1. Übungszettel für die Vorlesung OCII, Teil 1 - Substitutionen, Additionen, Eliminierungen

Transkript

1 1. Übungszettel für die Vorlesung CII, Teil 1 - Substitutionen, Additionen, Eliminierungen Wintersemester 2006/07 Prof. Dr. Christoph Schalley Aufgabe 1: a) Geben Sie eine allgemeine Definition für Chiralität! b) Geben Sie von den folgenden Molekülen an, ob sie chiral sind! Analysieren Sie dabei jeweils, welche Symmetrieelemente vorkommen! N 2 C C C 3 C C 3 C 3 C C C 3 C 3 C C C C 3 C c) Bezeichnen Sie die Chiralitätszentren mit einem Stern und benennen Sie sie nach der CIP- Nomenklatur! d) Ermitteln Sie die Zahl der jeweils möglichen Stereoisomere! e) Übertragen Sie die folgenden Verbindungen aus der Keil-Strich-Schreibweise in die Fischer-Projektion oder umgekehrt aus der Fischer-Projektion in die Keil-Strich- Schreibweise! C C C C 2 f) Geben Sie mindestens je ein Beispiel für ein chirales Molekül mit einer zwei- und einer dreizähligen Drehachse als Symmetrieelement!

2 2 Aufgabe 2: Formulieren Sie präzise das Polanyi- und das ammond-postulat! Diskutieren Sie anhand von Potentialenergiekurven ihre Bedeutung! Aufgabe 3: Geben Sie Definitionen für die Begriffe "Säuren", "Basen", "Elektrophile" und "Nucleophile"! Wie korrelieren die Säure/Baseeigenschaften eines Moleküls mit den Eigenschaften als Elektro-/Nucleophil? Wann gibt es Abweichungen von dieser Korrelation? Geben Sie Beispiele und sortieren Sie sie nach ihrer Stärke! Aufgabe 4: a) Diskutieren Sie an jeweils einem eindeutigen Beispiel die Mechanismen der S N 1- und S N 2-Reaktionen! Geben Sie Kriterien an, nach denen die Einordnung einer unbekannten Reaktion zu einer der beiden Klassen erfolgen kann! b) Welchen Einfluss hat das Lösemittel auf eine S N 2-Reaktion? Zeichnen Sie in einem Diagramm die beiden Potentialenergiekurven für die Reaktion von C 3 I mit - in Methanol und in Dimethylformamid. Warum ist die Reaktion im letzteren Lösemittel um mehr als den Faktor 100 schneller? Aufgabe 5: Geben Sie alle möglichen Disubstitutionsprodukte an, die in der folgenden Reaktion entstehen können! 3 C Me 3 C Aufgabe 6: Diskutieren Sie die Stabilitäten von Carbeniumionen, die als Intermediate in einer S N 1- Reaktion entstehen können!

3 2. Übungszettel für die Vorlesung CII, Teil 1 - Substitutionen, Additionen, Eliminierungen Wintersemester 2006/07 Prof. Dr. Christoph Schalley Aufgabe 1: Dendrimere sind hochverzweigte Moleküle, die zwiebelschalenartig aufgebaut sind. Die Abbildung zeigt ein einfaches Dendrimer 2. Generation, d.h. mit zwei aufeinanderfolgenden Schalen von Verzweigungseinheiten. Ähnliche Moleküle werden pharmazeutisch beispielsweise als Kontrastmittel für die Magnetresonanztomographie eingesetzt. Dabei ist es wichtig, möglichst viele der für diese Methode wichtigen Gadoliniumkomplexe in einem Molekül zu vereinigen, um die Kontrastwirkung zu verstärken. ierzu ist die stark verzweigte Struktur ideal, die eine Anknüpfung von je einem Komplex an jedem Arm ermöglicht. Entwickeln Sie ausgehend von den gezeigten Edukten eine Synthese für das gezeigte Dendrimer! Sie dürfen natürlich weitere Reagenzien einsetzen. Die - mehrstufige - Synthese ist mit den in der Vorlesung besprochenen nukleophilen Substitutionen möglich. Geben Sie jeweils auch die Reaktionsbedingungen mit an (sauer/basisch etc.) und begründen Sie Ihre Wahl! Es gibt ein paar Knackpunkte, auf die Sie möglichst achten sollten. Welche könnten das sein? N 2 Dendrimer 2. Generation Aufgabe 2: Geben Sie an, welche Bedingungen an eine gute Schutzgruppe gestellt werden müssen! Geben Sie drei Beispiele für Schutzgruppen, die Sie bereits kennen gelernt haben und geben Sie an, a) welche funktionelle Gruppe Sie schützen, wie Sie die Schutzgruppe in Ihr Molekül einführen und wie Sie sie wieder entfernen!

4 2 Aufgabe 3: Wie führen Sie die folgenden Transformationen durch? Beachten Sie dabei die in der Fischer- Projektion vorgegebene Stereochemie! Diskutieren Sie den stereochemischen Verlauf nukleophiler Substitutionen! C 3 C 3 C 3 S C 3 SC 3 C 3 C 3 C 3 S 3 CS C 3 C 3 C 3 Aufgabe 4: Geben Sie die Produkte der beiden folgenden Reaktionen jeweils mit der korrekten Stereochemie an! Nach welchen Mechanismen verlaufen die beiden Reaktionen? Wie würden Sie grundsätzlich Epoxide herstellen? + /C 3 C 3 Aufgabe 5: Welches Produkt erhalten Sie bei der folgenden Umsetzung? Erläutern Sie potentielle Nebenreaktionen! CN / 2 reflux 1. 2.

5 3. Übungszettel für die Vorlesung CII, Teil 1 - Substitutionen, Additionen, Eliminierungen Wintersemester 2006/07 Prof. Dr. Christoph Schalley Aufgabe 1: a) Geben Sie Beispiele für Radikalstarter, die in der Synthese Anwendung finden! Wie können Sie hieraus Radikale erzeugen? b) Geben Sie ALLE möglichen Produkte der Monochlorierung von 1-(1,1-Dimethylethyl)- cyclopentan an! c) Setzen Sie voraus, dass die Selektivitäten der Chlorierung und omierung dieser Verbindung sich wie folgt verhalten und berechnen Sie die Produktverteilungen: Chlorierung: prim. : sek. : tert. = 1 : 3 : 4 omierung: prim. : sek. : tert. = 1 : 80 : 2000 d) Erklären Sie, warum om so viel selektiver die Wasserstoffatome an den höher substituierten Kohlenstoffzentren substituiert als Chlor. e) Erwarten Sie weitere Nebenprodukte? Wenn ja, welche? Aufgabe 2: a) Bei der nukleophilen Substitution von -Gruppen durch andere Nukleophile werden oft zur Aktivierung der Abgangsgruppe Sulfonsäureester eingesetzt, die aus den entsprechenden Sulfonsäurechloriden zugänglich sind. Wie stellen Sie diese Sulfonsäurechloride her? b) Viele Reinigungsmittel enthalten langkettige Sulfonsäuren als anionische Tenside. Wie können Sie großtechnisch solche Verbindungen herstellen? Aufgabe 3: Diskutieren Sie das Bodenstein-Prinzip! Warum treten Radikalrekombinationen nicht in größerem Umfang ein und konkurrieren mit den Radikalkettenreaktionen?

6 2 Aufgabe 4: Füllen Sie die folgenden Kästchen mit (Zwischen-)Produkten und Reagenzien aus! Diskutieren Sie den Mechanismus der NBS-omierung im Detail! 2, Fe 3 NBS AIBN Mechanismus? C 3 2, Licht 2 NBS AIBN welche Produkte (ohne Stereochemie?) Aufgabe 5: Erläutern Sie das Sicherheitsrisiko, das vom Lösemittel Tetrahydrofuran ausgeht, wenn es einige Zeit unter Lichteinwirkung an Luft aufbewahrt wurde. Diskutieren Sie von welchen Substanzen die Gefahr ausgeht, wie sie sich bilden (Mechanismus), und wie Sie die Gefahr vermeiden können!

7 4. Übungszettel für die Vorlesung CII, Teil 1 - Substitutionen, Additionen, Eliminierungen Wintersemester 2006/07 Prof. Dr. Christoph Schalley Aufgabe 1: Steroide sind herausragende Naturstoffe, die im Stoffwechsel eine große Rolle spielen (Cholesterin, Vitamin D, etc.). Die folgende Umsetzung am Steroidgerüst gelingt in drei Schritten. Entwickeln Sie eine Synthese und diskutieren Sie die Mechanismen für die von Ihnen gewählten Reaktionen! R R Aufgabe 2: Aus welchem acyclischen Vorläufermolekül könnte der folgende Tricyclus entstanden sein? Diskutieren Sie den Mechanismus der Cyclisierung! Aufgabe 3: Wie könnten Sie an die folgende doppelte Deoxygenierung des Methylacetals der β-d- Glucopyranose herangehen? Entwickeln Sie eine tragfähige, möglichst selektive Strategie! C3 C3

8 2 Aufgabe 4: a) Zeichnen Sie die möglichen Produkte und erläutern Sie den Mechanismus der elektrophilen Addition von an 1-Methylcyclohexen! Welche Nebenreaktionen erwarten Sie? b) Wie verläuft die omierung der Doppelbindung mit 2. Warum wird in der NBS- omierung die Allylstellung bevorzugt bromiert? c) Die -Addition an 1,2-Dimethylcyclohexen führt in Dichlormethan bei -78 o C vornehmlich zu cis-additionsprodukten, während sie bei 0 o C in protischen Solventien wie beispielsweise Ethanol trans-additionsprodukte liefert. Erklären Sie diese Befunde. d) Welche Produkte erwarten Sie, wenn Sie beiden Reaktionen zusätzlich Tetrabutylammoniumacetat zusetzen? Aufgabe 5: ingen Sie die folgenden Alkene in eine Reihenfolge abnehmender Reaktivität bei der 2 - Addition! Begründen Sie Ihre Entscheidungen! C N C C C 3

9 5. Übungszettel für die Vorlesung CII, Teil 1 - Substitutionen, Additionen, Eliminierungen Wintersemester 2006/07 Prof. Dr. Christoph Schalley Aufgabe 1: Geben Sie die fehlenden Reagenzien und Produkte in folgenden Reaktionen an! Manche Reaktionen erfordern möglicherweise mehr als einen Reaktionsschritt. Diskutieren Sie die Regio- und Stereochemie der von Ihnen gewählten Reaktionen 2, Na NBS, AIBN Lösemittel? NBS, Base C 3 Aufgabe 2: Diskutieren Sie den Mechanismus der ydroborierung im inblick auf die Regio- und Stereochemie! In welchen Fällen (und warum) ist 9-BBN hilfreich, um den Verlauf der ydroborierung zu kontrollieren?

10 2 Aufgabe 3: Geben Sie die fehlenden Zwischenstufen, Reagenzien und Produkte an! + Mechanismus? s 4 / 2 m-cpba + NBS 2 Na/ 2 Verdünnung Nebenprodukte? Aufgabe 4: Welches Produkt entsteht bei der sauer katalysierten elektrophilen Addition von Wasser an 2- Butin? Begründen Sie Ihre Wahl mit einem Mechanismus! Aufgabe 5: Welche Produkte erhalten Sie bei der katalytischen ydrierung von (Z)-3,4-Dimethyl-3- hexen, 2-ctin und cis-1,2-diethylcyclohexen? Wie können Sie die katalytische ydrierung des ctins auf der Stufe der Doppelbindung anhalten? Welches Produkt entsteht dann?

11 6. Übungszettel für die Vorlesung CII, Teil 1 - Substitutionen, Additionen, Eliminierungen Wintersemester 2006/07 Prof. Dr. Christoph Schalley Aufgabe 1: a) Diskutieren Sie die drei Mechanismen, nach denen Eliminierungsreaktionen ablaufen können! Welche Kriterien können Sie nennen, um eine unbekannte Reaktion einzuordnen? b) Geben Sie für jede der drei folgenden Reaktionen mindestens ein experimentelles Kriterium an, das Ihre Zuordnung belegen würde. T N C N K Tos LDA c) In der Schutzgruppentechnik bei der Peptidsynthese nutzt man die Unterschiede zwischen diesen Eliminierungsmechanismen aus, um Schutzgruppen zu orthogonalisieren und damit gezielt abspalten zu können. Geben Sie an, wie Sie im folgenden Peptid die Lysin- Seitenkette entschützen können, ohne die Aminogruppe am N-Terminus freizusetzen. Lys N N BC Phe N FMC

12 2 Aufgabe 2: Diskutieren Sie die Regiochemie der Doppelbindungsbildung anhand der folgenden Eliminierungen! Wie hängt die Regiochemie ab von der Qualität der Abgangsgruppe und den Reaktionsbedingungen? NEt 3 LDA X = NaEt X X = NMe 3 + NaEt Aufgabe 3: Geben Sie mindestens drei Beispiele für syn-eliminierungen und diskutieren Sie die Reaktionsbedingungen! Aufgabe 4: Entscheiden Sie für die folgenden beiden E2-Eliminierungen, ob sie syn- oder antiperiplanar verlaufen! Zeichnen Sie die in Frage kommenden Konformationen des Edukts in der Newman-Projektion und entscheiden Sie daraus welche Stereochemie die Doppelbindung im Produkt hat! 3 C Tos LDA C 3 3 C Ac T C 3 Aufgabe 5: Die Wittig-Reaktion, Peterson-lefinierung und die Corey-Winter-Reaktion dienen zur Synthese von lefinen aus Carbonylen und Diolen. Diskutieren Sie ihre Mechanismen!