Grundkurs Organische Chemie

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1 Karl-Heinz Wünsch Ralf Miethchen Dieter Ehlers Grundkurs Organische Chemie Mit 78 Abbildungen und 41 Tabellen Sechste, bearbeitete und erweiterte Auflage Johann Ambrosius Barth Leipzig Berlin Heidelberg Edition Deutscher Verlag der Wissenschaften

2 Inhalt 1. Einleitung Entwicklung der organischen Chemie Stellung des Kohlenstoffs im Periodensystem der Elemente Bedeutung der organischen Chemie Einteilung und Nomenklatur organischer Verbindungen Struktur und Strukturformeln organischer Verbindungen Klassifizierung organischer Verbindungen Nomenklatur organischer Verbindungen Substitutive Nomenklatur Radikofunktionelle Nomenklatur Weitere Nomenklatursysteme Trivialnamen Klassifizierung organisch-chemischer Reaktionen Klassifizierung nach Veränderungen am Kohlenstoffgerüst Klassifizierung nach dem Bruttoumsatz Klassifizierung nach dem Mechanismus Polare Bindungen in organischen Molekülen Elektrophile und nucleophile Verbindungen und Reaktionen Heterolytische Spaltung von Bindungen Radikalische Reaktionen Pericyclische Reaktionen Photochemische Reaktionen Klassifizierung nach dem Redoxcharakter Reaktionstypen Oxidationsstufen in organischen Molekülen Alkane Nomenklatur der Alkane Bindungscharakter des gesättigten C-Atoms, sp 3 -Hybridisierung Physikalische Eigenschaften der Alkane Radikalische Substitution an Alkanen Mechanismus der Alkanchlorierung Energieumsatz bei chemischen Reaktionen, Bindmigsdissoziationsenergien Isomerenverhältnis bei der Alkanchlorierung Weitere wichtige radikalische Substitutionen an Alkanen Radikalische Eliminierung an Alkanen Heterolytische Reaktionen an Alkanen Vorkommen und Darstellung von Alkanen Wichtige Alkane 41

3 8 Inhalt 5. Alkene Nomenklatur der Alkene Struktur der C=C-Bindung, sp 2 -Hybridisierung Physikalische Eigenschaften von Alkenen Elektrophile Addition an C=C-Bindungen Elektrophile Addition an Alkenen Elektrophile Addition an konjugierten Dienen Der Mesomeriebegriff Weitere technisch wichtige Additionsreaktionen an Alkenen Cyclisierungsreaktionen Reaktionen in Allylstellung Petrochemie Vorkommen und Darstellung von Alkenen Wichtige Alkene und Diene Alkine Nomenklatur der Alkine Struktur der OC-Bindung, sp-hybridisierung Physikalische Eigenschaften des Acetylens Aciditätvon 1-Alkinen Additionsreaktionen an Alkinen Darstellung von Alkinen Cycloaliphatische Verbindungen Nomenklatur und Einteilung Spannungsverhältnissein Cycloalkanen Vorkommen und Bildung cycloaliphatischer Ringsysteme Wichtige Cycloalkane und Cycloalkene Stereoisomerie organischer Moleküle Konformationsisomerie Konformation von Alkanen Konformation von Cycloalkanen c/.r-/ra«.s-isomerie (Z)-(E)-Isomerie bei Alkenen cis-trans-lsomerie bei Cycloalkanen Spiegelbildisomerie Spiegelbildisomerie bei Alkanderivaten ' Nomenklatur von Enantiomeren Trennung von Enantiomeren Projektionsformeln von Enantiomeren Diastereomerie Arene Aromatischer Zustand Der Aromatizitätsbegriff Die Hückelsche Regel Nomenklatur der Arene Elektrophile Substitution an Aromaten Elektrophile Substitution am Benzol Elektrophile Zweitsubstitution an Aromaten Dirigierende Wirkung von Substituenten Additionsreaktionen an Arenen Oxidation von Arenen Reaktionen an der Seitenkette von Alkylarenen Valenzisomere des Benzols 91

4 Inhalt Vorkommen und Darstellung von Arenen Wichtige Arene Spektroskopische Methoden in der organischen Chemie Übersicht UV-Vis-Spektroskopie IR-Spektroskopie NMR-Spektroskopie Verhalten von Atomen im Magnetfeld Chemische Verschiebung Spin-Spin-Kopplung Massenspektrometrie Halogenkohlenwasserstoffe Nomenklatur organischer Halogenverbindungen Physikalische Eigenschaften organischer Halogenverbindungen Spektroskopische Eigenschaften organischer Halogenverbindungen Struktur der Kohlenstoff-Halogen-Bindung Nucleophile Substitution an Alkylhalogeniden Reaktionsmechanismus und Kinetik der nucleophilen Substitution Alkylierungsreaktionen mit Alkylhalogeniden ß-Eliminierung an Alkylhalogeniden Nucleophile Substitution an nicht-aktivierten Arylhalogeniden Nucleophile Substitution an aktivierten Arylhalogeniden Polyhalogenverbindungen Darstellung von Halogenkohlenwasserstoffen Wichtige Halogenkohlenwasserstoffe Organometall-Verbindungen Nomenklatur und Überblick Organoalkalimetall-Verbindungen Organomagnesium-Verbindungen Organoaluminium-Verbindungen Organoblei-Verbindungen Hydroxyverbindungen, Ether und Ester von Mineralsäuren Einteilung und Nomenklatur von Hydroxyverbindungen Physikalische Eigenschaften von Alkoholen und Phenolen Spektroskopische Eigenschaften von Alkoholen und Phenolen Reaktionen an der O-H-Bindung von Alkoholen und Phenolen Reaktionen an der C-O-Bindung von Alkoholen und Phenolen Oxidation von Alkoholen und Phenolen Reaktionen am aromatischen Ring von Phenolen Darstellungen von Hydroxyverbindungen Wichtige Alkohole und Phenole Ether Nomenklatur und Einteilung der Ether Physikalische Eigenschaften der Ether Reaktionen der Ether Wichtige Ether und Polyether Ester von Mineralsäuren Allgemeines Ester der Schwefelsäure Ester der Salpersäure und der salpetrigen Säure Ester der Phosphorsäure und der Thiophosphorsäuren 151

5 10 Inhalt 14. Carbonylverbindungen Nomenklatur der Aldehyde und Ketone Physikalische Eigenschaften von Carbonylverbindungen Spektroskopische Eigenschaften von Carbonylverbindungen Nucleophile Reaktionen an Carbonylverbindungen Struktur und Reaktionsverhalten der Carbonylgruppe Reaktionstypen Nucleophile Additionsreaktionen an Carbonylverbindungen Additions-Substitutions-Reaktionen an Carbonylverbindungen Additions-Eliminierungsreaktionen an Carbonylverbindungen Reaktionen von Carbonylverbindungen mit Aromaten Reduktion und Oxidation von Carbonylverbindungen Reaktionen in a-stellung von Carbonylverbindungen Keto-Enol-Tautomerie Knüpfen von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen Halogenierung von Carbonylverbindung und Folgereaktionen Chinone Vorkommen und Darstellung von Carbonylverbindungen Wichtige Carbonylverbindungen Carbonsäuren, Carbonsäurederivate und Kohlensäurederivate Überblick Nomenklatur der Carbonsäuren und ihrer Derivate Physikalische und spektroskopische Eigenschaften von Carbonsäuren Acidität von Carbonsäuren Carbonylaktivität von Carbonsäuren und ihren Derivaten Carbonsäurehalogenide Carbonsäureanhydride Carbonsäureester Carbonsäureamide Nitrile Redoxreaktionen an Carbonsäuren und ihren Derivaten Reaktionen unter Abspaltung von Kohlendioxid Reaktionen in a-stellung von Carbonsäurederivaten Claisensche Esterkondensation Malonestersynthesen Halogenierung von Carbonsäuren und Folgereaktionen Vorkommen und Darstellung von Carbonsäuren Wichtige Carbonsäuren und Carbonsäurederivate Kohlensäurederivate Übersicht Wichtige Derivate vom Typ der Kohlensäure Wichtige Derivate vom Typ des Kohlendioxids und der Cyansäure Hydroxy- und Oxocarbonsäuren Hydroxycarbonsäuren Allgemeines Reaktionen von Hydroxycarbonsäuren Wichtige Hydroxycarbonsäuren Oxocarbonsäuren Vorkommen und Nomenklatur von Oxocarbonsäuren Darstellung von a-oxo-carbonsäuren Darstellung und Reaktionen von ß-Oxo-carbonsäuren und ihren Estern Organische Stickstoffverbindungen Überblick Nitroverbindungen 216

6 Inhalt Nomenklatur und Struktur von Nitroverbindungen Darstellung von Nitroverbindungen Physikalische Eigenschaften von Nitroverbindungen Einfluß der Nitrognippe auf das Reaktionsverhalten des organischen Restes Reduktion von Nitroverbindungen Wichtige Nitroverbindungen Nitrosoverbindungen Amine Nomenklatur und Einteilung von Aminen Darstellung von Aminen Physikalische Eigenschaften der Amine Basizität und Acidität der Amine Elektrophile Reaktionen an Aminen Reaktionen der Amine mit salpetriger Säure Nucleophile Substitution und ß-Eliminierung an Aminen Reaktionen am Kern aromatischer Amine Wichtige Aminoverbindungen Diazo-und Azoverbindungen Definition und Nomenklatur Stabilität aromatischer Diazoniumionen Diazospaltung Reduktion von Diazoniumsalzen Kupplungsreaktionen Aliphatische Diazoverbindungen Aminosäuren Vorkommen von a-aminosäuren Darstellung von a-aminosäuren Eigenschaften von Aminosäuren Reaktionen der Aminosäuren Wichtige Aminosäuren Organische Silicium-, Phosphor-, Arsen- und Schwefelverbindungen Organische Siliciumverbindungen Organische Phosphor- und Arsenverbindungen Alkyl-und Arylphosphine Organische Phosphor-Sauerstoff-Verbindungen Organische Arsenverbindungen Organische Schwefelverbindungen Überblick und Nomenklatur organischer Schwefelverbindungen Physikalische Eigenschaften und Acidität von SH-Verbindungen Reaktionen von Verbindungen mit zweibindigem Schwefel Darstellung von Sulfonsäuren Derivate der Sulfonsäuren Reaktionen an der C-S-Bindung von Sulfonsäuren Reaktionsmechanismen. Klassifizierung und bestimmende Faktoren Allgemeine Faktoren, die den Mechanismus einer Reaktion bestimmen Reaktionstypen Ionenreaktionen Radikalreaktionen Pericyclische Reaktionen Photochemische Reaktionen Klassifizierung elektrophiler und nucleophiler Reaktionspartner Aktivierungsenergien und Energiezustand der Endprodukte Einfluß des organischen Restes und der Substituenten Sterische Einflüsse Elektronische Einflüsse Einfluß der Substituenten auf die Grenzorbitale Einfluß von Lösungsmitteln, 260

7 12 Inhalt Einfluß von Katalysatoren Einfluß der Orbitalsymmetrie Heterocyclische Verbindungen Einteilung und Nomenklatur Kleine heterocyclische Systeme Fünfgliedrige Heterocyclen mit einem Heteroatom Synthesen der Ringsysteme Reaktivität der Ringsysteme Wichtige Einzelverbindungen Anellierte Ringsysteme Fünfgliedrige Heterocyclen mit mehreren Heteroatomen Synthese von Azolen Reaktivität von Azolen Wichtige Einzelverbindungen Sechsgliedrige Heterocyclen mit einem Heteroatom Pyridin und Derivate Benzopyridinderivate Pyranderivate Sechsgliedrige Heterocyclen mit mehreren Heteroatomen Diazinderivate Triazinderivate Purinderivate Pteridinderivate Größere heterocyclische Systeme Alkaloide Organische Farbstoffe Lichtabsorption und Farbe Färbeverfahren Farbstoffklassen Natürliche Farbstoffe Azofarbstoffe Anthrachinonfarbstoffe Indigoide Farbstoffe Polymethinfarbstoffe Photographische Bildfarbstoffe Triphenylmethanfarbstoffe Schwefelfarbstoffe Tenside Struktur oberflächenaktiver Verbindungen Anionaktive Tenside Kationaktive Tenside Nichtionische Tenside Amphotenside Synthetische organische makromolekulare Verbindungen Überblick Definitionen und Nomenklatur Klassifizierung von Makromolekülen Physikalische Eigenschaften von Makromolekülen Polymerisate von Alkenen und Alkenderivaten Polymerisationsmechanismen Stereochemie von Polymerisaten Technische Durchführung der Polymerisation Wichtige Polymerisate von Alkenen und Alkenderivaten Polyester 305

8 Inhalt Polyamide Polyurethane Phenoplaste und Aminoplaste Überblick über Duromere Phenolharze (Phenoplaste) Aminoplaste Epoxidharze Polysiloxane Kohlenhydrate Definition, Einteilung und Nomenklatur Physikalische Eigenschaften Struktur von Monosacchariden Konfiguration von Monosacchariden Ringstruktur der Monosaccharide Glykoside Reaktionen der Monosaccharide Reduktionsprodukte von Monosacchariden Oxidationsprodukte von Monosacchariden Reaktionen der Hydroxylgruppen Umsetzungen mit Carbonylreagenzien Reaktionen mit Basen und Säuren Oligo- und Polysaccharide Disaccharide Polysaccharide Derivate von Polysacchariden Zellstoffgewinnung. Lignin Lipide Fette Wachse Phospholipide Prostaglandine Isoprenoide Terpene Terpene mit Kopf-Schwanz-Verknüpfung Verbindungen anderer Stoffklassen mit isoprenoider Seitenkette Terpene mit Schwanz-Schwanz-Verknüpfung Steroide Struktur und Einteilung Sterine und D-Vitamine Gallensäuren Cardenolide Steroidhormone Peptide und Proteine Definition, Einteilung und Nomenklatur Primärstruktur von Proteinen Strukturaufklärung Peptidsynthesen Raumstruktur von Proteinen Höhere Ordnungsprinzipien Sekundärstruktur von Proteinen Klassifizierung von Proteinen Hormone Definition, Wirkungsweise und Einteilung Von Aminosäuren abgeleitete Hormone 346

9 14 Inhalt r Peptid-und Proteohormone Nucleinsäuren Definition und Bausteine Klassifizierung der Nucleinsäuren Primärstruktur von Nucleinsäuren Strukturaufklärung Synthese von Nucleosiden und Nucleotiden Synthese von Oligonucleotiden Höhere Ordnungsprinzipien Nucleinsäuren als Träger der genetischen Information Chemie der Stoffwechselvorgänge Biochemisch relevante Reaktionen Biokatalyse durch Enzyme Photosynthese Anaerober Abbau der Kohlenhydrate Biologische Oxidation Aerober Kohlenhydratabbau. Citronensäurecyclus Atmungskette Stoffwechsel der Fettsäuren Biosynthese der Isoprenoide N-Stoffwechsel von Aminosäuren Stoffwechsel der Nucleoside und Nucleotide Biosynthese der Proteine 371 Sach-und Namenverzeichnis 375