1 Chemie für Biologen, 2017 Übung 12 Carbonylverbindungen

Chemie für Biologen, 2017
Übung 12
Carbonylverbindungen / Carbonsäuren und ihre Derivate (Thema 13.1 – 14.3)
Aufgabe 1:
a) Es gibt verschiedene Klassen von Carbonylverbindungen. Zeichnen Sie zu folgenden
Klassen jeweils die allgemeine Formel oder ein Beispiel:
i)
Keton
ii)
Aldehyd
iii)
Carbonsäure
iv)
Dicarbonsäure
v)
Aminosäure
vi)
Carbonsäurechlorid
vii)
Carbonsäureester
viii)
Carbonsäureamid
ix)
Carbonsäureanhydrid
b) Nennen Sie jeweils drei Beispiele für Aldehyde, Ketone und Carbonsäuren.
Aldehyde:
Ketone:
Carbonsäuren:
Formaldehyd, Acetaldehyd, Benzaldehyd
Aceton, Cyclohexanon, Acetophenon
Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure
c) Welche Stoffklassen können gebildet werden, wenn Nucleophile an die Carbonylgruppe
addiert werden?
Hydrate, Acetale, Imine
Aufgabe 2:
a) Zu welchen Stoffklassen kann man folgende Alkohole oxidieren?
i)
ii)
iii)
primärer Alkohol
sekundärer Alkohol
tertiärer Alkohol
→ Aldehyde → Carbonsäure
→ Keton
→ keine weitere oxidation
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b) Ergänzen Sie das folgende Schema (Oxidation oder Reduktion):
i)
Carbonsäure → primärer Alkohol → Aldehyd → Carbonsäure
Reduktion → Oxidation → Oxidation
ii)
Keton → sekundärer Alkohol
Reduktion
iii)
Aldehyd → primärer Alkohol → Carbonsäure
Reduktion → Oxidation → Oxidation
c) Zeichnen Sie die Strukturformel von Propinaldehyd (Propanal) und bestimmen Sie die
Oxidationszahlen der darin enthaltenen Kohlenstoffatome.
d) Zu welchen Stoffklassen können Carbonsäurechloride umgesetzt werden?
e) Welche Aussage über folgende Verbindung ist richtig, oder falsch?
i)
Was stimmt?
- Es handelt sich um ein Aldehyd. Richtig!
- Es gibt davon trans- und cis-Isomere. Richtig!
- Diese Verbindung kann Brom addieren. Richtig!
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ii)
Was stimmt?
- Tyrosin ist ein Keton. Falsch!
- Tyrosin ist eine α-Aminosäure. Richtig!
- Tyrosin ist ein Phenol. Richtig!
- Tyrosin ist ein Ester. Falsch!
iii)
Zu welchen Substanzklassen
Strukturelemente?
- Aromat
Richtig!
- Alkohol
Falsch!
- Ether
Falsch!
- Ester
Richtig!
gehört
die
abgebildete
Verbindung
aufgrund
ihrer
Aufgabe 3:
a) Was ist die Keto-Enol-Tautomerie?
Als Keto-Enol-Tautomerie bezeichnet man in der Chemie das chemische Gleichgewicht
zwischen zwei konstitutionsisomeren Formen eines Aldehyds oder Ketons. Dabei
unterscheiden sich Keto- und Enolform in der Position eines H-Atoms und einer
Doppelbindung.
b) Zeigen Sie ein Beispiel für eine Keto-Enol-Tautomerie.
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c) Bilden Sie aus den folgenden Ketonen die dazugehörigen Enole.
Aufgabe 4:
a)
i)
-
Welche Reaktionen können Aldehyde und Ketone eingehen?
Addition von Wasser
→
Hydrat
Addition von Alkoholen
→
Halbacetale / Halbketale
Addition von Alkoholen mit Säure als Katalysator
→
Addition primärer Amine
→
Imin, Oxim, Hydrazon
Acetale / Ketale
ii)
Aceton reagiert mit Methanol unter Bildung eine Halbacetals. Zeigen Sie den
Reaktionsmechanismus.
i)
Was ist eine Aldol-Addition
b)
Die Aldoladdition ermöglicht - ausgehend von Ketonen und Aldehyden - die Synthese von βHydroxy-Derivaten. Die Reaktion findet unter Basen- oder Säure-Katalyse statt, muss aber
sorgsam aufgearbeitet werden, da Reste des Katalysators beim Aufkonzentrieren eine
Abspaltung von Wasser hervorrufen: eine Aldolkondensation.
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ii)
Sie lassen zwei Äquivalente Formaldehyd mit Natriumhydroxid reagieren. Zeigen
Sie den Mechanismus.
iii)
Was ist eine Aldolkondensation?
Die Aldol-Kondensation besteht aus einer Aldoladdition und einer thermischen, Säure- oder
Basenkatalysierten Eliminierung von Wasser.
Die Aldol-Kondensation besteht aus einer Aldoladdition und einer thermischen, Säure- oder
Basenkatalysierten Eliminierung von Wasser.
iv)
Zeigen Sie ausgehend vom Produkt aus b) ii) eine Aldolkondensation.
Weil der Additionsschritt relativ langsam ist, erfolgt häufig eine Aldolkondensation als
Folgereaktion, da β-Hydroxycarbonylverbindungen gerne zu α, β-ungesättigten Verbindungen
eliminieren (besonders bei hohen Temperaturen).
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c) Was ist eine Decarboxylierung? Zeigen Sie ein Beispiel.
Als Decarboxylierung bezeichnet man die Abspaltung einer Carboxylgruppe von einem
Molekül und die Freisetzung als Kohlendioxid.
Aufgabe 5:
a) Geben Sie das Produkt für die Reaktion von Acetaldehyd mit Methylamin an. Welches
Zwischenprodukt wird gebildet?
b) Welche Säure entsteht bei der Hydrolyse (wässrige Aufarbeitung) des Abführmittels
Bisacodyl?
c) Morphin wird mit Acetanhydrid verestert, es entsteht Heroin (Diacetylmorphin). Zeichnen
Sie dessen Strukturformel.
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