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2 Bibliografische Information der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Die Informationen in diesem Produkt werden ohne Rücksicht auf einen eventuellen Patentschutz veröffentlicht. Warennamen werden ohne Gewährleistung der freien Verwendbarkeit benutzt. Bei der Zusammenstellung von Texten und Abbildungen wurde mit größter Sorgfalt vorgegangen. Trotzdem können Fehler nicht vollständig ausgeschlossen werden. Verlag, Herausgeber und Autoren können für fehlerhafte Angaben und deren Folgen weder eine juristische Verantwortung noch irgendeine Haftung übernehmen. Für Verbesserungsvorschläge und Hinweise auf Fehler sind Verlag und Herausgeber dankbar. Alle Rechte vorbehalten, auch die der fotomechanischen Wiedergabe und der Speicherung in elektronischen Medien. Die gewerbliche Nutzung der in diesem Produkt gezeigten Modelle und Arbeiten ist nicht zulässig. Fast alle Produktbezeichnungen und weitere Stichworte und sonstige Angaben, die in diesem Buch verwendet werden, sind als eingetragene Marken geschützt. Da es nicht möglich ist, in allen Fällen zeitnah zu ermitteln, ob ein Markenschutz besteht, wird das -Symbol i. d. R. nicht verwendet. Es konnten nicht alle Rechteinhaber von Abbildungen ermittelt werden. Sollte dem Verlag gegenüber der Nachweis der Rechteinhaberschaft geführt werden, wird das branchenübliche Honorar nachträglich gezahlt ISBN (Print); (PDF) 2013 by Pearson Deutschland GmbH Martin Kollar Str , D München Alle Rechte vorbehalten A part of Pearson plc worldwide Lektorat: Kathrin Mönch, [email protected] Korrektorat: Manuela Kupfer, Marburg Covergestaltung und Titelbild: Thomas Arlt, [email protected]/carsten Schmuck Herstellung: Martha Kürzl-Harrison, [email protected] Satz: PTP-Berlin Protago-T E X-Production GmbH, Germany ( Druck und Weiterverarbeitung: GraphyCems, Villatuerta Printed in Spain

3 Inhaltsübersicht Kapitel 1 Chemische Bindung in organischen Verbindungen Kapitel 2 Funktionelle Gruppen und Stoffklassen. 31 Kapitel 3 Stereochemie: Die drei dimensionale Struktur organischer Verbindungen Kapitel 4 Reaktionen der Alkane Kapitel 5 Nucleophile Substitution Kapitel 6 Eliminierung Kapitel 7 Addition Kapitel 8 Elektrophile Substitution an aromatischen Verbindungen Kapitel 9 Reaktionen von Carbonylverbindungen 289 Kapitel 10 Reaktionen der Enolate und Enole ÜBERBLICK

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5 Kapitel 1 Chemische Bindung in organischen Verbindungen Was ist Organische Chemie? Das Besondere am Kohlenstoff Grundlagen der chemischen Bindung in organischen Verbindungen Die chemische Bindung im Methan Beschreibung des Methans mit delokalisierten Molekülorbitalen Beschreibung des Methans mit lokalisierten Hybridorbitalen Vergleich der beiden Bindungsmodelle Bindungstypen in organischen Verbindungen Einfachbindungen: sp 3 -Hybridorbitale Doppelbindungen: sp 2 -Hybridorbitale Dreifachbindungen: sp-hybridorbitale Kumulierte Doppelbindungen Zusammenfassung der Hybridisierungstypen Heteroatome und Hybridisierung Rotation um Bindungen Konjugierte π-systeme: Delokalisierte Elektronen Konjugierte Diene: 1,3-Butadien Beschreibung des Butadiens mit Resonanzformeln MO-Beschreibung des Butadiens Kapitel 2 Funktionelle Gruppen und Stoffklassen Kohlenwasserstoffe: Grundbausteine aller organischen Verbindungen Die homologe Reihe der linearen Alkane Verzweigte Kohlenwasserstoffe Konstitutionsisomere Alkane: Strukturisomerie Nomenklatur verzweigter Alkylreste Veränderung der Moleküleigenschaften durch polare Substituenten Polarität von Molekülen Zwischenmolekulare Kräfte und Aggregatzustände... 42

6 2.4.3 Löslichkeit und Mischbarkeit von Stoffen Veränderung der chemischen Eigenschaften durch Substituenten Funktionelle Gruppen und Stoffklassen Funktionelle Gruppen und chemische Reaktivität Die wichtigsten funktionellen Gruppen Ähnlichkeiten zwischen funktionellen Gruppen Systematische Nomenklatur organischer Verbindungen Kapitel 3 Stereochemie: Die drei dimensionale Struktur organischer Verbindungen Die Konformationen acyclischer Alkane Ethan Propan Butan Höhere Alkane Struktur von Alkenen: E/Z-Diastereomere Spiegelbildisomerie bzw. Enantiomerie Chirale Moleküle Eigenschaften chiraler Verbindungen Optische Aktivität Mischungen von Enantiomeren, Racemate Nomenklatur chiraler Verbindungen: Die absolute Konfiguration Verbindungen mit zwei oder mehr Stereozentren Diastereomere Meso-Formen Racematspaltung Cyclische Verbindungen Ringspannung Cyclopropan Cyclobutan und Cyclopentan Cyclohexan Einfach substituierte Cyclohexane Zweifach substituierte Cyclohexane: Diastereomere Konformativ fixierte Verbindungen Zusammenfassung: Isomeriearten Kapitel 4 Reaktionen der Alkane Vorkommen und Bedeutung der Alkane Eigenschaften der Alkane VIII

7 4.2.1 Physikalische Eigenschaften Übersicht über die chemischen Eigenschaften Allgemeines zum Ablauf chemischer Reaktionen Kinetik und Thermodynamik einer Reaktion Das Reaktionsenergiediagramm Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion Chlorierung von Methan: Eine einfache Reaktion Energiebilanz der Reaktion Mechanismus der Reaktion Technische Bedeutung der Methanchlorierung Das Methylradikal Halogenierung von Methan Halogenierung höherer Alkane: Selektivität von Radikalreaktionen Regioselektivität der Chlorierung Regioselektivität der Bromierung Stabilität von Alkylradikalen Product development control Hammond-Postulat Elektronische Substituenteneffekte Induktive Effekte Mesomere Effekte Hyperkonjugation Bromierung in Allylstellung Das Allylradikal Chemoselektive Bromierung Wohl-Ziegler-Bromierung Weitere synthetisch wichtige radikalische Substitutionsreaktionen Chlorierung mit Sulfurylchlorid Sulfochlorierung Kapitel 5 Nucleophile Substitution Halogenalkane Grundlegendes zu polaren Reaktionen Die nucleophile Substitution Der Mechanismus der S N 2-Reaktion Allgemeine Merkmale Der Rückseitenangriff bei der S N 2-Reaktion Stereochemischer Verlauf der S N 2-Reaktion: Inversion der Konfiguration IX

8 5.5 Relative Reaktionsgeschwindigkeiten bei der S N 2-Reaktion Die Qualität von Abgangsgruppen Die Reaktivität des Nucleophils: Basizität und Polarisierbarkeit Einfluss des Lösemittels auf die Nucleophilie Die Substratstruktur Der Mechanismus der S N 1-Reaktion Allgemeine Merkmale Struktur und Stabilität von Carbeniumionen Stereochemischer Verlauf der S N 1-Reaktion: Racemisierung Relative Reaktionsgeschwindigkeiten bei S N 1-Reaktionen Umlagerung von Carbeniumionen bei S N 1-Reaktionen Vergleich zwischen S N 1- und S N 2-Reaktion Kapitel 6 Eliminierung Eliminierung als Konkurrenz zur Substitution Grundlegendes zum Mechanismus der Eliminierung Die baseninduzierte E2-Eliminierung Der Mechanismus der Reaktion Stereochemischer Verlauf der E2-Eliminierung Regioselektivität der E2-Reaktion: Die Saytzeff-Regel Diastereoselektivität der E2-Reaktion Relative Reaktionsgeschwindigkeiten bei der E2-Reaktion Die E1-Eliminierung Der Mechanismus der E1-Reaktion Relative Reaktionsgeschwindigkeiten bei der E1-Reaktion Regioselektivität der E1-Reaktion Umlagerungen bei E1-Reaktionen Die E1cb-Reaktion Vergleich zwischen E1-, E2- und E1cb-Reaktion Chemoselektivität: Konkurrenz zwischen Eliminierung und Substitution Thermisch induzierte syn-eliminierungen Eliminierung von X,Y Darstellung von Alkinen X

9 Kapitel 7 Addition Addition als Umkehrung der Eliminierung Vorkommen und physikalische Eigenschaften der Alkene Chemische Eigenschaften von Alkenen Energiebilanz der Additionsreaktion Elektrophile Addition von Halogenwasserstoffen: Hydrohalogenierung Der Mechanismus der Reaktion Relative Geschwindigkeiten der elektrophilen Addition Regioselektivität: Markovnikov-Addition Stereochemie der elektrophilen Addition von HX Umlagerungen bei der elektrophilen Addition HX-Addition an 1,3-Diene Zusammenfassung der HX-Addition an Alkene Addition von Halogen X Mechanismus der Reaktion Das Bromoniumion Stereochemie der X 2 -Addition: anti-addition Angriff anderer Nucleophile: Halogenhydrinbildung Wasseraddition an Alkene: Darstellung von Alkoholen Säurekatalysierte Wasseraddition Oxymercurierung/Reduktion Hydroborierung/Oxidation Katalytische Hydrierung Addition freier Radikale an Alkene Radikalische Addition von HBr Radikalische Polymerisation Dihydroxylierung von Doppelbindungen: 1,2-Diole Epoxidierung und Darstellung von trans-1,2-diolen Darstellung von syn-1,2-diolen Oxidative Spaltung von C=C-Bindungen: Ozonolyse Additionen an Alkine Kapitel 8 Elektrophile Substitution an aromatischen Verbindungen Benzen Bindungsverhältnisse im Benzen MO-Beschreibung des Benzens Die besondere aromatische Stabilität von Benzen XI

10 8.2 Die Bromierung von Benzen: Eine elektrophile aromatische Substitution Zweitsubstitution am Aromaten Anisol: Ein elektronenreicher, aktivierter Aromat Nitrobenzen: Ein elektronenarmer, deaktivierter Aromat Substituenteneffekte bei der S E Ar-Reaktion Präparativ wichtige elektrophile Substitutionsreaktionen Halogenierung Nitrierung Sulfonierung Friedel-Crafts-Alkylierung Friedel-Crafts-Acylierung S E Ar-Reaktion an mehrfach substituierten Aromaten Diazotierung Darstellung von Diazoniumsalzen Darstellung von Phenolen aus Diazoniumsalzen Ersatz der Diazoniumgruppe durch andere funktionelle Gruppen: Sandmeyer-Reaktion Azokupplung Kapitel 9 Reaktionen von Carbonylverbindungen Vorkommen und Bedeutung von Carbonylverbindungen Einteilung von Carbonylverbindungen Aldehyde und Ketone Carbonsäuren und Carbonsäurederivate Kohlensäurederivate Redoxreaktionen an Carbonylverbindungen Die Carbonylgruppe Struktur und Bindungsverhältnisse Ein vereinfachtes MO-Modell von Methanal Reaktivität von Carbonylverbindungen Angriff eines Nucleophils Angriff eines Elektrophils Stabilität der tetraedrischen Zwischenstufen: Addition oder Substitution? Addition von Nucleophilen an die Carbonylgruppe von Aldehyden und Ketonen Reaktion mit Wasser: Bildung von Hydraten Reaktion mit Alkoholen: Bildung von Halbacetalen und Acetalen XII

11 9.5.3 Reaktion mit Aminen: Bildung von Iminen und Enaminen Reaktion mit Hydriden und metallorganischen Verbindungen: Reduktion der Carbonylgruppe Reaktionen von Nucleophilen mit Carbonsäurederivaten: Die Acylsubstitution Relative Reaktivität der Carbonsäurederivate Carbonsäurechloride Carbonsäureester Carbonsäureamide Reduktion von Carbonsäurederivaten mit Metallhydriden und metallorganischen Verbindungen Kapitel 10 Reaktionen der Enolate und Enole Erhöhung der α-ch-acidität: Angriff einer Base Das Keto-Enol-Gleichgewicht Acidität von Carbonylverbindungen Reaktionen von Enolaten und Enolen mit Halogenen Alkylierung von Enolaten und Enolethern Reaktion von Enolaten und Enolen mit Carbonylverbindungen: Kondensationsreaktionen Die Aldolreaktion Die Claisen-Kondensation Die Mannich-Reaktion α,β-ungesättigte Carbonylverbindungen: Die Michael-Addition 359 Index XIII

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13 Copyright Daten, Texte, Design und Grafiken dieses ebooks, sowie die eventuell angebotenen ebook-zusatzdaten sind urheberrechtlich geschützt. Dieses ebook stellen wir lediglich als persönliche Einzelplatz-Lizenz zur Verfügung! Jede andere Verwendung dieses ebooks oder zugehöriger Materialien und Informationen, einschließlich der Reproduktion, der Weitergabe, des Weitervertriebs, der Platzierung im Internet, in Intranets, in Extranets, der Veränderung, des Weiterverkaufs und der Veröffentlichung bedarf der schriftlichen Genehmigung des Verlags. Insbesondere ist die Entfernung oder Änderung des vom Verlag vergebenen Passwortschutzes ausdrücklich untersagt! Bei Fragen zu diesem Thema wenden Sie sich bitte an: Zusatzdaten Möglicherweise liegt dem gedruckten Buch eine CD-ROM mit Zusatzdaten bei. Die Zurverfügungstellung dieser Daten auf unseren Websites ist eine freiwillige Leistung des Verlags. Der Rechtsweg ist ausgeschlossen. Hinweis Dieses und viele weitere ebooks können Sie rund um die Uhr und legal auf unserer Website herunterladen: