Klausur zur Vorlesung Bioorganische Chemie für Studenten der Biologie, der Bioinformatik, Lehramt (L2) und ebenfächer ( 05.07.2012, 8 10 Uhr ) Erreichbare Punkte: max. 100 Prof. Dr. J. Engels / Dr. Th. Russ ame:... Vorname:... Matrikel-r.:... Studiengang:... Semester:... Unterschrift:...MUSTERLÖSUG... Schreiben Sie bitte deutlich; unleserliche Antworten können nicht berücksichtigt werden! Begründen Sie (wenn erforderlich) Ihre Aussagen stichwortartig. I. Aufgabe Formelsprache, omenklatur, Isomerie ( max. 18 Punkte ) 1. Zeichnen Sie alle konstitutionsisomeren Alkanole mit der Summenformel C 4 10 und benennen Sie die diese nach der systematischen (IUPAC - ) omenklatur ( 4 P. ) (1-)Butanol 2-Butanol 2-Methyl-1-propanol 2-Methyl-2-propanol 2. Zeichnen Sie die Strukturformeln der folgenden Verbindungen. (a) 3-Ethyl-2-methyl-pentan-1-ol ( 1 P. ) S 3 (b) 4-Amino-benzolsulfonsäure ( 1 P. ) (c) (2S, 3R)-2-om-3-chlor-butandisäure C (e) (1E, 3Z)-1-om-4-chlor-buta-1,3-dien S E 2 C R Z 1
3. Zeichnen Sie zu den folgenden Strukturen jeweils das angegebene Isomer: (a) Ein offenkettiges Konstitutionsisomer von: z.b. 2 π - Bindungen...! (b) Das Enantiomer von: oder... (c) Ein Diastereomer von: z.b. mind. 1 Zentrum, aber nicht alle gespiegelt!... (d) Das geometrische Isomer (E- / Z-Isomer) von: C 2 C C 2 Z C C 2 oder C... Z aber : nicht über die Doppelbindung vertauscht = Konstitutionsisomer! - Welche Konfiguration (E- / Z-) liegt gemäß CIP-Regeln in Ihrem Isomer vor? ( Z ) 2
II. Aufgabe Reaktionen der Alkane, Alkylverbindungen und Alkene ( max. 26 P. ) Reaktionen der Alkane 1. Welches auptprodukt ist jeweils bei der radikalischen Substitution ( S R ) ( 4 P. ) von Isobutan (a) mit 2 und (b) mit 2 zu erwarten (nur Mono-Substitution)? ( prim. ) ( a ) ( b ) 2, hν 2, hν ( tert. ) Reaktionen der Alkylverbindungen 1. ucleophile Substitution (S ) (a) Bei der Umsetzung von (-) Menthol ( 1 ) mit konz. Salzsäure bei Raumtemperatur erhielt man zwei diastereomere Substitutionsprodukte. Welche? ( 4 P. ) ( 1 ) konz. 20 C...... mehr! ( Inversion ) ( Retention ) (b) Welches Aussage zum Reaktionsmechanismus (S 1 / S 2) können Sie treffen, wenn eines der beiden Produkte (- welches? ) z.b. im Verhältnis 75:25 überwiegt? ( 1 P. ) gemischter Mechanismus: S 1 und S 2 laufen nebeneinander ab 2. Eliminierung (E) (a) Welche Eliminierungsprodukte sind beim Erhitzen von 2-Chlor-2-methylbutan mit atriummethanolat (Base) zu erwarten? ( 4 P. ) ( 1 ) ac 3 ( Base ) 70 C...... Saytzev ofmann (b) Kennzeichnen Sie das auptprodukt und das ebenprodukt. Welches entspricht der ofmann- und welches der Saytzev-rientierung? ( 1 P. ) 3
Reaktionen von Alkenen und Dienen Elektrophile Addition 1. Zeichnen Sie jeweils das Produkt (a) der 1,2-Addition und (b) der 1,4-Addition ( 4 P. ) von omwasserstoff an 1,3-Butadien.... ( a ) ( b )... 1,2 - Addition 1,4 - Addition ( hier nicht eingezeichnet! ) 2. Zeichnen und kennzeichnen Sie das "Markovnikov-" und das "anti-markovnikov-" ( 4 P. ) Produkt bei der ydratisierung von 3-Menthen ( ohne Stereoisomere ). Doppelbindung C 2 - C 3 2 S 4 / 2 ( 1 ) ( A E )...... Markovnikov anti - M. 3. Diels-Alder-Reaktion Zeichnen Sie das "endo-" Produkt der Diels-Alder-Reaktion ( 4 P. ) [ 4 2 ] ( endo! ) ur Konstitution: 2 Punkte 4
III. Aufgabe Aromaten (max. 20 Punkte) 1. Elektrophile aromatische Substitution (a) Formulieren Sie die Bildung des eigentlichen Elektrophils bei itrierungen mit "itriersäure" ( 2 S 4 / 3 ). 3 2 S 4 2 2 S 4 ( auch gerne mit Lewis Formeln... ) (b) Zeichnen Sie alle mesomeren Grenzstrukturen des intermediären σ Komplexes ( 6 P. ) bei der itrierung von Benzoesäure (S E arom.). C C C ( meta! ) 2 2 2 (c) Welches autprodukt ist bei der Reaktion zu erwarten und warum dieses? Carboxylgruppe : M Substituent (elektronenziehend) meta dirigierend. ( positive Ladung im σ - Komplex fällt nicht mit M Gruppe zusammen ) 2. Mehrfachsubstitution Welche(s) Substitutionsprodukt(e) erhält man bei den folgenden Reaktionen? (ur einmalige Reaktion berücksichtigen). C 3 C 3 C 3 (a) 2 Fe 3 C 3 C 3 C 3 ( auptprodukt ) (b) C C 2 S 4 / S 3 nur meta! C 3 S C (c) Al 3 intramolekulare Friedel-Crafts- Acylierung 5
3. ucleophile aromatische Substitution Zeichnen Sie das farbige Endprodukt bei der Umsetzung von ( 1 ) mit ( 2 ) und nachfolgender ydrolyse (z.b. durch längeres Erhitzen mit 6 M ). ( 4 P.) 2 F 2 R2 - F / 2 ( ydrolyse ) 2 R1 ( 1. ) ( 2. ) ( 1 ) ( 2 ) 2 2 R1 2 ( ) R2 ( DP - Aminosäure ) IV. Aufgabe Carbonylverbindungen (max. 16 P. ) 1. Redox-Reaktionen, xidationsreihe Käuflicher Formaldehyd enthält oft Spuren seines Reduktions- und xidationsprodukts. Zeichnen und benennen Sie diese: ( 4 P. ) ( a ) ( b ) Reduktion xidation [ C 2 2 ] [ ]...... Methanol Methansäure (Ameisensäure) 2. Keto-Enol-Tautomerie Zeichnen Sie die Enol-Form von Malondialdehyd (Propandial) und geben Sie 2 Faktoren an, die hier die Enolform stabilisieren. = - konjugierte Doppelbindungen - - ücke 6
2. ucleophile Addition Geben Sie jeweils die Strukturformel und den amen oder die Stoffklasse der Reaktions - produkte an. (a) 2 a ydrat auch: Benzaldehyd K (b) ( ) ( - 2 ) Acetal / Ketal (c) 2 ( p 5-7 ) ( - 2 ) Imin ( E- / Z-) (d) ( p 5-7 ) 2 ( - 2 ) xim ( E- / Z- ) (e) a ( Base ) bzw. 2 Aldol α,β - ungesätt. Keton 7
V. Aufgabe Carbonsäurederivate (max. 10 P. ) 1. Vervollständigen Sie die Reaktionsgleichung ( Bitte Formeln und amen bzw. Stoffklasse der Produkte angeben): (a) 2 C C (Di-)Carbonsäure (Phthalsäure) (b) C C Ester (ASS) auch: gemischtes Anhydrid bzw. Ester gem. Anhydrid möglich (c) C 3 80 C ( C 3 ) Lacton ( cycl. Ester ) (d) a 2 6-Aminohexansäure (ε - Aminocapronsäure) (e) 3 C C 3 ac 3 C 3 C 3 β-ketoester 2-xo-cyclohexancarbonsäuremethylester 8
VI. Aufgabe aturstoffe und bekannte Chemikalien ( max. 10 P. ) rdnen Sie den amen aus der Liste die entsprechenden Formeln aus der Abbildung zu (bitte ummern eindeutig erkennbar an die Formeln schreiben). (1) Paracetamol (11) Cytosin (2) L-Asparagin (12) Carvon (3) Adenin (13) Estron (4) Anilin (14) Vitamin C (5) β-d-2-desoxyribofuranose (15) β-d-galactopyranose (6) Pikrinsäure (16) Testosteron (7) TCDD, Dioxin (17) meso-weinsäure (8) L-Glutaminsäure (18) aphthalin (9) L-Threonin (19) Coffein (10) Guanin (20) Maleinsäureanhydrid 2 4 3 C C 3 C 3 19 8 C 2 2 10 15 2 2 2 C 3 13 20 2 7 5 11 18 C 3 1 17 2 3 2 2 2 6 16 12 2 9 14 9