Übungsaufgaben 1 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“ Wiederholung grundlegender Begriffe und Prinzipien 1) Definieren Sie den Begriff „Mesomere Grenzformel“. In der englischen Literatur spricht man von „resonance structure“. Eine gute Beschreibung der Modellvorstellung „Mesomerie“ und „Mesomere Grenzformel“ finden Sie z.B. in dem Buch von Carey und Sundberg, Teil A oder im Internet unter http://www.chem.ucla.edu/~harding/tutorials/resonance/draw_res_str.html und http://www.chem.ucla.edu/~harding/tutorials/resonance/imp_res_str.html. 2) Zeichnen Sie alle mesomeren Grenzformeln zu den angegebenen Formeln und kennzeichnen Sie jeweils diejenige, die am meisten zur Beschreibung der wahren Elektronenverteilung beiträgt.

CO32–

O O

N

O

O

O

CO N N“

NO+O O

O”

O

O

”

OH“

CH2N2NO2

”

O

O

a) b) c) d) e)

f) g) h) i) j)

k) l) m) n)

O

H

o)

p) q) r)

Synthese von Halogeniden 3) Jauch und Mitarbeiter (Eur. J. Org. Chem. 2003, 4752-4756) haben mit Boswelliasäure 1 im Rahmen einer Photo-Oxidation eine Wohl-Ziegler-Bromierung durchgeführt und ausschließlich Produkt 2 erhalten.

H

HO

COOH

H

H

HH

H

HO

COOH

H

H

BrH

NBS

Dioxan/H2O

RT/ quant.

1 2

1

Erklären Sie mit geeigneten Formeln oder Skizzen, warum nur das β-ständige H an C11 substituiert wird und nicht auch die beiden anderen möglichen H-Atome. Hinweis: machen Sie sich ein möglichst genaues Bild von 1 4) Formulieren Sie die Mechanismen der möglichen Nebenreaktionen bei der Wohl-Ziegler-Bromierung von E-3-Octen. 5) Herdeis und Mitarbeiter (Arch. Pharm. 326, 297 (1993)) haben bei der Synthese von Baikiain folgende Reaktion durchgeführt:

N

Ts

COOH

NBS

CH3CN / H2O

79%

N

Ts

BrO

O

Zeichnen Sie für das Produkt die dreidimensionale Struktur in perspektivischer Darstellung und geben Sie zwei denkbare Mechanismen für dessen Bildung an! 6) Rousseau und Mitarbeiter haben Iodolactonisierungen in Abhängigkeit von der Ringgröße des gebildeten Lactons untersucht.

2

COOH

( )n

" I+ "A + B N I N PF6

”

“

" I+ " = Welche beiden Produkte können prinzipiell entstehen? 7) Zur Synthese von Amphidinol 3 benötigten Rychnovsky et al. (Angew. Chem. 118, 7416 (2006)) das trans-Vinyliodid B, das sie aus dem Alkin A hergestellt haben. Welche Reagenzien werden dazu benötigt? Beachten Sie die Reihenfolge der Zugabe!

TIPSO

H

1)

2)

3)

TIPSO

I

A B

Übungsaufgaben 2 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“ Wiederholung grundlegender Begriffe und Prinzipien 9) Definieren Sie den Begriff „Tautomerie“ 10) Zeichnen Sie alle Tautomere zu folgenden Strukturen. O O

O

O

O O

ONO2a) b)

c) d)

e)N

O

f)N N

OHg) h)

Synthese von Halogeniden 11) Lee et al. (JACS 117, 8017 (1995)) führten folgende Reaktion durch:

O

O

TfOPh

H

BnOH

O

O

Cl3CPh

H

BnOH

CHCl3 / LDA

- 110 °C / 60%

THF / Et2O / HMPT

Formulieren Sie den Mechanismus! Warum wird die Reaktion bei –110 °C durchgeführt? 12) Welche Produkte entstehen?

3

Me3Si OHPBr3 / Py

Et2O / Rü ckfl.

OHPPh3 / I2

CH2Cl2

0° C bis RT

O

ClOH

Br

OTBDPS

PPh3 / I2

Imidazol

H

H

HO

COOMe

1) TsCl / Py

2) NaI / Aceton

2) NaI / Aceton

1) MsCl / NEt3

OBz

OH

13) Ugnen et al. (THL 39, 8089 (1998)) haben folgende Reaktionen („Finkelstein-Reaktionen an sp2-hybridisierten C-Atomen“) untersucht:

H3C

SCl

OO

H3C

SI

OO

NaI / Aceton

ClNaI / Aceton

keine Reaktion

Erklären Sie dieses Ergebnis! 14) C. M. Ireland et al. führten bei ihrer Totalsynthese von Neoamphimedin (J. Org. Chem. 72, 8501-8505 (2007)) folgende Reaktionssequenz durch:

4

Welche drei Reaktionen laufen hier ab? Formulieren Sie die Mechanismen der Schritte 1-3. Welches Endprodukt entsteht?

N

MeO

OMe

N

O

H

NO2 1) AcOH / H2SO4

H2O / Rückfluss

2) NaNO2 / 0 °C

3) CuCN / 50 °CN

MeO

OMe

NO2

NC

Übungsaufgaben 3 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“ Wiederholung grundlegender Begriffe und Prinzipien 15) Geben Sie die pKS-Werte folgender Substanzen oder Substanzklassen an.

a) HF b) R–COOH c)

O O

d) NH4+

e) OHR NO2 CH3OH R

O

R

O

OR H OH OH

H2 NH3

H

H

H

RR

f) g) h)

i) j) k) l)

m) n) o) p)

q) HH Hr) s) NEt3

H2O LDA LiHMDS DIPEA

DBU N H“

t)

u) v) w) x)

y) z)

Synthese von Halogeniden 16) Nennen Sie 10 verschiedene Schutzgruppen für Alkohole und geben Sie jeweils an, wie man sie einführt und abspaltet (jeweils mit ausführlichem Mechanismus). 17) Nennen Sie drei Reaktionen, bei denen Triphenylphosphinoxid als Nebenprodukt entsteht, mit Namen und ausführlichem Mechanismus. 18) Was müssen Sie berücksichtigen, wenn Sie Macrocyclen durch intramolekulare Cyclisierungsreaktionen herstellen wollen? 19) Nennen Sie drei verschiedene Methoden, wie Sie aus einem Alken ein Alkylhalogenid synthetisieren können. 20) Wie kann man aus einem Alken ein Vinylhalogenid erzeugen?

521) Wie können Sie Alkine in Vinylhalogenide überführen?

22) Benennen Sie folgende Verbindungen?

O

O O

O

O

O

O

O

O

O 23) Schreiben Sie die Strukturen für folgende Verbindungen hin! a) Crotonsäure b) o-Kresol c) Brenzkatechin d) Glycidester e) Propargylalkohol f) Acetophenon g) Adipinsäure h) Hünig-Base i) Mesitylen j) Glyoxal k) Allylalkohol l) Isoamylalkohol m) Hydrochinon 6

7

8

9

Übungsaufgaben 4 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“ Wiederholung grundlegender Begriffe und Prinzipien 24) Üben Sie „Elektronenschieben“, indem Sie in folgende Mechanismen alle Elektronenschiebepfeile einzeichnen (Tipp: insgesamt 23 Pfeile).

OH

Cl SO

OO

H

S

+

O

OCl

-

N

OSO

OCl

-NH+

OSO

O

Na+ I -

I O SO

O

-Na+

O

HHH

NLi +-

O

HH

- Li +

NH

I IO

IHH

I Li + -

–

NH+

N“

HO

H NOH

H

“ – H+ NOH

+ H+ NOH

H

“–

N

HO

H“

– H+O

10

25) Üben Sie „Elektronenschieben“, indem Sie für folgende einfache Reaktionen plausible Mechanismen formulieren!

OH

HBr

BrO

Cl

CH3NH2 O

N

H

O

O

EtOH / H+ O

OOEt

H

OO NaOEt

EtOH

O

a) b)

c) d)

26) Jean F. Normant et al. (Org. Synth. 74, 194-200 (1997)) haben folgende Reaktion durchgeführt:

H3C

O

O Et

NaI / HOAc

70 °C / 12 h

98%

I

H3C

COOEt H Schlagen Sie einen Mechanismus für diese Reaktion vor und erklären Sie den stereochemischen Verlauf! 27) G. Daidone und Mitarbeiter wollten mit Verbindung A eine Sandmeyer-Reaktion durchführen, um das Chlorid B herzustellen. Satt B haben sie die Verbindung C erhalten. Schlagen Sie einen Mechanismus für die Bildung von C vor.

NN

NPh

NH2

Me

Me

O

NN

NPh

Cl

Me

Me

ON

NPh

Me

N

O

ClH

Me

CuSO4 / NaCl

Ascorbinsäure

B A C

11

Übungsaufgaben 5 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“ SS 2011 Wiederholung grundlegender Begriffe und Prinzipien 28) a) Nennen Sie 15 Basen, die in der Organischen Chemie als Reagenzien verwendet werden. b) Nennen Sie 10 Säuren, die in der Organischen Chemie als Reagenzien verwendet werden. c) Nennen Sie 15 Lewis-Säuren, die in der Organischen Chemie verwendet werden. d) Nennen Sie 10 Nucleophile, die in der Organischen Chemie eingesetzt werden. e) Nennen Sie 10 Elektrophile, die in der Organischen Chemie eingesetzt werden. Synthese von Alkenen 29) Welche Produkte entstehen?

O

O

H2 / Pd / BaSO4

Chinolin

O

OH

OPMB

OH H

O

MOMO

H2 / Pd / BaSO4

Chinolin

AcOEt / 1-Hexen

2h / RT / 94%

OH1) 2,8 EtMgBr

2) 2,8 TMSCl

3) 1,1 eq. 1,4 M H2SO4 aq

OH

Me3Si

Red-Al

EtO2 / Tol.

RT

Me3Si OH

Me3Si BrPBr3 / Py

Et2O

Rückfluß

12

H

O OO

O

O

MeOPh

O OO

O

MeOPh

COOEt

Ph3PCH3

COOEt”

“

CH2Cl2 / RT / 91%

O

O

TBDMSO C10H21

OH

O

TBDMSO C10H21

COOEt

OHPh3P = CH - COOEt

O

O

P(OEt)2

O

O O OO O O

O

O

O O OO O O

O

OTBDMS

O

O

LiCl / DBU

89 %

OO

O

OTBDMS

O

H

13

OH

H

OH

Cl

Br

1) TIPSLi

TIPS

2) TBAF / THF

14

Übungsaufgaben 6 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“ Wiederholung grundlegender Begriffe und Prinzipien 30) a) Erklären Sie den Begriff „Hyperkonjugation“. b) Was ist „Phasentransferkatalyse“ ? c) Erklären Sie die Begriffe „Enantiomer“, „Diastereomer“, „meso-Form“, „Z/E-Isomerie“,

„Konstitution“, „Konfiguration“, „Konformation“ Synthese von Alkenen 31) Formulieren Sie die Mechanismen folgender Namensreaktionen (möglichst ohne im Skript nachzuschauen!): a) Lindlar-Hydrierung b) Peterson-Olifinierung c) Bamford-Stevens-Reaktion d) Corey-Winter-Reaktion e) Burgess-Reaktion f) Cope-Eliminierung g) Still-Gennari-Reaktion 32) Setzt man Epoxide mit Triphenylphosphin um, so erhält man Alkene. Schlagen Sie einen Mechanismus für diese Reaktion vor. Wie beeinflussen elektronische Effekte der Substituenten am Epoxid die Geometrie der neu gebildeten Doppelbindung? 33) Wie stellt man die Phosphonate, die man für Horner-Emmons-Reaktionen benötigt, her? Kann man damit auch die Still-Gennari-Phosphonate und die Ando-Phosphonate herstellen? Schlagen Sie alternative Methoden zur Darstellung aller drei Phosphonat-Typen vor! 34) Was muss man beim Umgang mit folgenden Reagenzien beachten? a) DMDO b) Burgess-Reagenz c) Martin-Reagenz d) starke Oxidationsmittel e) Raney-Nickel f) Lindlar-Pd g) NBS für Wohl-Ziegler-Reaktionen

Übungsaufgaben 7 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“ Wiederholung grundlegender Begriffe und Prinzipien 35) Formulieren Sie den Zusammenhang zwischen Konzentration und Reaktionsgeschwindigkeit

bei einer bimolekularen Reaktion. Annahme: eine bimolekulare Reaktion A + B C dauert 4 h bei [A] = [B] = 0,1 mol/L und liefert quantitative Ausbeute. Wie verändert sich die Reaktionszeit, wenn Sie die Menge des Lösungsmittels a) verdoppeln, b) verzehnfachen (jeweils bei gleich bleibenden Mengen der Edukte)? Welche Ausbeuten erwarten Sie, wenn Sie die Reaktionen mit den Lösungsmittelmengen a) und b) bereits nach 4 h aufarbeiten?

Synthese von Alkenen 36) Formulieren Sie die Mechanismen und die Produkte folgender Reaktionen. Welche von beiden

funktioniert leichter und warum?

OOO-(+)Menthyl

H

H

OTBDPS

HOOH

OO

(+)Menthyl-O OTBDPS

Oxidation

O

OO

(+)Menthyl-O OTBDPS

OO O-(+)Menthyl

H

H

OTBDPS

O

37) Sie haben folgende Reaktion durchgeführt:

O

H

COOMe(MeO)2P(O)

LiHMDS / THF / – 30 °C

Leider haben Sie im Verlauf Ihrer Synthese festgestellt, dass Sie für weitere Untersuchungen auch das 3-cis-2-trans-Isomer von obigem Produkt benötigen. Wie können Sie es herstellen?

15

38) Welches Produkt entsteht? Wie heißt die Reaktion?

16

HO

HOMeOOC O

OMeOOC OBn

H

H

O

8

OO

OMeOBn

PMBO

14

c oder

d

180 °C

39) Formulieren Sie ausführlich (mit allen Zwischenprodukten und dem Endprodukt) folgende

Reaktionen:

O1) Br2 / THF / 10 °C

2) HO-CH2-CH2-OH / pTsOH

3) KOtBu / DMSO

4) NBS / (PhCO)2O2

5) AgOAc / Et2O

OO

HO

H

OMOM1) NaI / Zn / DMF / 130 °C

2) 0,1 % H2SO4 in H2O / Aceton

3) H2 / Pd / C

4) LiAlH4

OH

1) Allylchlorid / KI / K2CO3

2) 185 °C / 5 d

3) Me2SO4 / NaOH

O

HO

1) Ac2O / Py

2) H2 / Pd / C

3) (CH2OH)2 / pTsOH / PhH

4) KOH / MeOH / H2O

5) a) NaH b) CS2 c) MeI

6) 250 °C

O O

1) KHMDS (1,05 eq.) / THF / -78 °C

2) TIPSCl / – 78 °C bis RT

3) LiAlH4 / Et2O / 0 °C bis RT

4) NIS / CH2Cl2 / – 40 °C

5) AgOTf / Lutidin / CH2Cl2 / 40 °C

6) Me2N–NH2 / AcOH cat. / EtOH / 79 °C

40) Füllen Sie die Kästchen aus! a)

OtBu1) nBuLi / THF / -78 C

2)

EtOOC

HO CH3

OtBu

HO CH3

OtBu

O

N

OH

HPh

HO CH3

N

OH

HPh

OtBu

17

Cl

O KI / CH3CN P(OMe)3

50 °C

1) NaH

2) AcNH SO2N3

1) NaOMe / THF

– 78 °C / 1h

2)

N BOC

COOtBu

tBuOOC

O

H

b)

Übungsaufgaben 8 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“ Wiederholung „Synthese von Alkenen“ 41) Nennen Sie 15 Reaktionen zum Aufbau von Doppelbindungen. 42) Nennen Sie 15 Reaktionen, die man mit Doppelbindungen durchführen kann (Sie können die

Substituenten frei wählen!). Wiederholung „Synthese von Alkinen“ 43) Nennen Sie 10 Reaktionen zum Aufbau von Dreifachbindungen. 44) Nennen Sie 10 Reaktionen, die man mit Dreifachbindungen durchführen kann (Sie können die

Substituenten frei wählen). 45) Welche Produkte entstehen?

N CHO

EtOOCH

OBn

OBn

1) CBr4 / PPh3

CH2Cl2 / RT

2) 2 eq BuLi

THF / -78 ° C

3) MeI / HMPT

THF / - 78 ° C

O

O

O

HO

C10H21

C C SiMe3Li

BF3 . OEt2

Welche Rolle spielt hier das BF3?

PhO2S SO2Ph

Br

OCO2Me

K2CO3 / DMF

60 ° C / 86 %

18

Synthese von Alkoholen 46) Welche Produkte entstehen bei folgenden Reaktionen? Formulieren Sie die Mechanismen dazu.

O OO

O

MeOPh

OOH

1) iPrMgCl

2) LiAlH4

OBn

OHO

S

S

nBuLi

O

O

N

O

OMe

H

NaBH4

MeOH / - 78 ° C

95 %

O

O O

OH

MgBr

THF / - 78 ° C

47) Lee und Mitarbeiter haben bei ihrer Synthese von Dactomelyn (JACS 117, 8017 (1995)) folgende Reaktion durchgeführt:

O

O COOEt

COOEt

Ph

3 eq. LiAlH4

3 eq. AlCl3

CH2Cl2 / Et2O / RT

OH

OH

BnO

HO

Schlagen Sie einen Mechanismus dafür vor!

19

48) Wie würden Sie folgende Umwandlungen durchführen (es handelt sich nicht nur um einstufige Umwandlungen!)?

NOBn

OBn

EtOOCN

OH

OH

EtOOC

H

H

H

OBzH

H

H

OH

H

H

H

OBzH

H

H

OH

H

H

H

OBzH

H

H

OH

HO

HO

HMeOOC

H

H

H

OH

OO

OHO

H

H H

H 20

O

O

HOHO

H

H H

H

O O

O

O OOH 49) Füllen Sie die Kästchen aus und schlagen Sie einen Mechanismus für die letzte Umwandlung vor.

Br

O

O

P

O

OO

MeOMeO

DIBALH

Et2O

0 °C

OPG

OPG

O

H

OO OMe

cat. Ph–Se–Li

OPGOO

OMe

HO

PG = Schutzgruppe. Welche Schutzgruppe würden Sie wählen? Begründung? Wie würden Sie diese Schutzgruppe wieder abspalten, ohne das Molekül zu zerstören?

21