Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel · Verbindungsklasse funktionelle Gruppe Beispiel CN...
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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
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
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
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
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
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
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
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
+
-
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
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
. 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
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
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
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 %
Alkenmetathese
n
Kat. Kat.! !
++
Metathese Ringöffnende-Metathese-Polymerisation (ROMP)
Elektrophile Bromaddition
����������Br2
90 %
Br
Br
HydrierungO
Ph
�����Pd/C , H2EtOH , 91 %
O
Ph
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
����������
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
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
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)
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 ↑
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
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
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
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
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
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
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
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
Friedel-Crafts-Alkylierung
Cl + AlCl3 ��������������� Cl AlCl3
����������
δ δ+ _
80 %
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
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
(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
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
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����������
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
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
Fulleren-C60
Doppelbindungen wurden zur besseren Übersichtlichkeit weggelassen.
Methanol Phenol Keto-Enol-Gleichgewicht
OHOH3C OH OH
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
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
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
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
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
Peroxidbildung durch Autoxidation
O�����O2
O
OOH����� �����
OO
n
Hydroperoxid Etherperoxide
(Mercaptoethanol)TetrahydrothiophenDiethylsulfidThiophenolEthanthiol
SSSHSH
Thiol-Disulfid-RedoxreaktionSH
����� �����I2
Li , fl. NH3
SS
Disulfid
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)
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++
+
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
R´
OR C
OH
O
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
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
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
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+
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
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
_�����
������������
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
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
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
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
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)
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 -
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
Oxidation aromatischer Seitenketten
�����KMnO4
100 %COOH 80 %
KMnO4�����
COOH
COOH
NitrilhydrolyseCN �����
�����H2SO4 , H2O , 100 °C78 %
COOH
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
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�����
+
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
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
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 %
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+
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
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 %
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)
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+ _
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
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
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+ _
Azokupplung
NaO3S N2 Cl+ _
+ N��������
80 %
��������
�������� NaO3S N
N N
Methylorange
Isomerisierung von AzobenzolN N
cistrans
����
∆
h ν (λ = 312 nm)
����� �����
NN
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
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
Nucleoside
OHOCH2
OH OH
N
N
N
N
NH2
�������������������������������
������������ 1´
5´
3´
4´
2´
Adenosin Uridin
2´
4´
3´
5´
1´OHOCH2
OH OH
N
NH
O
O
��������������������������������
��������������
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���������������������������������������
���������������������
1´
5´
3´
4´
2´
1´
5´
3´
4´
2´
OHOPOCH2
OH
N
N
N
NH
O
O
HONH2
��������������������������������
������������ 1´
5´
3´
4´
2´
2´-Desoxyguanylsäure (dGMP)2´-Desoxyadenylsäure (dAMP)
2´
4´
3´
5´
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´
5´
3´
4´
2´
1´
5´
3´
4´
2´
OHOPOCH2
OH
N
N
N
NH
O
O
HONH2
OH
��������������������������������������
������������������
1´
5´
3´
4´
2´
Guanylsäure (GMP)Adenylsäure (AMP)
2´
4´
3´
5´
1´OHOPOCH2
OH
N
N
N
N
NH2
O
HO
OH
������������������������������������
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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
Heteroaromaten
O N S N N
N
FuranH
ThiophenPyrrol Pyridin Pyrimidin
HHO
HO
O
HNCH3
H
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HH3CCO
H3CCO
O
HNCH3
HO
O
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H
N Cl
����
H
Morphin Heroin Epibatidin
(-)-Chinin R = H : Strychnin , R = CH3O : Brucin
N
O OH
H
H
H
NHR
R
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N
H
H
HO
H3CO
N
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N
N
N
NCH3
H3C
CH3
O
O
N
N
CH3
H������������
NH3C
HOCCHCH2OH
O
��
AtropinS-(-)-NicotinCoffein