Jens Christoffers

Jens Christoffers
Grundlagen der Organischen Chemie
21.10.2007
Grundlagen der Organischen Chemie
Vorlesung im WS 2007/2008
1.
Einführung
1
1.1
1.2
Die wunderbare Welt der Organischen Chemie
Kohlenstoff – ein ganz besonderes Element
4
2.
Die kovalente Bindung
5
2.1
Atomorbitale
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
2.2.5
Die Einfachbindung
Das Wasserstoffmolekül
Das Fluormolekül
Das Fluorwasserstoffmolekül
Das Methanmolekül und die sp3-Hybridisierung
Das Ethanmolekül
2.3
2.3.1
2.3.2
2.3.3
2.3.4
2.3.5
Die Mehrfachbindung
Die sp2-Hybridisierung
Das Ethenmolekül
Das Formaldehydmolekül
Die sp-Hybridisierung
Das Ethinmolekül
18
21
23
24
3.
Alkane und Cycloalkane
26
3.1
3.1.1
3.1.2
3.1.3
3.1.4
3.1.5
Nomenklatur und Isomerie
Homologe Reihe
Konstitutionsisomere
Nomenklatur
Cycloalkane
Konformationsisomere
28
29
31
33
3.2
3.2.1
3.2.2
3.2.3
3.2.4
Gewinnung und Darstellung
Erdöl, Erdgas und Kohle
Katalytische Hydrierung
Hydrolyse von Grignard-Verbindungen
Kolbe-Elektrolyse
35
3.3
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.3.4
Reaktionen von Alkanen
Verbrennung
Radikale und ihre Instabilität
Radikalische Halogenierung
Autoxidation zu Hydroperoxiden
40
9
11
12
14
17
37
38
39
41
43
48
1
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Grundlagen der Organischen Chemie
21.10.2007
4.
Alkene
49
4.1
Nomenklatur
4.2
Konfigurationsisomere
51
4.3
4.3.1
4.3.2
4.3.3
4.3.4
3.3.5
3.3.6
3.3.7
3.3.8
3.3.9
3.3.10
3.3.11
3.3.12
Reaktionen von Alkenen
Katalytische Hydrierung
Konformationen des Cyclohexans
Hydrohalogenierung von Alkenen
Die Elektrophile Addition
Halogenierung von Alkenen
Radikalische Hydrohalogenierung
Saure Hydratisierung
Hydroborierung
Dihydroxylierung
Epoxidierung
Polymerisation
Ozonolyse
53
54
57
59
59
61
63
63
66
67
69
71
4.4
4.4.1
4.4.2
4.4.3
4.4.4
4.4.5
4.4.6
4.4.7
4.4.8
Darstellung von Alkenen
Petrochemie
Alkinhydrierung
Dehydratisierung von Alkoholen
Eliminierung erster Ordnung
Dehydrohalogienierung
Eliminierung zweiter Ordnung
Thermische syn-Eliminierungen
Dehalogenierung von 1,2-Dihalogenalkanen
72
72
73
74
75
77
78
80
81
5.
Alkine
82
5.1
Nomenklatur
82
5.2
5.2.1
5.2.2
Darstellung
Acetylen
Zweifache Dehydrohalogenierung
82
82
83
5.3
5.3.1
5.3.2
5.3.3
5.3.4
5.3.5
Reaktionen von Alkinen
syn-Dihydrierung
anti-Dihydrierung
Hydrohalogenierung
Hydratisierung
Acidität und Alkylierung
84
84
84
85
85
86
6.
Aromaten
87
6.1
Aromatizität
87
6.2
Nomenklatur
93
6.3
Darstellung
96
6.4
6.4.1
6.4.2
6.4.3
6.4.4
Elektrophile Substitution am Aromaten
Halogenierung
Mechanismus der elektrophilen Substitution am Aromaten
Nitrierung
Sulfonierung
97
97
100
101
102
2
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6.4.5
6.4.6
6.4.7
6.4.8
Friedel-Crafts-Alkylierung
Friedel-Crafts-Acylierung
Vilsmeier-Haack-Formylierung
Die Regiochemie der Zweitsubstitution
102
104
105
107
6.5
6.5.1
6.5.2
6.5.3
6.5.4
Nucleophile Substitution am Aromaten
Direkte Substitution
Über Arin-Zwischenstufen
Über Diazonium-Ion-Zwischenstufen
Birch-Reduktion
112
112
113
114
116
7.
Halogenverbindungen
117
7.1
Stereochemie
117
7.2
Nomenklatur von Konfigurationsisomeren
121
7.3
7.3.1
7.3.2
7.3.3
Darstellung von Halogenalkanen
Radikalische Substitution
Elektrophile Addition
Darstellung aus Alkoholen
123
123
124
124
7.4
7.4.1
7.4.2
7.4.3
7.4.4
Nucleophile Substitution
Monomolekularer Mechanismus
Bimolekularer Mechanismus
Stereochemie der SN1- und SN2-Reaktion
Beispiele für SN-Reaktionen
124
125
126
127
129
7.5
7.5.1
7.5.2
7.5.3
7.5.4
7.5.5
7.5.6
Relevante Halogenverbindungen
Lösemittel
Monomere
Narkosemittel
Kältemittel
Feuerlöschmittel
Insektizide und Herbizide
131
131
131
131
132
133
134
8.
Alkohole
135
8.1
Nomenklatur und physikalische Eigenschaften
135
8.2
8.2.1
8.2.2
8.2.3
Darstellung von Alkoholen
Technische Synthesen
Elektrophile Addition und Nucleophile Substitution
Nucleophile Addition
137
137
138
138
8.3
8.3.1
8.3.2
8.3.3
8.3.4
8.3.5
Reaktionen von Alkoholen
Acidität
Nucleophile Substitution und Eliminierung
Oxidationsreaktionen
Veresterung
Ester anorganischer Säuren
141
141
142
142
143
145
9
Ether
148
9.1
Übersicht
148
9.2
Darstellung
148
9.3
Reaktionen
149
3
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10.
Carbonsäuren und ihre Derivate
152
10.1
Übersicht
152
10.2
Darstellung von Carbonsäuren
154
10.3
10.3.1
10.3.2
10.3.3
10.3.4
10.3.5
10.3.6
Darstellung und Reaktionen von Carbonsäurederivaten
Die SNt-Reaktion
Darstellung Carbonsäurechloriden
Reaktionen von Carbonsäurechloriden
Reaktionen von Carbonsäureanhydriden
Darstellung von Carbonsäureestern
Darstellung von Carbonsäureamiden
155
155
156
157
158
159
161
10.4
10.4.1
10.4.2
10.4.3
10.4.4
Reaktionen von Carbonsäureestern
Verseifung
Acidität von Carbonylverbindungen
α-Alkylierung
Claisen-Kondensation
163
163
164
165
167
11.
Aldehyde und Ketone
169
11.1
Nomenklatur
169
11.2
11.2.1
11.2.2
11.2.3
11.2.4
Darstellung
Elektrophile Substitution
Hydrolyse
Reduktion und nucleophile Addition
Oxidation und elektrophile Addition
171
171
171
172
174
11.3
11.3.1
11.3.2
11.3.3
11.3.4
11.3.5
11.3.6
Reaktionen als Elektrophil
Nucleophile Addition
Hydrate und Acetale
Kohlenhydrate
Aminale und Imine
Umlagerungen
Die Wittig-Reaktion
175
175
176
180
183
186
189
11.4
Reaktionen als Nucleophil
11.4.1 Alkylierung
11.4.2 Aldol-Reaktion
191
191
192
11.5
11.5.1
11.5.2
11.5.3
11.5.4
11.5.5
Konjugierte Additionen
Vinylogie Prinzip
Cuprat-Addition
Michael-Reaktion
Robinson-Anellierung
Decarboxylierung
195
195
196
197
199
200
12.
Amine
202
12.1
Übersicht
202
12.2
12.2.1
12.2.2
12.2.3
12.2.4
12.2.5
Darstellung
Alkylierungsreaktionen
Reduktion
Reduktive Aminierung
Strecker-Synthese
Umlagerungen
203
203
204
205
206
207
4
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21.10.2007
12.3
12.3.1
12.3.2
12.3.3
12.3.4
Reaktionen
Basizität
Diazoverbindungen
Enamine
Mannich-Reaktion
208
208
209
213
215
12.4
Beispiele und biologische Aktivität, Alkaloide
217
5