Skript Teil 2

Additionsreaktionen
Der typische Fall: Elektrophile Addition
C
C
Br
Br
C
Br
C
C
Br
Br
Br
C
C Br
Br C
Das elektronegative Brommolekül greift an der π-Elektronenwolke des Olefins („Lewis-Base“) an. Es
entsteht ein „π-Komplex“ der unter Abspaltung eines Bromidions zu einem positiv geladenen „BromoniumIon“ (exacter „Bromirenium“) führt. Dieses stellt einen Dreiring dar, in dem das „Brom-kation“ mit den zwei
π-Elektronen an zwei Kohlenstoffatome gebunden ist. Diese Zwischenstufe wird vom Bromidion von der
Rückseite angegriffen, wobei der Dreiring aufgeht und die „vicinale“ (d.h. an benachbarten C-Atomen
stehende) Dibromverbindung erhalten wird.
Beweis der „anti-“ oder „trans-“Addition, d.h. des Rückseitenangriffs:
Br
Br
Br 2
Br
Br 2
An ringförmigen Alkenen stehen die
Bromatome trans zueinander
Br
Beweis der Beteiligung von Halogenidionen an der Reaktion
Br 2
Br
Br
-
Cl haltige Lösung
Br
Cl
In Gegenwart von hohen ChloridKonzentrationen wird Cl- als
Konkurrenz-Nucleophil neben Breingebaut
Additionsreaktionen
Addition von Wasser an Alkene - saure Hydratisierung
O
+
H
C
CH3
H
H
H
H
H
O
C
CH3
H
-H
+
OH
Durch Protonierung des Alkens (mit einer nicht nucleophilen Säure wie Schwefelsäure) entsteht ein
Carbeniumion. Es entsteht das stabilere Carbeniumion - hier das sekundäre - bei endständigen Alkenen
wird immer das endständige C-Atom protoniert. Das Carbeniumion wird von einem Elektronenpaar eines
Wassermoleküls angegriffen - damit resultiert ein am O protonierter Alkohol der nach Abspaltung des
Protons zum Alkohol wird. Regel von Markownikoff: „In elektrophilen Additionen wird das H an das Hreichere C-Atom angelagert“ - Grund: Bildung des stabileren Carbeniumions! ( Bei Verwendung nichtnucleophiler Säuren, d.h. Säuren mit einem nicht nucleophilen Anion wie SO42-, ClO4- NO3- u. ä. kann das
Wasser als Nucleophil wirken. In Gegenwart nucleophiler Anionen wie Br- können diese eingebaut
werden.
Addition von Halogenwasserstoff an Alkene
HBr
C
CH3
H
Br
-
Br
Die Reaktion wird in einem
polaren Lösemittel
(Dissoziation HBr in H+ und
Br- !!) durchgeführt
Protonierung des Alkens führt über das sekundäre Carbeniumion und Anlagerung des Bromidions zum 2Brombutan - „Markownikoff-Produkt“
Additionsreaktionen
Radikalische Addition von HBr an Alkene
+ HBr
Ini*
Ini H
C
Br
C
H H
H
+ Br* +
- IniH
+ HBr
Br
+ Br*
Die Reaktion wird in unpolaren Lösemitteln oder in der Gasphase (keine Dissoziation von HBr in Ionen)
durchgeführt. Ein Initiator für Radikalkettenreaktionen wird in Radikale gespalten, die von HBr ein
Wasserstoff abspalten - zurück bleibt ein Bromradikal - dieses greift am Alken an - so, daß das stabilere
Radikal gebildet wird (wie bei Carbeniumionen sind die internen Radikale, d.h. sekundären und tertiären
gegenüber den primären bevorzugt) Trifft dieses Radikal auf ein Bromwasserstoffmolekül entreißt es ihm
ein Wasserstoff, wird damit zum Bromalkan, hier 1-Brombutan, und das übrig bleibende Bromradikal setzt
die Kettenreaktion fort. Es resultiert ein Bromalkan mit einer „anti-Markownikoff-Orientierung“. Grund:
anderer Reaktionsmechanismus, das Brom tritt zuerst ein! Aber wieder ist das stabilere Zwischenprodukt
für den Mechanismus entscheidend. Da Peroxide oft als Radikalinitiatoren genutzt werden, heißt dieses
auch „Peroxid-Effekt“ oder, nach seinem Entdecker „Addition nach Kharash“
O
Nucleophile Addition an Alkene
HBr
O
OH
OH
Br
Br
Ist eine Carbonylgruppe direkt mit einem Alken verknüpft - stehen also CC und CO-Doppelbindung in
Konjugation kann am Sauerstoff protoniert werden. Die Positive Ladung ist dann am Carbonyl-C, und
durch Verschiebung der Doppelbindungselektronen (Mesomerie) am Ende des Systems. Dort greift das
Bromidion an - es entsteht eine neutrale Verbindung mit einer neuen C-Br-Bindung und einer AlkenolGruppierung. Diese kann durch Umprotonierung (von O zu C) wieder in eine Carbonylgruppe
umgewandelt werden (Tautomerie) - So resultiert letztlich eine Addition von HBr an das Alken mit „AntiMarkownikoff-Orientierung“
Oxidationen und Reduktionen
Oxidation: Abgabe von Elektronen vom Substrat an das Reagenz (Oxidationsmittel)
(Substrat: Abgabe von Wasserstoff oder Aufnahme von Sauerstoff; die Oxidationszahl eines im Substrat
vorhandenen C-Atoms (oder S, N, P, O,..-Atoms) steigt)
Reduktion: Aufnahme von Elektronen durch das Substrat vom Reagenz (Reduktionsmittel) (Substrat:
Aufnahme von Wasserstoff oder Abgabe von Sauerstoff; die Oxidationszahl eines im Substrat
vorhandenen C-Atoms (oder S, N, P, O,..-Atoms) sinkt)
R CH3
R NH2
2 R SH
+O
+O
+O
- H2O
O
+O
R CH2 OH
+O
- H2O
R C
R NH OH
+O
- H2O
R N O
R S S R
R C
H
+O
- H2O
R S R
R N
+O
O
+O
OH
R C
O
O OH
O
O
O
R S R
+O
O
R S R
O
Oxidation
Reduktion
Oxidationsmittel:
O2, H2O2, HNO3, SeO2, HJO4, MnO2, CrO3, KMnO4, FeCl3, OsO4, Percarbonsäuren, uva
Reduktionsmittel:
LiAlH4, NaBH4, H2/Kat, Na/Ethanol, Zn/HCl, B2H6, Na2S2O4, uva
Umlagerungen
Reaktionen, bei denen sich das Verknüpfungsmuster des Moleküls ändert. Häufig „wandert“ eine Gruppe
von einem Atom (C,N,O) zu einem anderen.
W
A B
W
A B
o
Beispiele:
Benzidin-Umlagerung
N
N
H
H
N H
N
H
+
H
H
H
HN
H
H2N
NH2
-H
NH2
+
Beckmann-Umlagerung
Benzidin
N
OH
+
H
Cyclohexanon-oxim
N
H
OH
o
-H2O
N
H
N
H2O
O
+
-H
ε-Caprolactam
Wagner-Meerwein-Umlagerung
CH3 CH3
H3C
H
CH3 OH
+
H
CH3 CH3
H3C
H
CH3
CH3 CH3
H3C
H
CH3
-H
+
Umlagerungen
+
H
OH OH
OH O H
H
- H2O
OH
OH
-H
+
O
Pinakol-Pinakolon-Umlagerung - eng verwandt mit Wagner-Meerwein. Nach
Protonierung und Wasserabspaltung wandert eine Gruppe (hier Methyl) unter
Mitnahme des Elektronenpaares! Zum Carbenium-C. Es entsteht das stabilere
Carbeniumion, da die freien Elektronenpaare des O den Ladungsmangel am C
besser ausgleichen können. Eine Deprotonierung führt zum Keton
O
O
OH
O
H
Claisen-Umlagerung von Phenyl-allylethern. Beispiel für eine „elektrocyclische“
Umlagerung die ohne Zwischenstufen zum - instabilen - Allylcyclohexadienon führt.
Danach erfolgt eine Tautomerie des H vom C zum O
Spezieller Teil
Aliphatische und Aromatische Kohlenwasserstoffe
Natürliche Vorkommen, Gewinnung und Darstellung
Erdgas: Methan, Ethan, Propan, Butan
Erdöl: Gemisch verschiedener Kohlenwasserstoffe unterschiedlicher Zusammensetzung
Trennung durch Destillation:
Gasfraktion: Siedepunkt unter 40°: Methan - C6
Destillat bis 150° Siedepunkt: „Rohbenzin“ - wird destillativ zerlegt in:
40-70°: Petroläther (C5-C6), 70 - 90°: Leichtbenzin (C6-C7), 90 - 120°: Ligroin (C7-C8), 120 - 150°:
Schwerbenzin (C8-C10)
Destillat bis 250°: Kerosin, Petroleum (C10-C13)
bis 350°: Dieselöl, Heizöl (C13-C17)
über 350°: (z.T. Destillation im Vakuum) Heiz- und Schmieröle, „Wachse“ (Vaseline, Petrolatum Salben) (C20-C30),
Destillationsrückstand: Asphalt, Bitumen (Straßenbelag) sowie „Petrolkoks“ (Brennstoff, Elektroden)
Asphalt, Bitumen kommen auch natürlich vor. Definition des Bitumens: aus natürlichen Quellen stammende zähe bis feste
klebrige Kohlenwasserstoffmassen ohne chemische Umwandlung gewonnen - Teere, Pech sind bitumenähnlich
Umwandlung höherer Kohlenwasserstoffe in niedere Homologe Treibstoffherstellung
Die Zusammensetzung eines Erdöls entspricht selten dem Bedarf an Destillatfraktionen
Thermisches Cracken: bei ca 500° und 20 - 50 bar zerfallen langkettige KW in Radikale die schließlich
kürzerkettige Alkane und Alkene ergeben
(Hydrierendes Cracken: H2-Zusatz erhöht Anteil gesättigter KW, Schwefelhaltige Verbindungen werden
zu H2S umgewandelt
Katalytisches Crack-Verfahren: Bei ca 430 - 500° /2 bar werden die KW als Dampf über saure
Aluminiumoxid-Silikat-Katalysatormassen geleitet. Bei den Spaltungen treten Carbeniumionen als
Zwischenprodukte auf, deren Umlagerungen liefern verzweigte Alkane (Benzine) Alkene und Aromaten
Neben den Kraftstoffen sind die hier entstehenden Alkene wie Ethylen und Propylen zentrale
Basisrohstoffe der chemischen Industrie!
Platforming-Verfahren: Verwendet Pt/Al2O3 oder Rh/Pt/Al2O3 für Benzine mit Oktanzahl 80 -90 und
Ausgangsmaterialien für die Petrolchemie
Oktanzahl: Für die Verbrennung in Ottomotoren sind n-Alkane wenig geeignet - ungünstige
Verbrennungseigenschaften bewirken „Klopfen“. Kraftstoffe mit verzweigten Alkanen verbrennen
regelmäßiger. Das Isooctan (2,2,4-Trimethylpentan) hat als Normsubstanz die Oktanzahl 100, n-Heptan die
Octanzahl 0. Die Herstellung von Kraftstoffen hoher Octanzahl wird meist durch Zusatz von Isooctan oder
Benzol erreicht. Früher Tetraethylblei.
Kohle als Rohstoff für Kohlenwasserstoffe
Kokerei: Durch Erhitzen von Steinkohle auf ca 1000° werden neben Koks (ca 97% C) gasförmige
Produkte (CO, H2, NH3, Methan, Ethan, Ethen) und flüssige Produkte gebildet „Steinkohlenteer“
Die Teerdestillation liefert bei 80 - 170°: „Leichtöl“ meist Benzol, Toluol, Xylole, 170 - 215° „Mittelöl“
meist Naphthalin, Phenole, Pyridinbasen 215 - 270°: „Schweröl“ meist Naphthalin, Kresole, höhere
Aromaten und Pyridinbasen, 270 - 340°: „Anthracenöl“ meist Antracen, Phenanthren, Fluoren,
Carbazol
Die Basen können durch saure Extraktion, die Phenole durch basische Extraktion entfernt werden,
Feindestillation der einzelnen Fraktionen liefert die Einzelsubstanzen bzw. definierte Gemische
(Xylol - Gemisch aus den 3 Stellungsisomeren)
Braunkohleschwelung: Erhitzen der Kohle auf 450 - 600° führt zu Schwelbenzin, Mittelölen, Schwelteer und
Schwelkoks.
Kohlehydrierung
Tieftemperaturhydrierung: Braunkohlenschwelteere werden an WS2/NiS-Kontaken bei 350°/300bar zu
Benzin+Diesel+Schmieröl+Paraffin hydriert.
Fischer-Tropsch-Verfahren: Aus Synthesegas (CO/H2) können an Eisenkatalysatoren bei ca 250°/25bar
Dieselöle und andere Produkte gewonnen werden - Erzeugung des Synthesegases durch Kohlevergasung
(Wassergas) oder Erdölspaltung
Acetylengewinnung: Karbid-verfahren CaO
Koks als Rohstoff
Lichtbogenverfahren
Erdgas, andere KW
CaC2
2 CH4
+
3C
+
2 H2O
1400°
2200°
CaC2
+
CO
∆H = + 465 kJ/mol
Ca(OH) 2 + HC CH
HC CH
+ 3 H2
Reaktionen der Alkane
Alkane - Paraffine (parum affinis - wenig angreifbar)
Hauptreaktionsweg: Radikalische Substitution
H O
R C S Cl
R´ O
SO2 + Cl2 hν
H
R C H
Cl2 hν
H
R C Cl
R´
R´
Sulfochlorierung
Halogenierung - radikalische Chlorierung
(→ Detergentien)
ähnlich: Bromierung
Radikalische Kettenreaktionen - tertiäre Positionen werden leichter angegriffen als sekundäre und diese
leichter als primäre.
Autoxidation:
1. „nützlich“:
Cn H2n +
n CO2 + (n+1) H2O
(3n+1 /2) O 2
2. „schädlich“ : partielle Oxidation zu R CHO, CO
uvm - Smog-Bildung.
Bildung von Hydroperoxiden mit Sauerstoff (Triplett - 2 ungepaarte Elektronen)
R
+
O O
R
O
O
RH
R
O
O H + R
Als präparative Reaktion nur für sehr reaktive Kohlenwasserstoffe, aber große Gefahrenquelle bei Ethern !
Neben den radikalischen Kettenreaktionen sind die in der Erdölchemie angesprochenen thermischen
Crackverfahren und katalytische Dehydrierungen wichtige Reaktionspfade der Alkane
Reaktionen der Alkene
Als ungesättigte Verbindungen sind Additionen an die Doppelbindung der Hauptreaktionspfad
R´´
C
O
R CH
H
R
CH R´
O O
C
C
O
R´´ C
R´´
C
O
R´´´ C
R CH
R´´
CH R´
R´´
O OH
R´´
H
R´
O3
CH2
H
C R
CH2
C R´
H
C
R´´
R´´
C
C
CH2
H2O
(H+)
OH H
R CH CH R´
Br
CH R´
Br2
(Kat)
CH R´
Br
R CH
CH2 R´
H2
R CH
CH2
R CH2
OsO4 (KMnO4)
OH OH
R CH CH R´
HOCl
HBr
H
R CH
Br
CH R´
OH Cl
R CH CH R´
Katalytische Hydrierung →Alkan; Halogenaddition → 1,2-Dihalogenalkane; Dihydroxylierung → 1,2-Diole;
Hypochlorige Säure → 2-Chloralkohole - „Chlorhydrine“; Halogenwasserstoff → Halogenalkane; Wasser
→ Alkohole; konjugierte 1,3-Diene → Cyclohexene - Diels-Alder-Reaktion, Ozon → Ozonide, C-CSpaltung, Ozonide zu Aldehyden reduktiv spaltbar; Persäuren → Epoxide; Carbene → Cyclopropane
Ethylen als Grundstoff des Chemischen Industrie
Ca 30% der Produkte der Petrochemie basieren auf Ethen (ohne Treibstoffe, Heizöl etc)
Erzeugung: zusammen mit Propen überwiegend durch thermische Spaltung von Alkanen: C3/C4-reiches
Erdgas, „Naphtha“ (Kp 80 - 200°C), auch durch Dehydratisierung von Ethanol (z.B. in Südamerika)
Wacker-Oxidation
H2C CH2
O2
PdCl2, CuCl2
H3C C
O
H
Folgeprodukte: Essigsäure,
Essigsäureethylester, Pyridine,
Essigsäureanhydrid....
Oxidation des Ethens durch Anlagerung Palladium-II-chlorid, Addition von Wasser und Abspaltung von
Pd-(0), das Pd wird durch CuCl2 reoxidiert und CuCl durch O2 wiederum reoxidiert.
Polymerisation von Ethen: Polyethylen (Normaldruck- oder Hochdruckverfahren)
Stark verzweigt,
geringe Dichte,
elastisch, biegsam
Hochdruck-V.
"Ziegler-Natta"
ca 1500 bar
200° C
Normaldruck-V
Ti-Al-Katalysatoren
Linear, hohe Dichte, hohe
Festigkeit
Ethylenoxid: durch katalytische Oxidation an Silber
1/2 O2
Ag
O
H2C
CH2
Ethylbenzol durch Friedel-Crafts-Alkylierung
+
Lew is-Säure
CH2 CH3
Folgeprodukte sind Ethandiol „Glycol“,
Ethanolamine, Polyethylenglycole, nichtionische
Detergentien...
H
Ethylbenzol: Lösemittel und
C
Ausgangsmaterial für die
- H2
CH2
Styrol-Produktion
Propen als Grundstoff des Chemischen Industrie
Polypropylen (ca 55% der Gesamt-Propenproduktion)
HO Cl
H3C CH CH2
OH Cl
H3C CH CH2
Cl OH
+
Ca(OH) 2
O
- CaCl2
Propylenoxid durch Addition von Hypochloriger Säure an Propen und Abspaltung von Chlorwasserstoff.
Verwendung zu Polypropylenoxid, Propylenglykol, Glycerin, Propylenglycolether...
+ O2
+ O2
PdCl2/CuCl
O
Cu2O / SiC
Oxidation zu Aceton - Lösemittel und allgemeiner Grundstoff,
z.B. für Vitamin-A oder Methacrylsäure (zu Plexiglas) ....
Acrolein (Propenal) hoch reaktives Edukt für viele
Prozesse, von Methionin über Pyridin bis Acrylsäure
O
400°C
H
+ Cl2
+ O2
400°C
+ NH3
"Kat"
450°C
Heißchlorierung von Propen führt nicht zur Addition sondern zur
radikalischen Substitution! (Abhängigkeit des Reaktionsmechanismus von den Bedingungen!) Allylchlorid (3-Chlorpropen) wird über Allylalkohol, Glycerin, Epichlorhydrin,.. zu
vielen Produkten verwandelt
Cl
C
N
„Ammonoxidation“ zu Acrylnitril = Propensäurenitril. Acrylnitril ist ein hoch reaktives Ausgangsmaterial für viele
Prozesse, insbesondere für Polymere wie Dralon oder SAN
Reaktionen der Alkine
Als ungesättigte Verbindungen sind Additionen an die Dreifachbindung der Hauptreaktionspfad
OH
R C CH R´
R CH2
O
C R´
H2O
(Hg2+)
Cl
R C C R´
H
HCl
R C
Cl2
C R´
H2
Cl
R C C R´
Cl
Cl2
Cl Cl
R C C R´
Cl Cl
(Kat)
R CH
CH R´
H2
R CH2 CH2 R´
(Kat)
Hydratisierung → Enole (instabil) lagern um zu Ketonen (bzw. Aldehyden), Halogenaddition → 1,2Dihalogenalkene → 1,1,2,2-Tetrahalogenalkane, katalytische Hydrierung → cis-Alkene → Alkane;
Halogenwasserstoff → Halogenalkene
Endständige Alkine verhalten sich gegenüber starken Basen als Säuren, mit Silber- und Kupferionen bilden
sie brisante, explosive Acetylide
Acetylen darf N I E mit Ag- oder
HC CH + 2 [Ag(NH3) 2]
H3C C CH
NaNH2
NH3 (fl)
+
+ 2 OH
NH3 +
-
2 H2O + 4 NH3 +
H3C C C
Deprotonierung mit Natriumamid in
flüssigem Ammoniak
-
Na
+
+ NH4Cl
+ H3C I
Ag2C2
Cu- haltigen Apparaturen in
Berührung kommen!
NaCl + NH3 H3C C CH
H3C C C CH3 + NaI
Protonierung des
Acetylid-ions mit
Ammoniumionen
Nucleophile Substitution
Acetylen als Grundstoff des Chemischen Industrie
HC CH
HC CH
HC CH
HC CH
H2O
HgSO4
OH
H2C CH
H3C C
HCl
Cl
H2C CH
PVC
HCN
CN
H2C CH
PAN
H3CCOOH
HgSO4
O
O C CH3
H2C CH
O
H
Vinylchlorid
Acrylnitril, Rohstoff für
Feinchemie und Monomer für
verschiedene Polymere
Polyvinylacetat
Vinylacetat, wichtiges
Monomer
Polyvinylalkohol
2 HC CH
NH4Cl / CuCl
H2C CH C CH
HCl
Cl
H2C CH C CH2
Cl
H2C CH C CH2
CuCl-katalysierte Dimerisierung von Acetylen zu Vinylacetylen, Addition von HCl führt zum 4-Chlorbutadien-1,2 (ein „Allen“, kumulierte Doppelbindungen) das zum 2-Chlorbutadien-1,3 (ein „konjugiertes
Dien“) isomerisiert wird - Chloropren, wichtiges Monomer für Synthesekautschuke (Neopren)
Reppe-Chemie
Typisch: Reaktionen von Acetylen unter Druck - nur bei sehr sorgfältiger Durchführung gefahrlos.
Erinnerung: komprimiertes Acetylen ist ab 2 bar explosiv - Acetylen in Stahlflaschen ist in
Aceton/Kieselgur unter geringem Druck (ca 15 bar) gelöst! (Dissous-Gas) Kontakt von Acetylen mit Ag
und Cu ist unbedingt zu vermeiden!
O
Ethinylierung: Addition von Ethin an Aldehyde
und Ketone - Synthese von Alkinolen und
Alkindiolen
HC CH + R C
Cu2C2
H
O
2 HC CH + R C
Cu2C2
H
OH
R C C CH
H
OH
OH
R C C C C R
H
H
Cyclisierung Acetylen kann unter katalytischer Wirkung von Übergangsmetallionen zu Benzol cyclisiert
werden, mit Ni-acetylacetonat wird Cyclooctatetraen als Hauptprodukt gebildet. Spezielle Katalysatoren
erlauben die Synthese von Styrol (= Vinylbenzol) aus Acetylen
3 HC CH
Ni-, Co-Salze
4 HC CH
Ni(acac)
Carbonylierung Unter der Katalyse von Metallcarbonylen (Ni, Co, Fe) kann Kohlenmonoxid zusammen mit
Wasser / Alkoholen / Aminen an Ethin addiert werden: Acrylsäure / -ester/ -amide - Monomere
HC CH
+ CO + H2O
O
C OH
H2C CH
HC CH
+ CO + NH3
HC CH
O
C NH
2
H2C CH
+ CO + ROH
O
C OR
H2C CH
Die wirtschaftliche Bedeutung der Acetylen- und Reppe-Chemie ist seit Umstellung der Chemie von Kohleauf Erdölbasis gering, nur wenige Produkte basieren derzeit auf Ethin. Mittelfristig ist eine Renaissance zu
erwarten.
Reaktionen der Aromaten
Br
Halogenierung
SO3H
Sulfonierung
Br 2
(FeBr 3)
H2SO4
H2 / Pt
Hydrierung
HH
Cl
Cl
H
Cl
H
Cl
Cl
H
Cl2
H Cl
photochemische Chloraddition
8 stereoisomere Hexachlorcyclohexane "HCH", "Lindan"
Additionen
HNO3
(H2SO4)
hν
Cl
Nitrierung
R Cl
O
R
NO2
AlCl3
O
C R
AlCl3
R
Alkylierung
Acylierung
Elektrophile Substitutionen
Die elektrophile Substitution ist der wichtigste Weg, Aromaten zu funktionalisieren. Ein elektrophiles
Teilchen (NO2+, Br+, R+ ...) greift am -Elektronensystem des Aromaten an und ein Proton wird
abgespalten
„Tetra“: stark
toxisch, OzonAbbau!
Halogenverbindungen
Aus gesättigten Kohlenwasserstoffen : radikalische Substitution:
+ Cl2
CH4
+ Cl2
CH3Cl
- HCl
CH2Cl2
- HCl
+ Cl2
CHCl3
- HCl
+ Cl2
CCl4
- HCl
Chlormethan
Dichlormethan
Trichlormethan
Tetrachlormethan
(Methylchlorid)
(Methylenchlorid)
(Chloroform)
(Tetrachlorkohlenstoff)
Ethan zu Chlorethan, Dichlorethanen, Trichlorethanen.. ; Butan zu Chlorbutanen, Dichlorbutanen, ... geringe Selektivität der radikalischen Halogenierung
Chlorierte Methane, Ethane und Ethene sind wichtige Lösemittel
Aus ungesättigten Kohlenwasserstoffen:
Br 2
- elektrophile Addition:
Br
Br
Aus Aromaten: elektrophile Substitution: „Kälte, Katalysator, Kern“ KKK
Beispiel: Kernchlorierung von Toluol
Mechanismus
+
Cl [AlCl4]
AlCl3 + Cl2
H
+ Cl
-
Cl
+
CH3
CH3
CH3
Cl
Cl
Cl2
+
AlCl3 , 10°C
+
-H
Cl
ortho- und para-Chlortoluol
Aus Alkylaromaten: radikalische Substitution: „Sonne Siedehitze, Seitenkette“ SSS
Beispiel: Seitenkettenhalogenierung von Toluol zu
Mechanismus
Chlormethylbenzol = Benzylchlorid
CH3
CH2
Cl
+
Cl CH2
Cl2
- HCl
CH3
+ Cl
Cl CH2
Cl2
„Benzylische“ Gruppen sind besonders reaktiv. Benzylisch= am C-Atom, das direkt am Aromaten gebunden ist
+ HC
Halogenverbindungen
Aus Alkoholen: Nucleophile Substitution (Veresterung) mit Halogenwasserstoffsäuren
OH
HX
H
O
-
H
X
X
+ H2O
X = Cl, Br, I
Beispiel: 1-Halogenbutan aus n-Butanol
Aus Alkoholen: mit „Halogenüberträgern“: Phosphorhalogenide, Thionylchlorid
3 R OH
+ PX3
3 R X
R OH
+ PX5
R X
R OH
+ SOCl2
R O S
+ H3PO3
X = Cl, Br
+ POX3 + HX
O
Cl
+ HCl
R Cl
+ SO2 + HC
Reaktionen der Halogenverbindungen: Halogenalkane und „Benzylhalogenide“ tragen jeweils ein stark
elektronegatives Halogenatom an einem weniger elektronegaticen A-Atom gebunden - damit ist die CHalogen-Bindung polarisiert, d.h. die Elektronen im bindenden σ-Orbital sind mehr am Halogen als am
Kohlenstoff - der Kohlenstoff ist somit positiviert, das Halogen negativiert - als Folge kann ein Reagenz,
das negative Ladung (oder ein freies Elektronenpaar) trägt, damit das C-Atom angreifen und das
Halogen geht als Halogenid ab („Abgangsgruppe“, Nucleophile Substitution)
Arylhalogenide (Aromaten mit Halogen direkt am aromatischen Kern wie Brombenzol oder o-Chlortoluol)
reagieren nicht oder sehr viel träger als Alkylhalogenide. Diese Verbindungen werden hier nicht
betrachtet
Reaktionen der Halogenalkane
Hauptreaktionsweg der Halogenalkane ist die Nucleophile Substitution R O R´
R OH
R S R´
-
R´S
-
R´O
-
HO
-
RX
R´ 3N
R NR´ 3
CN
R C
N
Mg
-
X
NH3
LiAlH4
R NH2
R H
R Mg X
Grignard-Verbindungen
Durch Reaktion mit Anionen (Alkoholat, Hydroxid, Cyanid, Alkylthiolat,..) werden nach Austritt des Halogenids
Ether, Alkohole, Carbonsäurenitrile („Cyanide“), Thioether, .. gebildet, mit Neutral-verbindungen (Ammoniak,
tert. Amin R3N,..) werden zunächst „Oniumsalze“ (Tetraalkylammonium R4N+..) gebildet, die, falls ein H am N
vorhanden, zu Aminen deprotoniert werden können.
Mit dem sehr starken Reduktionsmittel Lithiumaluminiumhydrid kann zum Kohlenwasserstoff reduziert
werden. Magnesium kann in die C-X-Bindung eingeschoben werden - das Magnesium wird dabei oxidiert
(Mg2+) und das Halogen und das Kohlenstoffatom des Alkylrestes tragen formal die negative Ladung!
(Beachte: In RX war das C-Atom positiv polarisiert!) Mit Grignard-Verbindungen ist somit eine Chemie mit
„negativem C-Atom“ möglich.
Sauerstoffverbindungen
Sauerstoff kann mit Kohlenstoff Einfach- und Doppelbindungen eingehen. Die Elektronegativität des
Sauerstoffs ist weit höher als die des C. Einfachbindungen sind -Bindungen, bei Doppelbin-dungen
kommt eine -Bindung hinzu. Diese Bindungen sind polarisiert, d.h. die Elektronen halten sich mehr am
O-Atom auf.
Grundlegende Verbindungstypen:
OH
R O R´
R C
O
R OH
O
H
OR
R C
O
R C
R
O
OH
R C
O
OR
R O
R C OR
R
O R
Alhohole Phenole (cyclische) Ether Aldehyde Ketone Carbonsäuren Carbonsäureester Acetale Peroxide
Alkohole : einwertige Alkohole (eine Hydroxylgruppe)
H
R C OH
H
H3C OH
H3C CH2 OH
H
R C OH
R
H3C
H
H3C
OH
R
R C OH
R
H3C
H3C
H3C
OH
Primäre Alkohole -CH2OH-Gruppe : Methanol,
Ethanol..
Sekundäre Alkohole: -CHOH-Gruppe: iso-Propanol..
Tertiäre Alkohole: -C-OH - Gruppe: t-Butanol = 2Methyl-2-propanol
mehrwertige Alkohole
H2C CH2
OH OH
Ethylenglycol, „Glycol“
H2C CH2 CH2 CH2
OH
OH
H2C CH CH2
OH OH OH
Sorbit
1,4-Butandiol
Glycerin
(ein „Zuckeralkohol“)
H
HO
H
H
CH2OH
OH
H
OH
OH
CH2OH
Synthese von Alkoholen
Hydrolyse von Alkylhalogeniden
Verseifung von Carbonsäureestern
H
R C X
H
O
R C O R´
Addition von Wasser an Alkene
(Markownikow, sekundäre oder tertiäre Alkohole)
NaOH
H
R C OH
H
+ NaOH
+
H2O / H
R
Addition von 2 OH-Gruppen (durch Oxidation mit R
OsO4 oder KMnO4)an eine Doppelbindung
R
R´
H
R C OH
R´
+ R´ OH
Na
H
CH3
O
Os
O
O
R
2 RCH2 OH
+ LiAlH4
NaBH4
R
C
OsO4
Reduktion von Carbonylverbindungen
NaBH4, LiAlH4, Na/ROH, H2/kat
Aldehyde, Ketone, Ester
O
C
HO
O
Hydroxylierung:
O
2 R C O R´
O
R C O
Alkohole
+ 2 R´ OH
H2O
- OsO3
HO
R
OH
Synthese von Alkoholen
Reaktion von Carbonylverbindungen mit Grignard-Reagenzien
R´
R Mg Hal
+
R´
O
R
R´
R´
+
H
O MgBr
R
R´
O H
R´
„Aufbauende Hydrierung“ - das C-Gerüst wird verlängert! Formaldehyd zu primären Alkoholen, Aldehyde zu
sekundären, Ketone zu tertiären
O
R´
2 R Mg Hal
+ R´ C OCH3
R C OH
R
+ H3COH
Ester werden durch Übertragung zweier Alkylreste zu tertiären Alkoholen (Ameisensäureester zu sekundären)
„Oxosynthese“
R
+ CO + 2 H2
[Co(CO ) 4]2
R (CH2) 3
OH
+
H3C
OH
R CH CH2
(Großtechnische Synthese von n- und i-Butanol etc.)
Trockene Destillation von Holz: Neben Holzkohle und Essigsäure auch Methanol „Holzgeist“
Biotechnologisch: Mit Saccharomyces cervisiae: Alkoholische Gärung (z. B. Heidelbeersaft) „Weingeist“,
Gärungsalkohol aus Hexosen, Nebenprodukte: „Fuselöle“ (meist Pentanole „Amylalkohole“), Methanol
Technisch: Ethanol durch Wasseraddition an Ethen oder durch Fermentation, insbesondere von Abfällen der
Cellulose- und Zuckerindustrie; Methanol aus Synthesegas:
CO + 2 H2
ZnO/Cr 2O3
ca 350°C
H3COH
Methanol ist stark giftig, letale Dosis ca 6 g, Geringere Mengen können zur Erblindung führen. Therapie
bei Methanolvergiftungen: mit dem ebenfalls toxischen Ethanol.
Ethanol bildet mit Wasser ein Azeotrop (95/5). Trocknung physikalisch durch Azeotropdestillation mit Benzol,
Chemisch mit CaO gefolgt von Na/Phthalsäureester - „absolutes Ethanol“
Reaktionen von Alkoholen
Reaktionen der Alkohole
OH-Bindung: Reaktion als Säure:
H
R C OH
H
H
R C OH
H
+ 2 Na
H
2 R C ONa + H2
H
H
R C OMgI
H
+ H3C Mg l
+ CH4
Bildung der starken Base Natriumalkoholat, Protonierung der sehr starken Base Grignard-Reagenz zu Methan
O
R´ C O R
R CH2 CH2 X
R CH2
O
CH
HX
[Oxidation]
R CH2 CH2 OH
R´COOH
NaH
R CH2 CH2 ONa
H3C I
R CH2 CH2 OCH3
[Oxidation]
H2SO4
RCOOH
> 200°C
H2SO4
ca. 170°C
R CH2 CH2 O CH2 CH2
R
R
Nucleophile Substitution - Spaltung der C-O-Bindung, Veresterung, Deprotonierung und Alkylierung des
Alkoholats zu unsymmetrischem Ether, Dehydratisierung zum symmetrischen Ether, Dehydratisierung zum
Alken (Eliminierung), Oxidation zum Aldehyd und Weiteroxidation zur Carbonsäure (sek. Alkohole nur bis
zum Keton).
Phenole: Strukturen und Synthese
Aromaten mit OH-Gruppe direkt am aromatischen Kern
pKs-Werte: Alkohole: ca 18 Wasser: 15,55 Phenole ca 10 Essigsäure 4,76
Gewinnung: Aus Steinkohlenteer, hauptsächlich durch Umwandlung von Benzol
OOH
+
+
O2
+
H
OH
O
H
+
Hocksche Phenolsynthese: Friedel-Crafts-Alkylierung von Benzol mit Propen zu Isopropylbenzol
(„Cumol“) Oxidation mit Sauerstoff zu Cumol-hydroperoxid (Radikalkettenreaktion),
Säurekatalysierte Umlagerung und Spaltung zu Phenol und Aceton
H2SO4
SO3H
NaOH
OH
320 - 350°C
Sulfonierung von Benzol und Alkalischmelze des Natriumbenzolsulfonats zu Natriumsulfat und
Natriumphenolat (Nuleophile Substitution am Aromaten!) - Freisetzen des Phenols durch Schwefelsäure Allgemein anwendbares Verfahren zur Herstellung von Phenolen aus Aromaten
Cl2
Cl
NaOH
OH
360°C 200 bar
Dow-Prozeß
Wichtige Phenole
OH
OH
OH
OH
H3C
OH
OH
OH
HO
H3C
HO
CH3
Phenol
o-Kresol
m-Kresol
p-Kresol
OH
Brenzkatechin Resorcin
Methylphenole
OH
OH
Dihydroxybenzole
OH
HO
OH
HO
HO
Pyrogallol
Hydrochinon
CH3
HO
OH
OH
CH3
α-Naphthol
Pholoroglucin
β-Naphthol
Bisphenol A
Trihydroxybenzole
NH2
CHO
CH3 OH
COOH
H
OH
H
H
OCH3
OH
H
HO
HO
OH
Vanillin
Tyrosin
17α-Östradiol
Diethylstilböstrol
Phenole: Reaktionen
Phenole reagieren an der OH-Gruppe - Veresterungen, Veretherungen änhlich wie Alkohole, oder am
Aromatischen Kern - elektrophile Substitution. Wegen des +M-Effektes des Sauerstoffs laufen diese
Reaktionen leichter ab („elektronenreicher Aromat“). Anders als bei Alkoholen tritt die Spaltung der C-OBindung nur in wenigen Fällen ein.
O
O C R
Phenol: pKs = 10,0
OH
OH
O
Na
+
Br
O
R C X
Br
NaOH
O
R
OH
R X
Base
Br 2
OH
OH
NO2
HNO3
NO2
HNO3 / H2SO4
Trotz der „geringen“ Säurestärke sind
Phenole stark ätzend, was durch ihre
analgetische Wirkung besonders tückisch
ist. Außerdem sind Phenole giftig. Letale
Dosis Pyrogallol: ca 10 g
OH
O2N
NO2
NO2
Pikrinsäure
pKs 0,25
Das System Phenol-Wasser weist eine Mischungslücke im Bereich 67% - 10% auf.
In elektrophilen Substitutionen (Nitrierung, Sulfonierung, Halogenierung etc) reagieren Phenole als sehr
elektronenreiche Aromaten schnell und mit o/p-Selektivität
Ether
H3C CH2 O CH2 CH3
H2C
CH2
O
O
CH3
H3C O C CH3
CH3
Diethylether
„Äther“
Kp: 36°C
H2C
CH2
O
CH2
H2C
H2C
O
O
CH2
CH2
O
O
O
t-Butylmethylether Tetrahydrofuran
Oxiran
„THF“
„Ethylenoxid“ „MTBE“
Kp: 55°C
Kp: 66°C
Kp: 14°C
Diisopropylether
1,4-Dioxan
„Dioxan“
Kp: 68°
Smp: 11,8°C
Kp: 101°C
O CH3
O
O
Ethylenglycoldimethylether
„DME“
Kp: 83°C
O
OH
Ethylenglycolmonoethylether
„Ethylglycol“
Kp: 135°C
O
O
H3C
CH3
HC O CH
H3C
CH3
O
O
O
H2C
O
Diethylenglycoldimethylether
Methoxybenzol
„Diglym“
„Anisol“
Kp: 162°C
Kp: 155°C
O
O
O
Diphenylether
Smp: 25°C
Kp: 258°C
Dibenzodioxin
Verwendung von Ethern hauptsächlich als Lösemittel: Diethylether, MtBE, THF, Dioxan, DME,
Diglym, Anisol, Diphenylether, Ether des Ethylenglycols sind technisch wichtige Lösemittel
(Carbitole, Cellosolve), Oligoethylenglycole mit aliphatischer Endgruppe (C16 - C-18) sind nichtionische Tenside, MtBE als Kraftstoffzusatz
Diethylether als eines der Standard-Lösemittel im Organischen Laboratorium für Reaktionen und Extraktionen
Synthese und Reaktionen von Ethern
Reaktion von Alkoholen mit starken Säuren
OH
OH
+
180°C
H
H3COH +
+ NaH
R OH
O
+
Addition von Alkoholen an Alkene
Williamson - Synthese
H2SO4
OH
O
H3C O S O CH3
O
R´ X
R ONa
- H2
O
OCH3
+ NaOH
- H3COSO3Na
R O R´
OCH3
+ NaOH
- H3COSO3Na
OH
+ NaX
OCH3
Wichtigste Reaktion zur Synthese unsymmetrischer Ether, Nucleophile Substitution an
Alkylhalogeniden (J, Br. Cl) und Sulfaten etc. Alkoholate aus Alkohol und Na oder NaH, bei
Phenolen genügt NaOH oder K2CO3. Dimethylsulfat (sehr GIFTIG! ) ist ein starkes
Methylierungsmittel, hier Brenzkatechin über Guajacol zu Veratrol
HI
Reaktionen von Ethern
O
H3C I
+
I
Spaltung durch Halogenwasserstoffsäuren, insbesondere HI:
O2
O
Bildung von Peroxiden
O
OOH
Die Bildung von Hydroperoxiden und Peroxiden ist eine Reaktion, die bei Kontakt mit Luft
langsam eintritt. Insbesondere Diisopropylether und THF, auch Diethylether bilden diese hoch
explosiven Peroxide (Gefahr besonders beim Destillieren!) Test auf Peroxid und Lagern der
Ether über KOH.
+
RO
Reaktion von Epoxiden mit Nucleophilen:
OH
H
RO
O
RNH2
RNH
OH
Carbonylverbindungen: Aldehyde
H
H
C O
H
H3C
Methanal
C O
H
Cl3C
C O
O
H
C O
H2C CH
C
H
H
O
C C
H
Ethanal Trichlorethanal Propenal
H
O
O
O
O
Ethandial
Formaldehyd Acetaldehyd Chloral Acrolein Benzaldehyd
H
O C
Glyoxal
Retinal
Vitamin-A-Aldehyd
Piperonal
Darstellung der Aldehyde
Oxidation primärer Alkohole
K2Cr 2O7
R CH2OH
R C
Ozonolyse von Olefinen
R
reduktive Aufarbeitung
R
Oxosynthese
Vilsmeier-Synthese
H
O
R
R
H3C
+
2 R C
O
H
H
O
+ CO + HCl
AlCl3 / CuCl
O
H3CO
(H3C) 2S
O O
100°
200 atm
+ CO + H2
Gattermann-Koch-Synthese:
O3
O
H C
N CH3
H3C
Acetaldehyd: Wacker-Verfahren
Hydrolyse von 1,1-Dihalogenverbindungen
H
H3C
H2O
+ POCl3
O
H
H3CO
O
Anisaldehyd
CHCl2
H2O
H
- 2 HCl
O
Carbonylverbindungen - Aldehyde und Ketone
Synthese von Ketonen: Oxidation sekundärer Alkohole, Ozonolyse, Hydrolyse geminaler,
nicht endständiger Dihalogenide, Hydratisierung interner Alkine
Friedel-Crafts-Acylierung
R C
+
AlCl3
O
Cl
O
R = CH3: Acetophenon
R
R = C6H5 : Benzophenon
C
- HCl
Reaktionen der Aldehyde und Ketone
Unterschiede: Aldehyde können leicht zur Carbonsäure oxidiert werden, Ketone nicht.
Gemeinsamkeiten: Additionen an die C=O-Doppelbindung oder Substitution des Carbonyl-O
durch N oder C zu Iminen, Alkenen, Reaktion mit Grignard-Reagenzien zu Alkoholen,
Reduktion mit NaBH4 oder LiAlH4 zu Alkoholen...
Oxidation von Aldehyden zu Carbonsäuren
H
R C
Cannizzaro-Reaktion
2
H
O
NaOH
O
+
K2Cr 2O7 / H
KMnO4
O2, .....
OH
+
O
OH
R C
O
CH2OH
Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
H
R C
OH
OH
R C
R´
H
R´
OR
OR
R C
R´
H2O
OH
CN
R C
R´
+
ROH / H
Zn(Hg) / HCl
HCN
OH
H2; LiAlH4; NaBH4
H
R C
R´
R`
R
Ph3P=CH2
R`
R
C CH2
C O
R´´ MgX
OH
R C
NaHSO3
H3C C
R
R´´
OH
+
SO3 Na
R C
R´
O
R´´
OH
C
R´
CH2
O
C
R´
R´´
- H2O
R
O
R´´
R´
Einige Reaktionen von Aldehyden und Ketonen: Addition von Wasser - Hydratbildung; Reaktion mit Alkoholen
- Acetalbildung. Adiition von Blausäure zu Cyanhydrinen, Addition von Hydrogensulfit zu Hydroxysulfonsäuren, Aldoladdition: Addition einer in -Stellung deproptonierten Carbonylverbindung an eine
Carbonylgruppe - Erzeugung einer β -Hydroxycarbonylverbindung, eines „Aldol“ - sehr leichte
Dehydratisierung von Aldolen zu α,β-ungesättigten Carbonylverbindungen; Addition einer GrignardVerbindung zu einem sek. Alkohol (aus Aldehyd) oder tert. Alkohol (Keton); Reaktion mit Phosphoryliden zu
Alkenen (Wittig-Reaktion), Reduktion zu Prim. oder sek. Alkohol, Reduktion zur Methylengruppe
(Clemmensen)
Reaktionen von Aldehyden und Ketonen
R`
R
O
NH C
R`
NH2
C N
R
O
H
H2N C N
NH2
R
C N
R NH2
R`
R
R
NH
C6H5
C C
R´´
( w enn R`= R´´CH2-)
R
H2N OH
H2N NH2
C N
NR2
H
C O
NH NH2
R`
R2NH
OH
NR2
R C
R´
R`
R
C N
R`
R
C N
OH
NH2
Kondensation mit prim. Aminen zu Iminen = Schiffschen Basen; Addition sek. Amine zu
Halbaminalen (α -Aminoalkoholen), die, wenn am benachbarten C ein H steht, zu Enaminen
(Aminoalkenen) dehydratisieren, Kondensation mit Hydroxylamin zu Oximen, mit Hydrazin
zu Hydrazonen, mit Phenylhydrazin zu Phenylhydrazonen, mit Semicarbazid zu
Semicarbazonen
Wichtige Reaktionen von Carbonylverbindungen, die zu C-C-Knüpfungen führen
Aldolreaktion (Aldoladdition - Aldolkondensation)
R
R´´
R´
O
OH
R´´
R
R R´
O
R
R
R
O
R´´
R´
O
Carbonyl-K. Methylen -K.
Aldolreaktion
Nachf. Kondensation
Deprotonierung der -Position der Methylengruppe, Angriff des Carbanions an der Carbonylgruppe,
Protonierung des Alkoxid-Anions
-
Aldolase-induzierte Spaltung von Fructose-1,6Bisphosphat in Dihydroxyacetonphosphat und DGlyceraldehyd-3-Phosphat - Eine Retro-Aldolreaktion,
auf gleichem Wege kann aus diesen C3-PhosphatBausteinen das Fructose-Bisphosphonat aufgebaut
werden
Na
O
H3C
+ NaOEt
- EtOH
OEt
- EtO
-
EtO
Na
O
H2C
Na
O
+
OEt
H
+
O
H
H3C
O
"Aldolase"
+
Na
O
O
OEt
EtO
OEt
OPO3
CH2
C O
H C OH
H
O
+
C H
H C OH
CH2
OPO3
Methylen + Carbonyl
OEt
CH3
Claisen-Kondensation: Deprotonierung der „Methylenverbindung“,
Carbanion greift an Carbonyl Gruppe des Esters an, Eliminierung
eines Alkoxid-Ions zum β -Keto-Ester.
+
O
O
+
H2C
OPO3
CH2
C O
HO C H
H C OH
H C OH
CH2
OPO3
O
Acetessigester liegt zu ca 7% in der „Enol-Form“ vor
EtO
Bildung von Malaten (Salzen der Äpfelsäure) im Glyoxylat-Cyclus - eine durch „Malatsynthase“
induzierte Claisen-Kondensation
COO
O
Acetyl-CoenzymA - „aktiviertes Acetyl“;
Glyoxalsäure-Anion wird am Aldehyd-C H3C
angegriffen
COO
S CoA
+
H
C
O
"Malat-Synthase"
HO C H
H C H
COO
+ CoASH
Synthesen mit Acetessigester und mit Malonester
+
H3C
O
C
O
C
C
O
H H
Na
O
O
C
C
CH
H3C
C
O 2 5
NaOEt
C2H5
- EtOH
H
pKs = 10,8
H3C
O
C
O
C
C
O
H R
C2H5
-
2 OH
H3C
-
O
H
Hohe Acidität des Acetessigesters erlaubt Deprotonierung, mesomer stabilisiertes Anion, Nucleophile Substitution am C möglich. Alkylacetessigester kann in einer
Säurespaltung zu Essigsäure und der alkylierten Essigsäure gespalten werden, die Ketonspaltung führt nach
saurer Verseifung und Decarboxylierung zum Keton
+
H2O / H
O
C H2C O
H3C
O
C
R
C
H H
+ CO2 + EtOH
R
+ EtOH
H5C2
+
+
Na
O
O
C
C
CH
H3C
C
O 2 5
H
RX
- NaX
O
C
+
Na
O
O
C
C
CH
H3C
C
O 2 5
O
O
C
O
C
C
O
H H
C2H5
NaOEt
- EtOH
RX
- NaX
H5C2
O
O
C
O
C
C
O
H R
C2H5
NaOEt
- EtOH
R´X
- NaX
H5C2
O
O
C
O
C
C
O
R R´
C2H5
pKs = 12,9
Malon- und Acetessigester sind typische
Reagenzien, mit denen über (zweifache)
nucleophile Substitutionen Alkylgruppen
verknüpft werden. Abspaltungen von Acetyl R
oder CO2 führen zu Kettenverlängerungen
um 2 oder 3 C-Atome
COOH
COOH
RCH2COOH
R
R´
COOH
COOH
R´RCHCOOH
O
O
O
Chinone
O
Cl
Cl
O
Cl
Cl
O
O
p-Chinon
O
O
o-Chinon
Naphthochinon
O
Anthrachinon
Chloranil
Darstellung von Chinonen durch Oxidation der Phenole oder der Kohlenwasserstoffe
O
OH
-2e
O
-
+2H
+2e
O2
+
-
[V 2O5]
O
OH
O
Chinone, insb. elektronenarme, sind Oxidationsmittel, Hydrochinon ist als Entwickler (Reduktionsmittel) in der
Photographie genutzt worden. Anthrachinon als Grundkörper für Farbstoffe (Alizarin)
OH
O
OH
OH
O
O
Alkyl
Alkyl
V2O5 / O2
H2O2
+
OH
O
OH
O
Chinhydron: Elektronen-Donator-AkzeptorKomplex (EDA), „Charge-transfer-Komplex“ (CT)
OH
Ni/H2
O
Anthrachinon-Wasserstoffperoxid-Verfahren
O
H3CO
H3CO
O
n
n = 5-9
Ubichinone: Redoxaktiver Bestandteil der Atmungskette
Carbonsäuren und ihre Derivate
Acidität: Alkohole: pKs ca 18, Phenole: ca 10, Carbonsäuren: 4-5
Ameisensäure
H-COOH
pKs : 3.77 Kp: 100°
Essigsäure
H3C-COOH
4.76
118° Beginn der homologen Reihe
Propionsäure
H5H2-COOH
4.88 der 141°
aliphatischen
Buttersäure
H7C3-COOH
4.82 Monocarbonsäuren
164°
Valeriansäure
H9C4-COOH
4.81
187°
Capronsäure
H11C5-COOH
4.85
205°
Natürlich
vorkommende höhere
Caprylsäure (H15C7-COOH), Caprinsäure (H19C9-COOH), Laurinsäure
(H23C11-COOH), Palmitinsäure (H31C15-COOH), Stearinsäure (H35C17-COOH) Fettsäuren - gerade CZahl typisch!
Dicarbonsäuren
Oxalsäure
HOOC-COOH
pKs :1.23 pKs2 : 4.40
Smp:189° Malonsäure
HOOC-CH2-COOH
2.83
5,85
135° Bernsteinsäure
HOOC-(CH2)2-COOH
4.19
5,64
185° Glutarsäure HOOC-(CH2)3-COOH
4.33
5.57
98°
Adipinsäure
HOOC-(CH2)4-COOH
4.43
5.52
151°
Ungesättigte Carbonsäuren: Acrylsäure
Ölsäure
Linolsäure
Linolensäure
COOH
Sorbinsäure
Beginn der
homologen Reihe
der aliphatischen
α,ωDicarbonsäuren
COOH
COOH
COOH
COOH
H
HO
CH COOH
H3C
Milchsäure
H
HO
H
H
COOH
HO C H
H C H
COOH
Glucuronsäure
→Lactate
COOH
C O
HO C H
H C OH
HO C H
CH2OH
Carbonsäuren
O
C
C OH
C H
C OH
C OH
COOH
Glc A
+ H2O
2-Keto-L-gulonsäure
H3C
Weinsäure
→ Malate
→ Tartrate
O
H
HO
HO
H
CH2OH
L-Ascorbinsäure
Synthese aus Glucose durch Hydrierung (katalytisch) zu Sorbit,
dann Oxidation durch Acetobacter zu Sorbose und katalytische
Oxidation
COOH
COOH
COOH
HO
N
Salicylsäure
COOH
H2C
HO C COOH
H2C
COOH
C COOH
Brenztraubensäure
Citronensäure
→ Pyruvate
→ Citrate
O
Ascorbinsäure: Lacton („innerer Ester“) der
Ketogulonsäure, die Ketogruppe liegt als Enol vor. Techn.
Benzoesäure
O
∆
Äpfelsäure
HO
- H2O
COOH
HO C H
H C OH
COOH
Nicotinsäure
2-Hydroxybenzoesäure
Pyridin-3-carbonsäure
COOH
HOOC
COOH
COOH
Fumarsäure
Maleinsäure
Smp: 287°
pKs1: 3,0 pKs2 : 4,5
Smp: 130°
pKs1 1,9 pKs2: 6,5
COOH
HOOC
COOH
COOH
Phthalsäure
Terephthalsäure
Smp: 231°
pKs1: 2,96 pKs2 : 5,4
Smp: 300°
pKs1: 3,54 pKs2: 4,46
Synthese von Carbonsäuren
Oxidation primärer Alkohole
R CH2OH
Oxidation von Alkylbenzolen
CH3
KMnO4
R COOH
KMnO4
COOH
Additionen von Grignard-Verbindungen an CO2
R MgX
+ CO2
R C
O
+
H
R COOH
OMgX
Hydrolyse von Carbonsäurederivaten
+
R CN + 2 H2O
H2C O CO C17H35
HC O CO C17H35
H2C O CO C17H35
-
H oder OH
+
R COOH + NH3
-
H oder OH
H2C OH
HC OH
H2C OH
+3
COOH
Alkylierung, Hydrolyse und Decarboxylierung von Malonestern
Carbonsäurederivate wie Nitrile, Ester oder Amide können zu Carbonsäuren und Ammoniak,
Alkoholen und Aminen hydrolysiert werden, die oft sehr langsamen Reaktionen können durch
Säuren oder Basen stark beschleunigt werden. Die alkalische Spaltung von Fetten in Glycerin
und Natrium- und Kaliumsalze der Fettsäuren gehört zu den am längsten bekannten
Reaktionen der organischen Chemie - Verseifung
Derivate von Carbonsäuren
O
R C
O
R C
O R´
Ester
N R´
R´´
Amide
O
O
R C
R C
Cl
Säurechlorid
O
O
C R
R C N
Anhydrid
In Amiden:
R´, R´´= H,
Alkyl, Aryl
Nitril
O
R
C
O
O
Lacton
„innerer Ester“
O
H2C O C C11 - C19
O
HC O C C11 - C19
O
H2C O C C11 - C19
Fette: Triester des Glycerins mit
gesättigten und ungesättigten
Fettsäuren, meist verschiedene
Fettsäuren nebeneinander, typisch
C16 und C18, in „Butter“ auch
kürzere
O
C18 - C30 C
Wachse
O C18 - C30
R
C
O
N R´
Lactam
„inneres Amid“
O
H2C O C C11 - C19
O
HC O C C11 - C19
O
CH3
H2C O P O CH2 CH2 N CH3
O
CH3
HO CH2 CH2
CH3
N CH3
CH3
OH
R
O
Inneres Anhydrid
O
Lecithin: zweifach mit Fettsäure
verestertes Glycerin, die dritte OHGruppe liegt als Phosphat vor, an
der Phosphorsäure-gruppe ist
weiterhin Cholin gebunden und
die letzte OH-Gruppe liegt als
Anion vor - ein Betain (Zwitterion).
Solche Phospholipide dienen dem
Aufbau und der Funktion
biologischer Membranen
Cholin (2-Hydroxytrimethylammonium-hydroxid)
O
CH3
H3C C O CH2 CH2 N CH3
CH3
OH
Acetylcholin ein Neurotransmitter
Reaktionen von Carbonsäuren
R C N
P2O5 (R´, R´´ = H)
O
O
R C
∆
R C
O
H2NR´R´´
O
HNR´R´´
R C
- RCOOH
N R´
R´´
O
O
C R
HNR´R´´
∆
HNR´R´´
RCOONa
O
R C
O
NaOH
Na
+
O
R C
PCl3, SOCl2, PCl5
OH
H2O
O
R C
Cl
+
- CO2
R´OH / H
R´OH
R H
O
R C
R´OH - RCOOH
O R´
Umwandlung von Carbonsäuren in Salze, durch saure Katalyse in Ester, Decarboxylierung zu
Kohlenwasserstoffen (z.B Malonsäuren, sonst oft drastische Bedingungen), Dehydratisierung
von Ammoniumsalzen zu Amiden, diese können zu Nitrilen dehydratisiert werden. Überführung
von Carbonsäuren in reaktivere Formen: Bildung des Säurechlorides (und dessen Reaktion zu
HCl und Säure, Amid Ester), Reaktion des Säurechlorides mit carbonsauren Salzen zu
Säureanhydrid) dessen Alkoholyse oder Aminolyse zu Ester und Amid und jeweils ein Molekül
Carbonsäure). Anhydride werden von einigen Carbonsäuren (Maleinsäure, Phthalsäure) beim
Erhitzen gebildet.
Kohlensäure und ihre Derivate
HO C OH
O
H2O
H2O + CO2
RO C OR
O
Phosgen - Zentraler Baustein Industrieller Organischer Chemie
Licht oder
Aktivkohle
CO + Cl2
+
Cl
O
C
Giftgas im 1. Weltkrieg
Cl
-
H oder OH
RNH2 + CO2
( + ROH)
HO
C O
R N
H
Carbaminsäuren
(unbeständig)
H2O
H
Urethane
R N
(CarbaminsäureC O
R
O
ester) ...carbamate“
ROH
R N C O
Isocyanat
- HCl
RNH2
Chlorameisensäure- Cl
C O
ester
R O
...Chloroformiate“
ROH
Kohlensärediester R O
C O
„..Carbonate“
R O
ROH
Cl
C O
RNH2
Cl
NH3
H2N
C O
H2N
Cl
C O
R N
H
RNH2
Harnstoff
(Urea)
H
R N
C O
R N
H
RNH2
Stickstoffverbindungen - Amine
H N H
H
R N H
H
R N R
R
R N H
R
Ammoniak primäres Amin sekundäres Amin
tertiäres Amin
NH2
N
N
Anilin
Butylamin Triethylamin
HO
OH 2[2-(Hydroxyethyl)amino]ethanol
N
„Diethanolamin“
N
Pyridin
Chinolin
N
N H H N
NH2
1,2-Diaminoethan - Ethylendiamin
H
N
N
NH2
COOH
H2N
N
NH2
N
H
Pyrrol
Imidazol
Porphin (Porphyrine)
COOH
NH2
Cadaverin
H2N
N
COOH
Lysin
Tyrosin
HO
NH2
H2N
Histamin
N
H
1,6-Diaminohexan - Hexamethylendiamin
"Fäulnis"
H
N
Benzidin
N
NH2
H2N
Histidin
NH2
N
H
Cyclohexylamin Morpholin Pyrrolidin
H2N
H2N
CH3
N,N-Dimethylanilin
N
O
N
H
CH3
N
H
NH2
-
X
quartäres Ammoniumsalz
Einige wichtige Amine:
NH2
R
R N R
R
N
CH3
OH
HO
Nicotin
HO
Chinin und
andere Alkaloide
H N
CH3
Adrenalin
H N
CH3
Methamphetamin
„Pervitin“
Stickstoffverbindungen - Synthese von Aminen
Alkylierung von Ammoniak und Aminen mit Alkylhalogeniden oder -sulfaten, -sulfonaten
R-X
- HX
NH3
R-X
- HX
RNH2
R-X
- HX
R2NH
R-X
R3N
+
R4N
-
X
Reduktion von Nitroverbindungen
RNO2
H2 / Kat
RNH2
RNO2
Reduktion von Nitrilen und Amiden
O
R C
R C N
O
LiAlH4
R C
R CH2 NH2
NH2
Abbau von Säureamiden nach Hofmann
O
R C
NH2
+
O
-
+ Br , + OH
- H2O
R C
NH
Br
- H2O
RNH2
LiAlH4
LiAlH4
Reduktion mit Eisen/Salzsäure
insbesondere für Anilinproduktion
R CH2 NH2
R CH2 NH
NH
R
R´
O
-
+ OH
Fe / HCl
R
C
N
Br
- Br
-
R N C O
+ H2O
COOH
R NH
- CO2
RNH2
UMLAGERUNG
Oxidation des Amides zu N-Brom-amid, die Deprotonierung erleichtert eine Abdissoziation des
Bromidions, mit der eine Wanderung des Substituenten R unter Mitnahme seiner Bindungselektronen zum elektronegativen Stickstoff einher geht. Es entsteht ein Isocyanat, das unter
den Reaktionsbedingungen des Hofmann-Abbaus Wasser zur instabilen Carbaminsäure
addiert und schließlich ein Amin freisetzt (dessen Kette ist um 1 C kürzer als die des Amides!)
Stickstoffverbindungen - Reaktionen der Amine
Protonierung: Die Basenstärke der Amine wird durch die Substituenten maßgeblich beeinflußt.
pKb
N
H
CH3
H3C NH
2,73
3,23
H3C NH2
CH3
H3C N CH3
3,36
4,20
NH3
4.75
NH2
N
8,96
9,38
Steigende Basizität (in H2O)
Primäre Amine:
R´ 2C O
R´ 2C N
RNH2
R´COCl
O
R´ C
R
R´SO2Cl
NH
R
Sekundäre Amine:
Alkylierungen und Acylierungen wie
primäre Amine.
R2N N
HNO2
HNO2
O
R´ S N R
O H
R N N
R = aliphat
R = aryl
"stabil"
N
H 13,6
R OH + N2
Primäre Amne reagieren mit Acylierungsmitteln wie Carbonsäurechloriden (langsamer mit -Anhydriden, Estern) unter
Bildung substituierter Amide, mit Sulfonsäure-chloriden zu
Sulfonamiden, mit Salpetriger Säure zu Diazoniumsalzen, die
„stabil“ sind, wenn ein Aromat direkt an die Diazoniumgruppe
gebunden ist, aber sonst sehr schnell unter Stickstoffabspaltung zu Alkoholen umgewandelt werden. Bildung Schiffscher
Basen („Imine“) mit Ketonen und Aldehyden
R2NH
R
N R
O
R´
R´
O
R´
R´
Bildung von NITROSAMINEN mit
Salpetriger Säure, mit Ketonen
Enamine
Tertiäre Amine:
Protonierung und Alkylierung zu
Ammoniumsalzen
Weitere Stickstoffverbindungen
Quartäre Ammoniumsalze: Durch Alkylierung von Aminen
H3C
Verwendung: Desinfektion, Phasentransferkatalysatoren
Reaktionen: Hofmann-Eliminierung
H
H
R´
N
C8 - C18
CH3
-
Cl
Benzalkoniumchlorid
R
R N R
H
-
OH , ∆
H R´
- H2O
R´
R´
H
R
R N R
+
Guanidine:
H2N
NH
C
H2N
NH2
H
N
C
NH
NH2
Azide
O
COOH
pKb = 1,5 sehr stark basisch, Arginin
N N N
Phenylazid
O
N N N
BOC-Azid : t-Butoxycarbonylazid
Hydrazine
NH
NH2
Phenylhydrazin
Carbodiimide
N C N
→ Zuckerchemie
Azoverbindungen
N
N
NC
N
N
CN
Dicyclohexylcarbodiimid -
Azobenzol
Kupplungsreagenz in der Peptidchemie
AIBN → Initiator für
→ Azofarbstoffe
Radikalreaktionen
Stickstoffverbindungen - Aminosäuren
R
NH2
R
NH2
COOH
NH2
COOH
α-Aminosäuren
Bsp: Glycin, R = H
R
COOH
COOH
H2N
SO3H
N
Andere Säuren mit Aminogruppen
- Bsp: Nicotinsäure, Taurin
β-Aminosäuren
γ -Aminosäuren
Bsp: βγ-Alanin R = H Bsp: GABA R = H
Proteine sind „Biopolymere“, die eine Vielzahl verschiedenster und zentraler Funktionen in der
belebten Natur haben. Sie bestehen aus über Amidbindungen verknüpften -Aminosäuren,
hauptsächlich:
„neutrale Aminosäuren“: je eine Amino- und Carboxylgruppe, isoelektrischer Punkt: pH 6,0
COOH
COOH
NH2
NH2
Glycin (Gly; G)
COOH
COOH
NH2
NH2
Alanin (Ala; A)
Valin (Val; V)
COOH
NH2
Serin (Ser; S)
isoel. P.: 5,7
HO
COOH
5,6
Isoleucin (Ile; I)
Schwefelhaltige Aminosäuren“:
S
COOH
HS
Cystein (Cys; C)
(5.0)
HOOC
S
NH2
S
COOH
NH2
NH2
NH2
Threonin (Thr, T)
NH2
Leucin (Leu; L)
„Hydroxyaminosäuren“: zusätzliche OH-Gruppe
HO
COOH
COOH
NH2
Methionin (Met, M)
(5.7)
Cystin - Oxidationsprodukt
von Cys
Stickstoffverbindungen - Aminosäuren
Aromatische Aminosäuren
N
H
COOH
NH2
Prolin (Pro; P)
NH2
HO
Phenylalanin (Phe, F)
cyclisch, sekundäres
Amin! (6.3)
COOH
COOH
COOH
N
H
Tyrosin (Tyr, Y)
(5.5)
Tryptophan (Trp; W)
(5.7)
(5.9)
Aminosäuren mit zwei Carboxygruppen
HOOC
HOOC
COOH
H2N
COOH
NH2
NH2
(3.0)
COOH
C
O
(3.2)
Asparaginsäure (Asp; D)
H2N
O
C
COOH
NH2
NH2
(5.4)
(Glutaminsäure (Glu, E)
NH2
(5.7)
Asparagin (Asn; N)
Glutamin (Gln; Q)
Aminosäuren mit zwei basischen Gruppen
H2N
Lysin
NH2
H2N
(Lys, K)
COOH
(9,7)
NH2
H
N
COOH
C
NH
Arginin
(Arg, R)
R
COO
NH2
löslich als Anion
+
+H
+
-H
R
COO
NH3
am isoelektrischen Punkt
schwerlöslich : Zwitterion
NH2
N
(10,8)
Säure-Base-Verhalten von Aminosäuren:
Histidin
H
N
+
+H
+
-H
COOH
R
(His, H)
(7,6)
COOH
NH3
löslich als Kation
Aminosäuren
Konfiguration: Fischer-Projektion und CIP
(2)
R
COOH
NH2
(3)
COOH
COOH
H2N
H
R
R
C H
NH2
(3)
COOH
COOH
H2N
H
CH2SH
HSCH2
(2)
(1)
C H
NH2
Die natürlichen, Peptide aufbauenden Aminosäuren haben die L-Konfiguration. Die LKonfiguration in der Fischer-Nomenklatur entspricht eines S-Konfiguration nach Cahn, Ingold,
Prelog.
(Ausnahme: L-Cystein = (R)-Cystein, da Priorität S > O)
Synthese von Aminosäuren
Reaktion von α-Halogencarbonsäuren
mit Ammoniak
Strecker-Synthese
O
R C
H
NH3
R
COOH
Br
NH
R C
H
HCN
R
NH3
- HBr
CN
R C NH2
H
COOH
NH2
+
H2O / H
COOH
R C NH2
H
Bildung der Schiffschen Base (Imin) aus Aldehyd und Ammoniak, Addition von Blausäure
(vgl. Cyanhydrin-Bildung), Hydrolyse des α-Aminonitrils zur racemischen Aminosäure
(1)
Reaktionen der α-Aminosäuren
Analytische Reaktionen: Quantitative Bestimmung (N2-volumetrisch) nach vanSlyke, Sangers Reagenz
Dinitro-fluorbenzol (Bestimmung der N-terminalen Aminosäure in Peptiden) Ninhydrin für Chromatographieblauviolette Färbungen
Schutz der
Aminogruppe
R
COOH
O
F
O
O
C
R
Cl
NH2
NO2
SOCl2
R
F
COOH
F
NH2
F
F
O
O
O
CF3 R
O
F
Cl
O
C
NH2
F
HO
NO2
+
H
O
Fluorenylmethyl...
O
O
NO2
NH
FmocSchutzgruppe
O
O
O
PhCH2OCOCl
Chlorameisensäureester geben Z-Schutzgruppe
mit Aminosäuren
O
R
COOH
O
Carbamate,
NH
N3
die
O
O
unterschiedlich leicht
BOC-Schutzgruppe
wieder
abspaltbar
R
COOH
sind.
O
O
N
NO2
HNO2
-H2O
NH
O
COOH
NH
O2N
OH
R
R
COOH
R
O
C
NH2
DCC
R
O
O
C
NO2
O
NH2
Schutz (Blockierung) der Carboxylgruppe als t-Butylester
F
F
O
F
F
Die
Carbonsäuregruppe von
Aminosäuren
kann durch
Umwandlung
in das Chlorid
aktiviert werden. Für
Peptid-kupplungen
günstiger, ist
die Umwandlung in
„Aktivester“,
die viel leichter
als Carbonsäuren mit
Aminogruppen reagieren
Peptidsynthesen
Allgemeine Strategie: Eine Aminosäure wird an der Aminogruppe mit einer Schutzgruppe versehen, dann
„aktiviert“ (als Nitro- oder Pentafluorphenylester oder „in situ“ mit Dicyclohexylcarbodiimid DCC) und mit
einer als Ester geschützten Aminosäure umgesetzt. Von dem Dipeptid kann z.B. eine Z-Schutzgruppe
vom N abgespalten werden und das C-geschützte Dipeptid wiederum mit einem Aktivester zum
(geschützten) Tripeptid umgesetzt werden..
Allgem. Schema:
R1
COOH
NH2
R1
Z
COOH
R1
R2
C
H2N
O
C
NH
O
R2
C
H2N
NH
O
R2
O
C
C
NH
O
H2 / Pd
Z
COOH
NH
Z
DCC
O
C
R3
Z
R1
NH
O
R2
C
NH
O
C
O
NH
Abspaltbarkeit von Schutzgruppen:
C OH
N
H R O
PG
O
NH
DCC
HF
R1
R1
O
NH2
NH
R3
O
O
C
R2
O
C
PG =
OH
O
F3C C
CH2
O C
H3C
O
H3C C O C
H3C
CH2 O
PG = Protecting group
Starke
Säure
Schwache AlkaliSäure
hydroxid
H2 /Kat
Na /
NH3
-
-
+
-
+
+
-
-
+
+
+
+
-
-
-
-
-
+
+
+
O
C
O
Synthese von Peptiden an der festen Phase
Festphasensynthese nach Merrifield
Problem der Synthese in Lösung: jeder Reaktionsschritt erfordert Reinigungsschritte Zeitaufwand und Substanzverlust!
Merrifield: Die wachsende Peptidkette wird an Polymerkügelchen gebunden - damit können
Reagenzien und Nebenprodukte durch einfaches Waschen entfernt werden.
Ausgangsmaterial: schwach vernetztes Polystyrol mit Chlormethylgruppen an ca 5% der
Benzolringe
+
1
CH2 Cl
R
COO Cs
BOC NH
O
R1
C O CH2
BOC NH
F3CCOOH
NEt3
- CO2, - C4H8
- TFA*NEt3
R1
O
C O CH2
NH2
+ DCC
-Dicyclohexylharnstoff
Ri
O
BOC
NH
NH
NH
Ri
O
HBr
O
O
R2
C
BOC NH
R1
O
C O CH2
NH
F3CCOOH
O
C OH
NH
NH
Ri
+
R1
Ri
O
H2N
n
n-fache Wdh
der Schritte 3-5
O
C O CH2
n
R1
Br CH2
Solche Peptidsynthesen sind weitgehend
automatisiert „Peptidsynthesiser“, pro
Aminosäure ca. 20 min!
Nebenbedingungen der Peptidsynthesen
Erhaltung der Konfiguration der chiralen Zentren! (meist L) - Reaktionsbedingungen, unter
denen Racemisierung eintritt scheiden aus
Aminosäuren enthalten oft funktionelle Gruppen - die ebenfalls Reaktionen eingehen könnten
und somit geschützt (= blockiert) werden müssen. Diese Schutzgruppen müssen a) stabil
sein gegenüber den Reaktionsbedingungen der Peptidsynthese (ins. BOC-Abspaltung) und
sich hinterher leicht (und möglichst gleichzeitig) entfernen lassen.
Typische Schutzgruppen für Seitenketten:
O
BOC NH
O
O
OH
BOC NH
OH
BOC NH
O
OH
BOC NH
OH
N
O
N
O
NH
O
HN
C
NO2
HN
N
H
Anstelle eines linearen Aufbaus von Peptidketten können aus Peptid-Fragmente aus
mehreren Aminosäuren (mit entsprechender Schutzgruppen) miteinander kondensiert
werden.
Diazo- und Azoverbindungen
Diazomethan durch alkalische Spaltung von N-Nitroso-N-Methyl-amiden
O
„Nitrosomethylharnstoff“
N
N
O
CH3
H2N
-
OH
oder
SO2
Diazomethan: nur zwitterionische
Grenzformeln
H2C N N
H2C N N
hoch giftig und explosiv!
N
N
O
CH3
Reaktionen des Diazomethans
-
RCOO
+
H2C N N
H2C N N
H
-N2
+
H3C + N2
RCOOCH3
-
RO
ROCH3
Protonierung führt zum Methylkation dies reagiert mit Carboxylaten oder
Alkoholen zu Estern oder Ethern Methylierungsmittel!
Durch thermische Energie, Katalyse oder
Photolyse wird Carben gebildet, das z.B.
mit Olefinen Cyclopropane bildet.
H2C:
Diazoessigester
H2N CH2 COOEt
HNO2
N N CH- COOEt
N N CH- COOEt
ROH
- N2
- N2
RO CH2 COOEt
COOEt
:CH-
COOEt
C6H6
Norcaradiencarbonsäureester
Aromatische Diazoniumsalze
Synthese: Durch Diazotierung von Anilinen
NH2
HNO2
HCl
-
N N Cl
Stabilität: weit höher als bei aliphatische Diazoniumverbindungen, mit Gegenionen wie BF4- lagerfähig
N
OH
N
N
Reaktionen
NR2
N
CN
OH
CuCN
NR2
Cl
CuCl
-
F
N N
+
N N X
-
BF4
R2NH, -H
+
N
R
R
- R2NH, +H
Na2SO3
-
J
H2O
H3PO2
(NaBH4)
NH NH2
J
OH
H
Reaktionen unter Stickstoffabspaltung: „Sandmeyer-Reaktionen“ (Cu-(I)-Katalyse) Austausch von Diazonium
durch Cyanid, Chlor, Brom; F durch „Schiemann-Reaktion“ (Erhitzen der Tetrafluoroborate), J durch Kochen
mit KJ-Lösung, Phenole durch „Phenolverkochung“, Reduktion zum Aren durch hypophosphorige Säure. Unter
Erhalt des Stickstoffes: Reduktion zum Hydrazin durch Sulfit, Kupplung mit aliphatischen Aminen zu den
(säurespaltbaren!) Triazenen, Kupplung mit Anilinen und Phenolen zu Azoverbindungen (Farbstoffe!)
Azoverbindungen
N
+
+
N
+ N2
2
CN
NC
NC
Aromatische: stark gefärbt, stabil,
(trans-cis-Isomerie möglich)
Azofarbstoffe
∆
N
Aliphatische: z.B. Azobisisobutyronitril:
Initiator für Radikalkettenreaktionen
N
N
hν
N
N
N
SO3H
N2
N
SO3H
N
Methylorange - pH-Indikator
Textil- und Papierfarbstoffe:
OH
OH
+
+
N
N2
SO3H
SO3H
HO3S
N
N
N
SO3H
SO3H
N
N
+ 2
OC2H5
N
H5C2O
N
N
N
HO3S
„Chrysophenin“
OC2H5
R Cl
AgNO2
R N
oder NaNO2
Nitroverbindungen
O
+
R O N
O
O
+ NO2
Aliphatische Nitroverbindungen durch Alkylierung von
Nitriten - als Nebenprodukte treten Salpetrigsäureester
(= Alkylnitrite) auf.
CH-Acidität von Nitroalkanen:
Nitromethan: R NO2 Base
N
pKs = 10.2
Aromatische Nitroverbindungen:
Typisch durch Nitrieren von
Aromaten
O
R
O
H
O
Technische Synthese von Nitroalkanen:
Gasphasenitrierung, z.B Nitrocyclohexan
O
R
O
N
N
HNO3
H2SO4
60°C
OH
+
+H
R
O
N
R
O
O2N
HNO3 (rauchend)
H2SO4 90°C
NO2
NO2
NO2
Reduktion zu Anilin
OH
Nitrite: Salpetrigsäureester
ONO
HNO2
H2O
NO
C5H11OH + HNO2
Alkylnitrite werden sehr schnell gebildet - und hydrolysieren schnell. Isoamylnitrit dient u.a. zur Behandlung
bei Blausäurevergiftung (Oxidation Hämoglobin zu Methämoglobin, dieses bindet CN- weit stärker als
Eisen-III-cytochromoxidase). NO wirkt als Neurotransmitter - Relaxation der glatten Muskulatur
Umgangssprachliche „Nitroverbindungen“ - meist Salpetersäureester!
OH
OH
OH
HNO3
(H2SO4)
ONO2
ONO2
ONO2
Notfallmittel bei Herzinfarkt
H
O
O
NO2
CH2O
H O
NO2 H
O
H
NO2
O2N
O2NO
O
ONO2
ONO2 ONO2
n
NO2
Aber:
NO2
TNT
Metallorganische Verbindungen - Grignard-Verbindungen
R X + Mg
Synthese:
Reaktionen:
Ether
R Mg X
Mg-(0) zu Mg-(II)
In Grignard-Reagenzien reagiert der Alkyl- oder Aryl-Teil als Nucleophil, das Mg als Lewis-Säure.
Reaktionen mit Carbonylverbindungen
führen (nach Hydrolyse) bei Aldehyden zu
R1
sek. Alkoholen (Ausnahme: Formaldehyd),
R1 C OH
+
H aus
R
R H bei Ketonen zu tert. Alkoholen, bei
Wasser
H
O
R1
H2O
2
Carbonsäureestern und -chloriden über
Alkohol
R C OH
die meist nicht faßbaren Ketone zu tert.
Amin
R1
R1
R
Alkoholen, mit Nitrilen (über die MgC O
C O Amid
R OH Verbindungen der Imide) zu Ketonen,
R1
H2O
H
O2
diese können auch hergestellt werden,
RMgX
O
wenn das Grignard-Reagenz mit
1
CuCl
C
OR´
R
2
O
Cadmiumsalzen „ummetalliert“ wird und
R Mg X
R1 C
R R
die Cd-organische Verbindung mit SäureR
chloriden umgesetzt wird. CO2 führt zu
R´ x Met Xy
R1CN
CO2
Carbonsäuren, Protonen zum
Kohlenwasserstoff und an zahlreichen
CdCl2
H2O
+
R´ x Met Ry Metall- und Nichtmetallhalogeniden wird
H
R1
das Anion gegen Alkyl oder Aryl
(Met = Si, Pb, Sn,
O
R1COCl
R C
R C
ausgetauscht. O2 führt über Peroxide zu
R2Cd
Sb, P, ..)
O
OH
Alkoholen, Oxidationsmittel wie CuCl2
bewirken Kupplung zum „Dimer“
H
1
R C OH
R
Metallorganische Verbindungen - Lithiumorganyle
Darstellung:
R Li + LiX
R X + 2 Li
Reaktionen:
R C
O
OH
R H
+
H
+
H
CO2
R1
R1
R1 C OH
R
H2O
R1
C O
B(OCH3) 3
O2
2 ROH
R Li
-
Aryl Br
R Li
+
R O O Li
Aryl Li
+ R-Br
(R = Alkyl)
+
H
R B
OH
OH
Eine Besonderheit ist
der Halogen-LithiumAustausch zwischen
Arylhalogeniden und
Alkyllitiumverbindungen.
Die Reaktionen von Organolithiumverbindungen sind weitgehend denen der Grignard-Verbindungen ähnlich
Metallorganische Verbindungen - Verbindungen mit anderen Metallen
As
As 2O3 + 4 H3CCOOK
Kakodyloxid
O As
PtCl4 + HCl + H3CCH2OH +
2
Na/Pb +
H
AlH3
8
NaOEt
H - EtOH
Ethen
+
Zn
4 NaI +
Pb
ZnI2
+ 2 Zn
I
Na[PtCl3(C2H4)]
NaCl
I
Na
+
Zeise-Salz
FeCl2
- 2 NaCl
Al
Fe
Ferrocen
Triethylaluminium
Verbindungen von Übergangsmetallen, insbesondere des Kupfers, Palladiums, Nickels,
Cobalts sowie des Titans und Aluminiums treten in vielen, auch großtechnisch angewendeten
Verfahren als Zwischenprodukte auf und können z.T. isoliert werden. Vitamin B12
(Cobalamin) enthält eine C-Co-Bindung
Siliziumorganische Verbindungen
Klassische Synthese
Cl2
Si
SiCl4
Müller-Rochow-Verfahren
Si
H3CCl
RMgCl
Rx SiCl4-x
oder RLi
(H3C) x SiCl4-x
Cu,Fe
EtOH
(Base)
Rx Si(OEt) 4-x
(H3C) 2SiCl2
H3CSiCl3
(H3C) 3SiCl
Wichtige Reaktionen von Silanen
ROH
Si Cl
Si OR
N
H2O
Si OH
2x
NH
Si
O
Si
Bildung und Hydrolyse von
Silylethern - TMS-Schutzgruppe
ROH
Typische Schutzgruppen, die sich durch höhere
Hydrolysebeständigkeit und spezifische
Abspaltungsbedingungen unterscheiden
H3C
Cl
Si
CH3
Cl
H2O
HO
Si
OH
Si Cl
Si Cl
O
Si Si
OH OH
Si
O Si
O
O Si
Si
O
O
Si
Si Cl
auch Tetra-, pentamere
Säure, Base oder Sn2+
Hydrolyse und Polykondensation von Dihalogenoder Dialkoxysilanen: Silandiole / Cyclosiloxane /
Siloxan-Polymere
Weiches, flexibles, äußerst hydrophobes Öl oder Wachs sehr guter elektr. Isolator - „Silicone“
Si Cl
O
Si
Si
Phosphororganische Verbindungen
Ester der Phosphorsäure und ihrer Anhydride
O
H5C2
P
CH
O
O
O 2 5
O
HO P O
OH
C2H5
N
O
N
N
N
O
O
O
O P O P O P O
O
O
O
N
O
N
N
OH OH
Adenosinmonophosphat Adenosintriphosphat ATP
(protonierte Form)
(physiologischer pH)
S
H5C2
P
O
O
O
H5C2 O P H
O
Parathion
H5C2 O P
O C2H5
Triethylphosphit
N
O
O
P
O
O
O
N
N
OH
Cylisches Adenosinmonophosphat cAMP
(physiologischer pH)
O
NO2
O C2H5
N
-
OH OH
Triethylphosphat
C2H5
NH2
N
NH2
NH2
H5C2 O P
O
OH
C2H5
Phosphorigsäurediethylester
C2H5
O
R CH2 X
R CH2 P O C2H5
- H5C2X
O C2H5
Alkylphosphonsäurediethylester
O
H3C P F
O
Methylphosphon
-säureisoproyplesterfluorid
Phosphine, Phosphoniumsalze
-
X
3
MgCl
PCl3
P
Triphenylphosphin
R CH2 X
P CH2 R
Wittig-Olefinierung
Alkyl-triphenylphosphoniumsalz
Organische Schwefelverbindungen
Mercaptane - Thiole
R X
Thioether
R SH
+ NaSH
H2O
R Li + 1/8 S8
R SH
Alkylierung von
Hydrogen-sulfid oder
Oxidation
metallorganischer
Verbindungen mit
Schwefel
R´ X
Base
R SH
O2
R SH
R S
R S S R
+
R SH
R SH
Hg2
R´
Alkylierung
von Thiolen
Disulfide
durch
Oxidation
RS Hg SR
Au, Pd, Pt
SR SR SR
R S
Bildung von Schwermetallsalzen, Reaktion mit Edelmetalloberflächen: Vergiftung von Katalysatoren, SAM
Natürliches Thiole, Thioether und Disulfide:
Cystein, Cystin, Methionin....
SH
SH
H2O2
R´
O
R S
R´
S
S
Diallyldisulfid (Allium)
O
R S
O
R´
Oxidation von Thioethern zu Sulfoxiden,
dann zu Sulfonen
O
S
NH2
Alliinase
COOH
Alliin
Techn. Verwendung der Merkaptane: Regler in
Polymerisationen, Kakosmophore
H2O2
O
S
S
Allicin
Toxisch für gram+/- Bakterien
O
S
NH2
COOH
Alliinase
C
H
(lachrimatory !)
S
O
Organische Schwefelverbindungen
Sulfonsäuren sehr starke Säuren, Bsp Toluolsulfonsäure durch Sulfonierung oder Chlorsulfonierung
von Aromaten und Hydrolyse.
H2SO4
O
S OH
O
PCl5
H2O
SH
R2NH
O
S NR2
O
Sulfonamide!
O
RSH
S O
NaOH
R
O
RSR +
P (I2)
ClSO3H
SO2Cl
ROH
Pyridin
O
+
NH3
KMnO4
SO2Cl
Sulfonsäurechloride als Ausgangsmaterial für
Thiophenole (Reduktion mit P), für Sulfonsäureester
(Alkylierungsmittel!) und Sulfonamide
NH
O
S
O
S O
O Na+
O
Saccharin
Hauptverwendung für oToluolsulfonsäurechlorid
Sulfonsäureester sind
Alkylierungsmittel - ähnlich
wie Alkylhalogenide
Kohlenhydrate Cn(H2O)n
Monosaccharide
H O
Dihydroxyaceton
Aldotetrosen
C
H O D-Glycerinaldehyd - H2C OH
Ketotriose
C
eine Aldotriose
H C OH 2 Asymmeriezentren
C O
0
Asymmeriezentren
H C OH 1 Asymmeriezentrum
H C OH 22 = 4 Stereoisiomere
H2C OH 0
2 = 1 Stereoisiomer
CH2OH21 Stereoisiomere
H2COH
hier: D-(-)-Erythrose - enantiomer zu L-(+)Erythrose, diastereomer zu D- und L-Threose
Aldopentosen:
O
D-Ribose
H O
C
C
H C OH
CH2
2-Desoxy- H C OH
H C OH
H C OH
D-ribose H C OH
CH2OH
CH2OH
H
3 Asymmeriezentren:
23 = 8 Stereoisiomere
O
C
H C OH
HO C H
H C OH
CH2OH
H
Aldohexosen: 4 Asymmeriezentren: 24 = 16 Stereoisiomere
H
H
HO
H
H
O
C
C OH
C H
C OH
C OH
CH2OH
D-Glucose
H
HO
HO
H
H
O
C
C H
C H
C OH
C OH
CH2OH
D-Mannose
H
H
HO
HO
H
O
C
C OH
C H
C H
C OH
CH2OH
D-Galactose
CH2OH
C O
HO C OH
H C OH
H C OH
CH2OH
D-Fructose
Ketohexose !
D-Xylose: laxativ, in Kleie
und Gummen, aus
Holzverzuckerung und
Cellulosegewinnung
Ring-Ketten-Tautomerie des Zucker
H
H
HO
H
H
OH
OH
H
O
OH
CHO
OH
H
OH
OH
CH2OH
H
HO
H
H
CH2OH
HO
H
HO
H
H
H
OH
H
O
OH
CH2OH
α-D-Glucose
[α]D = +112,2°
β-D-Glucose
D-Glucose
[α]D = +18,7°
„al-Form“
Mutarotation - zeitliche Änderung des Drehwertes (beim Auflösen der Glucose bis
Gleichgewichtseinstellung, zB H2O, 20°C:38% α -D- und 62% β-D-Glucose, [α] D = +52,5°)
CH2OH
H
H
HO
H
H
CHO
OH
H
OH
OH
CH2OH
H
H
H O
OH
CH2
OH
OH
H
H
OH
O
H
HO
H
CHO
H
OH
OH
H
H
OH
HO
H
Umwandlung Fischer- in Haworth-Formel
H CH2OH
H O
HO
HO
H
OH
H
OH
OH
CH2OH
H
CH2OH H
OH
O
H
OH
H
H
H
OH
OH
O OH
H
H
OH
CH2OH OH
OH
O
H
H
H
H
H
OH
OH
H CH2OH
H O
HO
HO
H
OH
OH
H
Konformationsformeln und Ringinversion der
Pyranosen - i.a. sind die Konformationen mit den
meisten äquatorialen Substituenten begünstigt
Glucose: Ring-Ketten-Tautomerie, α- und β -Anomere
H
H
HO
H
H
OH
OH
H
O
OH
CHO
OH
H
OH
OH
CH2OH
H
HO
H
H
CH2OH
HO
H
HO
H
H
H
OH
H
O
OH
CH2OH
CH2OH
H
H
HO
H
H
CHO
OH
H
OH
OH
CH2OH
H
H
H O
OH
CH2
OH
OH
H
H
OH
O
H
HO
H
CHO
H
OH
OH
CH2OH
H
OH
H
H
OH
HO
H
O OH
H
H
OH
CH2OH
H
H
OH
O
H
HO
H
OH
OH
H
CH2OH
H
H
OH
O OH
H
HO
H
OH
H
CH2OH H
OH
O
H
OH
H
H
H
OH
OH
C-5
OH
HO
HO
H
CH2OH OH
OH
O
H
H
H
H
H
OH
OH
H
C-2
H CH2OH
H O
In nicht polaren Lösemitteln wird die α-Form bevorzugt
OH
H CH2OH
H O
HO
HO
H
OH
OH
C-2
α
OH
H
C-5
H
β
OH
H
Reaktionen der Kohlenhydrate
O
OH
C
(H C OH) n
Oxidation zu „..onsäuren“:
Gluconsäure aus Glucose
Reduktion zu Zuckeralkoholen:
Glucose zu Sorbit, Xylose zu
Xylit
CH2OH
(H C OH) n
H
HO
H
H
HCl
H
H
OH
HO
H
CH2OH
- C6H5NH2
-NH3 - H2O
H
CH2OH
H
N NHC6H5
O
OH
H
C
(H C OH) n
CH2OH
+ C6H5NHNH2
O
OH
CH3OH
NHNH2
H
C
HNO3
H
CH2OH
H3COH
O
C
(H C OH) n
O
HCl
Reaktion mit
Phenylhydrazin
zu Phenylhydrazonen, H C N NHC6H5
dann zu
C N NHC6H5
Osazonen (H C OH)n-1
(analytisch!) CH2OH
CHO
OH
H
OH
OH
CH2OH
Br 2 / H2O
Na/Hg
Oxidation zu
Zuckersäuren, z.B.
„Zuckersäure“
aus Glucose,
Schleimsäure aus
Galactose
OH
C
(H C OH) n
CH2OH
oder NaBH4
CH2OH
O
H
OCH3
n-1
Mit Alkoholen
zu Glycosiden
CH2OH
H
H
+
OCH3
OH
Bei 35°C: 66% Methyl-α-D-glucopyranosid
H
OH
HO
H
O OCH
3
H
H
OH
C12H22O11
+
H2O / H
C6H12O6 + C6H12O6
Hydrolyse der Saccharose ([α]D = +66,5°) zu
Glucose ([α]D = +52,5°) und Fructose ([α]D =
-92°) - „Invertzucker“ ([α]D = -20°)
Di- und Polysaccharide
H CH2OH
CH2OH
H O H
HO
O
H
HO
OH
H
O OH
OH H
H
OH
CH2OH
H O
H
HO
CH2OH
Saccharose: „glycosidisch“ verknüpfte α- DGlucopyranose and β -D-Fructofuranose
Maltose:
4-O-(α-D-glucopyranosyl)- α
glucopyranose
H
OH
H
O
HO
H
HOCH2
H
H CH2OH
H O H
HO
HO
OH
-DH
O
HO
ca 20 %: Amylose bildet
Helices mit 6 Glucoseeinheiten pro Windung
MG: 1.7-22*104
Iod-Stärke-Reaktion
O
H CH2OH
H O
OH
MG 2-10*105
CH2OH
CH2OH
HO
O
Cyclodextrine: geschlossene Ringe aus 6 - 8 Einheiten
OH
ca 80% Amylopektin, hoch verzweigt
O
OH O
OH
O
H
HO
O
HO
OH
O
O
OH
H O
H CH2OH
H
CH2OH
OH O
HO
H
Lactose:
4-O-(β D-Galactopyranosyl)- β-D-glucopyranose
Stärke: Amylose und Amylopektin
O
OH
H CH2OH
H
HO
CH2OH
O
HO
O
OH O
O
H
OH O
CH2
O
H
HO
OH O
Amylose
Di-and Polysaccharide
H CH2OH
H O H
HO
HO
OH
H
O
H
HO
HO
H CH2OH
H O
H
CH2OH
H O
OH
H
O
HO
OH
H
OH
H O
H CH2OH
H
H
HO
OH
Cellobiose:
H
OH
Maltose:
4-O-(α-D-Glucopyranosyl)- α-D-glucopyranose 4-O-(β-D-Glucopyranosyl)- β -D-glucopyranose
H
O
HO
H
H
O
HO
H
CH2OH
H O
OH
O
HO
H
NH
H
H
Ac
H O
H CH2OH
H
CH2OH
H O
O
OH
HO
H
H
O
H O
H CH2OH
HO
H
Ac
H
NH
H
O
H
CH2OH
H O
OH
O
HO
H
HO
H
NH
Ac
O
H
H
O
H O
H CH2OH
H
CH2OH
H O
OH
HO
Ac
NH
Cellulose:
Molekulargewicht
200.000 - ca 4*106
H
H O
H CH2OH
O
Chitin
Cellulose unter dem Mikroskop
AFM
Strukturen von Proteinen:
Primärstruktur: Aminosäuresequenz
Sekundärstruktur: Räumliche Anordnung der Peptidkette, die Konformationen werden
durch H-Brücken stabilisiert. Strukturelle Gründe: 1. Amidbindung: Resonanz zwischen CO
und N - Planarisierung der Gruppe, eingeschränkte Drehbarkeit (NMR DMF). Durch die
Planarität der CONH-Gruppe liegen auch die jeweils nächsten C-Atome (α-C - αAminosäuren) und N-H (H-Brücke) in dieser Ebene (sp2-Hybridisierung - CN-Bindung nur
1,32 A statt 1,47; Bindungswinkel 120°) Damit resultiert für eine Peptidkette eine an
Struktur, die aus einzelnen Platten ( α- C-N-CO-N- α- C) besteht, die an den α-C“Gelenke“
haben und einen „Schwanz“.
Wasserstoffbrücken: „nur“ ca 5 kcal/mol - Vielzahl stabilisiert Konformation! NH zu CO (vgl:
Prolin - Turn!)
α-Helix: Spiralförmige Anordnung der Peptidkette, 3,6-Aminosäuren pro Windung,
Ganghöhe 5,4A, Wasserstoffbrücken vor AS 1 zu AS 4, 2 zu 5 .. ( parallel zur Achse der
Helix sorgen für Stabilität, Helix ist rechtsgängig, Reste sind nach außen gerichtet,
β-Faltblatt: Nebeneinanderliegende Ketten,wobei die Rictung /C-Terminus nach NTerminus) alterniert, intermolekulare Wasserstoffbrücken, Wiederholungseinheit der
Struktur ca 7 A, Einzenle Ebenen wegen sp3-Zentren gegeneinander gekippt - Faltblatt.
Problem der Struktur: Reste an α-C zeigen zueinander - Faltblattstruktur nur von Proteinen
mit kleinen Resten .
Tertiärstruktur
Skleproproteine: Gerüstproteine, fibrilläre Proteine, gefaltete oder helicale Peptidketten
Kollagen: Knorpel, Sehnen, Bindegewebe, Eiweiß-Substanz der Knochen, Gummibärchen,
Leim (Kolla) MG ca 300.000, helical, ca 60% Glycin, Prolin, Hydroxyprolin, langsam löslich
beim Kochen in Wasser.
Keratin: Haare, Horn, Federn, Mg ca 60.000, helical, nicht verdaubar - (widerstandsfähig gegen
eiweißspaltende Enzyme außer z.B. Larve der Kleidermotte), löslich in reduktiven Medien
(Thioglycolsäure, Gerberei mit Sulfiden), Cystein-Anteil hoch (7-24 %, typisch, bis zu60%) ,
HO
Disulfid-Brücken für Festigkeit
COOH
N
Seidenfibroin - Mg ca 270.000, β-Faltblatt, 26% Alanin, 44% Glycin, 13% Tyrosin
H
Sphäroproteine - globuläre Proteine, kugelige bis ellipsoide Gestalt, besser wasserlöslich,
biologische Funktione wie Enzyme, Hormone Transport-und Speicherproteine.
Vorwiegend helicale Strukturen und höherer Anteil hydrophiler Aminosäuren - Funktionen in
wäßrigem Medium, unpolare, hydrophobe Reste typisch nach innen gerichtet.
Die geraden Helix-Sgemente werden durch „Turns“ (Knicke, „Wendepunkte“ zu einer kugeligen
Gesamtgestalt geformt. Turns resultieren beim Einbau von Prolin in die Kette - das Fehlen der
Amid-H und damit der Wasserstoffbrücke bedingt die Faltung
Albumine: Serumalbumin, Ovalbumin, Lactalbumin (Blut, Eiklar, Milch): sehr gute
Wasserlöslichkeit, meist nur durch Aussalzen isolierbar (Ammonsulfat)
Globuline: Serumglobulin, Fibrinogen; geringe Löslichkeit in Wasser, besser in NaClLösungen, Elektrophoretische Wanderungsgeschwindigkeit:α-, β-, γ-Globuline..
Quartärstruktur: Aggregate von Proteinen, z.B. Hämoglobin aus 4 kugelförmigen Untereinheiten,
die Funktion dieser Proteine wird durch Dissoziation oder Aggregation ermöglicht.
Sequenzierung von Peptiden
Identifizierung und Quantifizierung der Aninosäuren: Hydrolyse in 6M HCl, Chromatographie
mit Pufferlösung über Kationenaustauscher, Anfärbung mit Ninhydrin und Messung
Farbintensität als f(t) - Vergleich der Retentionszeiten
Sanger: Dinitrofluorbenzol für N-terminale Aminosäure
Edman-Abbau: schrittweiser Abbau mit Phenylisothiocyanat
O
N C S
+
H2N
R1
HCl
O
N
H
R2
S
N
O
NH
R1
H
N
N
O
+
H
N
H
N
R2
C
S
H
N
O
R1
O
N
H
N
R2
Milde Hydrolyse spaltet stark bevorzugt an der
Thioharnstoff-Seite, Cyclisierung zum
„Thiohydantoin“, repetitiv wiederholbar, Identifiktion
Thiohydantoin durch Referenz (HPLC..)
Selektive Spaltung von Proteinen: - Zerlegung in Teil-Sequenzierungen
Enzymatisch: Trypsin: Spaltet selektiv am Carboxylende von Arginin und Lysin (basisch)
Chymotrypsin: spaltet selektiv am Carboxylende von Phenylalanin, Tyrosin oder Tryptophan
(aromatisch)
Bromcyan: spaltet selektiv am Carboxylende von Methionin