Organische Chemie
Einleitung
Theorie
Übungen
Sachverzeichnis
Impressum
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CHEMISCHE BINDUNG |
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CHEMISCHE REAKTION |
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ISOMERIE |
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STOFFKLASSEN |
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DARSTELLUNG |
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REAKTIONEN |
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Alkane Cycloalkane Halogenalkane Alkene Alkine Alkohole Thiole Ether Carbonyle Carbonsäuren Ester Anhydride Säurehalogenide Amide Nitrile Aromaten Heteroaromaten Phenole Amine Kohlenhydrate Aminosäuren Peptide DNS |
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DATEN |
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ÜBERSICHT |
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NAMENS- REAKTIONEN |
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REAKTIONEN DER ALKENE
Die (ungesättigten) Alkene sind reaktionsfähiger als die gesättigten Kohlenwasserstoffe, weil ihnen Die (ungesättigten) Alkene werden mit Hilfe eines Katalysators (Nickel, Palladium, Platin) und Wasserstoff in ein (gesättigtes) Alkan überführt (z.B. Fetthärtung = Hydrierung ungesättigter Fette/ Fettsäuren zu gesättigten Fetten/ Fettsäuren). Die Umkehrung der Reaktion ist die Dehydrierung.  Die C=C-Doppelbindung besteht aus einer s-Bindung und einer p-Bindung. Ein Angriff auf die C-Atome wird aus rein räumlichen Gründen immer senkrecht (oberhalb und unterhalb der Ebene) zu der Ebene erfolgen, in der die C-Atome mit ihren Substituenten liegen (ein Angriff in der Ebene wird durch die vier Reste behindert). Genau dort ist aber auch die p-Elektronendichte am größten. Außerdem sind allgemein die p-Bindungen relativ leicht polarisierbar, da die Elektronen weiter vom Kern entfernt sind als bei einer s-Bindung. Wegen dieses nukleophilen Charakters der C=C-Doppelbindung sind als typische Reaktionen Additionen elektrophiler Reagenzien zu erwarten.  Animation der elektrophilen Additionsreaktion (AE): als  .mpg /
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Die Addition von H-Hal (gemeint sind Säuren wie HCl, HBr oder HI) verläuft in zwei Schritten. Zunächst lagert sich das Proton an die Doppelbindung an, wobei ein Carbeniumion zurückbleibt. Dieser Anlagerungsschritt erfolgt selektiv immer an das wasserstoffreichste Kohlenstoffatom der Doppelbindung (Markovnikov-Regel)! Der Grund hierfür ist einfach: zurück bleibt ein höher substituiertes und dadurch durch induktive Effekte besser stabilisiertes Carbeniumion. Im zweiten Schritt addiert sich das Säureanion an das Carbeniumion und bildet das Produkt (ein Halogenalkan).  Diese Reaktion stellt die Rückreaktion der Eliminierungsreaktion von Halogenalkanen dar. Animation der elektrophilen Addition von HY: als .mpg /
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als .rmWasser kann nur in Gegenwart einer Säure addiert werden, da H2O selbst nicht elektrophil genug ist. In einem ersten Reaktionsschritt protoniert die Säure das Alken (Markovnikov-Regel, s.o.). An das zurückgebliebene Carbeniumion addiert sich Wasser mit einem freien Elektronenpaar des Sauerstoffs, wodurch ein Oxonium-Ion entsteht. Dieses stabilisiert sich durch Abspaltung eines Protons (daher reichen katalytische Mengen an Säure) und es entsteht ein Alkohol:  Diese Reaktion stellt die Rückreaktion der Eliminierungsreaktion von Alkoholen dar. Auch Halogene können sich an die C=C-Doppelbindung addieren. Die Erklärung für diesen Mechanismus ist etwas anders als bei den vorherigen Reaktionen. Zunächst wird die Hal-Hal-Bindung durch das Alken soweit polarisiert, das sich ein Hal  Animation der Addition von Brom an ein Alken: als .mpg /
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als .rmDie Additionen von Cl2 und Br2 laufen sehr gut und schnell ab; die Addition von F2 spaltet das Alken, die Addition von I2 ist sehr langsam und reversibel. Versuch zur elektrophilen Addition von Brom Diese Reaktion ist ein Spezialfall der allgemeineren Klasse der pericyclischen Reaktionen, zu denen die Cycloadditionen und elektrocyclischen Reaktionen gehören. Eine Abhandlung all dieser Reaktionen würde den Rahmen dieser CD sprengen. Bei der Diels-Alder-Reaktion (der [4+2]-Cycloaddition) reagiert ein Alken mit einem konjugierten Dien zu einem Cyclohexen-Derivat:  Das besondere an dieser (und den anderen pericyclischen Reaktionen) ist, daß die beiden neuen Kohlenstof-Kohlenstoff-s-Bindungen und die neue Kohlenstof-Kohlenstoff-p-Bindung in einem Schritt gebildet werden, d.h. es gibt keine Zwischenstufen in Form von Radikalen, Carbeniumionen oder Carbanionen. Die Reaktion verläuft konzertiert (gleichzeitig). Die Darstellung des Übergangszustandes erfolgt in Form eines punktierten Kreises oder durch das Umklappen von Elektronenpaaren. Durch das Oxidationsmittel Kaliumpermanganat werden Alkene zu Diolen oxidiert. Der Mechanismus ist eine gleichzeitige Elektronenverschiebung von drei Elektronenpaaren: vom Alken zum Sauerstoff, von der Doppelbindung zu diesem Sauerstoff auf das Mangan und von einer anderen Mangamn-Sauerstoffdoppelbindung zum Alken. Als Zwischenstufe ensteht ein cyclischer "Ester". Durch Zugabe von Wasser wird diese Zwischenstufe in das Diol und eine MnV-Spezies gespalten, welche im folgenden zu MnO2 weiterreagiert und als braune Ausfällung zu beobachten ist. Da der erste Reaktionsschritt gleichzeitig abläuft, ist einsehbar, das die beiden neu entstehenden OH-Gruppen auf einer Seite des Alkens landen. Man spricht dabei von einer syn-Addition (syn-Dihydroxylierung), im Gegenteil zur oben erwähnten anti-Addition. Das Produkt ist ein cis-Diol (im Gegensatz zur trans-Dibromverbindung oben).  Versuch zur Oxidation mit Permanganat-Ionen (Bayer-Probe) Alkene besitzen eine große industrielle Bedeutung, weil sie mit sich selbst zu Polymeren reagieren können (polymeres, griech.: aus vielen Teilen). Wichtige Verbindungen sind Polyethylen (Polyethen, PE), Polypropylen (Polypropen, PP), Polyvinylchlorid (Polychlorethen, PVC), Polystyrol (Styropor) usw. Bei der Synthese dieser Makromolekülen geht man von niedermolekularen Verbindungen, den Monomeren, aus. Diese werden in Polyreaktionen zu Makromolekülen, den Polymeren, verknüpft. Die wichtigsten Polymerisationen sind Kettenreaktionen. Diese können in radikalische, kationische und anionische Polymerisationen unterteilt werden.
Dieser Reaktionstyp ist der häufigste. Die Reaktion wird durch Initiatoren (Radikalstarter), wie z.B. Licht, Wärme oder chemischer Starter, eingeleitet. Auf diese Weise können z.B. Ethen, Chlorethen (Vinylchlorid), Styrol usw. polymerisiert werden. Startreaktion  Kettenfortpflanzung  Kettenabbruch Der Kettenabruch (Ausbildung eines nicht-radikalischen Moleküls) kann durch Rekombination zweier Radikale oder durch Disproportionierung beendet werden:  Versuch zur Darstellung von Polystyrol Startreaktion  Kettenfortpflanzung  Abbruch durch Deprotonierung oder Salzbildung mit einem Anion. Startreaktion  Kettenfortpflanzung  Abbruch durch Aufnahme eines Kations, z.B. H+. Diels-Alder-Reaktion : [4+2]Cycloaddition eines konjugierten Diens mit einem Dienophil Heck-Reaktion : Pd-katalysierte Vinylierung oder Arylierung von Olefinen Hydroborierung : Addition von Boranen an Alkene Ozonolyse : Darstellung von Carbonylverbindungen durch Einwirkung von Ozon auf Alkene Paterno-Büchi-Reaktion : [2+2]Photocycloaddition von Aldehyden und Ketonen an ein Alken Prilezhaev-Reaktion : Darstellung von Oxiranen aus Alkenen und Persäuren Sharpless-Epoxidierung : Stereoselektive Epoxidierung von Allylalkoholen
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Organische Chemie Kompakt (Version 3.0), © CDCH Verlag, Hamburg, 2004.
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