Musterlösung

Vorlesung "Organische Chemie 1"
Übungsblatt 11
Ü1: Nitrosamine entstehen in der täglichen Nahrung vor allem dann, wenn NitritSalze mit Aminen erhitzt werden. Warum stellt unter diesem Gesichtspunkt eine
Salami-Pizza ein besonderes Risiko dar? Erläutern sie an ausgewählten
Modellverbindungen, wie es in diesem Zusammenhang zur Bildung von Nitrosaminen
kommen kann! Erklären Sie auch, welche Folgereaktionen sie von diesen
Nitrosaminen in wässriger Lösung erwarten!
NH2
H2N
HNO2 + Na
HNO2 + H
R1
= R1-NH2
Putrescin (in Käse)
Ornithin
NaNO2 + H
NH2
H2N
– CO2
COOH
O
N
N
H
R1
H
+ NO
NH2
NO + H2O
N
N
1
O
R
H
Nitrosamin
–H
Bildung und Folgereaktion von primären Nitrosaminen in der Gegenwart von Wasser
N
N
1
O
+H
R
H
primär
R
+ H2O
R1 N N
Diazonium-Ion
N
N
1
H
O
H
–H
R1 OH
R
N
N
1
H
O
H
H
N N
R
–H
– N2
SN2
+H
R
H
R
R
N
N
1
N N
H
O
R1 N N
– H2O Diazonium-Ion
H
R
R
R
SN 2 / SN 1
N N
SN1
Möglicher Abbau und Folgereaktion von sekundären Nitrosaminen im menschlichen Körper
NO
N 2
1
R
R
sekundär
Me
Me
O
N N
Cytochrom P-450
[Oxidation]
N-Nitrosodimethylamin
(NDMA)
NO
R1 N R2
R3
tertiär
Me
H
H
O
N N
O H
O
N N
H
Me
H
–
H
Me
O H
N N
O
– H2O + H
Me
R N R
R
R
R
N
R
Me N N
– N2
Tertiäre Amine führen zu Nitrosotrialkylammonium-Ionen, welche im menschlichen Körper analog zu den
sekundären Nitrosaminen oxidativ abgebaut werden können.
Mögliche Bildung von Diazomethan aus Methyldiazonium-Ion in der Abwesenheit von Wasser
H
N N
Me N N
H
–H
Diazomethan
Methyldiazonium-Ion
Take-Home Message
Nitrosamine werden unter anderem durch Reaktion von Pökelsalz (NaNO2) mit
primären und sekundären Aminen gebildet. Primäre Nitrosamine können zu
Diazonium-Ionen oder Diazoverbindungen weiterreagieren. Im menschlichen Körper
kann es ausgehend von Nitrosaminen zur Bildung von Diazonium-Verbindungen
kommen, welche starke Alkylierungsmittel sind. Durch Reaktion mit den Basen der
DNA kann es zu DNA-Schäden und in weiterer Folge zur Auslösung von Krebs kommen.
Ü2: Erwärmen von Keton A unter milden, sauren Bedingungen ergibt eine Mischung
von zwei neuen Verbindungen der Summenformel C13H22O2. Geben Sie für beide
Produkte eine Strukturformel an, die auch die stereochemischen Gegebenheiten
klar erkennen lässt! Geben Sie für eines der Produkte einen detaillierten
Bildungsmechanismus an!
H
O
H
O
H
OH
OH
H
OH
H
H
+H
OH
O
H
OH
H
OH
OH
H
H
O
–H
OH
O
H HO
OH
H
OH
O
OH
H
H
A
OH
H
OH
H H O
H
OH
O
O
O
H
H
H
+H
OH
H
O
H
O
H
HO
– H2O
H
HH O
H
OH
O
O
O
H
H
Halbacetal
H
H
O
H
O
H
Oxonium-Ion
O
a
H
H
a
e
O
Oe
O
H
H
–H
H
H
O
O
O
H
O
H
Vollacetal
Take-Home Message
Die Reaktion von Ketonen (Aldehyden) mit Alkoholen in der Gegenwart von Säure
führt zur Bildung von Vollketalen (Vollacetalen). Intermediär bildet sich
hierbei ein Halbketal (Hemiketal) bzw. Halbacetal (Hemiacetal). Ketale und
Acetale werden häufig als Schutzgruppen verwendet, da sie unter basischen
Bedingungen stabil sind und nicht mit Nukleophilen reagieren. Das während der
Reaktion gebildete Wasser kann durch azeotrope Destillation (Toluol) entfernt
werden. Die Umkehrreaktion (Entschützung) erfolgt im wässrigen Milieu unter
saurer Katalyse.
Was sind Halbaminale, Imine und Oxime?
Zusatz-Ü3: Butan-2-on reagiert in Isopropanol als Lösungsmittel und bei Erhitzen
mit Formaldehyd und Diethylammonium-Chlorid in 89% Ausbeute zu Keton B. Geben
Sie für diese Reaktion einen detaillierten Reaktionsmechanismus an!
O
O
H
O
Cl
N H
H
H
N
– HCl, – H2O
B
1) Aldehyde reagieren mit sekundären Aminen zu Iminium-Ionen
H
O
N H
H
H
N
H
H
Cl
OH
O
H
N
H
H
Cl
Cl
N
H
O
H
– H2O
N
Cl
Iminium-Ion
Cl
2) Enole (Nucleophile) reagieren mit Iminium-Ionen (Elektrophile) zu β−Aminoketonen = Mannich Reaktion
O
H
O
N
Cl
H
O
Cl
O
N
– HCl
Keto
N
Enol
Take-Home Message
Amine und Aldehyde reagieren über Halbaminal(Hemiaminal)-Zwischenstufen zu den
entsprechenden Iminen bzw. Iminium-Ionen (sekundäre Amine). Ketone liegen im
Gleichgewicht mit der Enolform vor. Nucleophiler Angriff von Enolen am
Kohlenstoff-Atom von Iminium-Ionen führt zur Ausbildung von β-Aminoketonen.
Bestimmen Sie bei organischen Reaktionen stets die nucleophile(n) und
elektrophile(n) Komponente(n). Wo ist das elektronenreiche und wo das
elektronenarme Zentrum? Nucleophile sind elektronenreich und Elektrophile sind
elektronenarm. Ein Keton ist elektrophil, steht jedoch im Gleichgewicht mit der
Enol-Form, welches nucleophil ist. Ein Iminium-Ion ist elektrophil. Ein
Nucleophil greift ein Elektrophil an.