ORGANISCHE CHEMIE 1 TEIL 1 © JÜRGEN HALLER

ORGANISCHE CHEMIE 1
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TEIL 1
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ORGANISCHE CHEMIE 1
TEIL 1
„Die Organische Chemie kann einen jetzt ganz toll machen. Sie kommt mir
wie ein Urwald der Tropenländer vor, voll der merkwürdigen Dinge, ein
ungeheures Dickicht, ohne Ausgang und Ende, in das man sich nicht
hineinwagen mag.“
FRIEDRICH WÖHLER , 1835
heute:
Organische Chemie ist wichtigster Teil der ChemieNicht nur Stoffe der belebten Natur, sondern allgemein
„Chemie der Kohlenstoffverbindungen“ mit C, H, O, N, S, P, Halogene, außer CO2, CO,
Carbonate, Kohlensäure.
Heute geschätzt über 7´000´000 bekannte organische Verbindungen (CHRISTEN)
- Dickicht noch größer!!!
Fachwissenschaftliche Aspekte:
„Wie können wir mit dem Studium eines Gebietes solch enormer Komplexität auch nur
beginnen? Ist die OC immer noch so, wie sie WÖHLER vor 150 Jahren erschien? Das Dickicht
existiert noch größtenteils unerforscht – und es gibt mehr merkwürdige Dinge, als sich
Wöhler träumen lies. Aber solange wir nicht zu schnell und zu weit vorgehen, können wir es,
ohne uns zu verlaufen, betreten, denn wir besitzen einen Plan, die Strukturtheorie.“
MORRISON
Weiter Zitat:
„Mit Hilfe der Strukturtheorie gelang es, unzählige Fakten über viele 100´000
Einzelverbindungen auf einen gemeinsamen Nenner zu bringen und sie systematisch zu
ordnen. Die Strukturtheorie ist die Quintessenz der Überlegungen, wie sich Atome zu
Molekülen vereinigen. Sie befaßt sich mit der Anordnung der Atome in den Molekülen , sie
erkundet, wie die Elektronen die Atome miteinander verbinden, sie beschäftigt sich mit der
Gestalt und Größe der Moleküle und mit der Verteilung der Elektronen in den Molekülen.
Um sich ein Molekül besser vorstellen zu können, fertigt man davon oft eine Zeichnung oder
ein Modell an ...
Die Bilder und Modelle erweisen sich als nützlich, wenn man sie richtig interpretieren kann.
Dem Strukturchemiker sagen sie ein ganze Menge über die Verbindung, deren Moleküle sie
Symbolisieren: Wie man die Verbindung herstellen kann, welche physikalischen
Eigenschaften sie vermutlich besitzt (Siedetemperatur, ...), in welcher Art von Lösungsmittel
sie sich löst, ob sie farbig oder farblos ist, welches chemische Verhalten ihr eigen ist, die Art
von Reagenzien, mit denen sie langsam oder schnell reagiert.
Dies alles läßt sich mit einiger Sicherheit aus den Strukturformeln und Modellen einer
Verbindung, mit der man sich nie zuvor beschäftigt hat, ablesen, wenn man deren Sinn
richtig erfaß.“
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ORGANISCHE CHEMIE 1
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Dies sind die wichtigsten Prinzipien der Veranstaltung!
Im Prinzip ist dies Allgemeine Chemie an organischen Beispielen.
Wir wissen heute:
C ist vierbindig und als Spezialität sind C-C-Bindungen in fast beliebiger Menge möglich.,
zusätzlich Doppel- und Dreifachbindungen.
Das, was wir spielerisch mit dem CVK-Kasten zusammensetzen, kann oft auch von
Chemikern als Substanz hergestellt werden.
Problem:
Wie diese vielen Substanzen benennen, ohne dabei den Überblick zu verlieren?
Dazu (didaktische) Überlegung:
Wozu ein Name? - „Sich unterhalten können über“, auch ohne greifbare Nähe:
„Hol mir X...“
Ziel: Der Name soll möglichst kurz und einfach sein und natürlich treffsicher
(eindeutig bzw. eineindeutig).
Abhängig von Basismenge: Oft reichen triviale (Namen) aus. Z.B. Schwabe, Tänzer,
der mit dem roten Pullover, ...
Trotzdem Ziel der „Eineindeutigkeit“
(Vergl. Mensch durch Pass)
Wie kann man Stoffnamen finden?
Folgende Möglichkeiten sind denkbar:
-
Eigenschaften / Eigenschaftskombinationen „Steckbriefe“ – Wie so viele Substanzen
erfassen?
Genauer Aufbau der Moleküle: Formeln und/oder Verbalisierung (Namen)
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ORGANISCHE CHEMIE 1
TEIL 1
Substanz X
1. Der Weg zur Formel
•
Qualitative Elementaranalyse
Man muß wissen, welche Atomsorten überhaupt enthalten sind
Beispiel: C, H, O
•
Prozentuale Zusammensetzung
Bzw. Verhältnis der Atomarten im Stoff
Beispiel: C : H : O = 3 : 8 : 1
•
Bestimmung der Molekularformel / Summenformel
Durch Bestimmung der molaren Masse (ALLG. CH)
Beispiel: C5H12O
•
Angabe der Konstitutionsformel/Strukturformel:
Man gibt zusätzlich zur Molekularformel noch an, in welcher Reihenfolge die einzelnen
Atome im Molekül miteinander verknüpft sind. Experimentelle Bestimmung kompliziert.
Heute spektroskopische Untersuchung (IR-Spektroskopie).
Beispiel: C3H8 (Molekularformel)
H
H
H
H
H
C
C
C
H
H
H
H
H H
C
C
C
H
O
H
O
H
Konstitutionsisomere
H
gleiche Summenformel
aber unterschiedliche
Anordnung
H
H
H
C
H
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O
H
H
C
C
H
H
H
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2. Der Weg zum Namen
Für die Namensgebung wurde 1892 erstmals international verbindliche Regeln entwickelt
(IUPAC, Genfer Nomenklatur), im nationalen Bereich werden aber oft noch sog.
Trivialnamen benutzt. „Essigsäure“,“Acetylen“,...
Man hat versucht, die vielen Millionen Namen auf möglichst wenig Grundprinzipien
aufzubauen. Die wichtigsten (auch Schulrelevanten) muß man auswendig lernen, genauso wie
Namen von Schülern usw.
Ein Teilergebnis der Nomenklaturregeln finden sie im Anhang.
Begriffserklärungen:
•
•
•
Funktionale Gruppe
Priorität der funktionalen Gruppen
Bei der Namensgebung gibt es wichtige und weniger wichtige Gruppen
Präfix und Suffix
Die funktionelle Gruppen haben einen anderen Namen, wenn sie vorab genannt werden
(Präfix = Vorsilbe), z.B. OH-Gruppe HYDROXY, und wenn sie am Namensende genannt
wird (Suffix = Nachsilbe) –OL
Am üblichsten ist die Substitutive Nomenklatur
Beispiel:
Konstitutionsformel sei gegeben
Cl
C
C
C
C
C
C
C
O
H
Bemerkung:
Gefahr des UFERLOSEN! In der Regel hat man es mit relativ einfachen Formeln zu tun.
Grundsätzliches Ziel:
Namen möglichst einfach
(auch bzgl. der Symbolik, z.B. Bindestriche)
und eindeutig interpretierbar
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Vorgehensweise bei der Namensgebung
1. funktionelle Gruppen erkennen
einige didaktische Bemerkungen: Analogie mit Bürste, in die ein Nagel geschlagen wurde,
die „funktionelle Gruppe“ ist nicht mehr die Bürste.
Vergleich Alkohol/Carbonsäure
Erkennen an Heteroatomen oder Mehrfachbindungen oder Alkylgruppen
Hier: C=C-Doppelbindung, Cl- und OH-Gruppen
2. In der Liste Gruppen nach Priorität ordnen.
Gruppen höchster Priorität bestimmen die Verbindungsklasse.
Hier:
OH-Gruppe
Verbindungsklasse: Alkohole
3. Bezeichnungen
Gruppen höchster Priorität als Suffix benennen
Hier: O-H „-ol“
Mehrfachbindungen i.d.R. als (nachrangige) Suffixe
Hier: C=C „-en“
Alle übrigen als Präfixe alfabetisch!
Gegebenenfalls gleiche Gruppen zusammenfassen.
Hier: -Cl „Chlor“
4. Stammsystem (Kohlenwasserstoffgerüst bestimmen)
Unser Vorgehen (vereinfacht!)
1. Möglichst viele der wichtigsten Gruppen müssen enthalten sein, wobei die
Gruppen höchster Priorität am stärksten beachtet werden müssen
2. Zusätzlich möglichst viele Mehrfachbindungen
3. Sonst nach der längsten C-C-Kette suchen
Stammsystem benennen:
Hier: C=C-C-C-C
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„Penten“
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5. Kohlenstoffe des Stammsystems durchnummerieren
Bedingung: C-Atom(e) mit Gruppe höchster Priorität mit möglichst niedriger
Ordnungszahl
Grundsätzlich sollten C-Atome mit Seitengruppen möglichst kleine Ordnungszahlen
erhalten
Cl
5
C
C
C
C
6.
Name:
hier
4 3
C
2
C
1
C
O
H
3-Chlor-4-Ethyl-4-Penten-2-ol
Jetzt:
Name nach substitutiver Nomenklatur sei bekannt!
Gesucht:
Konstitutionsformel
Beispiel:
2-Methyl-4-oxo-hexanal
1. Verbindungsklasse und Stammsystem erkennen und formelmäßig erfassen:
Beachte: Gehört C der „Funktionellen Gruppe“ zum Stammsystem oder nicht
Siehe Tabelle: Unterschiedliche Namen
Stammsystem:Hexan C-C-C-C-C-C
Verbindungsklasse: Aldehyd C-C-C-C-C-CHO
2. Das Stammsystem durchnummerieren
3. Übrige Gruppen formelmäßig erfassen und an die der Nummer entsprechenden C-Atome
hängen
4. Konstitutionsformel
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TEIL 1
Weitere Definitionen
KONFIGURATION
-heißt die räumliche Anordnung der Atome im Molekül
ohne Berücksichtigung der verschiedenen Anordnungen,
die durch Rotation um Einfachbindungen entstehen
können.
Bindungswinkel werden berücksichtigt.
(Denken sie an „Figur“)
Konfigurationen, die man aus elektrostatischen Gründen
erwarten kann:
• 4 Liganden um ein C-Atom
- tetraedrische Anordnung (Bindungswinkel 109°)
H
H
H
C
C
H
H
•
Kon f igur at ion
Cl
3 Liganden
freie Elektronenpaare als Liganden!
•
Winkel = 135°
C
Drei Liganden
eben, Winkel 120° „mercedessternförmig“
C
C
C
C
Zwei Liganden
-linear
2 Liganden
!
VORSICHT: „freie Elektronenpaare“ zählen wie Liganden
- H2O: O hat 4 Liganden
O
H
H
Konfigurationsisomere (Stereoisomere) müßten Teilchen sein, die sich bei gleicher
Konstitution in ihrer Konfiguration unterscheiden.
Konformation gibt schließlich die genaue Anordnung aller Atome an, also Drehung um
Einfachbindungen werden auch berücksichtigt.
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TEIL 1
Beispielhafte Anwendung dieser Definition als Übung:
Ich gebe ihnen den Namen, sie bauen das Teilchen:
2-Butanol
Es gibt zwei nicht deckungsgleiche 2-Butanole!
Sie sind nur durch Trennung und Bildung von Bindungen ineinander überführbar.
Also Konfigurationsisomere oder Stereoisomere!
Hier: Bild und Spiegelbild = Enantiomere
Hinweis:
Möglichkeit der Klassifikation der Stereoisomeren nach Enantiomerern und
Nichtenantiomeren = Diastereomere
Denken Sie dabei auch an die Kohlenhydrate z.B. Monosaccharide!
Übung:
Geben Sie zwei diastereomere Monosaccharide an!
CH2OH
C O
OH
C
C
C C
OH
OH
OH
α-Glucose
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CH2OH
OH
O
C
OH
C
C
C C
OH
OH
β-Glucose
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TEIL 1
Wir erkennen
1. Neues Problem der grafischen Darstellung und der Nomenklatur und
2. wie überhaupt erkennen, ob ein Molekül gegebener Konstitution in stereoisomeren
Formen auftreten kann?
Zu 2. Chiralitätszentrum: wird i.d.R. an einem assymmetrischen (chiralen) C*-Atom
(C* mit 4 verschiedenen Liganden) erkannt
Zu 1. Grafische Möglichkeiten
a. Räumliche Darstellung
b. Fischer – Projektion
am Beispiel 2-Butanol
Auf Betrachter gerichtet
H
H
C
H
H
C
O
H
C
H
H
C
H
H
H
Kalottenmodell am C* halten, Kohlenstoffkette vertikal anordnen, dabei müssen die beiden
Liganden OH und H auf Sie als Betrachter ausgerichtet sein. Diese Position in vereinfachter
Projektion auf eine Ebene abzeichnen: C-Kette vertikal, OH und H „links und rechts“ von C*,
gerade so, wie sie die beiden Liganden in Ihrem konkreten Modell sehen. Sie werden 2
„Fischer-Prokektionen“ finden. Beide sind richtig, denn „Drehen um 180° in der
Papierebene“ ist erlaubt!
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TEIL 1
Gegeben:
2-Amino-pentansäure
Bauen Sie genau das Enantiomere, das folgender Fischer-Projektion entspricht:
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H
H2N
C
H
COOH
Wie lautet der exakte Name für das Enantiomer?
c. Nomenklatur-Regeln nach CIP-System (CAHN/INGOLD/PRELOG)
Vorgehensweise:
- für die vier Liganden am C* Prioritätsabfolge festlegen.
Kriterium: Ordnungszahlen (im PSE) der mit dem C* verbundenen Atome
- falls unklar, weitere Atome berücksichtigen, mehrfachgebundene
auch mehrfach werten.
Unsere Beispiel:
N (7)
Also:
>
C (6)
N Höchste Priorität
>
H (1)
H niedrigste Priorität
Und (CH2)2-CH3 (I) bzw. COOH (II) noch unklar!
Hier werden „weitere Atome“ berücksichtigt:
I:
2 mal H und 1 mal C → 2+6 = 8
II :
1 mal O + 1 mal O (doppelt gebunden) → 8+ 2∗8 = 24
Also höhere Priorität
Damit ergibt sich folgende Abfolge der Prioritäten:
NH2 >COOH > (CH2)2-CH3 > H
H
H
C
H
H
C
H
H
CIII
I C
II
H2N
H
HIV
COOH
Priorität
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ORGANISCHE CHEMIE 1
TEIL 1
Jetzt:
Modell am C*-Atom festhalten und so ausrichten, dass der Ligand niedrigster Priorität am
weitesten von Ihren Augen entfernt ist. Sie sehen dann im Vordergrund die drei übrigen
Liganden. Stellen Sie dabei fest, dass ihre Prioritäten im Uhrzeigersinn fallen, dann sagen wir
„R-2-Aminobutansäure“
Im anderen Fall „S-2-Aminobutansäure“
Hinweis:
„D-...“ und „L-...“ beziehen sich auf die Fischer Projektion
Übung:
Bauen Sie 2-Buten!
Es gibt 2 Konfigurationsisomere (hier Diastereomere)
II
H
H
H
H
I
C
C
II
I
H
H
C
C
H
H
cis - 2 - Buten
=
Z - 2 - Buten
H
II
H
H
H
I
C
C
C
I
H
C
II
H
H
H
trans - 2 - Buten
=
E - 2 - Buten
Nomenklatur-Regeln: CIP
Trennen Sie in Gedanken das Molekül in zwei Hälften links und rechts der Doppelbindung.
Sie haben dann auf beiden Seiten 2 Liganden.
Bestimmen Sie links und rechts separat die Prioritäten der beiden Liganden
„Z-“ falls die Liganden höherer Priorität auf der gleichen Seite der Doppelbindung liegen,
sonst „E-“.
In einfachen Fällen „cis/trans“.
Wobei „cis“ auf der selben Seite der Doppelbindung bedeutet, „trans“ entsprechend auf
verschiedenen Seiten.
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ORGANISCHE CHEMIE 1
TEIL 1
Beispiel:
Z –3–methyl–2–butensäure
H
H
II
II
C
C
C
CI
H
I
H
Jetzt:
Konformationen
Beispiel:
Ethan
1
O
4
H
2
3
OH
Es gibt eigentlich unendlich viele verschiedene Konformationen
→ quantenmechanische Betrachtungsweise!
Auffallend dabei sind 2 Extremstellungen
Zeichnerisch sind diese am besten in der NEWMAN-Projektion darzustellen:
Stellung auf
“Lücke”
H
H
H
C
“Deckung”
H
H
H
H
H
mögliche
Zwischenstellungen
H
H
C
H
C
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
C
H
H
(jedoch auch Sägebock-Darstellung wäre möglich)
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ORGANISCHE CHEMIE 1
TEIL 1
Energetische Betrachtungen
Am energiereichsten: Stellung auf Deckung
Energieärmste Konformation: Stellung auf Lücke
Grund: vor allem „Van der Waals-Abstoßung“
Energiediagramm
H
Energie
H
H
C
H
H
H
H
H
H
H
C
H
H
H
H
H
H
C
H
H
H
H
H
C
H
H
H
Definition:
Konformationsisomere mit relativem Energieminimum heißen Konformere
Beispiel: Konformeres des Ethan: Stellung auf Lücke
H
H
C
H
H
H
C
H
H
H
C
H
Hinweis und Übung:
In den meisten Büchern finden Sie oft Alkanketten in ZICK-ZACK-Form dargestellt.
→ Erklärung durch Diskussion der Konfigurationsisomeren
Butan Konformere suchen und die energiestabilste Form in NEWMAN bzgl der inneren
C-C-Bindung zeichnerisch darstellen.
NEWMAN
CH3
H
H
H
H
C
“Seitenansicht”
CH3
C
H
CH3
H
CH3
C
H
H
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ORGANISCHE CHEMIE 1
TEIL 1
Eigenarbeit bzw. PRAKTIKUM:
Zeichnen sie die Konformere des Cyclohexans!
Boot-(Wannen-)
Konformation
TwistKonformation
SesselKonformation
ATOM- und Molekülmodelle (Bindungsmodelle)
Thema der Allgemeinen Chemie (Grundlagen bitte selbst erarbeiten!)
Hier: Vereinfachte Darstellung im Sinne der „Bereitstellung von Hilfsmitteln“ für die
OC .
Wir beschäftigen uns nur mit den für die OC benötigten Atommodellen von H, C, O, N, S und
den Halogenen
An der PH verfügbare Atommodelle:
z.B. Bohr
Kugelwolkenmodell
Orbitalmodelle
Für Laien nur Karton bzw, Styropor!
Ziel:
Interpretation der Modelle, d.h. Eigenschaften schildern, die wir
im Modell unmittelbar sinnlich nicht wahrnehmen können.
z.B. BOHR: Energieniveaus, Elektronen kreisen, Oktettregel, „Unzufriedenheit“, „Wünsche“
Hinweis: Dieses Modell ist für die OC unwichtig
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ORGANISCHE CHEMIE 1
TEIL 1
Es bleiben:
KWM (= Kugelwolkenmodell) und 3 verschiedene Orbitalmodelle O1, O2, O3:
Hinweis: Auch das „s,p,d-Grundmodell“ ist für uns bedeutungslos!
Die folgenden skizzenhaften Vorstellungen reichen aus:
• Für das Reaktions- bzw. Bindungsverhalten sind nur die äußeren Elektronen bzw.
Elektronenräume (Kugelwolken oder Orbitale) bestimmend. Sie befinden sich auf einem
bestimmten „Energieniveau“, auf der „Außenschale“, der „obersten Etage“.
Das Kugelwolkenmodell KWM:
„oberste Etage“: 4 Kugeln als 4 mögliche Aufenthaltsräume (Doppelzimmer) für jeweils 2
Elektronen entgegengesetzten Spins (Geschlecht).
Orbitalmodelle:
Im wesentlichen 3 verschiedene Kategorien von „Doppelzimmern“
-
bei H und He müßte doch eigentlich auch sein....
Kugel
-
„S-Orbital“
bei den übrigen Atomen
Hanteln „p-Orbitale“ (Ausrichtung in x, y oder z-Richtung: px, py, pz)
Form:
p x - Orbital
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p y - Orbital
p z - Orbital
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Halbe Hanteln
Form:
TEIL 1
„q-Ortbitale“ = Hybridorbitale (rote Farbe)
q - Orbital
Hinweis: Den Atomkern müssen wir uns immer im Zentrum vorstellen. Je größer das Atom,
desto größer die Orbitale bzw. desto weiter außen die 4 Kugeln im KWM.
Die 3 gebräuchlichsten Orbitalmodelle in der OC
O1 = sp3-Hybridorbitalmodell
(Hinweis auf Namensgebung „Hybrid“)
4 gleichartige Orbitale, q-Orbitale, (Gleiche Energieniveaus) mit unterschiedlicher
Ausrichtung (nach den Ecken eines Tetraeders, Winkel 109°)
O2 = sp2-Hybridorbitalmodell
3 gleichartige Orbitale, q-Orbitale, etwas kleiner als die oberen, liegen in einer Ebene (z.B.
x,y-Ebene), Winkel 120°; das 4. Orbital „hat an der Hybridisierung noch nicht
teilgenommen“ z.B. pz, steht also senkrecht zu den übrigen
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ORGANISCHE CHEMIE 1
TEIL 1
O3 = sp-Hybridorbitalmodell
2 gleichartige q-Orbitale, die auf einer geraden liegen. Im rechten Winkel dazu kreuzen sich
(in einer Ebenen liegend) 2 p-Orbitale, ebenfalls im rechten Winkel.
Allen Modellen müssen wir noch die folgenden Regeln bzw. „Wünsche“ zuordnen:
Möglichst komplett besetzte oberste Etagen gemäß PAULI-Prinzip (in jedes Zimmer
höchstens 2 Elektronen entgegengesetzten Spins) und hundscher Regel (Gleichwertige
Zimmer werden grundsätzlich zuerst einfach besetzt).
Feststellung
H-, C-, O- und weitere Atome sind unzufrieden und wünschen sich volle Schalen
z.B. O-Atom: Es fehlen 2; C- es fehlen 4 oder es sind 4 Elektronen zuviel
Bildung und Bindungen
→ nachlesen
hier speziell: kovalente Bindungen
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ORGANISCHE CHEMIE 1
TEIL 1
Wie können wir uns kovalente Bindungen vorstellen?
Zwei einfach besetzte Orbitale überlappen, es entsteht eine Situation, in der sich
dann die beiden Elektronen in der Nachbarschaft aufhalten „dürfen“ – „eine
angenehmeSituation!“ – je besser die Überlappung, desto stärker die BindungAnzeichen: Energie wird frei (Bindungsenergie)
Einige mögliche Überlappungsarten:
sp3 überlappt mit s
1.
Sp3 mit sp3
sp3 mit sp2
Einfachbindungen
a. σ-Bindungen
q-Orbitale überlappen z.B. von 2 sp3-Hybridorbitalen
b.
π-Bindung
p-Orbitale von z.B.2 sp2-Hybridorbitalen „überlappen“
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ORGANISCHE CHEMIE 1
2.
Doppelbindungen
a.
τ-Bindungen („Bananenbindungen“)
je 2 q-Orbitale überlappen, hier am Beispiel
von 2 sp3-Hybridorbitalen
2.
σ- und π-Bindungen
Dankbar 3 τ-Bindungen oder
TEIL 1
2 τ-Bindungen + π-Bindungen oder ....?
→ Voraussagen der Konfiguration bzw. Bestätigung der Konfiguration
1. 4 Liganden tetraerderförmig
3
brauchbar: KWM und sp
2. 3 Liganden (einer doppeltgebunden) mecedessternförmig (d= 1,34pm)
3
2
brauchbar: KWM, sp - und sp -Modell
3. 2 Liganden (einer dreifachgebunden oder zwei doppeltgebunden) linear
2
brauchbar: KWM, sp3, sp , sp
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ORGANISCHE CHEMIE 1
TEIL 1
→ Sichtung und Analyse einiger Kalottenmodelle
CVK und KLETT
Erkennbar: Konfiguration (Atomart, Bindungsart, Winkel???)
Bei beiden Modellen nicht erkennbar: Ladungsverteilung, polar ⇔ unpolar, schwach polar ...
Polaritäten entstehen durch unterschiedliche Elektronegativität (EN) der an der Bindung
beteiligten Atome.
Bekannt EN:
H
C
N
O
Cl
Br
S
F
2,1
2,5
3,0
3,5
3,0
2,8
2,5
4,0
→ Polare Bindungen: C-O oder C-CL oder O-H
Hinweis:
Teilchen mit polaren Bindungen müssen nicht zwingend auch polare Teilchen sein!
Ladungsschwerpunkte dürfen nicht zusammenfallen!
Beispiel:
Partialladungen δ+ und δEthanol
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ORGANISCHE CHEMIE 1
TEIL 1
Weitere Differenzierung der Ladungsverteilung
!
Wichtig, weil POLE nach außen (auf andere Teilchen) besonders wirken!
Polarisierung, die vom elektronegativen Atom (Schlüsselatom) ausgeht, wirkt nicht nur auf
das unmittelbar mit ihm verbundene Atom, sondern je nach strukturellen und räumlichen
Voraussetzungen im Teilchen, auch auf die weitere Umgebung.
Wir unterscheiden:
1. Einwirkung auf σ-Bindungen
Man sagt: Schlüsselatom Cl wirkt als „σ-Acceptor“. Dabei übt Cl auf die σBindungselektronen im Vergleich zu H einen –I-Effekt aus. Es wird selbst partiell
negativ und die Umgebung positiv.
!
–I-Effekte nehmen mit der Entfernung vom Schlüsselatom sehr stark ab.
Einige wichtige –I-Substituenten:
C
O
H
O
I
Br
Cl
NO2
F
zunehmender -I-Effekt
Es gibt auch +I-Substituenten:
Denkbar METALLE, Alkylgruppen und ???
C
C
C
C
C
C
C
C
C
Li, Mg, ...
C
zunehmender +I-Effekt
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ORGANISCHE CHEMIE 1
3.
TEIL 1
Hypridbindungen
1
Neben Einfach-, Doppel- und Dreifachbindungen gibt es auch noch 1 -fach Bindungen
x
= Hybridbindungen
Beispiel 1:
1,3 Butadien
Dem Namen nach:
H
H
H
C1
C2 C3
H
C4
H
H
Man findet aber bei C1=C2 und C3=C4 keine „ganzen“ Doppelbindungen
Und bei C2-C3 mehr als eine Einfachbindung, man sagt, die Bindung hat
„Doppelbindungscharakter“
→ der Name ist eigentlich nicht ganz exakt
Nach deutlicher beim
Beispiel 2:
1,3, 5 Cyclohexatrien
gibt es nicht, es gibt diesen 6-Ring mit 1 ½-fach Bindungen:
Name: Benzol (BENZEN)
Erklärung solcher Hybridbindungen mit Hilfe der Atommodelle:
a. KWM und O1 → nur „Bananen“- oder τ-Bindungen erklärbar.
Hybridbindungen können nicht veranschaulicht werden
→Grenze der Brauchbarkeit dieser Modelle erreicht!
Butadien oder Benzol wären nur so beschreibbar:
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ORGANISCHE CHEMIE 1
TEIL 1
b. O2-Modell (hier als wissenschaftlich nicht ganz so sehr ernst zu nehmendes
ANALOGIE-MODELL)
Beispiel 1:
1, 3 – Butadien
Die p-Orbitale müssen parallel stehen
„Seitensprung Analogie-Modell“
Überlappungen:
„normalerweise“ Bildung von Paar 1 und Paar 2
→ alle C haben volles Oktett
→ trotz „Zufriedenheit“ besteht „Lust auf Seitensprung“ zwischen C2 und C3!
→ Analogie-Modell erklärt ausreichend die etwas veränderten „Bindungsordnungen“
(Bindungsgrade) im Butadien
Man sagt auch: p-Elektronen sind delokalisiert (energetisch günstig, da sie an mehr als 2
Kernen „gebunden“ sind)
Hinweis:
Atomkerne dürfen ihre Lage nicht verändern, die Spins der Elektronen müssen gleich bleiben.
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