Seminar zum Organisch-Chemischen Praktikum für Biologen Sommersemester 2018

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1 Seminar zum rganisch-chemischen Praktikum für Biologen Sommersemester 2018 Aromatische Substitution Sicherheitsbelehrung: egeln für das Arbeiten im Labor Prof. Dr. asmus Linser und Dr. Martin Sumser September 2018

2 Gruppe A Aliphatische Substitution Gruppe B Carbonsäuren und Derivate C 3 2 C Me /Zn 2 Ts 2 C Gruppe C Aromatische Substitution Gruppe D Alkene 2 2 Pyridin Zincke-Salz insberg-eaktion Ts K Et 2 C C 2 Et Br 2 Gruppe E Carbonylverbindungen Gruppe F xidation und eduktion C Me Ca() 2 ab 4 C 2 Et PhMgBr Iodoform-eaktion

3 Aromatische Verbindungen C 6 6, Destillat aus Steinkohleteer mit aromatischem Geruch Struktur? 154 pm 133 pm 139 pm Keine spontane eaktion mit Br 2 hyd (kj mol -1 ) August Kekulé (Darmstadt/Giessen) Vierbindiger Kohlenstoff, Einführung von Strukturformeln, Struktur von Benzol (1865) kj mol kj mol -1 "1,3,5-Cyclohexatrien" kj mol -1

4 Aromatische Verbindungen aromatisch antiaromatisch nichtaromatisch aphtalin Cyclopentadienylanion Cycloheptatrienylkation (Cp - ) Pyridin Furan Pyrrol (4n p-elektronen) ückel-egel ingverbindungen, deren Gerüstatome sich durch sp 2 -ybridisierung beschreiben lassen, insgesamt 4n2 p-elektronen beitragen, sowie planar und konjugiert angeordnet sind.

5 Aromatische Verbindungen Anisol

6 eaktionen von aromatischen Verbindungen Elektrophile aromatische Substitution S E Ar E E E -Komplex itrierung, Sulfonierung, alogenierung, Friedel-Crafts-Alkylierung/Acylierung uvm. ucleophile aromatische Substitution S Ar LG u LG u u LG Meisenheimer-Komplex

7 Elektrophile aromatische Substitution E E E E E p-komplex I -Komplex p-komplex II langsam schnell aromatisch Intermediäres Cyclohexadienyl-Kation nicht aromatisch aromatisch

8 itrierung und Sulfonierung Anilin Paracetamol 2 S 4 itriersäure 2 itronium-ion itriersäure: rauchende Salpetersäure in konzentrierter Schwefelsäure, bei 100 C

9 itrierung und Sulfonierung Anilin Paracetamol 2 S 4 2 itronium-ion Sulfonierung: 2 S 4 S 3 2 via S und S S Sildenafil

10 alogenierung Br X Br 2 FeBr 3, Br 2 od. Al 3, 2 Br/ Br Br FeBr 3 - Br Br Br FeBr 3 FeBr 4 C 3 Br C 3 Br 2, FeBr 3 elektrophil C 3 Br 2, h oder T radikalisch Br KKK (Kern, Katalysator, Kälte) SSS (Sonne, Siedehitze, Seitenkette) Br via

11 Friedel-Crafts-Alkylierung (Alkylierung von Aromaten) - [Al 3 ] Lewis-Säuren = AlBr 3, Al 3, Fe 3, Sb 5, BF 3 (noch reaktiver, weil elektronenreicher!)

12 Friedel-Crafts-Acylierung (Synthese von aromatischen Ketonen) 1. 1 eq. Al 3 2. / 2 Al 3 ist hier eagenz!!! Al 3 Al 3 Al 3 Al 3 C C Al 4 Acylium-Ion C Al 4 Al 4 3 Al 3 Al() 3 3 Monofunktionalisierung!!!

13 Zweitsubstitution X E X para ortho meta 1) Induktiver Effekt (I/-I) über -Bindungen 2) Mesomerer Effekt (M/-M) über das p-system 3) Sterische Effekte bei der Substitution Stark aktivierend Stark desaktivierend - 2, - 2, -, -, , -CF 3, -C 2, C, -C, - C Schwach aktivierend -Alkyl, -Phenyl -F, -, -Br, -I Schwach desaktivierend ot = meta-dirigierend, schwarz = ortho- und para-dirigierend.

14 E -----u E M Effekt: -M Effekt:

15 Versuch 7: (ucleophile aromatische Substitution S Ar) 2 2 Et, reflux 2,4-Dinitrochlorbenzol Pyridin -(2,4-Dinitrophenyl)pyridiniumchlorid 2 2 Für Versuch 8 2 Alle eagenzien werden solange refluxiert bis die Zugabe von 2 keine Fällung mehr bewirkt. Das Lösemittel wird am otationsverdampfer entfernt Die Kristalle werden mit Ether gewaschen Umkristallisation aus Et unter Zugabe von wenig Aktivkohle Trocknen über range-gel Umkristallisieren aus Et mit Aktivkohle Pumpe

16 2 Et, reflux ,4-Dinitrochlorbenzol Pyridin -(2,4-Dinitrophenyl)pyridiniumchlorid Meisenheimer-Komplex ucleophile Aromatische Substitution S Ar ur bei stark desaktivierenden Aromaten (elektronenarmer Aromat) Abgangsgruppe muss vorhanden sein

17 Chromatographie Sanger-Methode für die -terminale Aminosäure eines Peptides (in Kombination mit Edman-Abbau)

18 Versuch 8: Et 2 -(2,4-Dinitrophenyl)pyridiniumchlorid Anilin reflux Zincke-Salz 2 2 Aus Versuch 7 2 2,4-Dinitroanilin 2,4-dinitroanilin Das Gemisch solange erhitzen bis sich Kristalle abscheiden. ach dem Abkühlen gibt man Aceton zu, rührt 5 min bei 50 C und gibt anschließend konz. zu. ach dem Erkalten saugt man ab und wäscht mit wenig warmen Aceton. Umkristallisieren aus Me 2 Aceton konz. Pumpe Trocknen über range-gel Umkristallisieren aus Me

19 2 2 2 Et 2 -(2,4-Dinitrophenyl)pyridiniumchlorid Anilin reflux Zincke-Salz ,4-dinitroanilin 2,4-Dinitroanilin Theodor Zincke (um 1900) Zurück zu einer (anderen) Pyridinium- Verbindung:

20 2 2 2 Et 2 -(2,4-Dinitrophenyl)pyridiniumchlorid Anilin reflux Zincke-Salz c = E = h (h = Js) E p LUM 2 p M max 165 nm 217 nm 455 nm Indigo (ursprgl. pflanzlich) uhemanns Purpur inhydrin und Aminosäuren a 3 S Azorubin S 3 a

21 Versuch 9: S a 5 min, T S = (Anilin, prim. Amin) = C 3 (-methylanilin, sek. Amin) Benzolsulfonylchlorid = (löslich in a) = C 3 (unlöslich in a) insberg-trennung ( Antike Form der qualitativen Analyse) Edukt Produkt Produkt Amin Primär Sekundär Tertiär Basisch löslich löslich unlöslich insberg (verd. a) löslich fällt aus keine Änderung sauer fällt aus keine Änderung keine Änderung scar insberg, ca. 1900

22 Zusammenfassung 2 2 Et, reflux Et 2 reflux E E E S E Ar (itrierung, Sulfonierung, alogenierung, Friedel-Crafts-kt.) -Komplex LG u LG u ( 2 )x ( 2 )x Stark aktivierend Meisenheimer-Komplex Stark desaktivierend - 2, - 2, -, -, , -CF 3, -C 2, C, - C, -C Schwach aktivierend Schwach desaktivierend u ( 2 )x LG S Ar (Addition-Eliminierungs- Mechanismus) ückel-egel zyklisch planar konjugiertes p-system 4n2 p-elektronen -Alkyl, -Phenyl -F, -, -Br, -I ot = meta-dirigierend, schwarz = ortho-und para-dirigierend.

23 Zusammenfassung 2 2 Et, reflux Et 2 reflux E E E S E Ar (itrierung, Sulfonierung, alogenierung, Friedel-Crafts-kt.) -Komplex LG u LG u ( 2 )x ( 2 )x Stark aktivierend Meisenheimer-Komplex Stark desaktivierend - 2, - 2, -, -, , -CF 3, -C 2, C, - C, -C Schwach aktivierend Schwach desaktivierend u ( 2 )x LG S Ar (Addition-Eliminierungs- Mechanismus) ückel-egel zyklisch planar konjugiertes p-system 4n2 p-elektronen -Alkyl, -Phenyl -F, -, -Br, -I ot = meta-dirigierend, schwarz = ortho-und para-dirigierend.