CH 3 Cl und Methyllithium CH 3 Li.

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1 Universität Leipzig Januar 2008 Fakultät für Chemie und Mineralogie Prof. Dr. Dieter Sicker Vorlesung im Wintersemester Übungsmaterial zur Prüfungsvorbereitung Chemie für Studierende der Veterinärmedizin Organische Chemie: Inhalt und Fragen Grundlagen der Organischen Chemie Organische Chemie - Begriffsbestimmung Trennverfahren für Organische Verbindungen Destillation, Sublimation, Gefriertrocknung (Lyophilisation), Kristallisation, Zentrifugation, Extraktion, diverse chromatografische Verfahren Reinheitskriterien: Schmelzpunkt, Siedepunkt, Spezifische Drehung, Brechungsindex Grobe Klassifizierung: a) Kohlenwasserstoffe, b) Verbindungen mit Heteroatomen in funktionellen Gruppen, b) Heterocyclen und substituierte Heterocyclen Kenntnis der Begriffe: Struktur = Konstitution + Elektronische Struktur + Räumliche Struktur. Konstitution und Bindigkeit Hybridisierungen des C (sp 3, sp 2, sp) und geometrische Folgen σ-bindung π-bindung Einfach-, Doppel- und Dreifach-Bindung: Aufbau, Geometrie π-bindungssysteme: isoliert, konjugiert, kumuliert Konjugation setzt Konjugationsenergie frei = Stabilisierung, am meisten bei Aromaten Aromatizitäts-Begriff und Kenntnis der Strukturmerkmale von Aromaten Hückel-Regel für Aromaten Mesomerie = Ein gedankliches Konzept, angewandt wo eine Formel nicht ausreicht. Substituenteneffekte: induktiver Effekt (I-Effekt) Ursache? mesomerer Effekt (M-Effekt) Ursachen? sterischer Effekt durch Raumanspruch Ursache für Elektronen-Donator- und -Akzeptorwirkung von Substituenten (+ Beispiele) Womit befasst sich die Organische Chemie? Welche organische Verbindung wurde als erste künstlich hergestellt (Name und Formel), welche Rolle spielt sie im tierischen Stoffwechsel? Nennen Sie drei Trennverfahren zur Reinigung organischer Stoffe. Nennen Sie drei physikalisch-chemische Eigenschaften, die als Reinheitskriterium organischer Stoffe dienen können. Wie lautet die Grobklassifizierung organischer Verbindungen? Was ist ein Heterocyclus, was zählt als Heteroatom? Welche Teilaspekte umfasst der Begriff Struktur in der organischen Chemie? Definieren Sie den Begriff Konstitution eines Moleküls. Was erfährt man dazu? Was bedeutet der Begriff Bindigkeit? Geben Sie diese an für C, O, N und H.

2 Was geschieht prinzipiell bei den drei verschiedenen Hybridisierungen des C? Welche Orbitale hat das C-Atom danach? Welche geometrischen Konsequenzen ergeben sich für daraus aufgebaute Moleküle (räumlichen Bau diskutieren)? Schreiben Sie die Formeln für Ethan, Ethen (Ethylen) und Ethin (Acetylen) auf und diskutieren Sie es daran. 2 Wie entsteht eine σ-bindung, wie eine π-bindung? Welche von beiden ist fester, d.h. bei der Bildung welcher Bindung wurde mehr Bindungsenergie freigesetzt? Wie ist eine Dreifachbindung aufgebaut? Warum sind Alkene und Alkine reaktiver als Alkane? Diskutieren Sie das anhand der vorhandenen Bindungen. Was passiert vom Prinzip her mit den π-bindungen, wenn Alkene/Alkine reagieren? Welche vier Grundreaktionsarten kennen Sie in der Organischen Chemie? Welche ist die typische Reaktionsart für Alkene und Alkine und welche ist es für Alkane? Auf welche Weise können zwei π-bindungen in einem Molekül relativ zueinander angeordnet sein? In welchem Fall erfolgt eine energetische Stabilisierung des Moleküls und warum ist das so? Erklären Sie es an der Strukturformel von Isopren. Erklären Sie am Beispiel von Benzol, was die Hückel-Regel bedeutet. Ist Benzol eher als energiereich oder energiearm anzusehen? Begründen Sie Ihre Antwort. Charakterisieren Sie die typischen Strukturmerkmale der Aromaten am Beispiel des Benzols. Wie sind die aromatischen Verbindungen zum Namen Aromaten gelangt? Was ist die typische Reaktionsart für Aromaten und weshalb ist das so? Erklären Sie den Begriff Mesomerie am Beispiel mesomerer Grenzstrukturen für Benzol. Was unterscheidet Mesomerie von einem chemischen Gleichgewicht, wie der Tautomerie? Welche drei Arten von Substituenteneffekten kennen Sie? Wodurch wird der I-Effekt ausgelöst und was bedeutet das I? Welche beiden Unterarten gibt es? Über welches Bindungssystem wirkt er? Diskutieren Sie das an den Beispielen Chlormethan CH 3 Cl und Methyllithium CH 3 Li. Woran erkennen Sie welche Art von I-Effekt ein Atom ausübt? Geben Sie konkrete Beispiele für die beiden Arten des I-Effekts an. Wodurch wird der M-Effekt ausgelöst und was bedeutet das M? Welche beiden Unterarten gibt es? Über welches Bindungssystem wirkt er? Diskutieren Sie die elektronischen Auswirkungen des Substituenten durch den M-Effekt auf den Phenylring in Phenol und Benzoesäure. Woran erkennen Sie 1) ob ein Substituent überhaupt einen M-Effekt ausübt und wenn ja 2) von welcher Art der M-Effekt ist? Geben Sie konkrete Beispiele mit Substituenten beider Arten von M-Effekt an. Was verursacht den sterischen Substituenteneffekt? Was bedeutet es, wenn ein Substituent Elektronendonator oder Elektronenakzeptor ist? Die statische Diskussion von Substituenteneffekten an einem Molekül mag zunächst blutleer und rein akademisch erscheinen. Aber was hilft die Kenntnis von Substituenteneffekten letztlich zu verstehen? Denken Sie bei Ihrer allgemein gehaltenen Antwort an Moleküle aus dem Stoffwechsel mit biochemischer Bedeutung, an Gifte oder pharmazeutische Wirkstoffe.

3 3 Isomerie organischer Verbindungen Isomerie - Allgemeiner Begriff und Unterteilungen Konstitutionsisomerie: und Stereoisomerie: Konstitutionsisomere Begriff und Beispiele Konstitution Begriff =? Stereoisomere Einteilungen der Stereoisomerie nach Prüfung, ob Bild-Spiegelbild-Verhalten der Stereoisomeren vorliegt oder nicht in Enantiomerie Diastereomerie Enantiomere Diastereomere als σ- oder π-diastereomere synonym: synonym: Bild-Spiegelbild-Isomerie (opt. Antipoden) geometrische Isomerie für π-diast. oder nach der Art des Umwandlungsprozesses zwischen den Isomeren in Konfigurationsisomerie Konformationsisomerie Konfigurationsisomere Konformationsisomere Begriffe, u. wie Umwandlung? Konfiguration Konformation Begriffe, u. wie Umwandlung? Chiralität - Begriff und Beispiele aus Natur und Chemie Chiralitätsregel und Sequenzregel zur Festlegung der absoluten Konfiguration Angabe der absoluten (z.b. R/S) und relativen (z.b. erythro und threo) Konfiguration Nomenklatursysteme für Stereoisomere: D/L-Nomenklatur nach Fischer, nur beschränkt anwendbar (Zucker, Aminosäuren,...) R/S-Nomenklatur nach Cahn, Ingold, Prelog (CIP) cis/trans, E und Z-Angabe Inversion und Epimerisierung als Umwandlungsvorgänge Prochiralität, Erklärung an Brenztraubensäure > Milchsäure(n) Ringinversion des Cyclohexans: Sesselform-Bootform-Alternativsesselform stereoisomere mono- und disubstituierte Cyclohexane Analogie von Cyclohexanring und Pyranosering der Monosaccharide (Bsp. D-Glucose) Was versteht man unter Isomerie? Welche Arten von Isomerie gibt es? Erklären Sie die Hierarchie der Begriffe. Was ist bei allen Isomeren gleich? Was kann verschieden sein? Ordnen Sie es den einzelnen Isomeriearten zu. Schreiben Sie dazu jeweils ein eigenes Formelbeispiel auf. Was kennzeichnet Enantiomere? In welcher Eigenschaft unterscheiden sie sich nur? Woher stammt der Begriff optische Antipoden? Was ist damit gemeint? Erklären Sie den Begriff Chiralität an einem Alltagsbeispiel und an einem Formelbeispiel. Was sind auf der molekularen Ebene die strukturellen Ursachen für das Auftreten des Phänomens der Chiralität? Wie kommt es, dass der Körper zwischen Enantiomeren unterscheiden kann? Denken Sie dabei an die Contergan-Tragödie.

4 Was wird als Asymmetriezentrum = Chiralitätszentrum bzw. asymmetrisches C-Atom bezeichnet? Woran erkennt man es in einer aufgeschriebenen Formel? Weshalb ist der Körper selbst chiral? Welche der drei großen Naturstoffreiche beinhalten chirale Substanzen? Kohlenhydrate? Proteine? Fette? 4 Welche Form von Chiralität ist bei Desoxyribonucleinsäure (DNA) zu beobachten? Wofür ist dieses Biopolymer im Körper prinzipiell zuständig? Aus welchen 6 Bausteinen besteht DNA und welcher dieser Bausteine ist allein für das die Chiralität des DNA-Moleküls verantwortlich? Schreiben Sie die Strukturformel dieses Bausteins auf. Beschreiben Sie die Struktur von Desoxyribonucleinsäure näher. Welche Bindungsart sorgt für den Zusammenhalt der beiden Molekülteile. Sind diese symmetrisch oder komplementär? Begründen Sie Ihre Antwort sowohl hinsichtlich der Bindungsart als auch der zweiten Frage. Welche drei chemischen Elemente sind es genau, die für den Zusammenhalt beider Teile sorgen? Was hat das Polynucleotid DNA mit Proteinen zu tun? Ist DNA selbst auch ein Protein? Wofür codiert ein sog. Basentriplett? (Achtung: das ist alles Whlg. aus Ihrem Bio-Unterricht!) Schreiben Sie die Fischer-Projektionsformeln von D- und L-Milchsäure auf. Was können Sie daraus über die Drehung von linear polarisiertem Licht ableiten? Schreiben Sie die perspektivische Stereoformel für eine Milchsäure auf und ermitteln Sie, ob Sie die R- oder S-Milchsäure aufgeschrieben haben. Dazu brauchen Sie die Kenntnis von Chiralitäts- und Sequenzregel und wie lauten diese? Erklären Sie es an Ihrem Beispiel. Schreiben Sie die offenkettige Formel von D-Glucose auf. Wofür steht D, und woran erkennt man das? Wie sieht die Formel von L-Glucose (nur synthetisch zu haben) aus? Schreiben Sie die L-Weinsäure-Formel auf, woran erkennt man dass es L-Weinsäure ist? Welche Stoffe werden als optisch aktiv bezeichnet? Sind diese alle auch chiral? Kann man aus einer Strukturformel auf Papier erkennen, ob ein Stoff chiral ist oder muss man dazu eine polarimetrische Messung vornehmen? Gibt es optisch aktive achirale Verbindungen? Auf einer Flasche klebt das Etikett Weinsäure was bedeutet, dass sie schlecht etikettiert ist, denn nur Weinsäure gibt es exakt betrachtet gar nicht. Sie messen an einer Probe einen Drehwinkel für linear polarisiertes Licht von 0. Was kann das alles bedeuten? Welche Stereoisomere mit der Konstitution von Weinsäure gibt es überhaupt? Worin liegt dabei die Besonderheit? Schreiben Sie die Fischer-Projektionsformeln aller Weinsäuren auf. Wie viele Flaschen brauchte man, um von jeder eine Probe abzufüllen? Mit welchem Gerät kann man den Drehwinkel der Lösung einer optisch aktiven Substanz messen? Was bezeichnet man als Racemat? Welchen Drehwinkel messen Sie an der Lösung eines Racemats? Nennen Sie eine Möglichkeit, wie man ein Racemat in seine Teile trennen ( spalten ) kann.

5 Pasteur entdeckte die Bild-Spiegelbild-Isomerie an den optischen Antipoden der Weinsäure (er war Franzose... und genial dazu!). Was aber geschieht eigentlich beim Pasteurisieren? (Das sollten Sie als Tierärztin wissen.) 5 Beim Vergären von Weißkrautschnitzeln zu Sauerkraut entsteht ein Enantiomer einer chiralen Carbonsäure. Um welche Säure handelt es sich? Wofür sorgt die Acidität dieser Säure im Sauerkraut? Weshalb ist eigentlich eine Carbonsäure sehr viel saurer als z.b. ein Phenol? Schreiben Sie für eine Carbonsäure und für Phenol die Dissoziationsgleichungen auf und begründen Sie es. Was meinen Sie: Enthält frische Kuhmilch Milchsäure oder nicht? Wie würden Sie das einfach feststellen können? Welche Hauptinhaltsstoffe enthält Milch? Denken Sie bei Ihrer Antwort daran, dass Milch für ein junges Säugetier ALLES Notwendige enthält! (Ja, das betraf Sie auch einmal selbst...) Welchem Bestandteil der Milch würden Sie zutrauen, dass er zu Milchsäure vergoren werden kann? Über welche Stufen würde dieser Abbau vermutlich verlaufen? Wobei wird mehr Energie frei beim Abbau von Glucose in der aeroben Zell-Atmung oder bei ihrer anaeroben Vergärung zu Alkohol durch Hefe? Schreiben Sie für beide Reaktionen die Bruttogleichung auf und erklären Sie mit einfachen chemischen Prinzipien, woran man leicht den signifikanten Unterschied in der Energieausbeute erkennen kann. Auch in der menschlichen/tierischen Zelle kann es zum Metabolismus von Glucose durch Gärung kommen. Was entsteht dann daraus? (Alkohol nicht!) Versuchen Sie auch dafür die Bruttoreaktionsgleichung aufzuschreiben. In welchem Fall könnte denn der Körper auf die Idee kommen, so etwas Anaerobes neben der Zellatmung zu tun? Was gibt einem die absolute Konfiguration an (z.b. mit R und S), und was die sog. relative Konfiguration, die z.b. mit solchen Begriffen wie erythro oder threo arbeitet. Schreiben Sie die Strukturformeln von Maleinsäure und Fumarsäure auf. Welche hat cis- Konfiguration, welche hat trans-konfiguration? Handelt es sich um π-diastereomere oder σ- Diastereomere? Sind die beiden Substanzen chiral? Liegt Enantiomerie vor? Sind diese Stoffe optisch aktiv oder inaktiv? Was ist thermodynamisch stabiler, also energieärmer: Fumarsäure oder Maleinsäure? Begründen Sie Ihre Antwort, dieses Prinzip ist allgemeingültig. Ölsäure kommt als Fettsäure in Fetten (Triglyceride) und ist einfach ungesättigt. Ist sie cisoder trans-konfiguriert? In Arachidonsäure gibt es vier Doppelbindungen, wie ist deren Konfiguration? Und wofür ist Arachidonsäure so wichtig? Woraus kann unser Körper Arachidonsäure allein herstellen? Wie heißen diese beiden essentiellen Fettsäuren? Was bedeutet das Wort essentiell? Was hat der Sehvorgang im Auge mit der cis-trans-isomerie zu tun? Erläutern Sie das chemische Prinzip, das letztlich zu einem physiologisch wahrnehmbaren Reiz führt. Was bewirkt das auf die Netzhaut einfallende Licht? Warum müssen wir nicht Unmengen Carotin essen, um andauernd sehen zu können? Schreiben Sie die Formeln für D- und L-Alanin auf. Welches kommt in unseren körpereigenen Proteinen vor? Zu welcher Stoffklasse zählt Alanin? Erläutern Sie an diesen beiden Formeln den Begriff der Inversion einer Konfiguration. Was passiert dabei strukturell? Was muss passieren, damit aus einer Konfiguration eine andere wird? Was muss passieren, damit aus einer Konformation eine andere wird? Welcher der beiden Vorgänge ist aufwändiger?

6 6 Schreiben Sie die offenkettigen Formeln für D-Glucose und für D-Mannose auf. Erläutern Sie den Begriff der Epimerisierung. Sind auch D-Glucose und D-Mannose epimere Monosaccharide? DNA ist helikal, also schraubenförmig und damit ist sie chiral. Meinen Sie, dass es unter den Menschen welche gibt, bei denen Sie linksherum gedreht ist und andere, bei denen sie rechtsherum gedreht ist? Oder gibt es nur einen DNA-Schraubensinn für alle Menschen? Begründen Sie Ihre Antwort anhand der Zutaten für Desoxyribonucleinsäure. Schreiben Sie die Konstitutionsformel für 1,2-Cyclohexandiol auf. Schreiben Sie die Formel von zwei Konstitutionsisomeren daneben. Schreiben Sie die Formeln für zwei konfigurationsisomere, diastereomere 1,2- Cyclohexandiole auf. Wie lauten die Bezeichnungen für die beiden Konfigurationen? Liegt σ- oder π- Diastereomerie vor? Schreiben Sie die Perspektivformel (Sesseldarstellung) für die beiden Konformationen auf, in denen trans-1,2-cyclohexandiol vorliegen kann. Wie sind die beiden Substituenten dabei angeordnet, (was axial/equatorial angeht)? Welche halten Sie für die energieärmere Konformation und warum? Unterziehen Sie trans-1,3-cyclohexandiol und trans-1,4-cyclohexandiol der gleichen Analyse. Schreiben Sie die Sesselformeln für α- und β-glucose auf (nicht die Haworth-Formeln!). In welchem Fall liegt hinsichtlich der OH-Gruppen an den C-Atomen C-1 und C-2 eine cisbzw. trans-anordnung vor? Warum hat sich die Natur überhaupt entschieden, so viel Glucose herzustellen und so wenige der anderen Monosaccharide? Woran kann man das strukturell erkennen und sich erklären? Zeigen Sie es an Ihren beiden Formeln und vergleichen Sie es D-Glucose mit D-Mannose oder D-Galactose. Wann darf man eine Verbindung prochiral nennen? Warum trifft das für Brenztraubensäure und für Propansäure (Propionsäure) zu, aber nicht für Essigsäure? Schreiben Sie die Formeln auf und erklären Sie es daran. Gehören Essigsäure und Propansäure zu einer homologen Reihe oder Essigsäure und Brenztraubensäure? Woran erkennt man das? Wie heißt die kleinste Carbonsäure und welche Formel hat sie? Stimmt es, dass man diese auch als Aldehyd auffassen könnte? Wichtige Reaktionstypen und Selektivitätsformen bei organischer Reaktionen Einteilung nach der Art der Bindungsumgruppierung Homolyse und Heterolyse Radikale (Was ist das?), Carbeniumionen, Carbanionen als entstehende reaktive Teilchen Zusammenhang von Stabilität und Reaktivität reaktiver Teilchen Nucleophile: Carbanionen Anionen Lewis-Base Elektrophile: Carbeniumionen Kationen Lewis-Säuren Reaktionsmechanismus ist abhängig von Reaktanten-Strukturen + Reaktionsbedingungen.

7 Vier Hauptreaktionsarten: Addition Eliminierung Substitution Isomerisierung(Umlagerung) Kenntnis konkreter Beispiele für Additionen: Hydrierung, Hydratisierung, Bromierung Eliminierungen: Dehydrierung, Dehydratisierung, Decarboxylierung Substitutionen: radikalische, nucleophile, elektrophile Substitution Isomerisierungen: Tautomerien: Keto-Enol-Tautomerie, Lactam-Lactim-Tautomerie Drei Selektivitätsarten bei Parallelreaktionen Regio- und Stereoselektivität (als Diastereo- u. Enantioselektivität) Am Beispiel erkennen welcher Fall vorliegt. Biochemisch wichtig: Stereoselektivität, speziell Enantioselektivität. Diskussion an Reduktion von Brenztraubensäure zu einer der beiden Milchsäuren. Wie heißen die beiden Arten, nach denen eine kovalente Bindung gespalten werden kann? Nennen Sie je eine Stoffklasse, bei der diese Arten üblicherweise auftreten. Was ist die strukturelle Voraussetzung für das Auftreten der einen oder anderen Art von Bindungsspaltung? 7 Was versteht man unter einem Radikal? Ist es elektrisch geladen oder nicht? Warum sind die meisten Radikale sehr reaktiv? Welche Triebkraft steht dahinter? Woran erkennt man ein Nucleophil ganz allgemein? Geben Sie einige konkrete Nucleophile an, und zwar solche die neutral sind, und solche, die anionisch sind. Woran erkennt man ein Elektrophil ganz allgemein? Geben Sie einige konkrete Elektrophile an, und zwar solche die neutral sind, und solche, die kationisch sind. Ist auch das Proton ein Elektrophil? Sind Alkohole, Amine und Thiole Elektrophile oder Nucleophile und warum? Nennen Sie die vier Hauptreaktionsarten der Organischen Chemie. Wozu zählt eine Tautomerie? Welche Tautomerie-Arten kennen Sie? Wovon hängt es ab, welches Konstitutionsisomer in einem Tautomerie-Gleichgewicht überwiegt? Was geschieht bei einer Hydrierung, was bei einer Hydratisierung? Welche von beiden Reaktionen hat den Charakter einer Reduktion? Formulieren Sie die Hydrierung von Brenztraubensäure. Welche beiden Produkte sind möglich? Was geschieht bei einer Deydrierung, was bei einer Dehydratisierung? Welche von beiden Reaktionen hat den Charakter einer Oxidation? Formulieren Sie die Dehydrierung von D- Milchsäure. Welches Produkt entsteht dabei? Welche Produkte entstehen nacheinander durch die Chlorierung von Methan (S R -Reaktion)?

8 Welche Produkte entstehen bei der Umsetzung von 2-Chlor-2-methylpropan mit Natriumhydroxid? Formulieren Sie die Bruttoreaktion (S N -Reaktion). Welche Produkte entstehen bei der Bromierung von Benzol (S E -Reaktion)? Formulieren Sie die Bruttoreaktion. Wie sind die folgenden Fälle von selektiven Parallelreaktionen definiert: Regioselektive Reaktion Diastereoselektive Reaktion Enantioselektive Reaktion Geben Sie alle möglichen Produkte an, die aus der Monobromierung von Phenol entstehen können (S E -Reaktion). Diese Reaktion ist regioselektiv. Welche der Produkte entstehen bevorzugt? Was ist dafür die strukturelle Ursache in Phenol? (Denken Sie an das Vorlesungsbeispiel des Schilddrüsenhormons Thyroxin T4, in dem die vier Iodatome nur an bestimmten Positionen sitzen.) Die Addition von Brom Br 2 an Cyclohexen ist eine diastereoselektive Reaktion. Geben Sie zunächst die Konstitution an, die dabei entsteht. Welche beiden Konfigurationen sind in den bedien möglichen Diastereomeren aufzufinden? Warum entsteht ausschließlich nur eins von beiden? Um welches handelt es sich? 8 Enantioselektive Reaktionen sind eine besonders für Enzyme typische Form der Selektivität. So kann aus Brenztraubensäure durch unterschiedliche Enzyme in einem reduzierenden Milieu entweder nur D-Milchsäure oder nur L-Milchsäure gebildet werden. Formulieren Sie beide Bruttoreaktionen. Enantioselektive Reaktionen sind im Labor ohne die Anwesenheit von Enzymen nicht leicht zu verwirklichen. Was sind Enzyme? Was in ihrer Struktur prädestiniert sie zur enantioselektiven Umsetzung von Substraten? Geben Sie eine Abstufung der Acidität folgender drei Carbonsäuren an: Propansäure, Brenztraubensäure, Milchsäure (Konfiguration egal). Begründen Sie Ihre Entscheidung. Formulieren Sie die Keto-Enol-Tautomerie an Acetylaceton (= Pentan-2,4-dion) Vorlesungsbeispiel! Weshalb überwiegt die Enolform deutlich? Welche zwei Effekte senken deren Energieinhalt gegenüber der Ketoform = Pentan-2,4-dion deutlich ab? Weshalb ist das bei Molekülen wie Aceton (Enolform aufschreiben) oder Brenztraubensäure (Enolform aufschreiben) gerade entgegengesetzt? (die phosphorylierte Enolform des Pyruvats ist eine wichtige, energiereiche Substanz, um endergone Reaktionen zu ermöglichen!). Formulieren Sie die Lactam-Lactim-Tautomerie am Beispiel von Uracil. Worin liegt die Analogie zur Keto-Enol-Tautomerie? In welchem Biopolymer spielen tautomere Formen von N-Heterocyclen eine Rolle für dessen Zusammenhalt?

9 9 2. Funktionelle Stoffklassen organischer Verbindungen und ausgewählte Naturstoffklassen Dazu einige exemplarische Hinweise: Was sollten Sie zu einer Stoffklasse wissen? Die Schwerpunktliste auf meiner homepage kann Ihnen als Wegweiser dienen. Namen + Formeln wichtiger Vertreter, das ist in einigen Fällen viel! (Bsp. R-COOH) Vorkommen, wichtige Naturstoffe, allg. Rolle in Stoffwechsel u. (ggf.) Ernährung Physikalisch-chemische Eigenschaften (hydrophil?, lipophil, acide?, basisch?) Reaktivität (redoxaktiv?, welche Hauptreaktionsart ist typisch?, welche Derivate) Zum Formelwissen gilt: Nutzen Sie zum Lernen Ihre Formelsammlung und das Lehrbuch. Schreiben Sie auf! Formeln, die in der Vorlesung an der Tafel (oft mehrfach) standen, gelten als wichtig. Nachfolgend finden Sie als Beispiel eine Frageliste zu ALKOHOLE und PHENOLE Beachten Sie dabei die Verzahnung mit anderen Stoffklassen und die ständig möglichen Bezüge auf Grundwissen aus der Allgemeinen Chemie. Schreiben Sie die allgemeine Formel eines Alkohols auf. Wie heißt die funktionelle Gruppe? Welche Eigenschaften gehen aus ihr hervor? Welches Atom ist dafür verantwortlich? Was hat im jeweiligen Paar den höheren Siedepunkt und warum: Ethanol oder Ethan Ethanol oder Diethylether Ethanol oder Ethylmercaptan Begründen Sie Ihre Entscheidung! Was versteht man unter einem einwertigen, zweiwertigen, dreiwertigen und sechswertigen Alkohol? Geben Sie je ein konkretes Beispiel an (Name und Formel). Was versteht man unter einem primären, sekundären und tertiären Alkohol? Geben Sie je ein konkretes Beispiel an (Name und Formel). Geben Sie im Vergleich dazu die Definition für ein primäres, sekundäres und tertiäres Amin an. Schreiben Sie auch dazu je ein Formelbeispiel auf. Wie würden Sie einordnen: Pyridin, Piperidin, Anilin? Wie ist die Abstufung der Nucleophilie zwischen: Ethylamin, Ethanthiol, Ethanol? Was versteht man im Unterschied zu Basizität unter Nucleophilie? Erklären Sie es an Ethylamin. Weshalb lösen sich Alkohole mit 5 oder mehr C-Atomen nicht mehr in Wasser auf? Was ist saurer (acider): Phenol oder Methanol? Erklären Sie die strukturelle Ursache. Geben Sie die Reihenfolge steigender Acidität an für: Essigsäure, n-propanol, Brenzkatechin Was entsteht bei der Oxidation von Methanol und was bei der von Ethanol? (Gleichungen) Wie ist das allgemeine Prinzip dabei, welche Stoffklasse entsteht aus welcher? Was entsteht bei der Oxidation von Isopropanol? (Gleichung) Wie ist das allgemeine Prinzip dabei, welche Stoffklasse entsteht hier aus welcher? Weshalb ist Methanol toxisch? Wo kann einem das persönlich gefährlich werden?

10 D- oder L-Milchsäure werden an ihrer alkoholischen Funktion oxidiert, was entsteht? (Gleichung) 10 Entwerfen Sie die Formel des kleinstmöglichen Alkohols, bei dem es ein Enantiomerenpaar gibt. Entwerfen Sie die Formeln der beiden kleinstmöglichen Alkohole, die sich wie Konstitutionsisomere verhalten. Brenztraubensäure wird an der Ketogruppe reduziert, was entsteht dabei? (Gleichung) Was versteht man unter einem Zuckeralkohol? Geben Sie ein Beispiel an. Würden Sie erwarten, dass bei dessen Oxidation zu CO 2 und H 2 O im Stoffwechsel Energie frei wird oder nicht? (also: Hat er Kalorien oder nicht?) Was unterscheidet einen Zuckeraustauschstoff, wie den von Ihnen angegebenen Zuckeralkohol, von einem Süßstoff? Geben Sie den Namen eines Süßstoffs an. Fette oder fette Öle sind Derivate eines Alkohols. Welcher ist das? Zu welcher Stoffklasse gehören Fette? Schreiben Sie ein konkretes Fett auf. Unterziehen Sie es einer Verseifung (Gleichung formulieren). Welcher dabei entstehende Stoff ist eine Seife und warum? Was wissen Sie über natürliche Fettsäuren (Beispiele dazu). Was bedeutet: essentielle Fettsäure? Welcher Stoff ist chiral: Glycerin, die Glycerinaldehyde? Schreiben Sie dazu Formeln auf. Wie ist der prinzipielle Aufbau eines Wachses? Zu welcher Stoffklasse gehört es? Was unterscheidet ein Wachs von einem Fett? Wo gibt es Wachse im Tierreich; im Pflanzenreich? Brenzkatechin, Resorcin, Hydrochinon sind zweiwertige Phenole. Schreiben Sie ihre Formeln auf. Wo ist die Anordnung der Substituenten para, wo meta, wo ortho? Welche beiden Vertreter sind als gute Reduktionsmittel redoxaktiv? Formulieren Sie ihre Oxidation. Wie nennt man die Stoffklasse, die dabei entsteht (und die wiederum leicht reduzierbar ist)? Alle Phenole haben eine bestimmte physiologische Wirkung, die man z.b. bei den Kresolen in Desinfektionsmitteln nutzt. Welche Wirkung ist das? Endiole sind starke Reduktionsmittel. Schreiben Sie das Endiol-Motiv auf. Ein bekanntes Vitamin enthält dieses Strukturelement. Wie heißt das Vitamin? Wodurch kann man es zu sich nehmen? Ist es ein fettlösliches oder ein wasserlösliches Vitamin? Wenn ein Endiol als Oxidationsschutz wirkt, dann wirkt es reduzierend. Es wird dann selbst oxidiert. Was entsteht dabei? Überlegen Sie sich das nach der klassischen Definition der Oxidation. Ein Endiol spielt eine Rolle bei der Tautomerie, die die Umwandlung von D-Glucose in D- Fructose ermöglicht. Formulieren Sie diese Umwandlung zwischen beiden Monosacchariden als doppelte Tautomerie. Wie kann man aus Ethanol zu Diethylether gelangen? Wie kann man aus Ethanol Essigsäureethylester herstellen? Die richtige Antwort beinhaltet eine Gleichgewichtsreaktion. Was könnte man tun (und nach welchem allgemeinen Prinzip?), um zu möglichst viel Carbonsäurester zu gelangen? Warum hat eine aus so wenig Atomen wie Glycerin aufgebaute Verbindung einen so hohen Siedepunkt und warum ist sie so viskos? Erklären Sie die strukturelle Ursache. Mit welcher jedem Atom des PSE zugeordneten elementaren Größe lassen sich, vom Atom ausgehend, sehr viele Eigenschaften funktioneller Gruppen und ganzer Moleküle erklären?