Organische Chemie

Werbung
Organische Chemie
1. Allgemeine

Hybridisierung
Die Bildung der Hybrid-Orbitale, die "Hybridisierung", ist kein physikalischer
Vorgang, sondern stellt eine mathematische Umformung der 2s- und der drei 2pAtomorbitale (AO) dar mit dem Zweck, AO's zu erhalten, die für die Bildung
lokalisierter Molekülorbitale (MO) geeigneter sind als die Ein-Elektronen-AO's 2s,
2px, 2py und 2pz. Die Hybrid-AO's sind also nichts anderes als "transformierte"
Atomorbitale.
Am Beispiel von BeH2 wollen wir den hybridisierten und den unhybridisierten
Zustand mit der Wirklichkeit vergleichen (die beiden noch übrigen 2p-Orbitale des Be
sind nicht eingezeichnet)


Kohlenstoff: betrachtet man die Elektronenkonfiguration (1s2 2s2 2p2) im
Energiediagramm, fällt auf, dass im Grundzustand nur zwei ungepaarte
Elektronen vorhanden sind. Der Energieunterschied zwischen den 2s- und den
2p-Orbitalen ist relativ klein, so kann unter dem Einfluss eines
Bindungspartners durch Anheben eines 2s-Elektrons auf das freie 2p-Niveau
ein angeregter Zustand entstehen. Dier vier, zunächst unterschiedlichen
Atomorbitale (2s1 2p3) kombinieren sich zu vier neuen, energetisch
gleichwertigen Orbitalen. Diesen Vorgang nennt man Hybridisierung, es
entstehen sp3-Hybrid-Orbitale.
 Überlappt jetzt jedes der einfach besetzten sp3-Hybrid-Orbitale des C-Atoms
mit je einem einfach besetzten 1s-Orbital eines H-Atoms, erhält man vier
doppelt besetzte, bindende Molekülorbitale
Intermolekulare Kräfte
 Ion-Ion-Wechselwirkungen:
 die Physikalischen Eigenschaften eienr Substenz wie z.B. der
Aggregatszustand werden durch die intermolekularen Kräfte bestimmt.
 Kationen und Anionen ziehen sich aufgrund ihrer unterschiedlichen Ladung an
(Coulomb-Wechselwirkung)  diese Kraft ist sehr stark, so dass man sehr
hohe Energien benötigt, um die Ionen voneinander zu trennen
 Salze haben deswegen einen sehr hohen Schmelzpunkt
 Dipol-Dipol-Wechselwirkungen:
 Eine wichtige Wechselwirkung ist die Dipol-Dipol-Wechselwirkung



Aceton (2-Propanon) bildet aufgrund des Elektronegativitätunterschiedes
zwischen dem Sauerstoffatom und dem Kohlenstoffatom in der C=ODoppelbindung einen Dipol aus
 in Lösung orientieren sich die Acetonmoleküle aufgrund der Dipol-DipolWechselwirkungen
 Als Ergebnis erhält man ein polar aprotisches Lösungsmittel mit hohem
Löungsvermögen für polare Verbindungen
 Wasserstoffbrücken-Bindung:
 Wasserstoff-Brückenbindungen können zwischen Molekülen auftreten, die an
einem elektronegativen Atom (O oder N) einen oder mehrere
Wasserstoffatome tragen. Die Bindung zwischen elektronegativen Atom und
Wasserstoffatom ist stark in Richtung des elektronegativen Atoms verschoben
 Wasserstoff partiell positiv und kann mit partiell negativen Atomen von
anderen Molekülen in Wechselwirkung treten
 Wasserstoffbrücken-Bindungen führen ähnlich wie bei der ionischen Bindung
zu einer Siedepunkt- und Schmelzpunkterhöhung
 Van der Waals’sche Kräfte:
 in allen Atomen und Molekülen entstehen durch Schwankungen in der
Ladungsdichte der Elektronenhülee fluktuierende Dipole
 im Nachbaratom werden durch diese momentan vorhandenen Dipole
gleichgerichtete Dipole induziert, so dass eine Anziehung entsteht
 mit zunehmender Größe der Moleküle bzw. Atome lassen sich die Elektronen
leichter verschieben und lassen sich so leichter Dipole induzieren und die Van
der Waals-Anziehung nimmt zu
Acidität und Basizität (Brönsted und Lewis)
o Brönsted-Säuren sind Substanzen, die H+-Ionen abgeben können
o Brönsted-Basen sind Substanzen, die H+-Ionen aufnehmen können
o Lewis-Säuren sind Elektronenpaarakzeptoren
o Lewis-Basen sind Elektronenpaardonoren
Lösungsmittel (polar, nichtpolar, protisch, apotisch)
o die Löslichkeit eines Moleküls in einem Lösungsmittel wird durch die
Wechselwirkung des Moleküls mit dem Lösungsmittel bestimmt
o Polare Stoffe können sich besonders gut in polaren Lösungsmitteln lösen
o wichtigste Eigenschaft eines Lösungsmittels ist Polarität  wichtig dafür ist
die Ladungsverteilung im Molekül; diese tritt auf, wenn Element verschiedener
Elektronegativität miteinander verbunden sind; je höher die Differenz, desto
größer die Polarität der Bindung
o unpolar: wenn Ladungsverteilung symmetrisch um das Molekülzentrum
angeordnet ist
2. Alkane und cyclische Alkane

Isomerie
o Isomere sind alle Verbindungen mit gleicher Summenformel, aber
verschiedenen physikalischen und chemischen Eigenschaften 
unterschiedlicher Komplex!!!
o man unterschiedet die folgenden Isomeriearten:
 Konstitutionsisomere = Strukturisomere(gleiche Summenformel,
unterschiedliche Atomabfolge)
 Stereoisomere (gleiche Summenformel, gleiche Atomabfolge)

Konfigurationsisomere (nicht durch Drehung von Bindungen
ineinander überführbar)
o Enantiomere (Bild und Spiegelbild, lassen sich nicht zur
Deckung bringen)
o Diastereomere (verhalten sich nicht wie Bild und
Spiegelbild)
 Tosionsisomere (durch Drehungen von Bindungen ineinander
überführbar)
o Konformere (durch Drehung von Einfachbindungen
ineinander überführbar)
o cis-trans-Isomere = geometrische Isomere (durch
Drehung einer Doppelbindung ineinander überführbar
 Konformationen von Ethan und Butan
o Alkane besitzen sp3-hybridisierte C-Atome, d.h. sie besitzen nur
Einfachbindungen. Um diese ist eine Rotation relativ einfach möglich. Durch
diese Drehung entstehen Isomere (gleiche Summenformel, aber
unterscheidbare Moleküle). Die Drehung um Einfachbindungen ist ein
Spezialfall der Isomerie, man nennt sie Konformationsisomerie.
o Die Rotationbarriere beträgt 12,5 kj/mol, d.h. bei Raumtemperatur drehen sich
die Methylgruppen schnell aneinander vorbei. Die Drehung wird am besten in
der Newman-Projektion erkennbar. Hierbei schaut man entlang der zu
drehenden Bindung. Das vordere C-Atom wird als Punkt und das hintere CAtom als Kreis dargestellt.
o Konformationsisomere, die sich in einem Energieminimum befinden, nennt
man Konformere. Das Ethan besitzt ein Konformer, nämlich die gestaffelte
Konformation. Die ekliptische Konformation ist ein Übergangszustand und
besitzt keine Lebensdauer.
o Betrachtet man die Konformationsisomere des Butans, wenn man entlang der
C2-C3-Bindung schaut, so erkennt man, daß jetzt zwei energetisch
unterschiedliche Konformere existieren.
 Nomenklatur
o vom einfachsten möglichen Kohlenwasserstoff, dem Methan CH4, lassen sich
durch hinzufügen von –CH2-Gruppen die längerkettigen, gesättigten Alkane
ableiten
o Summenformel der Moleküle: CnH2n+2
o mit Ausnahme der ersten vier Glieder werden die Namen von der griechischen
(bzw. lateinischen) Bezeichnung für die Zahl der C-Aomte abgeleitet
o Mathen, Ethan, Propan, Butan, Pentan, Hexan, Heptan, Octan, Nonan, Decan...
o Zur systematischen Nomenklatur von komplexen Molekülen werden die
IUPAC-Regeln verwendet: Alle Alkane enden mit der Silbe –an. Die Namen
der Alkylgruppen ergeben sich aus den enstprechenden Alkanen, indem die
Endung –an durch –yl ersetzt wird
o verzweigte Alkane können mit folgenden Regeln benannt werden:
1. Suchen sie die längst zusammenhängende Kette von C-Aomten
im Molekül und benennen sie diese
2. bestimmen sie den Namen der an die längste Kette gebundenen
Alkylgruppen
3. Nummerieren sie die C-Atome der längsten Kette von dem
Ende her, das einem Substituenten am nächsten ist
4. schreiben sie den Namen des Alkans, indem sie die Namen der
Seitenketten in alphabetischer Reihenfolge ordnen, und fügen




sie den Namen des Stammalkans an. Den Alkylgruppen wird
dabei noch die Nummer des C-Atoms, an das es gebunden ist,
vorausgestellt. Wenn eine Alkylgruppe mehrfach auftritt, wird
durch die Vorsilbe Di-, Tri-, Tetra...angezeigt, wie oft  das
aber nicht bei alphabetischer Reihenfolge berücksichtigen
Ringspannung und die Struktur von Cyclohexanen
 Cyclohexan besitzt eine spannungsfreie Sesselkonformation. Es ist daher die in der
Natur am weitesten verbreitete Ringstruktur (z.B. Zuckermoleküle (Pyranosen)
und Steroidringsysteme). Aufgrund der Sesselstruktur können optimale
Bindungswinkel für sp3-C-Atome (109º) eingehalten werden. Die H-Atome stehen
ekliptisch zueinander, d.h. die Ringspannung und die Pitzerspannung sind
minimal. Dies kann man besonders gut in der Newman-Projektion sehen.
 Neben der Sesselform des Cyclohexanrings existieren weitere
Konformationsisomere: Halbsessel-, Twist- und Wannenform. Dabei bilden die
beiden Sessel- und die Twistform Energieminima.
 Betrachtet man die Bindungen am Cyclohexan, erkannt man zwei verschiedene
Richtungen der Bindungen, nämlich axial und equatorial.
 Axiale Bindungen stehen (mehr oder weniger) senkrecht zur Ringebene. Die
equatorialen Bindungen sind in der Ringebene. Beim Überführen der
Sesselkonformationen ineinander wandeln sich alle axialen Bindungen in
equatoriale Bindungen um und umgekehrt.
Polycyclische Alkane, Steroide
o den Steroiden liegt ein tetracylischer Kohlenstoff, das Steran zugrunde
o Steran setzt sich aus drei Cyclohexanringen und einem Cyclopentanring
zusammen, die anelliert sind, was bedeutet, dass benachbarte Ringe jeweils
zwei C-Atome gemeinsam haben
o Vom Steran kommt man zum Steroid durch Anfügen von Substituenten, wie
z.B. zwei Methylgruppen
Pyrolyse, Verbrennung der Alkane
 die wahrscheinlich wichtigste Reaktion der Alkane aus Erdöl und Erdgas ist
ihre Verbrennung mit einem Überschuss an Sauerstoff zu Kohlendioxid und
Wasser. Auch diese Reaktion läuft radikalisch ab.
 es werden erhebliche Mengen an Energie als Wärme frei, die man direkt
verwendet (Heizung) oder mit Verlusten in andere Energieformen umwandelt
 mit einer allgemeinen Formal kann man bei einem beliebigen
Kohlenwasserstoff die stöchiometrischen Faktoren der Oxidation rasch
ermitteln
2 CnH2n+2 + (3n+1)O2  2n CO2 + (2n+2)H2O -ΔH (Verbrennungswärme)
 Ein im Verbrennungsmotor auftretendes Problem ist die Fehlzündung. Sie tritt
hauptsächlich bei Gemischen mit geradkettigen Alkanen auf. Je höher die
Octanzahl eines Gemisches, umso weniger Fehlzündungen gibt es.
Radialische Chlorierung von Methan
o Alkane und Chlor sind nebeneinander beständig; beim Erhitzen oder Belichten
(UV-Licht) findet hingegen eine explosionsartige Umsetzung statt  als
Ergebnis werden einfach und mehrfach chlorierte Kohlenwasserstoffe
gefunden
o so entsteht z.B. aus Methan zunächst Methylchlorid und daraus über zwei
weitere Zwischenschritte schließlich Tetrachlorkohlenstoff
o Allgemein ausgedrückt wird ein H-Atom im Kohlenwasserstoff durch ein
Chloratom ersetzt, es entsteht ein Alkylchlorid  Substitution
o im UV-Licht dissoziieren einige Chlormoleküle in Chloratome, die Radikale
sind  greifen Kohlenwasserstoffmolekül an, entreißt ihm ein H-Atom und
bildet das stabile HCl sowie ein Alkylradikal  dieses kann nun mit ChlorMolekül (Cl2) reagieren  ein Chloratom binden und das zweite als ChlorRadikal freisetzen  Ketteneffekt  mögliche Kettenabbrüche sind die
Reaktionen von zwei Radikalen miteinander (Rekombination)
3. Stereoisomerie




Stereoisomere (gleiche Atomabfolge) 
Konfigurationsisomere (nicht durch Drehung von Bindungen ineinander überführbar)
o Enantiomere
 Bild und Spiegelbild, lassen sich nicht zur Deckung bringen
 Verbindungen mit dieser Eigenschaft werden auch als chirale
Verbindungen bezeichnet
 sie haben die gleichen physikalischen Eigenschften, aber
unterschiedliche Vorzeichen für den betragsmäßig gleichen Drehwert
 die überwiegende Zahl der Reaktionen verläuft zwischen chiralen
Reaktionspartnern, z.B. enzymatische Reaktionen
 Diastereomere (Konfigurationsisomere (nicht durch Drehung
von Bindungen ineinander überführbar)
o Enantiomere (Bild und Spiegelbild, lassen sich nicht zur
Deckung bringen)
o Diastereomere (verhalten sich nicht wie Bild und
Spiegelbild)
 Tosionsisomere (durch Drehungen von Bindungen ineinander
überführbar)
o Konformere (durch Drehung von Einfachbindungen
ineinander überführbar)
o cis-trans-Isomere = geometrische Isomere (durch
Drehung einer Doppelbindung ineinander überführbar)
Chirale und achirale Verbindungen
o chiral: zwei Verbindungen, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten
o achiral: verhalten sich nicht wie Bild und Spiegelbild, lassen sich zur Deckung
bringen
Absolute Konfiguration R/S-Nomenklatur
o R = rechtsdrehend
o S = linksdrehend
o Substituenten eines asymmetrischen C-Atoms werden wie folgt mit einer
Rangfolge von 1 bis 4 versehen:
1. die höhere Ordnungszahl hat Vorrang
2. die höhere Massenzahl hat Vorrang (bei Isotopen)
3. Doppelbindungen werden wie zwei Einfachbindungen zum
entsprechenden Atom gewertet
4. die Bewertung erfolgt in Sphären. In erster Sphäre befinden sich
alle gebundenen Atome. In zweiter Sphäre alle an diese
gebundenen Atome und so weiter. Kann man in der ersten
Sphäre keinen Unterschied erkennen, untersucht man die zweite
 hat man die Reihenfolge festgelegt wird der rangniedrigste Substituent vom
Betrachter aus nach hinten gelegt, und die übrigen ergeben eine eihenfolge
entweder gegen den Uhrzeigersinn (S) oder im Ohrzeigersinn (R)




 zur zeichnerischen Darstellung benutzt man die Keilchstrichformel
Fischer-Projektion
o in der Fischer-Projektion wird die längste C-Kette im Molekül durch einen
vertikalen Strich dargstellt, wobei das Ende mit der am höchsten oxidieren
funktionellen Gruppe nach oben gezeichnet wird
o alle asymmetrischen C werden nun mit ihren Substituenten durch horizontale
Striche gekennzeichnet
o stellt nichts anderes dar als die Übersetzung der quasi „dreidimensionalen“
Keilchstrichformel in die zwei Dimensionen der Papierebene.
Konventionsgemäß sollen dabei vertikale Striche hinter die Projektionsebene
zeigen und horizontale Striche davor
o Befindet sich der Substituent (z.B. –OH) rechts, so handelt es sich um eine DVerbindung
o bei den Kohlenhydraten wird das am weitesten von der am höchsten oxidierten
funktionellen Gruppe entfernte asymmetrische C-Atom zur Kennzeichnung
herangezogen
Diastereomere
o nicht durch Drehung von Bindungen ineinander überführbar
o verhalten sich nicht wie Bild und Spiegelbild
o verfügen mindestens über 2 asymmetrische C-Atome und besitzen
unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften
o maximale Anzahl der Stereoisomere N hängt von der Anzahl der chiralen
Zentren n ab und errechnet sich durch N = 2^n  dabei sind jeweils zwei
Stereoisomere enantiomer zueinander; zum Rest verhalten sie sich
diastereomer
Meso-Verbindungen:
o Sonderfall bei Verbindungen mit mehreren chiralen Zentren (asymmetrischen
C-Atomen)
o besitzen innere Spiegelebene im Molekül und sind infolgedessen nicht chiral
(achiral), d.h. Bild und Spiegelbild lassen sich zur Deckung bringen
Die Stereoisomere der Weinsäure
o 2^2 = 4
4. Eigenschaften und Reaktionen der Halogenalkane



Nomenklatur der Halogenalkane und Polarität der Bindung
o die Halogenalkane bestehen aus einem Alkylrest als Kohlenwasserstoffgerüst
und einem Halogen als funktionelle Gruppe
o Halogenalkane können durch elektrophile Addition eines Alkens mit
Halogenen oder Halogenwasserstoff oder durch radikalische Substitution aus
dem entsprechenden Alkan und Halogen hergestellt werden
o nach den IUPAC-Regeln wird ein Halogen als Substituent wie eine
Alkylgruppe behandelt
Nucleophile Substitution
 Ein Nucleophil ist ein Reagenz, das ein Elektronenpaar für die Bildung einer
kovalenten Bindung zur Verfügung stellen kann und einen Substituenten
verdrängt
 Das Nucleophil muß nicht negativ geladen sein
SN1-Reaktionen:
o läuft z.B. an tertiären Halogenalkanen in Gegenwart eine Base ab
o Beispiel: 3-Brom-3-methylhexan mit Hydroxid-Ionen



im ersten Schritt dissoziiert das Edukt in ein Bromid-Ion und ein
tertiäres, planares Carbenium-Ion  Zwischenprodukt 
Energieminimum
 im zweiten Schritt reagiert ein Hydroxium-Ion mit dem Carbenium-Ion,
wobei dem Hydroxium-Ion in Bezug auf die Orientierung zwei
Möglichkeiten für den Angriff zur Verfügung stehen  es entsteht
äquimolares Gemisch aus (S)-3-Methyl-3-hexanol und (R)-3-Methyl-3hexanol  ein solches Enantiomerengemisch im Verhältnis 1:1 nennt
man Racemat
 Geschwindigkeit der Reaktion: -d[A]/dt = k * [A]
SN2-Reaktionen:
 läuft z.B. an sekundären und primären Halogenalkanen ab
 besteht im Unterschied zu SN1 nur aus einem Schritt
 bei der Reaktion nähert sich das Hydroxid-Ion von der Rückseite der
Kohlenstoff-Iod-Bindung, während sich das Iod-Atom entfernt;
Übergangszustand kann weder isoliert noch experimentell nachgewiesen
werden  rückwärtiger Angriff führt zu einer Konfigurationsumkehr (aus S
wird R und umgekehrt)
 A+B  C+D (A Konzentration des Eduktes, B die des Nucleophils, C des
Produktes)
 Reaktionsgeschwindigkeit: -d[A]/dt = d[C] = k * [A]*[B]
Unterscheidung der beiden Reaktionen:
 SN1 nur, wenn stabiles Carbeniumion entstehen kann  tertiäre
Halogenalkane, tertiäre Alkohole, Alkylhalogenide oder Benzylhalogenide
 SN2, wenn kein stabiles Carbeniumion entstehen kann  primäre
Halogenalkane, meist auch sekundäre
5. Alkene


Nomenklatur der Alkene
o alle Alkene haben die Endung –en
o es gelten folgende Regeln:
1. finden sie die längste Kette, welche die Doppelbindung enthält
2. Nummerieren sie die Kette so durch, dass die Doppelbindung
eine möglichst niedrige Nummer erhält. Die Nummer der
Doppelbindung entspricht dem C-Atom in der Doppelbindung
mit der kleineren Nummer
3. Die Substituenten und ihre Positionen werden dem Namen des
Alkens als Präfixe vorangestellt
4. bei einem Alken können die Substituenten auf derselben oder
gegenüberliegenden Seiten liegen  cis oder trans
Struktur und Bindung in Ethen
o Alkene sind einfachste, ungesättigte Kohlenwasserstoffverbindungen mit der
empirischen Formel CnH2n
o Funktionelle Gruppen mit einer C-C-Doppelbindung sind z.B. die Vinyl- und
die Allyl-Gruppe
o Da die -Bindung am stärksten ist, wenn beide p-Orbitallappen verdeckt
zueinander stehen, ist die C-C-Bindung nicht mehr frei drehbar.
Dieser Energieverlust beim Drehen der Bindung ist die Ursache für Cis-TransIsomerie bei Alkanen. Um die Trans- in die Cis-Form umzuwandeln, muß die
-Bindung gebrochen werden







o sp2-Hybridisiert
Katalytische Hydrierung
o Alken und Wasserstoff werden mit Hilfe eines Katalysators zu einem Alkan
hydriert
o Additionsreaktion
Elektrophile Additionsreaktion an Alkene
o Für die Reaktivität der Alkene ist die л-Bindung der C=C Doppelbindung
verantwortlich
o bevorzugte Reaktion ist Addition, d.h. ein symmetrisches oder
unsymmetrisches Reagenz lagert sich unter Aufhebung der л-Bindung an die
C-Atome der Doppelbindung an und überführt die ungesättigte in eines
gesättigte Verbindung
o Teilchen, die Elektronen suchen, sind elektrophil, häufig fehlen ihnen 2
Elektronen für eine stabile Verbindung, z.B. H+, Br+, BF3, AlCl3, Ag+...
HX-Addition
o Hydrohalogenierung
o Additionsreaktion
o Alken und Halogenwasserstoff werden zu Alkylhalogenid
Regel von Markovnikov
o man beobachtet, dass Alkylreste an einem positiv geladenen C-Atom die
Ladung besser stabilisieren als H-Atome  Kationen bilden sich an teriären CAtomen leichter als an sekundären oder primären  Nucleophil geht an höher
substituierendes C-Atom
Elektrophile Addition von Brom an Alkene
o unter Einwirkung der л-Elektronen des Alkens wird das Brom-Molekül
polarisiert (л-Komlex) und heterolytisch gespalten  Br+ bildet mit CAtomen einen Dreiring, der als Bromonium-Ion bezeichnet wird  Br- greift
diesen Dreiring von der Rückseite her an einem der C-Atome nucleophil an
und verdrängt das Br+ mit seinem Elektronenpaar von diesem C_Atom 
farbloses Dibromid entsteht
Stereochemie der Bromierung
Hydratisierung
o Additionsreaktion
o aus Alken und Wasser unter Vorhandensein von H+-Ionen wird Alkohol
6. Alkine


Nomenklatur und Gestalt der Alkine
o Summenformel CnH2n-2
o besitzt als funktionelle Gruppe eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Dreifachbindung
o besitzen Endung –in
o für die genauere Benennung kann man analog zu den Alkenen die Regeln 1-3
anwenden
o Doppelbindung erhält Vorzug vor Dreifachbindung, d.h. die kleinere Position
(Alkenine)
Eigenschaften und Bindung der Alkine
 Die beiden Kohlenstoffe der Dreifachbindung sind sp-hybridisiert
 Durch den zunehmenden p-Anteil vom sp3- zum sp-Hybrid steigt die Acidität
der Kohlenwasserstoffe
o Darstellung aus Kohle und H2 oder Koks und Kalk
7. Alkohole






Nomenklatur der Alkohole
o primäres Alkohol: C-Atom, an dem die Hydroxylgruppe sitzt, hat Bindung zu
nur einem weiteren C-Atom
o sekundärer Alkohol: Bindung zu zwei weiteren C-Atomen
o tertiärer Alkohol: Bindung zu drei weiteren C-Atomen
o Endung –ol
o längste Kette suchen, die die –OH-Gruppe trägt  durchnummerieren, so dass
OH kleinste Nummer erhält  Alkohole haben Priorität vor Doppel- oder
Dreifachbindungen (dann Alkenole oder Alkinole)
o besitzt eine Verbindung mehrere OH-Gruppen, wird sie als mehrwertiger
Alkohol bezeichnet  Anzahl wird im Namen durch Präfix angegeben (z.B.
1,2-Ethandiol)
Darstellung von Ethanol
o Endprodukt der Alkoholischen Gärung
o Durch Fermentation erhält man nur eine Konzentration bis 15%  Destillation
für höhere Konzentrationen
o in der Industrie wird Ethanol durch Addition von Wasser an Ethen in
Gegenwart konz. Schwefelsäure hergestellt
o sehr billig, findet als Lösungsmittel Verwendung
Alkoholische Gärung
o C6H12O6  2 CH3CH2OH + 2 CO2
o Ethanol entsteht als Endprodukt bei der Vergärung von Kohlehydraten durch
Mikroorganismen (Hefe)
Struktur und physikalische Eigenschaften der Alkohole
o Alkohol enthalten eine oder mehrere –OH-Gruppen (Hydroxylgruppen)
o Alkohole können z.B. aus Halogenalkanen durch nucleophile Substitution
hergestellt werden
o mit Oxidationsmitteln lassen sich Alkohole zu den entsprechenden
Carbonylverbindungen oxidieren  aus primären Alkoholen entstehen dabei
Aldehyde, die meist weiter zu Carbonsäuren oxidiert werden. Sekundäre
o Alkohole werden durch Oxidationsmittel in Ketone überführt
o die niederen Alkohole (bis zu 10C-Atome) sind bei Raumtemperatur
Flüssigkeiten, die eine geringere Dichte als Wasser aufweisen
o vergleicht man die Siedepunkte von Methanol bzw. Ethanol mit dem eines
Kohlenwasserstoffs vergleichbarer Molmasse, dann ergeben sich erhebliche
Abweichungen  die der Alkohole sind deutlich höher
Dipol-Dipol-Kräfte
o Elektrostatische Anziehungskräfte zwischen Molekülen
o Dipol-Dipol-Wechselwirkungen wirken zwischen polaren Molekülen, die ein
Dipolmoment besitzen und die sich in einem elektrischen Feld ausrichten.
Moleküle mit verschobener, nach außen unkompensierter Ladungsverteilung
aufgrund verschiedener Elektronegativität der Bindungspartner besitzen ein
Dipolmoment.
 Es treten im Molekül Partialladungen auf (symbolisiert durch + und -)
H-Brücken und Hydrophilie
o vergleicht man die Siedepunkte von Methanol bzw. Ethanol mit dem eines
Kohlenwasserstoffs vergleichbarer Molmasse, dann ergeben sich erhebliche
Abweichungen  die der Alkohole sind deutlich höher  liegt daran, dass
Alkohol-Moleküle untereinander Wasserstoffbrücken ausbilden und sich


dadurch zu höhermolekularen Assoziaten zusammenlagern, so ie es vom
Wasser selbst bekannt ist
o Will man einen Alkohol verdampfen, so ist mehr Energie erforderlich als bei
einem Kohlenwasserstoff vergleichbarer Molmasse, dessen Moleküle lediglich
durch schwache Van der Waals-Kräfte zusammengehalten werden
o Wasserstoffbrückenbindungen sind nicht nur zwischen Alkohol-Molekülen
möglich, sondern auch von diesen zu Wassermolekülen  sind mit Wasser
verwandt
o Beim Methanol, Ethanol und den Propanolen bestimmt die hydrophile OHGruppe das Lösungsverhalten der Moleküle, man findet vollständige
Mischbarkeit mit Wasser
o bei längerer C-Kette gewinnt der lipophile Kohlenwasserstoffrest zunehmend
an Gewicht, das Lösungsverhalten ändert sich  zwei Phasen bei höheren
Alkoholen
Säure (pKs-Wert) und basische Eigenschaften
o der amphotere Charakter des Wassers gilt im Prinzip auch für Alkohole
 In Gegenwart starker Säuren lagert sich ein Proton an eines der freien
Elektronenpaare an  es entsteht Oxonium-Ion, der Alkohol hat als
Base reagiert
 umgekehrt ist die Abspaltung eines Protons aus der Hydroxygruppe
möglich; Acidität von Alkoholen ist aber schwächer als die des
Wassers, d.h. in wäßriger Lösung erhält man kein Alkoholat-Ion,
sondern immer nur OH--Ionen

pKs-Wert: 16
Redox-Beziehungen zwischen Alkoholen und Carbonylverbindungen
o Aldehyde und Ketone entstehen bei der milden Oxidation von Alkoholen;
primäre Alkohole bilden Aldehyde, sekundäre bilden Ketone  Aldehyde
reagieren weiter zu Carbonsäure
8. Struktur von Ether, Thioether, Disulfide
9. Delokalisierte -Systeme und Licht-Absorption


Konjugierte Diene
o Verbindungen mit zwei Doppelbindungen heißen Alkadiene oder auch kurz
Diene
o Vor dem Stammnamen gesetzte Ziffern geben die Lage der Doppelbindungen
an
o konjugierte Doppelbindungen: Verbindungen wie das 1,3-Buten enthalten
Doppelbindungen, die mit Einfachbindungen alternieren
o isolierte Doppelbindungen: Doppelbindungen sind durch mehrere
Einfachbindungen voneinander getrennt
o Besonderheit konjugierter Diene drückt sich z.B. darin aus, dass Brom sich
nicht nur an eine der beiden Doppelbindungen addiert (1,2-Addition), sondern
auch ein 1,4-Additionsprodukt entsteht
Mesomerie
 Die Verteilung von Elektronenladung (Delokalisierung) über mehrere Atome
hinweg führt zu einer Stabilisierung, d.h. einer energetisch tieferen Lage des
Moleküls.
Diesem Phänomen begegnet man bei Molekülen, die sich durch mehrere
Grenzformeln darstellen lassen.



Bei den mesomeren Grenzstrukturen sind immer s- und p-Elektronen beteiligt.
 Je mehr mesomere Grenzformeln sich zeichnen lassen, desto energieärmer ist
das Molekül!
Ein besonders wichtiger Fall von Delokalisierung durch Resonanzhybride liegt
bei aromatischen Verbindungen vor. In der Reihe Cyclohexen, 1,3Cyclohexadien und 1,3,5-Cyclohexatrien würde die Energie (hier:
Hydrierungswärme) des 1,3,5-Cyclohexatrien viel höher liegen, wenn es nicht
durch Resonanz stabilisiert wäre
Stabilität konjugierter Diene:
o bei Verbindungen mit konjugierten Doppelbindungen wird auch zwischen den
sp2-C-Atomen, die nur einfach verbunden sind, eine zusätzliche Bindung
wirksam, so dass π-Elektronen der Molekülorbitale im Prinzip über alle vier CAtome delokalisiert sind
o solche Systeme sind energieärmer als solche mit zwei isolierten
Doppelbindungen
Terpene
 Terpene sind in der Natur weit verbreitet, vor allem in Pflanzen als
Bestandteile der ätherischen Öle.
 Viele Terpene sind Kohlenwasserstoffe, man findet jedoch auch
sauerstoffhaltige Verbindungen wie Alkohole, Aldehyde und Ketone
(Terpenoide).
 Ihr Baustein ist der Kohlenwasserstoff Isopren, CH2=C(CH3)-CH=CH2
(Isoprenregel, Wallach 1887). Die Terpenkohlenwasserstoffe haben demnach
die Summenformeln (C5H8)n, man teilt sie nach der Anzahl der
Isopreneinheiten ein:
 Anzahl der Isopreneinheiten
Monoterpene 2
Sesquiterpene 3
Diterpene
4
Triterpene 6
Tetraterpene 8
 Beispiele für Monoterpene sind: Pinen, Nerol, Citral, Campher, Menthol,
Limonen. Beispiele für Sesquiterpene sind: Nerolidol, Farnesol. Beispiele für
Diterpene sind: Phytol, Vitamin A1. Ein Beispiel für ein Triterpen ist Squalen,
und Carotin (Provitamin A1) ist ein Tetraterpen.
10.Carbonylverbindungen


Nomenklatur der Aldehyde und Ketone
o Aldehyd:
 an einem endständigen C immer =O und -H
 Endung –al an den Namen des entsprechenden Alkans
 Carbonylkohlenstoffgruppe erhält immer Position 1
 Keton:
 an Carbonylkohlenstoffatom sind zwei weiter C-Atome gebunden
 Endung –on an den Namen des entsprechenden Alkans
 längst, Carbonylkohlenstoff enthaltende Kette wird so nummeriert, dass
dieses C-Atom die niedrigste Nummer erhält
Struktur der Carbonylgruppe
o Sauerstoffatom ist durch Doppelbindung an C-Atom gebunden





o Doppelbindung ist durch hohe Elektronegativität des O-Atoms stark polarisiert
 Sauerstoff negative und Kohlenstoff positive Ladung
Reaktivität der Carbonylgruppe
o stark polarisiert
o Carbonyl-O-Atom: nucleophiles Zentrum  Elektrophil lagert sich eher an
o Carbonyl-C-Atom: elektrophiles Zentrum  wird eher von Nucleophil
angegriffen
o greift Nuecleophil am C-Atom an, verschiebt sich das π-Elektronenpaar zum
O-Atom hin, das ein Proton (Elektrophil) anlagert  C-Atom geht von sp2 in
sp3 über  in dieser Reaktion sind Aldehyde etwas reaktiver als Ketone
o reicht Nucleophilie nicht aus, dann können starke Säuren katalytisch wirken
Addition von Wasser zu Hydraten
o Wasser greift das Carbonyl-C-Atom von Aldehyden und Ketonen nucleophil
an und gibt ein Proton an das Carbonyl-O-Atom ab
o Formal addiert sich Wasser an die C=O-Dopelbindung, es entsteht ein Hydrat,
das mit der Ausgangsverbindung im Gleichgewicht steht
o der Grad der Hydratisierung schwankt bei einzelnen Verbindungen und ist
beim Formaldehyd und Acetalaldehyd höher als beim Aceton
Addition von Alkoholen
o Analog dem Wasser regieren auch Alkohole, dabei entstehen aus Aldehyden
Halbacetale, aus Ketonen Halbketale
o Besonderheit dieser Reaktion ist es, das sich auch eine Alkoholgruppe
desselben Moleküls an die CO-Gruppe addieren kann, sofern der Abstand der
reagierenden Gruppen günstig ist  es entstehen cyclische Halbacetale
(Halbketale), die stabiler sind als offenkettige Halbacetale und zur Bildung
eines heterocyclischen Ringes führen
o Zugabe starker Säuren zur Mischung aus Aldehyd (Keton) und Alkohol
katalysiert einerseits die Halbacetalbildung, im Anschluss daran jedoch auch
eine Folgereaktion  unter Wasserabspaltung entsteht aus dem Halbacetal
(Halbketal) ein Carbenium-Ion, das von einem weiteren Alkohol-Moleül
nucleophil angegriffen wird und nach Verlust eines Protons zum Acetal (Ketal)
wird
 reversible Reaktion
Addition von Aminderivaten
o Ammoniak und Amine sind gute Nucleophile
o es entsteht Azomethin, oder auch Schiff’sche Base
Oxidation der Aldehyde
o Aldehyde können weiter zu Carbonsäuren oxidieren
o dabei wird ein H-Atom abgespalten und eine OH-Gruppe an der freien Stelle
gebunden
11.Enole und Enone; ,-ungesättigte Alkohole, Aldehyde und Ketone

Keto-Enol-Tautomerie und CH-Acidität
o Die Polarisierung der Carbonylgruppe wirkt sich auch noch auf das
benachbarte C-Atom aus, das als α-C-Atom bezeichnet wird  an ihm
hängende H-Atome (α-ständige H-Atome) zeigen eine für C-H-Bindungen
ungewöhnlche Acidität (pKs= 19-21 für Aldehyde und Ketone)
o in Gegenwart starker Basen bildet sich ein Anion, das mesomeriestabilisiert ist
 frei gewordenes Elektronenpaar und die damit verbundene negative Ladung
sind zwischen dem α-C-Atom und dem Carbonyl-O-Atom verteilt 


Mesomerie stabilisiert das Anion, dies steigert in der Ausgangsverbindung die
Tendenz der Protonenabgabe und ist somit Ursache für die Acidität
o das aus einem Aldehyd (R=H) oder Keton gebildete Anion hat zwei
Möglichkeiten, beim Ansäurern wieder ein Proton aufzunehmen:
 an das ursprüngliche α-C-Atom zur Ketoform
 am Enolat-O-Atom zur Enolform (Name: Doppelbindung und OHGruppe)
o Keto- und Enolform stehen miteinander im Gleichgewicht 
Konstitutionsisomere, die in diesem speziellen Fall Tautomere heißen
o im Endeffekt wandert ein Proton von einem α-C-Atom zum O-Atom der
Carbonylgruppe oder in umgekehrter Richtung; dabei ordnen sich die πElektronen um
Chelatkomplexe
o organische Moleküle, die nicht nur ein, sondern mehrere Donor-Atome
besitzen, mit denen sie an dasselbe Zentralatom herantreten, heißen Chelator,
das entstehende Teilchen ist dann ein Chelat-Komplex
o Zweizähnige Chelatoren sind z.B. Ethylendiamin oder das Anion der
Aminosäure Glycin. Mit Cu2+ bilden sie Chelatkomplexe, deren
Gesamtladung im ersten Beispiel +2, im zweiten 0 beträgt
o Chelatkomplexe entstehen bevorzugt, wenn der Ring, den das Zentralatom mit
dem Chelator bildet, 5- oder 6-gliegrig ist  nicht gespannt und damit
energetisch begünstigt
Aldoladdition und Aldolkondensation
o in stark alkalischer Lösung dimerisiert Acetaldehyd zum „Aldol“, einer
Verbindung, die je eine Aldehyd- und Hydroxygruppe enthält
o Formal ist ein Acetaldehyd-Molekül unter Spaltung einer C-H-Bindung an die
CO-Gruppe eines zweiten Moleküls Acetaldehyds addiert worden  dieser
Teilschritt heiß Aldol-Addition
o Aldol ist in der Regel instabil und wird beim erhitzen oder nach Ansäuern der
Lösung dehydratisiert  es entsteht eine zur CO-Gruppe konjugierte C=CDoppelbindung; Aus dem Additionsprodukt wird ein Kondensationsprodukt
o bedeutsam an dieser Reaktion ist, dass C-Atome verknüpft werden und so aus
kürzeren längere Ketten entstehen
12.Carbonsäuren


Nomenklatur der Carbonsäuren
o an den Stammnamen des Alkans wird die Endung –aäure angehängt
o Häufig werden Trivialnamen benutzt:
 Ameisensäure (Methansäure)
 Essigsäure (Ethansäure)
 Buttersäure (Butansäure)
 Benzoesäure (Benzolcarbonsäure)
Struktur
o Carbonsäuren können durch Oxidation von primären Alkoholen oder
Aldehyden hergestellt werden
o funktionelle Gruppe ist die Carboxylgruppe (-COOH)
o die Carboxylgruppe enthält ein sp2-hybridisiertes C-Atom, ist eben gebaut und
stark polarisiert
o beide Sauerstoffatome haben zwei freie Elektronenpaare und tragen negative
Partialladungen















o Carboxylgruppe ist hydrophil und bestimmt die Löslichkeit  mit
zunehmender Länge sinkt die Wasserlöslichkeit rapide
o Siedepunkt ist relativ hoch, weil Carbonsäuren untereinander
Wasserstoffbrücken ausbilden
Acidität und Basizität der Carbonsäuren
o wie der Name schon sagt reagieren Carbonsäuren in wäßriger Lösung sauer.
Hierbei geben sie das Proton der Carboxylgruppe ab und gehen in das
mesomeriestabilisierte Carboxylatanion über
o allgemein hängt die Acidität einer organischen Verbindung RX-H von zwei
Faktoren ab:
1. von der Elektronegativität des Atoms X
2. von Einflüssen, die das Anion RK+ im Vergleich zur
undissoziierten Verbindung RX-H stabilisieren
Derivate von Carbonsäuren
o die Carbonsäuren sind der Stamm einer großen Familie von Verbindungen, die
entstehen, wenn die OH-Gruppe der Carboxylgruppe durch andere polare
Reste ersetzt wird
o man bezeichnet die Abkömmlinge der Carbonsäuren als Carbonsäurederivate,
weil sie sich bei der Hydrolyse alle wieder in die zugehörige Carbonsäure
rückverwandeln lassen
o trotz unterschiedlicher Substituenten reagieren Carbonsäure-Derivate sehr
ähnlich
o Beispiele: Anhydrid, Thioester, Ester, Amid, Chlorid
Ester, Amide, Anhydride und Halogenide
o
Veresterung – Verseifung
 Löslichkeiten homologer Carbonsäuren(-salze), Dualismus lipophiler Teil R,
hydrophiler Teil -COO- (>> -COOH)
Salze amphiphil, Wirkung als Detergentien (Tenside); Einfluß auf
Oberflächenspannung, Micell-Bildung, Lösen von Fett ("Schmutz") in Wasser;
Struktur Fette: Triester von Fettsäuren mit Glycerin, Verseifung zu Kern(Natron-) bzw. Schmier-(Kali-)-Seifen ("Seifensiederei"); Probleme
biologischer Abbau, Schaum-Bildung, Wasserhärte, Eutro- phierung
(Phosphate); Entwicklungen u. a. Sulfonate mit linearen Alkyl-Ketten, nichtionische Alkyl-polyglycol- Derivate; "Calgon" º "calcium gone" (Alkylpolyphosphate) für Wasserenthärtung; 1869 – Margarine (Film)
Hydrolysegeschwindigkeit
o V = k * [Ester] * [Nucleophil]
Reaktionskinetik
o die Reaktionskinetik beschäftigt sich mit der Geschwindigkeit chemischer
Reaktionen
Katalyse
Entropie
Exergone und endergone Reaktionen
Amide, Struktur der Aminbindung
Natürliche Ester
Lipide
Fette
Tenside
Micellen

o Wasser hydratisiert nur das lipophile Ende von Stearat, das lipophile Ende
wird wie Öl aus dem Wasser herausgedrängt
o An der Oberflächse bildet sich zunächst eine monomolekulare Schicht des
Stearats, was die Oberflächenspannung stark erniedrigt
o weitere Stearat-Ionen lagern sich so zusammen, dass die lipophilen Enden
miteinander in Kontakt stehen (hydrophobe Wechselwirkung) und das Wasser
aus ihrer Mitte verdrängen, während die negativen Enden eine hydrophile
Hülle um den lipophilen Kern bilden  solche Aggregate heißen Micellen
Iodzahl
o
13.Aromatische Verbindungen





sechsring, also cyclisch; planar; eine Doppelbindung entspricht 2 π-Elektronen
Die systematische Benennung von Benzolderivaten
o befindet sich schon ein Substituent am Benzolring, dann gibt es für einen
zweiten 3 verschiedene Positionen, die als ortho (o), meta (m) und para (p)
bezeichnet werden
o bei mehr als 2 Substituenten am Ring werden die C-Atome von 1-6
nummeriert und Zahlen vor die Substituenten gesetzt
Struktur und Resonanzstruktur von Benzol
o alle sechs C-Atome des Benzols sind sp2-hybridisiert und liegen in einer
Ebene
o die sechs einfach besetzten p-Orbitale dieser Atome stehen senkrecht zu dieser
Ebene, überlappen und bilden π-Molekülorbitale, die mit insgesamt sechs
Elektronen besetzt sind und zu einer völlig gleichmäßigen
Elektronenverteilung oberhalb und unterhalb des Sechsrings führen
o Als Folge der Delokalisierung gibt es im Benzol keine Doppel- und
Einfachbindungen mehr: der Ring ist symmetrisch und alle C-C-Bindungen
sind gleich lang und damit kürzer als C-C_Einfachbindungen und länger als
C=C-Doppelbindungen
Hückel-Regel
o die in einem Ring delokalisierten π-Elektronen führen immer dann zu einem
energiearmen Molekül mit aromatischen Eigenschaften, wenn sich (4n + 2) πElektronen auf alle Ringatome verteilen können. Im Falle des Benzols (n=1)
sind dies sechs π-Elektronen
Elektrophile aromatische Substitution
o am Beispiel der Bromierung in Gegenwart von Eisen:
1. Bildung des eigentlichen Katalysators Eisen(III)-bromid durch
Oxidation von Eisen mit Brom
2. Bildung des Elektrophils Br+ durch heterolytische Spaltung des
Brom-Moleküls in Gegenwart von FeBr3  dieses weist am Eisen
eine Elektronenlücke auf und übernimmt deshalb ein Nucleophil wie
z.B. Br3. Angriff des Elektrophils Br+ auf das π-System des Benzols und
Ausbildung einer σ-Bindung mit einem Ring-C-Atom; der
entstehende Komplex ist mesomeriestabilisiert, d.h. die positive
Ladung ist auf die Ring-C-Atome wie angegeben verteilt. Der σKomplex ist bei dieser Reaktion eine nachweisbare Zwischenstufe
4. Abspaltung eines Protons vom einzigen tetraedrischen C-Atom imσKomplex unter Rückbildung des stabilen Benzolrings. Damit ist das
H-Atom der Ausgangsverbindung durch ein Br-Atom substituiert
worden
5. Freisetzung von Bromwasserstoff, Rückbildung des Katalysators
14.Phenole und Chinone





Beispiele für Phenole
o Phenol
o α-Naphtol
o β-Naphtol
o Hydrochinon
o Hydroxygruppe steht unmittelbar am aromatischen Kern
Acidität der Phenole
o Phenol unterscheidet sich deutlich von Cyclohexanol und Methanol
o lässt sich mit Natronlauge neutralisieren, das gebildete Salz, Natrium-phenolat,
ist wie viele Salze gut wasserlöslich, während Phenol selbst weniger löst
o schwache Säure: pKs-Wert = 10
Chinone
o enthalten zwei CO-Gruppen, die in einem Sechsring durch konjugierte C=CDoppelbindungen verknüpft sind
o man unterscheidet p-Chinone (CO-Gruppen liegen sich im Ring gegenüber)
und o-Chinone (nicht gegenüber)
o Substituenten am Ring wirken sich nicht aus
o wichtigste Eigenschaft: Reduzierung zum Hydrochinon
Hydrochinon
o zweiwertiges Phenol
o farblos
o gutes Reduktionsmittel
o kann zu gelber Verbindung oxidiert werden  1,4-Benzochinon
Redox-Beziehung Chinon-Hydrochinon
o Chinone sind reduzierbar zu Hydrochinon
o Reduktionsmittel kann z.B. Wasserstoff sein, mit Edelmetall-Katalysatoren
oder enzymatisch aktiviert
o durch Substituenten am Chinonring lassen sich Redox-Eigenschaften graduell
beeinflussen
o Reaktionen unter physiologischen Bedingungen laufen fast alle bei konstantem
pH-Wert ab
o dieses Redoxsystem kann für genaue pH-Wert-Messungen eingesetzt werden
 Mischung aus gleichen Teilen Chinon und Hydrochinon, die einen
schwerlöslichen grünen Komplex (Chinhydron) bilden  chemisch inertes
Platinblech in wäßrige Suspension von Hydrochinon eintauchen  Potential,
das am Platin im Vergleich zu einer Referenzelektrode abgegriffen wurde,
verändert sich entsprechend dem pH-Wert
15. Amine
 Basizität der Amine
o Amine sind wie Ammoniak Basen und lagern ein Proton an das freie
Elektronenpaar an
 Chemische Reaktionen:
o Alkylierung
o Amid-Bildung

Sulfonamide und Diazotierung
16.Kohlenhydrate  siehe Unterlagen!!!









Monosaccharide
Einfacher Zucker
Aldosen und Ketosen
Cyclische Formen von Zuckern
Anomere Zucker: Mutarotation der Glucose
Oxidation und Reduktion von Zuckern
Disaccharide
Polysaccharide
Identifizierung von Disacchariden (Bsp. Saccharose und Maltose)
17.Aminosäuren

bestehen immer aus: R – CH – COOH
/
NH2
 verschiedene Reste und Namen:
Name
Abkürzung
Glycin
Gly
Alanin
Ala
Serin
Ser
Cystein
Cys
Asparaginsäure
Asp
Glutaminsäure
Glu



Rest
-H
-CH3
-CH2-OH
-CH2-SH
-CH2-COOH
-CH2-CH2-COOH
Säure-Basen-Eigenschaften der Aminosäuren
o Aminosäuren enthalten im selben Atom eine funktionelle Gruppe mit sauren
und eine mit basischen Eigenschaften
o in einer Verbindung der allgemeinen Formel A gibt die Carboxylgruppe in
wäßriger Lösung ein Proton ab, das sich an das freie Elektronenpaar der
Aminogruppe anlagern kann
o die ungeladene Form des Moleküls a steht mit einem Zwitter-Ion B im
Gleichgewicht
Isoelektrischer Punkt
o Isoelektrischer Zustand: Zahl der negativen Ladungen kompensiert gerade mit
der der positiven. Die Aminosäure liegt überwiegend als Zwitter-Ion vor, das
nach außen elektrisch neutral ist
o der pH-Wert, an dem der isoelektrische Zustand erreicht ist, heißt
isoelektrischer Punkt. Er ist eine für jede Aminosäure charakteristische
Konstante, die von den pKs-Werten der funktionellen Gruppen abhängt
Chemische Reaktionen
o Ester- und Amidbildung
 Beachte: 2 verschiedene fuktionelle Gruppen vorhanden!
 im Glycin z.B. lässt sich die Carboxylgruppe mit Methanol in
Gegenwart von HCl verstern
o Peptidbindung
 Biochemisch bedeutsam ist, dass sich zwei und mehr Aminosäuren zu
langen Ketten verknüpfen lassen

Betrachten wir zunächst wieder das Glycin: Reagiert die
Carboxylgruppe des ersten Moleküls mit der Aminogruppe des
zweiten, so wird formal Wasser abgespalten und es entsteht ein
Säureamid
 Die Säureamidbindung, die die Moleküle verknüpft, heißt in diesem
Fall Peptidbindung
o Bildung von Schiff’schen Basen:
 Amine sind gute Nucleophile
 bei der Reaktion primärer Amine mit Aldehyden und Ketonen laufen
folgende Vorgänge ab: das Amin greift das Carbonyl-C-Atom
nucleophil an und bildet ein Zwischenprodukt (Zwitter-Ion), das formal
durch Verschiebung eines Protons vom N zum O in das eigentliche
Additionsprodukt übergeht. Diese ist nicht stabil, sondern eliminiert
und Säurekatalyse leicht Wasser
 das Kondensationsprodukt heißt allgemein Schiff’sche Base oder
Azomethin
18.Peptide und Proteine





Primärstruktur der Peptide und Proteine
o die Sequenz einer Polypeptidkette wird als Primärstruktur bezeichnet
o aus 2 Aminosäuren entsteht ein Dipeptid
o bei den Peptiden verzichtet man aus Übersichtsgründen häufig auf die
Strukturformel und verwendet statt dessen die üblichen Abkürzungen der
Aminosäuren
o jede Peptidkette hat ein Aminoende und ein Carboxylende, die in der
abgekürzten Schreibweise durch H bzw. OH gekennzeichnet sind
Klassische Sequenzanalyse
o Sangers Proteinsequenzierung
o Edman-Abbau
Sekundärstruktur der Proteine
o Peptidketten ordnen sich und bilden stabile Molekülformen aus
o Stabilisierung durch Wasserstoffbrücken, die zwischen dem Carbonyl-O-Atom
einer und der NH-Gruppe einer anderen Amidgruppe ausgebildet werden
o NH-Gruppe ist Donator, CO-Gruppe der Akzeptor
-Helix und Faltblattstruktur
o Faltblatt: Ebenen der Peptidgruppen sind gegeneinander gewinkelt, Reste am
α-Atom stehen senkrecht zur Laufrichtung der Ketten
o α–Helix: Peptidkette windet sich zu einer rechtsgängigen Spirale auf, die durch
intramolekulare Wasserstoffbrücken stabilisiert sind  CO-Gruppe in einer
Windung und NH-Gruppe der vierten darauffolgenden Aminosäure in der
nächsten Windung stehen sich gegenüber
Tertär- und Quartärstruktur
o Tertiärstruktur: räumliche Anordnung der funktionellen Gruppen  Schäden
besonders gravierend
o Quartärstruktur: ???
19.Heterocyclische Verbindungen

Fünfgliedrige aromatische Heterocyclen
o Heterocyclen entsprechen in ihrem rinförmigen Aufbau den Cycloalkanen oder
den aromatischen Kohlenwasserstoffen, wie z.B. Cyclopentan oder Benzol

o Merkmal für einen Heterocyclus ist, dass sich neben Kohlenstoffatomen auch
noch andere Atome wie N-, O- oder S-Atome am Aufbau der Ringe beteiligen
o man unterscheidet zwischen aromatischen und aliphatischen Heterocyclen
o mit Pyrrol, Furan und Thiophen lernen wir die kleinsten aromatischen
Heterocyclen mit einem Heteroatom im Ring kennen
o hier ist jeweils ein freies Elektronenpaar am Heteroatom mit zwei
Doppelbindungen konjugiert; da ein 6π-Elektronensystem entsteht, sind die
Verbindungen aromatisch
Pyrrolring, Furanring, Nucleinsäuren
o Pyrrolring:
 sehr schwache Base, eher gibt es das Proton vom N-Atom ab und wird
zum Anion
 Heteroatom: N
 C-Atome des Fünfrings sind, verglichen mit dem Benzol,
elektronenreicher und reagieren leichter mit Elektrophilen
 fügt man durch Reaktionen vier Pyrrolringe zu einem Ring zusammen,
ensteht das Grundgerüst wichtiger natürlicher Pyrrolderivate:
Chlorophyll, Cytochrome, Häm
 Furanring:
 Heteroatom: O
 Nucleinsäure:
 es kommen viele Bausteine darin vor: Phosphorsäure, Zucker, Purinund Pyrimidinbasen
 DNA: Basen bilden untereinander Wasserstoffbrückenbindungen aus
und zwar treten Adenin mit Thymin und Guanin mit Cytosin in
Wechselwirkung. Die Basen erkennen sich gegenseitig. Eine optimale
Zahl an H-Brücken gibt es, wenn die zweite Kette zur ersten
komplementär ist, dass also jeder Base in Kette 1 der passende artner
gegenübersteht  Doppelhelix
20.Stofftrennung

Prinzipien der Chromatographie:
o Chromatographie beschreibt ganz allgemein unterschiedliche Verfahren zur
Stofftrennung durch Verteilung der zu trennenden Stoffe zwischen einer
ruhenden (stationären) Phase und einer darüber hinwegströmenden (mobilen)
Phase. Die beiden Phasen besitzen bei der Flüssigkeitschromatographie eine
unterschiedliche Polarität
o je nach Aggregatszustand der Phasen und apparativem Aufbau unterscheidet
man verschiedene Verfahren
o bei der stationären Phase kann es sich sowohl um einen Feststoff
(Adsorptionschromatographie) als auch um eine auf ein Trägermaterial
gezogene Flüssigkeit (Verteilungschromatographie) handeln, die mit der
mobilen Phase nicht mischbar ist
o Das Prinzip der Verteilungschromatographie beruht auf einer unterschiedlichen
Verteilung der zu trennenden Stoffe zwischen der stationären und der mobilen
Phase, wobei Polarität und Größe (Beweglichkeit) entscheidend sind
o Polare Substanzen halten sich bevorzugt in der polaren Phase auf und
umgekehrt
o Stofftrennung durch Differenz der Wanderungsgeschwindigkeiten
o wichtige Chromatographie-Arten:
 Papierchromatographie

 Säulenchromatographie
 Dünnschichtchromatographie
 Gaschromatographie
Retentionsfaktor bei Dünnschichtchromatographie:
Retentionsfaktor = Substanzstrecke / Laufmittelstrecke
Herunterladen
Explore flashcards