Adalbert Wollrab. Organische Chemie. Eine Einführung für Lehramts- und Nebenfachstudenten. 4. Auflage

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1 Springer-Lehrbuch

2 Adalbert Wollrab Organische Chemie Eine Einführung für Lehramts- und Nebenfachstudenten 4. Auflage

3 Prof. Adalbert Wollrab Pohlheim, Deutschland ISSN ISBN DOI / ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer Spektrum Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1999, 2002, 2009, 2014 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Planung und Lektorat: Rainer Münz, Sabine Bartels Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Springer Spektrum ist eine Marke von Springer DE. Springer DE ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media

4 Vorwort zur vierten Auflage Die vierte Auflage setzt mich in die angenehme Lage, das Buch Organische Chemie up to date zu bringen, neuere Reaktionen, die Bedeutung erlangt haben, einzubringen und das Buch weiter auszugestalten. Dazu gehört eine Erweiterung des Kapitels Die Molekülorbitaltheorie um ein Unterkapitel Pericyclische Reaktionen und ein zusätzlicher Anhang Namensreaktionen mit Kurzbeschreibungen der Namensreaktionen und Seitenhinweisen auf die Stellen des Buches, die die entsprechende Reaktion eingehend behandeln. Für die Durchsicht des Manuskripts und für wertvolle kollegiale Hinweise danke ich Herrn Prof. Dr. Georg Wittke, Universität Koblenz-Landau. Mein Dank gilt auch Herrn Dr. Rainer Münz, dem Cheflektor Chemie im Springer-Verlag und Frau Sabine Bartels, Projektmanagerin im Programmbereich Naturwissenschaften im Springer-Verlag für die angenehme Zusammenarbeit. Pohlheim, August 2013 Adalbert Wollrab Vorwort zur dritten Auflage Die dritte Auflage des Buches Organische Chemie erlaubt mir, einem von Studenten geäußerten Wunsch nachzukommen und das Buch mit Übungsaufgaben und deren Lösungen zu ergänzen. Auch das Unterkapitel Molekülorbitaltheorie habe ich etwas erweitert. Für die Durchsicht dieses Kapitels und wertvolle kollegiale Hinweise möchte ich mich bei Herrn Prof. Dr. Peter R. Schreiner, Justus-Liebig-Universität, Gießen, bedanken. Besonderen Dank schulde ich Frau Dr. Marion Hertel vom Springer Verlag für ihre kompetente Arbeit als Lektorin und für ihre konstruktiven Vorschläge. Sowohl ihr, als auch Frau Birgit Münch und Herrn Patrick Waltemate danke ich für die angenehme Zusammenarbeit bei dieser dritten Auflage des Buches. Pohlheim, im Mai 2009 Adalbert Wollrab Vorwort zur zweiten Auflage Das zunächst im Verlag Vieweg erschienene Buch Organische Chemie wurde vom Springer-Verlag übernommen, und deshalb erscheint die zweite Auflage in einem neuen Habitus. Die Neuauflage gibt mir die willkommene Gelegenheit, Druckfehler zu korrigieren. Den Lesern und Kollegen danke ich für nützliche Hinweise und Anregungen. Ebenso möchte ich mich bei Frau Dr. Marion Hertel für die gedeihliche Zusammenarbeit bedanken. Pohlheim, im Juni 2002 Adalbert Wollrab

5 VI Vorwort zur ersten Auflage Vorwort zur ersten Auflage Das Lehr- und Lernbuch Organische Chemie ist vor allem ein Angebot an Studierende des Lehramts Chemie und Chemielehrer sowie eine Grundlage für Studierende der Lebensmittelchemie und Pharmazie, der Biologie und Medizin. Langjährige fachliche und didaktische Erfahrungen mit Vorlesungen und Seminaren, mit Staatsexamensarbeiten und Prüfungen haben die Konzeption bestimmt, und Anregungen von Studierenden wurden berücksichtigt. Das Lehr- und Lernbuch ist sowohl eine wichtige Ergänzung für Vorlesungen, Seminare und Praktika, in denen die Organische Chemie wegen des verfügbaren Lehrdeputats im allgemeinen nur exemplarisch behandelt wird, es ist aber auch zur Vorbereitung auf Prüfungen geeignet. Verständnis und Kenntnisse werden lerngerecht vorbereitet und die Lernprozesse durch übersichtliche Abbildungen unterstützt Stoffklassen werden ähnlich wie in der Fachsystematik als Gliederungsprinzip gewählt. Dieses strukturelle Konzept mit funktionellen Gruppen als Erkennungsmerkmalen und reaktiven Zentren hat sich bewährt, um eine strukturelle Übersicht zu vermitteln, Themen wie Erdöl und Waschmittel, die für den Chemieunterricht wichtig sind, werden in geschlossener Form behandelt. Biochemische und bioorganische Aspekte werden besonders berücksichtigt, um der bevorzugten Fächerkombination Chemie/Biologie im Lehramt gerecht zu werden. In den verschiedenen Kapiteln wird der Rückgriff auf Vorkenntnisse weitgehend vermieden. Bezüge und Vernetzungen werden durch konkrete Querverweise hergestellt, um das Verständnis zu vertiefen und Vergleiche zu ermöglichen sowie Lernsequenzen zu verdeutlichen und das Prinzip des Spiralen Curriculums umzusetzen. Jede Stoffklasse zeigt charakteristische Reaktionen, daher erscheint es sinnvoll, die organisch-chemischen Reaktionen im Rahmen der entsprechenden Stoffgruppe zu behandeln. Dies hat den Vorteil, daß bei den Reaktionen auf konkrete Beispiele zurückgegriffen werden kann, die in logischem Verbund mit dem zu erlernenden Stoffgebiet stehen. Farbstoffe und Kunststoffe sind deshalb mit den Stoffklassen in Beziehung gesetzt und nicht separat aufgeführt. Großtechnische Synthesen werden berücksichtigt und in einigen Kapiteln auch von den im Labor üblichen Synthesen getrennt abgehandelt. Reaktionsmechanismen sind den spezifischen Reaktionen zugeordnet und werden gründlich und einsichtig diskutiert. Die einzelnen Reaktionsschritte werden detailliert formuliert und ausführlich kommentiert, um das Verständnis zu erleichtern und Zusammenhänge zu erkennen. Durch Wiederholungen wird eine Kenntnisstabilisierung ermöglicht. Abbildungen werden übersichtlich und wahrnehmungsaktiv präsentiert, um den Lernprozeß und die Informationsspeicherung zu erleichtern. Die räumliche Anordnung der funktionellen Gruppen und des Molekülgerüstes stimmt in Edukten und Produkten überein: Strukturelle Änderungen sind deshalb unmittelbar erkennbar. Durch,,Reaktionspfeile werden die funktionellen Änderungen bzw. die Umgruppierungen von Bindungen operativ unterstützt. Abweichend von üblichen Darstellungen werden homolytische Spaltungen durch reguläre Pfeile symbolisiert. Die integrierten Abbildungen erfüllen die Funktion von Mind Maps und sind wichtige Lernhilfen. Bei der Nomenklatur werden die verschiedenen Benennungen bewußt berücksichtigt. Trivialnamen wie Essigsäure und Zitronensäure und rationelle Namen wie Alkohole und Aldehyde werden verwendet, da diese Bezeichnungen in der Praxis üblich und den Ler-

6 Vorwort zur ersten Auflage VII nenden gebräuchlich sind. Auch später in ihrem Unterricht, der von der Erfahrungswelt der Schüler ausgehen soll, werden Lehrer diese Trivialnamen verwenden. Die systematischen Namen werden gleichfalls eingeführt und beispielhaft darlegt, um den Rückgriff auf die Chemieliteratur und Chemikalienverzeichnisse zu ermöglichen. Theoretische Konzepte (u. a. Mesomerie) werden im allgemeinen in den entsprechenden Stoffklassen integriert behandelt, um den direkten Bezug und die praktische Bedeutung aufzuzeigen. Die optische Ismomerie wird wegen der allgemeinen und übergreifenden Bedeutung separat vorgestellt. Bei der Konzeption der Organische Chemie wurden Bedürfnisse der Studierenden in den verschiedenen Bereichen ebenso berücksichtigt wie fachliche Anforderungen an eine qualifizierte Übersicht der Organischen Chemie, um die Querschnittfunktion mit Fächern aufzuzeigen, die als Life Sciences bezeichnet werden. An dieser Stelle möchte ich allen jenen danken, die zum Gelingen dieses Buches beigetragen haben. Vor allem schulde ich Herrn Prof. Dr. Günther Meier, Universität Gießen, Dank für das Durchlesen des Manuskripts und für die vielen wertvollen kollegialen Ratschläge und Hinweise und Herrn Prof. Dr. Georg Wittke, Universität Koblenz-Landau, für das Korrekturlesen und die freundlichen Ratschläge. Herrn Prof. Dr. Heinz Schmidkunz, Universität Dortmund, danke ich, daß er mich zum Schreiben dieses Buches ermunterte. Besonderen Dank schulde ich Frau Dr. Angelika Schulz, Verlag Vieweg, für ihre kompetente Arbeit als Lektorin, für ihre konstruktiven Vorschläge, ihre Ratschläge und das Verständnis, das sie dieser Arbeit entgegenbrachte. Schon alleine die Umsetzung des ursprünglich mit dem Atari geschriebenen Manuskripts warf große Probleme auf, die mit ihrer Hilfe bravourös gemeistert wurden. Frau Heidi Zimmermann, Universität Dortmund, hat gekonnt und mit Sorgfalt die mit dem Stad-Programm gezeichneten Abbildungen überzeichnet und alle Formeln neu geschrieben, eine riesige Arbeit, für die ich ihr Dank schulde, wie auch Herrn Prof. Richard P. Kreher, Universität Dortmund, für die Anregungen und die angebrachten Korrekturen bei den Graphiken. Dank gebührt auch dem Verlag Vieweg, der die Veröffentlichung des Buches ermöglichte. Den größten Dank allerdings schulde ich meiner Frau, die es klaglos hingenommen hat, daß ich die vielen Stunden am Computer saß, mich ihr nicht widmen konnte und die mir vieles, das ich hätte in dieser Zeit tun müssen, abgenommen hat. Pohlheim, im Juni 1999 Adalbert Wollrab

7 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Das Kohlenstoffatom unter die Lupe genommen Die funktionellen Gruppen organischer Verbindungen Die wellenmechanische Beschreibung der Elektronen im Kohlenstoffatom Die Wellennatur des Elektrons Quantenzahl und Energieniveau Orbitale und kovalente Bindungen Hybridorbitale Bindungslängen und Bindungsenergien der Kohlenstoff-Kohlenstoff- Einfach-, Doppel- und Dreifachbindung Die räumliche Anordnung der Hybridorbitale Die polare kovalente Bindung und der induktive Effekt Modellvorstellungen und Gegenstandsmodelle in der Organischen Chemie Die chemischen Formeln Die Nomenklatur organischer Verbindungen Die Nomenklatur der n-alkane Die Benennung verzweigter Alkane Die Benennung von Verbindungen mit funktionellen Gruppen Kriterien für die Wahl der Hauptkette Übungsaufgaben Lösungen Alkane Benennung der Alkane Homologe Reihen der Alkane Kettenisomere Konformationen des Ethans und Butans Konformation des Ethans Konformationen des Butans Physikalische Eigenschaften der Alkane Vorkommen der Alkane Synthese der Alkane Darstellung der Alkane durch katalytische Hydrierung Alkane aus Alkylhalogeniden Alkane aus Alkalisalzen der Carbonsäuren Reaktionsgleichung und Reaktionsmechanismus Reaktionen der Alkane Chlorierung und Bromierung der Alkane Einführung der Sulfonylchlorid- und Sulfogruppe in Alkane Die Oxidation von Alkanen mit Sauerstoff... 76

8 X Inhaltsverzeichnis 2.10 Methoden zur Trennung verzweigter und unverzweigter Alkane Trennung mit Molekularsieb 0,5 nm Einschlußverbindungen mit Harnstoff Übungsaufgaben Lösungen Alkene Nomenklatur Bedeutung der Alkene Die σ- und π-bindung Die Struktur der Alkene Die cis-trans-isomerie in Alkenen Die Z/E-Nomenklatur Die cis-trans-isomerisierung Darstellung der Alkene Eliminierungsreaktionen zur Darstellung der Alkene Die Reaktionsmechanismen E1 und E Die Saytzew- und die Hofmann-Regel Darstellung der Alkene mit Organometallverbindungen Reaktionen der Alkene Die Mechanismen von Additionsreaktionen Die Markownikow-Regel Wagner-Meerwein-Umlagerungen Elektrophile Additionsreaktionen Cycloadditionen Radikalische Additionen Additionsreaktionen in Gegenwart von Metallkatalysatoren Polymerisationsreaktionen Die Reaktionsmechanismen der Polymerisationsreaktionen Diene und Polyene Die Mesomerie Mesomere Effekte Reaktionen der Diene Die Addition von Brom an Butadien Kinetisch und thermodynamisch gesteuerte Reaktionen Polymerisationsreaktionen des Butadiens Die Diels-Alder-Reaktion Die Cope-Umlagerung Übungsaufgaben Lösungen Alkine Nomenklatur der Alkine Die Dreifachbindung und die Struktur der Alkine Das Acetylen Die großtechnische Herstellung des Acetylens

9 Inhaltsverzeichnis XI 4.4 Darstellung der Alkine Darstellung von Ethin aus Calziumcarbid Die Dehalogenierung von Tetrahalogenalkanen Dehydrohalogenierung vicinaler oder geminaler Dihalogenalkane Die Alkylierung von Natriumacetylid Reaktionen der Alkine Saure Eigenschaften der Alkine Reaktionen mit Alkinylanionen als Nukleophil Die Oligomerisierung der Alkine Oxidationsreaktionen Reduktion der Alkine Additionen an Alkine Nucleophile Additionen an die Dreifachbindung der Alkine Übungsaufgaben Lösungen Alicyclische Verbindungen Nomenklatur Physikalische Eigenschaften der Cycloalkane Der Cyclopropan- und Cyclobutanring Der Cyclopentanring Der Cyclohexanring Die cis-trans-isomerie von Substituenten in Ringverbindungen Polycyclische Alkane Synthese der Cycloalkane Synthese des Cyclopropans Die Synthese mehrgliedriger alicyclischer Verbindungen Reaktionen der Cycloalkane Übungsaufgaben Lösungen Aromatische Verbindungen Benzol und seine Derivate Die Valenzbindungstheorie Die Molekülorbitaltheorie Pericyclische Reaktionen Nomenklatur der Benzolderivate Gewinnung und Verwendung von Benzol Reaktionen des Benzols Die elektrophile aromatische Substitution (S E ) Die Zweitsubstitution Kern- und Seitenkettenhalogenierung Nukleophile aromatische Substitutionen Die radikalische Addition am Benzol Birch-Reduktion an Aromaten Kriterien der Aromatizität

10 XII Inhaltsverzeichnis 6.8 Überblick über aromatische Verbindungen Benzoide Aromaten Nichtbenzoide Aromaten Heterocyclische Aromaten Polycyclische nichtkondensierte Aromaten Kondensierte polycyclische Aromaten Polychlorierte aromatische Verbindungen Übungsaufgaben Lösungen Erdöl Entstehung des Erdöls Erdölvorkommen Inhaltsstoffe des Erdöls Destillationsfraktionen des Erdöls Kennzahlen von Kraftstoffen Die Octanzahl Die Cetanzahl Das Cracken Thermisches Cracken Katalytisches Cracken Übungsaufgaben Lösungen Optische Isomerie Das Licht als elektromagnetische Welle Natürliches und linear polarisiertes Licht Die optische Aktivität Die spezifische Drehung Die Chiralität Chirale und achirale Moleküle Enantiomere Racemische Gemische Das asymmetrische Kohlenstoffatom Absolute und relative Konfiguration Nomenklatur chiraler Verbindungen Die D/L-Nomenklatur Die R/S-Nomenklatur Diastereomere Meso-Verbindungen Optische Isomerie in alicyclischen Verbindungen Optisch aktive Verbindungen ohne asymmetrische Kohlenstoffatome Axiale Chiralität Planare Chiralität Helicität Bildung asymmetrischer C-Atome bei chemischen Reaktionen Reaktionen mit prochiralen Verbindungen

11 Inhaltsverzeichnis XIII Die asymmetrische Synthese Räumliche Auswirkungen bei Reaktionen am asymmetrischen C-Atom Trennung von Enantiomeren aus racemischen Gemischen Die Chiralität in lebenden Organismen Übungsaufgaben Lösungen Halogenalkane Nomenklatur Eigenschaften und Bedeutung der Halogenalkane Darstellung der Halogenalkane Halogenierung von Alkanen Halogenalkane aus Alkoholen Halogenderivate aus Alkenen Die Gewinnung von Fluoralkanen Reaktionen der Halogenalkane Hydrogenolyse von Halogenalkanen Reaktion mit Metallen Eliminierungsreaktionen Die Arbuzow-Michaelis-Reaktion Nucleophile Substitutionsreaktionen Die aliphatische nucleophile Substitution (S N -Reaktion) Reaktionsmechanismen der aliphatischen nucleophilen Substitution S N 1-Mechanismus Der S N 2-Mechanismus Faktoren, die eine nucleophile Substitution beeinflussen Die nucleophile Substitution und die Eliminierung als Konkurrenzreaktionen Übungsaufgaben Lösungen Alkohole Nomenklatur der Alkohole Einteilung der Alkohole Struktur der Alkohole Physikalische Eigenschaften der Alkohole Physiologische Eigenschaften Physiologische Eigenschaften des Methanols Physiologische Eigenschaften des Ethanols Synthese der Alkohole Großtechnische Synthese der Alkohole Darstellung der Alkohole im Labor Reaktionen der Alkohole Schwach saure Eigenschaften der Alkohole Alkohole als Basen und Nucleophile Basizität und Nucleophilie

12 XIV Inhaltsverzeichnis Umsetzung von Alkoholen zu Alkylhalogeniden Die Dehydratisierung Veresterung von Alkoholen Oxidation von Alkoholen Die reduktive Desoxidierung von Alkoholen Die Mitsunobu-Reaktion Alkoholische Getränke Bier Weine Alkoholdestillate Übungsaufgaben Lösungen Phenole Nomenklatur der Phenole Eigenschaften der Phenole Verwendung Verfahren zur Phenolherstellung Reaktionen der Phenole Nachweis, Esterbildung und Acidität der Phenole Elektrophile Substitutionen am Phenol Die Oxidation von Phenolen Phenolische Verbindungen in der Natur Pflanzenfarbstoffe Gerbstoffe Übungsaufgaben Lösungen Ether Nomenklatur der Ether Struktur und physikalische Eigenschaften Synthese der Ether Synthese von Methyl-tert-butylether Dehydratisierung von Alkoholen Die Williamson-Synthese Methylierung von Phenolen mit Diazomethan Reaktionen der Ether Die Etherspaltung mit Säuren Die Autoxidation der Ether Die Claisen-Umlagerung Cyclische Ether Nomenklatur der cyclischen Ether Eigenschaften cyclischer Ether Epoxide Cyclische Ether mit fünf- und sechsgliedrigem Ring Kronenether

13 Inhaltsverzeichnis XV Übungsaufgaben Lösungen Aldehyde und Ketone Nomenklatur der Aldehyde und Ketone Struktur und physikalische Eigenschaften Synthese der Aldehyde und Ketone Wichtige Aldehyde und Ketone und ihre großtechnische Synthese Die Synthese aliphatischer Aldehyde Synthese aromatischer Aldehyde Die Synthese aliphatischer Ketone Synthese von Arylketonen Reaktionen der Aldehyde und Ketone Addition von C-Nucleophilen an Aldehyde und Ketone Die Addition von O-Nucleophilen an Aldehyde und Ketone Die Addition von N-Nucleophilen an Aldehyde und Ketone Die Addition von S-Nucleophilen an Aldehyde und Ketone Additionsreaktionen an α,β-ungesättigten Carbonylverbindungen Oligomere und Polymere der Aldehyde Die C H-Acidität von Aldehyden und Ketonen Reduktion von Carbonylverbindungen Die Oxidation von Aldehyden Die Oxidation von Ketonen Disproportionierung von Aldehyden Nachweisreaktionen Vorkommen von Aldehyden und Ketonen in der Natur Übungsaufgaben Lösungen Chinone Darstellung der Chinone Reaktionen der Chinone Die Reduktion von Chinonen Elektrophile Addition Nucleophile Addition Die Diels-Alder-Reaktion Bildung von Charge-Transfer-Komplexen Vorkommen der Chinone in der Natur Pilzfarbstoffe Der Elektronentransport in der Atmungskette Derivate des Naphthochinons Alizarin, ein Derivat des Anthrachinons Übungsaufgaben Lösungen

14 XVI Inhaltsverzeichnis 15 Carbonsäuren Nomenklatur der Carbonsäuren Trivialnamen für aliphatische, gesättigte Monocarbonsäuren Physikalische Eigenschaften Synthese der Carbonsäuren Großtechnische Synthese der Ameisensäure und Essigsäure Carbonsäuresynthesen im Labor Reaktionen der Carbonsäuren Die sauren Eigenschaften der Carbonsäuren Additions-Eliminierungs-Reaktionen Bildung von Säureanhydriden durch Dehydratisierung Reaktionen am α-ständigen C-Atom Decarboxylierungsreaktionen Die Reduktion und die Oxidation von Carbonsäuren Carbonsäureabbau mit Barbier-Wieland-Reaktion Ungesättigte Monocarbonsäuren Wichtige einfach ungesättigte aliphatische Monocarbonsäuren Mehrfach ungesättigte aliphatische Monocarbonsäuren Aromatische Monocarbonsäuren Dicarbonsäuren Aliphatische Dicarbonsäuren Aromatische Dicarbonsäuren Substitutionsderivate der Carbonsäuren Hydroxycarbonsäuren Oxocarbonsäuren Übungsaufgaben Lösungen Seifen und synthetische Waschmittel Verfahren zur Seifenherstellung Eigenschaften der Seifen in wäßriger Lösung Lösen von Seife in Wasser Grenzflächenspannung des Wassers Tensidwirkung der Seife Der Waschprozeß Nachteilige Eigenschaften der Seifen Synthetische Waschmittel Anionische Tenside Kationische Tenside Amphotere Tenside (Amphotenside) Nichtionische Tenside (Niotenside) Zusammensetzung moderner Waschmittel Übungsaufgaben Lösungen

15 Inhaltsverzeichnis XVII 17 Funktionelle Derivate der Carbonsäuren Carbonsäurehalogenide (Alkanoylhalogenide) Nomenklatur Darstellung der Carbonsäurechloride Reaktionen der Carbonsäurechloride Carbonsäureanhydride Nomenklatur Darstellung der Carbonsäureanhydride Reaktionen der Carbonsäureanhydride Carbonsäureester Nomenklatur Bedeutung und Eigenschaften der Carbonsäureester Synthese der Carbonsäurester Reaktionen der Carbonsäureester Reaktionen der Carbonsäureester als C-Säuren Die Reduktion von Carbonsäureestern Carbonsäureamide Nomenklatur der Carbonsäureamide Großtechnische Herstellung des N,N-Dimethylformamids Die Darstellung der Carbonsäureamide im Labor Reaktionen der Carbonsäureamide und Carbonsäureimide Nitrile Nomenklatur der Nitrile Synthese der Nitrile Reaktionen der Nitrile Übungsaufgaben Lösungen Derivate der Kohlensäure Kohlensäureester, Chloride und Amide der Kohlensäure Phosgen Chlorameisensäureester Kohlensäurediester Urethane Harnstoff und seine Derivate Harnstoff N-Methyl-N-nitrosoharnstoff Semicarbazid Guanidin Thioharnstoff Übungsaufgaben Lösungen Lipide Die chemische Zusammensetzung der Fette und Öle Einteilung der Fette und Öle

16 XVIII Inhaltsverzeichnis 19.3 Eigenschaften der Fette und Öle Vorkommen und Gewinnung von Fetten und Ölen Vorkommen Gewinnung pflanzlicher Fette Gewinnung tierischer Fette Fettähnliche Biomoleküle Phospholipide (Phosphatide) Glycolipide Sterole (Sterine) Lipoproteine Lipovitamine Chemische Reaktionen von Fetten und Ölen Die hydrolytische Spaltung von Fetten und Ölen Die Umesterung Die Hydrierung Die Autoxidation ungesättigter Triglyceride Polymerisationsreaktionen Fette und Öle als Nahrungsmittel Verdauung und Resorption von Fetten Abbau der Fettsäuren Mitochondrien, die Kraftstationen der Zelle Der Transport durch die Mitochondrienmembran Die β-oxidation der Carbonsäuren Abbau des Glycerins Wachse Übungsaufgaben Lösungen Alicyclische Verbindungen in der Natur Terpene Monoterpene Sesquiterpene Diterpene Triterpene Tetraterpene Steroide Biosynthese des Cholesterols Sterole (Sterine) Steroid-Vitamine Gallensäuren Steroidhormone Steroidglycoside Übungsaufgaben Lösungen Kohlenhydrate Bedeutung und Einteilung der Kohlenhydrate

17 Inhaltsverzeichnis XIX Bedeutung der Kohlenhydrate Einteilung der Kohlenhydrate Monosaccharide Einteilung der Monosaccharide Die Fischer-Projektion D- und L-Zucker Aldosen Verlängerung der Kohlenstoffkette von Aldosen Wichtige Aldopentosen Wichtige Aldohexosen Cyclische Strukturen der Monosaccharide Ketosen D( )-Fructose Derivate der Monosaccharide Desoxyzucker Aminozucker L-(+)-Ascorbinsäure (Vitamin C) Reaktionen der Monosaccharide Reaktionen der Zucker als α-hydroxycarbonylverbindungen Reaktionen mit Säuren und starken Basen Einführung von Schutzgruppen Oxidationsreaktionen der Zucker Reduktion der Monosaccharide Abbau der Monosaccharide Ester und Ether der Monosaccharide Ether- und Glycosidbildung Glycoside, Nucleoside und Nucleotide In der Natur vorkommende Glycoside Nucleoside Nucleotide Disaccharide Reduzierende und nichtreduzierende Zucker Benennung der Disaccharide Reduzierende Disaccharide Nichtreduzierende Disaccharide Polysaccharide Homoglycane Heteroglycane Glycokonjugate Übungsaufgaben Lösungen Amine Struktur der Amine Nomenklatur der Amine Eigenschaften, Vorkommen und Bedeutung der Amine

18 XX Inhaltsverzeichnis 22.4 Großtechnische Synthese der Amine Synthese der Methylamine Synthese der Diamine Synthese des Anilins Darstellung der Amine im Labor Amine durch Reduktion von Stickstoffverbindungen Darstellung der Amine durch Alkylierung Amine durch reduktive Aminierung Aminsynthesen mit Umlagerungen Reaktionen der Amine Acidobasische Eigenschaften der Amine Oxidation der Amine mit Peroxysäuren Die Alkylierung und Acylierung der Amine Eliminierungsreaktionen Nachweisreaktionen N-Nitrosierung aliphatischer Amine N-Nitrosierung aromatischer Amine Reaktionen aromatischer Diazoniumsalze Substitutionsreaktionen aromatischer Diazoniumsalze Kupplungsreaktionen Geometrische Isomere der Azoverbindungen Azofarbstoffe und ihre Bedeutung Übungsaufgaben Lösungen Aminosäuren Nomenklatur der Aminosäuren Aminosäuren in der Natur Struktur der Aminosäuren Darstellung der Aminosäuren Umsetzung von α-halogencarbonsäuren mit Ammoniak Darstellung von Aminosäuren mit Hilfe der Malonestersynthese Die Strecker-Synthese Die Erlenmeyersche Azlactonsynthese Reaktionen der Aminosäuren Säure-Basen-Eigenschaften der Aminosäuren Veresterung und Acylierung der Aminosäuren Methylierung der Aminogruppe in Aminosäuren Die N-Nitrosierung von Aminosäuren und Aminosäureestern Cyclisierung von Aminosäuren Kupfer-Komplexe der Aminosäuren Die Oxidation von Cystein zu Cystin Farbreaktion mit Ninhydrin Übungsaufgaben Lösungen

19 Inhaltsverzeichnis XXI 24 Peptide und Proteine Nomenklatur Bedeutung der Peptide und Proteine Peptide Peptidhormone Neuropeptide Antibiotika auf Peptidbasis Zoo- und Phytotoxine auf Peptidbasis Analyse der Peptide und Proteine Ermittlung der Aminosäure-Anteile im Protein Bestimmung der Aminosäuresequenz Peptidsynthese Schutzgruppen in der Peptidsynthese Die Aktivierung der Carboxygruppe Verlängerung der Peptidkette Festphasen-Peptidsynthese Proteinstrukturen Die Primärstruktur Die Sekundärstruktur Die Tertiärstruktur Die Quartärstruktur Die Denaturierung Klassifizierung der Proteine Fibrilläre Proteine Globuläre Proteine Konjugierte Proteine Proteine in der Ernährung Der Stoffwechsel der Proteine Die Verdauung der Proteine Proteasen und Peptidasen Übungsaufgaben Lösungen Stickstoffhaltige Heterocyclen Nomenklatur stickstoffhaltiger Heterocyclen Fünfringe mit Stickstoff als Heteroatom Pyrrol und seine Derivate Indol Sechsringe mit Stickstoff als Heteroatom Pyridin und seine Derivate Stickstoffanaloga des Naphthalins Heterocyclen mit 2 Stickstoffatomen im Sechsring Siebenringe mit Stickstoff als Heteroatom Naturstoffe mit fünfgliedrigen Stickstoff-Heterocyclen Heterocyclen mit 1 Stickstoffatom im Fünfring Heterocyclen mit 2 Heteroatomen im Fünfring

20 XXII Inhaltsverzeichnis 25.6 Naturstoffe mit sechsgliedrigen Stickstoff-Heterocyclen Heterocyclen mit einem Stickstoffatom im Sechsring Heterocyclen mit 2 Stickstoffatomen im Sechsring Bicyclische Heteroverbindungen Purinderivate Pterine Flavine Übungsaufgaben Lösungen Alkaloide Alkaloide mit Pyrrolidin- und Indolstruktur Alkaloide mit Pyrrolidinstruktur Alkaloide mit Indolstruktur Tropan-Alkaloide Tropin-Alkaloide Pseudotropin-Alkaloide Alkaloide mit Pyridin- und Piperidinstruktur Pyridin-Alkaloide Piperidin-Alkaloide Alkaloide mit Chinolin-Struktur Morphin- und Isochinolin-Alkaloide Opium, die Hauptquelle für Morphin- und Isochinolin-Alkaloide Morphin-Alkaloide Alkaloide mit Isochinolin-Struktur Berberin-Alkaloide Curare-Alkaloide Übungsaufgaben Lösungen Nucleinsäuren Die Desoxyribonucleinsäure Strukturen der Desoxyribonucleinsäure Ribonucleinsäuren Die ribosomale RNA (r-rna) Die Boten- oder Messenger-RNA (m-rna) Die Transfer-RNA (t-rna) Die Biosynthese der Ribonucleinsäuren und der Proteine Die Biosynthese der Ribonucleinsäuren Die Biosynthese der Proteine Übungsaufgaben Lösungen Namensreaktionen Sachwortverzeichnis