Chemie - ciando ebooks · Struktur & Eigenscha en Gewinnung & Synthese Reaktionen & Anwendungen von weit über . ausgewählten aliphatischen, aromatischen, carbocyclischen und heterocyclischen

Hardcover 275 x 195 (+ 17 mm Beschnitt umlaufend)

25. AuflAge

Schirmeister / Schmuck / Wich Beyer / Walter – Organische Chemie

Beyer / Walter

Organische Chemie

Schirmeister

Schmuck

Wich

Kohlenstoff & Co.

Die Anzahl der bekannten organisch-chemischen Verbindungen hat mittlerweile die 100-Millionen-Grenze überschritten. Dennoch lässt sich diese enorme Menge in wenigen Stoffklassen mit sehr ähnlichen Eigenschaften zusammenfassen. Die funktionellen Gruppen selbst komplexester Moleküle sind oft gleich, und die Betrachtung der Reaktions- prinzipien lässt schnell erkennen, dass sich vieles wiederholt, nur in anderer Form. Wer also die grundlegenden Abläufe bei organisch-chemischen Reaktionen verstanden hat, bekommt die Verbindungen schnell in den Griff. Mit einem guten Überblick fällt das Lernen dann gar nicht mehr so schwer.

Dabei hilft der „Beyer / Walter“.

Im siebten Jahrzehnt seines Bestehens erscheint das traditionsreichste und – mit einer Viertelmillion verkaufter Exemplare – erfolgreichste deutsche Lehrbuch der Organischen Chemie nun mit völlig neuem didaktischem Konzept und in vierfarbiger, moderner Aufmachung.

Sie erfahren alles Wichtige über ■ Struktur & Eigenschaften ■ Gewinnung & Synthese ■ Reaktionen & Anwendungen

von weit über 10.000 ausgewählten aliphatischen, aromatischen, carbocyclischen und heterocyclischen Verbindungen sowie Naturstoffen in 35 organisch-chemischen Stoffklassen.

Die Autoren legen besonderen Wert auf das Vorkommen in der Natur und die pharma- zeutische und industrielle Anwendung.

Durch konsequenten Verzicht auf zu detaillierte Reaktionsmechanismen behalten Sie freie Sicht auf das Wesentliche und erkennen die Zusammenhänge.

Sie werden sehen – Organische Chemie ist spannend und macht Spaß!

Beyer / Walter

Organische Chemie

Schirmeister / Schmuck / Wich

64 mm

ISBN 978-3-7776-1673-5

Mit Taschenfalter

www.hirzel.de

Gruppen

▶

Periodensystem

derElem

ente

Beyer/Walter·OrganischeChem

ie

–259,34

-252,87 H

Wasserstoff

-272,2

-268,93

He

Helium

Lanthanoide

Actinoide

1,00794

1s1

−1,0,1

0,000(1)

2,10

0,0899

1 6,941

[He]2s

1

1 −3,040(1)

0,98

0,534

3

9,012182

[He]2s

2

2 −1,847(2)

1,57

1,848

4

22,989768

[Ne]3s

1

1 −2,714(1)

0,93

0,968

11

649,50

1090

Mg

Magnesium

24,3050

[Ne]3s

2

2 −2,372(2)

1,31

1,738

12

39,0983

[Ar]4s

1

1 −2,931(1)

0,82

0,856

19

842

1484 Ca

Calcium

40,078

[Ar]4s

2

(1),2

−2,868(2)

1,00

1,55

20

39,31

688

RbRubidium

85,4678

[Kr]5s

1

1 −2,98

(1)

0,82

1,532

37

777

1382 Sr

Strontium

87,62

[Kr]5s

2

2 −2,899(2)

0,95

2,63

38

28,44

671

CsCaesium

132,90543

[Xe]6s

1

1 −3,026(1)

0,79

1,90

55

727

1897

BaBarium

137,327

[Xe]6s

2

2 −2,912(2)

0,89

3,62

56

27,0

677

FrFrancium

223,0197

[Rn]7s

1

1 −2,92

(1)

0,70

87

700

1737

RaRadium

226,0254

[Rn]7s

2

2 −2,916(2)

0,90

5,50

88

1541

2830 Sc

Scandium

44,955910

[Ar]3d

14s

2

3 −2,077(3)

1,36

2,985

21

1526

3336 Y

Yttrium

88,90585

[Kr]4d

15s

2

3 −2,372(3)

1,22

4,472

39

1668

3287 Ti

Titan

47,867

[Ar]3d

24s

2

2,3,4

−1,63

(2)

1,54

4,50

22

1855

4409 Zr

Zirconium

91,224

[Kr]4d

25s

2

4,2

−1,553(4)

1,33

6,501

40

2233

4603 Hf

Hafnium

178,49

[Xe]4f

145d

26s

2

4 −1,505(4)

1,30

13,28

72

RfRutherfordium

261,1087

[Rn]5f

146d

27s

2

104

La–Lu

57bis71

Ac–Lr

89bis103

1910

3407 V

Vanadium

50,9415

[Ar]3d

34s

2

2,3,4,5

–1,175(2)

1,63

6,11

23

2477

4744

Nb

Niob

92,90638

[Kr]4d

45s

1

3,5

−1,099(3)

1,60

8,57

41

3017

5458 Ta

Tantal

180,9479

[Xe]4f

145d

36s

2

3,5

−0,750(5)

1,50

16,65

73

Db

Dubnium

262,1138

[Rn]5f

146d

37s

2

105

1907

2671 Cr

Chrom

51,9961

[Ar]3d

54s

1

2,3,6

–0,744(3)

1,66

7,14

24

2623

4639

Mo

Molybdän

95,94

[Kr]4d

55s

1

2,3,4,5,6

−0,200(3)

2,16

10,28

42

3422

5555 W

Wolfram

183,84

[Xe]4f

145d

46s

2

0,2,3,4,5,6

−1,074(4)

2,36

19,26

74

SgSeaborgium

263,1182

[Rn]5f

146d

47s

2

106

1246

2061

Mn

Mangan

54,938049

[Ar]3d

54s

2

–1,0,1,2,3,4,6,7

−1,185(2)

1,55

7,43

25

2157

4265 Tc

Technetium

98,9072

[Kr]4d

65s

1

7 +0,272(4)

1,90

11,49

43

3186

5596

ReRhenium

186,207

[Xe]4f

145d

56s

2

–1,2,4,6,7

−0,251(4)

1,90

21,03

75

BhBohrium

262,1229

[Rn]5f

146d

57s

2

107

1538

2861 Fe Eisen

55,845

[Ar]3d

64s

2

2,3,6

−0,447(2)

1,83

7,874

26

2334

4150

RuRuthenium

101,07

[Kr]4d

75s

1

–2,0,2,3,4,6,8

+0,455(2)

2,20

12,37

44

ca.3130

ca.5000 Os

Osmium

190,23

[Xe]4f

145d

66s

2

−2,0,2,3,4,6,8

+0,85

(8)

2,20

22,59

76

Hs

Hassium

265

[Rn]5f

146d

67s

2

108

1495

2927 Co

Cobalt

58,93320

[Ar]3d

74s

2

–1,0,2,3

−0,277(2)

1,88

8,90

27

1964

3695

RhRhodium

102,90550

[Kr]4d

85s

1

0,1,2,3,4,5

+0,758(3)

2,28

12,38

45

2466

4428 Ir

Iridium

192,217

[Xe]4f

145d

76s

2

−1,0,1,2,3,4,6

+1,156(3)

2,20

22,56

77

Mt

Meitnerium

268

[Rn]5f

146d

77s

2

109

1455

2913 Ni

Nickel

58,6934

[Ar]3d

84s

2

2,3

−0,257(2)

1,91

8,908

28

1554,9

2963

PdPalladium

106,42

[Kr]4d

105s

0

0,2,4

+0,951(2)

2,20

11,99

46 195,084

[Xe]4f

145d

96s

1

2,4

+1,118(2)

2,28

21,45

78

Ds

Darm

stadtium

281

[Rn]5f

146d

97s

1

110

1084,62

2962 Cu

Kupfer

63,546

[Ar]3d

104s

1

1,2

+0,3419

(2)

1,90

8,92

29

961,78

2162

Ag Silber

107,8682

[Kr]4d

105s

1

1,2,3

+0,7996

(1)

1,93

10,49

47

1064,18

2856

Au Gold

1768,4

3825 Pt

Platin

196,96654

[Xe]4f

145d

106s

1

−1,0,1,2,3,5

+1,498(3)

2,54

19,32

79

RgRöntgenium

280

[Rn]5f

146d

107s

1

111

419,53 907

Zn Zink

65,39

[Ar]3d

104s

2

2 −0,7618

(2)

1,65

7,14

30

321,07 767

CdCadm

ium

112,411

[Kr]4d

105s

2

2 −0,4030

(2)

1,69

8,65

48

−38,84

356,73

Hg

Quecksilber

200,59

[Xe]4f

145d

106s

2

1,2,4

+0,8535

(2)

2,00

13,5459

80

CnCopernicium

277

[Rn]5f

146d

107s

2

112

29,77

2204

Ga

Gallium

69,723

[Ar]3d

104s

24p

1

(–1),(–2),3

−0,549(3)

1,81

5,904

31

156,5985

2072 In

Indium

114,818

[Kr]4d

105s

25p

1

1,2,3

−0,3382

(3)

1,78

7,31

49

304

1473 Tl

Thallium

204,3833

[Xe]4f

145d

106s

26p

1

1,3

−0,3363

(1)

1,62

11,85

81

Uut

Ununtrium

287

[Rn]5f

146d

107s

2 7p1

113

938,25

2833

Ge

Germanium

72,61

[Ar]3d

104s

24p

2

2,4

-0,150

(4)

2,01

5,323

32

231,93

6202 Sn Zinn

118,710

[Kr]4d

105s

25p

2

2,4

−0,1375

(2)

1,96

7,265

50

327,5

1749

Pb Blei

207,20

[Xe]4f

145d

106s

26p

2

2,4

−0,1262

(2)

2,33

11,342

82

FlFlerovium

289

[Rn]5f

146d

107s

2 7p2

114

817(36bar)

603(Subl.)

As Arsen

74,92159

[Ar]3d

104s

24p

3

−3,3,5

+0,560(3)

2,18

5,72

33

630,63

1587 Sb

Antimon

121,757

[Kr]4d

105s

25p

3

−3,3,5

+0,152(3)

2,05

6,697

51

271,4

1564 Bi

Bism

ut

208,98037

[Xe]4f

145d

106s

26p

3

3,5

+0,317(3)

2,02

9,78

83

Uup

Ununpentium

288

[Rn]5f

146d

107s

27p

3

115

220,5

684,9

Se Selen

78,96

[Ar]3d

104s

24p

4

–2,4,6

−0,924(2)

2,55

4,819

34

449,51 988

Te Tellur

127,60

[Kr]4d

105s

25p

4

−2,4,6

−1,143(2)

2,10

6,24

52

254

962

PoPolonium

209,982

[Xe]4f

145d

106s

26p

4

(−2),2,4,6

+0,37

(2)

2,00

9,196

84

LvLiverm

orium

293

[Rn]5f

146d

107s

27p

4

116

−7,25

58,8 Br Br

om

79,904

[Ar]3d

104s

24p

5

–1,1,3,5,7

+1,065(1)

2,96

3,12

35

113,60

184,35 IIod

126,90447

[Kr]4d

105s

25p

5

–1,1,3,5,7

+0,536(2)

2,66

4,94

53

302

At Astat

209,9871

[Xe]4f

145d

106s

26p

5

–1,1,3,5,7

2,20

85

Uus

Ununseptium

292

[Rn]5f

146d

107s

27p

5

117

920

3464 La

Lanthan

138,9055

[Xe]5d

16s

2

3 −2,38

(3)

1,10

6,17

57

798

3364 Ce Cer

140,115

[Xe]4f

26s

2

3,4

−2,38

(3)

1,12

6,773

58

935

3290 Pr

Praseodym

140,90765

[Xe]4f

36s

2

3,4

−2,35

(3)

1,13

6,475

59

1024

3100

Nd

Neodym

144,24

[Xe]4f

46s

2

3,4

−2,431(3)

1,14

7,003

60

1100

3000

PmProm

ethium

144,9127

[Xe]4f

56s

2

3 −2,29

(3)

7,220

61

1072

1803

SmSamarium

150,36

[Xe]4f

66s

2

2,3

–2,30

(3)

1,17

7,536

62

826

1527

EuEuropium

151,965

[Xe]4f

76s

2

2,3

–2,407(3)

5,245

63

1312

3250

Gd

Gadolinium

157,25

[Xe]4f

75d

16s

2

2,3

–2,29

(3)

1,20

7,886

64

1356

3230 Tb

Terbium

158,92534

[Xe]4f

96s

2

3,4

–2,30

(3)

8,253

65

1407

2567 Dy

Dysprosium

162,50

[Xe]4f

106s

2

3 −2,29

(3)

1,22

8,559

66

1461

2720

Ho

Holmium

164,93032

[Xe]4f

116s

2

3 −2,33

(3)

1,23

8,78

67

1529

2868 Er

Erbium

167,26

[Xe]4f

126s

2

3 −2,31

(3)

1,24

9,045

68

1545

1950

TmThulium

168,93421

[Xe]4f

136s

2

2,3,4

−2,31

(3)

1,25

9,318

69

824

1196

YbYtterbium

173,04

[Xe]4f

146s

2

2,3

−2,22

(3)

6,973

70

1652

3402 Lu

Lutetium

174,967

[Xe]4f

145d

16s

2

3 −2,30

(3)

1,27

9,84

71

1050

3300 Ac

Actinium

227,0278

[Rn]6d

17s

2

3 −2,13

(3)

1,10

10,07

89

1750

4788 Th

Thorium

232,0381

[Rn]6d

27s

2

4 –1,899(4)

1,30

11,724

90

1568

PaProtactinium

231,03588

[Rn]5f

26d

17s

2

4,5

–1,49

(3)

1,50

15,37

91

1135

4131 U

Uran

238,0289

[Rn]5f

36d

17s

2

3,4,5,6

−1,798(3)

1,38

19,16

92

639

3902

Np

Neptunium

237,0482

[Rn]5f

46d

17s

2

3,4,5,6

−1,856(3)

1,36

20,45

93

639,4

3230

PuPlutonium

244,0642

[Rn]5f

67s

2

3,4,5,6

−2,031(3)

1,28

19,816

94

1176

2607

AmAm

ericium

243,06138

[Rn]5f

77s

2

2,3,4,5,6

−2,070(3)

1,30

13,67

95

1340

3110

Cm Curium

247,0703

[Rn]5f

76d

17s

2

(2),3,4

−2,060(3)

1,30

13,51

96

986

BkBerkelium

247,0703

[Rn]5f

86d

17s

2

3,4

−1,970(3)

1,30

14,78

97

900 Cf

Californium

251,0796

[Rn]5f

107s

2

3,4

−2,010(3)

1,30

15,1

98

860

996

EsEinsteinium

252,0829

[Rn]5f

117s

2

2,3,(4)

–1,98

(3)

8,84

99Fm

Ferm

ium

257,0915

[Rn]5f

127s

2

2,3

−1,950(3)

100

Md

Mendelevium

258,0986

[Rn]5f

137s

2

2,3

–1,660(3)

101

No

Nobelium

259,1009

[Rn]5f

147s

2

2,3

–1,780(3)

102

LrLawrencium

260,1053

[Rn]5f

146d

17s

2

3 –2,060(3)

103

−157,36

−153,22 Kr

Krypton

83,798

[Ar]3d

104s

24p

6

2 3,00

3,7491

36

−111,7

−108,0

XeXenon

131,293

[Kr]4d

105s

25p

6

2,4,6

2,60

5,8982

54

−71,0

−61,8

Rn Radon

222,0176

[Xe]4f

145d

106s

26p

6

2 9,73

86

26,981539

[Ne]3s

23p

1

3 −1,662(3)

1,61

2,70

13

3642

(Subl.) C

Kohlenstoff

12,011

[He]2s

22p

2

−4,2,4

2,55

3,51

6

10,811

[He]2s

22p

1

3 2,04

2,460

5

28,0855

[Ne]3s

23p

2

−4,(2),4

1,90

2,336

14

14,00674

[He]2s

22p

3

−3,1,2,3,4,5

3,04

1,25

7 30,973762

[Ne]3s

23p

3

–3,1,3,5

2,19

1,82

15

15,9994

[He]2s

22p

4

−2,−1

+1,229(4)

3,44

1,429

8

115,21

444,62 S

Schwefel

32,066

[Ne]3s

23p

4

–1,–2,2,4,6

−0,48

(2)

2,58

2,07

16

18,998403

[He]2s

22p

5

−1+2,87

(1)

4,00

1,6965

9 35,4527

[Ne]3s

23p

5

–1,1,3,5,7

+1,358(1)

3,16

2,90

17

−248,59

−246,08

Ne

Neon

20,1797

[He]2s

22p

6

0,90

10

−189,3

−185,8

ArArgon

39,948

[Ne]3s

23p

6

1,784

18

Uuo

Ununoctium

294

[Rn]5f

146d

107s

2 7p6

118

4,002602

1s2

2,20

0,1785

2

180,54

1342 Li

Lithium

1287

2471

BeBeryllium

2075

3927 B Bor

−210,01

−195,81 N

Stickstoff

−218,79

−182,95 O

Sauerstoff

−219,62

−188,12 F

Fluor

97,80

883

Na

Natrium

660,32

2519 Al

Alum

inium

1410

2355 Si

Silicium

44,1

281 P

Phosphor

−101,50

−34,04 Cl

Chlor

63,38

759 K

Kalium

◀Perioden

35,4527

[Ne]3s

23p

5

–1,1,3,5,7

+1,358(1)

3,16

2,90

17

−101,50

−34,04 Cl

Chlor

Elem

entsym

bol

LifesteElem

ente

Brflüssige

Elem

ente(20°C)

ClgasförmigeElem

ente

PoradioaktiveElem

ente

RfkünstlicheElem

ente

Elektronegativität

nachPauling

Ordnungszahl

Schmelzpunkt

Siedepunkt(in°C)

Elektronenkonfiguration

Relative

Atom

masse

(Atomgewicht)

ing/mol

Oxidationszahlen–

wichtigsteinVerbindung

Metalle

Halbm

etalle

Nichtm

etalle

Edelgase

Reduktionspotential

E°inVmitAnzahl(n)derElektronen

für:

En+

+ne–

E(f)(Metalle)

E+ne–

En–

EOn/2

+nH+ ++ne– –

E(f)+n/2H₂O

1/2O₂(g)

2H+2e

H₂O(fl)

Dichteing/cm3bei0

°C(gasförm

igeElem

ente

ing/dm

3bei1013mbar)

+

Schirmeister / Schmuck / WichBeyer / Walter

Organische Chemie

Schirmeister / Schmuck / Wich

Beyer / WalterOrganische ChemieBegründet vonProf. em. Dr. Hans Beyer†, GreifswaldProf. em. Dr. Wolfgang Walter†, HamburgProf. Dr. Dr. h. c. mult. Wittko Francke, Hamburg

Fortgeführt vonProf. Dr. Tanja Schirmeister, MainzProf. Dr. Carsten Schmuck, EssenJun.-Prof. Dr. Peter R. Wich, Mainz

Unter Mitarbeit vonDenise Bamberger, Heinz Bandmann, Lina Bartsch, DanielBellinger, Christoph Borek, Uwe Dietzel, Martin Ehlers,Prof. Dr. Bernd Engels, Matthias Fach, Dr. ChristopherGanser, Dr. Barbara Geibel, Dr. Simon Grabowsky, Prof. Dr.Mark Helm, Lina Irsheid, Michael Juchum, SandraJunghanel, Jochen Kesselring, Prof. Dr. Caroline Kisker,Dennis Kuchenbecker, Dr. Sebastian Langolf, Dr. ThomasLemster, Dr. Ferdinand Matz, Dr. Christoph Menrath, IraSchmid, Dr. Thomas Schneider, Dr. Simon Vogel, Dr. ArminWelker und Elio Zellermann

25., völlig neu bearbeitete Auflage

Mit 2309 Abbildungen und 28 Tabellenund Poster „Taschenfalter“

Anschriften der Autoren

Prof. Dr. Tanja SchirmeisterInstitut für Pharmazie und BiochemieJohannes Gutenberg-Universitat MainzStaudinger Weg 555128 [email protected]

Prof. Dr. Carsten SchmuckFakultat für ChemieUniversitat Duisburg-EssenUniversitatsstraße 745141 [email protected]

Jun.-Prof. Dr. Peter R. WichInstitut für Pharmazie und BiochemieJohannes Gutenberg-Universitat MainzStaudinger Weg 555128 [email protected]

Alle Angaben in diesem Werk wurden sorgfaltig geprüft. Dennoch können die Autoren und der Verlag keine Gewahr fürderen Richtigkeit übernehmen.

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Bibliografische Information der Deutschen NationalbibliothekDie Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte biblio-grafische Daten sind im Internet unter http://dnb.d-nb.de abrufbar.

Jede Verwertung des Werkes außerhalb der Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist unzulassig und strafbar. Das gilt insbe-sondere für Übersetzung, Nachdruck, Mikroverfilmung oder vergleichbare Verfahren sowie für die Speicherung in Daten-verarbeitungsanlagen.

Die Vorauflagen dieses Buches erschienen unter dem Titel „Lehrbuch der Organischen Chemie“.

25., völlig neu bearbeitete Auflage 2016ISBN 978-3-7776-1673-5 (Print)ISBN 978-3-7776-2164-7 (E-Book)

© 2016 S. Hirzel VerlagBirkenwaldstr. 44, 70191 Stuttgartwww.hirzel.de

Printed in Germany

Autorenassistenz: Dr. Gabriele Lauser, Silvia Radlein, Sandra Schroeder, Dr. Nicole KindlerSachregistererstellung: Dr. Matthias Delbrück, Dr. Angelika Fallert-Müller, Dr. Beatrix Föllner, Walter GreulichSatz: primustype R. Hurler GmbH, NotzingenDruck und Bindung: Appl, WemdingUmschlaggestaltung: deblik, BerlinUmschlagabbildung: Dr. Simon Grabowsky, Universitat BremenDie Abbildung zeigt ein experimentell abgeleitetes elektrostatisches Potenzial von l-Alanyl-l-Phenylalanyl-l-Alanin aufeiner Elektronendichte-Isooberflache und wurde mit dem Programm Moliso (www.moliso.de) erzeugt.

Vorwort V

Vorwort

Der Beyer/Walter hat sich seit seinem ersten Erscheinen1953 schnell zu einem Standardwerk der OrganischenChemie entwickelt. Während die anderen großen Lehr-bücher der Organischen Chemie, die größtenteils ausdem angelsächsischen Raum stammen, traditionellihren Schwerpunkt auf der Beschreibung von Reaktio-nen und Mechanismen haben, stehen beim Beyer/Wal-ter seit jeher die einzelnen Stoffklassen und Verbindun-gen, ihre Eigenschaften sowie ihre Herstellung und Ver-wendung im Vordergrund.Mit diesem einzigartigen Konzept hat sich der Beyer/Walter über alle Jahrzehnte seinen festen Platz in derAusbildung vor allem von Chemikern und Pharmazeu-ten gesichert. Es dürfte sicherlich kaum Studierendeeines chemisch orientieren Studiengangs geben, diedieses Buch nicht bereits einmal genutzt haben, um dieStrukturformel eines Naturstoffes nachzuschlagen oderetwas über die Herstellung und Verwendung einesbestimmten Heterocyclus zu lernen. Im Laufe der Jahrewurde der Beyer/Walter aufgrund seines großen Erfolgsin mehrere Sprachen übersetzt. Im Jahr 2004 erschien,50 Jahre nach der Erstauflage, die 24. und bisher letzteAuflage dieses Klassikers.Zwar wurden mit jeder neuen Auflage Aktualisierun-gen vorgenommen, Fehler korrigiert und neueThemenaufgenommen. Nach mittlerweile über 60 Jahren imEinsatz stellte sich aber die Frage, ob solche Änderun-gen am bestehenden Buch noch ausreichen, um denBeyer/Walter auch für die nächsten Jahrzehnte fit zumachen. Vielleicht war es an der Zeit, eine umfassen-dere Überarbeitung und gegebenenfalls komplette Neu-gestaltung in Angriff zu nehmen? Denn trotz allererfolgten inhaltlichen Überarbeitungen und Aktualisie-rungen hatten sich in all den Jahren natürlich auchErwartungen und Ansprüche an Grafik, Layout undSprache eines Lehrbuchs stark verändert. MancheBeschreibungen chemischer Sachverhalte im altenBeyer/Walter klingen aus heutiger Sicht mittlerweileungewohnt. Heute übliche Begriffe wie Nucleophil undElektrophil wurden früher nicht benutzt, stattdessensprach man z. B. von Donor- und Akzeptorkomponen-ten. Auch die moderne Betrachtung von Reaktivitätenund Eigenschaften von Verbindungen auf der Basis vonMolekülorbitalen und deren Wechselwirkungen gab esdamals in dieser Form noch nicht. Der Verlag hat daherentschieden, dass mit der 25. Auflage eine kompletteÜberarbeitung undModernisierung stattfinden sollte.Als der Verlag uns Anfang 2012 fragte, ob wir dieseAufgabe übernehmen wollen, war unsere spontaneAntwort: „Im Prinzip ja, aber…“. Einerseits reizte unsdie Chance, an der Neugestaltung dieses Klassikers, denwir alle selbst aus unserem Studium kannten, mitarbei-

ten zu dürfen. Andererseits hatten wir großen Respektvor dieser Herausforderung. Wie gestaltet man ein seitJahrzehnten etabliertes Lehrbuch neu, bewahrt abergleichzeitig seinen Charakter und seine von der Leser-schaft geschätzten Vorzüge gegenüber anderen Lehrbü-chern? Die inhaltliche Basis der vorliegenden Kom-plettüberarbeitung bildet daher nach wie vor die 24.Auflage von 2004, in der wir allerdings an vielen StellenErgänzungen und Aktualisierungen vorgenommen,veraltete Verfahren und Methoden gestrichen unddafür neue aufgenommen haben.

Insbesondere haben wir aber den Inhalt komplettneu sortiert und arrangiert, wie ein Blick ins Inhaltsver-zeichnis sofort zeigt. Anstelle von 11 großen Kapitelnmit vielen Unterkapiteln, haben wir die Stoffklassen ininsgesamt 35 Kapiteln neu zusammengefasst.

Auch innerhalb der Kapitel haben wir eine neueStrukturierung eingeführt. Bei jeder Stoffklasse be-schreiben wir zuerst die Strukturen und Eigenschaften,dann die Gewinnung und Synthese, bevor wir wichtigeReaktionen und Anwendungen vorstellen. Abschlie-ßend werden einzelne ausgewählte Vertreter der Stoff-klasse diskutiert. Diese neue Aufteilung soll es erleich-tern, zuerst einmal die allgemeinen Zusammenhängeund Grundprinzipien, die für die gesamte Stoffklassegelten, zu erkennen und zu verstehen, bevor man sichdann einzelnen Verbindungen und deren teilweise sehrspeziellen Anwendungen und Besonderheiten zuwen-det. Neu im Buch sind zudem Exkurse, in denen wirz. B. historische oder medizinisch-pharmakologischeHintergründe, interessante Anekdoten, aber auch wich-tige Reaktionen undMechanismen detaillierter vorstel-len. Einen Überblick finden Sie hinten im Buch.

Die Besprechung von Reaktionen undMechanismenerfolgt bewusst nicht in der Tiefe und Detailfülle wie inanderen Lehrbüchern der Organischen Chemie. DerBeyer/Walter war nie ein „Mechanismen-Buch“ undsollte auch bei der Neugestaltung durch uns keines wer-den. Das Hauptanliegen des Buches ist und bleibt dieBeschreibung der Stoffklassen und einzelner Verbin-dungen. Komplett neu geschrieben haben wir den All-gemeinen Teil, der jetzt in den ersten drei KapitelnStoffe und ihre Zusammensetzung (Kapitel 1), Atom-bau, chemische Bindung, funktionelle Gruppen undderen nasschemische und instrumentelle Analytik(Kapitel 2) sowie die Struktur und Stereochemie organi-scher Verbindungen (Kapitel 3) beschreibt.

Auch beim Layout wurden deutliche Änderungenvorgenommen. Die jeweiligen Informationen präsen-tieren wir bewusst in längeren Fließtexten, währendgleichzeitig einzelne Strukturformeln und Reaktions-schemata zu größeren Abbildungen zusammengefasst

VorwortVI

sind. Dadurch sind Text und graphische Informationenstärker voneinander getrennt als es im Beyer/Walter bis-her der Fall war. Wir sind der Meinung, dass so derLesefluss und damit letztendlich das Verständniserleichtert werden.

Alle Formeln und Abbildungen wurden zudemkomplett neu gestaltet und mit einem einheitlichenFarbschema versehen. So sind z. B. alle Verbindungsna-men in Blau, physikalische Eigenschaften und Beschrei-bungen in Grün und wichtige Strukturelemente in Rotgehalten. An vielen Stellen illustrieren wir die diskutier-ten Sachverhalte zusätzlich durch Farbabbildungen.

Bei all diesen vielen Änderungen glauben wir, dassdie Neufassung nichts von den Vorzügen und Stärkendes „alten“ Beyer/Walter verloren hat, dafür aber über-sichtlicher und insgesamt moderner und ansprechen-der geworden ist. Ob und in wieweit uns das gelungenist, müssen Sie als Leserinnen und Leser selbst entschei-den. Wir laden Sie ein, uns Ihre Eindrücke und Erfah-rungen mit dieser Neufassung mitzuteilen. UnsereE-Mail-Adressen finden Sie im Impressum. Zögern Sienicht, mit uns in Kontakt zu treten! Helfen Sie unsdurch Ihre Rückmeldungen, den Beyer/Walter so wei-terzuentwickeln, dass er auch weiterhin das Standard-werk für die Organische Stoffchemie bleibt, das er seitJahrzehnten ist.

Selbstverständlich wäre ein solches Projekt nichtmachbar gewesen ohne die tatkräftige Unterstützung

und Mithilfe vieler Personen. Zuerst einmal möchtenwir Herrn Dr. Tim Kersebohm, Frau Dr. Gabriele Lau-ser und Frau Natascha Wenzel vom S. Hirzel Verlagdanken. Herr Kersebohm war seitens des Verlages dietreibende Kraft für dieses Projekt und hat unsmit vielenRatschlägen und Anregungen zur Seite gestanden. FrauLauser hat das gesamte Manuskript federführend Kor-rektur gelesen und war maßgeblich an der Umsetzungdes Layouts beteiligt. Frau Wenzel hat im Verlag dieHerstellung des Buches betreut. Ein besonders großerDank geht an unsere Mitarbeiterinnen undMitarbeiter,die uns bei der Erstellung der Texte und der Neugestal-tung der Formelzeichnungen und Abbildungen gehol-fen haben. Ohne diese Hilfe wäre die Neufassung nie-mals innerhalb von drei Jahren fertig geworden. Weruns im Einzelnen unterstützt hat, lesen Sie ganz vorneim Buch. Abschließend danken wir auch unseren Part-nerinnen und Partnern, die uns in den letzten 3 ½ Jah-ren viele, viele Stunden entbehren mussten, währendderer wir Texte geschrieben, Manuskripte korrigiertund Abbildungen verbessert haben.Und jetzt viel Spaß mit dem neuen Beyer/Walter!

Mainz und Essen, im Herbst 2015 Tanja SchirmeisterCarsten Schmuck

Peter R. Wich

Inhaltsverzeichnis VII

Inhaltsverzeichnis

Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V

Abkürzungsverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XVI

1 Stoffe und ihre Zusammensetzung.... 1

1.1 Organische Chemie und organische Stoffe 1

1.2 Zusammensetzung und Reinheitorganischer Stoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

1.2.1 Reinsubstanzen und Stoffgemische . . . . . . . . . . 3

1.2.2 Charakterisierung organischer Verbindungen 3

1.3 Trennung von homogenenStoffgemischen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1.3.1 Extraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.3.2 Kristallisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.3.3 Destillation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.3.4 Sublimation – Resublimation . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3.5 Chromatographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2 Atombau, chemische Bindung,funktionelle Gruppen undderen Analytik ............................... 11

2.1 Atombau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.2 Chemische Bindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.2.1 Ionenbindung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.2.2 Atombindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.2.3 C−H-, C−C-, C=C- und C≡C-Bindungen . . 16

2.3 Funktionelle Gruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.3.1 Hard and Soft Acids and Bases (HSAB),Lewis-Sauren und -Basen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.3.2 Induktive und mesomere Effekte funktio-neller Gruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.4 Nasschemische Analytikfunktioneller Gruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

2.4.1 Einführung und allgemeine Prinzipien. . . . . . 27

2.4.2 Nachweis von primaren aromatischen Ami-nen, elektronenreichen Aromaten und Nitrit 29

2.4.3 Nachweis von Nitrat, nitrierbaren Aromatenund CH-aciden Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . 29

2.4.4 Nachweis von elektronenreichen Aromatenund Aldehyden unter Zugabe von Saure . . . . 30

2.5 Spektroskopische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

2.5.1 Elektromagnetische Strahlung, Energie undihre Auswirkungen auf organische Moleküle 33

2.5.2 Massenspektrometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2.5.3 IR-Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

2.5.4 UV/Vis-Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.5.5 NMR-Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.5.6 Kristallstrukturanalyse,Röntgenstrukturanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

3 Struktur organischer Verbindungenund Stereochemie .......................... 53

3.1 Konstitution und Struktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.1.1 Historische Aspekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

3.1.2 Konstitution, Konnektivitat und Darstellungs-weisen organischer Verbindungen (Formeln) 53

3.2 Isomerie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

3.2.1 Konstitutions- und Stereoisomere . . . . . . . . . . . 54

3.2.2 Konfigurations- und Konformationsisomere 56

3.2.3 Tautomerie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

3.3 Konformation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.3.1 Torsionswinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

3.3.2 Ethan-Konformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

3.3.3 n-Butan-Konformationen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

3.3.4 n-Pentan-Konformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

3.4 Optische Isomerie und Chiralität . . . . . . . . . . . . 63

3.4.1 Chiralitats- und Symmetrieelemente . . . . . . . . 63

3.4.2 Spezifische Drehung und Polarimetrie. . . . . . . 66

3.4.3 Enantiomere: Fischer-Projektion undd/l-Nomenklatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

3.4.4 Enantiomere: absolute Konfigurationnach CIP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

3.4.5 Axiale und planare Chiralitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72

3.4.6 Trennung von Enantiomeren, stereo-selektive Synthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

3.5 Diastereoisomerie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

3.5.1 Verbindungen mit mehrerenChiralitatselementen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

3.5.2 (E/Z )-Isomerie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

3.6 Prochiralität und Topizität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.6.1 Prochiralitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.6.2 Topizitat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84

3.7 Pseudochiralität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

3.8 Stereochemie von Cycloalkanen . . . . . . . . . . . . . 88

3.8.1 Ringspannung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

3.8.2 Einfache Cycloalkane. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

3.8.3 Stereoisomerie der Decaline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

3.9 Konformation von Peptiden. . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

InhaltsverzeichnisVIII

4 Gesättigte Kohlenwasserstoffe ......... 99

4.1 Alkane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

4.1.1 Struktur und Eigenschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

4.1.2 Gewinnung und Synthese. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

4.1.3 Reaktionen und Anwendungen. . . . . . . . . . . . . . . 105

4.2 Monocyclische Alkane (Cycloalkane) . . . . . . . . 106




4.3 Bi- und polycyclische Kohlenwasserstoffe 118




5 Ungesättigte aliphatischeKohlenwasserstoffe ........................ 129

5.1 Alkene (Olefine) und Cycloalkene . . . . . . . . . . . 129




5.1.4 Ausgewahlte Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

5.2 Konjugierte Polyene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150




5.3 Kumulene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163




5.4 Alkine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168





6 Alkohole und Thiole ....................... 175

6.1 Einwertige Alkohole. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175





6.2 Mehrwertige Alkohole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184





6.3 Thiole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198





7 Halogenalkane .............................. 203

7.1 Monohalogenalkane(Alkylhalogenide) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203





7.2 Mehrfach halogenierte Alkane . . . . . . . . . . . . . . 212





7.3 Fluorierte Kohlenwasserstoffe . . . . . . . . . . . . . . . 216





8 Aliphatische Stickstoffverbindungen . 221

8.1 Amine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221





8.2 Diazoverbindungen, Diazirine,Diaziridine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233





8.3 Aliphatische Hydrazine und Azide . . . . . . . . . . 238





9 Ether und Thioether ....................... 245

9.1 Ether . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245




Inhaltsverzeichnis IX

9.2 Thioether . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251





10 Organische Derivate anorganischerSäuren, organische Derivate derElemente P, B, Si und As .................. 255

10.1 Ester anorganischer Säuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255





10.2 Sulfon-, Sulfin- und Sulfensäuren . . . . . . . . . 263





10.3 Nitroalkane. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266




10.4 Organische Phosphor- und Arsen-verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272





10.5 Organische Silicium- undBorverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277





11 Metallorganische Verbindungen....... 283

11.1 Alkalimetallorganische Verbindungen(Alkalimetallorganyle) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 283




11.2 Organische Magnesiumverbindungen . . . . . 286




11.3 Organische Zinkverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . 290




11.4 Organische Quecksilberverbindungen . . . . . 292




11.5 Organische Aluminiumverbindungen . . . . . . 293




11.6 Organische Zinnverbindungen. . . . . . . . . . . . . . . 295




11.7 Organische Bleiverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . 296




11.8 Organische Übergangsmetallkomplexe . . . . 297



12 Aliphatische Carbonylverbindungen . 305

12.1 Alkanale (aliphatische Aldehyde) . . . . . . . . . . . 305





12.2 Alkanone (aliphatische Ketone) . . . . . . . . . . . . . 323





13 Aliphatische Mono- undDicarbonsäuren ............................. 339

13.1 Gesättigte Mono- und Dicarbonsäuren. . . . 339





13.2 Ungesättigte aliphatische Mono- undDicarbonsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358





InhaltsverzeichnisX

14 Carbonsäurederivate ...................... 375

14.1 Carbonsäurehalogenide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 375




14.2 Carbonsäureanhydride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 378




14.3 Ketene. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382




14.4 Ester und Orthoester . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 383




14.5 Carbonsäureamide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389




14.6 Sonstige N-Derivate der Carbonsäuren . . . . . 392

15 Carbonsäuren mit zusätzlichenfunktionellen Gruppen ................... 399

15.1 Halogencarbonsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399





15.2 Hydroxycarbonsäuren und Lactone. . . . . . . . . 403





15.3 Aminocarbonsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 414





15.4 Aldehyd- und Ketocarbonsäuren . . . . . . . . . . . 422





16 Derivate von Kohlensäure, Cyansäureund Kohlenstoffmonoxid sowieCarbene und Nitrene ...................... 433

16.1 Kohlensäure und ihre Derivate . . . . . . . . . . . . . . 433





16.2 (Iso-)Cyansäure und ihre Derivate . . . . . . . . . . 444




16.3 Kohlenstoffmonoxid und seine Derivate . . 455





16.4 Carbene, Carbine und Nitrene als instabileZwischenprodukte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 459





17 Kohlenhydrate ............................... 465

17.1 Monosaccharide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466





17.2 Oligosaccharide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 493





17.3 Polysaccharide (Glycane) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500

18 Aromatische Kohlenwasserstoffe(Arene) ......................................... 511

18.1 Benzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511




18.2 Alkylderivate des Benzens (Alkylbenzene) 516





Inhaltsverzeichnis XI

18.3 Benzenderivate mit heteroatomhaltigenSeitenketten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519

18.4 Benzenderivate mit ungesättigtenSubstituenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522

19 Aromaten mit Halogen-, Nitro- undSulfonsäuregruppen ....................... 527

19.1 Halogenierte Aromaten(Arylhalogenide) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 527




19.2 Nitroaromaten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 537





19.3 Aromatische Sulfonsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543





20 Phenole und Derivate ..................... 553

20.1 Einwertige Phenole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 553





20.2 Mehrwertige Phenole. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 563



20.3 Phenylether . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 571




20.4 Benzochinone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 572



21 Aromatische Carbonyl- undCarboxyverbindungen..................... 579

21.1 Aromatische Aldehyde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579





21.2 Aromatische Ketone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 592





21.3 Aromatische Monocarbonsäuren –Benzoesäure und ihre Derivate . . . . . . . . . . . . . . 599




21.4 Gesättigte arylsubstituierte aliphatischeMonocarbonsäuren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608





21.5 Ungesättigte arylsubstituierte aliphatischeMonocarbonsäuren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611




21.6 Aromatische Dicarbonsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . 614




22 Aromatische Stickstoffverbindungen. 619

22.1 Aromatische Amine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619





22.2 Aromatische Azo- und Diazonium-verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627





23 Oligo- und Polyphenyle, Arylalkane.. 639

23.1 Biphenyle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 639




23.2 Terphenyle und Polyphenyle . . . . . . . . . . . . . . . . . 641




InhaltsverzeichnisXII

23.3 Arylmethane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644





23.4 Arylethane und freie Radikale . . . . . . . . . . . . . . . 653




24 Kondensierte aromatischeRingsysteme.................................. 661

24.1 Inden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 662





24.2 Fluoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 664





24.3 Naphthalen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 666





24.4 Anthracen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 674





24.5 Phenanthren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 680




24.6 Polycyclische aromatische Kohlen-wasserstoffe mit vier und mehr Ringen . . . 682

25 Nichtbenzoide Aromaten undAnnulene...................................... 687

25.1 Annulene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 687




25.2 Azulene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 690





25.3 Kationische, nichtbenzoide Aromaten. . . . . 694





25.4 Anionische, nichtbenzoide Aromaten . . . . . 696





26 Terpene ........................................ 703

26.1 Monoterpene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703

26.1.1 Struktur, Eigenschaften und Anwendungen 704


26.2 Terpene aus drei bis acht Isopreneinheiten 715



26.3 Polyterpene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 726


27 Steroide........................................ 731

27.1 Natürliche und synthetische Steroide. . . . . . 731




28 Fünfringe mit einem Heteroatom ..... 753

28.1 Pyrrolgruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 753





28.2 Furangruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 766





28.3 Thiophengruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 771




Inhaltsverzeichnis XIII

29 Benzanellierte Ringsysteme derPyrrol-, Furan- und Thiophengruppe 775

29.1 Indolverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 775





29.2 Indolizinverbindungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 782





29.3 Isoindole und Isobenzofurane. . . . . . . . . . . . . . . 784





29.4 Cumarone und Thionaphthene . . . . . . . . . . . . . . 788





29.5 Kondensierte tricyclische Systeme . . . . . . . . . . 790





30 Fünfringe mit zwei Heteroatomen .... 793

30.1 Pyrazolgruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 793





30.2 Imidazolgruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 802





30.3 Oxazol, Isoxazol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 810





30.4 Thiazol, Isothiazol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 815





31 Fünfringe mit drei oder mehrHeteroatomen ............................... 823

31.1 Triazole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 823





31.2 Tetrazol. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828





31.3 Pentazol. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 830



31.4 Thiadiazol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 831





32 Sechsringe mit einem Heteroatom .... 835

32.1 Pyridingruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 835





32.2 Pyrangruppe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 843





33 Benzanellierte Sechs- undSiebenringe .................................. 847

33.1 Benzopyridine, Dibenzopyridine undBenzopyrane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 847





33.2 Benzazepine, Dibenzazepine undBenzodiazepine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 866





InhaltsverzeichnisXIV

34 Sechsringe mit zwei und dreiHeteroatomen ............................... 873

34.1 Diazine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 873





34.2 Benzodiazine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 883





34.3 Piperazine, Thiazine, Oxazine, Dioxine . . . . 885





34.4 Phenazine, Phenoxazine, Dibenzo-p-dioxine und Phenothiazine . . . . . . . . . . . . . . . 888





34.5 Triazine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 894





35 Stickstoffhaltige bicyclische Hetero-systeme (Heterobicyclen)................. 899

35.1 Purine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 899





35.2 Pteridine und Pterine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 908





35.3 Weitere Heterobicyclen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 913

36 Alkaloide ...................................... 917

36.1 Alkaloide vom Tetrahydropyrrol-,Pyridin- und Piperidin-Typ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 918





36.2 Alkaloide vom Tropan-Typ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 923




36.3 Alkaloide vom Chinolizidin-Typ . . . . . . . . . . . . . 928




36.4 Alkaloide vom Chinolin-Typ . . . . . . . . . . . . . . . . . . 929




36.5 Alkaloide vom Isochinolin-Typ . . . . . . . . . . . . . . 931





36.6 Alkaloide vom Indol-Typ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 937




37 Aminosäuren, Peptide und Proteine . 943

37.1 Aminosäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 943





37.2 Peptide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 954





37.3 Proteine. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 968





Inhaltsverzeichnis XV

38 Nucleinsäuren ............................... 979

38.1 Nucleobasen, Nucleoside und Nucleotide 979





38.2 RNA und DNA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 985





Wichtige Reaktionen und Begriffein der Organischen Chemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 999

Bildnachweis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1013

Sachregister . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1017

Die Autoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1175

AbkürzungsverzeichnisXVI

Abkürzungsverzeichnis

A Einbuchstaben-Code für AlaninABA AbscisinsäureABS AlkylbenzensulfonatABS Acrylnitril-Butadien-StyrenACE angiotensin converting enzymeAcetyl-CoA Acetyl-Coenzym AAChE AcetylcholinesteraseACL d,l-α-Amino-β-caprolactamACP Acyl-Carrier-ProteinACS American Chemical SocietyACTH Corticotropin, adeno-corticotropes

HormonADH Vasopressin, antidiuretisches HormonADHS Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivi-

tätsstörungADP AdenosintriphosphatAGE advanced glycosylation end productsAHA α-Hydroxycarbonsäuren (α-hydroxy

acid)AHL N-AcylhomoserinlactonAIBN α,α‘-AzoisobutyronitrilAIDS Acquired immune(o) deficiency

syndromeAMP Adenosin-5’-monophosphatAO AtomorbitalAPCI atmospheric pressure CIAPG AlkylpolyglucosideAP-Stelle apurinische / apyrimidinische StelleAr– ArylASIS aromatic solvent induced shiftASS AcetylsalicylsäureATP AdenosintriphosphatATR attenuated total reflexion (abge-

schwächte Totalreflexion)AZT Azidothymidin

BDE BindungsdissoziationsenergieBHT– ButylhydroxytoluylBINAP– 2,2’-Bisdiphenylphosphino-1,1’-

binaphthylBoc– tert-ButyloxycarbonylBotox BotulinustoxinBSE bovine spongiforme encephalopathyBTX-Aromaten Benzen, Toluen und Xylen-Isomere

C Einbuchstaben-Code für CysteinCADD computer-aided drug designCbz– CarbobenzoxyCDA chirales DerivatisierungsreagenzCFK Carbonfaser-verstärkte KunststoffeCFKW ChlorfluorkohlenwasserstoffeCGTase Cyclodextrin-Glycosyl-TransferaseHCC Hexachlorcyclohexan

CI chemische IonisierungCIP-System Cahn-Ingold-Prelog-SystemCJK Creutzfeldt-Jakob-KrankheitCM-Cellulose CarboxymethylcelluloseCMP Cytidin-5’-monophosphatCOC Cycloolefin-CopolymerCOMP cartilageo oligomeric matrix proteinCOSY correlated NMR spectroscopyCOT CyclooctatetraenCOX CyclooxygenaseCp– CyclopentadienylCPG controlled pore glass (nanoporige

Glaskapillare)CR ChloroprenkautschukCRD carbohydrate recognition domainCSE Cholesterol-Synthese-EnzymCT-Komplex Charge-Transfer-KomplexCVD chemical vapor depositionCW-Verfahren Continuous-Wave-VerfahrenCYP Cytochrom P450

D Einbuchstaben-Code fürAsparaginsäure

Da DaltonDABCO 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octanDBN 1,5-Diazabicyclo[4.3.0]non-5-enDBP DibutylphthalatDBU 1,8-Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-enDC DünnschichtchromatographieDCC DicyclohexylcarbodiimidDCIP Dichlorindophenol-NatriumDCN 1,4-NaphthalendicarbonitrilDCM DichlormethanDDD DichlordiphenyldichlorethanDDE DichlordiphenyldichlorethylenDDQ 2,3-Dichlor-5,6-dicyanobenzochinonDDT DichlorodiphenyltrichloroethanDEAD Azodicarbonsäurediethylester,

DiethyldicarboxylatDEHP Bis-2-ethylhexylphthalat / Di-2-ethyl-

hexylphthalatDEPC DiethylpyrocarbonatDEPT distorsionless enhancement by polari-

zation transferDET Diethylphthalatde-Wert DiastereomerenüberschussDHA DocosahexaensäureDHCD cis-5,6-Dihydroxy-1,3-cyclohexadienDHEA DehydroepiandosteronDHQ DihydrochininDIAD DiisopropylazodicarboxylatDIBAH,DIBAL-H

Diisobutylaluminiumhydrid

Abkürzungsverzeichnis XVII

Diglyme DiethylenglycolmonomethyletherDIOP O-Isopropyliden-2,3-dihydroxy-

1,4-bis(diphenylphosphino)butanDIPEA DiisopropylethylaminDMAB p-DimethylaminobenzaldehydDMAP 4-DimethylaminopyridinDMARD disease-modifying anti-rheumatic drugDMDO DimethyldioxiranDMF DimethylformamidDMPS DimercaptopropansulfonsäureDMS DimethylsulfatDMSO DimethylsulfoxidDMT– DimethoxytritylDNA DesoxyribonucleinsäureDNOC 4,6-Dinitro-o-kresolDNP– DinitrophenyldNTP DesoxyribonucleotidtriphosphatDOP DioctylphthalatDOPA 3,4-DihydroxyphenylalaninDPP DipeptidylpeptidaseDPPA DiphenylphosphorylazidDPPH– 2,2-Diphenyl-1-pikrylhydrazyldr-Wert DiastereomerenverhältnisdT DesoxythymidinDTPA- Pentetsäure, Diethylentriaminpenta-

essigsäure

E Einbuchstaben-Code fürGlutaminsäure

(E)- chemischer Deskriptor: entgegenEC EthylcelluloseEDA-Komplex Elektronendonator-Akzeptor-

KomplexEDC N-(3-Dimethylaminopropyl)-N’-

ethylcarbodiimidEDTA EthylendiamintetraessigsäureEEP erythropoetische ProtoporphyrieEI ElektronenionisierungEPA EicosapentaensäureEPA Environmental Protection AgencyEPC enantiomeric pure compoundsEPDM Ethylen-Propylen-Dien-MonomerEPM Ethylen-Propylen-MonomerEPR ethylene-propylene rubberEPS expandiertes Polystyrener-Wert EnantiomerenverhältnisESI electron spray ionizationESR ElektronenspinresonanzEt– EthylEVA Ethylenvinylacetat

F Einbuchstaben-Code für PhenylalaninFAB fast atom bombardmentFAD, FADH2 Flavinadenindinucleotid (oxidierte

bzw. reduzierte Form)

FCKW FluorchlorkohlenwasserstoffeFMN, FMNH2 Flavinmononucleotid (oxidierte

bzw. reduzierte Form)FOSHU foods for specified health useFSH follikelstimulierendes HormonFT-NMR Fourier-Transformations-NMR-

SpektroskopieFVP flash vacuum pyrolysis

G Einbuchstaben-Code für GlycinGABA γ-Aminobuttersäure / 4-Amino-

buttersäureGAG GlycosaminoglycaneGDCh Gesellschaft Deutscher ChemikerGFR glomeruläre FiltrationsrateGlcA d-GluconsäureGlc NAc N-Acetyl-d-glucosamin-EinheitenGlcU d-GlucuronsäureGLP-1 Glucagon-like peptide 1GMP Guanosin-5’-monophosphatGSH Gluthathion-SHGTP Gruppen-Transfer-PolymerisationGul U l-Guluronsäure

h hour (Stunde)H Einbuchstaben-Code für HistidinHCH HexachlorcyclohexanHDI HexamethyldiisocyanatHDL high density lipoproteinHDPE high density polyethyleneHEDP HydroxyethylidendiphosphatHETCOR heteronucleare Korrelationsspektro-

skopieHFCS high fructose corn syrupHIV Humanes Immundefizienz-VirusHMBC heteronuclear multiple bond correlationHMG-CoA Hydroxymethylglutaryl-Coenzym AHMQC heteronuclear multiple quantum corre-

lationHNDP HexanitrodiphenylaminHNS HexanitrostilbenHOBt 1-HydroxybenzotriazolHOMO highest occupied molecular orbitalHPLC high pressure liquid chromatographyHPTLC high performance thin layer chromato-

graphyHSA Humanes Serum AlbuminHSAB hard and soft acids and basesHSD Hydroxy-Steroid-DehydrogenaseHSQC heteronuclear single quantum correla-

tionHX HalogenwasserstoffeHz Hertz

AbkürzungsverzeichnisXVIII

I Einbuchstaben-Code für IsoleucinICR-Zelle Ionen-Zyklotron-Resonanz-ZelleI-Effekt induktiver EffektIEP isoelektrischer PunktIIR isobutylene isoprene rubberIMP Inosin-5‘-monophosphatINEPT insensitive nuclei enhancement by

polarization transferINH IsonicotinsäurehydrazidIPR isolated pentagon ruleIR cis-1,4-PolyisoprenIR InfrarotIUPAC International Union of Pure and

Applied Chemistry

K Einbuchstaben-Code für LysinKIE Isotopeneffekt, kinetischerkJ KilojouleKKK KKK-Regel („Kälte, Katalysator,

Kern“)KRE konstitutionelle RepetiereinheitK–S Kopf-Schwanz-Verknüpfungen

L Einbuchstaben-Code für LeucinLAL LysinoalaninLCAO Linearkombination von Atom-

orbitalenLDA LithiumdiisopropylamidLDL low density lipoproteinLDPE low density polyethyleneLFER lineare freie EnergiebeziehungLH luteinisierendes HormonLIS lanthanide induced shiftLNA locked nucleic acidLNG liquified natural gas (Flüssiggas)LOX LipoxygenaseLSD (+)-LysergsäurediethylamidLTBA Lithium-tri-tert-butyloxyaluminium-

hydridLUMO lowest unoccupied molecular orbital

m- chemischer Deskriptor:metaM Einbuchstaben-Code für MethioninmM MillimolarMAB monoclonal antibodymACh MuscarinrezeptorMALDI matrix assisted laser desorption

ionizationMAO MethylaluminoxanMAO-B Monoaminooxidase BMCPBA m-ChlorperbenzoesäureMDI DiphenylmethandiisocyanatMDMA 3,4-Methylendioxyderivat des

MethamphetaminsM-Effekt mesomerer EffektMe– Methyl

mg MilligrammmL MilliliterMMA Methacrylsäuremethylester /

MethylmethacrylatMMH Monomethylhydrazinmmol MillimolMO MolekülorbitalMOM MethoxymethyletherMPLC middle pressure liquid chromatographyMPS multiple PeptidsyntheseMRT MagnetresonanztomographieMS MassenspektrometrieMSG MononatriumglutamatMTBE Methyl-tert-butyletherMTPA α-Methoxy-α-trifluormethyl-

phenylessigsäureMur Muraminsäure

N Einbuchstaben-Code für AsparaginnACh-Rezeptor Acetylcholin-RezeptorNAD+ / NADH NicotinamidadenindinukleotidNBS N-BromsuccinimidNDB-Cl 7-Chloro-4-nitrobenzo-2-oxa-1,3-

diazolNDB-F 7-Fluoro-4-nitrobenzo-2-oxa-1,3-

diazolNDELA N-NitrosodiethanolaminNIH National Institutes of HealthNHS N-Hydroxysuccinimidnm NanometerNMA N-MethylanilinNMDA N-Methyl-d-asparaginsäureNM(M)O N-Methylmorpholin-N-oxidNMOC non methane organic compoundsNMP N-Methyl-2-pyrrolidonNMR nuclear magnetic resonance

(kernmagnetische Resonanz)NOE Kern-Overhauser-EffektNOS NO-SynthaseNRTI nucleosidische Reverse-Transkriptase-

InhibitorenNSAID nonsteroidal anti-inflammatory drugNSAR nichtsteroidales AntirheumatikumNTA Trilon A / NitrilotriessigsäureNTP Nucleosidtriphosphat

o- chemischer Deskriptor: orthoOMEGA-Prozess

Only Mono Ethylen Glycol AdvancedProcess

OMP Orotidin-5’-monophosphat

p- chemischer Deskriptor: paraP Einbuchstaben-Code für ProlinPABA p-AminobenzoesäurePAGE Polyacrylamid-GelelektrophoresePAH Phenylalaninhydroxylase

Abkürzungsverzeichnis XIX

PAK polycylische aromatische Kohlen-wasserstoffe

PAN PolyacrylnitrilPAPS 3’-Phosphoadenosin-5’-phosphosulfatPAS p-AminosalicylsäurePBG PorphobiliogenPC PolycarbonatePCB PolychlorbiphenylPCC PyridiniumchlorochromatPCDD polychlorierte DibenzodioxinePCDF polychlorierte DibenzofuranePCR polymerase chain reactionPDE PhosphordiesterasePDT photodynamischeTherapiePE PolyethenPEA β-PhenylethylaminPEG PolyethylenglycolPEG-MME PolyethylenglycolmonomethyletherPER PerchlorethylenPET PolyethylenterephthalatPETN PentaerythrittetranitratPFOS PerfluoroctansäurePFT perfluorierte TensidePGE2 DinoprostonPh– PhenylpH pondus hydrogeniiPHB PolyhydroxybuttersäurePHV PolyhydroxyvaleriansäurePICI positive ion chemical ionizationPKU PhenylketonuriePLMF 1 periodic leaf movement factor 1PMA Phorbol-12-myristat-13-acetatPMMA PolymethacrylsäuremethylesterPP PolypropylenPPA Polyphosphorsäureppm parts per millionPPP Poly-p-phenylenPPS Poly-p-phenylensulfidPPV Poly-p-phenylenvinylenPRPP PhosphoribosylpyrophosphatPSC polare StratosphärenwolkenPTAD 4-Phenyl-3H-1,2,4-triazolin-3,5-dionPTC PhasentransferkatalysePTFE PolytetrafluorethylenPUFA polyunsaturated fatty acidPUR PolyurethanePVAm PolyvinylaminPVAP PolyvinylacetatphthalatPVC PolyvinylchloridPyBOP Benzotriazol-1-yl-oxytripyrrolidino-

phosphoniumhexafluorophosphat

Q Einbuchstaben-Code für GlutaminQcl Hexadecyltributylphosphoniumchlo-

rid

QCN quartäres PhosphoniumcyanidQqQ Tripelquad

R Einbuchstaben-Code für ArgininR RestRAAS Renin-Angiotensin-Aldosteron-

SystemRAF radical adduct formationRAMP (R)-(+)-1-Amino-2-methoxymethyl-

pyrrolidinRDX 1,3,5-Trinitro-1,3,5-triazinanRNA RibonucleinsäureROMP ringöffnende Metathese-Polymeri-

sationROS reaktive SauerstoffspeziesRP reversed phaseRT Raumtemperatur

S Einbuchstaben-Code für SerinSAMP (S)-(–)-1-Amino-2-methoxymethyl-

pyrrolidinSBR Styren-Butadien-KautschukSBS Styren-Butadien-Styren-Dreiblock-

polymereSC SäulenchromatographiescCO2 überkritisches KohlendioxidSDS sodium dodecyl sulfateSDS-PAGE sodium dodecyl sulfate polyacrylamide

gel electrophoresissec- chemischer Deskriptor: sekundärSELEX Systematische Evolution von Liganden

durch exponentielle AnreicherungSET single electron transfersiRNAs small interfering RNAsSMILES simplified molecular input line entry

specificationSMR standard malaysian rubberSNARE soluble N-ethylmaleimide-sensitive-fac-

tor attachment receptorSOMO single occupied molecular orbitalSSS SSS-Regel („Siedehitze, Sonnenlicht,

Seitenkette“)S–S Schwanz-Schwanz-Verknüpfungen

T Einbuchstaben-Code fürThreoninTADDOL α,α,α,α’,α’-Tetraaryl-1,2-dioxolan-4,5-

dimethanolTAH ThrombozytenaggregationshemmerTBAH TetrabutylammoniumhydroxidTBHP tert-ButylhydroperoxidTBT TributylzinnhydridTBTO TributylzinnoxidTCA TrichloressigsäureTCDD 2,3,7,8-Tetrachlordibenzo-p-dioxin

(Dioxin)

AbkürzungsverzeichnisXX

TCE TrichlorethenTCM traditionelle chinesische MedizinTCNE TetracyanoethylenTDI ToluylendiisocyanatTEDA Triethylendiamintert- chemischer Deskriptor: tertiärTFA TrifluoressigsäureTFE TetrafluorethenTHC TetrahydrocannabinolTHF TetrahydrofuranTHP-Ether TetrahydropyranyletherTMEDA TetraethylmethylendiaminTMS-Cl ChlortrimethylsilanTMS– TrimethylsilylTMSOTf TrimethylsilyltrifluormethansulfonatTNB 1,3,5-TrinitrobenzenTNP PikrinsäureTNR StyphninsäureTNT 2,4,6-TrinitrotoluenToF time of flightTOS ToluensulfonsäureTPAP TetrapropylammoniumperruthenatTRI Trichlorethen

Ts– TosylTTC TriphenyltetrazoliumchloridTT-Kautschuk Tieftemperaturkautschuk

U Einbuchstaben-Code fürSelenocystein

UDMH unsymmetrisches DimethylhydrazinUV UltraviolettUMP Uridin-5’-monophosphatUVA nahes UVUVB mittleres UV

V Einbuchstaben-Code für ValinVis sichtbares Licht, UV/VisVLDL very low density lipoproteinVX Tammelinscher Ester

W Einbuchstaben-Code für Tryptophan

Y Einbuchstaben-Code für Tyrosin

(Z)- chemischer Deskriptor: zusammenZNS Zentralnervensystem

1

1

2

3

4

1.1 Organische Chemie und organischeStoffe

Die Zeit des Übergangs von der Alchemie als Naturphi-losophie zur Chemie als Naturwissenschaft im17./18. Jahrhundert ging einher mit einer zunehmen-den Aufteilung der Chemie in verschiedene Teilberei-che wie die Anorganische und die Organische Chemie.Neben Mineralien wurden nun auch Stoffe des Pflan-zen- und Tierreichs in naturwissenschaftliche Experi-mente mit einbezogen. Die enge chemische Verwandt-schaft der Stoffe aus Tieren und Pflanzen einerseits unddas im Vergleich dazu auf den ersten Blick scheinbarandereVerhalten anorganischer SubstanzenwieMetalleund Erze führte im Laufe der Zeit zu einer immer stär-keren Abgrenzung organischer von anorganischen Ver-bindungen.

Anfangs wurden vor allem von Scheele seit der Mittedes 18. Jahrhunderts aus pflanzlichen oder tierischenProdukten isolierte Säuren analysiert, wie Oxalsäure,Äpfelsäure, Weinsäure, Citronensäure, Milchsäure,Harnsäure sowie die aus Fetten oder Ölen gewonnenenFettsäuren. Einblicke in die elementaren Zusammen-setzungen organischer Stoffe waren jedoch erst mög-lich, nachdem Lavoisier (1779), fußend auf denErkenntnissen von Scheele (1771, publiziert 1777) undPriestley (1774), die Bedeutung des Sauerstoffs bei Ver-brennungsprozessen erkannte. Er widerlegte die damalsweit verbreitete Phlogiston-Lehre (zurückgehend aufBecher 1667), die eine hypothetische Substanz namensPhlogiston postulierte, welche in allen brennbaren Stof-fen enthalten sei und bei einer Verbrennung frei werdensollte. Lavoisier stellte hingegen fest, dass jede Verbren-nung mit der Aufnahme von Sauerstoff verbunden ist.Die Entstehung von Kohlendioxid, Wasser, Stickstoffoder Stickoxiden bei der Verbrennung von pflanzlichenoder tierischen Stoffen zeigte damit die Anwesenheitder Elemente Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff inder verbrannten Substanz an. Entstanden KohlendioxidundWasser auch bei Verbrennung unter Luftausschluss,

bewies dies die Anwesenheit von Sauerstoff in denuntersuchten Substanzen.

Die Bezeichnung „Organische Chemie“ wurde alseigenständiger Begriff erstmalig 1784 von Bergmangeprägt. Sie geht auf die Vorstellung zurück, dass es sichdabei um die Chemie der belebten Natur handelt. Diedamalige Auffassung war, dass sich diese OrganischeChemie grundsätzlich von der Anorganischen Chemieunterscheide und nur in lebendenOrganismenmöglichsei, die über eine besondere Lebenskraft (vis vitalis) ver-fügen. Diese als Vitalismus bezeichnete Auffassungwurde durch Experimente wie die im Jahre 1828 vonWöhler durchgeführte Harnstoffsynthese widerlegt.Wöhler gelang es, Ammoniumcyanat, NH4OCN, eintypisch anorganisches Salz, durch Erhitzen inHarnstoffzu überführen (○Abb. 1.1). Harnstoff ist eine typischorganische, körpereigene Substanz, die Rouelle alswichtiges Stoffwechselprodukt bereits 1773 aus demHarn isoliert hatte (daher stammt auch der Name).

Trotz dieses und ähnlicher Experimente hielt sichdie vorherrschende Vitalismus-Theorie noch eineerstaunlich lange Zeit. Erst als in der Folgezeit nicht nurbereits bekannte, aus der belebten Natur isolierte Stoffe,sondern auch neuartige, nicht natürlich vorkommendeorganische Substanzen synthetisiert wurden, erkannteman, dass auch die Organische Chemie einer breitenpräparativen Bearbeitung im Labor zugänglich ist undsich nicht grundsätzlich von der Chemie der unbeleb-ten Natur unterscheidet.

1 Stoffe und ihre Zusammensetzung

H2NC

O

NH2

NH4 O C NΔT

○ Abb.1.1 Harnstoffsynthese aus Ammoniumcyanat

Organische Chemie und organische Stoffe ... 1 | Zusammensetzung und Reinheit

organischer Stoffe ... 3 | Trennung von homogenen Stoffgemischen ... 4

1 Stoffe und ihre Zusammensetzung2

In der Mitte des 19. Jahrhunderts setzte sich letztlichdie Erkenntnis durch, dass die Gegenwart von Kohlen-stoff die Grundvoraussetzung für eine organische Subs-tanz ist. Dies führte dazu, die organischen Substanzenals Kohlenstoffverbindungen (Gmelin, Kolbe, Kekulé)oder als Carbogene (Corey 1989) zu bezeichnen. Sowerden laut IUPAC (International Union of Pure andApplied Chemistry, Compendium of Chemical Termino-

logy, www.goldbook.iupac.org), die Begriffe „organo-“oder „organyl-“ allgemein für Verbindungen verwen-det, die Kohlenstoffatome beinhalten. Die IUPAC isteine internationale Institution, die in der Chemie alleEmpfehlungen, z.B. die Terminologie und Nomenkla-tur betreffend, festlegt. Die meisten organischen Ver-bindungen enthalten außer Kohlenstoff nur wenigeandere Elemente, vor allemWasserstoff und die Hetero-

Materie

Nein Ja

Ja Nein

Ja Nein

heterogenesStoffgemisch

homogenesStoffgemisch

Lösung

Legierung(Metalle)

Gasgemisch

EthanolC₂H₅OH C, H₂, O₂

heterogenesStoffgemisch

Wodkaon the rocks

Wodka

homogenesStoffgemisch

Verbindung Element

Verbindung Element

Reinstoff

Gemengefest/fest

Suspensionfest/flüssig

Emulsionflüssig/flüssig

Aerosol, Rauchfest/gasförmig

Aerosol, Nebel,Schaum

flüssig/gasförmig

Hartschaumfest/gasförmig

homogenTrennungmit physikalischen Methoden

Trennungmit physikalischen Methoden

Trennungmit physikalischenMethoden

Trennungmit physikalischenMethoden

Trennungmit chemischenMethoden

Trennungmit chemischen Methoden

EinheitlicheZusammensetzung überdie gesamte Ausdehnung

des Stoffes?

VariableZusammensetzung?

Auftrennungin einfachere

Substanzen möglich?

○ Abb.1.2 Materie ist letztlich aus Verbindungen aufgebaut, die aus Molekülen bestehen, die wiederum aus Elementenaufgebaut sind.

1.2 Zusammensetzung und Reinheit organischer Stoffe 3

1

2

3

4

atome (so nennt man alle anderen Elemente außer Cund H) Sauerstoff und Stickstoff. Ferner treten als wei-tere Heteroatome häufig u. a. Schwefel, Phosphor undHalogene auf. Grundsätzlich lässt sich fast jedes Ele-ment des Periodensystems in organische Verbindungeneinbauen, so auch Metalle. Man spricht dann von orga-mometallischen Verbindungen. Dazu werden auch Ver-bindungen gezählt, die neben den traditionellen Metal-len und Halbmetallen auch Bor, Silicium, Arsen oderz.B. Selen enthalten. Von den weit über 70 Millionenderzeit bekannten chemischen Verbindungen leitensich mehr als 80% vom Kohlenstoff ab.

1.2 Zusammensetzung und Reinheitorganischer Stoffe

1.2.1 Reinsubstanzen und StoffgemischeDie Chemie beschäftigt sich mit den Eigenschaften vonMaterie und ihrem Aufbau aus Molekülen bzw. Ato-men. Unter Materie versteht man alles Stoffliche, alsoalles, wasMasse besitzt und Raum einnimmt.Währenddie meisten Stoffe, mit denen man täglich in Berührungkommt, Stoffgemische sind, ist das Ziel organisch-prä-parativer Arbeiten normalerweise die Herstellung undIsolierung reiner Substanzen, die aus Molekülen glei-cher Art bestehen. Stoffgemische mit einheitlicherZusammensetzung und einheitlichem Erscheinungs-bild über die gesamte Ausdehnung des Stoffes (die alsonur aus einer Phase bestehen) werden als homogeneGemische (Lösungen, Legierungen, Gasgemische)bezeichnet. Sie können durch physikalische Trennme-thoden (▸Kap. 1.3) in Reinsubstanzen getrennt werden(○Abb. 1.2). Bei diesen wiederum kann es sich entwe-der umElemente handeln, die nicht weiter in einfachere

Substanzen zerlegt werden können, oder um Verbin-dungen, bestehend aus zwei oder mehreren Elementen.Verbindungen können zwar nicht durch physikalische,aber prinzipiell durch chemische Methoden in die inihnen enthaltenen Elemente zerlegt werden. Hetero-gene Stoffgemische bestehen aus mindestens zwei Pha-sen und werden entsprechend der Aggregatzuständeihrer Phasen in Gemenge, Suspensionen, Emulsionen,Aerosole (Nebel, Rauch) und Schäume unterteilt. EineEmulsion ist z.B. eine heterogene Mischung zweiernichtmischbarer flüssiger Phasen.

1.2.2 Charakterisierung organischerVerbindungen

Wird eine neue, bis dato unbekannte Verbindung syn-thetisiert, durch biotechnologische Methoden herge-stellt oder durch Isolierung aus in der Natur vorkom-mendem Material (z.B. Pflanzen, marine Schwämme,Bakterien- oder Pilzkulturen) gewonnen, muss ihreStruktur analysiert und bewiesen werden. Die elemen-tare Zusammensetzung wird mithilfe der quantitativenElementaranalyse (▸Exkurs: Quantitative Elementar-analyse; ▸Exkurs: Ermittlung chemischer Formeln)bestimmt, die oft auch als Reinheitskriterium herange-zogen wird. Die genaue Identifizierung und Struktur-aufklärung einer neuen organischen Substanz erfolgtdann normalerweise mithilfe spektroskopischerMethoden (○Abb. 1.3; ▸Kap. 2). Neben den NMR-, IR-,MS- und UV/Vis-Daten werden bei Feststoffen derSchmelzpunkt (Smp., Festpunkt, Fp.), bei Flüssigkeitender Siedepunkt (Sdp., Kochpunkt, Kp.) und seltenerBrechungsindex oder Dichte genutzt. Chirale Verbin-dungen erfordern Angaben zur optischen Aktivität undzur absoluten Konfiguration, sei es durch Polarimetrie,durch Messung der ORD (optische Rotationsdisper-

Compound Characterization Checklist

Compound

Compound,structure,or table-entrynumber Ne

wKnown

Melting point range

IR UV-VIS

1HNMR

13C NMR

____NMR

MS HRMSOpticalrotation/ORD/CD

Enantiomeric/Diastereomericratio

X-ray

(ORTEP

and CIFinSi*)

Copyof1H/13C NMR

spectruminSi*

Copyofchrom

atograminSi*

Quant.GC, HPLC, or electrophoresis

Elementalanalysis

Cartesian coordinatesorZ-matrix

#ofimaginaryfrequencies

Totalenergy

Identity Purity Computational Datain Si*

Corresponding Author

Si*=Supportinginformation

○ Abb.1.3 Checkliste physikalischer und spektroskopischer Daten für eine neue organische Verbindung, entsprechendden Anforderungen des Journal of Organic Chemistry der American Chemical Society an Identitat und Reinheit


sion) oder mittels CD-Spektroskopie (Circulardichrois-mus, ▸Kap. 2). Hochauflösende Massenspektrometrie(HRMS; ▸Kap. 2), quantitative HPLC bzw. GC oderauch die NMR-Spektroskopie (▸Kap. 2), seltener dieElektrophorese oder kapillarelektrophoretische Verfah-ren werden für die Analytik der Reinheit einer organi-schen Verbindung herangezogen.

Die klassischeRöntgenstrukturanalyse liefert nebender exakten Konstitution (die Reihenfolge und Art derVerknüpfung der einzelnen Atome miteinander) auchdie Konformation (die dreidimensionale Gestalt)(▸Kap. 3), die das Molekül im Kristall einnimmt(○Abb. 1.4). Die Konformation in Lösung, die sichallerdings deutlich von der im Kristall unterscheidenkann, kann z.B. mithilfe NMR-spektroskopischerMethoden analysiert werden.

Durch experimentelle Elektronendichtebestimmun-gen, die durch hochaufgelöste Einkristall-Röntgen-,-Synchrotron- oder Neutronenbeugungsdaten ausExperimenten bei tiefen Temperaturen möglich sind,

können – in Kombination mit Methoden der Compu-terchemie – auch quantitative Aussagen über die vor-liegenden Bindungstypen und -stärken, die intermole-kularen Wechselwirkungen zu Nachbarmolekülensowie über die topologischen und elektronischenEigenschaften der Verbindungen (z.B. elektrostatischesOberflächenpotenzial, reaktive Oberfläche, räumlicheVerteilung freier Elektronenpaare) gemacht werden(○Abb. 1.4).

1.3 Trennung von homogenenStoffgemischen

Umdie stöchiometrische Zusammensetzung einer Sub-stanz, ihre Struktur und ihre Eigenschaften ermitteln zukönnen, muss die Substanz in möglichst reiner Formvorliegen. Dafür ist nach ihrer Synthese oder Gewin-nung aus einer natürlichen Quelle meist die Abtren-nung aus mehr oder weniger komplexen Stoffgemi-

Exkurs: Quantitative ElementaranalyseZur Ermittlung der Verhältnisformel (empirische Summen-formel) ist eine quantitative Bestimmung der Massenan-teile der chemisch gebundenen Elemente in einer Verbin-dung notwendig. Die Grundlagen solcher Analysen wurdenu.a. von Liebig (1803–1873) erarbeitet. Man unterwirfteine genau eingewogene Menge (in der Mikroelementar-analyse werden wenige Milligramm, in der Ultramikroana-lyse nur 10–100µg Substanz benötigt) der Analysensubs-tanz einer Verbrennung mit Sauerstoff bei hohen Tempera-turen (bis zu 1800°C). Kohlenstoff, Wasserstoff, Schwefelund Stickstoff werden dabei zu CO2, Wasser, SO2 und einemGemisch aus N2 und Stickoxiden NOx umgesetzt. Im Laborkann die Oxidation auch durch Verbrennung in Anwesen-heit von CuO durchgeführt werden.Die Verbrennung (Oxidation) organischer Stoffe zu Nicht-metalloxiden verlauft nach folgendem Schema:

Die Stickoxide werden anschließend an einem 600–900°Cheißen Kupfer-Kontakt zu N2 reduziert. Die Gase werdengaschromatographisch (als Tragergas wird Helium verwen-det) durch Adsorption/Desorption an geeigneten Adsorpti-onssaulen (▸Kap.1.3.5) getrennt und in Warmeleitfahig-keitsdetektoren identifiziert und quantifiziert. Die Detek-tion und Quantifizierung von CO2, H2O und SO2 kann auchmittels IR-Spektroskopie (NDIR, nichtdispersive Infrarot-Spektroskopie) erfolgen; weitere Detektionsmöglichkeitenfür Stickstoff und Schwefel sind die Chemolumineszenzbzw. UV-Fluoreszenz. Der Sauerstoffgehalt ergibt sich aus

der Differenz der Summe der Gehalte der anderen Elementeund 100%. Die Sauerstoffbestimmung kann auch separatin einem Pyrolyseofen erfolgen. Der in der zu analysieren-den Substanz gebundene Sauerstoff wird hier bei 1350°Cam Kohlekontakt zuerst zu CO und anschließend weiter zuCO2 oxidiert. Halogene werden nach Aufschluss der Verbin-dung und Überführung in anorganisches Halogenid titri-metrisch bestimmt. In modernen Elementanalysatorenkann der Chlorgehalt (als HCl) auch direkt zusammen mitden anderen Elementen bestimmt werden, die Detektionerfolgt dann in einer Coulometerzelle. Phosphor wird nachAufschluss als Phosphat quantifiziert.

Letztendlich lassen sich mit diesen Verfahren die prozentu-alen Anteil aller in einer chemischen Verbindung enthalte-nen Elemente quantitativ angeben. Daraus kann danndurch die zusatzliche Bestimmung der molaren Masse auchdie exakte Summenfomel der Verbindung berechnet wer-den (▸Exkurs: Ermittlung chemischer Formeln).

CnHmNoOpSq

CO2 + H2O + N2

und/oderNxOy + SOz

1.3 Trennung von homogenen Stoffgemischen 5

1

2

3

4

schen notwendig. Hierzu bedient man sich physikali-scher Trennmethoden wie Extraktion, Kristallisation,Destillation, Sublimation oder chromatographischerVerfahren.

1.3.1 ExtraktionEine Methode zur Reinigung und Isolierung organi-scher Verbindungen ist die Extraktion, bei der auseinem Gemisch fester oder flüssiger Substanzen durchein Lösemittel eine Substanz aufgrund besserer Lös-lichkeit in diesem Lösemittel extrahiert wird. Auf diese

O

HO N

NH

O

O

OH

○ Abb.1.4 Links: Struktur und Gestalt des Desoxyribonucleosids Thymidin (besser: Desoxythymidin, Strukturformelrechts), einem Baustein der DNA (▸Kap.38), erhalten aus der Röntgenstrukturanalyse, dargestellt als sogenannter ORTEP-Plot (Oak Ridge Thermal Ellipsoid Plot); Mitte: elektrostatisches Oberflachenpotenzial von Thymidin, erhalten aus experi-mentellen Elektronendichtebestimmungen bei 20 K. Die Farben symbolisieren Bereiche hoher (rot) und niedriger Elek-tronendichte (blau). Das elektrostatische Oberflachenpotenzial ist auch durch quantenchemische Rechnungen zugang-lich.

Exkurs: Ermittlung chemischer FormelnGrundlage zur Aufstellung der Summenformel einer unbe-kannten organischen Substanz sind die aus der quantitati-ven Elementaranalyse (▸Exkurs: Quantitative Elementar-analyse) ermittelten prozentualen Massenanteile der Ele-mente, aus denen die Substanz aufgebaut ist. Dividiertman diese durch die relative Atommasse Ar des betreffen-den Elementes (vereinfacht C: 12; H: 1; N: 14; O: 16), erhaltman das Atomzahlenverhaltnis der Verbindung. Die ein-fachste Verhaltnisformel (empirische Summenformel)ergibt sich dann durch Division dieser Werte durch denkleinsten der Werte (im nachfolgenden Beispiel der Wertfür Sauerstoff oder Stickstoff: 1,69). Um die tatsachlicheSummenformel (Molekularformel, Molekülformel) der Ver-bindung zu erhalten, muss zudem noch die relative Mole-külmasse Mr der Verbindung ermittelt werden (▸Kap.2).Die quantitative Elementaranalyse einer unbekanntenSubstanz liefert z.B.:C: 40,67%; H: 8,53%; N: 23,71%Daraus ergibt sich für Sauerstoff ein prozentualer Massen-anteil von 27,09%:O: 100% – (40,67% + 8,53% + 23,71%) = 27,09%Diese Massenanteile, dividiert durch die relativen Atom-massen der jeweiligen Elemente, liefern das Atomzahlen-verhaltnis:C; H; N; O = 3,38; 8,53; 1,69; 1,69

Nach Division durch den kleinsten Wert erhalt man dieempirische Formel: C2H5N1O1 (empirische Formelmasse:2 · 12 + 5 · 1 + 1 · 14 + 1 · 16 = 59).Man beachte, dass die quantitative Elementaranalyse auf-grund experimenteller Fehler meist nicht solche exaktenWerte liefert!Bei einer experimentell bestimmten relativen Molekül-masse Mr von hier z.B. 118,07 ergibt sich die tatsachlicheSummenformel folgendermaßen:Man ermittelt den ganzzahligen Faktor, mit dem die empi-rische Formel multipliziert werden muss. Der Faktor ergibtsich durch Division der relativen Molekülmasse durch dieempirische Formelmasse:

Faktor = tatsächliche relative Molekülmasse________________________empirische Formelmasse =

118,07_____59 ≅ 2

Damit erhalt man die Summenformel: C4H10N2O2Die Strukturaufklarung mit verschiedenen spektroskopi-schen Methoden (▸Kap.2) könnte hier nun z.B. zu folgen-der Molekülstruktur führen:

Es handelt sich um (S)-2,4-Diaminobutansaure (l-DAB,(S)-2,4-Diaminobuttersaure), eine Aminosaure, die z.B. inPeptidantibiotika wie den Polymyxinen auftritt.

NH2H

O

OHH2N


Weise lassen sich z.B. aus wässrigen Lösungen mitleicht flüchtigen Lösemitteln, die nicht mit Wassermischbar sind (○Abb. 1.5), organische Substanzen her-auslösen und durch Entfernen des Lösemittels amRota-tionsverdampfer wieder gewinnen. Als hochwirksameund schonende Extraktionsmittel können auch hoch-verdichtete, überkritische Fluide (z.B. überkritischesCO2) verwendet werden.

1.3.2 KristallisationDiese Trennmethode beruht auf der unterschiedlichenLöslichkeit fester organischer Verbindungen in den ein-zelnen Lösemitteln. Sind die Begleitsubstanzen in demgewählten Lösemittel leichter löslich als das Hauptpro-dukt, so bereitet dessen Isolierung keine besonderenSchwierigkeiten. Es kristallisiert aus der heiß gesättig-ten Lösung aus (○Abb. 1.6) und kann durch Filtrationabgetrennt und anschließend getrocknet werden, wäh-rend die Verunreinigungen in der erkalteten Lösung,der sogenannten „Mutterlauge“, gelöst bleiben. Infolgeder unterschiedlichen Kristallisationsgeschwindigkeittritt eine fast vollständige Abscheidung der relativ rei-nen Substanz häufig erst nach Stunden oder Tagen ein.Aus übersättigten Lösungen lässt sich die erwarteteorganische Verbindung oft durch Eintragen von Impf-kristallen als Kristallisationskeime ausfällen.

1.3.3 DestillationDie Trennung von flüssigen Gemischen durch Destilla-tion basiert auf den unterschiedlichen Siedepunktender einzelnen Flüssigkeiten, genauer gesagt auf ihrenunterschiedlichen Dampfdrücken bei gleicher Tempe-ratur. Eine Trennung gelingt umso leichter, je größer dieDifferenz der Siedepunkte ist. Die Trennwirkung beruhtauf der unterschiedlichen Zusammensetzung der sie-denden Flüssigkeit und des Dampfes; im Dampf wirddie leichter siedende Komponente angereichert(○Abb. 1.7).

Bei der fraktionierenden Destillation wird dasGemisch in einzelne Fraktionen zerlegt, deren immerwieder erneute Destillation letztendlich zu demerwünschten Reinheitsgrad führt (○Abb. 1.7). DieMethode versagt bei Azeotropen, d. h. bei flüssigenGemischen aus zwei oder mehr Komponenten, derenDampf die gleiche Zusammensetzung wie die flüssigePhase aufweist.

Während man bei einfachen Destillationen imGleichstrom arbeitet, erfordert die Trennung vonGemischenmit nahe beieinander liegenden Siedepunk-ten die Anwendung des Gegenstromprinzips. DieseMethode bezeichnet man als Rektifikation. Hierbeiwird zwischenDestillierblase und Kondensator als Zwi-schenstück eine Kolonne eingeschaltet (○Abb. 1.8). Indieser langen Säule steigen die heißen Dämpfe nachoben, und zugleich fließt eine kältere Flüssigkeit zurück,

A B

○ Abb.1.5 Extraktion eines blauen, in Wasser (unterePhase) gelösten Farbstoffs mit n-Octanol (obere Phase).Vor der Extraktion (A), nach einmaliger Extraktion mit demgleichen Volumen n-Octanol (B)

○ Abb.1.6Umkristallisationeiner organischenSubstanz

Stoffmengenanteil Aceton im Gemisch

55

80

75

70

65

60

T[°C]

0 20 40 60 80 100%

Stoffmengenanteil Butanon im Gemisch

Taukurve(Zusammensetzungdes Dampfes)

Siedekurve(Zusammensetzungder Flüssigkeit)

○ Abb.1.7 Siedediagramm eines binaren Gemischs (Sdp.ca. 71°C) aus Aceton (Sdp. 56°C) und Butanon (Sdp. 80°C,ca. 29% Aceton) bei 1013 mbar (1013 hPa). Beispielhaftist die Anreicherung von Aceton auf ca. 78% im Gemischdurch dreimalige Destillation gezeigt. Der Trennvorgang inDestillationskolonnen lasst sich als Folge vieler wiederhol-ter, einzelner Destillationsschritte auffassen.

1.3 Trennung von homogenen Stoffgemischen 7

1

2

3

4

wobei zwischen Gas- und Flüssigphase ein Stoff- undWärmeaustausch erfolgt. Die Dämpfe kühlen sich abund höher siedende Anteile werden kondensiert. Durchdie frei werdende Kondensationswärme werden umge-kehrt niedriger siedende Anteile aus der Flüssigkeit ver-dampft. Es kommt somit innerhalb der Kolonne zueiner stufenweisen Anreicherung der niedriger sieden-den Komponenten in den aufsteigenden Dämpfen undder höher siedenden Komponenten im flüssigen Rück-lauf (○Abb. 1.7).

Aus den Gleichgewichtskurven (sie stellen über dengesamten Konzentrationsbereich die Zusammenset-zung der Dampfphase als Funktion der Zusammenset-zung der Flüssigphase einer Komponente dar) der zutrennenden Gemische lässt sich die Anzahl der „theo-retischen Böden“ (▸Kap. 1.3.5) einer Kolonne errech-nen, die für den gewünschten Trenneffekt erforderlichsind. Bei hochsiedenden oder leicht zersetzlichen Flüs-sigkeiten führt man die Destillation im Vakuum beietwa 16 mbar (16 hPa, klassische im Labor verwendeteMembranpumpe), im Fein- (1 bis 10–3 hPa) oder Hoch-vakuum (10–3 bis 10–6 hPa) durch.

Die Wasserdampfdestillation beruht darauf, dassviele Substanzen, deren Siedepunkte wesentlich höherliegen als der desWassers, durch eingeblasenenWasser-dampf in Abhängigkeit von ihrem Dampfdruck ver-flüchtigt und anschließend im absteigenden Kühlerzusammen mit dem Wasserdampf wieder kondensiertwerden. Ist die zu reinigende Substanz in Wasser prak-tisch unlöslich, so werden sich die beidenDampfdrückegegenseitig kaum beeinflussen. Sobald jedoch beimErhitzen die Summe der Partialdampfdrücke beiderSubstanzen dem jeweiligen Atmosphärendruck ent-spricht, tritt Sieden ein. Die zu isolierende Substanz istso schon bei sehr viel niedrigeren Temperaturen flüch-tig als es ihrem eigenen Siedepunkt entspricht. DieWasserdampfdestillation stellt eine besonders schone-nende Methode zur Isolierung von Naturstoffen z.B.aus Pflanzenextrakten dar.

1.3.4 Sublimation – ResublimationUnter Sublimation – Resublimation versteht man dasVerdampfen einer festen Substanz und ihre Abschei-dung ohne vorherige Verflüssigung nach dem Schema:fest → gasförmig → fest (○Abb. 1.9). Diese Art der Reini-gung kommt vor allem für Substanzen in Frage, die sichsehr schwer lösen oder die auch durch wiederholtesUmkristallisieren nicht rein isolierbar sind. Die Subli-mation wird zweckmäßig im Fein- oder Hochvakuumausgeführt. Voraussetzung für diese Art der Reinigungist, dass bei einem entsprechend niedrigen Druck gear-beitet werden kann, bei dem die Substanz entsprechendihres Phasendiagramms (○Abb. 1.9) direkt und ohneZersetzung vom festen in den gasförmigen Zustandübergeht.

Die Gefriertrocknung (Lyophilisation) ist ein Ver-fahren zur schonenden Evaporation verschiedensterLösemittel. Sie wird insbesondere für wässrige Probenverwendet. Diese werden eingefroren und im Vakuumbei niedrigen Temperaturen direkt sublimiert, sodassdas Wasser der Probe entzogen wird und das gelösteProbenmaterial zurück bleibt. Da das Probenmaterialzudem thermisch nicht belastet wird, handelt es sichwiederum um eine sehr schonende Trennmethode.

1.3.5 ChromatographieBei chromatographischen Methoden erfolgt die Tren-nung durch Verteilungs- und/oder Adsorptionsvor-gänge oder auch durch andere physikalisch-chemischeVorgänge wie Ionenaustausch, Ionenpaarbildung, Sieb-effekte (Größenausschluss) oder Affinität zu bestimm-ten Makromolekülen. Es sind zwei nicht miteinandermischbare Phasen notwendig, wovon sich eine statio-när im Trennsystem befindet (stationäre Phase, Sor-

○ Abb.1.8 Mikro-destillationsanlagezur fraktionieren-den Destillationüber eine Destilla-tionskolonne(Vigreux-Kolonne)

Druck

Temperatur

flüssig

fest

gasförmig

SublimationResublimation

○ Abb.1.9 Phasendiagramm (Abhangigkeit des Aggregat-zustands von Duck und Temperatur) einer Substanz undderen Reinigung (hier: Benzoesaure) durch Sublimationund Resublimation an einem Kühlfinger. Benzoesauresublimiert bei Normaldruck ab ca. 100°C.


bens). Mithilfe der mobilen Phase (Eluent, Elutions-mittel, Trägergas) wird das Substanzgemisch über diestationäre Phase transportiert und dabei in seineBestandteile getrennt (▸Exkurs:VerteilungundAdsorp-tion). Durch Kombination verschiedener stationärer(fest, flüssig) und mobiler Phasen (flüssig, überkriti-sches Fluid, Gas) ergeben sich verschiedene Techniken.

Als wichtigste Methode zur präparativen Trennungvon Substanzgemischen hat sich die Säulenchromato-graphie (SC) in Form der hydrostatischen SC, Flash-Chromatographie (Arbeiten unter mäßigem Über-druck), der Vakuumflüssigchromatographie (drycolumn vacuum chromatography, Arbeiten unter Unter-druck), MPLC (middle pressure liquid chromatography)oder HPLC (high pressure LC, high performance LC)etabliert. Die Trenneffizienz ist dabei unter anderemvon der Größe der Partikel der stationären Phase undder Füllqualität der Säule abhängig. Dicht und gleich-mäßig gepackte Säulen mit Partikeln kleiner Teilchen-durchmesser besitzen eine höhere Trennleistung, erfor-dern aber auch erhöhten Druck (daher high pressure),um die mobile Phase über die stationäre Phase zu trans-portieren.

Bei der SC werden als stationäre Phasen meist pola-res Kieselgel (Normalphase), Aluminiumoxid, unpo-

lare Umkehrphasen (RP-Phasen, reversed phase, meistRP-8, Octylsilyl-, und RP-18, Octadecylsilyl-Gruppen)oder Cellulose verwendet. Sowohl Normal- als auchRP-Phasen sind heute in vielen verschiedenen modifi-zierten Varianten erhältlich (z.B. Einführung vonDihy-droxypropyl, Aminopropyl-, Cyanopropyl-Gruppen),die die Trennung von Substanzen verschiedenster Pola-ritäten erlauben.

Aber auch die Dünnschichtchromatographie (DC,in Form der HPTLC, high performance thin layer chro-matography) oder dieGaschromatographie können fürpräparative Trennungen eingesetzt werden.

Die Wahl des Elutionsmittelgemischs, isokratisch(also mit fester, sich während der Trennung nicht ver-ändernder Zusammensetzung) oder als Gradient, rich-tet sich nach den Polaritäten der stationären Phase undder zu trennenden Substanzen. Bei RP-Phasen werdenals Elutionsmittel meist Wasser oder wässrige Puffer imGemisch mit Methanol, Aceonitril oder Tetrahydrofu-ran, bei Normalphasen und Aluminiumoxid eherunpolare Lösungsmittel (Hexan, Cyclohexan, imGemisch mit Ethylacetat, Toluen, o.Ä.) eingesetzt.Bezogen auf Kieselgel besitzt Hexan die niedrigste,Wasser die größte Elutionskraft. An RP-Phasen, andenen unpolare Substanzen eher zurückgehalten wer-

Exkurs: Verteilung und AdsorptionBei verteilungschromatographischen Verfahren beruht dieTrennung auf der unterschiedlichen Verteilung der zu tren-nenden Substanzen in zwei nicht miteinander mischbarenPhasen (vgl. auch ▸Kap.1.3.1). Der Grad der Verteilungzwischen den beiden Phasen wird durch den NernstschenVerteilungkoeffizienten K, eine bei gegebener Temperaturfür das Trennsystem (Substanz, mobile Phase, stationarePhase) stofftypische Konstante, beschrieben.

K = [A]Phase 2_______[A]Phase 1

Gleichung1.1

[A] Konzentration des Stoffes A in den nicht miteinander mischba-ren Phasen 1 und 2

K Nernstscher Verteilungskoeffizient

Typische Beispiele für Trennungen, die hauptsachlich aufVerteilungschromatographie beruhen, sind die Papier- unddie Gas-Flüssig-Chromatographie.Bei adsorptionschromatographischen Trennungen reichernsich die zu trennenden Substanzen durch spezifische Wech-selwirkungen der polaren/unpolaren Gruppen der Substanzan der polaren/unpolaren Oberflache des Sorbens (statio-nare Phase) an (Adsorption). Je größer die Oberflache, destomehr Substanz kann adsorbiert werden. Die Konzentrationdes Stoffes im Sorbens und seine Konzentration in derangrenzenden Phase hangen bei konstanter Temperaturüber die Adsorptionsisotherme (○Abb.1.10) zusammen.

Mithilfe der mobilen Phase wird die adsorbierte Substanzwieder von der Oberflache des Sorbens abgelöst (Desorp-tion). Eine Trennung wird umso besser sein, je mehr sichdie zu trennenden Substanzen in ihrer Polarität und in derLöslichkeit in der mobilen Phase unterscheiden.Bei den meisten saulenchromatographischen Trennungenfinden sowohl Adsorptions- als auch Verteilungsvorgangestatt.

Konzentration in Lösung

Belegungsgrad = 1alle Adsorptionsplätze besetzt

AdsorbierteMenge

(Belegungsgrad)

anderfesten

Phase

○ Abb.1.10 Die Adsorptionsisotherme beschreibt denZusammenhang zwischen der Konzentration eines Stoffesin Lösung (mobile Phase) und seiner adsorbierten Mengean der festen Phase.

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