Aromaten Flashcards
In welchem Zustand befindet sich ein isoliertes Kohlenstoffatom?
Im Normalzustand, ohne Bindung; Elektronenkonfiguration: 1s² 2s² 2p².
Was bedeutet Hybridisierung beim Kohlenstoffatom?
Umformung von s- und p-Orbitalen zu gleichwertigen Hybrid-Orbitalen zur Ausbildung stabiler Bindungen.
Was ist eine sp³-Hybridisierung und wo kommt sie vor?
1 s + 3 p-Orbitale → 4 sp³-Orbitale
Beispiel: Methan (CH₄)
Alle 4 Orbitale sind eingebunden → Tetraeder
Was ist eine sp²-Hybridisierung und wo kommt sie vor?
1 s + 2 p-Orbitale → 3 sp²-Orbitale
1 p-Orbital bleibt bestehen (z. B. 2p_z)
Beispiel: Ethen (C₂H₄), Doppelbindung
Was ist eine sp-Hybridisierung und wo kommt sie vor?
1 s + 1 p-Orbital → 2 sp-Orbitale
2 p-Orbitale bleiben bestehen
Beispiel: Ethin (C₂H₂), Dreifachbindung
Welche Orbitale sind bei sp³-Hybridisierung beteiligt und wie viele Bindungen entstehen?
2s, 2pₓ, 2pᵧ, 2p𝓏 → 4 sp³-Orbitale
4 σ-Bindungen (z. B. in Ethan)
Welche Orbitale sind bei sp²-Hybridisierung beteiligt und wie viele Bindungen entstehen?
2s, 2pₓ, 2pᵧ → 3 sp²-Orbitale + 1 p𝓏-Orbital
3 σ-Bindungen + 1 π-Bindung (z. B. in Ethen)
Welche Orbitale sind bei sp-Hybridisierung beteiligt und wie viele Bindungen entstehen?
2s, 2pₓ → 2 sp-Orbitale + 2 p-Orbitale
2 σ-Bindungen + 2 π-Bindungen (z. B. in Ethin)
Wie unterscheiden sich σ- und π-Bindungen im Orbitalmodell?
σ-Bindungen: Überlappung entlang der Kernachse
π-Bindungen: Seitliche Überlappung von p-Orbitalen
Wie viele Bindungen haben Ethan, Ethen und Ethin im Orbitalmodell?
Ethan: 7 σ-Bindungen
Ethen: 5 σ-, 1 π-Bindung
Ethin: 3 σ-, 2 π-Bindungen
Was ist eine σ-Bindung?
Eine Bindung durch Überlappung von Orbitalen entlang der Kernachse, z. B. s+s, s+sp³, sp²+sp², 2sp, etc.
Welche σ-Bindungstypen und Bindungslängen gibt es?
H–H (s+s): 109 pm
H–C (s+sp³): 109 pm
C–C (sp³+sp³): 151 pm
Was ist eine π-Bindung?
Überlappung paralleler p-Orbitale (meist 2p_y oder 2p_z), seitlich versetzt zur Kernachse, z. B. in Doppel- oder Dreifachbindungen.
Welche π-Bindungstypen und Bindungslängen gibt es?
C=C (eine π-Bindung): 134 pm
C≡C (zwei π-Bindungen): 121 pm
Was ist Mesomerie?
Das Phänomen, dass sich die reale Struktur eines Moleküls zwischen mehreren Grenzstrukturen befindet; dabei sind π-Elektronen oder freie Elektronenpaare delokalisiert.
Welche strukturellen Voraussetzungen müssen für Mesomerie erfüllt sein?
Mehrfachbindungen und/oder freie Elektronenpaare
Diese müssen konjugiert sein, also durch eine Einfachbindung getrennt
Was sind die Regeln zur Aufstellung von Mesomerie-Formeln?
Gleiche Zahl an Valenzelektronen
Gleiche Atomrümpfe
Bevorzugt ohne Ladungstrennung
Oktettregel beachten
Wann ist eine Mesomerieform besonders günstig?
Wenn keine Ladungstrennung vorhanden ist
Wenn alle Atome ein Elektronenoktett haben
Wie sieht die Mesomerie beim Carboxylat-Ion (R–COO⁻) aus?
Zwei Grenzstrukturen mit delokalisiertem Elektronenpaar über beide O-Atome.
Was ist das charakteristische Merkmal der Mesomerie im Carbonat-Ion (CO₃²⁻)?
Drei gleichwertige Grenzstrukturen mit delokalisierten π-Elektronen über alle drei O-Atome.
Was passiert im Nitrat-Ion (NO₃⁻) durch Mesomerie?
Drei gleichwertige Grenzstrukturen; alle drei O-Atome teilen sich das π-System.
Warum liegen beim Buta-1,3-dien (C₄H₆) alle Atome in einer Ebene?
Weil die Doppelbindungen konjugiert sind und die π-Elektronen delokalisiert, also gemeinsam verteilt sind.
Welche Strukturmodelle von Benzol wurden historisch vorgeschlagen?
. Kekulé (1865): Alternierende Doppelbindungen im Ring
J. Dewar (1867): Zwei „offene“ Ringe mit Doppelbindungen
A. Ladenburg (1869): Prismatische Struktur
Welche drei Isomere entstehen bei Dibrombenzol-Reaktionen?
1,2- (ortho),
1,3- (meta),
1,4-Dibrombenzol (para)
Welche Bindungsverhältnisse hat Benzol laut Orbitalmodell?
Gleichmäßige Überlappung der 6 p-Orbitale
Delokalisiertes π-System ober- und unterhalb der Ringebene
Was zeigt das Mesomerie-Modell von Benzol?
Zwei Grenzstrukturen mit wechselnden Doppelbindungen → echte Struktur liegt dazwischen → delokalisiert
Was ist die Mesomerie-Energie von Benzol?
Erwartet: –360 kJ/mol (für 3 C=C wie in Cyclohexen)
Gemessen: –209 kJ/mol
→ Mesomerieenergie = 151 kJ/mol Stabilisierung
Was zeigt die Mesomerie-Energie über die Stabilität von Benzol?
Benzol ist stabiler als hypothetisches Cyclohexa-1,3,5-trien – wegen π-Delokalisation
Welche Bindungswinkel hat Benzol laut Strukturmodell?
Alle Bindungswinkel betragen 120°, was auf eine planare, regelmäßige Sechsringstruktur hindeutet
Was besagt die Hückel-Regel für Aromaten?
Ein Molekül ist aromatisch, wenn:
Es einen geschlossenen, planaren Ring bildet
Es ein konjugiertes π-System hat
Es (4n + 2) π-Elektronen enthält (n = 1, 2, 3…)
Welche Beispiele erfüllen die Hückel-Regel?
Aromatisch: Benzol (6 π-e⁻), Pyrrol, Furan, Pyridin
Nicht aromatisch: Cyclobutadien (4 π-e⁻), Cyclooctatetraen (8 π-e⁻)
Was sind Heterocyclische Aromaten?
Aromatische Ringverbindungen mit mind. einem Heteroatom (z. B. N, O):
Pyridin (N im Ring)
Pyrrol (N mit H)
Furan (O im Ring)
Was sind polycyclische Aromaten?
Aromatische Systeme mit mehreren kondensierten Benzolringen, z. B.
Naphthalin (2 Ringe)
Anthracen (3 Ringe)
Welche Effekte beeinflussen die Acidität/Basizität von Benzol-Derivaten?
Induktive Effekte (über σ-Bindungen)
Mesomere Effekte (über π-Systeme)
Wie erfolgt die Nomenklatur von Benzol-Derivaten?
Monosubstituent: Substituent + “Benzol” (z. B. Anilin)
Disubstituent:
1,2 = ortho (o)
1,3 = meta (m)
1,4 = para (p)
Wie wird bei verschiedenen Substituenten im Benzol benannt?
Der Substituent mit höchster Priorität gibt den Stammnamen
z. B. 4-Methylphenol statt 4-Hydroxytoluol
Was ist ein Benzylrest und was ein Phenylrest?
Phenylrest: C₆H₅–
Benzylrest: C₆H₅–CH₂–
Was sind Beispiele für mono-substituierte Benzol-Derivate?
Toluol (Methylbenzol)
Benzylalkohol
Benzaldehyd
Benzoesäure
Warum ist Benzoesäure stärker sauer als Essigsäure?
Durch den mesomeren Effekt (–M-Effekt) des Benzolrings wird die negative Ladung im Carboxylat-Anion stabilisiert → höhere Acidität
Was bewirkt der +M-Effekt von Anilin auf dessen Basizität?
Das freie Elektronenpaar des N ist in das π-System delokalisiert → geringere Verfügbarkeit zur Protonenbindung → niedrige Basizität
Warum sind Alkylamine basischer als Ammoniak?
Alkylgruppen zeigen einen +I-Effekt → erhöhen die Elektronendichte am Stickstoff → freie Elektronenpaare sind reaktiver
Wie wirkt sich der +I-Effekt auf die Hydratisierung und Löslichkeit von Aminen aus?
Stärkere Hydratisierung bei weniger Substitution (z. B. NH₃)
Produkte mit vielen Alkylgruppen sind weniger wasserlöslich
Wie lautet die Basizitäts-Reihenfolge von Aminomethan, Ammoniak und Anilin?
Aminomethan (pKₐ = 3,34) > Ammoniak (4,75) > Anilin (9,37)
→ Anilin ist am wenigsten basisch
Was passiert bei der radikalischen Substitution mit Cyclohexan?
In Anwesenheit von Licht → Homolyse von Br₂ → Bildung von 1-Bromcyclohexan
Was passiert bei der elektrophilen Addition mit Cyclohexen?
Doppelbindung reagiert mit Br₂ → 1,2-Dibromcyclohexan entsteht
Reagiert Benzol mit Bromwasser?
Nein, ohne Katalysator findet keine Reaktion statt – keine Addition
Welche Bedingungen sind für die Reaktion von Benzol mit Br₂ erforderlich?
Ein Katalysator (z. B. Fe oder FeBr₃) → ermöglicht elektrophile aromatische Substitution
Was ist das Produkt der Reaktion von Benzol mit Br₂ in Anwesenheit von Fe?
Brombenzol + HBr (durch elektrophile aromatische Substitution)
Wie läuft die Halogenierung von Cyclohexan mit Br₂ und Licht ab?
Radikalische Substitution
Start: Homolyse → Br*
Kette: Wasserstoffabstraktion und Substitution → Bromcyclohexan + HBr
Wie funktioniert die Halogenierung von Cyclohexen mit Br₂?
Elektrophile Addition
Br₂ wird polarisiert → Br⁺ als Elektrophil
Angriff der Doppelbindung → 1,2-Dibromcyclohexan
Warum reagiert Benzol nicht mit Br₂ und Licht?
Das delokalisierte π-System kann nicht polarisiert werden
Keine radikalische Substitution → keine Reaktion
Wie funktioniert die Halogenierung von Benzol mit Br₂ und Fe?
Katalysierte elektrophile aromatische Substitution
Fe erzeugt Br⁺-Elektrophil → Angriff auf π-System
Bildung eines instabilen Carbokations
Wiederherstellung der Aromatizität → Brombenzol + HBr
Welche Schritte umfasst die elektrophile aromatische Substitution bei Benzol?
Aktivierung von Br₂ durch Fe → Br⁺
Angriff des π-Systems auf Br⁺ → Carbokation
Stabilisierung durch Deprotonierung → Aromat bleibt erhalten
Wie verläuft das Energiediagramm der Benzol-Bromierung?
Zwei Übergangszustände: Bildung des Carbokations und Substitution
Zwischenprodukt ist energetisch instabil
Endprodukt (Brombenzol) liegt tiefer als Edukte
→ Reaktion ist exergonisch, aber aktivierungsbedürftig
Was passiert energetisch während der Bildung des Brombenzols?
Energiebarriere (Eₐ₁) für Angriff des Br⁺
Zweite Barriere (Eₐ₂) für Deprotonierung
Das delokalisierte π-System wird kurzzeitig unterbrochen
Was ist der Unterschied zwischen +I/+M und –I/–M-Effekt?
+I / +M: Elektronenschiebend → Reaktivität ↑
–I / –M: Elektronenziehend → Reaktivität ↓
Welche Substituenten dirigieren elektrophile Substitution ortho/para?
z. B. –OH, –CH₃, –NH₂, Halogene
Diese erhöhen die Elektronendichte (durch +I oder +M)
Welche Substituenten dirigieren elektrophile Substitution meta?
z. B. –COOH, –NO₂
Durch –I/–M-Effekte ziehen sie Elektronendichte ab
Wie beeinflusst die Elektronendichte die Reaktivität gegenüber Elektrophilen?
Höhere Elektronendichte im Ring = höhere Reaktivität gegenüber Elektrophilen
Was besagt die SSS-Regel bei Toluol?
Sonnenlicht
Siedehitze
Seitenkette
Was besagt die KKK-Regel bei Toluol?
Kälte (0–10 °C)
Katalysator (z. B. AlBr₃)
Kernreaktion (meta/para-Substitution)
Welche Produkte entstehen bei Bromierung von Toluol nach SSS-/KKK-Regel?
SSS: Bromphenylmethan (Benzylbromid)
KKK: 2-Bromtoluol und 4-Bromtoluol
Wozu wurde Benzol früher verwendet und welche Gefahren birgt es?
Früher Zusatz in Benzin (Klopffestigkeit)
Heute: Kunststoffherstellung (PET)
Gesundheitsgefahr: Krebserregend, lebertoxisch, darf nicht in die Umwelt
Wofür wird Benzoesäure genutzt und wie gefährlich ist sie?
Konservierungsstoff, wirkt mikrobiell toxisch
In kleinen Mengen unbedenklich
Wofür wird Styrol eingesetzt und was sind die Risiken?
Kunststoffe: CD-Hüllen, Styropor
Aufnahme über Atemwege, reizt Schleimhäute
Schädigt Leber, Nieren, Gehirn
Welche Bedeutung und Risiken hat Phenol?
Früher als Desinfektionsmittel
Heute für Kunststoffe & Farbstoffe
Giftig, ätzend für Schleimhäute
Wozu wird Anilin verwendet und wie gefährlich ist es?
Rohstoff für Anilinfarbstoffe & Kunststoffe
Hochgiftig, darf nicht in die Umwelt
Warum war die Strukturformel von Benzol im 19. Jahrhundert ein Rätsel?
Weil C₆H₆ viele ungesättigte Strukturen zuließ, Benzol aber nicht wie typische Alkene mit Bromwasser reagiert → keine klassische Doppel-/Dreifachbindung
Was zeigt die Bromwasserprobe über die Struktur von Benzol?
Bromwasser wird nicht entfärbt → Benzol enthält keine isolierten C=C- oder C≡C-Bindungen
Warum wurde der Dewar-Vorschlag als falsch erkannt?
Weil er zwei verschiedene Monochlorbenzole zulässt – experimentell entsteht aber nur einer
Warum erscheint blaue Tinte im sichtbaren Bereich des Lichts?
Sie enthält Moleküle mit delokalisierten π-Elektronen, die sichtbares Licht absorbieren → Farbwirkung
Warum wird gelöschte Tinte in alten Schulheften manchmal wieder sichtbar?
Die blockierende Gruppe, die das π-System unterbricht, löst sich mit der Zeit. Dadurch rekonstruiert sich die Delokalisation → der Farbstoff wird erneut sichtbar
Welcher Hybridisierungstyp liegt bei Ethan (C₂H₆) vor und wie ist seine Geometrie?
Hybridisierung: sp³
Geometrie: (doppel-)tetraedrisch
Bindungswinkel: ca. 109°
Welcher Hybridisierungstyp liegt bei Ethen (C₂H₄) vor und wie ist seine Geometrie?
Hybridisierung: sp²
Geometrie: trigonal-planar
Bindungswinkel: 120°
Welcher Hybridisierungstyp liegt bei Ethin (C₂H₂) vor und wie ist seine Geometrie?
Hybridisierung: sp
Geometrie: linear
Bindungswinkel: 180°
Ordne die C–C-Bindungslängen 121 pm, 134 pm und 154 pm den Molekülen Ethan, Ethen und Ethin zu.
Ethan (Einfachbindung): 154 pm
Ethen (Doppelbindung): 134 pm
Ethin (Dreifachbindung): 121 pm
Wie lautet der Merksatz zur Bindungslänge und -energie?
e größer die Zahl der Bindungselektronen zwischen zwei Atomkernen ist, desto höher ist die Bindungsenergie und desto kürzer ist die zugehörige Bindungslänge.
Was geschieht im 1. Schritt der Bromierung von Benzol?
Polarisierung von Br₂ durch Wechselwirkung mit delokalisierten π-Elektronen von Benzol und dem Eisen(III)-Katalysator (FeBr₃)
Was passiert im 2. und 3. Schritt der Reaktion?
Heterolytische Spaltung von Br₂ → Br⁺ greift den Benzolring an
Bildung eines mesomeriestabilisierten Carbenium-Ions
Was passiert im 4. Schritt der elektrophilen Substitution?
Abspaltung eines Protons (H⁺) → Wiederherstellung des aromatischen Systems beginnt
Was passiert im letzten Schritt der Reaktion (5)?
Rearomatisierung des Benzolrings
Bildung von HBr
Katalysator (FeBr₃) wird regeneriert
Rearomatisierung des Benzolrings
Bildung von HBr
Katalysator (FeBr₃) wird regeneriert
Brombenzol
Wasserstoffbromid (HBr)
Katalysator bleibt unverändert
Welches Elektrophil ist bei der Nitrierung von Benzol beteiligt und wie wird es hergestellt?
Elektrophil: NO₂⁺ (Nitronium-Ion)
Bildung durch: konz. H₂SO₄ + konz. HNO₃
Was ist das Produkt der Nitrierung von Benzol und wozu dient es?
Produkt: Nitrobenzol
Verwendung: Farbstoffe, Sprengstoffe, Kunststoffe (z. B. Polyamide)
Welches Elektrophil wirkt bei der Sulfonierung von Benzol?
Elektrophil: HSO₃⁺
Reagenz: rauchende Schwefelsäure
Was entsteht bei der Sulfonierung von Benzol?
Benzolsulfonsäure
Verwendung: Tenside (Waschmittel)
Wie erfolgt die Alkylierung von Benzol und welches Produkt entsteht?
Wie erfolgt die Alkylierung von Benzol und welches Produkt entsteht?
Was passiert bei der Friedel-Crafts-Alkylierung?
Alkylhalogenid + AlCl₃ → Carbenium-Ion
Produkt: z. B. Toluol
Verwendung: Lösungsmittel, Kunststoffe, Benzoesäure
Wie funktioniert die Friedel-Crafts-Acylierung?
Acylhalogenid (z. B. R-COCl) + AlCl₃
Produkt: Aromatische Carbonyle (z. B. Benzaldehyd)
Wie entsteht Anilin aus Benzol?
Schritt 1: Nitrierung → Nitrobenzol
Schritt 2: Reduktion mit H₂ und Ni-Katalysator → Anilin
Welche Schritte führen von Benzol zu Phenol?
Alkylierung zu Cumol
Dann: Oxidation + Umlagerung → Phenol
Welche Derivate lassen sich aus Benzol durch elektrophile Substitution ableiten?
Chlorbenzol, Toluol, Phenol, Nitrobenzol, Anilin, Benzolsulfonsäure u. v. m.
Warum bildet Phenol mit Wasser eine Emulsion, aber mit Natronlauge eine klare Lösung?
Phenol reagiert mit NaOH zu Phenolat, das wasserlöslich ist → Lösung wird klar
Warum ändert sich beim Benzylalkohol durch Zugabe von Base oder Säure nichts?
Benzylalkohol ist nicht sauer → bleibt als Emulsion erhalten
Warum ist Phenol im Gegensatz zu Benzylalkohol sauer?
Die OH-Gruppe ist am mesomeren System beteiligt → das entstehende Anion ist mesomeriestabilisiert → Protonenabgabe erleichtert
Mit welchem Elektrophil reagiert Benzol bei der Nitrierung?
Mit dem Nitronium-Ion (NO₂⁺)
Wie wird das NO₂⁺-Ion für die Nitrierung hergestellt?
Durch Reaktion von konz. HNO₃ + konz. H₂SO₄
Wie lautet die Gesamtreaktion zur Reduktion von Nitrobenzol zu Anilin mit Eisen?
Warum ist Anilin weniger basisch als nicht-aromatische Amine?
Das freie Elektronenpaar am N ist am mesomeren π-System beteiligt → steht nur eingeschränkt für Protonenbindung zur Verfügung
Was bedeutet es, dass Anilin als Base „eingeschränkt“ reagiert?
Nur ein Teil der Grenzstrukturen erlaubt Protonenbindung am Stickstoff → Basizität ist reduziert
Was ist ein mesomerer Effekt (+M / -M)?
Ein Effekt im π-System durch Delokalisierung:
+M-Effekt: Elektronendonoren (z. B. OH⁻, NH₂)
–M-Effekt: Elektronenakzeptoren (z. B. NO₂, CN)
Wie beeinflussen M-Effekte die Zweitsubstitution am Aromaten
+M → ortho-/para-dirigierend
–M → meta-dirigierend
Was passiert, wenn -I- und +M-Effekt gleichzeitig wirken (z. B. bei Halogenen)?
Beide Effekte überlagern sich – meist überwiegt der mesomere Effekt
Wie beeinflusst der M-Effekt die Säurestärke?
Stabilisierung des Anions durch –M (z. B. Nitrophenol ist stärker sauer als Phenol)
Wie beeinflusst die Elektronegativität den I-Effekt eines Substituenten?
Je höher die Elektronegativität des Substituenten, desto stärker der –I-Effekt
Was bewirken Alkylgruppen im Bezug auf den I-Effekt?
Alkylgruppen (z. B. –CH₃) zeigen mit zunehmender Größe einen +I-Effekt
Welche Substituenten zeigen einen starken –I-Effekt?
NO₂
CN
COOH
F
Cl
Br
→ Elektronen werden angezogen
Welche Substituenten zeigen einen +M-Effekt?
OH
NH₂
OR
Halogene (in geringem Maß)
→ Elektronen werden in das System hineingeschoben
Welche Substituenten sind aktivierend und dirigieren ortho/para?
OH
NH₂
Alkylgruppen
→ durch +M oder +I
Welche Substituenten sind desaktivierend, aber dirigieren ortho/para?
Halogene wie Cl, Br
→ –I ist stärker als +M
Welche Substituenten sind meta-dirigierend?
NO₂
COOH
CHO
→ zeigen –M- und –I-Effekte
