Übungsblatt 9: Reaktionsdiversität

1 Aufbau und Struktur von organischen Verbindungen Prof. Dr. S. A. Sieber, Jun. Prof. Dr. S. F. Kirsch Übungsblatt9:Reaktionsdiversität
WarmUp
Benennen Sie die folgenden (Thio‐)Ether: Aufgaben
1) Alkohole und Thiole i.
Während das 1,2‐Dibromethan bevorzugt in der fully staggered‐Konformation vorliegt, ist für das Glykol eine gauche‐Konformation zu beobachten. Erklären Sie diesen Befund unter zu Hilfenahme der Newman‐Projektion. Sagen Sie außerdem die günstigste Konformation für das 2‐Bromethanthisol voraus. Im 1,2‐Dibromethan weichen sich die beiden Substituenten aufgrund der Sterik aus und bilden eine fully staggered Konformation. Beim Glykol wird die sterisch ungünstigere gauche‐
2 Aufbau und Struktur von organischen Verbindungen Prof. Dr. S. A. Sieber, Jun. Prof. Dr. S. F. Kirsch Konformation durch die Bildung einer Wasserstoffbrücke kompensiert. Der gleiche Fall tritt auch beim 2‐Bromethanthiol ein, da das Proton ebenfalls mit dem elektronegativen Halogen wechselwirkt. ii.
Bei der Isolation von nativen, cytosolischen Proteinen werden häufig Lösungen verwendet, die einen kleinen Anteil an Dithiothreitol (DTT) oder β‐Mercaptoethanol enthalten. Welche Reaktion verhindert dieser Zusatz und warum sollte man diese Lösungen nicht beim Arbeiten mit sekretierten Proteinen verwenden? Die nucleophilen Thiolgruppen der beiden Verbindungen greifen Disulfidbrücken an, die zwischen Cysteinresten gebildet werden können und eine fehlerhafte Faltung verursachen. Damit schützen sie die Proteine vor partieller Oxidation. Sekretierte Proteine benötigen dagegen diese Disulfidbrücken für eine korrekte Faltung. Werden diese durch Reduktion zerstört, kommt es häufig zum Funktionsverlust. 2) Reaktionsvielfalt i.
Nucleophile Substitutionsreaktionen mit Fluoridnucleophilen verlaufen meist schleppend und in geringen Ausbeuten. Jedoch kann durch die Zugabe bestimmter Reagenzien eine passable Reaktion ablaufen, die ein Fluorid einführt. Geben Sie eines dieser Reagenzien für die folgende Reaktion an und beschreiben Sie den Effekt, den es bewirkt. Wie sieht das entstandene Produkt aus? Sogenannte Kronenether (wie z.B. 18C6) dienen der Solvatisierung von Kationen (ähnlich einer Komplexierung). Dadurch werden wiederum Ladungen getrennt und die Nucleophilie des Fluoridions verstärkt. 3 Aufbau und Struktur von organischen Verbindungen Prof. Dr. S. A. Sieber, Jun. Prof. Dr. S. F. Kirsch ii.
Im Laufe einer Synthese werden meist mehrere funktionelle Gruppen eingeführt und es kann zu Konkurrenzreaktionen kommen. Um diese zu verhindern kann man selektiv Schutzgruppen einführen. Jedoch ist es immer das Beste, wenn eine Reaktion chemoselektiv abläuft. Geben Sie für die nächste Reaktion alle theoretisch möglichen Produkte an und begründen Sie warum nur eines davon entsteht. O
HS
S
HO
O
O S O
O
O S O
N
HS
N
HO
O
S
Es gibt 2 Nucleophile und 2 Abgangsgruppen, daher 4 verschiedene Möglichkeiten der Reaktion. Allerdings greift ausschließlich das stärkere Nucleophil (S) an und substituiert die bessere der beiden Abgangsgruppen. In diesem Fall das Mesylat. Es entsteht die Verbindung in BLAU. iii.
Geben Sie sowohl das Edukt, als auch den zugrunde liegenden Mechanismus der folgenden Reaktion an. Wie nennt man dieses Oxidationsmittel? O
OH
Cr
O
O
OH
O Cr O
O H
O
HO
Cr
O
OH
Jones Oxidation iv.
Die folgenden E2‐Eliminierungen finden unter den gleichen Bedingungen (Temperatur, Lösungsmittel, Base) statt. Sagen Sie jeweils voraus, ob als Hauptprodukt eher das Saitzev‐ oder das Hofmannprodukt sein wird. 4 Aufbau und Struktur von organischen Verbindungen Prof. Dr. S. A. Sieber, Jun. Prof. Dr. S. F. Kirsch Saitzev
Br
Hofmann
N
Br
F
Hofmann
I
Saitzev
Bei guten Abgangsgruppen verläuft die Eliminierung ähnlich zur E1‐Eliminierung und es bildet sich das höher substituierte Saitzevprodukt. Im Falle schlechter Abgangsgruppen ist die Reaktion einer E1cB‐Eliminierung ähnlich und es bildet sich das weniger substituierte Hofmannprodukt. Burnout
Während organischer Synthesen ist es oftmals wichtig funktionelle Gruppen zu schützen, um darauf zu einem späteren Zeitpunkt zurückgreifen zu können. Eine solche Schutzmöglichkeit für Alkohole ist z.B. die Methylierung über Iodmethan. Dabei entstehen sehr stabile Ether. Daher ist die größere Herausforderung diese Gruppe wieder zu entfernen. Für geschützte Alkohole in Arylposition ist es jedoch möglich die funktionelle Gruppe in Gegenwart starker Lewis‐Säuren (z.B. Bortribromid) wieder herzustellen. Formulieren Sie die entsprechenden Mechanismen für die Schützung und die Entschützung am Beispiel von Phenol. 5 Aufbau und Struktur von organischen Verbindungen Prof. Dr. S. A. Sieber, Jun. Prof. Dr. S. F. Kirsch