Chemie 12/1

1) Geschichtliches Altertum:Feuer, Wasser, Erde, Luft -> 4 ElementeMittelalter:Mineralchemie:– Man Experimentierte vorrängig mit Mineralien.– Falls man einen Versuch nich t rational erklären konnte, brachte man ihn in Verbindung mit

Religion & Mystik (Bsp: Sublimation von Iod).– Die bekannten Elemente wurden Planeten zugeordnet– Glaube: Einfluss des Geistes auf Reaktionen– Beispiel: Liebestränke– Alchimisten versuchten Gold herzustellen und suchten nach dem Stein der Weisen17.- 18. Jahrhundert:– Tier- und Pflanzenkörper werden untersucht– Mit Kohlenhydraten, Eiweißen, Fetten gelangen nur Analysen, keine Synthesen

--> Folgerung: „vis vitalis“ haust in Lebewesen, nur damit gelingen Synthesen– Vertreter dieser Theorie bis 1847: „Borzelius“ ( Chemie-Papst)1777: Bergmann unterteilte in organische und anorgansiche Chemie, weil er glaubte, dass in Lebewesen andere Prozesse ablaufen.1828: Wöhler konnte synthetisch Harnstoff herstellen aus Ammoniumcyanat durch Erhitzung. [formel]1847: Abschaffung der Vitaltheorie --> Genauere Unterteilung zwischen organisch und anorganisch nötig.--> Organische Chemie wird zur Chemie der Kohlenstoffverbindungen.

Organische Chemie Anorganische Chemie

Alle C-Verbindungen mit H2, O2, N2, P, S, Halogene bis auf:

CO, CO2, H2CO3, CO32-, Graphit, Diamant,

Metallcarbide

Chemie der anderen 109 Elemente

2. Das C-Atom 2.1.Atombau • Ordnungszahl 6• Atommasse 12• 4. Gruppe: --> 4 Valenzelektronen• 2. Periode --> 2 Schalen

K2, L4

(2 auf der K-Schale und 4 auf der L-Schale)1s2 2s2 2p2

2.2.Bindungsverhalten Das Element muss eine hohe Elektronenaffinität haben damit C 4 Elektronen abgibt bzw. Es muss eine niedrige Elektronenaffinität haben damit C 4 Elektronen aufnimmt.(Die Elektronenaffinität ist bestimmbar über Elektronenegativität)Elektronegativität nimmt von F bis Cs ab (oben-unten und rechts-links)EN von C: 2,5Bei EN1,8 sind Ionen bildbar

Bei EN1,8 sind keine Ionen bildbarFrage: Mit welchen Elementen bildet C Ionen?a) Reaktion mit FlourEN F−EN C=4,0−2,5=1,5

b) ENC−EN Cs=2,5−0,7=1,8

--> Wahrscheinlichkeit der Ionenbildung liegt bei 47%--> Kohlentoff geht keine Ionenbindungen ein, und kann somit nur kovalente bzw. Atombindungen ausbilden.Kohlenstoff sit streng 4-Bindig/Wertig3) Grundgerüste organischer Verbindungen Aliphatische VerbindungenArten: Ketten (acyclisch) und Ringe (cyclisch)a) acyclische Verbindungenunverzweigte Ketten | | | | | | |- C – C – C – C – C – C – C - | | | | | | |verzweigte Ketten | | | |- C – C – C - C - | | | | -C- -C- | |unverzweigte Kette mit C=C\ | | / C=C-C=C/ \verzweigte Ketten mit C=C | | | /-C-C-C=C | | \ -C- |unverzweigte Ketten mit C≡C | | -C- C≡C -C- | |

verzweigte Ketten mit C≡C | | |-C- C≡C -C-C- | | | -C- |

b) cyclische VerbindungenEinfachbindungen:

(C-Atome immer an den Ecken)Es gibt keine 3-Ringe, da da de Winkelspannung zu groß wäre und diese zu Ketten aufbrechen würden.Doppelbindung:

Dreifachbindungen:

3.2.Aromatische Verbindung 1. Muss cyclisch sein2. Im Ring immer Wechsel Einfach-/Doppelbindungen3. Zahl der Doppelbindungen muss 3, 5 oder 7 seina) Homoaromaten

Benzol Naphthalin

b) Heteroaromaten

Pyridin

4.)Charakteristische Eigenschaften organsicher Verbindungen 4.1.Zersetzbarkeit a) Hitze[V] Weißer, kristallisierter Feststoff wird erhizt (Zucker)[B] siedet und wird schwarzAlle organsichen Stoffe sind durch Hitze zersetzbar. Die Reaktion ist irreversibelb) Chemikalien[V] Zucker + dest. Wasser + Konz. Schwefelsäure[B] Langsam ablaufende Reaktion, Zucker wird schwarz, CO2 entsteht und bläht das Zuckergebilde auf--> Chemikalien zersetzen organische Verbindugen4.2.Löslichkeit [V] Glycerin + Wasser[B] Zuerst Trennschicht zwischen den beiden Stoffen, auch nach Schütteln bildet sich diese wieder aus.--> Alle organischen Verbindungen sind in polaren Lösungsmittelnnicht löslich4.3.Brennbarkeit Alle Organischen Verbindungen sind brennbar4.4.Geruch komplette Bandbreite von stinken bis aromatischBeispiele: Buttersäure, Essigsäureethylen4.5.Schmelzpunkt Wegen der kovalenten Bindungen sind die Schmelzpunkte relativ niedrig4.6.Reaktionsgeschwindigkeit Wegen fehlen der Ionen laufen die Reaktionen langsam ab4.7.Leitfähigkeit Nein, da keine Ionen vorhanden

5. Einführung is die Orbitallehre 5.1.Energiestufen Gesamtenergie eines Elektrons: EGes=EKinE Pot

Elektronen auf der inneren Schale haben eine hohe kinetische Energie (aufgrund der Anziehung des Kerns) aber eine niedrige potentielle. Die Elektronen auf der äußersten Schale haben eine hohe Potentielle Energie, aber eine niedrige kinetische, und sind somit am Energiereichsten.Wird einem Atom Energie zugeführt springen die Elektronen auf eine höhere Schale. Wird die Energiezufuhr unterbrochen, so fallen sie wieder auf die ursprüngliche Schale zurück und geben Licht ab.

N

Bohrsche Atommodell war falsch --> OrbitaltheorieK² --> 1s²L8 --> 2s²; 2p6

M18 --> 3s²; 3p6; 3d10

N32 --> 4s²; 4p6; 4d10; 4f14

O50 --> 5s²; 5p6; 5d10

Weil der Energieinhalt nicht stimmt, kommt das Elektron bei Kalium statt auf 3d auf eine höherliegende Schale, 4s.5.2.Heisenberg'sche Unschärferelation Es is unmöglich, Ort und Geschwindigkeit eines sich bewegenden Elektrons gleichzeituig zu bestimmen.– Man kann nur die Wahrscheinlichkeit des Aufhaltens bestimmen.– Orbitale sind Aufenthaltswahrscheinlichkeitsräume5.3.„Form“ der Orbitale S-Orbiale:

y

z

x

p-Orbitale:

px-Orbitale

y

z

x

y

z

x

py-Orbitale

pz-Orbitale5.4.Pauli-Prinzip In einem Orbital haben maximal 2 Elektronen Platz

He: 1s²5.5.Hund'sche Regel Alle Orbitale werden zunächst einfach besetzt5.6.Ausbildung kovalenter Bindungen

+ --->

H(1s1) H(1s1) ÜberlappungsraumH2 (1s²)

Atomorbital Molekülorbital

[Orbitalmodell von H2O]

Je weiter sich die Prbitale überlappen, desto stärker ist dei Bindung5.7.Sigma-BIndung Koaxiala)

+ -->

back lope

z

x

y

x

y

z

b)

+ -->

6. Grundzustand des C-Atoms Den Zustand des Atoms, wenn keine äußeren Einflüsse einwirken --> Grundzustand1s², 2s², 2p²

E

2px 2py 2pz

2s² 1s²

R (Reaktionskoordinate := Zeit)Grundzustand des C

Problem: C ist nur 2-bindig auf dem Papier, in Versuchen allerdings 4-bindig--> Spinentkoppeling im 2s-Orbital, ein Elektron dreht bei Energiezufuhr (Aktivierungsenergie) seinen Spin um und wird in das freie 2pz Orbital gehoben. Promotion: Man hebt etwas an --> Elektron in höhere Schale

2px 2py 2pz

2s² 1s²

angeregter Zustand

s-p3-Hybridisierung

q1 q2 q3 q4 <- Hybridorbitale

1s²

Hybrid/Valenz – Zustand

Promotionsenergie = Anhebungsenergie

Alle 4 Bindungselektronen sind Energiegleich--> Energetische Durchmischung:p-Elektrinen geben ab, s-Elektronen nehmen auf

Form der Hybridorbitale

+ + +

s-Orbitale p-Orbitale

4sp3-Hybridorbitaleq-Orbitale

Winkel im Tetraeder: 109,7°Die 4 q-Orbitale bilden einen Tetraeder7. Aliphatische, acyclische Kohlenstoffverbindungen 7.1.Gesättigte Kohlenwasserstoffe = Alkane ( = Paraffine) gesättigte Kohlenwasserstoffe tragen immer AN als Endung7.1.1.Homologe Reihe Haltstrukturformel: Bsp CH3 – CH2 – CH3

CH4 Methan

CH3 – CH3 Ethan

CH3 – CH2 – CH3 Propan

CH3 – CH2 – CH2 – CH3 Butan

- CH2 – Gruppe: MethylengruppeAngehörige einer Reihe von Verbindungen, die sich nur durch dne Mehrgehalt einer Methylengruppe unterscheiden nennt man homolog, sie bilden eine homologe ReiheCH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 Pentan

C6H14 Hexan

C7H16 Heptan

C8H18 Oktan

C9H20 Nonan

C10H22 Dekan

Allgemeine Strukturformel:CnH2n+2

7.1.2.Nomenklatur

Radikale = AlkylresteCH3 Methylrest („an“ wird druch „hyl“ ersetzt)

Gruppierungen innerhalb eines Moleküls

CH3 CH3

CH3 CH2 CH C CH3

CH3

8. Isomerie Def.: Isomere Verbidungen:– Bindungen identisch– gleiche Art– selbe Summenformel– gleiche Anzahl– selbe MasseAber: Unterscheiden sich in mindestens einer phyiskalischen Eigenschaft

Konstitutionsisomere:

C – C – C – C C – C – C | C

Nur die Art, wie die C-Atome aneinandergehängt werden, ist unterschiedlichKonformationsisomere:Ergeben sich durch die Dregund der Molekülteile um die C – C VerbindungsgruppeKonfigurationsisomere:Verhalten sich zwei isomere Verbindungen wie Bild und Spiegelbild, so heißen sie Konfigurationsisomere8.1.Konstitutionsisomere CH3 – CH2 – CH2 – CH3

Normales Butann-Butan

CH3 – CH – CH3

| CH3

Iso-Butani-Butan

n-Pentan:CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3

Iso-Pentane:

CH3 – CH – CH2 – CH3

|

MethylgruppePrimäres C-Atom

MethylengruppeSekundäres C-Atom

Methingruppetertiäres C-Atom

quartäres C-Atom

CH3

CH3

|CH3 – C – CH3

| CH3

8.2.Genfer-IUPAC-Nomenklatur International Union of pure and applied Chemistry

Nomenklaturregeln: C | C |

C – C – C – C – C – C – C – C | C | C | C

Regel 1: Man sucht die längste Kette, egal ob geknickt oder geradeRegel 2: ;am scjait macj der moedrogstem Zahö an einem Verzweigungspunkt, und wählt je nach dem die KetteRegel 3: Verzweigungen benennen, Bsp: Diethyl (Anzahl der Ketten + Name)Regel 4: Schauen an welchem C-Atom die Ketten hängenRegel 5: Gruppennamen alphabetisch ordnenRegel 6: An einer Verzweigung darf nie noch ein sitzen

4,4 – DiethylnonanC – C – C – C

| C

2- MethylbutanC

| C - C – C

|C

2,2-Dimethylpropan C | C |

C – C – C – C – C – C – C – C | | C C – C | C – C |

C4,4-Diethyl-2,3,5-trimethylnonan

C C | |C – C – C – C – C – C

| C

| C3-Ethyl-2,3-dimethylhexan C |

C C | |

C – C – C – C – C – C – C | C | C | C | C – C | C

7-Ethyl-2,6-dimethyl-6-prophylnonan (Quersumme 21)3 – Ethyl-4,8-dimethyl-4-prophylnonan (Quersumme 19, somit richtig da kleiner)+

Protokoll vom 14.10.05Protokollant: Max-Josef KellFehlende Kollegiaten: -Abgefragte Kollegiaten: Zech Sebastian, Purrucker LisaStoff der Abfrage: Genfer-IUPAC-NomenklaturStoff der Stunde: Konstitutionsisomere

Übungen: C C | |C – C – C – C – C – C – C | | | C C C

| C

| C

6-Ethyl-2,2,4-trimethylnonanC |

C C C | | |C – C – C – C – C – C – C – C | | | C C C

| | C C

4,6-Diethyl-2,2,6-trimethyldekan

C C | |

C C C | | |C – C – C – C – C – C – C – C | | | C C C

| C

| C

5-Ethyl-2,2,4-trimethyl-6-propyldekan

C C | |

C – C – C – C – C – C | | | C C C | | C C |

C

3-Ethyl-4,5-dimethyl-4-propylheptan

Konstitutionsisomere: Hexane

1) n – Hexan

C – C – C – C – C – C2) 2-Methylpentan

C – C – C – C – C | C

3) 3-MethylpentanC – C – C – C – C | C

4) 2,2-Dimethylbutan C |C – C – C – C |

C5) 2,3-Dimethylbutan

C |C – C – C – C

| C

Konstitutionsisomere: Heptane1) n-Heptan

C – C – C – C – C – C – C2) 2-Methylhexan

C – C – C – C – C – C | C

3) 3-MethylhexanC – C – C – C – C – C | C

4) 3-MethylpentanC – C – C – C – C |

C | C

5) 2,3-DimethylpentanC – C – C – C – C | | C C

6) 3,3-Dimethylpentan C |

C – C – C – C – C |

C7) 2,4-Dimethylpentan

C – C – C – C – C | |C C

8) 2,2-Dimethylpentan C |C – C – C – C – C | C

9) 2,2,3-Trimethylbutan C C | |C – C – C – C | C

Bennenung substituierter KohlenwasserstoffeSubstituierte KW:Ein oder mehrere Wasserstoffatome ersetzt durch FremdatomeBeispiel:CH3 – CH – CH3 --> Substituition (-H/+Cl) CH3 – CH – CH3

| | H ∣Cl∣

(Propan) ^Substituent Benennungsregel:Substituenten werden wie Nebengruppen behandelt--> 2-ChlorpropanCH3 – CH – CH3 CH3 – CH – CH3 CH2 – CH2 – CH3

| | | CH3 ∣Cl∣ ∣Cl∣(2-)Methylpropan 2-Chlorpropan 1-Chlorpropan

Übungsbeispiele:C5H11Bra)CH2Br – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 1-BrompentanCH3 – CHBr – CH2 – CH2 – CH3 2-BrompentanCH3 - CH2 – CHBr – CH2 – CH3 3-Brompentanb)C – C – C – C | |Br C

Br |C – C – C – C 1-Brom-2-methylbutan | C

Br |C – C – C – C 2-Brom-2-methylbutan | CNur bei gleicher Quersumme kommen die Alkylreste vorne hin.

Halbstrukturformel:CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH3

| CH2Cl

1-Chlor-2-ethylbutan

CH2Cl – CH2 - CBr2 - CH - CH2 – CH3

| CH3

3,3-Dibrom-1-chlor-4-methylhexan

Aufgabe: Finde die am meisten verzweigten C6H14 Isomere und schreibe alle Möglichkeiten, ein Br-Atom hinzuhängen auf!a)1)CH2Br – CH – CH – CH3

| | CH3 CH3

2) Br

|CH3 – C – CH – CH3

| | CH3 CH3

b)1) CH3

|CH2 – C – CH2 – CH3

| | Br CH3

2) CH3

|CH2 – C – CH2 – CH3

| | CH3 Br

3) CH3

|CH2 – C – CH2 – CH3

| | CH3 Br

Alkane:– Keine Doppelbindungen: --> gesättigte KohlenwasserstoffeAlkane: MethanHerstellung von Methan im Labor:a) Aus AluminiumcarbidAl4C3 + 12 H2O --> 4 Al(OH)3 + CH4

^heißer Wasserdampfb) aus Natriumacetatorganische Salze | O | | O | || ||CH3 – C −O - H --> CH3 – C - O |(-) Na(+) + NaOH --> CH4↑ + Na2CO3

Essigsäure NatriumacetatVerbrennungsgleichung:CH4 + 2 O2 --> CO2 + 2 H2O + EGroßtechnische Herstellung von Methana) aus ElementenC + H2 --> CH4↑Temperatur: 200°C; Katalysatoren: Ni od. Ptb) aus WassergasCO + H2 --> CH4 ↑ + H2ONatürliches Vorkommen:– Erdöl gewinnung– Bei allen Prozessen wenn pflanzliches Material unter Luftausschluss durch Bakterien zersetzt

werden, entsteht MethanVerwendung von Methan:a) als Heizgasb) Wasserstoffherstellung

Verhalten der KW gegenüber Halogenen[V] Br2: braun + flüssiges AlkanDurchsichtige Glasschale, in die das Hexan reinkommt und das Br2 hinzugetröpfelt wirdNach kurzem Warten & Lichteinfluss– farblos– Gas entwickelt sichGas wird in Silbernitrat (1) und in eine Schale mit Lackmus geleitet (2).

(1) gelber Niederschlag --> AgBr(2) rote Färbung --> Sauer

Erklärung: Nur Br2 ist braun.Trennung von Br2 in Atome/Ionen durch Licht

Was ist passiert? H H | |H – C – H + | Br - Br | --> H – C - Br | + H - Br | | | H H

Substitutionsprodukt

Substitution, LichtAgNO3 + Hbr --> AgBr↓ + HNO3

^unlöslich, gelbKonzentrationserhöhung:1) H H | |H – C - Br | + | Br - Br | ----> H – C - Br | + H- Br | | |

H |Br|2) H H | |H – C - Br | + | Br - Br | ----> | Br – C - Br | + H- Br | | | |Br| |Br|3) H ∣Br∣ | || Br – C - Br | + | Br - Br | ----> | Br – C - Br | + H- Br | | | |Br| |Br|Bennennung der Substituionsprodukte

Formel Genfer Nomenklatur Trivialname

CH3-Cl Chlormethan Methylchlorid

CH2-Cl2 Dichlormethan Methylenchlorid

CH-Cl3 Trichlormethan Methinchlorid/Chloroform

CCl4 Tetrachlormethan Tetrachlorkohlenstoff: „Tetra“

(Lösungsmittel)

Reaktionsmechanismus: Schritt-für-Schritt BeschreibungReaktionsmechanismus der HalogenisierungZuerst muss Br2 aufgespalten werden --> Möglichkeiten der Spaltung kovalenter Bindungen:Kennzeichen einer kovalenten Bindung: Teilen sich ein Elektronenpaara1) heterolyse = ionische SpaltungA – B --> A|- + B+

Ionen

a2) Homolyse = radikalische Spaltung (nur bei Licht)

A – B --> A- + -B (- für einen Punkt, ein Elektron)

Radikale

Ablauf des Mechanismuses1) Schritt: Spaltung der Cl2- Moleküle in Radikale

|Cl−Cl | ------------> |Cl⋅|Cl⋅2) Schritt: Zusammenstoß der |Cl⋅ mit andern Molekülen

a) Cl2-Molekül|Cl−Cl ||Cl⋅ ----------> |Cl⋅|ClCl |

wahrscheinlich, aber erfolglosb) Methan-Molekül:

CH 4|Cl⋅ ----------> CH 3⋅H−Cl | ^Methylradikal

wahrscheinlich und erolfgreich3) Schritt: Zusammenstoß der CH3-Radikale mit anderen Molekülen

a) mit CH4-MolekülenCH 4CH 3⋅ ---------------> ⋅CH 3CH 4

wahrscheinlich, aber erfolglosb) Cl2 – Moleküle

|Cl−Cl |⋅CH 3 -----------> ⋅Cl ||Cl−CH 3

wahrscheinlich und erfolgreichc) Hcl – Moleküle

H−Cl |⋅CH 3 ----------> H−CH 3|Cl⋅H−Cl |⋅CH 3 ----------> |Cl−CH 3⋅H (passiert nicht, man weiß nicht genau

weshalb nicht, Vermutun: zu geringe Hcl Konzentration)

Immer reagiert das Molekül mit dem Energie-günstigeren Partner/Energie tiefer4) Schritt: Zusammenstoß der Radikale untereinandern

a) ⋅CH 3⋅CH 3 ------> CH 3−CH 3

b) ⋅Cl |⋅Cl | --------> |Cl−Cl |c) ⋅CH 3⋅Cl | --------> CH 3−Cl |

Die Substitution verläuft nach dem Radikal-Kettenmechanismus:1) Kettenstart2) Kettenfortsetzung3) Kettenabbruch (wenn nur Radikale miteinander reagieren)

Zusammenfassung des RadikalkettenmechanismusesKettenstart:

∣Cl−Cl∣ ---------------> ⋅Cl |⋅Cl |Kettenfortsetzung:

CH 4|Cl⋅ -----------------> ⋅CH 3H−Cl |⋅CH 3∣Cl−Cl∣ ---------------> CH 3−Cl |⋅Cl |

Kettenabbruch:⋅CH 3⋅CH 3 -------> CH 3CH 3

⋅Cl |⋅Cl | ----------> Cl2⋅Cl |⋅CH 3 ----------> CH 3Cl

Nebenprodukte:HclCH3 – CH3

Cl2

(CH3-Cl)

|Cl−Cl | --------------> ⋅Cl |⋅Cl |CH 3−Cl⋅Cl | -------------> ⋅CH 2ClHCl⋅CH 2ClCl 2 -----------> CH 2Cl2⋅Cl|Cl⋅⋅Cl -------------> Cl2⋅CH 2Cl⋅Cl | -----------------> CH 2Cl2 Dichlormethan⋅Cl−CH 2⋅CH 2−Cl | ------------> |Cl−CH 2−CH 2−Cl | 1,2-Dichlorethan

Radikalkettenmechanismus1) Kettenstart: ∣Cl−Cl∣ ---------------> ∣Cl⋅⋅Cl∣2) Kettenfortsetzung: CH 3−CH 3⋅Cl | ---------> CH 2−CH 3⋅HCl

⋅CH 2−CH 3Cl 2 ---------> ClCH 2−CH 3⋅Cl |3) Kettenabbruch: ∣Cl⋅⋅Cl∣ ---------> Cl2

CH 3−C H 2CH 3−C H 2 --------> CH 3−CH 2−CH 2−CH 3

CH 3−C H 2⋅Cl | -----------> CH 3−CH 2ClRadikalkettenmechanismus für PropanKettenstart: ∣Cl−Cl∣ ----------> ∣Cl⋅⋅Cl∣Kettenfortsetzung:

CH 3−CH 2−CH 3|Cl⋅ (1)--------> ⋅CH 2−CH 2−CH 3HCl(2)--------> CH 3−C H−CH 3HCl

CH 3−CH 2−C H 2∣Cl−Cl∣ --------> CH 3−CH 2−CH 2Cl⋅Cl |CH 3−C H−CH 3∣Cl−Cl∣ ---------> CH 3−CHCl−CH 3⋅Cl |

Kettenabbruch:|Cl⋅|Cl⋅ -----------> Cl2CH 3−C H−CH 3|Cl ------->

CH 3−CH Cl−CH 3

CH 3−CH 2−C H 2|Cl⋅ ------> CH 3−CH 2−CH 2Cl2CH 3−CH 2−C H 2 ---------> CH 3−CH 2−CH 2−CH 2−CH 2−CH 3

2CH 3−C H−CH 3 ----------> CH3 – CH – CH3 |

CH3 – CH – CH3

2,3-DimethylbutanCH 3−CH 2−C H 2CH 3−C H−CH 3 -----> 2-Methylpentan

HA:Radikalkettenmechanismus von butan machen!Siehe Blatt Ch-01Lass Methylbutan mit Chlor reagieren

Siehe Blatt Ch-02Weitere Alkylhalogenide

Formel Genfer Nomenklatur

Trivialnamen Aggregartsz. Verwendung

CHBr3 Tribrommethan Bromoform flüssig früher gegen Keuchhusten

Formel Genfer Nomenklatur

Trivialnamen Aggregartsz. Verwendung

CHJ3 Trijodmethan Jodoform Feststooff Wundanti-septikum

CF4 Tetraflourmethan Tetraflourkohlen-wasserstoff

gasförmig Kältemittel

CH3-CH2Cl Chlorethan Ethylchlorid flüssig Vereisungsmittel

CF2Cl2 Dichlordiflourmethan

Freon 12 gasförmig Kühlflüssigkeit

CFCl3 Trichlorflourmethan

Frigen flüssig Treibgas

Synthese langkettiger AlkaneWurtz'sche SyntheseAllgmein:

2CH 3Cl2Na -----------> 2NaClCH 3−CH 3

a) geradkettige Alkane aus gleichen Alkylhalogeniden2CH 3−CH 2−Cl |2Na ------> CH 3−CH 2−CH 2−CH 32NaCl

b) geradlinige Alkane aus ungleichen AlkylhalogenidenCH 3−Cl |CH 3−CH 2−Cl |2Na ---------> CH 3−CH 2−CH 2−CH 32NaCl

c) verzweigte AlkaneCH3 – CH – CH3

CH 3ClCH 3−CHCl−CH 32Na --------> | + 2 NaCl CH3

Nebenprodukte:Cl2

CH3 – CH – CH3

| CH3

CH3 – CH3

CH3 – CH – CH3

|CH3 – CH – CH3

2,3-Dimethylbutan

Physikalische Eigenschaften der Alkane1) Aggregatszustand, Farbe, Geruch

C-Zahl Aggregatszustand Farbe Geruch

C1

.

.

C4

gasförmig farblos geruchlos

C5

.

.

C15

flüssig (leicht)

flüssig (zäh)

farblosbenzinartig

geruchlos

ab C16 fest Weiß geruchlos

2. Zusammenhang zwischen Molekülen und Physikalischen Eigenschaften organischer Verbindungen2.1.Vorgänge beim Übergang einer Festsubstanz in den Dampfzustand 2.1.1.Bei ionogen gebauten Molekülen a) fester ZustandBeispiel NaClKoordiantionszahl: 6Schmelzpunkt: 800°CIonengitterb) flüssiger ZustandGitter brechen auf, allerdings bleiben sie partiell erhaltenc) gasförmiger ZustandEinzelne Ionen als Gas oder Ionenpaare2.1.2.Bei kovalent gebauten Molekülen a) fester ZustandAuch bei kovalenten Molekülen gibt es Gitterkräfte die wirken:– Zwischenmolekulare Kräfte– Elektronegativität spielt eine große Rolle– Element mit größerer EN zieht Elektronenpaar zu sich -> permanenter Dipola1) Permanetner Dipol δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ-

H−Cl | H−Cl | H−Cl | Wasserstoffbrückenbindungen (Sonderfall)nur zwischen:– H & F– H & O– H & N

Wegen hoher EN-Differenz

H−O | H−O | H−O || | |

H H H

elektrostatische polare AtombindungAnziehungskräfte

a2) induzierter Dipol

Anhäufung von ElektronenVerschiebt sich immer Ungleichmäßigdissoziiert: Flüssigkeiten mit induzierten Dipolenb) FlüssigHohe Energie bei permanenten DipolenGeringe Energie bei induzierten Dipolen(um zu shcmelzen erforderlich)c) Gasförmigsiehe b)

Kräfte zwischen induzierten Dipolen:Van-der-Waal'sche KräfteAssoziierte Flüssigkeiten: Flüssigkeiten mit Wasserstoffbrückenbindungen2. Siedepunkte bei Alkanena) unverzweigte– Mit steigender C-Zahl steigt der Siedepunkt– Je größer die Oberfläche eines Moleküls desto höher der Siedepunktb) verzweigte– haben grundsätzlich geringeren Siedepunkt als die unverzweigten– je verzweigter desto niedriger der Siedepunkt– je kugelförmiger ein Molekül, desto kleiner ist dei Oberfläche

– > niedrigerer SiedepunktSiedepunkte wichtig für Klausur!!Auch abhängig von der Zahl der C-AtomeJe verzweigter ein Molekül, dest eher nähert es sich der kugelform, desto kleiner ist dei Oberfläche desto niedriger ist der Siedepunkt

1) C – C – C – C – C

C |

2) C – C – C |C

CH4 CH4

3) C – C – C – C | C

C C| |

4) C – C – C – C | |

C C

Ordnen sie die Moleküle nach steigendem Siedepunkt

Niegrigster -> 2 – 3 – 1 – 4 <- Höchster

4) Schmelzpunkt der Alkanea) unverzweigte AlkaneJe mehr C- Atome, desto höher der Schmelzpunkt (Oberflächenzunahme)b) verzweigte AlkaneUngeradzahlige sieden niedriger als Geradzahlige

EntropieEntropie: Unordnungszustand eines SystemsBsp.: NaCl fest: Entropie ist gering, wegen Gitterstruktur

NaCl gasförmig: Entropie am höchstenBei AlkanenBsp.: Kugelförmige Alkane haben schon etwas Entropie weil sich die Kugeln leicht in einem Gitter einfügen lassen, sich aber in diesem etwas bewegen können--> Man muss realtiv viel Energie aufwenden, denn es hat schon Entropie und will nicht mehr davon.

Das verzweigteste Alkan hat den höchsten Schmelzpunkt, da es sich der Kugelform nöhert, demzufolge leicht in ein Gitter einbauen lässt, demzufolge bereits im festen Zustand eine gewisse Entropie besitzen, um dieses Isomere in den flüssigen Zustand zu bringen (höhere Etropie) ist viel Energie notwendig --> hoher SchmelzpunktUnregelmäßig verzweigte verhaken sich --> wenig Entropie im festen Zustand --> niedriger Schmelzpunkt

1)C – C – C – C – C2) C |C – C – C | C3)C – C – C – C

| C

4) C C | |C – C – C – C | | C C

Siedepunkte: Niedrigster: 2 - 3 – 1 – 4 Höchster

Schmelzpunkt:niedrigster: 3 – 1- 2 – 4 Höchster

1)C – C – C

2)C – C – C – C – C – C

3) C C C | | |C – C – C – C – C – C – C

4) C C C

| | |C – C – C – C – C – C – C | | |

C C C

Siedepunkt:Niedrig: 1 – 2 – 3 – 4 Höchster

Schmelzpunkt:Niedrig: 1 – 2 – 3 – 4 Höchster

Bei 1 bis 2 C-Atom unterschied hat Kugelform Vorrang! Ansonsten ist die Anzahl der C-Atome entscheidend.

Lösungsverhalten der Alkanea) Festsubstanz in Flüssigkeit

a1) Auflösen der Gitterkräfte des Lösestoffes

+ + + +

a2) Auflösen der Gitterkräfte des Lösungsmittels

+ + + +

a3) Solvatation ( Umgebung der Moleküle durch Wasser)

+ +E1E2E3 nur dann löst sich der Stoff

1) Polar-polarNaCl + H2O

2) Unpolar-polarI2 + H2OKeine Lösung, da H2O nicht an den kovalenten Bindungen von I2 angreifen kann /keine lösung, weil Jod eine kov. Bindung (EN gleich), keine Pole, Wim Wasser sind Dipole die Dipole suchen, da es keine gibt, findet die Lösung nicht statt

3) Unpolar-unpolarBenzol + I2 --> Mischung

--> Polares lößt sich nur in Polarem, Unpolares nur in Unpolarem

b) Lösung von Flüssigkeiten in Flüssigkeiten

1) polar polar Methanol (Methan statt einem H eine O-H-Gruppe) + Wasser jeweils Wasserstoffbrückenbindung die Lsg findet statt

2) polar – unpolarMethanol + Hexankeine Lösung

3) unpolar – unpolarBenzol + Hexan lösbar

Einfach ungesättigte KW-Alkene (Olefine)– eine C – C Doppelbindung

1. Homologe Reihe der Alkene

CH2 = CH2 Ethen; EthylenCH2 = CH – CH3 Propen; PropylenCH2 = CH – CH2 – CH3 Buten; ButylenCH2 = CH – CH2 – CH2 – CH3 Penten

allgemeine Formel: CnH2n

2. Nomenklatur

C = C – C – C | C

2-Methyl-(1)-Buten

1. Längste Kette, in der die Doppenbindung enthalten ist2. C-Atome mit Doppelbindung müssen die kleinere Zahl erhalten3. Kleinere Zahl der Doppelbindung kommt vor dem Grundnamen4. Bei beidseitiger Durchnummerierung mit gleicher Quersumme, erhalten die Verzweigungen

(Seitenketten) Vorrang

3. Konstitutionsisomere

a) Konstitutionsiomere ButeneCH2 = CH – CH2 – CH3 (1)-ButenCH3 – CH = CH – CH3 (2)-ButenCH2 = C – CH3

| CH3

b) Konstitutionsiomere PenteneCH2 = CH – CH2 – CH2 – CH3 (1)-PentenCH3 – CH = CH – CH2 – CH3 (2)-PentenCH2 = C – CH2 – CH3 2-Methyl-(1)-buten

| CH3

CH2 = CH – CH – CH3 3-Methyl-(1)-buten | CH3

CH3 – C = CH – CH3 2-Methyl-(2)-buten|

CH3

RadikalnomenklaturCH2 = C H Ethenyl-

Vinyl-

CH2 = CH−C H 2 Propenyl-Allyl-

C C | |

C – C = C – C – C – C | | | C C Br | C | C

5-Brom-3,4-dimethyl-4-propyl-(2)-hepten

CH2 = C – CH2 – CH2 – CH3

| CH3

Radikal

Radikal

2-Methyl-(1)-penten

CH2 = CH – CH – CH2 – CH3

| CH3

3-Methyl-(1)-penten

CH3

|CH3 = C – C – CH3

| CH3

2,3-Dimethyl-(1)-butenPhysikalische Eigenschaften der AlkeneAggregatszustand:Erste 3 gasförmig, dann wie AlkaneSiedepunkte:Steigt mit Zunehmender C-Zahl, nicht linear (siehe Alkane)Durch Verzweigung erniedrigt sich der Siedepunkt (siehe Alkane)SchmelzpunktGeradzahlig siehe AlkaneLöslichkeitwie die AlkaneDas Wesen der C = C– Sigma Bindung: Immer wenn q-Orbitale beteiligt sind– Kohlenstoff ist auch in den Alkenen 4-bindig

--> Zwischen C-Atomen müssen sigma-Bindungen wirkenWiderspruch mit

1) BindungsdissoziationsenergieC – C C = C83 Kcal/mol je Spaltung 147 kcal/mol

2) BindungsabstandC – C C = C

1,54⋅10−10m 1,34⋅10−10m

1s²

2s²

2px 2py 2pz

E

Grundzustand t

2s²

2px 2py 2pz

1s²

E

angeregter Zustand t

Bindungsabstand wird geringer, da die beiden p-Orbtale überlappen müssenEthenmolekül

H H \ / C = C / \ H H

In Wirklichkeit überlappen sich die Hantelförmigen p-OrbitaleJe Energiereicher eine Verbindung, desto instabiler ist sie--> σ-π-BIndung ist instabiler als σ-σ-Bindung (Erklärung für Dissoziationsenergie)Stärke der π-Bindungπ-Bindung ist instabil, da man für das annähern der Atome Energie aufwenden mussFolgen der π-BindungKeine freie Drehbarkeit weil sonst die π-Bindung aufreißt.Cis-trans-Isomerie

|Cl Cl | \ / C = C / \

σ

σ

σσ

σπ

π

σπ

1s²

2pz

q1 q2 q3

sp2-Hybridzustand t

E

H Hcis-1,2-Dichlorethanµ=1,86 (Dipolmoment)Höherer Siedepunkt, da Dipolcharakter und der Stoff ordnet sich im Gitter an --> Hohe Oberfläche

H Cl | \ / C = C / \

|Cl H

trans-1,2-Dichlorethanµ=0H H H \ | | C = C – C - H / |H H

Propen (Halbstruktur)

(2)-Buten H H H | | |H – C – C = C – C – H | | | H H H

cisCH3 CH3

\ / C = C / \ H H

transCH3 H \ /

C = C / \ H CH3

(1)-Buten

H H H H \ | | | C = C – C – C – H / | |H H H

Nachweis der C = CBenötigt: Bromwasser (Br2 gelöst ind Wasser -> braunfarbige Lösung)[V] Bromwasser + Hexen [B] Bromwasser entfärbt sich1) Entfärbung von Bromwasser

CHBr = CHBr + H2 CH2 = CH2 + Br2

CH2Br – CH2BrAddition

Bei Substitution müssten zuerst Radikale entstehen!

Wird an die Aome, die durch C = C Doppelbindung verbunden sind, durch Aufbrechen der -Bindung weitere Atome angelagert, so spricht man von Addition2) Baeyer-ProbeEntfärbung einer angesäuerten Kaliumpermagnat-LösungOxidationszahl: Doe Ladung, die ein Atom tragen würde, wenn die Verbindung aus Ionen aufgebaut wäreKMnO4 violettMnO2 Braunstein (braun)Mn2+ farblos– Metalle immer positiv, außer bei Verbindung mit H– F hat immer -ICuH 2 SO4CuSO 4SO 2H 2O

Ox: CuCu22e−

Red: SO42−2e−4H SO 22H 2O

x

Redox: Cu + SO42- + 4H+ -----> Cu2+ + SO2 + 2 H2O

K2Cr2O7 + HCl ----> KCl + CrCl3 + Cl2 + H2O Red: Cr2O7

2- + 6e- + 14 H+ -------> 2 Cr3+ + 7 H2OOx: 2 Cl- ---> Cl2 + 2 e-

Redox: Cr2O72- + 14H+ + 6Cl- ----> 2 Cr3+ + 7H2O + 3Cl2

Stoffgl.: K2Cr2O7 + 14HCl ---> 3 Cl2 + 7H2O + 2CrCl3 + 2 KCl (notiert: 6H+; 2 K+; 14 CL-)Red.: MnO4

- + 5e- + 8H+ ----> Mn2+ + 4 H2OOx: CH2 = CH2 ---> CH2 - CH2 + 2e-

Gesamtoxzahl: - IV | | |O – H |O – H

Gesamtoxzahl: -II

(unpolar, deswegen gleich aufgeteilt, C hat höhere EN --> zieht Elektronenpaar von H an --> 6 elektronen --> aber nur 4 bindig --> ox-Zahl -II)

[V] KMnO4 + Hexen in NaOHRed.: 2 H2O + MnO4

- + 3 e- -----> MnO2 + 4 OH- Ox: CH2 = CH2 + 2 OH- -----> CH2OH – CH2OH + 2e-

Redox: 4 H2O + 2 MnO4- + 3 CH2 = CH2 + 6 OH- -----> 2 MnO2 + 8 OH- + 3 CH2OH – CH2OH

Stoff: 2 KMnO4 + 4 H2O + 3 CH2 = CH2 -----> 2 MnO2 + 2 KOH + 3 CH2OH – CH2OH

K2Cr2O7 --> Cr3+

Reaktionsmechanismus der Additiona) HydrierungCH2 = CH2 + H2 --------> CH3 – CH3

(300°C, Katalysatoren: Pt, Ni, Pd)b) Halogenierung1. Schritt: Heterolyse des Br2 Moleküls

|Br−Br | |Br|Br |−

Bromoniumion Bromidion+I +VI -II -II -I -III +IIIK2Cr2O7 + CH2 = CH – CH3 ------------> Cr3+

Red.: Cr2O72- + 6e- + 14H+ ------------> 2Cr3+ + 7H2O

H H H| | |

Ox: CH2 = CH – CH3 + 2 H2O --------> H – C – C – C – H + 2e- + 2H+

| | | |O-H |O-H H

Cr2O72- + 14H+ + 3 CH2 = CH – CH3 + 6 H2O -----> 2Cr3+ + 7H2O + 3CH2OH – CHOH – CH3 + 6H+

2. Schritt: Bildung des ¿ -Komplexes und Addizion des Bromoniumions

\ / \ / | C C - C - Br | | | |Br−Br | ---------> | | |Br−Br | ---> | + |Br | −

C C C(+)

δ+ δ-

/ \ / \ / \

δ-Komplex -Komplex - Carboniumion

- Carbeniumion- Carbokation

3.Schritt: Addition des Bromidions H H | |H – C - Br | H – C - Br | | + |Br | (-) -------------> | C(+) |Br - C – H / \ |

H

Schema des ReaktionsmechanisumsH H H H \ / \ / C = C + |Br−Br | ---------> C = C + |Br (+) + |Br | (-)

/ \ / \H H H H

H H H H \ / elektrophiler | | C = C ---------------------------> (+) C – C - Br | / \ Angriff | |H H H H

Carbokation

H H H H | | nucleophiler | | (+) C – C - Br | ----------------------------> |Br - C – C - Br | | | Angriff | | H H H H

Wird als Elektrophile Addition bezeichnet, weil die RG von dem elektrophilen Angriff abhängt.

Beweise für den Ionenmechanismus

a) Interhalogenverbindung |Br Cl |

Rückseiten-angriff

elektrophiles Teilchenelektrophil nucleophiles Teilchen

Nucleophil

b) Halogenmoleküle + andere IonenImmer mindestens ein Bromatom (Flouridionen, Bromidionen, Bromidiumion)Bloß positive an -Bindung

Elektronenverteilung im Molekül einer organischen VerbindungInduktiver Effekt | | | | | δ-

- C – C – C – C – C Cl | | | | | | Zwischen 4. und 5. C-Atom wird nichts mehr verschobenSchlüsselatom = Auslöser des Effekts(in diesem Fall: Cl)Wirkung und Stärke des I-Effekts H |C – C – C – H

| H

Zwischen C und H: I-Effekt ist null (Zur Vereinfachung)„-I“-Effekt: angezogen (OH—Gruppen)„+I“-Effekt: wird weggestoßen (CH3-Gruppen)Den +-I-Effekt von Alkylgruppen auf sp2-hybridisierte C-Atome

sp2-Orbital sp3-Orbital33,3% s-Anteil 25% s-Anteil

δ+

C C

p q3q2

δ-

q1

q4 q3

q2

q1

δ+

MitteC-C Abstand

Stärke des I-Effekts: CH3 CH3 H | | |- C CH3 - C CH3 - C CH3 H - C O - H - C Hal | | | | CH3 CH3 H

Addition von Halogenwasserstoff an die C = Ca) symmetrische Alkene

H |

H2C = CH2 + H - Br | H3C – C (+)

| H

Carbokation

H |

H3C – C - Br | | H

CH3

|CH3 – CH = C – CH3 ----------> CH3 – CHBr – CH - CH3

| CH3

CH3 |\----------> CH3 – CH2 – C – CH3

| Br

CH2 = CH -CH3 + HBr -------------> CH2Br – CH2 – CH3

--------------> CH3 – CHBr – CH3

Markownikow RegelDas Wasserstoffatom geht immer an das Atom, wo schon mehr Wasserstoffatome vorhanden sind.

b) unsymmetrische AlkeneCH2 = CH – CH3 + Hbr --------> CH3 < CH(+) > CH3 + Br(-)

--> Carbokation wird stabilisiertErklärung für Markownikow H |G > C(+) ---> Elektronen werden von C-Atom abgezogen

x

+I Effekt - I Effekt

0

tert. sek. prim.

elektrophiler

angriff

nucleophilerangriff

| --> G: Elektronen-akzeptor HFolge: Carbokation wird noch positiver pos. Ladung wird verstärktCarbokation verliert an Stabilität H |G < C(+) | HG: ElektronendonatorFolgen:– Positive Ladung abgeschwächt– Carbokation Stabilisiert

Bei der elektrophilen Addition von Halogenwasserstoff an dei C-C- Doppelbindung wird beim ersten Reaktionsschritt das Stabilere Carokation gebildet. An dieses lagert sich das nucleophile Teilchen anStabilität verschiedener Carbokationen H H H H | | | ↓H – C(+) R < C(+) R < C(+) R < C(+)

| | ↑ ↑ H H R H

------------------------------------------->Stabilitätszunahme

ein Tertiäres Carbokation ist das Stabilste!

HF HCl HBr HI<---------------------------Zunahme der RG

CH3 – C(+) - CH3 Stabiler|

Cl

CH2(+) - CH – CH3

| Cl

CH2 – C(+) -CH2 – CH3 Stabiler | |Br CH3

CH(+) - CH – CH2 – CH3

| |Br CH3

Herstellungmethode für Alkenea) Dehydratisierung von Alkoholen (= Wasserentzug)

350°C Al2O3

|---------> H2O + H2C = CH2

H2C – CH2 ------| | | |---------> H2O + H2C = CH2

|O – H H

Elemenierung: Bildung der Doppelbindungb) Aus Dihalogeniden

ZinkH2C – CH2 ----------> H2C = CH2 + Br2

| | Br Br

Elemenierung

Alkine1) Homologe Reihe

HC≡CH EthinHC≡C−CH 3 PropinHC≡C−CH 2−CH 3 1-ButinH 3C−C≡C−CH 3 2-Butin

2) Nomenklatur

– Regeln wie bisher– Am Ende „in“3) Konstituitonsisomerea) PentineHC≡C−CH 2−CH 2−CH 3 1-PentinH 3C−C≡C−CH 2−CH 3 2-PentinHC≡C−CH−CH 3 3-Methyl-1-butin

| CH3

b)HexineC≡C−C−C−C−C 1-HexinC−C≡C−C−C−C 2-HexinC−C−C≡C−C−C 3-HexinC≡C−C−C−C 3-Methyl-1-pentin

| C

C≡C−C−C−C 4-Methyl-1-pentin | C

C−C≡C−C−C 4-Methyl-2-pentin |

C

C |

H2SO4

130°C

C≡C−C−C 3-Dimethyl-1-butin | C

AcetylenCarbide: Kohlenstoff direkt mit MetallverbindungenCaC2 <-- Richtige Formel, usere Vermutung war: Ca2C

Ca2+ ∣C≡C∣

CaC2 + 2 H2O ------------------> C2H2 + Ca(OH)2

unvollständige Verbrennung von Methan

4 CH4 + O2 ----------> C2H2 + 2 CO + 7H2

Bindungsverhältnisse im Ethina) Bindungsabstand

C – C 1,54⋅10−10mC = C 1,34⋅10−10m

H−C≡C−H

1,20⋅10−10m 1,09⋅10−10mb) Bindungsdissoziationsenergie

H3C – CH3 83kcalmol

H2C = CH2 147kcalmol

HC≡CH erwarteter Wert: 211kcalmol

tatsächlicher Wert: 193kcalmol

sp-Hybridisierung

--

Acetylidion

Calciumcarbid

Carbidschlamm

↑↓

↑↓

↑ ↑

1s2

2s2

2px2py2pz

↑↓

↑

↑ ↑ ↑

1s2

2s2

2px2py2pz

angeregter Zustand

Aromatische KohlenwasserstoffeWenn sich einfach und Doppelbindungen abwechseln: konjugierte Doppelbindung1) Benzola) physikalische Eigenschaften

1. Löslichkeitunlösbar in polaremlöslich in unpolarem--> Benzol muss unpolar sein

2. BrennbarkeitBrennt mit gelber Flamme, stark rußend

b) Die BenzolformelVerhältnisformel: C:H = 1:1Summenformel: C6H6

Halbstrukturformel:H 2C=C=C=C=CH−CH 3

H 2C=CH−CH=C=C=CH 2

H 2C=C=CH−CH=C=CH 2

HC≡C−CH 2−CH 2−C≡CHHC≡C−C≡C−CH 2−CH 3

H 2C=CH−C≡C−CH=CH 2

Nachweisreaktion für Doppelbindung:– Bromwasser entfärbt sich– Kaliumpermagnat wird zu BraunsteinBeide Reaktionen schlagen bei Benzol fehl!(Keine Addizion bzw. Oxidation)

↑↓

↑ ↑

↑ ↑

1s2

q1 q2

2py2pz

sp-Hybridzustand

q q q q

p p

pp

pp

pp

Schlussfolgerungen:Eigentlich dürfen keine Doppel bzw. Dreifachbindungen existierenBenzol

1) Addiert nicht, sondern substituiert2) Zeigt nur ein Monosubstitutionsprodukt

Dann kam KékuléEr hat alle Versuche nachvollzogen, kam zum selben ErgebnisEr hatte jedoch ein sehr großes VorstellungvermögenSo träumte Kékulé eines Tages von 6 Affen, die sich untereinander die Arme reichten. 3 Affen verbanden zusätzlich ihre Schwänze. Er wachte sofort auf und ihm wurde klar: Die Affen mussten Benzol geschnüffelt haben!1) Substitutionsproduktea) Monosubstitutionsprodukte

b) Disubstitutionsprodukte

1,2-Dichlorbenzol

oder:

-ortho-

-o-

1,3-Dichlorbenzol

-meta-

-m-

1,4-Dichlorbenzol

-para-

-p-

c) Trisubstitutionsprodukte

Cl

Cl

Cl Cl

Cl Cl

ClClCl

Cl

Cl

ClCl

ClCl

1,2,3-Tri.

-vicinal-

1,2,4-Tri.

-unsymm.-

1,3,5-Tri.

-symm.-

aber: Es muss 2 ortho-Dichlorbenzole gebenKékulé sagte jedoch, dass sich die Elektronen komplett über den Ring verteilen

Mesomere Grenz-Strukturen

Wenn es sich um konjugierte Doppelbindungen handelt, kann es zu Grenzstrukturen kommen, Elektronen pendeln (=oszillieren) zwischen den Atomen -> Man kann es zeichnerisch nicht fassenOszillationstheorie von KékuléBenzol in der Orbitalvorstellunga) BindungslängeC – C 1,54⋅10−10mC = C 1,34⋅10−10mC≡C 1,20⋅10−10m

Vermutung: Hypothetisches Cyclohexatrien- Bindungslängen alternierend, -Elektronene lokalisiert

--> Hätte Dipolmoment

Aber:

1,40⋅10−10m alle Bindungen sind gleich langBenzolBindungslängen gleich groß, π-Elektronen delokalisiert

kurz

kurzkurz

lang

langlang

Mesomere GrenzstrukturenFilm über KekuléBeweise fpr die Delokalisation der π -Elektronen des Benzols -> Freie Beweglichkeit der Elektronen -> stabiler, energieärmer

-> Mesomerieenergie des Benzols: 36 kcal/mol

H2

Kat.

Cyclohexen Cyclohexan

2 H2

Kat.

Cyclohexadien Cyclohexan

28,6 Kcal/mol

57,2 Kcal/mol

3 H2

Kat.

Hypoth.Cyclohexatrien

Cyclohexan

erwarteter Wert: 85,8tatsächlicher Wert: 49,8

------------------- 36

б π

Energiediagramm

Delokalisation der Elektronen1. Ringverbindung

4n + 2 л – Elektronen müssen vorhanden sein (n ist eine kleine ganze Zahl2. Konjungierte Doppelbindung3. Planar gebaut

Warum substituiert Benzol=?Weil sobald es addiert wären die Elektoronen nicht mehr delokalisiert -> Der Zustand wäre energiereicher, die Atome wollen aber einen möglichst energiearmen ZustandSustitutionsreaktion am Benzol

1) Halogenierung

1. Schritt: Elektrophile Addition

+ |Br−Br | ------------------> + |Br−Br | + FeBr3 (Kataly.)

---------> + FeBr4-

Carbokation

36 kcal/mol

t

δ+ δ-

BrH

H

+

H H H

Br Br BrH H H

+

+

+

mesomere Grenzsturkturen

2. Schritt: nucleophiler Angriff

|--x--> |

+ FeBr4- -------------|

||||-----> + HBr + FeBr3

Addition + Eleminierung = SubstitutionElektrophile aromatische Substitution

Zusammenfassung

+ Hal2 -----------------> ------------> + H-Hal

Energiediagramm

+Hal2

H

BrH

+H

BrH

Br

H

Br

addition

eleminierung

Hal

+

Hal

Hal

Hal

+

Edukt Produkt

Zwischenstufe

Übergangszustandpi-komplex

E

t

2) Nitrierung von BenzolNitriersäure: Konz Schwefelsäure 8 : 7 konz. Salpetersäure GemischSalpetersäure wirkt in diesem Falls als BaseH2SO4 + HNO3 ---------> HSO4

- + H2NO3+

H2NO3+ ---------> H2O + NO2

+

H2SO4 + H2O ---------> H3O+ + HSO4-

2 H2SO4 + HNO3 ---------> 2 HSO4- + H3O+ + NO2

+

^da schon positiv kein Kat erforderlich

+ NO2+ ------> NO2

+ ------>

--->

----> + H+

+ NO2+ + 2 HSO4

- + H3O+ --------> + H2SO4 + HSO4-

+ H3O+

+ HNO3 ------------> + H2O

3) Sulfonierung von BenzolH2SO4 + H2SO4 S-B-Reaktion

H2SO4 + H2SO4 ----> H3SO4+ + HSO4

-

H3SO4+ ----> H2O + HSO3

+

HH

HH

H

H

NO2+H

H

NO2

+

H

H

NO2

+

pi-Komplex

sigma-Komplex

H

H

+NO2

HNO2

HNO2

Nitrobenzol

HNO2

HSO3+ + H2O ----> H3O+ + SO3

2 H2SO4 ----> HSO4- + H3O+ + SO3 (formale innere Ladung)

+ SO3 --------> SO3 ------> + H+

Carbokation

--->

Benzolsulfonsäure (= Koservationsmittel)

Sauerstoffhaltige organische VerbindungenI. Alkohole1. DefinitionAlkohole sind Verbindungen, die an einem parafinartigen (einefach Bindung) C-Atom eine Hydroxidgruppe besitzenallgemeine Formel: R−O−HAlkylrest Hydroxilgruppe(sp3) funktionelle Gruppen (bestimmen die Eigenschaften)2. Gruppeneinteilunga) nach Art des Restes Ra1) gesättigete Alkohole

H |O -H | |H – C - O - H; H – C - O - H | | H H

Kein Alkohol, da 2 Hyrodilgruppen vorhanden sinda2) ungesättigte AlkoholeCH2 = CH – CH2 - O -H CH3 – CH = CH - O - H

Enol, kein Alkohola3) aromatische Alkohole

|O−H CH 2−O−H

b) nach Anzahl der Hydroxilgruppen

+

SO3

H

H -

SO3H

b1) einwertige AlkoholeCH 3−CH 2−O−H Trink-Alkohol

b2) mehrwertige Alkoholeα) Zweiwertige AlkoholeCH2 - CH2

| ||O –H |O – H

Glykol

β) Dreiwertige AlkoholeCH2 – CH – CH2

| | ||O –H |O –H |O –H

Glycerin

Einteilung der einwertigen Alkohole

CH 3OH nullärer Alkohol ; R−CH 2OH primärer Alkohol ;RR−CH OH sekundärer Alkohol ; RRR−COH tertiärer Alkohol

Nomenklatura) Genfer NomenklaturC−C−C−C 3-Methylbutan – 2 – ol

b) Halbtrivialname

Akanrestnahme + Alkohol, also zB Methylalkohol

Einwertige gesättigte Alkohole = Alkanole

1) homologe Reihe der Alkonole

CH3OH Methanol Methylalkohol Holzgeist

CH3-CH2OH Ethanol Ethylalkohol Weingeist

CH3-CH2-CH2OH Propan-1-ol Primäres Propanol

CH3CHOH-CH3 Propan-2-ol Sekundäres Propanol

Butan-1-ol Prim. Butanol

Butan-2-ol Sek. Butanol

2-Methylpropan-2-ol Tert. Butanol

C OH

2. KontitutionsisomerePentanole

Pentan-1-olPentan-2-olPentan-3-ol2-Methylbutan-1-ol2-Methyl-butan2-ol3-Methylbutan-2-ol3-Methylbutan-1-ol2,2-Dimethylpropan-(1)-ol