Substanzklassen (pdf-file) - Institut für Organische Chemie

Verbindungsklasse
Alkane
Halogenalkane
funktionelle Gruppe
keine
X (X = F, Cl, Br, I)
Beispiel
CH3CH2CH3
Propan
CH3CH2
Iodethan
I
Alkene
C
C
CH3CH CH2
Propen
Alkine
C
C
CH3C CCH3
2-Butin
NH2
Aromaten
Substituierte Benzole
Benzol
Anilin
Polycyclische aromatische
Kohlenwasserstoffe
Pyren
Alkohole
OH
CH3CH2
Ethanol
Ether
C O C
CH3CH2 O CH2CH3
Diethylether
OH
Verbindungsklasse
Thiole und Sulfide
Aldehyde und Ketone
und ihre Derivate
funktionelle Gruppe
C
SH
C
S
Beispiel
CH3CH2
Ethylthiol
C
O
R
C O
C
H3C
CH3
Aceton
C N
Imin
Kohlenhydrate
OH
SH
C O
HO
HO
CH2OH
O
OH
OH
Carbonsäuren
und Sulfonsäuren
COOH
SO3H
Derivate von Carbonsäuren
COOR
COX
Amine und Phosphane
NH2
Diazoniumsalze und
Diazoverbindungen
Aminosäuren und
Peptide
R N2
β-D-Glucose
CH3COOH
Essigsäure
CONR2
C N
NH
+
R
CH3COOCH2CH3
Ethylacetat
(Essigsäureethylester)
(CH3CH2)3N
Triethylamin
N
N
N
R
CH2N2
Diazomethan
O
CO2H,
NH2
N
H2N
CO2H
H
Alanin
NH2
N
Nucleotide
H2O3POCH2 N
O
O
Heterocyclen
Alkaloide
N
2-Desoxyadenylsäure
OH
Heteroatome
Furan
Stickstoff
N
N
Tropinon
O
Alkanstrukturen
n- Alkan
verzweigtes Alkan
sekundär
CH2
CH3
CH3
CH2
primär
Butan
cyclisches Alkan
CH2 CH2
CH3
CH3
CH CH3
tertiär
2-Methylpropan
(Isobutan)
n
Name
Formel
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
15
20
40
Methan
Ethan
Propan
Butan
Pentan
Hexan
Heptan
Octan
Nonan
Decan
Pentadecan
Eicosan
Tetracontan
CH4
CH3CH3
CH3CH2CH3
CH3CH2CH2CH3
CH3(CH2)3CH3
CH3(CH2)4CH3
CH3(CH2)5CH3
CH3(CH2)6CH3
CH3(CH2)7CH3
CH3(CH2)8CH3
CH3(CH2)13CH3
CH3(CH2)18CH3
CH3(CH2)38CH3
H2C
bicyclisches Alkan
H
CH2
CH2
Cyclopentan
H
Bicyclo[2.2.1]heptan
(Norbornan)
Siedepunkt Schmelzpunkt
[oC]
[oC]
-161.7
-182.5
-88.6
-183.3
-42.1
-187.7
-0.5
-138.3
36.1
-129.8
68.7
-95.3
98.4
-90.6
125.7
-56.8
150.8
-53.5
174.0
-29.7
270.6
10.0
343.0
36.8
--81.0
Vollständige Verbrennung von Alkanen
CH4 + 2 O2
CO2 + 2 H2O
∆H = -890 kJ/mol
C4H10 + 6.5 O2
4 CO2 + 5 H2O
∆H = -2870 kJ/mol
Thermische Radikalerzeugung durch Initiatoren
CH3
CH3
N
CH3
N
CH3
∆
O
O
O O
+ N2
CH3
CH3
CH3
2,2´-Azodi(2-methylpropannitril)
(Azobisisobutyronitril, AIBN)
O
.C CH
3
2 CH3
∆
.
2
O
2
. + CO
2
Radikalische Halogenierung von Alkanen
1) Kettenstart durch photochemische Radikalerzeugung
h ν
Cl2
2 Cl
2) Kettenfortpflanzung
CH4 + Cl
CH3 + HCl
CH3 + Cl2
∆ H0 =
+ 8.4 kJ/mol
∆ H0 = - 113.0 kJ/mol
∆ H0 = - 104.6 kJ/mol
CH3Cl + Cl
3) Kettenabbruch
2 Cl
Cl2
2 CH3
C2H6
Cl + CH3
CH3Cl
Radikalische Bromierung mit N-Bromsuccinimid
1) Kettenstart durch thermische oder photochemische
Radikalerzeugung
2) Kettenfortpflanzung
O
+ Br2
+ Br
N H
Br2
O
Br
Succinimid
O
Br
+
+ HBr
HBr
N
O
Br
N-Bromsuccinimid
3) Kettenabbruch durch Rekombination oder Disproportionierung
Halogenalkane
H3C
CH2
CH2
I
H3C
Iodmethan
CH2
Br
CH2Cl
Cl
1-Chlorbutan
Benzylchlorid
Br
trans-1,2-Dibromcyclohexan
Halogenwasserstoffaddition an Alkene
H
H
HI
0 °C
90 %
+
I
Halogenaddition an Alkene
Br
-
Br
Br
Br2
CCl4
83 %
+
Br
Br
Br
racemisches trans-1,2-Dibromhexan
Halogenalkane aus Alkoholen über Sulfonate
OH + MeSO Cl
2
CH2Cl2
NEt3
OSO 2CH3
I
-
I
SN 2
Methansulfonsäurechlorid (MsCl)
+ CH3SO3
90%
Iodalkane durch Finkelstejn-Reaktion
Cl
Aceton
Rückfluß
+ NaI
I
+ NaCl ↓ 70 %
SN1-Reaktion
-
H3C
CH3CH2H2C C
Br
H3C
Br
+
C
CH3H2C
CH2CH2CH3
H 2O
CH2CH3
- HBr
H3C
CH3CH2H2C
C OH
H3CH2C
(S)-3-Brom-3-methylhexan
rac-3-Methyl-3-hexanol
SN2-Reaktion
H
Hexyl C
H3C
Br
HS -
H Hexyl
HS
C
H3C
Br
-
H
HS
C Hexyl
CH3
(S)-2-Octanthiol
+ Br-
Nucleophile Substitutionsreaktionen von Halogenalkanen
CH3CH2
CH3
I
I
- +
+ CH3O Na
+
Ph
CH3(CH2)4CH2
I
-
EtOH
Na +
- +
+ N3 Na
CH3CH2
THF
Ph
CH3CN
O CH3
+ NaI
CH3
+ NaI
CH3(CH2)4CH2
Br + CH3S- Na+
N3
+ NaI
SCH3
+ NaBr
Cyanid-Ion als ambidentes Nucleophil
R CN
+X
-
SN 2
RX + CN
-
+ R N C
SN 1
Nitril
+ X
-
Isonitril
Nitrit-Ion als ambidentes Nucleophil
+
MX +
O
R N
O
SN2
-
M = Na
RX + MNO2
SN 1
M = Ag
O
R O N
+ MX
E2-Reaktion
Base:
H
H
X
X
E1-Reaktion
H
H
- X-
+
X
E1cb-Reaktion
H
- H+
-
Base:
X
X
Produkte der β-Eliminierung
X
H
CH3
Saytzev-Produkt
H
CH3
CH2
Hofmann-Produkt
Konkurrierende Substitution und Eliminierung
Br
OH
H2O , CH3OH
80°C
CH3CH2CHCH2CH3
CH3CH2CHCH2CH3
+ CH3CH CHCH2CH3
85 %
15 %
Grignard-Reaktion
CH3CH2 Br
+
δ- δ+
CH3CH2MgBr
Mg
2 RMgBr
1) PhCHO
2) H + /H2O
H2O
OH
Ph
CH3CH3 + MgBrOH
R2Mg + MgBr2
Butyllithium aus Butylchlorid und Lithium
Cl
1-Chlorbutan
+ 2 Li
Hexan
Li
n-Butyllithium
+ LiCl
H
.
H
Propen
H
H
1,2-Propadien
1,3-Butadien
1,5-Hexadien
OH
Cl
1,3-Cyclohexadien
4-Methyl-2-penten
Vinylchlorid
Allylalkohol
h ν
∆
trans-Stilben
cis-Stilben
Alkene durch Eliminierungsreaktionen
Cy2NEt , ∆
80 %
Br
Cy = Cyclohexyl
Et = Ethyl
H3PO4 , ∆
80 %
OH
Herstellung und Wittig-Reaktion von Phosphonium-Yliden
CH3
Br + PPh3
O
∆
+ Ph3P
stabilisiertes Ylid: Ph3P
+
Br
-
Ph3P CH3
Wittig-Salz
CH2
CHCO2Et
∆
85 %
Base
- HI
+
Ph3P CH2
Ylid
Ph3P CH2
Ylen
CH2
+
Ph3P
nichtstabilisiertes Ylid: Ph3P
O
CHCH3
Allgemeiner Mechanismus der Wittig-Reaktion
O
R1
H
R2
(R3)3 P O
(R3)3P O
+
(R3)3P
threo
erythro
R2
R1
R1
Phosphonatdarstellung durch Michaelis-Arbuzov-Reaktion
O
(EtO)3P + ClCH2Ph
∆
- EtCl
(EtO)2P
CH2Ph
R2
Alkensynthese durch Horner-Emmons-Wadsworth-Reaktion von
Phosphonat-Anionen
O
O
R1
M
P(OR3)2
O(R3O)2 P O
R2
H
R2
+
R1
O
(EtO)2P
H
CH2Ph
+
O
Ph
NaOCH3
62 %
Ph
Ph
McMurry-Kupplung von Carbonylen zu Alkenen
2
O
TiCl3 (DME)2
Zn/Cu , DME
97 %
Alkenmetathese
+
Kat.
Kat.
!
+
n
Metathese
Ringöffnende-MetathesePolymerisation (ROMP)
Elektrophile Bromaddition
Br
Br2
90 %
Br
Hydrierung
O
O
Pd/C , H2
EtOH , 91 %
Ph
!
Ph
Hydratisierung von 2-Methylpropen zu 2-Methyl-2-propanol (tertButanol)
H3C
C
CH2
H
+
H3C
+
C
H3C
H3C
CH3
+ HOH
- HOH
+
H3C
OH2
C
H3C
CH3
-H
+H
H3C
+
OH
C
+
H3C
CH3
Reagenzien für die Hydroborierung
H
B
BH3 SMe2
BH3 THF
9-Borabicyclo[3.3.1]nonan (9-BBN)
Hydroborierung und oxidative Spaltung des Trialkylborans
H
BH3 THF
THF
CH3
1-Methylcyclopenten
H
BH2
H
CH3
NaOH
H2O2
OH
(rac)
H
CH3
trans-2-Methylcyclopentano
Ozonlyse von Alkenen
O
O
O3
R
O O
O
O
R
R
H2O
H2O2
R
R
Primärozonid
O
R
SMe2
2 R CO2H
2 R CHO
Sekundärozonid
Epoxidierung von Alkenen
Cl
O
MCPBA
CO 3H
80 %
MCPBA = meta-Chlorperbenzoesäure
Mechanismus der Epoxidierung durch Persäuren
R2
R2
R1
H
C
O
C
R1
R2
O
O
C
R1
R
C
C
R1
R2
H O
O
+
C
O
R
cis-Dihydroxylierung von Alkenen
O
O
OsO4 , THF
25 °C , 48 h
O
O Os O
H2 S
O
OH
50 %
O
OH
Diels-Alder-Reaktion
sek. Orbitalwechselwirkungen
80 °C
+
O
H
O
H3CO
H3CO
endo-Übergangszustand
CO2CH3
endo-Produkt
Elektrocyclische Reaktionen
∆
∆
h ν
h ν
91 %
Radikalische Polymerisation
Initiation:
2 RO
RO OR
RO
+
H2C
CH2
ROCH2 CH2
Kettenwachstum:
ROCH2 CH2
+
ROCH2CH2CH2CH2
Kettenabbruch:
2-Butin
(ein internes Alkin)
H2C
CH2
(n-1) H2C
ROCH2CH2CH2CH2
CH2
RO(CH2CH2)nCH2CH2
Disproportionierung oder Rekombination
Phenylethin
(ein terminales Alkin)
Cyclooctin
1- Hexin
Diphenylethin (Tolan)
ein Endiin
Metallierung von Acetylen mit Natriumamid
0
Fe
NH3 , - 33 °C
Na + NH3
NaNH2
+
HC
NaNH2 ↓
CH
1/2 H2 ↑
+
NaC
+
CH
NH3
Ethin durch Hydrolyse von Calciumcarbid
CaC2 + 2 H2O
25 °C
HC
+
CH
Ca(OH)2
Ethinsynthese nach dem Lichtbogenverfahren
2 CH4
1500 °C
0.1 sec
HC
CH
+
3 H2 ↑
Synthese von Tolan durch doppelte Dehydrohalogenierung
Br
C6H5CH CHC6H5
Br2
Ether
Stilben
80 %
Br
KOH
EtOH
C6H5CH CHC6H5
C6H5C
70 %
CC6H5
Tolan
Synthese von tert-Butylethin unter Phasen-Transfer-Bedingungen
tBuCH2CHCl2 + 2 KOH
PTC
tBuC
CH + 2 KCl + 2H2O
Synthese von Butadiin durch 1,4-Eliminierung aus
1,4-Dichlor-2-butin
ClCH2C
CCH2Cl + KOH
H2O , DMSO
70 - 100 °C
ClCH
CH2
HC
Alkylierung von Cyclohexylethin
CH
+ LiNH2
CLi
+ CH3I
NH3
- 40 °C
DMSO
- 40 °C
CLi ↓
CH3
+ NH3
+ LiI
CH
Reaktion von Lithiumacetylid mit Butanal
HC
CLi + C3H7CH O
1. THF
2. H2O
60 %
HC
CCH(OH)C3H7
Reaktion von 1-Hexinyllithium mit Paraformaldehyd
C4H9C
CLi + (H2C O)n
1. THF/Hexan
10 - 35 °C
2. H2O
C4H9C
CCH2OH
80 %
cis-selektive Alkinhydrierung mit dem Lindlar-Katalysator
C2H5C
CC2H5
+
H2
Pd / BaSO4
Chinolin
H5C2
C2H5
trans-selektive Alkinreduktion mit Natrium in NH3
C4H9C
CC4H9
1. Na / NH3
2. H2O
90 %
H9C4
C4H9
Quecksilber(II)-katalysierte Addition von Wasser an Alkine
HC
CH
18 % H2SO4
HgSO4 , 90 °C
O
HO
CH2
H
H
Vinylalkohol
Ladenburg-Benzol
(Prisman)
Dewar-Benzol
CH3
Ethanal
Benzvalen
Dicyclopropenyl
Hydrierungswärmen als ein Maß der aromatischen Stabilisierung
"1,3,5-Cyclohexatrien" Resonanzenergie
= 124 kJ/mol
1,3-Cyclohexadien
E
Benzol
Cyclohexen
- 330 kJ/mol
(errechnet)
- 230 kJ/mol
- 206 kJ/mol
- 120 kJ/mol
MO-Schemata des Benzols und des Cyclobutadiens
E
Antibindende Molekülorbitale
E0
Bindende Molekülorbitale
Benzol
Cyclobutadien
Aromatische
und
Verbindungen
nichtaromatische
cyclisch
konjugierte
-
+
Cyclobutadien
1,3,5,7-Cyclooctatetraen
CyclopentadienylAnion
Cycloheptatrienyl
Kation
(4π)
(8π)
(6π)
(6π)
nicht aromatisch
aromatisch
[18]Annulen
Ha
Ha
Ha
Ha
Ha
Ha
Ha
Hi
Hi
Ha
[16]Annulen
Hi
Hi
Ha
Ha
Hi
Ha
Hi Hi
Hi Hi
Ha
Hi
Ha
Ha
Ha
Ha
Ha
Ha
Ha
Ha
Ha
Ha
Ha
Ha
Dewar-Resonanz-Energie in Abhängigkeit von der Ringgröße
Dewar Resonanz Energie
20
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Ringgröße
-20
Katalytische Hydierung von Aromaten
+ 3 H2
Pt
20
22
Elektrophile aromatische Substitutionsreaktion
+
E
H
E
+ E+
E
+
H
E
H
+
-H
π-Komplex
π-Komplex
E
H
+
σ-Komplex
(Cyclohexadienyl-Kation)
Halogenierung von Aromaten
Br
Fe , Br2
65 %
E
+
+
Nitrierung und Nitrosierung von Aromaten
Nitriersäure
+
HNO3 + 2 H2SO4
NO2
+
H3O
_
+
+
2 HSO4
Nitrierung
NO2
Nitriersäure
80 %
Nitrosierung
OH
OH
+
HNO2
+
H
+
H2O + NO
+
[NO ]
NO
Sulfonierung
SO3H
SO3 , H2SO4
Friedel-Crafts-Alkylierung
Cl
+
AlCl3
δ+
Cl
δ
_
AlCl3
80 %
Friedel-Crafts-Acylierung
O
O
AlCl3
70 %
+
Cl
Gattermann-Synthese
HCN + HCl
δ+
AlCl3
H C NH
δ
_
H C NH AlCl3
Cl
Cl
OH
OH
OHC
OH
OH
Vilsmeier-Haack-Formylierung
O
O
+
O
+
N C
N
PCl3
H
N
C
H
Cl
P Cl
C Cl Cl
H
+
+
N
O
C
P Cl
Cl
H Cl--
--
Cl2PO2
+ Cl
N C
H
P Cl
Cl
-
NMe2
O
O
O
O
-
VilsmeierReagenz
NMe2
NMe2
Cl2PO2
+ Cl
N C
H
Aufarbeitung,
Hydrolyse
H
C
--
+
N
H
X
Kolbe-Schmitt-Synthese
O
Na
O
C
O
O
Na
O
C
H
OH
O
CO2H
+ H2O
- NaOH
O
Azokupplung
+
_
N 2 Cl +
NaO 3S
N
N
80 %
NaO 3S
N
N
Nucleophile Substitution an Acceptor-substituierten Aromaten
O
O
O 2N
F
+
H2N CHR
C
R
O 2N
NO 2
NH CHR
C
R
NO 2
Nucleophile Substitution an Halogenromaten
NH2
NH2
NH3
_
*
H
* H
_
NaNH2 / NH3
* Br
_
- NH2
NH2
*
Benz-in
H
_
NH3
* NH2
- NH2
_
* NH2
Arinerzeugung und Abfang
-
CO2H
CO 2
HNO2
NH2
N2
+
∆
- CO2
- N2
O
O
OH
Methylbenzol (Toluol)
Ethenylbenzol (Styrol)
Phenol
NH2
Benzolamin (Anilin)
O2N
CHO
Benzolcarbaldehyd
(Benzaldehyd)
CO2H
Benzolcarbonsäure
(Benzoesäure)
Cl
1,2-Dimethylbenzol
(ortho-Xylol)
1-Chlor-3-nitrobenzol
(meta-Chlornitrobenzol)
Substituenteneffekte in der elektrophilen aromatischen Substitution
Substituent
-O−Na+
-OH < -NH2 <
-NR2
-Ph, -Alkyl
-Halogen
-NO2, -SO3H,
-CN
-CO2R, -CHO
-NH3+ / -NR3+,
-N2+ X-
Effekt
stark aktivierend + M und + I
stark aktivierend + M > − I
aktivierend
desaktivierend
stark
desaktivierend
stark
desaktivierend
stark
desaktivierend
Zweitsubstituent
in
ortho oder para
ortho oder para
+I
− I, aber +M
− I, −M
ortho oder para
ortho oder para
meta
− I, −M
meta
−I
meta
Dirigierende Wirkung eines Substituenten durch Stabilisierung des
σ-Komplexes
ortho-Angriff
NH2
NH2
NH2
E
E
E
H
+ NH2
NH2
+
E
E
H
H
H
+
+
Ladungsdelokalisierung auf den Erstsubstituenten → Stabilisierung
meta-Angriff
NH2
NH2
NH2
+
NH2
+
E
E
E
H
E
+
H
H
keine Ladungsdelokalisierung auf den Erstsubstituenten → keine Stabilisierung
para-Angriff
NH2
NH2
NH2
+ NH2
NH2
+
+
E
+
E
H
E
H
E
Ladungsdelokalisierung auf den Erstsubstituenten → Stabilisierung
H
E
H
Synthese eines meta-disubstituierten Aromaten mit ortho/paradirigierenden Substituenten
NO2
NO2
NH2
Br2 , FeBr3
H2 , Ni oder Fe , HCl
Br
Br
Synthese eines n-Alkylbenzols
O
O
+
Cl
AlCl3
51 %
Zn (Hg) , HCl
59 %
Synthese von 1,2-tert-Butylnitrobenzol
NO2
H2SO4 , SO3
HNO3 , H2SO4
SO3
+
H , H2O
∆
SO3
NO2
Suzuki-Kupplung
H3CO
EtO 2C
H3CO
N
B(OH)2
+
Pd(PPh3)4 , THF
Br
82 %
∆ , Na2CO3
N
EtO2C
Naphthalin
Anthracen
Biphenyl
(R)-2,2´-Binaphthyl
Triphenylen
kata-kondensierte Kohlenwasserstoffe
Fluoren
Coronen
peri-kondensierter
Kohlenwasserstoff
Diels-Alder-Reaktion mit Anthracen
O
O
O
O
+
O
ortho-Xylol
55 %
O
Synthese von 9-Bromphenanthren
Br
9
Br
10
Br2 , CCl4
Br
∆
- HBr
PAHs mit starker cancerogener Aktivität
CH3
CH3
Benzo[a]pyren
Fulleren-C60
Doppelbindungen wurden zur besseren Übersichtlichkeit weggelassen.
O
H3C OH
Methanol
OH
OH
Phenol
Keto-Enol-Gleichgewicht
Alkohole
OH
OH
OH
HO
OH
OH
Ethanol
primär
tert-Butanol
tertiär
2-Propanol
sekundär
Glycerin (Glycerol)
primär, sekundär
Phenole
OH
OH
OH
meta-Kresol
OH
Brenzcatechin
OH
HO
Hydrochinon
OH
OH
Resorcin
β-Naphthol
Physikalische Eigenschaften einiger Alkohole und Phenole
Alkohol
Schmelzpunkt [oC]
Methanol
- 97
Ethanol
- 115
1-Butanol
- 90
tert-Butanol
26
1-Octanol
- 15
Ethylenglycol
- 16
Glycerin
18
Phenol
41
2,4-Dinitro113
phenol
2,4,6-Trinitro122
phenol
Brenzcatechin
104
Siedepunkt[oC]
65
79
117
82
195
197
290
182
--
Wasserlöslich- pKa
keit [g/100g]
in Wasser
unbegrenzt
15.5
unbegrenzt
15.9
8.0
-unbegrenzt
18
0.05
-unbegrenzt
-unbegrenzt
-9.3
9.96
0.6
4.00
--
1.4
0.37
246
45.0
10.00
Alkoholatbildung
_
CH3OH
+
NaNH2
+
CH3O Na
+
NH3
Resonanzstabilisierung des Phenolat-Ions
_
O
O
O
_
_
Methanol aus Synthesegas
CO + H2
Kat. , 250 °C
10 MPa
CH3OH
Ethanol durch Hydratisierung
von Ethen
H2C CH2
+ H2O
H3PO4
300 °C
CH3CH2OH
Ethylenglycolsynthese aus Ethylenoxid
O
+
H2O
H
+
HO
OH
Glyceringewinnung
OCOR1
OCOR2
OCOR3
OH
NaOH
R1COONa
OH + R2COONa
OH
R3COONa
Cl
1. KOH
2. HOCl
3. KOH
OH
OH
OH
Phenolsynthese nach dem Cumol-Phenol-Verfahren
+
OOH
O2
OOH2
H
O
+
+
- H2O
Cumol
Cumolhydroperoxid
H O
o
+
O
+ H2O
-H
+
+
O
O
OH
Oxidation primärer und sekundärer Alkohole zu
Carbonylverbindungen
OH
Na2Cr2O7 , H2SO4
O
96 %
O
OH
O
K2Cr2O7 , H2SO4
H
OH
Oxidation von Hydrochinon zu para-Benzochinon
OH
_
O
+
-e ,-H
_
O
+
_
+
+e ,+H
HO
_
-e ,-H
+
+e ,+H
HO
O
Williamsonsche Ethersynthese
O
10 % ige KOH
OH
_
O K
H3 CO
+
S OCH 3
O
O
Veresterung von Carbonsäuren
O
+
OH
+
OH
Kat. H
O
O
+ H2O
O
O
O
Diethylether
(40 DM/L)
tert-Butylmethylether
(MTB-Ether, 16 DM/L)
O
Diphenylether
(30 DM/L)
Ethylvinylether
(28 DM/L)
O
O
O
O
Tetrahydrofuran
[THF]
(35 DM/L)
1,4-Dioxan
Oxacyclopropan
[Oxiran, Ethylenoxid]
(gasförmig, ca. 600 DM/kg)
(46 DM/L)
Diethylethersynthese durch Säure-katalysierte Dehydratisierung
+
OH
OH2
+H
+
+
- H2O
- H+
+ H2O
OH
-H
O H
+
+H+
O
OH
Williamsonsche Ethersynthese
_
O
OH
KOH
K+
O
Br
- KBr
Peroxidbildung durch Autoxidation
OOH
O
O2
O
O
O
n
Hydroperoxid
SH
SH
Etherperoxide
S
S
Ethanthiol
(Mercaptoethanol)
Thiophenol
Diethylsulfid
Tetrahydrothiophen
Thiol-Disulfid-Redoxreaktion
SH
I2
Li , fl. NH3
S
S
Disulfid
Thiol-Sulfonsäure-Oxidation
O
H3C
KMnO4
SH
H3C
S
OH
O
Methansulfonsäure
Sulfidoxidation zu Sulfoxiden und Sulfonen
R
S
O
H2O2
R´
R
R´
Sulfoxid
Sulfid
O
H
H2O2
S
HO
O
H
R
O
O
R´
Sulfon
H
H
Ethanal
(Acetaldehyd)
S
O
H
OH
Methanal
(Formaldehyd)
O
O
2,3-Dihydroxypropanal
(Glycerinaldehyd)
O
Phenylcarbaldehyd
(Benzaldehyd)
O
O
Propanon
(Aceton)
(Dimethylketon)
2-Butanon
(Ethylmethylketon)
Cyclopentanon
Acetophenon
(Methylphenylketon)
Mesomere Grenzformeln von Carbonylgruppe und Enolat
_
_
+
C O
Na
C O
O
+
_
O
Na
+
H
Keto-Enol-Tautomerie
Basenkatalysierte Keto-Enol-Äquilibrierung
O
H
_
+ B
C
O
Keto-Form
O
C_
_
OH
+ BH
C
Enolat-Ion (resonanzstabilisiert)
_
+
C
B
Enol-Form
Säurekatalysierte Keto-Enol-Äquilibrierung
+
O
H
C
HO
OH
+ H+
H
H
C
C +
OH
C
+ H+
Oxidation von Alkoholen
Ox
R CH2 OH
R CHO
Ozonolyse von Alkenen
C
1. O3
2. SMe2
C
2
C O
Hydratisierung von Alkinen
H
H2O
C C
OH
C
C
O
Friedel-Crafts-Acylierung
O
O
+
Cl
AlCl3
- HCl
Hydroformylierung
H2C
CH2 + CO + H2
Kat.
CH3CH2CHO
Olefinoxidation (Wacker-Prozeß)
H2C
CH2
+
1/2 O2
Pd
CH3CHO
Nitrilreduktion
R
C N
1. DIBAL-H
2. H2O
R CHO
Carbonsäurereduktion
O
R
C
OH
R´Li
O
R
C
R´
Reduktion von Carbonsäurederivaten
O
R
Li[HAl(OtBu)3]
C
O
R
C
H
Cl
Acetalhydrolyse
O
+
H , H2O
R
R CHO
O
Iminhydrolyse
N
R´
+
H , H2O
R
R CHO
Reaktive Positionen in Aldehyden und Ketonen
O
RH 2C
C
Elektrophil
R
Nucleophil
Base
Hydrierung von Aldehyden und Ketonen
O
OH
H2 , Raney-Nickel
Alkohole aus Aldehyden und Ketonen
CHO
1. LiAlH4
+
2. H , H2O
CH2OH
Cyanhydrinbildung
+ NaCN
O
HCl
OH
- NaCl
CN
60 %
Wittig-Reaktion
O
+
H2C
PPh3
∆
- Ph3PO
CH2
40 %
Bildung von Hydraten
O
+
H2O , H HO
O
OH
+
HO
H2O , H
H
O
OH
H
+
HO
H2O , H
Cl3C
H
Cl3C
OH
H
Acetalbildung
_
O
ROH
Ph
H
O
+
Ph
OHR
HO
OR
H
Ph
H
H
+
Halbacetal
RO
Ph
ROH
+
H
RHO +
OR
Ph
H
RO
-H
+
OR
Ph
H
Acetal
H2O +
OR
Ph
H
- H2O
Bildung von Iminen
_
+ H2
R NH2
R
+
C O
OH
R
R
C N
N
O
R
C
NH2
H
N
R
C N
H
H
N
R
OH
C N
C
- H2O
NH2
H
C N
H
H
N
C
O
H3C
Oxim
Hydrazon
Semicarbazon
C
R
Enamin
Disproportionierung von Aldehyden - Cannizzaro-Reaktion
O
O
_
OH
2
H
O
+
OH
O
OH
H
O
_
H
+
H
_
H
OH
_
CO2
+
Oxidation von Aldehyden zu Carbonsäuren
O
O
CrO3 oder KMnO4
H
OH
Fehling-Probe auf Aldehyde
O
+ 2 Cu
R C
2+
O
NaOH , H2O , Tartrat
+ Cu2O
R
H
OH
rot
Tollens-Nachweis von Aldehyden
O
R
+ Ag
C
+
O
NH3 , H2O
+ Ag
R
H
OH
Silberspiegel
sauer – einfache Halogenierung von Aldehyden und Ketonen
O
O
Br2 , CH3COOH , ∆
Br
44 %
basisch - Haloformreaktion
_
O
CH3
I2 , NaOH
O
CI3
1. OH
2. H +
O
+ CHI 3
OH
gelb
Alkylierung von Aldehyden und Ketonen
O
H
Ph
O
1. NaH
88 %
Ph
2. Br
Alkylierung eines Enamins
O
N
N
H
1.
+
2. H2O , H
O
I
44 %
- H2O
Aldoladdition
_
O
H3C
_
O
H
+
O
H2C C
H O
H3C
H
+ H2O
H
_
- OH
H O
HO
H3C
H
3-Hydroxybutanal
(Aldol)
Aldolkondensation
H O
HO
H3C
_
H
H
H
HO
+ OH
- H2O
H O
H3C
_
H
H
H
_
- OH
H3C
O
H
Michael-Addition
O
O
O
O
_
O
_
H2O
OH
+
O
_
- OH
64 %
H C OH
CHO
O
CHO
HO
OH
H
CH2OH
O
OH
H
OH
D-(-)-Erythrose
CH2OH
CHO
HO
R
OH
CHO
HO
HO
CH2OH
R-(+)-2,3-Dihy- 1,3-Dihydroxypropanon
droxypropanal
(1,3-Dihydroxyaceton)
D-(+)-(Glycerinaldehyd)
H
H
R
H
S
H
H
CH2OH
L-(+)-Erythrose
CHO
H
S
CHO
OH
H
OH
OH
OH
HO
H
H
H
HO
H
OH
HO
H
H
OH
HO
H
HO
H
OH
HO
H
H
CH2OH
CH2OH
D-(+)-Glucose
L-(+)-Fructose
CH2OH
D-(+)-Galactose
CH2OH
L-(-)-Mannose
Formelzeichnung von β-D-(+)-Glucopyranose
CH2OH
H
HO
H
OH
O
H
H
O
H
OH
OH
H
HO
H
Fischer-Projektion
CH2OH
HO
HO
H
H
CH2OH
OH
O
OH
OH
OH
Haworth-Projektion
Sesselkonformation
Mutarotation der Glucose
HO
CH2OH
O
HO
HO
HO
HO
OH
OH
α-D-Glucopyranose
α
OH
H
OH O
HO
CH2OH
O
HO
OH
OH
β
D-Glucose
β-D-Glucopyranose
Glycosidbildung (Zuckeracetal)
HO
HO
CH2OH
O
H3COH , H
+
OH
HO
HO
CH2OH
O
HO
+
HO
OCH3
OH
OH
OH
Methyl-β-Dglucopyranosid
Saccharose (Rohrzucker)
HO
HO
OH
OH
OH
O
O
OCH3
Methyl-α-Dglucopyranosid
Lactose (Milchzucker)
HO
CH2OH
O
CH2OH
O
CH2OH
CH2OH
O
HO
OH
O
HO
CH2OH
O
OH
CH2OH
α-D-Glucopyranosyl-β-D-fructofuranosid
OH
β-D-Galactopyranosyl-α-D-glucopyranose
Polysaccharide: Cellulose und Amylose
O
HO
CH2OH
O
β
4
OH
1
O
HO
CH2OH
O
OH
O
HO
CH2OH
O
Cellulose
O
OH
O
HO
CH2OH
O
OH
α
1
4
O
HO
CH2OH
O
Amylose
OH
O
HO
CH2OH
O
OH
O
Carbonsäuren
O
H C
O
O
H3C C
OH
Br
OH
Ameisensäure Essigsäure
COOH
O
O
OH
OH
3-Brompropansäure Propensäure
(β-Brompropionsäure) (Acrylsäure)
O
Acetylsalicylsäure
(Aspirin)
Dicarbonsäuren
COOH
COOH
HOOC
COOH
Ethandisäure
(Oxalsäure)
COOH
HOOC
COOH
COOH
Propandisäure
(Malonsäure)
Butandisäure
(Bernsteinsäure)
Hexandisäure
(Adipinsäure)
HOOC
HOOC
Pentandisäure
(Glutarsäure)
COOH
HOOC
COOH
cis-2-Butendisäure
(Maleinsäure)
COOH
trans-2-Butendisäure
(Fumarsäure)
Schmelz- pKa1 pKa2
Siedeo
punkt [ C] punkt [oC]
HCOOH
Ameisensäure
101
8
3.68
H3CCOOH
Essigsäure
118
17
4.74
Propionsäure H3CCH2COOH
142
-21
4.85
Chloressigsäure ClH2CCOOH
189
63
2.86
Dichloressig- Cl2HCCOOH
194
10
1.26
säure
Cl3CCOOH
Trichloressig196
55
0.64
säure
F3CCOOH
Trifluoressig72
0.23
säure
HOOC-COOH
Oxalsäure
190 (Zers.) 2.77 5.81
Malonsäure HO2CCH2CO2H
136
3.15 6.30
C6H5COOH
Benzoesäure
249
122
4.18
oo-Chlorbenzoe139
2.90
ClC6H4COOH
säure
C6H5OH
Phenol
182
41
10.0
(z. Vergl.)
CH3CH2OH
Ethanol
78
- 130
16.0
(z. Vergl.)
Name
Formel
α-Hydroxycarbonsäuren
OH
O
COOH
O
∆
2
COOH
Milchsäure
O
O
H
OH
H
OH
COOH
COOH
OH
HOOC
COOH
Lactid
meso-Weinsäure
Citronensäure
Ketocarbonsäuren
O
O
O
COOH
COOH
COOH
O
Brenztraubensäure
Acetessigsäure
Oxalessigsäure
Oxidation primärer Alkohole zur Carbonsäure
O
OH
KMnO4 , H2O
74 %
OH
Oxidation aromatischer Seitenketten
COOH
KMnO4
COOH
100 %
KMnO4
80 %
COOH
Nitrilhydrolyse
CN
H2SO4 , H2O , 100 °C
78 %
COOH
Malonestersynthese
O
O
O
+
O
NaOEt , EtOH
Br
O
_
O
1. OH
O
2. H , H2O
+
O
O
O
OH
OH
170 °C
- CO2
OH
O
Carbonsäurederivate
O
O
Cl
Halogenid
O
O
O
Anhydrid
O
O
Ester
NH2
Amid
C N
Nitril
Additions-Eliminierungs-Reaktion von Carbonsäurederivaten
_
O
R
_
Addition
Nu
+
L
O
O
R
_
Eliminierung
L
R
Nu
+ L
Nu
Carbonylaktivität
O
O
O
O
O
O
O
O
O
_
Cl
O
H
CH3
OR
NR2
OH
O
Herstellung von Acylchloriden
O
O
O
SOCl2
O
OH
O H
O
Cl
S
Cl
O
S
+O
Cl
+ HCl
H
O
O
Cl
+ SO2 + HCl
O
S
_
Cl
+ Cl
Synthese von Carbonsäureanhydriden
O
O
Cl
+
O
∆
85 %
HO
O
H2C
C O
+
O
O
O
OH
O
O
Carbonsäureester
O
O
O
3-Methylbutylacetat
O
O
Octylacetat
O
γ-Butyrolacton
Fetthydrolyse (Verseifung)
H2C O CO
R
O
H2C OH
NaOH
HC O CO
R1
H2C O CO
R2
H2C OH
Triglycerid (Fett)
Glycerin
HC OH
+
R
O
ONa
+
R1
O
ONa
+
R2
ONa
Na-Salze der Fettsäuren
O
H3C(CH2)26
C
O(CH2)29CH3
Wachs
Gesättigte Fettsäuren
COOH Laurinsäure (C12 , Smp.: 44 °C)
COOH Palmitinsäure (C16, Smp.: 63°C)
COOH Stearinsäure (C18 , Smp.: 77 °C
Ungesättigte Fettsäuren
COOH
Ölsäure (C18 , Smp.: 13 °C)
COOH Linolsäure (C18 , Smp.: - 5 °C)
COOH Linolensäure (C18 , Smp.: - 11 °C)
Veresterung von Carbonsäuren
O
+
OH
O
H2SO4 , ∆
H3COH
+
O
H2O
Estersynthese durch Alkylierung von Carboxylat-Ionen
Br
O
_
+
O Na
+
O
DMF
80 %
+
O
Basische Esterhydrolyse
O
O
O
1. KOH , H2O
2. H + , H2O
OH
+
H3COH
100 %
NaBr
Umesterung durch Alkohole
O
C17H35
+
+ H3COH
O
O
_
H oder H3CO
C17H35
+ CH3CH2OH
O
Amidbildung
O
O
H2N
O
∆
- EtOH
+
N
H
Reaktion mit Grignard-Reagenzien
O
O
+
2
MgBr
1. Et2O
+
2. H , H2O
OH
Reduktion mit Hydriden
O
LiAlH4
O
O
OH
HO
80 %
O
Claisen-Esterkondensation
O
2
ONa
O
O
O
O
+
_
Na
+
+
Na_
O
O
O
O
O
O
O
O
_
O
Na
O
+ NaO
O
+
+
- EtOH
_
O
Na
O
O
Amide
O
H
O
O
NH2
N
H
Formamid
N-Methyl
acetamid
sekundäres
primäres
H
O
N
H2N
N,N-Dimethylformamid
tertiäres Amid
NH2
RN
H
H
N
R
O
NH
OR
N
H
O
ein Carbamidsäureester (Urethan)
Butanimid
(Succinimid)
γ-Butyrolactam
RN
H
Harnstoff
O
O
O
O
eine Carbamidsäure
H H
S
N
O
H
CO2H
Penicillin
(ein β-Lactamderivat)
Amidhydrolyse
_
1. OH , ∆
+
2. H , H2O
O
NHCH3
87 %
O
OH
OH
+ H3CNH2
NH2
N
NH
Propylamin
Diisopropylamin
Triethylamin
primär
sekundär
tertiär
+
(CH3)4N I
NH2
_
+
N
_
Cl
Aminobenzol (Anilin)
Tetramethylammoniumiodid
primär
quartär
HO
O
NH
HO
Benzyltriethylammoniumchlorid
quartär
NH2
NH2
O
OH
O
Adrenalin
Mescalin
Amphetamin (rac)
Amin
Ammoniak
Methylamin
Dimethylamin
Trimethylamin
Ethylamin
Propylamin
1,2-Ethylendiamin
Anilin
p-Nitroanilin
Pyridin
Formel
NH3
CH3NH2
(CH3)2NH
(CH3)3N
CH3CH2NH2
CH3CH2CH2NH2
NH2CH2CH2NH2
C6H5NH2
O2NC6H4NH2
C5H5N
Siedepunkt [°C]
- 33.4
- 6.3
7.4
2.9
16.6
48.7
116.5
pKB
4.70
3.36
3.29
4.23
3.33
3.42
4.07
184.0
138.1
115.2
9.42
13.02
8.94
Nucleophile Substitutionen von Ammoniak und Aminen mit
Halogenalkanen
NH3
+
CH3Br
+ _
CH3NH3 Br
+
NH3
(CH3)3N
+
CH3Br
+
CH3NH3
CH3NH2
+
_
Br
+ _
NH4 Br
+ _
(CH3)4N Br
Primäre Amine durch Gabriel-Synthese
O
O
Br
NK
DMF , 100 °C
N
93 %
NH2
1. H2SO4 , 120 °C
2. NaOH
CO2Na
+
73 %
CO2Na
O
O
Sekundäre Amine aus Sulfonamiden
SO2
+
N_
K
I
+
SO2
- KI
N
H2O , H+
HN
+
SO3H
Mannich-Reaktion
CH3
H3C CH CHO
+
H2C O
+
H3C NH2
1. HCl , EtOH , ∆
2. NaOH , H2O
70 %
CH3
H3C
C CHO
CH2
NHCH3
Hofmann-Eliminierung
_
I
+
CH3(CH2)3N(CH3)3
MeI , K2CO3
CH3(CH2)3NH2
_
+
CH3(CH2)3N(CH3)3 OH
∆
Ag2O , H2O
CH3CH2CH CH2 + N(CH3)3 + H2O
Phosphane in der Organischen Chemie
+
Ph3P
_
I
CH2
Ph
PPh2
(R)-BINAP
PPh2
Phosphoniumsalz
chiraler Komplexligand
Resonanzstabilisierung im Benzoldiazonium-Kation
_
N
N+
N
X
_
N+
_
X
N
_
N+
_
N
X
_
N+
+
_
X
+
+
π-Orbitale
Orbitalbild des Phenylkations
leeres sp2-Orbital
Synthese von Arendiazoniumsalzen durch N-Nitrosierung
CH3
CH3
NH2
+
N2
HCl , NaNO 2 , 0 °C
_
Cl
Azokupplung
NaO3S
+
_
N2 Cl +
N
N
80 %
NaO3S
N
Methylorange
Isomerisierung von Azobenzol
N N
N
N
trans
h ν (λ = 312 nm)
∆
cis
N
Aminosäuren mit unpolarer Seitenkette
S
H2N
CO 2H
H2N
CO 2H
H2N
Glycin (Gly)
Alanin (Ala)
CO2H
Leucin (Leu)
H
H2N
N
H
CO 2H
Phenylalanin (Phe)
H2N
CO2H
H2N
Isoleucin (Ile)
CO2H
Methionin (Met)
N
CO 2H
H2N
Prolin (Pro)
CO2H
H2N
Tryptophan (Trp)
CO 2H
Valin (Val)
Aminosäuren mit ungeladener polarer Seitenkette
O H2N
H2N
CO2H
H2N
H2N
H2N
O
Asparagin (Asn)
HS
CO2H
CO 2H
Cystein (Cys)
Glutamin (Gln)
HO
H2N
HO
H2N
CO2H
H2N
CO2H
CO2H
OH Threonin (Thr)
Serin (Ser)
Tyrosin (Tyr)
Aminosäuren mit geladener polarer Seitenkette
N
H2N
H2N
NH
NH
CO2H
H2N
N
H
Arginin (Arg)
H2N
CO2H
CO2H
Lysin (Lys)
Histidin (His)
H2N
HO 2C
H2N
H2N
CO2H
Asparaginsäure (Asp)
HO2C
CO 2H
Glutaminsäure (Glu)
Nucleinbasen
Pyrimidinbasen
O
O
H3C
NH
N
H
O
NH2
NH
N
H
Uracil (nur RNA)
(URA)
N
O
N
H
Cytosin
(Cyt)
Thymin
(Thy)
Purinbasen
NH2
N
N
H
N
N
Adenin (Ade)
O
N
N
N
H
N
H
NH2
Guanin (Gua)
O
Nucleoside
O
NH2
N
NH
N
5´
5´
HOCH2
O
N
N
1´
4´
3´
OH
2´
OH
Adenosin
HOCH2
O
N
O
1´
4´
3´
OH
2´
OH
Uridin
Nucleotide
Die vier Nucleotide der DNA
O
NH2
N
O
5´
HOPOCH2
HO
N
O
4´
O
HO
N
O
4´
N
2´
OH
OH
2´-Desoxyadenylsäure (dAMP)
2´-Desoxyguanylsäure (dGMP)
O
NH2
H3C
N
O
O
5´
HOPOCH2
HO
NH2
1´
3´
2´
NH
5´
HOPOCH2
N
1´
3´
N
N
N
O
4´
HO
1´
3´
5´
HOPOCH2
O
NH
O
O
4´
1´
3´
2´
2´
OH
OH
2´-Desoxycytidylsäure (dCMP)
2´-Desoxythymidylsäure (dTMP)
Die vier Nucleotide der RNA
NH2
N
O
N
5´
HOPOCH2
HO
N
O
4´
N
N
O
4´
OH
OH
OH
Guanylsäure (GMP)
HO
O
N
O
5´
O
N
4´
3´
OH
NH2
2´
NH2
HOPOCH2
N
1´
3´
Adenylsäure (AMP)
O
NH
5´
HO
2´
OH
N
O
HOPOCH2
1´
3´
O
O
1´
2´
OH
Cytidylsäure (CMP)
NH
5´
HOPOCH2
HO
O
N
4´
3´
OH
O
1´
2´
OH
Uridylsäure (UMP)
DNA-Basenpaarung
H
N H
N
N
N
Zucker
O
CH3
H N
N
N
O
Zucker
Adenin-Thymin
O
N
N
Zucker
N H
H
H N
N
N
N
O
N H
H
Guanin-Cytosin
Zucker
Chemische Substanzen, die zu Veränderungen der DNA führen
können
H3C I
Methyliodid
H
N
O
Aziridin
Epoxid
Fe 2+ / H2O2
Fentons-Reagenz
Heteroaromaten
N
O
S
N
H
Pyrrol
Furan
N
Thiophen
N
Pyridin
Pyrimidin
O
H3CCO
HO
N
H
N
O
H
HO
H
Morphin
H
NCH3
O
O
H
H3CCO
H
Heroin
H
NCH3
H
Epibatidin
Cl
HO
H
H3CO
R
N
H
H
R
N
O
N
H3C
H
H O
H3C
N
CH3
H
N
N
H
R = H : Strychnin , R = CH 3O : Brucin
(-)-Chinin
O
N
H
N
O
N
CH3
Coffein
N
N
O
CH3
S-(-)-Nicotin
OCCHCH2OH
H
Atropin