen Faltenfilter und waschen den Rückstand so lange mit Wasser
bis er nicht mehr nach Essigsäure riecht. Zum Umkristallisieren geben Sie den Rückstand aus
dem Filter wieder in den Kolben und fügen ca. 5 mL einer Mischung aus Ethanol und Wasser
(1 : 1) hinzu. Erwärmen Sie die Mischung nun am Rückflusskühler im Wasserbad bis sich alles
(oder zumindest fast alles) gelöst hat und filtrieren Sie die noch heiße Lösung durch einen
Faltenfilter. Kühlen Sie nun das Filtrat bis die Acetylsalicylsäure ausfällt.
Auswertung:
a)
Wie viel Gramm Acetylsalicylsäure müssten Sie bei einer Ausbeute von 90% erhalten?
(M(Salicylsäure) = 138 g/mol; M(ASS) = 180 g/mol)
b)
Wiegen Sie Ihr getrocknetes Reaktionsprodukt! Wie groß ist Ihre Ausbeute?
c)
Fertigen Sie von Ihrem Produkt und von Acetylsalicylsäure p. a. ein
Dünnschichtchromatogramm mit dem Laufmittelgemisch Cyclohexan/Ethanol (10 : 3)
an, um seine Reinheit zu überprüfen.
36
3. Kurstage
II. Dünnschichtchromatographie eines Arzneimittels
Durchführung:
Sie erhalten verdünnte Lösungen von einer Analysensubstanz und drei Vergleichssubstanzen
sowie eine DC-Kammer mit einem geeigneten Laufmittel (nicht mit dem des Nachbarn
vertauschen). Sie tragen etwa 1 cm vom unteren Rand der DC-Folie 3 – 4 Tropfen der
Analysenlösung sowie daneben die Vergleichsproben punktförmig auf. Anschließend stellen
Sie die Folie senkrecht in die Kammer. Die Startlinie muss über dem Niveau des Laufmittels
im DC-Tank liegen! Wenn das Lösungsmittel bis ca. 0,5 cm unter den oberen Rand gelaufen
ist, nehmen Sie die DC-Folie heraus, lassen diese trocknen und betrachten sie unter der UVLampe. Markieren Sie die UV-aktiven Flecken mit einem Bleistift.
Sie sollen durch
identifizieren:
Dünnschichtchromatographie
37
eines
der
folgenden
Arzneimittel
3. Kurstage
Gegenstadnskatalog zum 7. Kurstag
Bezeichnung, Struktur, Eigenschaften, Darstellung, Reaktionen von:
Halogenverbindungen
(z.
B.
Chloroform,
DDT),
Aminen
(tertiäre/quartäre
Ammoniumverbindungen, Basizität), Thiolen, Sulfiden, Disulfiden, Sulfonsäuren, Alkoholen
(z.B.
Glycol,
Glycerin),
Ethern,
Phenolen
(Acidität,
Hydrochinon/Chinon,
Substituenteneinfluss auf das Redoxpotenzial), Aldehyden und Ketonen (Tautomerie, AldolReaktion, Umsetzung mit Ammoniak-Derivaten).
Versuche zum 7. Kurstag
Allgemeine Hinweise zu den Versuchen:
Für die organische Analyse gelten die gleichen Hinweise wie für die anorganische Analyse.
Darüber hinaus ist noch zu beachten:
I.
Organische Substanzen werden niemals im Reagenzglas über der offenen Flamme
erhitzt (Brand- und Explosionsgefahr!), sondern stets im Wasserbad!
II.
Sollte eine organische Lösung trotzdem einmal brennen, zuerst den Bunsenbrenner
ausstellen und dann, falls das Feuer nicht erlischt, den Feuerlöscher benutzen.
III.
Ersetzen Sie durch organische Substanzen verunreinigtes Wasser im Wasserbad durch
frisches.
IV.
Keine Geschmacksproben! Keine Geruchsproben!
V.
Organische Reaktionen brauchen Zeit, da normalerweise nicht Ionen-, sondern
Atombindungen reagieren.
38
3. Kurstage
Ihre Analyse enthält maximal zwei funktionelle Gruppen einer Substanzverbindung aus
folgender Aufstellung:
Halogen, aliphatische Doppelbindung, Phenol, Carbonsäure, Aldehyd, Keton.
Es kommen in der Analyse nicht zusammen vor: Aldehyd und Keton.
Ihre Analyse ist in jedem Fall löslich, entweder in Wasser, Ethanol oder Chloroform. Wie
üblich wird zu jedem Experiment nur ein Teil der Analysensubstanz gelöst (vgl. Kurstag 4).
Alle Nachweise sind zunächst mit entsprechenden Blindproben durchzuführen. Jede Gruppe
erhält 2 Proben, die analysiert werden müssen. Auf dem Etikett der Probengläschen steht
die Probennummer. Wenn der Nachweis V (Dinitrophenylhydrazon-Nachweis) positiv
ausfällt, so sind auch noch die Nachweise VI bis VIII durchzuführen. Bei der Auswertung
sollen die Probennummern und die in den Analysen gefundenen funktionellen Gruppen
angegeben werden.
I.
Beilsteinprobe auf Halogene
In der entleuchteten Bunsenbrennerflamme wird ein Kupferblech sorgfältig ausgeglüht.
Nach dem Abkühlen(!) wird etwas Chloralhydrat (bzw. Analysensubstanz) auf das
Kupferblech gebracht und dieses wieder in die Flamme gehalten. Die entstehenden
flüchtigen Kupfer(I)-halogenide verursachen eine deutliche grüne Flammenfärbung.
II. Hinweis auf aliphatische Doppelbindungen
a)
1 mL Cyclohexen (bzw. die gelöste Analyse) wird mit etwas Bromwasser versetzt und
geschüttelt. Das schnelle Verschwinden der braunen Farbe des Broms deutet auf
aliphatische Doppelbindungen hin.
b)
1 mL Cyclohexen (bzw. die gelöste Analyse) wird mit einer schwach alkalischen
Kaliumpermangantlösung versetzt und geschüttelt. Das schnelle Verschwinden der
violetten Farbe deutet auf aliphatische Doppelbindungen hin.
39
3. Kurstage
III. Hinweis auf Phenole
2 mL einer wässrigen Phenollösung (bzw. einer methanolischen Lösung der Analyse) werden
mit einigen Tropfen Eisen(III)-chloridlösung versetzt.
Farben des Phenolnachweises mit 0,1% FeCl3-Lösung:
Wasser
Methanol
Benzcatechin
Pyrogallol
grün (Blaustich)
beim Eintropfen blau, entfärbt sich schnell,
Endfarbe rötlich bis rostbraun
Vanillinsäure
Phloroglucin
Vanillin
Salicylsäure
gelb
blau (Violettstich)
blau
rotviolett
grün
beim Eintropfen schwach blau,
schlägt ins Grünliche um,
Endfarbe rostbraun
dunkelgelb
grünlich (Blaustich)
grünlich (Gelbstich)
blauviolett
Beachten Sie, dass Eisen(III)-chloridlösung selbst eine gelbe Färbung besitzt!
IV. Hinweis auf Carbonsäuren
1 Tropfen einer wässrigen Oxalsäurelösung (bzw. der gelösten Analyse) wird mit einem
Glasstab auf ein mit Wasser befeuchtetes Stück pH-Papier gebracht. Eine Rötung des pHPapiers (kann ggf. erst nach einigen Minuten eintreten) weist bei Abwesenheit von
Phenolen auf Carbonsäuren hin.
40
3. Kurstage
V. Hinweis auf Aldehyde und Ketone
3 mL 2,4-Dinitrophenylhydrazoniumperchlorat-Lösung (2,4-Dinitrophenylhydrazin, gelöst in
Perchlorsäure) werden mit deionisiertem Wasser auf das doppelte Volumen verdünnt. Unter
Umschütteln wird die Reagenslösung mit einer methanolischen Lösung von Aceton (bzw. der
Analyse) versetzt. Das Auftreten eines gelben bis roten Niederschlags weist auf aldehydische
oder ketonische Carbonylgruppen hin.
VI. Nachweis von Aldehyden mit Fehling’scher Lösung
Versetzen Sie ein Gemisch aus gleichen Volumina Fehling’scher Lösung I (Kupfersulfatlösung)
und Fehling’scher Lösung II (Kaliumnatriumtartrat in Natronlauge) mit etwas methanolischer
Lösung von Butanal (bzw. der Analyse). Erwärmen Sie die Reaktionslösung für 10 Minuten im
Wasserbad. Die Bildung eines roten Niederschlags von Kupfer(I)-oxid weist auf aldehydische
Carbonylgruppen hin. Bei aromatischen Aldehyden funktioniert dieser Nachweis
normalerweise nicht.
VII. Nachweis von Aldehyden mit fuchsinschwefliger Säure
Bitte führen Sie den Blindversuch hier gleichzeitig mit dem Nachweis durch!
Versetzen Sie eine methanolische Lösung von Butanal (bzw. ein wenig in Ethanol gelöste
Analyse) mit ca. 2 mL fuchsinschwefliger Säure. Erwärmen Sie die Reaktionsmischung ca.
5 Minuten im Wasserbad. Der Nachweis ist dann positiv, wenn sich die Lösung rosa bis
violett verfärbt.
41
3. Kurstage
VIII. Nachweis von Aldehyden durch die Probe nach Tollens
Zu 1 mL einer Silbernitrat-Lösung fügen Sie Ammoniaklösung hinzu bis sich der gebildete
Niederschlag wieder aufgelöst hat. Anschließend geben Sie tropfenweise Natronlauge zu
und dann Ammoniak-Lösung bis sich der gebildete Niederschlag gerade wieder gelöst hat.
Ein Überschuss Ammoniak-Lösung ist zu vermeiden. Die Lösung wird zu gleichen Teilen auf
zwei Reagenzgläser verteilt, mit ethanolischer Butanallösug (bzw. der gelösten Analyse)
versetzt und im Wasserbad erhitzt. Das Ausfallen von elementarem Silber (bei besonders
sorgfältigem Arbeiten als metallisch glänzender Silberspiegel an der Wand des
Reagenzgases) weist auf Aldehyde hin.
Die folgenden Versuche werden nicht durchführt, müssen aber in der Theorie (Klausur!)
beherrscht werden!
IX. Hinweis auf primäre aromatische Amine
Etwas Anilinhydrochlorid (bzw. Analyse) wird in 2 mL verdünnter Salzsäure gelöst und in
Eiswasser gekühlt. Anschließend wird 1 Tropfen einer konzentrierten Natriumnitritlösung
hinzu getropft. Nach einigen Minuten wird zu der kalten Reaktionslösung solange Harnstoff
zur Entfernung des überschüssigen Nitrits gegeben bis keine Gasentwicklung mehr auftritt.
Dann werden unter Eiskühlung einige Tropfen N,N-Dimethylanilin als Kupplungskomponente
zugesetzt. Nach langsamem Erwärmen auf Raumtemperatur zeigt eine sich nach und nach
vertiefende Rotfärbung die Anwesenheit eines primären aromatischen Amins an.
42
3. Kurstage
X. Hinweis auf sekundäre Amine
Je eine Spatelspitze Diethylaminhydrochlorid (bzw. Analyse) und festes Natriumnitrit werden
mit 2 mL verdünnter Essigsäure versetzt und kurz mit dem Bunsenbrenner erwärmt. Die
Abscheidung von gelblichen Tröpfchen des Nitrosamins an der Oberfläche der wässrigen
Phase weist auf sekundäre Amine hin.
Auswertung:
1. Analysen-Nr.:
(
) Halogen
(
) Alken
(
) Phenol
(
) Carbonsäure
(
) Aldehyd
(
) Keton
2. Analysen-Nr.:
(
) Halogen
(
) Alken
(
) Phenol
(
) Carbonsäure
(
) Aldehyd
(
) Keton
43
3. Kurstage
Gegenstandskatalog zum 8. Kurstag
Carbonsäuren:
Acidität, Tenside, Fette, Seifen.
Carbonsäurederivate:
Halogenide, Amide, Anhydride, Ester, Nitrile.
Kohlensäurederivate:
Phosgen, Kohlensäureester, Harnstoff (Urethane), Barbitursäure, Guanidin.
Hydroxy- und Ketocarbonsäuren:
Redoxreaktionen, Tautomerie, Decarboxylierung.
Reinigungs- und Trennverfahren:
Reinheitskriterien, Festpunkt, Siedepunkt, Brechungsindex, Rf-Wert, Drehwert, IR- und
UV/Vis-Spektroskopie, Destillation, Sublimation, Gefriertrocknung, Kristallisation, Extraktion,
Chromatographie, Ionenaustausch, Elektrophorese, Gelfiltration, Osmose, Dialyse,
Membrangleichgewicht (Donnan-Beziehung).
Stereoisomerie:
D/L-Nomenklatur, Fischerprojektion, R/S-Nomenklatur, meso-Verbindungen, Diastereomere.
Bezeichnung, Struktur und Eigenschaften von:
Aminosäuren (alle 20 proteinogenen, isoelektrischer Punkt, Peptidbindung,
Aminosäuresequenz,
Eiweiß,
Primär-/Sekundär-/Tertiärstruktur
von
Proteinen),
Kohlenhydraten (Klassifizierung nach C-Zahl, Ringgröße, funktionelle Gruppen, HaworthProjektion, α- und β-Form, Glycosid-Bindung, höhere Saccharide), Phosphorsäureestern
(AMP, c-AMP, ADP, ATP, Hydrolyse, Energetik), Alkaloiden, Steroiden, Nukleinsäuren (Purinund Pyrimidinbasen, DNA-Struktur, Doppelhelix), Fetten.
44
3. Kurstage
Versuch zum 8. Kurstag: Analyse eines Aminosäuregemisches
Durchführung:
Sie erhalten eine Analysensubstanz, welche zwei unterschiedliche Aminosäuren enthält,
sowie fünf Vergleichssubstanzen. Sie tragen etwa 1 cm vom unteren Rand der DC-Folie 3 – 4
Tropfen der Analysenlösung sowie daneben die Vergleichsproben punktförmig auf.
Anschließend stellen Sie die Folie senkrecht in die vorbereitete DC-Kammer mit geeignetem
Laufmittel. Die Startlinie muss über dem Niveau des Laufmittels im DC-Tank liegen! Wenn
das Lösungsmittel bis ca. 0,5 cm unter den oberen Rand gelaufen ist, nehmen Sie die DCFolie heraus und lassen diese trocknen. Die getrocknete Platte wird mit Ninhydrin-Reagenz
besprüht (Handschuhe!) und zur Entwicklung mit einem Heißluftföhn getrocknet (Vorsicht!).
Bei unklarer Entwicklung empfiehlt es sich, nochmals mit wenig Ninhydrin-Reagenz
anzufärben.
Sie sollen durch
identifizieren:
Dünnschichtchromatographie
zwei
der
folgenden
Auswertung:
Analysen-Nr.:
(
) Glycin (
) Alanin (
) Leucin (
) Prolin (
45
) Asparaginsäure
Aminosäuren
3. Kurstage
Aufgaben zum 8. Kurstag
In der Zeit, in der die Chromatogramme angefertigt werden, soll die Stereochemie wichtiger
Naturstoffe anhand von Modellverbindungen erarbeitet werden.
Aufgabe 1
Zeichnen Sie die Moleküle in räumlicher Darstellungsweise. Das Chiralitätszentrum wird
markiert und die Substituenten nach der Cahn-Ingold-Prelog-Regel (Keil-Strich-Formel,
niedrigste Priorität nach hinten!) gewichtet. Geben Sie nach fallender Priorität die Folge der
Substituenten an, und entscheiden Sie, welche Konfiguration (D/L- und R/S-Nomenklatur!)
im Einzelnen vorliegt.
(D/L-Nomenklatur)
(R/S-Nomenklatur)
Reihenfolge der Substituenten nach fallender Priorität:
>
>
46
>
3. Kurstage
Aufgabe 2
Zeichnen Sie die Mannose in der Fischer-Projektion und die α/β–D-Galactopyranose in der
Haworthformel sowie der Konformationsformel. Als Beispielmodelle können die
nachstehenden Formeln der D-Glucose und der α/β-D-Glucopyranose dienen.
D-Glucose
α-D-Glucopyranose
β-D-Glucopyranose
offenkettig
Halbacetal
Halbacetal
Fischer-Projektion
Haworth-Projektion
Konformationsformel
Worauf beziehen sich jeweils die Bezeichnungen „D/L“ sowie „α/β“?
D:
α:
β:
Wie viele Chiralitätszentren liegen vor in der
a) offenkettigen Form?
b) Pyranoseform?
47
3. Kurstage
Aufgabe 3
Während die einfachste Aminosäure, das Glycin, kein Chiralitätszentrum besitzt, sind alle
anderen α-Aminosäuren chiral. Von einigen Ausnahmen abgesehen, besitzen alle natürlich
vorkommenden α-Aminosäuren eine L-Konfiguration. Konstruieren Sie die Fischerprojektion
der beiden Antipoden des Alanins in der Zwitterionenform.
Abschlussprüfung
über organische Chemie
(Gegenstandskatalog, Chemie für Mediziner, Stoff der Kurstage 5 bis 8).
30 Fragen
Zur Teilnahme an der Abschlussklausur ist die Vorlage der vollständig
unterzeichneten Teilnehmerkarte Voraussetzung. Geschieht dies nicht, so ist
auch eine Teilnahme an der Nachklausur ausgeschlossen!
Beachten Sie den Aushang!
48
4. Stoffsammlung
4. Stoffsammlung
Sie sollen die Strukturformeln und Gruppenzugehörigkeit folgender Verbindungen angeben
können (siehe auch Gegenstandskatalog!):
Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, Buttersäure, Acrylsäure, Crotonsäure, Milchsäure,
Weinsäure, Brenztraubensäure, Acetessigsäure, Oxalsäure, Malonsäure, Bernsteinsäure,
Glutarsäure, Fumarsäure, Maleinsäure, alle 20 proteinogenen Aminosäuren, Benzoesäure,
p-Aminobenzoesäure, Salicylsäure, Phthalsäure, Phosgen, Harnstoff, Barbitursäure,
Guanidin, Pyrrol, Imidazol, Pyridin, Pyrimidin, Purin, Indol, Thiazol, Tetrahydrofuran,
Tetrahydropyran, Glycerinaldehyd, Dihydroxyaceton, Glucose.
Sie sollen die Zugehörigkeit der folgenden Verbindungen zu den angegebenen
Verbindungsklassen kennen:
gesättigte Monocarbonsäuren:
Valeriansäure, Palmitinsäure, Stearinsäure.
ungesättigte Monocarbonsäuren:
Ölsäure, Elaidinsäure, Linolsäure, α- und γ-Linolensäure,
Arachidonsäure, Eicosapentaensäure,
Docosahexaensäure.
Hydroxycarbonsäuren:
Glycerinsäure, Milchsäure, Äpfelsäure, Glucuronsäure,
3-Hydroxybuttersäure, Citronensäure.
Ketocarbonsäuren:
Oxalessigsäure, α-Ketoglutarsäure, Brenztraubensäure.
Monosaccharide:
Ribose, Desoxyribose, Erythrose, Xylose, Fructose,
Galactose, Glucose, Glucosamin, N-Acetylglucosamin.
Disaccharide:
Rohrzucker bzw. Saccharose, Maltose, Cellobiose,
Lactose, Lactulose.
Polysaccharide:
Amylose, Amylopektin, Cellulose, Glycogen.
Peptide:
Insulin, Glucagon, Calcitonin, Glutathion, Gramicidin A.
Proteine:
Hämoglobin, Myoglobin, Albumin.
Alkaloide:
Coffein, Chinin, Nicotin, Morphin, Atropin, Scopolamin,
Cocain.
Steroide:
Cholesterin, Testosteron, Androsteron, Oestradiol,
Progesteron, Cortison, Gallensäuren.
Nucleinsäuren:
DNA (Desoxyribonucleinsäure), RNA (Ribonucleinsäure)
49
4. Stoffsammlung
4.1 Einige wichtige Definitionen
Orbital:
Ein Orbital ist die Wellenfunktion gleicher Aufenthaltswahrscheinlichkeit bzw. Ladungsdichte
eines Elektrons mit bestimmtem energetischen Zustand.
Grundgesetze:
a)
Gesetz von der Erhaltung der Masse:
Bei chemischen Vorgängen ist die Gesamtmasse der Ausgangsstoffe gleich der Gesamtmasse
der Reaktionsprodukte.
b)
Gesetz der konstanten Proportionen:
Elemente verbinden sich miteinander in konstanten Massenverhältnissen.
c)
Gesetz von den multiplen Proportionen:
Bilden zwei Elemente miteinander mehrere Verbindungen, so stehen die
Massenverhältnisse, mit denen die Elemente in diesen Verbindungen auftreten, zueinander
im Verhältnis kleiner ganzer Zahlen.
d)
Gesetz von Avogadro:
Gleiche Volumina idealer Gase enthalten bei gleichem Druck und gleicher Temperatur die
gleiche Anzahl von Teilchen.
Elektrolytische Dissoziation:
Die freie Beweglichkeit der Ionen ionogen aufgebauter Verbindungen im Lösungsmittel bzw.
die Bildung von Ionen bei der Säure-Base-Reaktionen einer molekular aufgebauten Säure
bzw. Base mit dem Lösungsmittel (Wasser).
Elektrolyse:
Die erzwungene Entladung von Ionen an Elektroden durch elektrischen Gleichstrom.
Säure - Base - Definition nach Brønsted:
a) Säuren sind Protonendonatoren (Protonenspender)
b) Basen sind Protonenakzeptoren (Protonenempfänger).
Ampholyt:
Chemische Verbindung, die je nach Partner als Brønsted-Säure oder Brønsted-Base reagiert.
50
4. Stoffsammlung
Neutralisation:
Die Reaktion einer Säure mit einer Base unter Bildung des Lösungsmittels (Wasser).
Oxidationszahl:
Der Formalismus der Oxidationszahlen ist besonders bei der Beschreibung von
Redoxvorgängen wichtig. Die Oxidationszahl gibt an, wie viele Elektronen ein neutrales Atom
innerhalb einer Verbindung aufgenommen bzw. abgegeben hat, wenn alle Nachbaratome
mit ihren gemeinsamen Elektronenpaaren entfernt werden würden. Sie entspricht somit der
hypothetischen Ionenladung eines Atoms in einem Molekül, bzw. der tatsächlichen Ladung
einatomiger Ionen.
Prinzip von Le Chatelier-Brown („Prinzip vom kleinsten Zwang“):
Wird auf ein Gleichgewichtssystem ein Zwang ausgeübt, ist das System bestrebt, diesem
Zwang durch Gleichgewichtsverschiebung auszuweichen.
Hydratation:
Anlagerung von Wassermolekülen an Ionen oder Moleküle, die in Wasser gelöst sind.
Hydrolyse:
Zerlegung kovalenter Bindungen eines Stoffes durch Wasser bzw. durch dessen Bestandteile
H+ und OH-. (Die Reaktion von Ionen mit Wasser ist eine einfache Säure-Base-Reaktion und
sollte nicht als Hydrolyse bezeichnet werden).
Nernst'scher Verteilungssatz:
Verteilt sich ein Stoff zwischen zwei Flüssigkeitsphasen entsprechend seiner Affinität zu den
Flüssigkeiten, so entsteht ein Gleichgewicht nach der folgenden Beziehung:
𝑋𝑢𝑛𝑡𝑒𝑟𝑒 𝑃ℎ𝑎𝑠𝑒
𝑋𝑜𝑏𝑒𝑟𝑒 𝑃ℎ𝑎𝑠𝑒
Diese wird beschrieben durch den Verteilungskoeffizienten K, für den gilt:
𝐾=
[𝑋𝑜𝑏𝑒𝑟𝑒 𝑃ℎ𝑎𝑠𝑒 ]
[𝑋𝑢𝑛𝑡𝑒𝑟𝑒 𝑃ℎ𝑎𝑠𝑒 ]
51
4. Stoffsammlung
Der Dissoziationsgrad α:
Gibt an, welcher Bruchteil der insgesamt gelösten Moleküle einer Substanz dissoziiert ist.
𝛼=
𝐴𝑛𝑧𝑎ℎ𝑙 𝑑𝑒𝑟 𝑑𝑖𝑠𝑠𝑜𝑧𝑖𝑖𝑒𝑟𝑡𝑒𝑛 𝑀𝑜𝑙𝑒𝑘ü𝑙𝑒
𝐺𝑒𝑠𝑎𝑚𝑡𝑧𝑎ℎ𝑙 𝑑𝑒𝑟 𝑀𝑜𝑙𝑒𝑘ü𝑙𝑒
α ist keine Konstante, sondern bei gegebener Temperatur von der Konzentration abhängig.
Bei Verdünnung nimmt α zu. α kann nur Werte zwischen 0 (keine Dissoziation) und 1
(vollständige Dissoziation) annehmen.
pH-Wert:
Der pH-Wert ist ein Maß für die H3O+-Ionenkonzentration einer Lösung. Er ist gleich dem
negativen dekadischen Logarithmus der H3O+-Ionenkonzentration.
𝑝𝐻 = −𝑙𝑔[𝐻3 𝑂+ ]
pKS-Wert:
der negative dekadische Logarithmus der Massenwirkungskonstanten der Reaktion einer
Säure mit dem Lösungsmittel (Wasser).
Fließgleichgewicht:
Ein Fließgleichgewicht liegt bei offenen Systemen vor, in welche Substanzen eingebracht
werden, sie durchlaufen (reagieren) und wieder verlassen. Es ist gekennzeichnet durch die
konstante Gesamtreaktionsgeschwindigkeit und die konstanten Konzentrationen der
Reaktionspartner. Es ist kein dynamisches Gleichgewicht.
System:
Der Bereich, in dem eine Untersuchung stattfindet.
Bei offenen Systemen kann ein freier Austausch von Masse und Energie über die Grenzen
des Systems hinweg stattfinden, bei geschlossenen Systemen nur ein Austausch von Energie.
Bei isolierten, abgeschlossenen Systemen findet weder ein Austausch von Masse noch von
Energie statt.
Puffer:
Lösungen äquimolarer Mengen einer schwachen Brønstedt-Säure und ihrer
korrespondierenden Base. Sie haben die Eigenschaft, bei Zusatz von H+- oder OH--Ionen oder
bei Verdünnung den pH-Wert weitgehend konstant zu halten.
52
4. Stoffsammlung
Entropie S:
Ein Maß für die „Unordnung“ der Materie. Sie ist ein Maß für die Energie, die nicht in
nutzbare Arbeit umgewandelt werden kann, sondern prinzipiell als Wärme verloren geht.
Normal-Wasserstoffelektrode:
Eine Platinelektrode, die in eine 1 N Protonenlösung eintaucht und von Wasserstoffgas von
1 atm Druck umspült wird. Ihr Normalpotenzial ist definitionsgemäß null.
Normalpotenzial:
Das Normalpotenzial eines korrespondierenden Redoxpaares liegt vor, wenn die
Messelektrode in eine 1 M Lösung der Reaktionspartner eintaucht und wenn gegen die
Normalwasserstoffelektrode gemessen wird. Es ist ein Maß für die Tendenz des
Redoxpaares, gegenüber dem Standardsystem der Normalwasserstoffelektrode als
Reduktions- oder Oxidationsmittel zu wirken.
Spannungsreihe:
Die Spannungsreihe wird von korrespondierenden Redoxpaaren gebildet, die nach
steigenden Normalpotentialen geordnet werden.
Destillation:
Die Trennung eines Substanzgemisches aufgrund unterschiedlicher Siedepunkte.
Sublimation:
Der direkte Übergang eines Stoffes vom festen in den gasförmigen Zustand.
Gefriertrocknung
Bei der Gefriertrocknung wird eine tiefgefrorene Substanz durch Sublimation des Eises im
Hochvakuum schonend getrocknet.
Umkristallisation:
Die Trennung von Substanzen aufgrund unterschiedlicher Löslichkeit.
Extraktion:
Die Trennung von Substanzen
Verteilungskoeffizienten.
aufgrund
ihrer
unterschiedlichen
Nernst'schen
Verteilungschromatographie:
Von Verteilungschromatographie spricht man, wenn ein Substanzgemisch aufgrund
unterschiedlicher Verteilung zwischen einer flüssigen stationären Phase und einer mobilen
Phase getrennt wird.
53
4. Stoffsammlung
Adsorptionschromatographie:
Von Adsorptionschromatographie spricht man, wenn ein Substanzgemisch aufgrund
unterschiedlicher Adsorption an einer festen stationären Phase bzw. unterschiedlicher
Desorption durch die mobile Phase getrennt wird.
Gelfiltration:
Trennung aufgrund unterschiedlicher Molekülgröße.
Ionenaustauscher:
Im Allgemeinen organische Makromoleküle, in die positive (-NR3+) oder negativ geladene
(-SO3-)-Gruppen eingebaut sind. Mit ihnen können gelöste Ionen durch Ionen gleicher
Ladung ersetzt werden.
Dialyse:
Filtration und Diffusion durch Membranen zur Trennung nach Molekülgröße.
Elektrophorese:
Die Trennung von geladenen Molekülen
unterschiedlicher Ladung und Masse.
im
elektrischen
Gleichfeld
aufgrund
IR - Spektroskopie:
IR-Licht regt Schwingungen der Atome und Atomgruppen im Molekül an, wobei das IR-Licht
absorbiert wird.
UV-Spektroskopie:
UV-Licht regt π-Elektronen an und wird absorbiert.
Polykondensation
Bei der Polykondensation treten Moleküle unter Abspaltung von meist H2O oder NH3 zum
Makromolekül zusammen (s. Polyester).
Polymerisation:
Die Verknüpfung vieler gleicher Einheiten mit C-C-Mehrfachbindung (Monomere) zu
Makromolekülen (Polymere) unter Aufhebung der Mehrfachbindung.
Homologe Reihe:
In der homologen Reihe sind organische Verbindungen mit steigender C-Atomzahl geordnet.
Jedes Glied dieser Reihe ergibt sich aus dem vorhergehenden durch Einfügen des
Bauelements –CH2– in die Kette. Innerhalb der homologen Reihe ändern sich die
physikalischen Eigenschaften gesetzmäßig.
54
4. Stoffsammlung
Isomerie:
Moleküle mit gleicher Summen-, aber verschiedener Strukturformel. Sie haben verschiedene
physikalische und chemische Eigenschaften.
Konstitutionsisomerie:
Isomerie, die auf der unterschiedlichen Verknüpfung der Atome beruht, z.B. CH3CH2OH und
CH3OCH3.
Stereoisomerie:
Isomerie, die durch unterschiedliche räumliche Anordnung der Atome hervorgerufen wird.
cis/trans-Isomerie:
Ein Spezialfall der Stereoisomerie. Diese Isomerie wird durch Bauelemente verursacht, die
nicht frei rotieren können, z.B. im Cyclohexanring. Man spricht von cis-Isomeren, wenn die
Substituenten auf derselben Seite liegen. Bei trans-Isomeren liegen sie auf verschiedenen
Seiten.
E/Z-Isomerie:
Ähnlich der cis/trans-Isomerie bei Ringsystemen ist die E/Z-Isomerie bei Doppelbindungen,
was häufig zu Verwechslungen führt. Befinden sich die Substituenten gleicher Priorität
(CIP-Regeln!) auf derselben Seite der Doppelbindung, so liegt das Z-Isomer vor (Z von
„zusammen“), befinden sie sich auf verschiedenen Seiten, so liegt das E-Isomer vor (E von
„entgegen“).
Enantiomerie oder Spiegelbildisomerie:
Tritt bei Molekülen auf, die durch Drehungen nicht mit ihrem Spiegelbild zur Deckung
gebracht werden können (wie linke und rechte Hand). Spiegelbildisomerie wird u.a. von
einem asymmetrisch substituierten Kohlenstoffatom verursacht, d. h. einem C-Atom mit
vier verschiedenen Substituenten. Spiegelbildisomere sind optisch aktiv. Sie drehen die
Schwingungsebene von linear polarisiertem Licht um denselben Betrag, aber mit
entgegengesetztem Drehsinn.
Diastereomerie:
Lassen sich Stereoisomere durch keinerlei Symmetrieoperation zur Deckung bringen und
sind sie auch keine Enantiomeren, so sind sie diasteromer. Diastereomere unterscheiden
sich in der Konfiguration mindestens eines Asymmetriezentrums.
Konstitution:
Die Konstitution gibt an, welche Atome oder Atomgruppen miteinander verknüpft sind.
55
4. Stoffsammlung
Konfiguration und Konformation:
Geben die räumliche Anordnung von Atomen und Atomgruppen an. Um
Konfigurationsisomere ineinander zu überführen, müssen Bindungen gebrochen und wieder
geknüpft werden (vgl. z.B. E- und Z-But-2-en). Konformere wandeln sich durch bloße
Drehungen um Einfachbindungen ineinander um.
Tautomerie:
Liegt bei Wanderung eines Protons unter gleichzeitiger Verschiebung einer Doppelbindung
vor (Spezialfall der Konstitutionsisomerie).
Mutarotation:
Unter Mutarotation versteht man die kontinuierliche Änderung des Drehwertes durch
Einstellung eines Gleichgewichts zwischen mindestens zwei Diastereomeren, z.B.
α-D-Glucose und β-D-Glucose.
Radikale:
Moleküle und Atome mit einem einzelnen, ungepaarten Elektron, welches erhöhte
Reaktivität bedingt.
Markownikoff-Regel:
Bei der elektrophilen Addition von Protonensäuren an Alkene tritt das Proton an das
wasserstoffreichste Kohlenstoffatom der Doppelbindung.
Erlenmeyer-Regel:
Mehr als eine OH-Gruppe liegt an einem C-Atom im Allgemeinen nicht vor. Ausnahmen
bilden lediglich Verbindungen, die in α-Stellung stark elektronenziehende Gruppen besitzen
(-I-Effekt oder -M-Effekt).
Racemat:
Ein äquimolares Gemisch aus (R)- und (S)-Form von Enantiomeren. Es ist optisch inaktiv.
Mesomerie:
Ein Molekülzustand, der zwischen bestimmten Grenzstrukturen liegt. Er beruht auf der
Delokalisation von π-Elektronen. Die Grenzstrukturen selbst liegen nicht vor!
56
4. Stoffsammlung
I-Effekt:
Der induktive Effekt beruht auf der unterschiedlichen Elektronegativität zweier
Bindungspartner. Ein elektronegativeres Atom übt einen −I-Effekt aus, so dass sich die
Elektronendichte des anderen Atoms verringert. Bei einem +I-Effekt werden die Elektronen
vom einem Atom „weggeschoben“ und somit wird die Elektronendichte am anderen Atom
erhöht.
M-Effekt:
Der mesomere Effekt beschreibt die Fähigkeit, die Elektronendichte in einem
π-Elektronensystem zu verändern. Die Erhöhung bzw. Verringerung der Elektronendichte
erfolgt durch Mesomerie, also über die Ausbildung von π-Bindungen durch Beteiligung von
freien Elektronenpaaren des Substituenten bzw. Aufnahme von π-Elektronen durch den
Substituenten. Im Falle von π-Elektronendonatoren spricht man von einem
elektronenliefernden mesomeren Effekt (+M-Effekt), bei π-Elektronenakzeptoren von einem
elektronenziehenden mesomeren Effekt (-M-Effekt).
Substituent 1. Ordnung:
Bei der elektrophilen aromatischen Zweitsubstitution dirigieren Substituenten 1. Ordnung in
ortho- oder para-Stellung. Substituenten 1. Ordnung sind Substituenten mit mindestens
einem freien Elektronenpaar in Konjugation zum Benzen-Kern (+M-Effekt) oder Alkylgruppen
(+I-Effekt).
Substituent 2. Ordnung:
Bei der elektrophilen aromatischen Zweitsubstitution dirigieren Substituenten 2. Ordnung in
meta-Stellung. Substituenten 2. Ordnung sind Substituenten mit mindestens einer
Mehrfachbindung in Konjugation zum Benzenkern (-M-Effekt).
Hydrophob = wasserabweisend
Hydrophil = wasserfreundlich
Lipophob = fettabweisend = wasserfreundlich
Lipophil = fettfreundlich = wasserabweisend
Elektrophil = elektronensuchend, d.h. mit negativen Ladungen reagierend
Nucleophil = kernsuchend, d.h. mit positiven Ladungen reagierend
57
4. Stoffsammlung
Funktionelle Gruppe:
Ort erhöhter Reaktivität im Molekül. Nach den funktionellen Gruppen werden die
Stoffklassen benannt.
Pitzer-Spannung:
Eine konformationsbedingte Spannung, welche durch die räumliche Annäherung der Atome
hervorgerufen wird.
Baeyer-Spannung:
Spannung, die durch Abweichung vom Tetraeder-Winkel bei der Zyklisierung von
Kohlenwasserstoffen entsteht.
Addition:
Bei einer Addition wird ein Molekül an eine Mehrfachbindung unter Auflösung dieser
Mehrfachbindung angelagert.
Eliminierung:
Bei einer Eliminierung wird aus einem Molekül ein kleineres Molekül unter Ausbildung einer
Mehrfachbindung abgespalten.
Substitution:
Bei Substitutionsreaktionen wird in einem Molekül ein Atom oder eine Atomgruppe durch
eine andere ersetzt.
Sequenz:
Die Abfolge von α-Aminosäuren in einer Peptid-Kette (= Primärstruktur).
Aromaten:
Aromatische Verbindungen sind Systeme mit cyclischer Konjugation der Doppelbindung. Die
Aromaten sind eben und liegen ausschließlich in einem mesomeren energiearmen Zustand
vor.
Chinone:
Diketone mit cyclischer Konjugation.
58
4. Stoffsammlung
Isoelektrischer Punkt:
Am isoelektrischen Punkt liegt eine Aminosäure praktisch vollständig in der Betainstruktur
vor. Die Löslichkeit in Wasser ist dann minimal, die Konzentration der Zwitterionen maximal.
Allgemein gilt:
𝑖𝑠𝑜𝑒𝑙𝑒𝑘𝑡𝑟𝑖𝑠𝑐ℎ𝑒𝑟 𝑃𝑢𝑛𝑘𝑡 =
𝑝𝐾𝑆1 + 𝑝𝐾𝑆2
2
Rf-Wert:
Maß für die Wanderungsgeschwindigkeit einer Verbindung bei einer chromatographischen
Trennung.
𝑅𝑓 =
𝐿𝑎𝑢𝑓𝑠𝑡𝑟𝑒𝑐𝑘𝑒 𝑑𝑒𝑟 𝑆𝑢𝑏𝑠𝑡𝑎𝑛𝑧 𝑖𝑛 𝑐𝑚
𝐿𝑎𝑢𝑓𝑠𝑡𝑟𝑒𝑐𝑘𝑒 𝑑𝑒𝑟 𝑚𝑜𝑏𝑖𝑙𝑒𝑛 𝑃ℎ𝑎𝑠𝑒 𝑖𝑛 𝑐𝑚
59
4. Stoffsammlung
4.2 Reaktionsmechanismen der Organischen Chemie (vereinfacht dargestellt!)
Radikalische Substitution
a)
Startreaktion:
b)
Kettenwachstum/Fortpflanzung:
c)
Abbruch-Reaktion:
Nucleophile Substitution am gesättigten C-Atom (SN-Reaktion)
a)
Monomolekularer Ablauf (SN1)
b)
Bimolekularer Ablauf (SN2)
mit Y bzw. Y- = OH-, OR-, SH-, CN-, H2PO4-, SR-, HSO4-, NH3, NH2R, NHR2 usw.
X = Abgangsgruppe
60
4. Stoffsammlung
Eliminierung (E-Reaktion)
a)
Monomolekularer Ablauf (E1):
b)
Bimolekularer Ablauf (E2):
mit X = Hal, OH, OR usw.
B = Base
Elektrophile Substitution am Aromaten (SE-Ar)
mit E bzw. E+ = Elektrophil z.B. Br2/FeBr3 (oder AlCl3 etc.), HNO3, H2SO4, R-Hal/AlHal3,
R-CO-Hal/AlHal3, HNO2
Dieser Mechanismus gilt auch für die Azokupplung.
Elektrophile Addition an die C-C-Mehrfachbindung
Diese Reaktion tritt bei Alkenen, nicht aber bei Aromaten auf. Sie läuft ohne
(Lewis-)Katalysator ab. Sie liefert selektiv das anti-Additionsprodukt.
mit XY = Hal2, HHal, H2O, ROH, Mineralsäuren etc.
61
4. Stoffsammlung
Addition an die Carbonylgruppe
mit HB = H2O, ROH, HCN, NH2R, NH2OH, H2NNH2 etc.
Aldol-Addition
Die Aldol-Addition kann säure- oder basenkatalytisch ablaufen. Hier gezeigt ist der
(häufigere) Fall der Basenkatalyse. Voraussetzung für diese Reaktion ist das Vorhandensein
eines Protons am α-C-Atom der Carbonylverbindung.
Aldol-Kondensation
Wenn das α-C-Atom als Substituenten ein weiteres Wasserstoffatom trägt, reagiert das in
der Aldol-Addition gebildete Produkt bei Erhitzen unter Wasserabspaltung weiter zu einer
α, β-ungesättigten Verbindung.
62
5. Testfragen
5. Testfragen
Testfragen zum 1. Kurstag
1)
Welche Bindungsarten liegen in Natriumacetat vor?
A: kovalente Bindung B: Ionenbindung C: Metallbindung D: Wasserstoffbrücken
a) A und D
b) B und D
f) B, C und D
g) Antworten A – D sind richtig.
2)
d) A und C
e) A, B und D
h) Antworten A – D sind falsch.
Welche der folgenden Verbindungen können Wasserstoffbrückenbindungen bilden?
A: H2O
a) A
c) A und B
B: HF
b) A und B
g) A, C und E
C: NH3
c) A und C
D: AlCl3
d) A und D
E: CH4
e) A, B und C
h) Antworten A - E sind richtig.
f) A, B und D
i) Antworten A - E sind falsch.
3)
𝟐+
Welche der folgenden Aussage/n über das Teilchen 𝟒𝟎
ist/sind falsch?
𝟐𝟎𝑪𝒂
A:
Die Elektronenkonfiguration ist 1s2 2s2p6 3s2p6.
B:
Der Kern enthält 20 Neutronen.
C:
Die Hülle enthält 18 Elektronen.
D:
Die relative Atommasse beträgt 38 u.
E:
Der Kern enthält 20 Protonen.
a) A
b) C
c) D
d) A und D
g) Antworten A - E sind alle richtig.
e) B und C
f) C und E
h) Antworten A - E sind alle falsch.
63
5. Testfragen
4)
Vergleichen Sie das Element X (Elektronenkonfiguration 1s 2 2s2p3) mit dem Element Y
(Elektronenkonfiguration 1s2 2s2 p5).
Welche der folgenden Aussage/n trifft/treffen nicht zu?
A: X steht in der 5. Hauptgruppe des PSE.
B: X und Y sind Nichtmetalle.
C: Y ist elektronegativer als X.
D: Mit Wasserstoff bilden sich die Verbindungen XH3 und YH.
E: Bei Y handelt es sich um Chlor.
a) A
b) B
c) D
h) B und D
5)
e) A und D
f) A und E
i) Antworten A – E sind richtig.
g) B und C
k) Antworten A – E sind falsch.
Welches der genannten Elemente hat die geringste Elektronegativität?
a) H
6)
d) E
b) Na
c) F
d) I
e) K
Welche dieser Ionen besitzen die Elektronenkonfiguration des Neons (1s 2 2s2p6)?
A: Na+
B: Al3+
C: Ba2+
D: F-
a) A und B
b) A und D
c) B und E
f) B, C und E
g) Antworten A – E sind richtig.
E: Cld) A, B und C
e) A, B und D
h) Antworten A – E sind falsch.
7)
Welche Aussage/n trifft/treffen nicht zu?
A:
Alle Nebengruppenelemente sind Metalle.
B:
Eisen ist ein Nebengruppenelement.
C:
Silicium besitzt die Elektronenkonfiguration 1s2 2s2p6 3s2p2.
D:
Alle Platinmetalle sind Nebengruppenelemente.
E:
Alle Nebengruppenelemente besitzen unvollständig gefüllte d-Niveaus.
a) A
b) C
c) E
d) A und B
g) Antworten A – E sind alle richtig.
e) C und D
f) C und D
h) Antworten A – E sind alle falsch
64
5. Testfragen
8)
Welche Aussage trifft zu?
Neutrale Isotope eines Elementes sind charakterisiert durch folgende Angaben über ihre
Bausteine:
Anzahl der Protonen
Anzahl der Neutronen
Anzahl der Elektronen
a)
gleich
gleich
gleich
b)
gleich
verschieden
verschieden
c)
verschieden
gleich
verschieden
d)
verschieden
verschieden
gleich
e)
gleich
verschieden
gleich
9)
Welche der Aussagen über Quantenzahlen treffen zu?
A:
Die Hauptquantenzahl n kann nur ganzzahlige positive Werte annehmen (n = 1, 2, 3, ...).
B:
Die Nebenquantenzahl l kann nur ganzzahlige Werte von 0 bis (n-1) annehmen
(n = Hauptquantenzahl).
C:
Die Magnetquantenzahl m kann nur ganzzahlige Werte von -l bis +l annehmen
(l = Nebenquantenzahl).
D:
Die Spinquantenzahl s kann nur die Werte +1/2 und –1/2 annehmen.
a) A und B
b) A und C
c) C und D
f) B, C und D
g) Antworten A – D sind richtig.
d) A, B und C
e) A, B und D
h) Antworten A – D sind falsch.
10) Nennen Sie drei der in flüssigem Wasser auftretenden Bindungsarten bzw.
Wechselwirkungen.
65
5. Testfragen
11) Ordnen Sie folgende Elemente nach steigender Elektronegativität: Li, K, O, Cl, I, Si.
a)
K
Li
I
Si
Cl
O
b)
Li
K
Si
I
O
Cl
c)
Si
Cl
K
Li
O
I
d)
Li
K
I
Cl
Si
O
e)
K
Li
Si
I
Cl
O
12) Die Eigenschaften von Hauptgruppenelementen des PSE ändern sich mit ihren
Ordnungszahlen in charakteristischer Weise. Welche der folgenden Beispiele
enthalten falsche Aussagen?
A:
Die Elektronegativität nimmt meistens in einer Gruppe mit fallender und in einer
Periode mit steigender Ordnungszahl zu.
B:
Der Metallcharakter nimmt in einer Gruppe und in einer Periode mit steigender
Ordnungszahl ab.
C:
Die Atomradien nehmen in einer Gruppe und in einer Periode mit steigender
Ordnungszahl zu.
D: Die Stärke der Element-Wasserstoffsäuren HnX nimmt in einer Gruppe und in einer
Periode mit steigender Ordnungszahl zu.
E:
Die Stärke der Element-Sauerstoffsäuren HnXOm nimmt in einer Gruppe mit fallender
und in einer Periode mit steigender Ordnungszahl zu.
a) A und B
g) C, D und E
b) A und D
c) B und C
d) C und E
h) Antworten A – E sind richtig.
66
e) D und E
f) A, B und C
i) Antworten A – E sind falsch.
5. Testfragen
13) Welche Aussage/n über Halogene ist/sind falsch?
A:
Ihr chemisches Verhalten wird durch die Tendenz bestimmt, ihre äußeren Schalen mit
2 Elektronen zu füllen.
B:
Die Säurestärke der Halogenwasserstoffverbindungen nimmt innerhalb der Gruppe der
Halogene vom Fluorwasserstoff zum Iodwasserstoff ab.
C:
Der Siedepunkt von Fluorwasserstoff liegt
Wasserstoffbrückenbindungen erheblich über
Wasserstoffverbindungen.
D:
Alle Halogene bilden im elementaren Zustand zweiatomige Moleküle.
E:
Die Elektronegativität nimmt innerhalb der Gruppe der Halogene mit fallender
Ordnungszahl zu.
a) A und B
b) B und D
c) C und E
e) B, C und D
f) Antworten A – E sind richtig.
aufgrund der Ausbildung von
denen der anderen Halogen-
d) A, B und D
g) Antworten A – E sind falsch.
14) Wie lautet die Valenzelektronenkonfiguration von Platin (Pt)?
67
5. Testfragen
Testfragen zum 2. Kurstag
1)
Welche der folgenden Verbindungen reagieren in wässriger Lösung sauer?
A: Na2CO3
a) A und B
B: NaHSO4
C: NaCl D: CH3COONa
b) B und E
c) C und F
e) Antworten A – F sind richtig.
2)
a) A
d) C und D
f) Antworten A – F sind falsch.
C: H3O+
B: H2O
b) B
c) D
d) F
D: NH3
e) A und C
h) Antworten A – F sind richtig.
E: NH4+
f) B und D
g) A, B und D
Welche der folgenden Verbindungen reagieren in wässriger Lösung basisch?
B: NH4Cl
C: NaHSO4
D: CH3COONa
a) A und C
b) A und D
c) B und C
d) B, C und E
f) Antworten A – E sind richtig.
E: KNO3
e) A, C, D und E
g) Antworten A – E sind falsch.
Bei welchen der angegebenen Verbindungen handelt es sich um Brønsted-Basen?
A: NH4+
a) A und C
B: NH3
C: CH4
b) B und D
e) Antworten A – E sind richtig.
5)
F: Na+
i) Antworten A – F sind falsch.
A: Na2CO3
4)
F: Na3PO4
Welche der folgenden Stoffe können grundsätzlich als Ampholyte wirken?
A: OH-
3)
E: NaH2PO4
D: H2O
c) B und E
E: BH3
d) D und E
f) Antworten A – E sind falsch.
Geben Sie an, über welche Formel sich der pOH-Wert einer 0,05 molaren Lösung von
Ammoniak (NH3: pKS = 9,25 / pKB = 4,75) in Wasser berechnen lässt!
a) pOH = ½( pKB - lg (0,05))
b) pOH = 9,25 + lg (0,05/0,05)
c) pOH = 4,75 + lg (0,05/0,05)
d) pOH = 14 - ½( pKB - lg (0,05))
e) pOH = 14 - ½( pKS - lg (0,05))
68
5. Testfragen
6) Die Konzentration von Iodid-Ionen (I-) in einer Lösung von Blei(II)-Iodid (PbI2) beträgt
0,001 mol/L. Wie hoch ist die Sättigungskonzentration an Pb(II)-Ionen?Das
Löslichkeitsprodukt von PbI2 beträgt ungefähr KL = 9 · 10−9 mol3/L3.
a) 3 · 10−9 mol/L
b) 9 · 10−6 mol/L
d) 10−9 mol/L
e) 9 · 10−3 mol/L
7)
100 mL einer 0,1-molaren Essigsäure-Lösung werden mit 50 mL einer 0,1-molaren
Natronlauge versetzt. Welchen pH-Wert hat die Lösung?
a) pH = 7
b) pH = 1,75
d) pH = 4,75
e) pH = 10
8)
c) 3 · 10−3 mol/L
c) pH = 9,25
Mit Hilfe welcher Formel lässt sich die freie Reaktionsenthalpie ∆G0 einer chemischen
Umsetzung errechnen, wenn die Gleichgewichtskonstante K sowie die vorherrschende
Temperatur T bekannt sind? ΔG0 =
E A
a) nRKT
b) Ke R  T
c) ΔH – KT∆S
d) - RTlnK
e) Tln(K/K0)
 EA
f) Te K  T
69
5. Testfragen
8) Welche der folgenden Aussagen treffen auf den dargestellten Komplex zu?
O
O
O
O
N
Ca2
N
O
O
O
O
A) Der Komplex ist 4-fach negativ geladen und kann daher zwei Ca2+-Ionen komplexieren.
B) Der Ligand ist vierzähnig.
C) Der Komplex ist insgesamt zweifach negativ geladen.
D) Es handelt sich um einen Chelatkomplex.
E) Bei diesem Liganden handelt es sich um Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA).
a) C, D
b) A, B
c) C, D, E
70
d) A, D
e) B, D, E
5. Testfragen
9)
Bei folgender Gleichgewichtsreaktion handelt es sich um das sog. Haber-BoschVerfahren. Sie wollen bei der unten gezeigten Reaktion die Ausbeute an Ammoniak
steigern. Welche der Maßnahmen A bis E führen zum erwünschten Resultat?
𝑁 2 (𝑔) + 3 𝐻2 (𝑔) → 2 𝑁𝐻3 (𝑔)
A:
Die Konzentration an N2 und H2 im Reaktionsgefäß erhöhen.
B:
Die Konzentration an NH3 im Reaktionsgefäß erhöhen.
C:
Den Druck im Reaktionsgefäß erhöhen.
D:
Die Konzentration an N2 im Reaktionsgefäß erniedrigen.
E:
Die Konzentration an NH3 im Reaktionsgefäß erniedrigen.
a) A, B und D
b) B, C und D
c) A, C und E
d) Antworten A – E sind richtig.
e) Antworten A – E sind falsch.
10) Welche der folgenden Metalle reagieren in wässriger Salzsäure (HCl) unter Bildung
von Wasserstoff (H2)?
A: Mg
a) A, B und C
B: Zn
C: Al
D: Ag
b) A, C und E
E: Cu
c) B, D und F
d) Antworten A – F sind richtig.
e) Antworten A – F sind falsch.
11) Welche der folgenden Salze verursachen die „Kalkhärte“ des Wassers?
A: NaHCO3
a) A, C und E
B: Ca(HCO3)2
b) A, B und C
d) Antworten A – E sind richtig.
C: CaSO4
D: MgCl2
E: MgSO4
c) B und C
e) Antworten A – E sind falsch.
71
F: Pt
5. Testfragen
13) 1 Liter Wasser enthält 170 mg Ca(HCO3)2, 260 mg Mg(HCO3)2 und 44 mg CaSO4.
Wie groß ist die Gesamthärte c (gesamthärtebildende Ionen) in mmol/L des Wassers?
M [Ca(HCO3)2] = 162,1 g/mol
M [Mg(HCO3)2] = 146,3 g/mol
M [CaSO4] = 136,1 g/mol
0,170 𝑔
= 0,001049 𝑚𝑜𝑙
162,1 𝑔/𝑚𝑜𝑙
0,044 𝑔
= 0,000323 𝑚𝑜𝑙
136,1 𝑔/𝑚𝑜𝑙
0,260 𝑔
= 0,001777𝑚𝑜𝑙
146,3 𝑔/𝑚𝑜𝑙
a) 1,37
b) 2,83
c) 5,49
d) 3,15
e) 2,10
f) 8,70
14) Welche der unten aufgeführten Moleküle bzw. Ionen bilden ein korrespondierendes
Säure-Base-Paar?
A: H2PO4-
B: F-
C: OH-
a) A und E
b) B und D
D: SO32c) C und F
E: HPO42-
F: CO2
d) A und C
e) kein korrespondierendes Säure-Base-Paar aufgeführt.
15) Um den Kalkgehalt einer Erdprobe zu bestimmen, werden 5 g Erde mit 10 mL 1 M HCl
übergossen. Ein Teil der Säure reagiert mit dem in der Erde vorhandenem Kalk nach
der unten gezeigten Gleichung: Die unverbrauchte Salzsäure wird mit 1 M NaOH
titriert, wobei 7,5 mL zur vollständigen Neutralisation benötigt werden.
Wieviel Gramm Kalk enthielten die 5 g Erde?
Die Reaktionsgleichung für die Reaktion von Kalk mit Salzsäure lautet:
2 𝐻𝐶𝑙(𝑙) + 𝐶𝑎𝐶𝑂3 (𝑠) → 𝐶𝑂2 (𝑔) + 𝐶𝑎𝐶𝑙2 (𝑎𝑞) + 𝐻2 𝑂(𝑙)
Die Molmasse von Kalk beträgt 100 g/mol
72
5. Testfragen
a)
d)
2,5∙1000
100∙2
2,5∙100
1000∙2
𝑔
b)
𝑔
e)
7,5∙1000
100∙2
2,5∙100
2
𝑔
𝑔
c)
f)
7,5∙100
1000∙2
7,5∙10
100∙2
𝑔
𝑔
16) Welche der folgenden Aussage/n ist/sind richtig?
Eine endergonische Reaktion…
A: …kann nie exotherm sein.
B: …kann nie endotherm sein.
C: …kann sowohl exotherm als auch endotherm sein.
D: …läuft freiwillig ab.
E: …hat einen positiven Wert für ΔG.
a) A und D
b) B und C
e) Antworten A – E sind richtig.
c) C und E
d) C, D und E
f) Antworten A – E sind falsch.
17) Wie viele Liter CO2 entstehen bei der vollständigen Verbrennung von 8 g Methan (CH 4)
unter Normalbedingungen?
Die Reaktionsgleichung für die Reaktion lautet:
𝐶𝐻4 (𝑔) + 2 𝑂 2 (𝑔) → 𝐶𝑂2 (𝑔) + 2 𝐻2 𝑂(𝑙)
H = 1 u, C = 12 u, O = 16 u.
1 mol Gas besitzt unter Normalbedingungen ein Volumen von 22 L.
a) 22 L
b) 5,5 L
c) 11 L
d) 1,1 L
73
e) 44 L
f) 16,5 L
5. Testfragen
Testfragen zum 3. Kurstag
1)
Zeichnen Sie in das folgende Diagramm die Titrationskurve einer schwachen Säure
mit einer starken Base. Tragen Sie bitte den Äquivalenzpunkt, den Neutralpunkt und
den Halbäquivalenzpunkt ein. Beschriften Sie die Achsen.
2)
100 mL einer 0,1 N Natriumacetat-Lösung werden mit 100 mL einer 0,1 N
Natriumhydroxid-Lösung versetzt. Dazu werden anschließend 150 mL einer
0,2 N Essigsäure gegeben. Bestimmen Sie den pH-Wert der Lösung!
a)
𝑝𝐻 = 4,75 + 𝑙𝑔
0,02
b)
𝑝𝐻 = 4,75 + 𝑙𝑔
0,03
c)
𝑝𝐻 = 14 + 𝑙𝑔0,02 = 12,3
d)
𝑝𝐻 = (0,5 ∙ 4,75) − (0,5 ∙ 𝑙𝑔0,03) = 3,13
3)
Welchen pH-Wert hat eine Lösung von 20 g NaOH in 2 L Wasser?
0,02
0,01
= 4,75
= 5,22
Rechnen Sie mit folgenden Isotopen: 23Na, 16O, 1H.
a)
𝑝𝐻 = 14 − 𝑙𝑔2,5
b)
𝑝𝐻 = 14 − 𝑙𝑔5
c)
𝑝𝐻 = 13 + 𝑙𝑔2,5
d)
𝑝𝐻 = 13 − 𝑙𝑔2,5
74
5. Testfragen
4)
0,15 mol Schwefelsäure werden mit Wasser auf 3 Liter aufgefüllt.
Welchen pH-Wert hat die Lösung?
a)
𝑝𝐻 = 2 − 𝑙𝑔2,5
b)
𝑝𝐻 = −𝑙𝑔1,5
c)
𝑝𝐻 = 3 + 𝑙𝑔1,5
d)
𝑝𝐻 = 3 − 𝑙𝑔1,5
e)
𝑝𝐻 = 1
f)
𝑝𝐻 = 0
5)
Formulieren Sie das Massenwirkungsgesetz für folgende Reaktion:
3−
−
−
[𝐹𝑒(𝐶𝑁)6 ]4−
(𝑎𝑞) + 𝑁𝑂 2 (𝑎𝑞) + 2 𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂𝐻(𝑙) → [𝐹𝑒(𝐶𝑁)6 ](𝑎𝑞) + 𝑁𝑂(𝑔) + 2 𝐶𝐻3 𝐶𝑂𝑂 (𝑎𝑞) + 𝐻2 𝑂(𝑙)
6)
Das Löslichkeitsprodukt von Bariumsulfat beträgt L = 10-10 mol2/L2. Wie hoch ist die
Konzentration an Ba2+ in einer gesättigten wässrigen Lösung von BaSO4?
a) c(Ba2+) = 10-1 mol/L
b) c(Ba2+) = 10-5 mol/L
c) c(Ba2+) = 10-10 mol/L
7)
In einen Liter einer 0,05-molaren HCl-Lösung werden 0,1 mol der schwachen Base NH3
(pKB = 4,75) eingeleitet. Welche der nachstehenden Formeln zur Berechnung des
pH-Wertes dieser Lösung ist richtig?
a)
𝑝𝐻 = −𝑙𝑔0,05 = 1,301
b)
𝑝𝐻 = 14 − 1⁄2 (4,75) + 1⁄2 (𝑙𝑔0,1) = 11,125
c)
𝑝𝐻 = 1,301 + 11,125 = 12,426
d)
𝑝𝐻 = 9,25 + lg
e)
𝑝𝐻 = 11,125 − 1,301 = 9,824
f)
Alle Antworten a) bis e) sind falsch.
0,05
0,05
= 9,25
75
5. Testfragen
8)
Durch Verdünnung soll aus einer Salzsäure mit pH = 1 eine Lösung mit pH = 4
hergestellt werden. Wievielfach muss verdünnt werden?
a) 3-fach
b) 4-fach
c) 10-fach
d) 100-fache
e) 1000-fach
f) 10000-fach
9)
Welche Aussage/n über die Reaktionskinetik trifft/treffen zu?
A:
Trägt man bei einer Reaktion 1. Ordnung den Logarithmus der Konzentration des
Reaktanden gegen die Zeit auf, so resultiert eine Gerade.
B:
Eine bimolekulare Reaktion kann auch einem Zeitgesetz 1. Ordnung gehorchen.
C:
Ein Katalysator erhöht die Geschwindigkeit von Hin- und Rückreaktion.
D:
Der radioaktive Zerfall ist ein monomolekularer Prozess.
E:
Bei einer Reaktion 0. Ordnung ist die Reaktionsgeschwindigkeit unabhängig von der
Konzentration.
a) B und D
b) A, C und E
c) A, C, D und E
d) Antworten A – E sind richtig.
e) Antworten A – E sind falsch.
10) Zeichnen Sie in das Diagramm a) den Graphen der Konzentration-Zeit-Funktion einer
Reaktion 0. Ordnung, in das Diagramm b) den einer Reaktion 1. Ordnung.
Beschriften Sie die Achsen x und y mit den entsprechenden Messgrößen c bzw. lgc
und t und den Maßeinheiten.
a) 0. Ordnung
b) 1.Ordnung
11) Die Konzentration an Sulfidionen in einer Lösung von ZnS beträgt 0,001 mol/L.
Wie hoch ist die Sättigungskonzentration an Zinkionen bei pK L [ZnS] = 23?
a) c = 10-23 mol/L
b) c = 10-26 mol/L
c) c = 10-3 mol/L
76
d) c = 10-20 mol/L
5. Testfragen
12) Welche der folgenden Aussage/n über Katalysatoren ist/sind richtig?
A:
Sie verschieben das Gleichgewicht einer Reaktion.
B:
Sie haben keinen Einfluss auf die Lage des Gleichgewichtes.
C:
Sie erniedrigen die Aktivierungsenthalpie der Reaktion.
D:
Sie wirken nur bei erhöhter Temperatur.
E:
Sie wirken nur bei erhöhtem Druck.
a) A
b) D
c) B und C
f) Antworten A – E sind richtig.
d) C und E
e) D und E
g) Antworten A – E sind falsch.
13) In einer Versuchsreihe wurde für eine Reaktion folgendes Konzentrations-/ ZeitDiagramm aufgestellt:
cA [mol/L]
t [min]
Welche der folgenden Aussagen treffen für diese Reaktion zu?
A:
Erhält man bei der Auftragung von 1/c gegen t eine Gerade, so lässt sich aus deren
Steigung die Geschwindigkeitskonstante k errechnen.
B:
Erhält man bei der Auftragung von 1/c gegen t eine Gerade, so liegt der Reaktion ein
Geschwindigkeitsgesetz 2. Ordnung zugrunde.
C:
Die Aktivierungsenergie der Reaktion kann berechnet werden, wenn k-Werte bei
verschiedenen Temperaturen bestimmt und die logarithmierten Werte lnk gegen 1/t
aufgetragen werden.
D:
Die Reaktionszeit, nach der die Hälfte der Reaktanden umgesetzt wurde, ist bei einer
Reaktion 2. Ordnung nicht von den Ausgangskonzentrationen der Reaktanden abhängig.
a) A
b) C
c) A und B
f) Antworten A – D sind richtig.
d) C und D
e) A,B und C
g) Antworten A – D sind falsch.
77
5. Testfragen
14) Das folgende Diagramm zeigt das Energieprofil von Edukten, die alternativ über die
Wege A oder B abreagieren können. Markieren Sie sowohl Reaktionsenthalpie als
auch Aktivierungsenergie!
Welcher Weg ist kinetisch bevorzugt, welcher thermodynamisch?
Edukte
A
B
Weg A:
bevorzugt
Weg B:
bevorzugt
15) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung und das Massenwirkungsgesetz für die
Veresterung von Essigsäure mit Ethanol.
78
5. Testfragen
Testfragen zum 4. Kurstag
1)
Welche Oxidationsstufe hat Uran in UO2HPO4 · 4 H2O?
a)
-4
b)
-3
c)
-2
d)
-1
e)
0
f)
g)
+2
h)
+3
i)
+4
k)
+5
l)
+6
m) +7
2)
Welche Summenformel hat Tetraminplatin(II)-hexachloridoplatinat(IV)?
3)
Welche Strukturformel hat Natriumnitrit?
4)
Wie lautet der Name für NH4[Co(NH3)2(NO2)4?
5)
Wie lautet der Name für [Sn(OH)4]-?
6)
Vervollständigen Sie die Gleichung durch Einsetzen der stöchiometrischen Faktoren.
𝑍𝑛 +
7)
𝐴𝑠2 𝑂3 +
𝐻+ →
𝑍𝑛2+ +
+1
𝐴𝑠𝐻3 +
𝐻2 𝑂
Vervollständigen Sie die Gleichung durch Einsetzen der stöchiometrischen Faktoren.
𝑀𝑛𝑂4− +
𝐼− +
𝑂𝐻− →
79
𝑀𝑛𝑂42− +
𝐼𝑂3− +
𝐻2 𝑂
5. Testfragen
8)
Welche der folgenden chemischen Umsetzungen stellt einen Redoxvorgang dar?
A:
𝐻2 𝑃𝑂4− + 𝑂𝐻− → 𝐻𝑃𝑂42− + 𝐻2 𝑂
B:
𝑁𝑖 + 4 𝐶𝑂 → 𝑁𝑖(𝐶𝑂)4
C:
𝐻𝑔(𝐶𝑁)2 + 𝐻𝑔𝐶𝑙 2 → 𝐻𝑔2 𝐶𝑙2 + (𝐶𝑁)2
D:
𝑆𝑂3 + 𝐻2 𝑂 → 𝐻2 𝑆𝑂4
E:
𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 → 𝐶𝑎𝐶𝑂3 + 𝐶𝑂2 + 𝐻2 𝑂
a) A
b) B
c) C
h) B, C und D
d) D
e)E
f) A und B
f) alle Reaktionen A – E .
g) B und C
g) keine der dargestellten Reaktionen.
9)
Welche/r der folgenden Komplexe wurde/n nicht richtig benannt?
A:
NH4[Co(NH3)2(NO2)4]
Ammoniumdiammintetranitrocobaltat(III)
B:
[Co(NH3)6]Cl3
Hexammincobalt(III)-chlorid
C:
[Ru(NH3)5(OH)]Cl2
Pentamminhydroxoruthenium(III)-chlorid
D:
NH4[Cr(NH3)2(SCN)4]
Ammoniumdiammintetrathiocyanatochromat(III)
a) A
b) B
c) C
d) D
e) A und D
g) alle vier Komplexe sind richtig benannt.
f) B und C
h) alle vier Komplexe sind falsch benannt.
10) Zeichnen Sie die Strukturformel der Tetrathionat.
11) Welche Oxidationsstufen treten bei den folgenden Schwefelverbindungen nicht auf?
S2O,
a) –1; 0
SO,
SO2,
b) 2; 3
S3O9,
H2S2O4,
c) 4; 5
d) 6; 1
80
H2S2O6
5. Testfragen
12) Die in verdünnter Salpetersäure gelöste Analyse wird mit etwas Hexacyanoferrat(II)Lösung versetzt. Es zeigt sich ein tiefblauer Niederschlag. Worauf weist der dabei
auftretende Niederschlag hin?
Hinweis auf
Vervollständigen Sie die Reaktionsgleichung und formulieren Sie den letzten und
entscheidenden Reaktionsschritt alleine!
+
__________ + ______𝑵𝑶−
→ _____ + ____𝑵𝑶 + _____𝑯𝟐 𝐎
𝟑 + _____𝑯𝟑 𝑶
→
13) Ihre Analysensubstanz enthält ein Salz, das mit Silbernitratlösung in verdünnter
Salpetersäure einen gelblichen Niederschlag ergibt, welcher sich weder nach Zugabe
von verdünnter noch konzentrierter Ammoniaklösung löst. Wird das Salz in
verdünnter Essigsäure gelöst und mit Kaliumchromatlösung versetzt fällt ein
grünlicher Niederschlag aus. Um welche zwei möglichen Salze handelt es sich?
Formulieren Sie die vollständigen Reaktionsgleichungen.
Es handelt sich um
Reaktionsgleichung:
14) Bei welcher der Reaktionen handelt es sich um eine Disproportionierungsreaktion?
A:
𝐶𝑎2+ + 𝐶2 𝑂42− → 𝐶𝑎𝐶2 𝑂4
B:
2 𝐻2 𝑂2 → 2 𝐻2 𝑂 + 𝑂2
C:
[𝐶𝑢(𝑂𝐻2 )4 ]2+ + 4 𝑁𝐻3 → [𝐶𝑢(𝑁𝐻3 )4 ]2+ + 4 𝐻2 𝑂
D:
𝐻𝑆𝑂4− + 𝐻2 𝑂 → 𝑆𝑂42− + 𝐻3 𝑂+
E:
𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂3 )2 → 𝐶𝑎𝐶𝑂3 + 𝐶𝑂2 + 𝐻2 𝑂
a) A
b) B
g) D und E
c) C
d) D
e) E
f) A und B
h) bei allen Reaktionen A – E.
81
i) bei keiner der Reaktionen.
5. Testfragen
15) Welche Oxidationszahl hat das Mangan in Kaliumpermanganat?
a) +1
b) +2
c) +4
d) +5
e) +6
f) +7
16) In welchen dieser Verbindungen ist Chlor elektropositiver als sein Bindungspartner?
A: BrCl
a) A
B: ClF
b) B
c) C d
C: HCl
)D
D: SiCl4
e) E
E: PCl3
f) A und B
g) D und E
h) in allen aufgeführten Verbindungen A – E. i) in keiner der aufgeführten Verbindungen.
17) Zeichnen
Sie
die
Strukturformel
Valenzelektronenpaaren).
der
Phosphonsäure
(mit
allen
18) Benennen Sie den Komplex [Co(NH3)6]Cl3.
19) Wird ein Kupferblech in eine Eisensulfatlösung getaucht, so überzieht es sich mit einer
metallisch glänzenden Eisenschicht, weil Eisen ein positiveres Normalpotential als
Kupfer besitzt.
Aussage 1
Aussage 2
Verknüpfung
a)
richtig
richtig
richtig
b)
richtig
richtig
falsch
c)
richtig
falsch
sinnlos
d)
falsch
richtig
sinnlos
e)
falsch
falsch
sinnlos
82
5. Testfragen
20) Vervollständigen Sie die Spannungsreihe mit Au, Cu, Na und Zn.
Li
Al
Mn
Fe Pb H2
Ag Hg
21) Ordnen Sie jedem Reaktionstyp das richtige Beispiel zu.
Reaktion
Säure/BaseRkt.
Hydratation
RedoxRkt.
KomplexRkt.
+
−
𝑁𝑎𝐶𝑙 → 𝑁𝑎𝑎𝑞.
+ 𝐶𝑙𝑎𝑞.
𝐻𝐶𝑙 + 𝑁𝐻3 → 𝑁𝐻4 𝐶𝑙
2 𝑁𝑂 + 𝑂2 → 2 𝑁𝑂2
𝑁𝑖 + 4 𝐶𝑂 → [𝑁𝑖(𝐶𝑂)4 ]
22) In welcher/welchen dieser Verbindungen hat Sauerstoff die höchste Oxidationsstufe?
A: H2O2
a) A
B: ClO2
b) B
c) C
C: CO2
d) D
e) E
D: O2
f) A und D
E: N2O5
g) B und C
23) Ordnen Sie folgende Metalle nach der elektronischen Spannungsreihe.
(A > B bedeutet A ist edler als B.)
A: Kupfer
B: Natrium
C: Kalium
a) E > A > B > C > D
b) A > E > B > D > C
c) E > A > D > B > C
d) E > A > C > B > D
e) E > A > D > C > B
83
D: Zink
E: Gold
5. Testfragen
Testfragen zum 5. Kurstag
1)
Welche der folgenden Aussage/n zum Thema Stereoisomerie bei chemischen
Verbindungen ist/sind richtig?
A:
Racemate zeigen keine optische Aktivität.
B:
Racemate sind äquimolare Mischungen von Enantiomeren.
C:
Enantiomere verhalten sich zueinander wie Bild und Spiegelbild.
D:
Enantiomere lassen sich nach Umsetzung mit optisch reinen Verbindungen trennen
(Racematspaltung).
E:
Die Anzahl der möglichen Stereoisomere bei n Chiralitätszentren berechnet sich zu 2n.
a) A, B, C und D
b) A, B, C
d) alle Antworten A – E sind richtig.
2)
c) A, B, C und E
e) alle Antworten A – E sind falsch.
Wie sind die Kohlenstoffatome des folgenden Moleküls hybridisiert?
C-1:
C-2:
C-3:
C-5:
C-6:
C-7:
C-4:
84
5. Testfragen
3)
Welche Aussage/n zu folgendem (hypothetischen) Molekül ist/sind richtig?
A:
Ring Y gehört zu der Klasse der Heteroaromaten.
B:
Kohlenstoff C-1, C-2, C-3 sind sp2-hybridisiert.
C:
Kohlenstoff C-4 ist sp-hybridisiert.
D:
Ring Y heißt Thiophen.
a) A, C und D
b) A, B und D
c) A und C
d) alle Antworten A – D sind richtig.
4)
e) alle Antworten A – D sind falsch.
Benennen Sie folgende Substanzen nach der IUPAC-Nomenklatur, auch unter
Berücksichtigung stereochemischer Aspekte.
a)
b)
a) heißt:
b) heißt:
85
5. Testfragen
5)
Zeichnen Sie zwei Konstitutionsisomere von C2H6O und benennen Sie diese.
6)
Welche Aussage/n über Benzol trifft/treffen zu?
A:
Es handelt sich um einen aromatischen Kohlenwasserstoff.
B:
Benzol ist thermodynamisch
1,3,5-Cyclohexatrien.
C:
Benzol ist nicht gut mit Wasser mischbar.
D:
Aromatische Substitutionsreaktionen laufen mit Benzol als Substrat langsamer ab als
mit Toluol.
a) A und B
b) B und C
d) alle Antworten A – D sind richtig.
7)
und
kinetisch
stabiler
hypothetische
e) alle Antworten A – D sind falsch.
Stereozentren.
Das markierte Stereozentrum ist
das
c) A, B und C
Geben Sie die Anzahl der Stereozentren sowie
gekennzeichneten C-Atoms in folgendem Molekül an.
Es gibt
als
-konfiguriert.
86
die
Konfiguration
des
5. Testfragen
8)
Worum handelt es sich bei den unten abgebildeten Verbindungen?
A:
Enantiomere
D:
Konstitutionsisomere E:
a) A
9)
b) B
B:
c) C
d) D
Diastereomere
C:
Konformere
Konfigurationsisomere
F:
Rotationsisomere
e) E
f) A und C
g) B und E
Bei welchen Verbindungen handelt es sich nicht um Heteroaromaten?
a) A, B und E
b) D, E und F
c) C, D und E
e) D und E
f) alle Verbindungen A – F sind Heteroaromaten.
87
d) D und F
h) E und F
5. Testfragen
10) Welche der folgenden Verbindung/en besitzt/besitzen eine C=C-Doppelbindung mit
(E)-Konfiguration?
a) A und B
b) A und D
c) B und C
e) A, B und D
f) alle Verbindungen A – D.
d) B und D
g) keine der Verbindungen A – D.
11) Wie viele strukturisomere Dihydroxycyclopropane gibt es, auch unter
Berücksichtigung stereochemischer Aspekte (z.B. optische Antipoden)? Zeichnen Sie
die Strukturformeln der entsprechenden Verbindungen!
12) Worum handelt es sich bei den abgebildeten Verbindungen?
A: Enantiomere
B: Diastereomere
C: Konformere
D: Konstitutionsisomere
E: Konfigurationsisomere
F: Rotationsisomere
a) A
b) B
c) C
d) D
e) E
f) F
88
g) B und E
h) C und F
5. Testfragen
13) Welches Isomerie-Verhältnis besteht zwischen den Molekülen?
A: Konstitutionsisomerie
B: Spiegelbildisomerie
D: Konformationsisomerie
E: Konfigurationsisomerie
a) A
b) B
c) C
d) D
e) E
C: cis/ trans-Isomerie
f) C und D
g) C und E
14) Zeichnen Sie n-Butan in der Newman-Projektion. Welche der Konformationen ist die
stabilste, welche die instabilste? Wie werden diese beiden Konformationen exakt
bezeichnet?
a) alle gestaffelten Konformationen:
b) alle ekliptischen Konformationen:
15) Geben Sie die Namen der folgenden Heteroaromaten an.
A:
B:
C:
D:
E:
F:
89
5. Testfragen
16) In welcher stereochemischen Beziehung stehen die Verbindungen A/B; B/C; A/D; A/E?
diastereomer
konformer
enantiomer
identisch
keine
A/B
B/C
A/D
A/E
17) Wie ist das Kohlenstoffatom in einer Carbonylgruppe hybridisiert und polarisiert?
a) sp
positiv
b) sp
negativ
c) sp2
positiv
d) sp2
negativ
e) sp3
positiv
f) sp3
negativ
18) Bei welchen der aufgeführten Substanzen handelt es sich um keinen Aromaten?
a) A und C
b) B und C
c) D und E
d) A, B und C
e) keine der Verbindungen A – E ist ein Aromat.
f) alle Verbindungen A – E sind Aromaten.
19) Zeichnen Sie die Struktur von 3-Ethyl-2-methylpentan.
90
5. Testfragen
20) Bestimmen Sie die Anzahl der Chiralitätszentren in folgendem Molekül.
a) 2
b) 3
c) 5
d) 6
e) 10
21) Zeichnen Sie die Strukturformel der meso-Weinsäure in der Sägebock-Projektion.
22) Zeichnen Sie die Verbindung (Z)-2-Chlor-1-fluor-2-methyl-1,3-butadien.
23) Welche der aufgeführten Verbindung/en ist/sind (R)-konfiguriert?
a) A
b) B
c) A und C
f) alle vier Verbindungen A – D.
d) B und D
e) C und D
g) keine der Verbindungen A – D ist (R)-konfiguriert.
91
5. Testfragen
24) Welche/s der folgenden Alkene besitzt/besitzen (Z)-Konfiguration?
a) A
b) A und C
f) alle fünf Verbindungen A – E.
c) A und E
d) B und E
e) C und D
g) keine der Verbindungen A – E.
25) Handelt es sich bei einer der dargestellten Verbindungen A – D um das Enantiomer
der Verbindung X?
26) Ordnen Sie die abgebildeten Konformere des n-Butans nach abnehmenden
Energiegehalt (A > B bedeutet: A ist energiereicher als B).
a) A > C > B > D
b) A > D > B > C
c) D > A > B > C
92
d) C > D > B > A
5. Testfragen
Testfragen zum 6. Kurstag
1)
Die Cyanhydrin-Synthese kann unter Enzym-Katalyse diastereoselektiv ablaufen.
Welche Aussage/n, die abgebildete Reaktion betreffend, ist/sind richtig?
A:
Es entsteht eines der beiden möglichen Diastereomere.
B:
Das Produkt ist ein Racemat.
C:
Es handelt sich um eine nucleophile Addition.
D:
Es handelt sich um eine elektrophile Substitution.
E:
Die Oxidationsstufe des Aldehyd-C-Atoms ändert sich nicht.
F:
Bei der Umsetzung des Reaktionsproduktes
(2R,3S)-2-Hydroxy-3-methylpentansäure.
mit
a) A und E
b) A, C und E
d) B, D und E
e) keine der Aussagen A – F ist richtig.
2)
wässriger
HCl
entsteht
c) A, C und F
Wohin wird bei den folgenden aromatischen Zweitsubstitutionen das Elektrophil
vornehmlich dirigiert? Zeichnen Sie die Strukturformeln der Hauptprodukte.
a) bei der Bromierung von Toluol?
b) bei der Bromierung von Nitrobenzol?
93
5. Testfragen
3)
a) A
Bei welcher Reaktion handelt es sich nicht um eine Oxidation?
b) C
c) A und B
d) A und C
e) B und C
f) A, B und C
4)
Ergänzen Sie das Reaktionsschema.
5)
Zeichnen Sie die vier konstitutionsisomeren offenkettigen, gesättigten C5-Säuren und
markieren Sie, bei welcher Verbindung Enantiomere zu erwarten sind.
94
5. Testfragen
6)
Welche der abgebildeten Moleküle können mit starken Basen Carbanionen bilden?
a) A und B
b) C und D
f) alle Moleküle A – E.
c) A und E
d) A, C und D
e) B, C und D
g) keines der Moleküle A – E.
7)
Zeichnen Sie die Strukturformel von 2-Brom-5-Fluor-2,4,6-cyclooctatrien-1-on.
8)
Welche der auf aufgeführten Verbindungen A – D entsteht bei folgender Reaktion?
a) A
b) B
c) C
d) D
e) Lösungen a) bis d) sind falsch.
95
5. Testfragen
9)
Um welchen Reaktionstyp handelt es sich bei der folgenden Reaktion?
a) Eliminierung
b) Nitrierung
c) nucleophile Substitution
d) Addition an eine aktivierte Doppelbindung
e) Hydrierung
f) elektrophile aromatische Substitution
g) alle Lösungen a) bis f) sind falsch.
10) Welches Hauptprodukt entsteht bei der Reaktion von Toluol mit einer äquivalenten
Menge Brom in der Siedehitze unter Lichteinwirkung?
a) Benzylbromid
b) o-Bromtoluol
c) m-Bromtoluol
d) p-Bromtoluol
e) o-Brombenzylbromid
f) Benzalbromid (Benzylidendibromid)
11) Eine der aufgeführten Reaktionen stellt einen anderen Reaktionstypus als die übrigen
dar. Um welche Reaktion handelt es sich?
A: katalytische Halogenierung
B: Nitrierung
D: Friedel-Crafts-Reaktion
E: Aldolreaktion
a) A
b) B
c) C
d) D
C: Sulfonierung
e) E
12) Ergänzen Sie das Reaktionsschema.
13) Was entsteht bei einer Reaktion von Acetylchlorid mit Ethylamin?
a) eine Säure
b) ein Ester
c) ein Säureamid
d) ein Acetal
e) alle Lösungen a) bis d) sind falsch.
96
5. Testfragen
Verfassen Sie die entsprechende Reaktionsgleichung!
14) Unter welchen Reaktionstyp fällt folgende Reaktion?
a) Eliminierung
b) Sulfonierung
c) nucleophile Substitution
d) Addition an eine aktivierte Doppelbindung
e) Hydrierung
f) elektrophile aromatische Substitution
g) alle Lösungen a) bis f) sind falsch.
15) Welche Aussage/n über die elektrophile aromatische Substitution (SE-Ar)
ist/sind falsch?
A:
Die angreifenden Teilchen heißen Nucleophile.
B:
(–M)-Substituenten am Aromaten aktivieren diesen bei einer SE-Ar.
C:
Die SE-Ar verläuft über eine Zwischenstufe (σ-Komplex).
D:
Die Orientierung des Zweitsubstituenten hängt vom Erstsubstituenten ab.
E:
Elektrophile sind elektronenschiebende Teilchen.
a) A, B und C
b) A, C und E
d) Lösungen a) bis c) sind richtig.
c) C, D und E
e) Lösungen a) bis c) sind falsch.
16) Geben Sie die Strukturformeln der fehlenden Produkte an.
97
5. Testfragen
17) Welche/s Hauptprodukt/e entsteht/entstehen bei der Bromierung von Toluol in der
Kälte und in Anwesenheit von FeCl3 als Katalysator?
a) 3-Bromtoluol
b) 1-(Brommethyl)benzol
d) 2- und 4-Bromtoluol
e) 3,5-Dibromtoluol
c) Pentabromtoluol
18) Wie sieht das Markownikoff-Produkt folgender Umsetzung aus? (Strukturformel)
Wie nennt man diese Reaktionsart?
_________________________
19) Welche Aussage/n zur nucleophilen Substitution ist/sind richtig?
A:
Bei einer nucleophilen Substitution 2. Ordnung (SN2-Reaktion) hängt die
Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration des Substrates sowie der des
Nucleophils ab.
B:
Bei der SN2-Reaktion nähert sich das Nucleophil dem Substrat von der der
Abgangsgruppe abgewandten Seite.
C:
Der geschwindigkeitsbestimmende Schritt der SN1-Reaktion ist die anfängliche
Dissoziation des Substrates.
D:
Im Verlauf der SN1-Reaktion bildet sich ein Carbeniumion.
a) A, B und C
b) A, B und D
d) alle Antworten A – D sind richtig.
c) B, C und D
e) keine der Antworten A – D ist richtig.
98
5. Testfragen
20) Um welchen Reaktionstyp handelt es sich bei der folgenden Reaktion?
a) Eliminierung
b) Redox-Reaktion
d) elektrophile aromatische Substitution
c) Aldol-Reaktion
e) nucleophile aromatische Substitution
f) Addition an eine aktivierte Doppelbindung g) Lösungen a) bis f) sind falsch.
21) Welches Hauptprodukt entsteht bei der Reaktion von Bromwasserstoffsäure mit
1-Buten? Zeichnen Sie das Reaktionsschema auf und geben Sie den Namen der Regel
an, nach welcher sich das Hauptprodukt bildet.
-Regel
22) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für die im Praktikum durchgeführte Synthese
von Acetylsalicylsäure.
99
5. Testfragen
23) Gegeben sei der abgebildete tertiäre Alkohol. Er wird mit Salzsäure in einer
SN1-Reaktion umgesetzt. Welche Aussagen sind falsch?
A:
Die Ausgangsverbindung ist (S)-2,3-Dimethyl-3-pentanol.
B:
Die Ausgangsverbindung ist (R)-2,3-Dimethyl-3-pentanol.
C:
Es bildet sich (S)-3-Chlor-2,3-dimethylpentan als Hauptprodukt.
D:
Es entsteht ein racemisches Gemisch von 3-Chlor-2,3-dimethylpentan.
E:
Die Reaktion verläuft unter vollständiger Retention der Stereochemie.
a) A und B
b) A und D
c) B und C
d) B und D
e) Lösungen a) bis d) sind falsch.
24) Welche zwei Hauptprodukte (Strukturformeln!) entstehen bei folgender Reaktion?
25) Womit muss man 2-Propanol umsetzen, damit man Aceton (2-Propanon) erhält?
a) mit einem Reduktionsmittel
c) mit einer Base
b) mit einem Oxidationsmittel
d) mit einer Säure
e) mit einem Kondensationsmittel
26) Ergänzen Sie die Strukturformel des Hauptproduktes, das bei der Eliminierung von HBr
aus 2-Brombutan entsteht.
100
5. Testfragen
27) Ergänzen Sie das Reaktionsschema.
Wie nennt man diese Reaktion?
101
5. Testfragen
Testfragen zum 7. Kurstag
1)
Welche der Aussage/n zur folgenden Verbindung ist/sind richtig?
A:
Alle C-Atome sind sp2-hybridisiert.
B:
Mit geeigneten Oxidationsmitteln entsteht eine Carbonsäure.
C:
Die Verbindung kann aus Benzaldehyd und Acetaldehyd bei einer Aldol-Kondensation
entstanden sein.
D:
Es handelt sich um das (E)-Isomer.
E:
Mit primären Aminen bildet sich eine Schiffsche Base.
a) A und B
b) B, C und E
d) alle Antworten A – E sind richtig.
2)
c) A, B, D und E
e) alle Antworten A – E sind falsch.
Ihre gelöste Probensubstanz ergibt nach Zugabe von 2,4-Dinitrophenylhydrazin einen
orangefarbenen Niederschlag. Bromwasser wird von der Lösung entfärbt.
Welche funktionellen Gruppen könnte das Molekül aufgrund Ihrer Beobachtung
enthalten? Formulieren Sie die Nachweisreaktionen. Wie nennt man die entstandene
Verbindungsklasse?
Funktionelle Gruppen:
Name: ______________________________________________________________
Nachweisreaktionen:
102
5. Testfragen
3)
Welche der folgenden Verbindungen sind zur Keto-Enol-Tautomerie befähigt?
a) A und C
b) A und D
e) alle Verbindungen A – D.
c) B und D
d) A, B und C
f) keines der Verbindungen A – D.
4)
Zeichnen Sie die Strukturformel von 2,4-Dimethylpyrrol.
5)
Bei welchen der dargestellten Verbindungen kann Keto-Enol-Tautomerie auftreten?
a) A und C
b) A und D
f) bei allen Verbindungen A – D.
c) A, B und C
d) A, C und D
e) B, C und D
g) bei keiner der Verbindungen A – D.
103
5. Testfragen
6)
Ordnen Sie die folgenden Verbindungen nach steigender Acidität (Säurestärke).
(A < B bedeutet: B besitzt eine höhere Säurestärke als A.)
a) A < C < E < B < D
b) B < E < D < C < A
c) E < B < C < D < A
7)
Formulieren Sie eine Nachweisreaktion für primäre aromatische Amine am Beispiel
des 1-Aminonaphthalins.
8)
Zeichnen Sie die Strukturformeln der folgenden Substanzen:
a) 1-Hydroxy-3,5-dinitrotoluol
b) (R)-2-(1-Chlorpropyl)-pyrrol
104
5. Testfragen
9)
Ordnen Sie folgende Verbindungen nach steigender Säurestärke.
(Hinweis: Alkylsulfid-Ionen besitzen im Vergleich zu den entsprechenden
Alkoxid-Ionen eine geringere Basizität. A < B bedeutet: A besitzt eine geringere
Säurestärke als B.)
A: Benzensulfonsäure
B: Ethanol
D: Phenol
E: Thiophenol
a) D < C < B < A < E
C: Ethanthiol
b) B < C < D < E < A
c) A < B < C < D < E
10) Bei der Umsetzung von 82 g Cyclohexen mit 160 g Brom entstehen 121 g
Dibromcyclohexan. Wie hoch ist die Ausbeute bei dieser Reaktion?
(MC = 12 g/mol, MH = 1 g/mol, MBr = 80 g/mol)
a) 10%
b) 25%
c) 50%
d) 75%
e) 100%
11) Bei einer Aldolkondensation von Benzaldehyd mit Acetaldehyd entsteht:
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Welche Art von Aldolreaktionen kennen Sie noch?
__________________________________________
105
5. Testfragen
12) Welche Aussagen über Phenole und Chinone sind richtig?
A:
1,4-Dihydroxybenzol wird durch Zweielektronenoxidation in o-Benzochinon überführt.
B:
Akzeptorsubstituierte Chinone sind stärkere Oxidationsmittel als unsubstituierte.
C:
Phenole (Monohydroxybenzole) können als aktivierte, elektronenreiche Aromaten
ohne Katalysatorzusatz bromiert werden.
D:
Die Acidität der Phenole kann durch Akzeptorsubstituenten am Aromaten noch erhöht
werden.
E:
Phenole können in wässriger und methanolischer Lösung anhand von Farbreaktionen
bei Zusatz von Eisen(III)-chloridlösungen nachgewiesen werden.
a) A und B
b) A, B und E
c) B, C, D und E
d) A, B, C und E
e) alle Aussagen A – E sind richtig.
13) Ergibt die folgende Verbindung einen positiven Nachweis beim Behandeln mit
Fehlingscher Lösung (bitte ankreuzen)? Begründen Sie Ihre Antwort, indem Sie die
umrahmte funktionelle Einheit benennen.
Die Verbindung reagiert mit Fehling’scher Lösung.
Die Verbindung reagiert nicht mit Fehling’scher Lösung.
Es handelt sich um folgende funktionelle Gruppe:
14) Ordnen Sie die folgenden Verbindungen nach steigender positiver Polarisierung am
Carbonylkohlenstoffatom. (A < B bedeutet: B ist positiver polarisiert als A.)
A: CH3CHO
a) A < C < B < E < D
B: CF3CHO
C: CH3COCH3
b) B < C < A < D < E
106
D: H2CO
E: CH3CH2COCH3
c) E < C < A < D < B
5. Testfragen
15) Warum hat Diethylether einen niedrigeren Siedepunkt als Ethanol?
A:
Weil Diethylether eine niedrigere Molekularmasse als Ethanol besitzt.
B:
Weil Ethanol durch Wasserstoffbrückenbindungen assoziert ist, Diethylether aber nicht.
C:
Weil Diethylether ein großes Dipolmoment besitzt.
D:
Weil Diethylether ein organisches Molekül ist.
a) B
b) A und D
c) C und D
d) A, B und C
e) Lösungen a) bis d) sind falsch.
16) Zeichnen Sie die Strukturformeln der folgenden Substanzen.
a) N,N-Dimethylanilin
b) (E)-3-(4´-Nitrophenyl)-2-hexensäure
17) Ordnen Sie die folgenden Verbindungen nach steigender Acidität.
(A < B bedeutet: B ist acider als A.)
A: H2O
B: H3COH
a) D < B < A < C < E
C: Phenol
D: C2H2
b) A < B < C < D < E
E: CH3COOH
c) E < A < C < B < D
18) Formulieren Sie die Reaktionsgleichung für den im Praktikum durchgeführten
Nachweis von Aldehyden nach Tollens.
107
5. Testfragen
19) Ordnen Sie die gekennzeichneten Bindungen nach abnehmender Polarität.
(A > B bedeutet: A ist polarer als B.)
a) C > D > B > A
b) D > C > B > A
c) C > D > A > B
d) A > B > C > D
20) Welche der folgenden Aussage/n über Halothan (Abbildung unten) ist/sind richtig?
A:
Halothan besitzt ein asymmetrisches Kohlenstoffatom.
B:
Der Kohlenstoff in der Triflourmethyl-Gruppe besitzt die Oxidationsstufe eines
Aldehyds.
C:
Halothan reagiert in einer nucleophilen Substitutionsreaktion mit Hydroxidionen.
D:
Der systematische Name von Halothan ist 2-Brom-2-chlor-1,1,1-trifluorbutan.
E:
Aus Halothan kann durch HF-Abspaltung ein Alken entstehen.
a) A
b) B
g) A, C und E
c) D
d) A und B
e) A und C
f) B und D
h) Lösungen a) bis g) sind falsch.
21) Formulieren Sie anhand einer Gleichung die im Praktikum durchgeführte
Nachweisreaktion von Aldehyden mit Fehlingscher Lösung.
108
5. Testfragen
22) Formulieren Sie die Reaktion von Acetylchlorid mit Ethanol.
Wie heißt das organische Reaktionsprodukt?
23) Welche Aussage/n über die folgende Verbindung ist/sind richtig?
A:
Die Verbindung ist zur Keto-Enol-Tautomerie befähigt.
B:
Alle C-Atome sind sp2-hybridisiert.
C:
Die Verbindung gehört zur Klasse der Ketale.
D:
Die Verbindung gehört zur Klasse der Ketone.
E:
Die Verbindung besitzt ein Asymmetriezentrum.
a) B und C
b) B und D
c) A, C und E
d) B, D und E
e) A, B, C und E
f) keine der Aussagen A – E ist richtig.
24) Ordnen Sie die folgenden Verbindungen nach steigender Acidität.
(A < B bedeutet, dass B acider ist als A)!
a) A < B < C < D < E
b) D < B < A < C < E
109
c) E < A < C < B < D
5. Testfragen
25) Welche der folgenden Verbindungen ist/sind richtig klassifiziert?
A: R-CO-NH2
primäres Amid
B: R3C-OH
quartärer Alkohol
C: R-CH2-OH
sekundärer Alkohol
D: R-NH2
sekundäres Amin
E: R2C=O
sekundärer Alkohol
F: R2NH2+Cl-
primäres Amin
a) A
b) D
e) C, E und F
c) B und F
d) A, C und D
f) keine der Verbindungen A – F.
110
5. Testfragen
Testfragen zum 8. Kurstag
1)
Vervollständigen Sie die Reaktionsgleichung (Produkt muss nicht benannt werden).
2)
Welche heterocyclische Base ist als Strukturelement in dieser Verbindung enthalten?
Base:
3)
Zu welcher Substanzklasse gehört die folgende Verbindung? Benennen Sie die
Stereochemie der Verknüpfung der Ringe A und B.
Substanzklasse:
Stereochemie:
111
5. Testfragen
4)
Zu welcher Substanzklasse gehört folgende Verbindung?
a) Alkan
b) Kohlenhydrat
c) Dipeptid
d) Aminosäure
e) Barbiturat
f) Steroid
g) Nucleotid
h) Alkaloid
5)
Welche Behauptung/en über Aminosäuren trifft/treffen zu?
A:
Aminosäuren liegen am isoelektrischen Punkt als Zwitterionen vor.
B:
In der Zwitterion-Struktur ist die Carboxylatgruppe die basische Gruppe und die
Ammoniumgruppe die saure Gruppe.
C:
Die natürlichen Aminosäuren haben überwiegend L-Konfiguration, in einigen Bakterien
und Pilzen findet man jedoch auch die D-konfigurierte Form der Aminosäuren.
D:
Aminosäuren können durch Hydrolyse von Peptiden gewonnen werden.
a) A, B und C
b) A, B und D
d) alle Aussagen A – D treffen zu.
6)
c) A, C, und D
e) alle Aussagen A – D sind falsch.
Welche der folgenden Strukturen enthält keine Carbonyl-/Carboxylgruppe?
a) Carbonsäureester
b) Carbonsäurehalogenid
d) Carbonsäureanhydrid
e) Nitril
112
c) Carbonsäureamid
5. Testfragen
7)
Welche funktionelle Gruppen enthält die unten aufgeführte Verbindung?
A: Aldehyd
B: Säure
C: Alkohol
D: Lacton
E: Alken
F: Chinon
G: Phenol
H: Halbacetal
I: Amin
K: Keton
L: Ether
M: Ester
O: Pyrrolring
P: Lactam
a) A, C, H, I, K und O
b) B, C, D, H, I und K
c) B, C, H, I, K, L, M und O
d) C, H, I, L, M und O
e) D, G, H, I, L und P
f) E, F, G, H, I und L
7)
Welche Aussage/n über Kohlenhydrate ist/sind richtig?
A:
In der Sesselform der β-D-Glucopyranose befinden sich alle Hydroxysubstituenten in
äquatorialer Position.
B:
Die Substanzklasse der Zucker kann unterteilt werden in Aldosen und Ketosen.
C:
Die Umwandlung von α-D-Glucose und β-D-Glucose ineinander (Anomerisierung) im
wässrigen Milieu geschieht über die offenkettige Form des Zuckers.
D:
Von der offenkettigen Form der Aldo-Hexosen gibt es 24 Stereoisomere.
E:
Disaccharide und Polysaccharide sind keine Glykoside.
a) A, C und E
b) A, B, C und D
d) alle Aussagen A – E treffen zu.
c) A, C, D und E
e) alle Aussagen A – E sind falsch.
113
5. Testfragen
8)
Aus welchen natürlich vorkommenden Einheiten ist die oligomere Hauptkette der
folgenden Substanz aufgebaut und wie heißt die Verbindungsklasse? Wie heißt die
Bindungsart, durch die diese Untereinheiten verknüpft sind?
Einheiten:
Verbindungsklasse:
Bindungsart:
9)
Welche Aussage/n über Steroide ist/sind falsch?
A:
Ihr Grundgerüst besteht aus vier Sechsringen.
B:
Sie weisen eine planare Geometrie auf.
C:
Sie sind achiral.
D:
Steroide gehören zur Klasse der Heterocyclen.
E:
Das Grundgerüst heißt Steran.
a) E
c) B und D
c) A, B und E
e) A, B, C und D
f) alle Aussagen A – E sind falsch.
d) B, D und E
10) Überführen Sie die folgenden Verbindungen von der Keilstrich-Formel in die
Fischer-Projektionsformel und geben Sie die Konfiguration nach R/S- sowie
D/L-Systematik an.
114
5. Testfragen
11) Welche Funktionalitäten enthält das folgende Molekül?
A: sekundäres Amin
B: Heteroaromat
C: Keton
D: Alken
E: Lactam
F: tertiäres Amin
G: Ether
H: Phenol
a) A, C, E und G
b) B, C, D und G
c) C, D, F, G und H
d) A, C, D, F, G und H
12) Welche Behauptungen/en ist/sind falsch?
A:
Chinone werden aus Hydrochinonen durch Zweielektronen-Reduktion gebildet.
B:
Carbonsäuren können durch Oxidation aus Alkoholen über die Zwischenstufe der
entsprechenden Aldehyde gebildet werden.
C:
Akzeptorsubstituenten an der Methylengruppe der Essigsäure erhöhen die Acidität der
Carboxylgruppe.
D:
Phenole sind aufgrund der Delokalisation der negativen Ladung im Phenolat-Anion
acide Verbindungen.
E:
Carbonsäuren liegen in Lösung aufgrund der Wasserstoffbrückenbindungen häufig
dimer vor.
a) A, B und C
b) C und D
c) A
d) B, C, D und E
115
e) D
5. Testfragen
14) Zeichnen Sie die Strukturformel von D-Glucose in der Fischer-Projektion und geben Sie
die Anzahl der asymmetrisch substituierten Kohlenstoffatome an.
15) Zu welcher Substanzklasse gehört die folgende Verbindung?
a) Alkan
b) Kohlenhydrat
c) Dipeptid
d) Aminosäure
e) Barbiturat
f) Steroid
g) Nucleotid
h) Alkaloid
16) Zeichnen Sie aus den Aminosäuren Prolin, Alanin und Leucin ein Tripeptid mit Leucin
als N-Terminus und Alanin als C-Terminus (LeuProAla).
116
5. Testfragen
17) Welche der folgenden Aussagen bezüglich der in der Natur vorkommenden Moleküle
ist/sind richtig?
A:
Die einfachen Zucker (Monosaccharide) sind entweder Polyhydroxyaldehyde oder
Polyhydroxyketone.
B:
Alkaloide enthalten Stickstoff als Heteroatom und zeigen deshalb auch basisches
Verhalten.
C:
Charakteristische Bestandteile der Lipide sind höhere aliphatische Monocarbonsäuren
(Fettsäuren), die hauptsächlich für die Wasserlöslichkeit verantwortlich sind.
D:
Nucleotide werden durch vollständige Hydrolyse in eine Pyrimidin- oder Purinbase,
einen Zucker und Orthophosphorsäure zerlegt.
E:
In der Stärke sind die Glucosebausteine α-glycosidisch verknüpft, während in der
Cellulose die β-Glycosidbindung auftritt.
a) A, B, C und D
b) A, B, D und E
c) A, C, D und E
d) B, C, D und E
e) alle Aussagen A – E sind richtig.
18) Zeichnen Sie die offenkettige Fischer-Projektionsformel einer Aldopentose und geben
Sie an, wie viele stereoisomere Aldopentosen denkbar wären.
Es sind
Stereoisomere denkbar.
19) Welche Aussage/n über die DNA ist/sind falsch?
A:
Die DNA enthält den Zucker Ribose.
B:
Die DNA bildet einen Doppelstrang durch die Basenpaarung von Adenin mit Thymin und
Guanin mit Cytosin.
C:
Thymin kann drei Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden.
D:
Ein Nucleosid besteht aus Zucker- und Phosphorsäurerest.
E:
Guanin gehört zu den Purin-Basen.
a) D
b) A und C
c) C und D
d) A, B und E
117
e) A, C und D
5. Testfragen
20) Welche der folgenden Aussagen trifft/treffen nicht zu?
A:
Fette liefern bei der alkalischen Hydrolyse Salze von Monocarbonsäuren.
B:
Fette sind lipophile Verbindungen.
C:
Fette enthalten drei Estergruppen
D:
Bei der Hydrolyse von Fetten entsteht Glycerin.
E:
Bei der abgebildeten Formel handelt es sich um ein Fett.
a) A
b) D
c) E
d) A und D
e) B und C
f) alle Aussagen A – E sind zutreffend.
118