A) Vorlesung: Stoffklassen, Reaktionsmechanismen, Farbstoffe

Training zur Chemie-Olympiade, Prof. Bernd Goldfuß, Univ. Köln, www.uni-koeln.de/goldfuss, 06. 05. 2017
A) Vorlesung: Stoffklassen, Reaktionsmechanismen, Farbstoffe
Vier Grund-Reaktionstypen der Organischen Chemie
a) Substitution (S):
a + b-c
→
b) Addition (Add):
a + b-c
→
c) Eliminierung (El):
a-b-c
→
d) Umlagerung (U):
a-b-c
→
a-b + c
a-b-c
a-b + c
a-c-b
a, b, c:
Atome oder
Gruppen
in Molekülen
Drei Grund-Reaktionsmechanismen der Organischen Chemie
- radikalisch
z.B. radikalische Substitution (SR)
- polar
z.B. elektrophile aromatische Substitution (SArEl)
- pericyclisch
z.B. Diels-Alder-Cycloaddition ([4+2]-CycloAdd.)
pos. Hyper-
konjugation
Reaktion
Stoffklasse bzw. Funktion
Substitution (2x Abstraktion)
Cl2 hν
-HCl
Alkane (Aliphaten)
1) pericyclisch
2) polar
cis
H
OH
Alkene, Alkine
cis
OH
E
H
H
im Ethylkation
H
radikalisch
Cl
Addition
1) MnO4-
SR
Radikal
trans
Br2
2) Hydrolyse
σCH
Donor
polar
trans
pz
EStab
(2x)
Br
OH
polar Substitution
SN
HCl
Cl
-H2O
Br
Carbokation
Mechanismus
H
Br
Carbanion
Eliminierung polar
El
kat.HCl
OH
Elektronen-Fluss: nicht verwechseln:
Reaktionsmechanismen
Elektronenstruktur
Reaktionspfeile:
Resonanz(Grenz)strukturen:
-H2O
Halogenide, Alkohole
SEAr Substitution (Add/ El)
Br2
+ HBr
Br
(FeBr3-Kat.)
N
H
Aromaten
O
O
H
Aldehyde, Ketone
O
H
O
O
O
HO
Säuren & Derivate
O
Addition polar
HOR HO OR
NH
H
polar
Substitution (El/Ad) polar
H+-Kat
R'O
HOR'
Substitution (Add/El) polar
O
RO OH
ROH
-H2O
HO
HO
OR
H
+ H2 O
O
RO
B) Aufgaben
1) Zeichnen Sie folgende Moleküle, wie sind die C-Atome hybridisiert, wie groß sind die H-C-C-Winkel?
Ethan, Ethen, Ethin
2) Zeichnen und benennen Sie alle Butene.
3) Viele Aromaten weisen sechs cyclisch-konjugierte π-Elektronen auf (4n+2 π-Elektronen, n=1),
unterteilen Sie in "Aromaten" und "Nicht-Aromaten":
Benzol, Cyclopentadien, Cyclopentadienyl-Anion, Cycloheptatrien, Cycloheptatrienyl-Kation, Pyridin,
Pyrrol, Furan, Thiophen.
4) Zeichnen und benennen Sie je ein Beispiel-Molekül für die Stoffklassen:
Alkohol, Ether, Amin, Aldehyd, Keton, Carbonsäure, Ester.
5) Welche Reaktiven Zwischenstufen können Sie durch formales Entfernen eines
H-Radikals (H.), eines Protons (H+) oder eines Hydrid-Ions (H-)
von Ethan ableiten (Strukturen & Namen)?
6) Methylpropanoat (Propansäuremethylester) kann im Alkalischen ein C-C-Kupplungsprodukt bilden,
erklären Sie die Reaktion mechanistisch.
7) "Wasserblau" gibt Tinte die blaue Farbe. Um welche Art von besonders gut stabilisierter reaktiver
Zwischenstufe (vgl. Aufgabe 5) handelt es sich?
8) Im Basischen oder in Gegenwart von Sulfit-Ionen (HSO3-) verschwindet die blaue Farbe von
"Wasserblau". Wie erklären Sie diesen "Tintenkiller"-Effekt mechanistisch?