Grundlagen der Organischen Chemie

Transkript

1 De Gruyter Studium Grundlagen der Organischen Chemie Bearbeitet von Joachim Buddrus 4., überarb. u. aktual. Aufl Taschenbuch. XXV, 946 S. Paperback ISBN Format (B x L): 17 x 24 cm Gewicht: 1609 g Weitere Fachgebiete > Chemie, Biowissenschaften, Agrarwissenschaften > Analytische Chemie > Organische Chemie schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 Inhalt Kapitel 1 Elektronenstruktur und Reaktivität von Kohlenstoffverbindungen 1.1 Sonderstellung des Kohlenstoffs Ionische und kovalente Bindung Mesomerie Elektronegativität und Polarität Induktive und mesomere Effekte Elektronenpaarabstoßung und Molekülgeometrie Hybridorbitale und Molekülgeometrie Molekülorbitale Lokalisierte Molekülorbitale Delokalisierte Molekülorbitale Bindungsenergie Zum Ablauf einer Reaktion Thermodynamik einer Reaktion Kinetik einer Reaktion Elektronischer Verlauf einer Reaktion Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 2 Strukturaufklärung durch Spektroskopie 2.1 Bedeutung der spektroskopischen Methoden Massenspektrometrie Grundlagen Massenspektren organischer Verbindungen Herleitung der Summenformel aus dem Massenspektrum... 43

3 VIII Inhalt 2.3 Kernmagnetische Resonanzspektroskopie Grundlagen Chemische Verschiebung von Protonensignalen Fläche eines Protonensignals Kopplung zwischen Protonen Kernmagnetische Resonanzspektroskopie von 13 C Infrarotspektroskopie Grundlagen Interpretation von IR-Spektren Ultraviolettspektroskopie Grundlagen UV-Spektren ungesättigter Verbindungen Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 3 Alkane. Radikalische Substitution 3.1 Einteilung der Kohlenwasserstoffe Alkane und Konstitutionsisomerie Nomenklatur organischer Verbindungen Konformationen von Alkanen Löslichkeit, Siede- und Schmelzpunkte von Alkanen NMR-SpektrenvonAlkanen Vorkommen von Alkanen Darstellung von Alkanen Radikalische Substitutionen an Alkanen Erzeugung von Radikalen Halogenierung von Alkanen mit molekularem Halogen Chlorierung von Alkanen mit Sulfurylchlorid Exkurs: Reaktionsenthalpie der Halogenierung von Alkanen Halogenierung in Allylstellung von Alkenen Chlorierung von Alkanen in Gegenwart von Schwefeldioxid Oxidation von Alkanen etc. mit molekularem Sauerstoff

4 Inhalt IX 3.10 Pyrolyse von Alkanen Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 4 Cycloalkane 4.1 EinteilungderCycloalkane cis-trans-isomeriebeicycloalkanen Konformation unsubstituierter Cycloalkanringe Konformation substituierter Cyclohexanverbindungen Darstellung von Cycloalkanen ReaktionenvonCycloalkanen Verbrennung und Ringspannung Ringöffnung kleiner Ringe Polycyclische Alkane Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 5 Stereoisomerie 5.1 Einteilung von Isomeren. Chiralität Moleküle mit einem Chiralitätszentrum. R,S-Nomenklatur Moleküle mit zwei Chiralitätszentren. Diastereomere Moleküle mit einer Chiralitätsachse Symmetrieeigenschaften von Enantiomeren OptischeAktivitätvonEnantiomeren Trennung von Enantiomeren durch Racematspaltung Biochemie von Enantiomeren

5 X Inhalt 5.9 Prochiralität Topizität von Substituenten Topizität von Molekülseiten Prochirale Moleküle Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 6 Alkene. Elektrophile Additionen 6.1 cis-trans-isomerievonalkenen NomenklaturvonAlkenen Unterscheidung von cis-trans-alkenen durch NMR Darstellung von Alkenen Zur Reaktivität von Alkenen Elektrophile Additionen an Alkene Erzeugung und Stabilität von Carbenium-Ionen Addition von Säuren an Alkene. Markownikow-Regel Addition von Wasser an Alkene Addition von Halogenen an Alkene Überführung von Alkenen in Halogenhydrine Exkurs: Addition von Halogen an Myrcen. Krebsbekämpfung Addition von Boran an Alkene Chemie der Trialkylborane Addition von Carbenen und Carbenoiden an Alkene Elektrophile Additionen ein stereochemischer Vergleich Oxidation von Alkenen Epoxidierung von Alkenen Hydroxylierung von Alkenen Spaltung von Alkenen durch Ozon Radikalische Additionen an Alkene Hydrierung von Alkenen. Dehydrierung von Alkanen Hydrierungswärme und Stabilität von Alkenen Lösung der Aufgaben zu Kapitel

6 Inhalt XI Kapitel 7 Alkine 7.1 Übersicht und Nomenklatur von Alkinen Struktur und IR-Spektren von Alkinen Darstellung von Alkinen ReaktionenvonAlkinen Elektrophile Additionen an Alkine Nucleophile Additionen an Alkine Addition von Wasserstoff an Alkine Acidität von 1-Alkinen. Acetylide Oxidative Kupplung von 1-Alkinen Acetylen als industrielle Ausgangsverbindung Zusammenfassung der Reaktionen von Alkinen Exkurs:AlkinebeiSynthesen.Pheromone Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 8 Konjugierte Diene und Polyene 8.1 Einteilung ungesättigter Kohlenwasserstoffe Stabilität konjugierter Diene Konformation konjugierter Diene UV-Spektren konjugierter Polyene Konstitution und Farbe organischer Verbindungen Herstellung konjugierter Diene Reaktionen konjugierter Diene Addition von Bromwasserstoff an konjugierte Diene Kinetische und thermodynamische Steuerung der HBr-Addition Weitere Additionen an konjugierte Diene Diels-Alder-Reaktion Exkurs: Die Photochemie des Sehvorgangs Lösung der Aufgaben zu Kapitel

7 XII Inhalt Kapitel 9 Halogenkohlenwasserstoffe 9.1 Bedeutung von Halogenkohlenwasserstoffen Herstellung von Halogenkohlenwasserstoffen Halogenkohlenwasserstoffe im Alltag Reaktionen ein Überblick Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 10 Nucleophile Substitutionen 10.1 Nucleophile Substitutionen eine Übersicht Die S N 2-Reaktion Die S N 1-Reaktion Einfluß des Substrats auf die Substitution Gesättigte Alkylhalogenide Allyl- und Benzylhalogenide Das Nucleophil Die Abgangsgruppe Einfluß des Lösungsmittels Vergleich von S N 1- und S N 2-Reaktionen Exkurs: Pflanzenschutzmittel durch nucleophile Substitution Exkurs: Nucleophile Methylierungen in der Zelle Lösung der Aufgaben zu Kapitel

8 Inhalt XIII Kapitel 11 Eliminierungen 11.1 α-, β- undγ-eliminierungen Präparative Bedeutung von β-eliminierungen Mechanistische Abläufe von β-eliminierungen Die E2-Reaktion syn- und anti-eliminierungen bei E2-Reaktionen Saytzeff- und Hofmann-Produkt bei E2-Reaktionen Die E1-Reaktion Sonderfall: Die E1cB-Reaktion Exkurs: Kinetische Isotopeneffekte Konkurrenz von Eliminierung und Substitution Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 12 Alkohole 12.1 Übersicht und Nomenklatur von Alkoholen Wasserstoffbrücken und IR-Spektren von Alkoholen NMR-Unterscheidung von alkoholischen Gruppen Eigenschaften und Verwendung von Alkoholen Darstellung von Alkoholen Reaktionen von Alkoholen Acidität von Alkoholen. Alkoholate Veresterung von Alkoholen Tosylierung von Alkoholen Umwandlung von Alkoholen in Alkylhalogenide Dehydratisierung von Alkoholen zu Alkenen Dehydratisierung von Alkoholen zu Ethern Oxidation von Alkoholen Exkurs: Dehydrierung von Alkoholen in der biologischen Zelle 322

9 XIV Inhalt 12.7 Mehrwertige Alkohole Darstellung und Eigenschaften mehrwertiger Alkohole Glykolspaltung von 1,2-Diolen Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 13 Ether, Epoxide, Organoschwefelverbindungen 13.1 Übersicht und Nomenklatur von Ethern Darstellung von Ethern Reaktionen von Ethern Bildung von Oxoniumsalzen Etherspaltung durch starke Säuren Autoxidation von Ethern Kronenether Exkurs: Cyclische Ether als Ionophore Epoxide Darstellung von Epoxiden Reaktionen von Epoxiden Exkurs: Vom chiralen Epoxid zum chiralen Arzneistoff Organische Schwefelverbindungen Exkurs: Schwefelverbindungen in der Biochemie Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 14 Benzoide Aromaten 14.1 Sonderstellung des Benzols Aromaten im Überblick Nomenklatur substituierter Aromaten Gewinnung von Aromaten aus Erdöl und Teer

10 Inhalt XV 14.5 Krebserregende Eigenschaft von Aromaten Bindungslängen und Hydrierungswärme in Aromaten Reaktionen von Aromaten im Überblick Elektrophile Substitution an Benzol Nitrierung von Benzol Halogenierung von Benzol Sulfonierung von Benzol Sulfochlorierung von Benzol Acylierung von Benzol nach Friedel-Crafts Alkylierung von Benzol nach Friedel-Crafts Zusammenfassung elektrophiler Substitutionen an Benzol Elektrophile Zweitsubstitution Lenkung der Zweitsubstitution durch Erstsubstituenten Mechanismus der Zweitsubstitution Exkurs: Geschwindigkeiten der Zweitsubstitution Exkurs: Arzneistoff durch Friedel-Crafts-Acylierung Elektrophile Substitution an mehrkernigen Aromaten Nucleophile aromatische Substitution Eliminierung am Benzolring: Arine Additionen an Aromaten Reaktionen der Seitenkette von Alkylaromaten Exkurs: Herstellung des Süßstoffs Saccharin Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 15 Nichtbenzoide Aromaten und Antiaromaten 15.1 Benzoide und nichtbenzoide Aromaten. Hückel-Regel Antiaromaten Elektronenkonfiguration und NMR-Spektren Herstellung nichtbenzoider Aromaten/Antiaromaten Reaktionen nichtbenzoider Aromaten Lösung der Aufgaben zu Kapitel

11 XVI Inhalt Kapitel 16 Metallorganische Verbindungen 16.1 Bedeutung metallorganischer Verbindungen Bindung in metallorganischen Verbindungen Ionische Bindung in metallorganischen Verbindungen Kovalente Bindung in metallorganischen Verbindungen Mehrzentrenbindung in metallorganischen Verbindungen π-bindung und 18-Elektronenregel Löslichkeit metallorganischer Verbindungen Darstellung metallorganischer Verbindungen Metallorganische Verbindungen aus C H-aciden Verbindungen Metallorganische Verbindungen aus Halogenverbindungen Metallorganische Verbindungen aus weiteren Vorstufen Reaktionen metallorganischer Verbindungen Reaktivität metallorganischer Verbindungen Lithium- und magnesiumorganische Verbindungen Kupferorganische Verbindungen Aluminiumorganische Verbindungen Übergangsmetallverbindungen als Katalysatoren Homogene Hydrierung von Alkenen Hydroformylierung von Alkenen Metathese von Olefinen Polymerisation von Alkenen Palladiumkatalysierte C-C-Verknüpfungsreaktionen Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 17 Aldehyde und Ketone 17.1 Aldehyde und Ketone im Alltag π-bindung in Aldehyden und Ketonen IR- und NMR-Spektren von Aldehyden und Ketonen Darstellung von Aldehyden und Ketonen

12 Inhalt XVII 17.5 Nucleophile Additionen an die Carbonylgruppe Zur Reaktivität von Aldehyden und Ketonen Addition von Wasser: gem-diole Addition von Alkoholen. Halbacetale und Acetale Addition von Thiolen. Thioacetale Addition von Aminoverbindungen Exkurs:ImineinderZelle Addition von Cyanwasserstoff und 1-Alkinen Addition von metallorganischen Verbindungen Addition von Yliden. Wittig-Reaktion Exkurs: Technische Synthese von Vitamin A Oxidation von Aldehyden und Ketonen Reduktion von Aldehyden und Ketonen zu Alkoholen Reduktion von Aldehyden und Ketonen zu Kohlenwasserstoffen Reduktion mit Zink: Clemmensen-Reduktion Reduktion mit Hydrazin: Wolff-Kishner-Reduktion Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 18 Carbonsäuren 18.1 Übersicht und Nomenklatur von Carbonsäuren Vorkommen und Eigenschaften von Carbonsäuren Darstellung von Carbonsäuren Reaktionen von Carbonsäuren Acidität von Carbonsäuren Salze von Carbonsäuren: Carboxylate Exkurs: Tenside Veresterung von Carbonsäuren mit Alkohol Methylierung von Carbonsäuren mit Diazomethan Überführung von Carbonsäuren in Carbonsäurehalogenide Reduktion von Carbonsäuren zu primären Alkoholen Decarboxylierung von Carbonsäuren Zusammenfassung der Reaktionen an der Carboxylgruppe

13 XVIII Inhalt 18.5 Peroxycarbonsäuren Dicarbonsäuren Darstellung von Dicarbonsäuren Reaktionen von Dicarbonsäuren Hydroxy- und Ketocarbonsäuren Exkurs: Synthese des Konservierungsstoffs Sorbinsäure Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 19 Derivate von Carbonsäuren 19.1 Zur Reaktivität von Carbonsäurederivaten Carbonsäurehalogenide Herstellung von Carbonsäurechloriden Reaktionen von Carbonsäurechloriden Carbonsäureanhydride Herstellung von Carbonsäureanhydriden Reaktionen von Carbonsäureanhydriden Carbonsäureester Nomenklatur und Vorkommen Herstellung von Estern Reaktionen an der Estergruppe Lactone Thiocarbonsäureester Carbonsäureamide Struktur und Vorkommen Bindung und Wasserstoffbrücken bei Carbonsäureamiden H-NMR-Spektren von Carbonsäureamiden Herstellung von Carbonsäureamiden Reaktionen von Carbonsäureamiden Lactame Exkurs: Herstellung des Süßstoffs Aspartam

14 Inhalt XIX 19.7 Nitrile Herstellung von Nitrilen Reaktionen von Nitrilen Kohlensäurederivate Vergleich der Reaktionen von Carbonylverbindungen mit metallorganischen Verbindungen Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 20 Reaktionen am α-c-atom von Carbonylverbindungen 20.1 α-ch-acidität von Carbonylverbindungen, Nitrilen Keto-Enol-Tautomerie Racemisierung α-chiraler Carbonylverbindungen α-halogenierung von Aldehyden und Ketonen α-halogenierung von Carbonsäuren Alkylierung von Malonester und Acetessigester α-alkylierung von Ketonen, Monoestern und Nitrilen α-alkylierung und α-acylierung über Enamine Aldoladdition und Aldolkondensation Gemischte Aldolreaktion Aldole als technisch wichtige Zwischenprodukte Exkurs: Aldoladdition in der lebenden Zelle α-aminomethylierung von Aldehyden und Ketonen Esterkondensation nach Claisen Knoevenagel-Kondensation Lösung der Aufgaben zu Kapitel

15 XX Inhalt Kapitel 21 α,β-ungesättigte Carbonylverbindungen 21.1 Übersicht und Herstellung Reaktivität α,β-ungesättigter Carbonylverbindungen Elektrophile Additionen Nucleophile Additionen Verlauf nucleophiler Additionen Addition von Sauerstoff-, Stickstoff- u. Schwefel-Nucleophilen Addition CH-acider Verbindungen: die Michael-Addition Die Robinson-Anellierung Addition von Aldehyden: die Stetter-Reaktion Addition metallorganischer Verbindungen Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 22 Amine 22.1 Einteilung und Nomenklatur von Aminen Struktur und Inversion von Aminen Exkurs: Pharmakologische Wirkung von Aminen Darstellung von Aminen Reaktionen von Aminen Amine als schwache Basen Amine als schwache Säuren Reaktion von Aminen mit Alkylhalogeniden Quartäre Ammoniumsalze Quartäre Ammoniumsalze und Phasentransfer Reaktion von Aminen mit Carbonsäureoder Sulfonsäurechlorid Exkurs: Sulfonamide als Arzneimittel Elektrophile Substitution an aromatischen Aminen Exkurs: Vom Anilin zum Arzneistoff Diclofenac

16 Inhalt XXI 22.6 Diazoniumverbindungen Reaktion von aliphatischen Aminen mit salpetriger Säure Reaktion von aromatischen Aminen mit salpetriger Säure Substitution der Diazoniumgruppe. Sandmeyer-Reaktion Reduktion der Diazoniumgruppe Azofarbstoffe aus Diazoniumverbindungen Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 23 Phenole 23.1 Einführung und Nomenklatur Herstellung von Phenolen Reaktionen von Phenolen Acidität von Phenolen Reaktionen der phenolischen OH-Gruppe Claisen-Umlagerung von Allyl-phenyl-ethern Elektrophile Substitution am Benzolring von Phenolen Oxidation von Phenolen. Chinone Zusammenfassung der Reaktionen von Phenolen Exkurs: Herstellung des Aromastoffs Menthol Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 24 Aromatische Heterocyclen 24.1 Übersicht Furan, Thiophen und Pyrrol Bindung in Furan, Thiophen und Pyrrol Darstellung von Furan-, Thiophen- und Pyrrolverbindungen Zur Reaktivität von Furan, Thiophen und Pyrrol Reaktionen des Furans Reaktionen des Thiophens Reaktionen des Pyrrols

17 XXII Inhalt 24.3 Pyridin und Pyridinverbindungen Bindung im Pyridin Gewinnung von Pyridinverbindungen Reaktionen von Pyridinverbindungen Kondensierte Ringe: Chinolin, Isochinolin und Indol Exkurs: Kombinatorische Synthese: Benzodiazepine Exkurs: Herstellung des Farbstoffs Indigo Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 25 Kohlenhydrate und Nucleinsäuren 25.1 Einteilung der Kohlenhydrate Struktur von Monosacchariden Furanosen und Pyranosen Monosaccharide Reaktionen von Monosacchariden Veresterung von Monosacchariden Glykosidierung von Monosacchariden Reduktion von Monosacchariden Oxidation von Monosacchariden Exkurs: Ascorbinsäure aus Glucose Disaccharide Cyclische Saccharide: Cyclodextrine Polysaccharide Polysaccharide: Sekundärstruktur und Hydrolyse Nucleinsäuren Lösung der Aufgaben zu Kapitel

18 Inhalt XXIII Kapitel 26 Lipide 26.1 Eigenschaften von Lipiden Fette und Öle Reaktionen an der Estergruppe Reaktionen an der ungesättigten Seitenkette. Fetthärtung Wachse Phospholipide und Zellmembrane Exkurs: Nachwachsende Rohstoffe Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 27 Aminosäuren, Peptide, Proteine 27.1 Aminosäuren Struktur von Aminosäuren Konfiguration von Aminosäuren Verwendung von Aminosäuren Herstellung racemischer Aminosäuren Herstellung enantiomerenreiner Aminosäuren Säure-Base-Verhalten von Aminosäuren Veresterung und Acetylierung von Aminosäuren Nachweis von Aminosäuren: die Ninhydrin-Reaktion Peptide Struktur und Nomenklatur von Peptiden Bedeutung von Peptiden Herstellung von Peptiden in Lösung Herstellung von Peptiden am Träger. Merrifield-Synthese Chemische und enzymatische Hydrolyse von Peptiden Sequenzanalyse von Peptiden durch Edman-Abbau Exkurs: Sequenzanalyse durch Massenspektrometrie Proteine Primärstruktur von Proteinen Sekundärstruktur von Proteinen

19 XXIV Inhalt Tertiärstruktur und Domänen von Proteinen Quartärstruktur von Proteinen Konjugierte Proteine Proteine als Enzyme Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 28 Naturstoffe 28.1 Einteilung der Naturstoffe Terpene und Isoprenregel Steroide Hormone Steroidhormone Amin- und Peptidhormone Prostaglandinhormone Stickstoffheterocyclen Alkaloide Porphyrinfarbstoffe Antibiotika Vitamine Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 29 Pericyclische Reaktionen 29.1 Einteilung pericyclischer Reaktionen Elektrocyclische Reaktionen Stereochemie elektrocyclischer Reaktionen Orbitalsymmetrie und Drehrichtung Regeln für elektrocyclische Reaktionen

20 Inhalt XXV 29.3 Cycloadditionen Synchrone Cycloadditionen Stereochemie synchroner Cycloadditionen Orbitalsymmetrie synchroner Cycloadditionen Regeln für synchrone Cycloadditionen Stufenweise Cycloadditionen Sigmatrope Umlagerungen Stereochemie sigmatroper Umlagerungen Orbitalsymmetrie sigmatroper Umlagerungen Regeln für sigmatrope Umlagerungen Exkurs: Pericyclische Reaktionen in der Biochemie Lösung der Aufgaben zu Kapitel Kapitel 30 Synthetische Polymere 30.1 Einteilung von synthetischen Polymeren Polyolefine Polyolefine durch kationische Polymerisation Polyolefine durch anionische Polymerisation Polyolefine durch radikalische Polymerisation Polyolefine durch koordinative Polymerisation Polyolefine aus Dienen Verwendung von Polyolefinen Copolymere Polyepoxide Polyester Polyamide Polyurethane Phenol-Formaldehyd-Harze Harnstoff-Formaldehyd-Harze Lösung der Aufgaben zu Kapitel