OFP kolloq Flashcards
Versuch 4
(1 und 2)
Produkt:
2,4,4-Trimethylcyclopentanon
(Doppelsynthese)
1) basische Epoxidierung mit H2O2 und NaOH
2) Umlagerung/Deformylierung
Augangsstoff: Isophoron (6-Ring mit DB rechts, Carbonloben und links unten 2x Methyl, unten rechts 1x methyl)
–> alpha,beta-ungesättigte Carbonylverbindung
4-1 Mech.: - NaOH deprotiniert H2O2 - OOH greift an DB an (warum?) --> Hydroperoxid-Ion ist wegen des alpha-Effekts ein besseres Nucleophil als ein Hydroxid-Ion. --> 1,4-Addition -
Versuch 22
2-Methyl-2-(4-methyl-3-pentan-1-yl)-5-oxo-5,6,7,8-tetrahydro-2H-chromen
Aldol-Kondensation/ elekrocyclische Reaktion
Citral + Cyclohexan-1,3-dion + EDDA (pKs ca. 2…?)
Aldol-Kondensation/ elektrocyclische Reaktion
Die Aldolkondensation ist eine Kondensationsreaktion aus dem Bereich der organischen Chemie. Bei der Reaktion bilden Aldehyde und Ketone unter Wasserabspaltung α,β-ungesättigte Carbonylverbindungen, genauer α,β-ungesättigte Aldehyde oder Ketone.
Kann basen oder säure-kataysiert ablaufen
Pericyclische Reaktionen sind chemische Reaktionen, bei denen die Bindungsverhältnisse durch eine konzertierte Verschiebung von Elektronen verändert werden, ohne dass radikalische oder ionische Zwischenstufen auftreten. Die dabei durchlaufenen Übergangszustände sind cyclischer Natur.
Die wichtigsten pericyclischen Reaktionen sind
• elektrocyclische Reaktionen
• Cycloadditionen
• sigmatrope Umlagerungen
• Cheletrope Reaktionen
Bei elektrocyclischen Reaktionen kommt es zu Ringschlüssen zwischen den Enden eines
linearen konjugierten π {\displaystyle \pi } -Systems, zum Beispiel 1,3-Butadien. Auch längerkettige oder substituierte konjugierte Systeme reagieren in dieser Art. Es gibt zwei Möglichkeiten des Ringschlusses: Entweder konrotatorisch oder disrotatorisch. Im ersten Fall drehen sich die Substituenten an den terminalen C-Atomen in die gleiche Richtung während der Bildung der neuen Bindung, im letzten Fall in entgegengesetzte Richtung. Eine Erklärungsmöglichkeit sind Orbitalkorrelationsdiagramme. Man stellt hierfür alle bindenden und antibindenden Molekülorbitale von Edukt und Produkt in energetischer Reihenfolge dar. Dann korreliert man Orbitale gleicher Symmetrie von Edukt und Produkt miteinander.
Versuch 17
(-)-(R)-1-Phenyl-1,2-ethandiol
Sharpless asymmetric dihydroxylierung
Sharpless asymmetrische dihydroxylierung
- enantioselektive Darstellung von 1,2-Diolen aus prochiralen Olefinen.
inkl.
- Osmium-Katalysator,
- einem stöch. Oxidationsmittel [z.B. K3Fe(CN)6, NMO] (d.h. hier als Kooxidans)
- Puffer (läuft im leicht basischen Bereich schneller ab)
- Enantioselektivität durch Zugabe von chiralen Liganden [(DHQD)2PHAL, (DHQ)2PHAL oder Derivate]
Die Chemikalien sind auch in vorgefertigten Mischungen erhältlich (AD-mix, AD=asymmetric dihydroxylation).
Versuch 16
(+)-(S)-3-Hydroxybuttersäure-ethylester
Enzymatische Reduktion
Enzymatische Reduktion von Acetessigester (pKs = 11)
durch das Enzym: Alkohol-Dehydrogenase aus Hefe
–> eine zinkhaltige Oxidoreduktase, die in Gegenwart von NAD+ primäre und sekundäre Alkohole zu ihren entsprechenden Aldehyden oder Ketonen reversibel oxidiert bzw. diese reduziert.
geringe Substratspezifität.
Die ADH kommt in Bakterien, Hefen, Pflanzen und der Leber vor. Hefe-ADH, gekennzeichnet durch ihre hohe Affinität zu Alkohol, katalysiert die letzte Reaktion bei der alkoholischen Gärung.
In der Leber wandelt die Alkohol-Dehydrogenase Ethanol in Acetaldehyd
um: CH3CH2OH + NAD+ –> CH3CHO + H+ + NADH
Normalerweise wird der Acetaldehyd, der Symptome wie Gesichtsrötung und Herzrasen verursacht, wenn er in hohen Konzentrationen vorhanden ist, von der Aldehyd-Dehydrogenase in Acetat umgewandelt.
Acetessigester zeigt eine ausgeprägte Keto-Enol-Tautomerie (in n-Hexan liegen 46 % des Acetessigesters, in Ethanol 12 % und in Wasser 0,4 % als Enol vor
Versuch 9
3-Piperidino-1-phenylpropan-1-on Hydrochlorid
Mannich-Reaktion
Formaldehyd-Zersetzung (mit H+)
+
Piperidin (pKs : 11.2, pKb : 2.78)
(Bzw. Hier: Piperidiumhydrochlorid)
= Mannich-Base
+ Acetophenon
…reagiert als Enolat mit der Mannich-Base (iminium-carbanion-GF)
Mannich-Reaktion
Aminoalkylierung von CH-aciden Verbindungen mit einem Aldehyd und Ammoniak beziehungsweise einem primären oder sekundären Amin.
Die Mannich-Reaktion wird auch zu den Kondensationsreaktionen gezählt, da Wasser abgespalten wird. Die Mannich-Reaktion kann grob in zwei Schritte eingeteilt werden:
- Bildung der Verbindung zur Aminoalkylierung
- Aminoalkylierung der CH-aciden Verbindung
Im ersten Reaktionsschritt greift ein sekundäres Amin den Formaldehyd (erhalten aus Zersetzung über Endgruppen von Paraformaldehyd) nukleophil an. Anschließend wird unter sauren Bedingungen die Hydroxygruppe protoniert und als Wasser-Molekül abgespalten. Es bildet sich ein mesomerie-stabilisiertes Carbenium-Iminium-Ion.
Im zweiten Schritt der Reaktion kommt es unter Einwirkung einer Säure oder Base zu einer Keto-Enol-Tautomerie. Das Enol greift daraufhin das Carbenium-Iminium-Ion nukleophil an. Nach abschließender Deprotonierung der Hydroxygruppe erhält man eine β-Aminocarbonylverbindung (Mannich-Base).
Die Mannich-Reaktion findet Anwendung in der Synthese von Naturstoffen, wie beispielsweise Peptid-Nukleosid-Antibiotika und Alkaloiden. Weitere Anwendungsbereiche sind die Herstellung von Arzneimitteln, der Pflanzenschutz sowie die Lack- und Polymerchemie (Farbstoffe, Reaktionsbeschleuniger, Härter und Vernetzer).
Versuch 19
Zimtsäure
Knoevenagel-Reaktion
Benzaldehyd + Malonsäure (alpha-H, pKs 13)
Morpholin (pKb: 5), Et3N (pKb: 3?)
- Alpha-H von Malonsäure wird durch Et3N deprotoniert. 3 x GF
- Morpholin greift Benzaldehyd nukleophil an
- aktiviertes Benzaldehyd reagiert nun mit Malonsäure
Knoevenagel-Reaktion
Die Knoevenagel-Reaktion oder -Kondensation ist ein Spezialfall der Aldolreaktion, bei der Ketone oder Aldehyde mit besonders CH-aciden Verbindungen, z. B. Malonsäureester, Acetessigester oder Nitromethan, umgesetzt werden. Dabei entstehen ungesättigte Kondensationsprodukte.
Eine spezielle Reaktionsführung der Knoevenagel-Reaktion ist deren Doebner-Variante. Bei ihr wird der Aldehyd/das Keton mit freier Malonsäure in Pyridin und in Gegenwart eines Amins als Katalysator (häufig Pyrrolidin oder Piperidin) zur Reaktion gebracht. Die entstehende ungesättigte Dicarbonsäure decarboxyliert dabei. Auf diesem Wege sind z. B. Zimtsäuren sehr einfach zugänglich.
Im ersten Schritt wird die CH-acide Verbindung (R1= Organylgruppe) durch die als Katalysator zugegebene Base, hier ein sekundäres Amin, deprotoniert. Das dadurch entstehende Anion greift als Carbanion nukleophil den Carbonyl-Kohlenstoff der Carbonylverbindung an, während der Sauerstoff der Carbonylgruppe protoniert wird. Es entsteht ein Alkohol, der als Intermediat auch isolierbar ist. Unter Abspaltung von Wasser bildet sich schließlich das ungesättigte Endprodukt.
Versuch 12
Endo-4-phenyl-4-azatricyclo[5.2.2.0-2,6-]dodeca-8-en-3,5-dion
Diels-Alder-Reaktion
Diels-Alder-Reaktion
Bei dieser Umsetzung wird ein Ring aus sechs Kohlenstoffatomen gebildet, wobei ein konjugiertes Dien und ein substituiertes Alken verknüpft werden. Das substituierte Alken wird auch Dienophil genannt; um eine akzeptable Ausbeute zu erreichen, müssen Dien und Dienophil besondere elektronische Eigenschaften aufweisen. Die besondere Bedeutung der Diels-Alder-Reaktion liegt darin, dass C-C-Bindungen mit hoher Stereoselektivität aufgebaut werden können.
Aldolkondensation
Aldol: (Wortzusammensetzung aus Aldehyd+Alkohol)
da (Zwichen-)Produkt Aldehyd mit Hydroxy-Nebengruppe.
Als Aldolreaktion bezeichnet man die Umsetzung zweier Carbonylverbindungen miteinander. Eines fungiert als Nukleophil (Enolat), das andere als Elektrophil.
Aldolreaktionen laufen oft dann als Aldolkondensationen ab, wenn die beteiligten
Aldehyd- bzw. Keton-Enolate C nur anteilig im Gleichgewicht gebildet werden. (also nur kat. Base?). Auf jeden fall ausschließlich Addition, wenn Enolat quantitativ vorliegt.
– Aldoladdition: Aldehyd/Keton addiert an Aldehyd/Keton und ergibt ein Aldol = b-Hydroxycarbonylverbindung.
- Aldolkondesation: unter Wasserabspaltung α,β-ungesättigte Carbonylverbindungen, genauer α,β-ungesättigte Aldehyde oder Ketone. ergeben a,b-ungesättigte Carbonylverbindungen.
- theoretisch E1cb-Eliminierung (Geschwindikeitsbestimender Schritt), aber eig bimolekulare Rkt, da …
d[Olefin]/dt = k* K(GG) * [Aldol]*[NaOEt]
–>
im Allgemeinen trans- bzw. E-Selektivität. Dieser experimentelle Befund kann
zwei Ursachen haben: product-development control (vgl. Abschn. 4.1.3), wenn eine
kinetische Kontrolle der Stereoselektivität vorliegt, oder das Vorliegen von thermodynamischer
Kontrolle. Thermodynamische Kontrolle könnte insbesondere dadurch
zustandekommen, dass die cis,trans- bzw. E,Z-isomeren Kondensationsprodukte über
eine reversible 1,4-Addition von NaOH bzw. KOH ineinander übergehen.
Diels-Alder-Reaktion
Ringbildungsreaktion, [2+4]-Cycloaddition.
Sie stellt die wichtigste Sechsringsynthese dar und ist darüber hinaus eine der wich-tigsten stereoselektiven C,C-Verknüpfungen überhaupt
Reaktionspartner: Dien + ‚Dienophil‘
in aller Regel dienen akzeptorsubstituierte Olefine als Dienophil. Einstufig.
mit Stereoselektivität und -spezifizität
Knoevenagel-Rkt
Kondensation einer methylenaktiven
Verbindung oder des vergleichbar C,H-aciden Nitromethans mit einer Carbonylverbindung
zu einem Olefin, das zwei geminale Akzeptorsubstituenten oder eine Nitrogruppe enthält.
- im leicht basischen (Piperidin, oder neutral: Piperidiniumacetat)
R-C(=O)-R + EWG-CH2-EWG —>
- CH2 deprotoniert, d. Base
- Anion greift dann Carbonylvdg an.
- zweites H wird neben EWG deprotoniert
- an OH der zuvor C=O-Bindung geht H, H2O Spaltet sich ab (irreversibel)
Sharpless
.
Deformylierung
Eine Decarbonylierung von Aldehyden.
Laufen meist radikalisch ab…
Methylenaktive Verbindungen
Knoevenagel
Knoevenagel ist Kondensation einer methylenaktiven Vdg (o. CH-acides Nitromethan) mit Carbonyl-vdg
–> Olefin mit 2 geminalen Akzeptorsubstituenten
Methylenaktive Vdg:
Substanzen, bei denen die C-H-Bdg einer Methylengruppe durch elektronenziehende Substituenten besonders acide ist.
also bspw Malonsäureester und β-Ketoester. Diese werden häufig in Aldol-Reaktionen eingesetzt.
Die Bezeichnung Methylen (von griech. méthy = alkohol. Getränk und hýlē = Holz) wurde 1834 von Dumas und Péligot geprägt und bezieht sich auf die damalige Bezeichnung von Methanol als „Holzalkohol“, dessen dehydrierte Form formal die Methylengruppe ist.
Imin
C=N-R
Michael Addition
Reaktionspartner:
Michael-Donator bspw. Ester (–> Carbanion) [als nukleophil, und nach HSAB weich], vorher deptrotoniert d. Base
Michael-Akzeptor: bspw. alpha,beta-ungesättigte Carbonylvdg
Ziel: Knüpfen von C-C-Einfachbindungen
D.h. Statt am C=O anzugreifen wird die nahegelegenen DB nukleophil angegriffen und e werden verschoben bis zum O, weches als EWG fungiert.
- Addition mit Regioselektivität (wie bei 1,4-Addition einer Organometallvdg an Alpha,Beta-ungesättigte Carbonylvdg)
BF3*Et2O
Klassifizierung, Funktion
(Präp. 4-2)
BF3 - anorganische Vdg, Lewissäure
- pks?
- oftmals in situ gebildet d. BF3*Et2O (Bortrifluoridethletherat = ein Säure-Base-Addukt, hält in Ether als LM)
All three lighter boron trihalides, BX3 (X = F, Cl, Br) form stable adducts with common Lewis bases. Their relative Lewis acidities can be evaluated in terms of the relative exothermicities of the adduct-forming reaction. Such measurements have revealed the following sequence for the Lewis acidity:
BF3 < BCl3 < BBr3 (strongest Lewis acid)
This trend is commonly attributed to the degree of π-bonding in the planar boron trihalide that would be lost upon pyramidalization of the BX3 molecule. which follows this trend:
BF3 > BCl3 > BBr3 (most easily pyramidalized)
The criteria for evaluating the relative strength of π-bonding are not clear, however.[7] One suggestion is that the F atom is small compared to the larger Cl and Br atoms, and the lone pair electron in pz of F is readily and easily donated and overlapped to empty pz orbital of boron. As a result, the pi donation of F is greater than that of Cl or Br.
In an alternative explanation, the low Lewis acidity for BF3 is attributed to the relative weakness of the bond in the adducts F3B-L
Boron trifluoride reacts with water to give boric acid and fluoroboric acid. The reaction commences with the formation of the aquo adduct, H2O-BF3, which then loses HF that gives fluoroboric acid with boron trifluoride.[18]
4 BF3 + 3 H2O → 3 HBF4 + "B(OH)3"
The heavier trihalides do not undergo analogous reactions, possibly due to the lower stability of the tetrahedral ions BX4− (X = Cl, Br). Because of the high acidity of fluoroboric acid, the fluoroborate ion can be used to isolate particularly electrophilic cations, such as diazonium ions, that are otherwise difficult to isolate as solids.
Uses
1,2-Addition vs. 1,4-Addition
Whether 1,2 or 1,4-addition … mostly determined by the nature of the nucleophile.
If the nucleophile is a strong base, (bspw. Grignard reagents), both the 1,2 and 1,4 reactions are irreversible and therefor are under kinetic control.
Since 1,2-additions to the carbonyl group are fast, we would expect to find a predominance of 1,2-products from these reactions.
If the nucleophile is a weak base, such as alcohols or amines, then the 1,2 addition is usually reversible. This means the competition between 1,2 and 1,4 addition is under thermodynamic control. In this case 1,4-addition dominates because the stable carbonyl group is retained.
e.g.: Angriff an Enon. Oder Michael-addition (1,4)
Wagner-Meerwein-Umlagerung
Lewissäure-induzierte Umlagerung
Sigma-Bindung wandert/C wandert mit Elektronen zu einem Carbokation.
Definition: chirales Molekül
keine Spiegelebene, kein INversionszentrum, keine Drehspiegelachse
–>
chirales Molekül kann Drehachse haben.
Definition: Aromatizität
Hückel-Regel:
Von Erich Hückel 1931 aufgestellte Regel, wonach sich konjugierte monocyclische Kohlenwasserstoffe (Annulene) mit (4n+2) π-Elektronen (n = 0, 1, 2, usw.) durch besondere Stabilität auszeichnen und im allgemeinen aromatisch sind ( Aromatizität ); solche mit 4n π-Elektronen sind meistens antiaromatisch (Antiaromatizität).
–> HMO-Theorie/Hückel-MO-Theorie:
Nach der Hückelschen Molekülorbital-Theorie (HMO-Theorie) ist bei Annulenen das energetisch tiefste π-Molekülorbital (π-MO) nichtentartet und kann daher maximal zwei Elektronen aufnehmen. Die folgenden π-MO sind durchweg zweifach entartet und können bis zu vier Elektronen aufnehmen; das energetisch höchste π-MO ist bei Annulenen mit einer geraden Anzahl von Kohlenstoff-Atomen nichtentartet. Die besondere Stabilität der Annulene mit (4n+2) π-Elektronen („Hückel-Aromate“) wird dadurch erklärt, daß in diesem Fall alle bindenden π-MO maximal besetzt sind und damit eine geschlossenschalige Situation ähnlich wie bei den Edelgas-Atomen (siehe Atombau) erreicht wird.
Die energetische Abfolge der π-MO in einem Annulen mit einem Gerüst aus x konjugierten Kohlenstoff-Atomen entspricht dabei den Positionen der Eckpunkte eines regelmäßigen Vielecks mit x Ecken, das mit der Spitze nach unten einem Kreis einbeschrieben ist, und dessen Mittelpunkt den Nullpunkt der Energie definiert
(vgl. Frost-Musulin)
GG-Lage berechnen mithilfe von pKs und Ks?
HA + H2O H3O(+) + A(-)
Der pK-Wert ist der negativ dekadische Wert von der GG-Konstante K.
mit K = cH3O(+) + cA(-) / cHA + cH2O
pKs ist der neg. dek. Wert der Säurekonstante Ks, Säure-(Dissoziations-)Konstante.
mit Ks = cH3O(+) + cA(-) / cHA
–> da cH2O praktisch konstant (44mol/L??)
Wasser hat bei Zimmertemperatur einen pK-Wert von 14 (pKw, siehe Ionenprodukt), und da im neutralen Zustand pH = pOH ist, ergibt sich mit pH + pOH = pK der pH-Wert zu 7. Für die Dissoziation einer schwachen Säure Ka = [A−][H+]/[AH] ergibt sich nach der Henderson-Hasselbalch-Gleichung folgender Zusammenhang zwischen dem pK- und dem pH-Wert (wobei [A−], [AH] und [H+] die molekulare Konzentrationen an Säureanionen, undissozierter Säure und Protonen bedeuten):
pK = pH – lg[A−]/[AH]
thermodynamisches und kinetisches Produkt
Kinetisch, wenn es kinetisch/geschwindikeitsbedingt bedingt eher zu dem einen Produkt führt (d. räumliche Nähe etwa) und die Rkt irreversibel ist (was eig selten vorkommt). Kin Produkt kann entstehen, wenn z.b. der ÜZ begünstigt durch Orbitalwechselwirkung begünstigt wird (Endo-Regel bei Diels-Alder).
thermodynamisch oft, wenn es eine GG-Rkt ist und sich letztlich aus energetischen Gründen, das thermodynamisch stabilere Produkt einstellt
