81
Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel Pyren Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe Benzol Aromaten Substituierte Benzole NH 2 Anilin Ether C O C CH 3 CH 2 O CH 2 CH 3 Diethylether Ethanol CH 3 CH 2 OH OH Alkohole 2-Butin CH 3 C CCH 3 C C Alkine Propen CH 3 CH CH 2 C C Alkene CH 3 CH 2 I Iodethan X (X = F, Cl, Br, I) Halogenalkane CH 3 CH 2 CH 3 Propan keine Alkane

Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel

Pyren

Polycyclische aromatischeKohlenwasserstoffe

Benzol

Aromaten

Substituierte Benzole

NH2

Anilin

Ether C O C CH3CH2 O CH2CH3Diethylether

EthanolCH3CH2 OHOHAlkohole

2-ButinCH3C CCH3C CAlkine

PropenCH3CH CH2C CAlkene

CH3CH2 IIodethan

X (X = F, Cl, Br, I)Halogenalkane

CH3CH2CH3Propan

keineAlkane

Page 2: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel

C N

Aceton

C

O

CH3H3CC O

Aldehyde und Ketone

Ethylthiol

CH3CH2 SH

C S C

C SHThiole und Sulfide

COX Ethylacetat(Essigsäureethylester)

CH3COOCH2CH3CONR2COORDerivate von Carbonsäuren

EssigsäureCH3COOH

SO3HCOOHCarbonsäuren

und Sulfonsäuren

OH C OKohlenhydrate

β-D-Glucose

OOH

OHHO

HOCH2OH

Amine und Phosphane NH2 NH N (CH3CH2)3NTriethylamin

Diazoniumsalze undDiazoverbindungen R N2

+ RN

NR CH2N2 Diazomethan

Aminosäuren undPeptide

H

N

OCO2H,NH2 H2N CO2H Alanin

2-Desoxy-adenylsäure

Nucleotide H2O3POCH2O

OH

N

N

N

N

NH2

Tropinon

O

HeteroatomeHeterocyclen

StickstoffAlkaloide

Furan

und ihre Derivate C NR

Imin

N

O

Page 3: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Alkanstrukturenn- Alkan verzweigtes Alkan cyclisches Alkan bicyclisches Alkan

primär

sekundär

tertiär

CH2CH2

H2CCH2

CH2

H

H��

CH2

CH2CH3

CH3 CHCH3

CH3

CH3

Butan 2-Methylpropan Cyclopentan Bicyclo[2.2.1]heptan (Isobutan) (Norbornan)

n Name Formel Siedepunkt[oC]

Schmelzpunkt[oC]

1 Methan CH4 -161.7 -182.52 Ethan CH3CH3 -88.6 -183.33 Propan CH3CH2CH3 -42.1 -187.74 Butan CH3CH2CH2CH3 -0.5 -138.35 Pentan CH3(CH2)3CH3 36.1 -129.86 Hexan CH3(CH2)4CH3 68.7 -95.37 Heptan CH3(CH2)5CH3 98.4 -90.68 Octan CH3(CH2)6CH3 125.7 -56.89 Nonan CH3(CH2)7CH3 150.8 -53.5

10 Decan CH3(CH2)8CH3 174.0 -29.715 Pentadecan CH3(CH2)13CH3 270.6 10.020 Eicosan CH3(CH2)18CH3 343.0 36.840 Tetracontan CH3(CH2)38CH3 --- 81.0

Page 4: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Vollständige Verbrennung von Alkanen

∆H = -2870 kJ/mol

∆H = -890 kJ/mol

4 CO2 + 5 H2O

CO2 + 2 H2O

�����C4H10 + 6.5 O2

�����CH4 + 2 O2

Thermische Radikalerzeugung durch Initiatoren

22 + CO2.�����

�����.

O

O

����������∆O

O

O

O

2,2´-Azodi(2-methylpropannitril)(Azobisisobutyronitril, AIBN)

.+ N2CH3 C

CH3

CH3

2����������

CH3

CH3

CH3

NN CH3

CH3

CH3

Page 5: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Radikalische Halogenierung von Alkanen

1) Kettenstart durch photochemische Radikalerzeugung��

2 Cl�

h �������Cl2

2) Kettenfortpflanzung

∆ H0 = - 104.6 kJ/mol ∆ H0 = - 113.0 kJ/mol

∆ H0 = + 8.4 kJ/mol �����

��CH3Cl + Cl

�����CH3 + Cl2

��

CH3 + HCl����������

��

CH4 + Cl

3) Kettenabbruch2 Cl

��������

Cl2 2 CH3

����

C2H6 Cl + CH3

����

������

CH3Cl ����� ����

Radikalische Bromierung mit N-Bromsuccinimid1) Kettenstart durch thermische oder photochemische

Radikalerzeugung2) Kettenfortpflanzung

Br2

������

���

��

����

N H

O

O Succinimid

N-Bromsuccinimid

��������

����������

��������Br + + HBr HBr N Br

O

O

Br

����������+ Br2 + Br

3) Kettenabbruch durch Rekombination oder Disproportionierung

Page 6: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Halogenalkane

H3C IBr

BrCH2Cl

H3CCH2

CH2

CH2

Cl

Iodmethan 1-Chlorbutan Benzylchlorid trans-1,2-Dibromcyclohexan

Halogenwasserstoffaddition an Alkene

�����HI0 °C

H�����

I

H

90 % +

Halogenaddition an Alkene

�����Br2CCl4

�����

Br

Br�������

Br

Br

Br

Br���������

83 % ��������

����

-

+

racemisches trans-1,2-Dibromhexan

Page 7: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Halogenalkane aus Alkoholen über SulfonateOH + MeSO2Cl ����

OSO2CH3 ���� II- -

SN2 + CH3SO3 CH2Cl2

NEt3

Methansulfonsäurechlorid (MsCl) 90%

Iodalkane durch Finkelstejn-Reaktion

Cl + NaI����������

RückflußAceton I + NaCl ↓ 70 %

SN1-Reaktion

-+

C OHCH3CH2H2CH3C

H3CH2C- HBrH2O �����

Br

H3C CCH2CH3

CH2CH2CH3����� C BrCH3CH2H2C

CH3H2C

H3C������

(S)-3-Brom-3-methylhexan rac-3-Methyl-3-hexanol

SN2-Reaktion

�����

CHexyl

H3C

H

BrHS ������

-+ BrHS C

H

CH3Hexyl����

-HS �����C Br

H

H3CHexyl ���

-

(S)-2-Octanthiol

Page 8: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Nucleophile Substitutionsreaktionen von Halogenalkanen����������CH3CH2 I + CH3O Na

- + EtOH CH3CH2 O CH3 + NaI

CH3 I + Ph Na- + �����THF Ph CH3 + NaI

CH3(CH2)4CH2 I + N3 Na- + �����CH3CN CH3(CH2)4CH2 N3 + NaI

Br + CH3S Na- + ���� SCH3 + NaBr

Cyanid-Ion als ambidentes Nucleophil

RX + CN- ���������� SN2 SN1 R N C + X -R CN + X -

+ -

Nitril Isonitril

Nitrit-Ion als ambidentes Nucleophil

RX + MNO2

����������

����������SN2 SN1

M = Na M = AgR O N

O+ MX MX + R N

O

O

+

-

Page 9: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

E2-Reaktion

H

X

������������������������������

������������������������������������������������

H

X

���������������������������������������������

����������������������������������������������

Base: ���

��������

����

���� �����

E1-Reaktion

H

���������������������������������������������

������������������������������������������������

H

X

������������������������������

����������������������������������������������

���� ����������

+

- X-

E1cb-Reaktion

����������

����

H

X

������������������������������

����������������������������������������������

X

��������������������������

����������������������������������������������

Base:-

- H+

Produkte der ββββ-Eliminierung

CH3

XH �����

����������

CH3 CH2

H

Saytzev-Produkt Hofmann-Produkt

Page 10: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Konkurrierende Substitution und Eliminierung

H2O , CH3OH80°C

����� CH3CH2CHCH2CH3

OH

+ CH3CH CHCH2CH3 CH3CH2CHCH2CH3

Br

85 % 15 %

Grignard-Reaktion

PhOH

+-δ δ

R2Mg + MgBr2�����

����������2 RMgBr

+

����������

�����

1) PhCHO2) H /H2O

MgBrOH+CH3CH3H2O

CH3CH2MgBr����

Mg+CH3CH2 Br

Butyllithium aus Butylchlorid und Lithium����������

Cl + 2 Li HexanLi + LiCl

1-Chlorbutan n-Butyllithium

Page 11: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

. H

HH

H����������

Propen 1,2-Propadien 1,3-Butadien 1,5-Hexadien

ClOH

1,3-Cyclohexadien 4-Methyl-2-penten Vinylchlorid Allylalkohol

��h ν

����� �����

trans-Stilben cis-Stilben

Page 12: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Alkene durch EliminierungsreaktionenBr 80 %

, ∆ �����

OH H3PO4 , ∆ �����

80 %

Cy2NEt

Cy = CyclohexylEt = Ethyl

Herstellung und Wittig-Reaktion von Phosphonium-Yliden

nichtstabilisiertes Ylid: Ph3P CHCH3stabilisiertes Ylid: Ph3P CHCO2Et

CH3 Br + PPh3

����������∆ Ph3P CH3

+Br-

����������Base

- HIPh3P CH2

��������

���������� Ph3P CH2

+ -

O + Ph3P CH2�����∆

85 %CH2 + Ph3P O

Wittig-Salz Ylen Ylid

Page 13: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Allgemeiner Mechanismus der Wittig-Reaktion

(R3)3P

R1����� �����

H R2

O

P O������������������

P O������������������

������������������

+

threo erythro

(R3)3 (R3)3

���� ����

R1

R2

R2R1

Phosphonatdarstellung durch Michaelis-Arbuzov-Reaktion

(EtO)3P + ClCH2Ph����������∆

- EtCl (EtO)2P CH2Ph

O

Page 14: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Alkensynthese durch Horner-Emmons-Wadsworth-Reaktion vonPhosphonat-Anionen

���������������

H R2

O

P O������������������

(R3O)2 ����

R1

R2R1 P(OR3)2

O

M+

O-

(EtO)2P

O

CH2Ph +PhO

H

62 %NaOCH3 ����� Ph

Ph

McMurry-Kupplung von Carbonylen zu Alkenen

O2 TiCl3 (DME)2

Zn/Cu , DME

���������� 97 %

Page 15: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Alkenmetathese

n

Kat. Kat.! !

++

Metathese Ringöffnende-Metathese-Polymerisation (ROMP)

Elektrophile Bromaddition

����������Br2

90 %

Br

Br

HydrierungO

Ph

�����Pd/C , H2EtOH , 91 %

O

Ph

Page 16: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Hydratisierung von 2-Methylpropen zu 2-Methyl-2-propanol (tert-Butanol)

C CH2

H3C

H3C

����� �����H+

C CH3

H3C

H3C

+ + HOH- HOH

����� ���� C

H3C

H3C

OH2

CH3

+����� �����

CH3C

H3C

OH

CH3

- H+ H

+

+

Reagenzien für die Hydroborierung

BH3 SMe2�

BH3 THF��

BH

��������

������

9-Borabicyclo[3.3.1]nonan (9-BBN)

Hydroborierung und oxidative Spaltung des Trialkylborans

trans-2-Methylcyclopentano1-Methylcyclopenten

(rac)H

OH

CH3

H

���������

������

H

BH2

CH3

H

������������

������

CH3

NaOHH2O2

����������

THF

��BH3 THF

����������

Page 17: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Ozonlyse von Alkenen

OO

O RR

O

2 R CHO

2 R CO2H

SMe2

H2OH2O2

�����

�����

�����OO

O

RR

O3�����

RR

Primärozonid Sekundärozonid

Epoxidierung von AlkenenCl

CO3H

MCPBA = meta-Chlorperbenzoesäure

�����

O����������

����������

80 %MCPBA

Mechanismus der Epoxidierung durch Persäuren

C

C

R2R1

R1 R2

C

O

ROO

H�������� �����

��������

����

����� C

CO

R2

R2R1

R1

�������

������������

+

H O

CO R

Page 18: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

cis-Dihydroxylierung von AlkenenO

����������OsO4 , THF

25 °C , 48 h

O O

O

OsO

O����������������������

����������������

����������H2S O OH

OH

��������

������

50 %

Diels-Alder-Reaktion

endo-Übergangszustand endo-Produkt

Elektrocyclische Reaktionen

��h ν

∆���������������

��h ν

∆�������������

+O

H3CO

�����80 °C �����

CO2CH3

H

��

91 %

H3CO

O

��������

sek. Orbitalwechselwirkungen

Page 19: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Radikalische PolymerisationInitiation:

RO OR���������� 2 RO

��

RO + ��

H2C CH2����� ROCH2 CH2

��

Kettenwachstum:

ROCH2 CH2 + H2C CH2 ROCH2CH2CH2CH2

ROCH2CH2CH2CH2(n-1) H2C CH2 RO(CH2CH2)nCH2CH2

Kettenabbruch: Disproportionierung oder Rekombination

2-Butin Phenylethin(ein internes Alkin) (ein terminales Alkin)

Cyclooctin ein Endiin

1- Hexin Diphenylethin (Tolan)

Page 20: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Metallierung von Acetylen mit NatriumamidNa + NH3

��������Fe0

NaNH2 + 1/2 H2↓ ↑

NaNH2 + HC CH���������� NaC CH + NH3

NH3 , - 33 °C

Ethin durch Hydrolyse von Calciumcarbid Ca(OH)2+HC CH25 °C ����

CaC2 + 2 H2O

Ethinsynthese nach dem Lichtbogenverfahren1500 °C0.1 sec

�����2 CH4 HC CH + 3 H2 ↑

Page 21: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Synthese von Tolan durch doppelte Dehydrohalogenierung

C6H5C CC6H5EtOHKOH �����C6H5CH CHC6H5

Br Br

EtherBr2 �����C6H5CH CHC6H5

Stilben 80 % 70 % Tolan

Synthese von tert-Butylethin unter Phasen-Transfer-Bedingungen

�����tBuCH2CHCl2 + 2 KOH tBuC CH + 2 KCl + 2H2O PTC

Synthese von Butadiin durch 1,4-Eliminierung aus1,4-Dichlor-2-butin

����

HC CH����

ClCH CH270 - 100 °C

����H2O , DMSOClCH2C CCH2Cl + KOH

Alkylierung von Cyclohexylethin

CH + LiNH2

����NH3- 40 °C

CLi ↓ + NH3

CLi + CH3I ����DMSO- 40 °C CH3 + LiI

Page 22: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Reaktion von Lithiumacetylid mit Butanal

HC CLi + C3H7CH O �����

1. THF2. H2O60 % HC CCH(OH)C3H7

Reaktion von 1-Hexinyllithium mit Paraformaldehyd

C4H9C CLi + (H2C O)n C4H9C CCH2OH 80 %

1. THF/Hexan10 - 35 °C

2. H2O

����������

cis-selektive Alkinhydrierung mit dem Lindlar-KatalysatorPd / BaSO4 Chinolin �����C2H5C CC2H5 + H2

H5C2 C2H5

trans-selektive Alkinreduktion mit Natrium in NH3

C4H9C CC4H9

����������

1. Na / NH32. H2O

90 % C4H9

H9C4

Page 23: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Quecksilber(II)-katalysierte Addition von Wasser an Alkine

HC CH 18 % H2SO4

HgSO4 , 90 °C

���������� CH2

HO

H

O

H CH3

Vinylalkohol Ethanal

����������

����������

���

Ladenburg-Benzol(Prisman)

Dewar-Benzol Benzvalen Dicyclopropenyl

Page 24: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Hydrierungswärmen als ein Maß der aromatischen Stabilisierung������

E

�� �� ��� ���

Cyclohexen

1,3-Cyclohexadien

"1,3,5-Cyclohexatrien"

Benzol������

������

- 120 kJ/mol

- 230 kJ/mol

- 330 kJ/mol(errechnet)

- 206 kJ/mol

Resonanzenergie= 124 kJ/mol

����������

MO-Schemata des Benzols und des Cyclobutadiens

CyclobutadienBenzol

������

���

��

Bindende Molekülorbitale

Antibindende Molekülorbitale

����������

�������

����

��� E0

������

E

Page 25: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Aromatische und nichtaromatische cyclisch konjugierteVerbindungen

- +

aromatischnicht aromatisch

(4π) (8π) (6π) (6π)KationAnion

CycloheptatrienylCyclopentadienyl-1,3,5,7-CyclooctatetraenCyclobutadien

[18]Annulen [16]Annulen

HiHi

Hi

HiHiHi

Ha

Ha

Ha

Ha

Ha

Ha

Ha

HaHa

Ha

Ha

Ha

HaHa

Hi

Ha

Ha

Ha

Hi

HaHa

Ha

Hi

Ha

Ha

Ha

Hi

Ha

Page 26: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Dewar-Resonanz-Energie in Abhängigkeit von der Ringgröße

-20

0

20

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Ringgröße

Dew

ar R

eson

anz

Ener

gie

Katalytische Hydierung von Aromaten

+ 3 H2�����Pt

Page 27: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Elektrophile aromatische Substitutionsreaktion

(Cyclohexadienyl-Kation)σ-Komplex

π-Komplexπ-Komplex

+- H

E ����

����������

E

H+������������

+

+ ���

���

���������

H

E

H

E

+

H

E

���������������+E����

��������++ E

Halogenierung von Aromaten����������Fe , Br2

65 %

Br

Page 28: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Nitrierung und Nitrosierung von AromatenNitriersäure

���������������HNO3 + 2 H2SO4 NO2 + H3O + 2 HSO4

+ + _

Nitrierung

�����Nitriersäure

80 %

NO2

Nitrosierung

HNO2 + H + ����� ����

H2O + NO +

OH

�����[NO ]+

OH

NO

Sulfonierung

�����

SO3HSO3 , H2SO4

Page 29: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Friedel-Crafts-Alkylierung

Cl + AlCl3 ��������������� Cl AlCl3

����������

δ δ+ _

80 %

Page 30: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Friedel-Crafts-Acylierung

+Cl

O ����������AlCl3

70 %

O

Gattermann-Synthese

OH

OH

OHC

OH

OH �����

_+ δδC NHH

Cl

AlCl3����������AlCl3C NHH

Cl

����������

HCN + HCl

Vilsmeier-Haack-Formylierung

����������N C

H

O +

����

+

����������

NMe2

CNH

NMe2

����

NMe2

OH

O

PCl3

������

�����

�����

N CO

H

PO

ClCl

Cl

-+

����

��� +N C

O

H

PO

ClCl

Cl-

�����������

���

N CO P

O

ClCl

ClH

����������

������

������ �����

�����N C

Cl

H

Cl2PO2-

--

+ Vilsmeier-Reagenz

+

-

N CCl

H

X-

+

Cl2PO2-

-

Aufarbeitung,Hydrolyse

Kolbe-Schmitt-Synthese

ONa

O

C

O �����

ONa

O

CO

H�����+ H2O

�������� ���

���

������

��������

������

- NaOH

OH

CO2H

Page 31: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Azokupplung

NaO3S N2 Cl+ _

+ N����������

80 %

���������

�������� NaO3S N

N N

Nucleophile Substitution an Acceptor-substituierten Aromaten

F

NO2

O2N + H2N CHR C R

O�����

NH

NO2

O2N CHR C

O

R

��������

����

Nucleophile Substitution an Halogenromaten

H

Br

����NaNH2 / NH3

*Benz-in

NH2

_����

����������

*

NH2

NH2*

*_

_

�����NH3

- NH2_

_- NH2

NH3��������

NH2

H*

* NH2

H

����

��������

Arinerzeugung und Abfang

OO ����- CO2- N2

∆ ����

N2+

CO2-

HNO2 ����

NH2

CO2H

Page 32: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

(meta-Chlornitrobenzol)(ortho-Xylol)(Benzoesäure)(Benzaldehyd)1-Chlor-3-nitrobenzol1,2-DimethylbenzolBenzolcarbonsäureBenzolcarbaldehyd

Cl

O2N

CO2HCHO

Benzolamin (Anilin)PhenolEthenylbenzol (Styrol)Methylbenzol (Toluol)

NH2OH

Substituenteneffekte in der elektrophilen aromatischen Substitution

Substituent Effekt Zweitsubstituentin

-O−Na+ stark aktivierend + M und + I ortho oder para-OH < -NH2 <-NR2

stark aktivierend + M > − I ortho oder para

-Ph, -Alkyl aktivierend + I ortho oder para-Halogen desaktivierend − I, aber +M ortho oder para-NO2, -SO3H,-CN

starkdesaktivierend

− I, −M meta

-CO2R, -CHO starkdesaktivierend

− I, −M meta

-NH3+ / -NR3

+,-N2

+ X-starkdesaktivierend

− I meta

Page 33: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Dirigierende Wirkung eines Substituenten durch Stabilisierung desσσσσ-Komplexes

ortho-AngriffNH2

E��������

NH2

H

E���� �����

NH2

H

ENH2

H

ENH2

H

E����� ����� ����� �����

+

+

+

+

Ladungsdelokalisierung auf den Erstsubstituenten → Stabilisierung

meta-AngriffNH2

����������

NH2

H

E

����������

��������

NH2

H

E

NH2

E

H

����������

���������� +

+

+

E

���

keine Ladungsdelokalisierung auf den Erstsubstituenten → keine Stabilisierung

para-AngriffNH2

E

����

NH2

HE

����� �����

NH2

HE

NH2

HE

NH2

HE

���� ���� ���� ����

+ +

+

+

����

Ladungsdelokalisierung auf den Erstsubstituenten → Stabilisierung

Page 34: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Synthese eines meta-disubstituierten Aromaten mit ortho/para-dirigierenden Substituenten

NO2

����������

Br2 , FeBr3

NO2

Br

��������H2 , Ni oder Fe , HCl

NH2

Br

Synthese eines n-Alkylbenzols

+Cl

O�����AlCl3

51 %

O�����Zn (Hg) , HCl

59 %

Synthese von 1,2-tert-Butylnitrobenzol

NO2

+H , H2O

����������

SO3

NO2HNO3 , H2SO4

��������

SO3

H2SO4 , SO3����������

Page 35: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Suzuki-KupplungH3CO

B(OH)2

+N

EtO2C

Br ����Pd(PPh3)4 , THF

∆ , Na2CO3

H3CON

EtO2C

82 %

��������������������

����

������������������

��������������������

����

��������������������

Naphthalin Biphenyl (R)-2,2´-Binaphthyl Fluoren

Kohlenwasserstoffkata-kondensierte Kohlenwasserstoffe peri-kondensierter

Anthracen Triphenylen Coronen

Page 36: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Diels-Alder-Reaktion mit Anthracen

+ O

O

O����������ortho-Xylol

55 %

OO

O ����

Synthese von 9-Bromphenanthren

9

Br

- HBr∆

��������

Br

Br����

Br2 , CCl4��������

10

PAHs mit starker cancerogener Aktivität

CH3

CH3

Benzo[a]pyren

Page 37: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Fulleren-C60

Doppelbindungen wurden zur besseren Übersichtlichkeit weggelassen.

Methanol Phenol Keto-Enol-Gleichgewicht

OHOH3C OH OH

Page 38: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Alkohole

OH OHOH OHHO

OH

Glycerin (Glycerol)tert-Butanol2-PropanolEthanolprimär sekundär tertiär primär, sekundär

PhenoleOH

OH

OH

OH

HO OH

OH

OH

meta-Kresol Brenzcatechin Hydrochinon Resorcin β-Naphthol

Physikalische Eigenschaften einiger Alkohole und Phenole

Alkohol Schmelz-punkt [oC]

Siede-punkt[oC]

Wasserlöslich-keit [g/100g]

pKain Wasser

Methanol - 97 65 unbegrenzt 15.5Ethanol - 115 79 unbegrenzt 15.91-Butanol - 90 117 8.0 --tert-Butanol 26 82 unbegrenzt 181-Octanol - 15 195 0.05 --Ethylenglycol - 16 197 unbegrenzt --Glycerin 18 290 unbegrenzt --Phenol 41 182 9.3 9.962,4-Dinitro-phenol

113 -- 0.6 4.00

2,4,6-Trinitro-phenol

122 -- 1.4 0.37

Brenzcatechin 104 246 45.0 10.00

Page 39: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

AlkoholatbildungCH3OH + NaNH2 CH3O Na + NH3

_ +

Resonanzstabilisierung des Phenolat-IonsO

_

_

O

_

O

���� ���� ����� �����

Methanol aus Synthesegas Ethanol durch Hydratisierungvon Ethen

CO + H2

����������Kat. , 250 °C

10 MPa CH3OH H2C CH2 + H2O�������� CH3CH2OH

H3PO4

300 °C

Ethylenglycolsynthese aus EthylenoxidO

+ H2O����H + HO OH

Glyceringewinnung

�����

OCOR1

OCOR3

OCOR2�����NaOH

OH R1COONa

OH R3COONa

OH R2COONa+ Cl1. KOH2. HOCl3. KOH

OH

OH

OH

Page 40: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Phenolsynthese nach dem Cumol-Phenol-Verfahren

����O2

OOH

�����H +

OOH2 O

�����

- H2O

+ +������

����o O

+ ����+ H2O

Cumol Cumolhydroperoxid

O

O

H

- H+

����������

��������

O

OH

+

Oxidation primärer und sekundärer Alkohole zuCarbonylverbindungen

OH����������

Na2Cr2O7 , H2SO4

96 %O

OH �����K2Cr2O7 , H2SO4

H

O����

OH

O

Page 41: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Oxidation von Hydrochinon zu para-BenzochinonOH

HO

���������������- e , - H

_ + O

HO

��

+_+ e , + H + e , + H

_ +

+_- e , - H����

����������

O

O

Williamsonsche Ethersynthese

OH�����10 % ige KOH O K

_ + �����H3CO S OCH3

O

O

O

Veresterung von Carbonsäuren

Kat. H+

OH

O

+ OHO

O

+ H2O

Page 42: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

O O O O

tert-ButylmethyletherDiethylether Diphenylether Ethylvinylether(40 DM/L) (MTB-Ether, 16 DM/L) (30 DM/L) (28 DM/L)

O O

OO

Tetrahydrofuran 1,4-Dioxan Oxacyclopropan[THF] [Oxiran, Ethylenoxid]

(35 DM/L) (46 DM/L) (gasförmig, ca. 600 DM/kg)

Diethylethersynthese durch Säure-katalysierte Dehydratisierung

OH

OH����� �����+ H

- H

+

+

OH

OH2+����

������

���� �����- H2O

+ H2OO H

+O +

+

+ H

- H����� �����

Williamsonsche EthersyntheseOH

���� �����KOH

_K+

����O

Br

O

- KBr

Page 43: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Peroxidbildung durch Autoxidation

O�����O2

O

OOH����� �����

OO

n

Hydroperoxid Etherperoxide

(Mercaptoethanol)TetrahydrothiophenDiethylsulfidThiophenolEthanthiol

SSSHSH

Thiol-Disulfid-RedoxreaktionSH

����� �����I2

Li , fl. NH3

SS

Disulfid

Page 44: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Thiol-Sulfonsäure-Oxidation

H3C SH �����KMnO4 H3C S OH

O

O

Methansulfonsäure

Sulfidoxidation zu Sulfoxiden und Sulfonen

R´S

R

����H2O2

R´S

R

O H2O2�����

R´S

R

OO

Sulfid Sulfoxid Sulfon

HH

O

H

O

H

HO

OH

O

H

O

Methanal Ethanal 2,3-Dihydroxypropanal Phenylcarbaldehyd (Formaldehyd) (Acetaldehyd) (Glycerinaldehyd) (Benzaldehyd)

O

O O

O

Propanon 2-Butanon Cyclopentanon Acetophenon(Aceton) (Ethylmethylketon) (Methylphenylketon)

(Dimethylketon)

Page 45: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Mesomere Grenzformeln von Carbonylgruppe und Enolat

_+Na

O����� �����Na+

_

O

H

_+C O

���� �����C O

Keto-Enol-TautomerieBasenkatalysierte Keto-Enol-Äquilibrierung

C

O

H + B_

��������

C

O

��������

��������

C

O_

_+ BH �����

�����

C

OH_

+ B

Keto-Form Enolat-Ion (resonanzstabilisiert) Enol-Form

Säurekatalysierte Keto-Enol-Äquilibrierung

C

OH����� �����

CH

HO����� �����

C

OH

H����� �����

C

O

H H++ + H++

+

Page 46: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Oxidation von Alkoholen R CHO

�����OxR CH2 OH

Ozonolyse von Alkenen

���������� 2 C O

1. O32. SMe2C C

Hydratisierung von Alkinen

C C�����H2O

C CH OH

O

Friedel-Crafts-Acylierung

+Cl

O �����AlCl3- HCl

O

Hydroformylierung�����

CH3CH2CHOKat.+ CO + H2H2C CH2

Olefinoxidation (Wacker-Prozeß) ���������� CH3CHO

Pd+ 1/2 O2H2C CH2

Nitrilreduktion

R CHO1. DIBAL-H2. H2O �����

R C N

Carbonsäurereduktion

�����R´Li R C

OR C

OH

O

Page 47: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Reduktion von Carbonsäurederivaten

R CH

OR C

Cl

O Li[HAl(OtBu)3] �����

Acetalhydrolyse

R CHO+H , H2O �����O

OR

Iminhydrolyse

R CHO+H , H2O �����

RN R´

Reaktive Positionen in Aldehyden und Ketonen

RC

RH2C

O������

Nucleophil

�����

Elektrophil

Base

������

Hydrierung von Aldehyden und KetonenO

�����H2 , Raney-Nickel

OH

Page 48: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Alkohole aus Aldehyden und Ketonen

����������

1. LiAlH42. H , H2O

CH2OHCHO +

Cyanhydrinbildung

O + NaCN��������

����HCl

- NaCl

OH

CN60 %

Wittig-Reaktion

O + CH2 40 % H2C PPh3�����∆

- Ph3PO

Page 49: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Bildung von Hydraten

H

OO

HCl3C

O HO OH

HCl3C

HO OH

H

HO OH

+H2O , H H2O , H

+H2O , H

+

Acetalbildung

ROH

HPh

O

HPh

O OHR_ +

+

- H2O

+ H

HPh

HO OR

HPh

H2O OR+

Halbacetal

HPh

RO+ ROH

+

HPh

RHO OR

- H HPh

RO OR

Acetal

Page 50: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Bildung von Iminen

R NH2 + C OC

ONR

H2+_

COHN

R

H

- H2OC N

R

C NOH

H

RC N

NH2

H

RC N

N

H

R

O

NH2H

C CR

N

H3C

H

Oxim Hydrazon Semicarbazon Enamin

Disproportionierung von Aldehyden - Cannizzaro-Reaktion

OH

H

O _

OH

O

H

_

H

O2

��������������

����

+

O

OH+

O

HH

_���������� CO2

_ OH+

Page 51: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Oxidation von Aldehyden zu Carbonsäuren

H

O

OH

O����������CrO3 oder KMnO4

Fehling-Probe auf Aldehyde

NaOH , H2O , Tartrat+ Cu2OR

OH

O2+

+ 2 Cu �����

R CH

O

rotTollens-Nachweis von Aldehyden

R CH

O ���������� + Ag+ NH3 , H2O

ROH

O+ Ag

Silberspiegel

sauer – einfache Halogenierung von Aldehyden und KetonenO ����

����Br2 , CH3COOH , ∆O

Br44 %

basisch - Haloformreaktion

CH3

O �����I2 , NaOH

CI3

O����

OH

O+ CHI3

1. OH2. H

_

+

gelb

Page 52: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Alkylierung von Aldehyden und Ketonen

Ph

O

H �����1. NaH

2. Br Ph

O

88 %

Alkylierung eines EnaminsO

�����NH

- H2O

N �����1. 2. H2O , H+ I

O

44 %

Aldoladdition

HH3C

O

H2C CH

O+

_��������

������

�������������

��������

H3C H

O H O_

������������+ H2O

- OH_

H3C H

HO H O

3-Hydroxybutanal(Aldol)

Aldolkondensation

���������

��������

- OH_

H3C H

OH

H3C H

HO H O

H H

+ OH_

����������

����

��������

- H2O H3C H

HO H O

H

_�����

������������

Page 53: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Michael-Addition

64 %

O O

_- OH

H2O �����

_O O

_OH �����

O

+

O

C

CHO

CH2OH

OHH������������

OHHO

OCHO

CH2OH

OHH

OHH

CHO

CH2OH

HHO

HHO

S

S

R

R

R-(+)-2,3-Dihy- 1,3-Dihydroxypropanon D-(-)-Erythrose L-(+)-Erythrose droxypropanal (1,3-Dihydroxyaceton)D-(+)-(Glycerinaldehyd)

CHO

OHH

HHO

OHH

OHH

CH2OH

CH2OH

O

OHH

HHO

HHO

CH2OH

CHO

OHH

HHO

HHO

OHH

CH2OH

CHO

OHH

OHH

HHO

HHO

CH2OH

D-(+)-Glucose L-(+)-Fructose D-(+)-Galactose L-(-)-Mannose

Page 54: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Formelzeichnung von ββββ-D-(+)-Glucopyranose

Fischer-Projektion Haworth-Projektion Sesselkonformation

Mutarotation der Glucose

O

OHOH

HOHO

CH2OH

�����

α

���������

HOHO

HO

OH

OH

O

H ��������� O

OHHO

HOCH2OH

OH

���

β

α-D-Glucopyranose D-Glucose β-D-Glucopyranose

O

CH2OH

HOH

H

H

HO

OH

HH

OH

O

OHOH

HOHO

CH2OH

OHH

HHO

OHH

H

CH2OH

O

Page 55: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Glycosidbildung (Zuckeracetal)O

OHOH

HOHO

CH2OH�����H3COH , H+ O

OCH3OH

HOHO

CH2OHO

OHHO

HOCH2OH

OCH3

+

Methyl-β-D- Methyl-α-D-glucopyranosid glucopyranosid

Saccharose (Rohrzucker) Lactose (Milchzucker)

O

OHO

CH2OH

OHOH

O

HO

HO

CH2OH

OHO

CH2OH

OH

O

HO

OH

CH2OH

HO

O

OHCH2OH

α-D-Glucopyranosyl-β-D-fructofuranosid β-D-Galactopyranosyl-α-D-glucopyranose

Page 56: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Polysaccharide: Cellulose und Amylose

4

1Cellulose

�����

OOCH2OH

HOOH

OHHO

CH2OHO O

OOH

HO

CH2OHO O

OHHO

OO

O

HOOH

OOH

HOO O

O

CH2OH

CH2OH

CH2OH

Amylose

�����1

4

Page 57: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Carbonsäuren

H COH

OH3C C

OH

O

Br OH

O

OH

O COOH

O

O

Ameisensäure Essigsäure 3-Brompropansäure Propensäure Acetylsalicylsäure(β-Brompropionsäure) (Acrylsäure) (Aspirin)

DicarbonsäurenCOOH

COOH

HOOCCOOH

HOOCCOOH

COOH

COOH

Ethandisäure Propandisäure Butandisäure Hexandisäure(Oxalsäure) (Malonsäure) (Bernsteinsäure) (Adipinsäure)

COOHHOOC COOHHOOC COOH

HOOC

Pentandisäure cis-2-Butendisäure trans-2-Butendisäure(Glutarsäure) (Maleinsäure) (Fumarsäure)

Page 58: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Name Formel Siede-punkt [oC]

Schmelz-punkt [oC]

pKa1 pKa2

Ameisensäure HCOOH 101 8 3.68 -Essigsäure H3CCOOH 118 17 4.74 -

Propionsäure H3CCH2COOH 142 -21 4.85 -Chloressigsäure ClH2CCOOH 189 63 2.86 -Dichloressig-

säureCl2HCCOOH 194 10 1.26 -

Trichloressig-säure

Cl3CCOOH 196 55 0.64 -

Trifluoressig-säure

F3CCOOH 72 - 0.23 -

Oxalsäure HOOC-COOH - 190 (Zers.) 2.77 5.81Malonsäure HO2CCH2CO2H - 136 3.15 6.30Benzoesäure C6H5COOH 249 122 4.18 -

o-Chlorbenzoe-säure

o-ClC6H4COOH

- 139 2.90 -

Phenol(z. Vergl.)

C6H5OH 182 41 10.0 -

Ethanol(z. Vergl.)

CH3CH2OH 78 - 130 16.0 -

Page 59: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

αααα-Hydroxycarbonsäuren

COOH

OH ����������∆

O

O O

O

COOH

OH

OH

COOH

H

HCOOHHOOC

OH

COOH����������

2

Milchsäure Lactid meso-Weinsäure Citronensäure

Ketocarbonsäuren

COOH

O

COOH

O

COOH

O

O

Brenztraubensäure Acetessigsäure Oxalessigsäure

Oxidation primärer Alkohole zur Carbonsäure

OH�����KMnO4 , H2O

74 %OH

O

Page 60: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Oxidation aromatischer Seitenketten

�����KMnO4

100 %COOH 80 %

KMnO4�����

COOH

COOH

NitrilhydrolyseCN �����

�����H2SO4 , H2O , 100 °C78 %

COOH

Page 61: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Malonestersynthese

O

O

O

O

+ Br����NaOEt , EtOH

O

O

O

O

1. OH_

2. H , H2O+�����

OH

OH

O

O

�����170 °C- CO2 OH

O

Carbonsäurederivate

Cl

O

O

O O

O

O

NH2

O

C N

Halogenid Anhydrid Ester Amid Nitril

Page 62: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Additions-Eliminierungs-Reaktion von Carbonsäurederivaten

LR

O

+ Nu����

����

_ ����������

�����Addition R

O

L

Nu

_����������

���������������

�����Eliminierung

NuR

O

+ L_

Carbonylaktivität

Cl

O

O

O O

H

O

CH3

O

OR

O

NR2

O

OH

O

O

O_

Herstellung von Acylchloriden

OH

O�����SOCl2

O

O

SCl

O

+ HCl ����

O

O

SCl

OH

+ Cl_���

���

OO

Cl

H

SCl

O

������ ���

����������

Cl

O

+ SO2 + HCl�����

+

Page 63: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Synthese von Carbonsäureanhydriden

O

OO

OH

O

+����������H2C C O

∆85 %

�����+Cl

O

HO

O

O

OO

Carbonsäureester

O

O

O

O

O O

3-Methylbutylacetat Octylacetat γ-Butyrolacton

Page 64: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Fetthydrolyse (Verseifung)

H2C

HC

H2C

O

O

O

CO

CO

CO

R

R1

R2

����������NaOH

H2C

HC

H2C

OH

OH

OHONaR

O

ONaR2

O

ONaR1

O

+ + +

Triglycerid (Fett) Glycerin Na-Salze der Fettsäuren

H3C(CH2)26C

O(CH2)29CH3

O

Wachs

Gesättigte Fettsäuren

COOH

COOH Stearinsäure (C18 , Smp.: 77 °C

Palmitinsäure (C16 , Smp.: 63°C)

Laurinsäure (C12 , Smp.: 44 °C)

COOH

Ungesättigte Fettsäuren

COOH

COOH

Ölsäure (C18 , Smp.: 13 °C)

Linolsäure (C18 , Smp.: - 5 °C)

Linolensäure (C18 , Smp.: - 11 °C) COOH

Page 65: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Veresterung von Carbonsäuren

OH

O

+ H3COHH2SO4 , ∆

O

O

+ H2O

Estersynthese durch Alkylierung von Carboxylat-IonenBr

+O Na

O_

+�����DMF

80 %O

O

+ NaBr

Basische Esterhydrolyse

O

O �����1. KOH , H2O

2. H , H2O OH

O

+ H3COH+ 100 %

Page 66: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Umesterung durch Alkohole

C17H35 O

O

+ H3COH �����H oder H3CO+ _

C17H35 O

O

+ CH3CH2OH

Amidbildung

O

O

+H2N

�����

- EtOH∆

N

O

H

Reaktion mit Grignard-Reagenzien

O

O

+ MgBr2�����

OH1. Et2O2. H , H2O+

Page 67: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Reduktion mit Hydriden

OO

O

O

OHHO

�����LiAlH4

80 %

Claisen-Esterkondensation

O

O2

ONa

O

O

O

O_ Na+

+

���������������

O

O

O

O_Na+

���������������

O

O O

+ NaO - EtOH

O

O O

_

Na+ ������������_

+

O

O ONa

Page 68: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Amide

NH2H

O

N

O

HNH

O

NH2H2N

O

OHRN

O

H

Formamid N-Methyl N,N-Dimethyl- Harnstoff eine Carbamid-acetamid formamid säure

primäres sekundäres tertiäres Amid

HORRN

O

NH

O

O

NO

HN

S

O

NR

O

H

H CO2H

H������������

������������

���������������������

H

ein Carbamid- Butanimid γ-Butyrolactam Penicillinsäureester (Urethan) (Succinimid) (ein β-Lactamderivat)

Amidhydrolyse

NHCH3

O �����

_

OH

O

+ H3CNH2

1. OH , ∆2. H , H2O+

87 %

Page 69: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

NH2 NH N

Propylamin Diisopropylamin Triethylaminprimär sekundär tertiär

NH2 (CH3)4N I N

Benzyltriethylam- moniumchlorid

Tetramethylammoniumiodid

Cl

Aminobenzol (Anilin)

_

_ ++

primär quartär quartär

NH

OH

HO

HO ������NH2

O

O

O

NH2

Adrenalin Mescalin Amphetamin (rac)

Page 70: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Amin Formel Siedepunkt [°C] pKBAmmoniak NH3 - 33.4 4.70Methylamin CH3NH2 - 6.3 3.36Dimethylamin (CH3)2NH 7.4 3.29Trimethylamin (CH3)3N 2.9 4.23Ethylamin CH3CH2NH2 16.6 3.33Propylamin CH3CH2CH2NH2 48.7 3.421,2-Ethylen-diamin

NH2CH2CH2NH2 116.5 4.07

Anilin C6H5NH2 184.0 9.42p-Nitroanilin O2NC6H4NH2 138.1 13.02Pyridin C5H5N 115.2 8.94

Nucleophile Substitutionen von Ammoniak und Aminen mitHalogenalkanen

NH3 + CH3Br���������� CH3NH3 Br+ _

���������������

_+CH3NH3 Br + NH3 CH3NH2 + NH4 Br+ _

�����(CH3)3N + CH3Br (CH3)4N Br+ _

Page 71: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Primäre Amine durch Gabriel-SyntheseNH2

+

CO2Na

CO2Na

73 %

����������

1. H2SO4 , 120 °C2. NaOHN

O

O

Br

93 %DMF , 100 °C

��������NK

O

O

Sekundäre Amine aus Sulfonamiden

SO2 N

K

+ I����

- KI SO2 N����H2O , H+

HN +

SO3H +

_

Mannich-Reaktion

H3C C

CH3

CHO

CH2 NHCH3

70 %

1. HCl , EtOH , ∆2. NaOH , H2O

��������H3C CH

CH3

CHO + H2C O + H3C NH2

Page 72: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Hofmann-Eliminierung

CH3(CH2)3NH2�����MeI , K2CO3 CH3(CH2)3N(CH3)3

I+_

�����Ag2O , H2O

_+OHCH3(CH2)3N(CH3)3

�����∆ CH3CH2CH CH2 + N(CH3)3 + H2O

Phosphane in der Organischen Chemie

(R)-BINAPPPh2

PPh2

����������������������

��������������������

�����������

����������������������

������

����������������������

_+ I

Ph3P CH2 Ph

Phosphoniumsalz chiraler Komplexligand

Page 73: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Resonanzstabilisierung im Benzoldiazonium-Kation

N

NX

_ _X

N

N

N

NX

_ _X

N

N

����������

����������

����������

����������

����������

����������

+ + + +����

����������

_ _ _

+ ����������

+

���+

����������������������������

����������������������������������������

����������������������������������������

�������������������������������������

������������������������������������

��������������������������������

��������������������������������

��������������������������������

�����������������������������������

�����������������������������������������������������������������������

��������������������������������

��������������������������������������������������������

������������������������

leeres sp2-Orbital

π-Orbitale

Orbitalbild des Phenylkations

Synthese von Arendiazoniumsalzen durch N-NitrosierungCH3

NH2 �����HCl , NaNO2 , 0 °C

CH3

N2 Cl+ _

Page 74: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Azokupplung

NaO3S N2 Cl+ _

+ N��������

80 %

��������

�������� NaO3S N

N N

Methylorange

Isomerisierung von AzobenzolN N

cistrans

����

h ν (λ = 312 nm)

����� �����

NN

Page 75: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Aminosäuren mit unpolarer Seitenkette

H2N CO2H H2N CO2H

��������������

H2N CO2H

������������

H2N CO2H

������������

H2N CO2H

S

������������

Alanin (Ala)Glycin (Gly) Leucin (Leu) Isoleucin (Ile) Methionin (Met)

H2N CO2H

������������ N CO2H

H

���������������

H2N CO2H

NH

������������

H2N CO2H

������������

Phenylalanin (Phe) Prolin (Pro) Tryptophan (Trp) Valin (Val)

Aminosäuren mit ungeladener polarer Seitenkette

Tyrosin (Tyr)Threonin (Thr)

CO2H

H2NHO

CO2H

H2N

OHSerin (Ser)

CO2HHO

H2N

CO2HHS

H2N

Cystein (Cys)Glutamin (Gln)

CO2H

H2NH2N

OAsparagin (Asn)

CO2HH2N

H2NO

Aminosäuren mit geladener polarer Seitenkette

Arginin (Arg)

CO2HNHH2N

H2N

NHHistidin (His)

H CO2H

N

N

H2N

Lysin (Lys)

H2N CO2H

H2N

Glutaminsäure (Glu)Asparaginsäure (Asp)

CO2H

H2NHO2C

CO2HHO2C

H2N

Page 76: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

NucleinbasenPyrimidinbasen

N

NH

O

OH

Uracil (nur RNA) (URA)

HN

NH

O

O

H3C

Thymin (Thy)

HN

N

NH2

O

Cytosin (Cyt)

Purinbasen

Guanin (Gua)Adenin (Ade)

N

N

N

N

O

NH2

H

HH

N

N

N

N

NH2

Page 77: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Nucleoside

OHOCH2

OH OH

N

N

N

N

NH2

�������������������������������

������������ 1´

Adenosin Uridin

1´OHOCH2

OH OH

N

NH

O

O

��������������������������������

��������������

Page 78: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Nucleotide Die vier Nucleotide der DNA

2´-Desoxycytidylsäure (dCMP) 2´-Desoxythymidylsäure (dTMP)

OHOPOCH2

OH

O

HO

NH

O

O

H3C

������������������������������������

������������������

OHOPOCH2

OH

N

O

HO

N

NH2

O���������������������������������������

���������������������

OHOPOCH2

OH

N

N

N

NH

O

O

HONH2

��������������������������������

������������ 1´

2´-Desoxyguanylsäure (dGMP)2´-Desoxyadenylsäure (dAMP)

1´OHOPOCH2

OH

N

N

N

N

NH2

O

HO ��������������������������������

��������������

Die vier Nucleotide der RNA

Cytidylsäure (CMP) Uridylsäure (UMP)

OHOPOCH2

OH

N

O

HO

NH

O

O

OH

��������������������������������

������������

OHOPOCH2

OH

N

O

HO

N

NH2

O

OH

������������������������������

������������ 1´

OHOPOCH2

OH

N

N

N

NH

O

O

HONH2

OH

��������������������������������������

������������������

Guanylsäure (GMP)Adenylsäure (AMP)

1´OHOPOCH2

OH

N

N

N

N

NH2

O

HO

OH

������������������������������������

������������������

Page 79: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

DNA-Basenpaarung

H

H

NN

N

N

O

H

N HN

N

O

NH

Guanin-Cytosin

Zucker

Zucker

Zucker

Zucker

Adenin-Thymin

NN

CH3

O

O

HN

N

N

N

N HH

Chemische Substanzen, die zu Veränderungen der DNA führenkönnen

Methyliodid Aziridin Epoxid Fentons-ReagenzFe 2+ / H2O2H3C I

N OH

Page 80: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

Heteroaromaten

O N S N N

N

FuranH

ThiophenPyrrol Pyridin Pyrimidin

HHO

HO

O

HNCH3

H

������

��������������

��������������

�������������� �����

������������

������

����������������

HH3CCO

H3CCO

O

HNCH3

HO

O

������

��������������

��������������

�������������� ������

����������

������

����������������� N

H

N Cl

����

H

Morphin Heroin Epibatidin

Page 81: Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN Aceton C O H3C CH3 CO Aldehyde und Ketone Ethylthiol CH3CH2 SH CS C Thiole und

(-)-Chinin R = H : Strychnin , R = CH3O : Brucin

N

O OH

H

H

H

NHR

R

����������������������

������������

����������������������

�������

������������

���������������

N

H

H

HO

H3CO

N

��������������������

������������������

N

N

N

NCH3

H3C

CH3

O

O

N

N

CH3

H������������

NH3C

HOCCHCH2OH

O

��

AtropinS-(-)-NicotinCoffein