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Prof. Dr. Sabine Prys
Organische Chemie
Chemie der Kohlenwasserstoffverbindungen, die folgende Elemente enthalten: C, H, N, O, F, ....
Inhalte
• Einführung
• Kohlenstoffbindungen
• Systematik organischer Verbindungen
• Substituierte Kohlenwasserstoffe
• Ausgewählte Verbindungsklassen
2
1 Einführung in die organische Chemie
Chemie der Kohlenwasserstoffverbindungen, die folgende Elemente enthalten: C, H, N, O, F, ....
Alkohole, Zucker, Kohlenhydrate
Proteine, Aminosäuren
Nitroverbindungen
Ozonkiller, Treibhausgase
Drogen…
1.1 Teilgebiete & Anwendungen
Teilgebiete:
• Pharmazie, Biochemie, Petrochemie
Anwendungen:
• Arzneimittel, Pharmazeutika
• Naturstoffe
• Kunststoffe
• Kunstfasern
• Farben und Lacke
• Klebstoffe
3
1.2 Beispiel: Treibhausgase
Andere Treibhausgase: FCKW (Fluorchlorkohlenwasserstoffe), FKW (Fluorkohlenwasserstoffe), Rußpartikel, Stickoxide + KW
troposphärisches Ozon (Sommersmog)
Quelle: http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Treibhauseffekt
1.2.1 Anteil der TreibhausgaseQuelle http://www.oekosystem-erde.de/html/treibhausgase.html
4
1.2.2 CO2 Anstieg
weltweite Kohlenstoffemissionen (schwarz) und der Veränderung des 13C/12C-Isotopenverhältnisses (rot). Messstation Mauna Loa. Abb.:Climate Change 2007: The
Physical Science Basis. Contribution of Working Group 1, Seite 138.
Quelle http://www.oekosystem-erde.de/html/treibhausgase.html
1.2.3 CH4 Anstieg
Zunahme des Methangehalts in der Atmosphäre seit 1979. Quelle der Abbildung: Synthesis Report Climate Change: Global Risks, Challenges &
Decisions. Copenhagen 2009, 10-12 March.
Quelle http://www.oekosystem-erde.de/html/treibhausgase.html
5
1.2.4 N2O Anstieg
Zunahme des Lachgasgehalts in der Atmosphäre seit 1978. Quelle der Abbildung: Synthesis Report Climate Change: Global Risks, Challenges &
Decisions. Copenhagen 2009, 10-12 March.
Quelle http://www.oekosystem-erde.de/html/treibhausgase.html
1.2.5 Wärmeabstrahlung der Erde
Satellitenmessungen der thermischen Abstrahlung der Erde im Vergleich zur theoretischen Abstrahlung eines idealen "schwarzen Körpers". Messung 1970 über
der Sahara mit (Infrared Interferometer Spectrometer) der NASA
Quelle: http://www.oekosystem-erde.de/html/treibhausgase.html
www.columbia.edu/~mhs119/
6
1.2.6 Treibhauseffekt
☼ 50 % der Strahlung von Erdoberfläche absorbiert
☼ 30 % der Strahlung von Erdoberfläche und Atmosphäre reflektiert
☼ 20 % der Strahlung von der Atmosphäre absorbiert
Quelle: http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Treibhauseffekt
1.2.7 Anthropogener Treibhauseffekt
„Stratospheric adjusted Radiative Forcing“ , Strahlungsantrieb, bodennahe Lufttemperatur
Quelle: http://wiki.bildungsserver.de/klimawandel/index.php/Treibhauseffekt
7
1.2.8 Quellen der Treibhausgase
Quellen der Treibhausgase: Anteil der einzelnen Sektoren an den gesamten Treibhausgas-Emissionen in Kohlendioxid-Äquivalenten. Daten aus 2004
Abbildung aus dem >> 4. UN-Klimareport 2007,Syntheseband
Quelle http://www.oekosystem-erde.de/html/treibhausgase.html
1.2.9 Der Klimawandel
Beobachtete Änderung der durchschnittlichen Erdoberflächentemperatur seit Beginn der flächendeckenden Temperaturmessung. Quelle der Abbildung: IPCC:
Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Summary for Policymakers
Quelle http://www.oekosystem-erde.de/html/treibhausgase.html
8
1.2.9.1 Wetterkapriolen
Braunsbach 29.5.2016
Bildquelle: Spiegel-Online
Übung 1
Recherchieren Sie zum Thema Treibhauseffekt und Klimawandel, z.B. bei den angegebenen Quellen und
fertigen Sie eine Zusammenfassung der Problembeschreibung an !!!
9
2 Kohlenstoffbindungen
C: 1s22s22p2 C: 1s22(sp3)4
•• C • Einfachbindungen CH4 Methan
•C: 1s22s22p2 C: 1s22(sp2)3 p
C Doppelbindungen 2HC=CH2 Ethylen (Ethen)
C: 1s22s22p2 C: 1s22(sp)2 p2
• C Dreifachbindungen HCΞCH Acetylen (Ethin)
••
•
•
•••
2.1 Elektronenpaare
Unter einem Elektronenpaar versteht man zwei Elektronen mit entgegengesetztem Spin, die dasselbe Atom- oder Molekülorbital besetzen.
Aufgrund des Pauli-Prinzips können Elektronen im Atoms (genauer: innerhalb eines elektronisch abgeschlossenen Systems) nicht in allen Quantenzahlen übereinstim-men. Pro Orbital, definiert durch Hauptquantenzahl, Nebenquantenzahl und magnetische Quantenzahl sind daher höchstens zwei Elektronen mit unterschiedlicher Spinquantenzahl möglich.
Man unterscheidet zwischen bindenden und nichtbindenden Elektronenpaaren
10
2.1.1 Elektronenpaarschreibweise
Elektronenpaare werden als Striche angegeben
bindende Elektronenpaare
nichtbindende Elektronenpaare
Einzelne Elektronen werden als Punkte angegeben
||||
::
||||
FFFF
OOOO
NNNN
HHHH
2
2
2
2
F
O
N
H
2.1.2 Modell der Elektronenpaarabstoßung
• Elektronenpaare = Raumladungswolken– symbolisiert in der
Elektronenpaarschreibweise
• Elektronenpaarabstoßung– COULOMB-Abstoßung
zwischen Elektronenpaaren– maximales Ausweichen– maximale Raumausfüllung
Siehe Skript Bindungslehre
11
2.1.3 Elektronenpaardarstellung
• Elektronenpaare in der Zeichenebene:
_• Elektronenpaare vor der Zeichenebene
• Elektronenpaare hinter der Zeichenebene:
Keilstrichformeln
2.1.4 Elektronenpaardarstellungen
Quelle: http://de.wikipedia.org
Verschiedene Schreibweisen
12
2.2 Eigenschaften organischer Verbindungen
organische Verbindung anorganische Verbindung
Merkmal
Bindungsart meist kovalent meist ionisch od. metallisch
Aggregat- niedermolekular: g,l meist: s
zustand höhermolekular: s
Flüchtigkeit groß gering
Schmelzpunkte niedrig hoch
Siedepunkte niedrig hoch
Löslichkeit
In organischen meist löslich meist unlöslich
Lösungsmitteln
Quelle: J. Hoinkins; E. Lindner; Chemie für Ingenieure
3 Systematik organischer Verbindungen
C,H,N,O,S, F Kohlenwasserstoffverbindungen (KW)
acyclisch alicyclisch heterocyclisch aromatisch
gesättigt Alkane Cycloalkane
Ungesättigt Alkene Cycloalkene
Alkine
N
N
O
O
13
3.1 Acyclische gesättigte KWAlkane CnH2n+2
Methan Ethan PropanBP: -164°C BP: -88,6°C BP: -42,1°C(RT: g) (RT: g) (RT: g)ErdgasFaulgas
Paraffine
Gesättigte Kohlenwasserstoffe haben keine Doppelbindungen
3.1.1 n-Alkane
G Methan CH4
G Ethan CH3CH3
G Propan CH3CH2CH3
G n-Butan CH3[CH2]2CH3
L n-Pentan CH3[CH2]3CH3
L n-Hexan CH3[CH2]4CH3
L n-Heptan CH3[CH2]5CH3
L n-Octan CH3[CH2]6CH3
L n-Nonan CH3[CH2]7CH3
L n-Decan CH3[CH2]8CH3
...
S n-Hexadecan CH3[CH2]14CH3
Siedepunkt um so höher, je länger die Kette d.h. je stärker die v.d.Waals Wechselwirkungen
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3.1.1.1 Eigenschaften der n-Alkane
Alkan C‐Zahl Schmp [°C] Sdp [°C]
Methan 1 ‐182,5 ‐164
Ethan 2 ‐183,3 ‐88,6
Propan 3 ‐187,7 ‐42,1
Butan 4 ‐138,4 ‐0,5
Pentan 5 ‐129,7 36,1
Hexan 6 ‐95,3 68,7
Heptan 7 ‐90,6 98,4
Octan 8 ‐56,8 125,7
Nonan 9 ‐53,5 150,8
Decan 10 ‐29,7 174,1
Quelle: J. Hoinkins; E. Lindner; Chemie für Ingenieure
3.1.1.2 Vorkommen & Bedeutung der n-Alkane
• Vorkommen:
Erdgas
Erdöl Kohlenstoff: 85 - 90 %, Wasserstoff: 10 - 14 %
Sauerstoff: 0 - 1,5 %, Schwefel: 0,1 - 3 % (ganz selten bis 7 %)
Spuren von Stickstoff, Chlor, Iod, Natrium, Kalium 0,001–0,05%
Fermentationsprodukte (Methan)
2-Methylheptadecan: Pheromon der Tsetsefliege
• Bedeutung:
Ausgangsstoffe für die Kunststoffproduktion
Ausgangsstoffe für Pharmazeutika
Quelle: http://www.chemgapedia.de
15
3.1.1.3 Destillation von RohölQuelle: http://www.seilnacht.com/Lexikon/erdoel.html
3.1.1.4 Rohölfraktionen
RohölfraktionenParaffine Alkane: gesättigte KW, geradkettig (n-Paraffine) und verzweigt (iso-Paraffine: wenig reaktionsfreudig, abnehmende thermische Stabilität mit zunehmender Kettenlänge
Olefine Alkene: ungesättigte KW, geradkettig (n-Alkene) und verzweigt (i-Alkene): reaktionsfreudig infolge der C=C-Doppelbindung Im Erdöl nicht vorhanden; Bildung durch Cracken!
Naphthene Cycloalkane mit 5, 6 oder 7 Ringen, teilweise mit verbundenen Ringen, Seitenketten, weitaus reaktiver als Alkane, kältebeständig
Aromaten Benzol, Benzolderivate und kondensierte Benzolverbindungen,sehrbeständig gegen hohe Temperaturen, gute Klopffestigkeit, chemisch reaktionsfreudig
Quellen: http://www.chemgapedia.de, http://www.hamm-chemie.de/j12/j12di/rohoelfraktionen.htm
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3.1.1.5 RohölprodukteQuelle: http://www.bp.com
Übung 2
Recherchieren Sie zum Thema Erdölprodukte und Petrochemie, z.B. bei den angegebenen Quellen und
fertigen Sie eine Zusammenfassung wichtiger Aspekte an !!!
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3.1.2 StereochemieVerschiedene Konformationen des Ethans
Quelle: http://www.chemgapedia.de
3.1.3 Nomenklatur gesättigter Kohlenwasserstoffe
Grundgerüst:Alkan
Alkylrest:CH3, C2H5, C3H7, … ….
Gesättigte unsubstituierte KW gesättigte substituierte KW
Grundgerüst:Alkan
Funktionelle Gruppe:NH2, OH, COOH, C=O,
… ….
18
3.1.3.1 „Organische Reste“
• Bezeichnung für einen Molekülrest (Radikal), der z.B. durch Abspaltung eines H-Atoms entsteht:
CH4 H + CH3 Methylrest
C2H6 H + C2H5 Ethylrest
C3H8 H + C3H7 Propylrest
C4H10 H + C4H9 ….
C6H14 H + C6H13
• Cyclohexan Cyclohexylrest
MethylcyclohexanCH3
Hier: Alkylreste
3.1.4 Verzweigte Alkane
n-Octan
2-Methylheptan
2,2-Dimethylhexan
3-Methylheptan
2,2,4-Trimethylpentan
2,5-Dimethylhexan
2,2,3,3-Tetramethylbutan"Isooctan"
n-Butan 2-Methylpropan„Isobutan“
4,6 - Dimethyldecan
19
3.1.5 Strukturisomere
Strukturisomere
gleiche C-Zahl gleiche H-Zahl
verzweigte Alkane mit einer Methylgruppe an Position 2
vom Kettenende her werden
als iso-Alkane, solche mit zwei
Methylgruppen an dieser Stelle
werden als als neo-Alkane
bezeichnet
Name Isomerenzahl
Methan 1
Ethan 1
Propan 1
Butan 2
Pentan 3
Hexan 5
Heptan 9
Octan 18
Nonan 35
Decan 75
3.1.5.1 Iso-Alkane
Iso-Pentan = 2-Methyl-Butan
• Vorkommen: in geringer Menge im Erdgas, hauptsächlich im Leichtbenzin, daraus dann Gewinnung durch Superfraktionierung
• Herstellung: durch Isomerisierung von Pentan
• Verwendung: Kühlmittel (FCKW-Ersatz), Lösemittel, Grundchemikalie zur Herstellung von z.B. Isopren
Iso-Octan = 2,2,4-Trimethylpentan
• Herstellung: aus Isobuten mit anschließender Hydrierung oder aus Isobutan mit Buten und anschließender Isomerisierung
• Verwendung: Antiklopfmittel in Ottomotorkraftstoffen, Bestandteil von Druckfarben, Bestandteil von Thermometerflüssigkeiten, etc…
Trivialnamen
Quelle: Römpp Chemie Lexikon
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3.1.5.2 Neo-Alkane
Bezeichnung für verzweigte Alkane H−(CH2)n−C(CH3)3
Neo-Pentan = 2,2-Dimethylpropan
• Vorkommen: geringfügig in Erdöl und Erdgas
• Herstellung: u.a. aus Penten-Dampf + H2 bei elektrischer Entladung
• Verwendung: Standard für NMR-Spektrometrie
Trivialnamen
Quelle: Römpp Chemie Lexikon
3.1.5.3 Iso-Octan
Iso-Octan = 2,2,4-Trimethylpentan
• OZ: Maßzahl für die Klopffestigkeit von Motorkraftstoffen für Ottomotoren
• Klopfen: unregelmäßige und/oder vorzeitige Verbrennungs-Vorgänge –explosionsartige Selbstentzündungen außerhalb der Flammenfront – , die zu einer erheblichen thermischen und mechanischen Mehrbelastung des Motors und zu Leistungsabfall führen
• Kurzkettige Alkane (Propan, Butan, Methan, Ethan..) sind sehr klopffest längerkettige Alkane mit unverzweigter Kette klopfen stark
• Reines, unvermischtes, sehr klopffreudigen n-Heptan: OZ = 0 reines Isooctan (2,2,4-Trimethylpentan): OZ = 100 Mischungen dieser beiden KWs: OZ zwischen 0 und 100 Beispiel: Mischung aus 74 Vol% Isooctan + 26 Vol% n-Heptan: OZ =74
Antiklopfmittel
Quelle: Römpp Chemie Lexikon
21
Übung 3
Zeichnen und benennen Sie die 18 Isomere des Octans !!!
3.1.5.4 n-Butan und Isobutan
n-Butan:
Eigenschaften: Farbloses, brennbares Gas, Schmp. −135 °C, Sdp. −0,5 °C, Unpolare Flüssigkeit, Explosionsgrenzen in Luft 1,5–8,5 Vol.-%
Verwendung: in Druckgasflaschen als Flüssiggas, Brenngas in Laboratorien und Haushalt (Heizwert: 124 MJ/m3), Extraktionsmittel, Grundchemikalie z.B. in der Kautschukherstellung, etc
Iso-Butan (2-Methylpropan):
Eigenschaften: Farbloses, brennbares Gas, Schmp. −159 °C, Sdp. −11,7 °C, Unpolare Flüssigkeit
Verwendung: Grundchemikalie, Treibgas in Sprays
Vorkommen und Nachweis
Neo- und Iso-Butan wirken in größeren Dosen narkotisierend (MAK-Wert 2,35 g/m3, Nachweis mit Dräger- oder Auer-Prüfröhrchen). Sie kommen zusammen mit Butadien / Butenen als sog. C4-Fraktion im Erdgas und in Erdöl-Crackgasen vor
Quelle: Römpp Chemie Lexikon
22
3.1.5.5 Anwendung: Flüssiggas
Die Bestandteile von Flüssiggas können sein:
Propan C3H8
Propen (Propylen) C3H6 (mit C-Doppelbindung)
Butan C4H10
Buten (Butylen) C4H8 (mit C-Doppelbindung)
Isobutan (Methylpropan) C4H10
Isobuten (Methylpropen) C4H8 (mit C-Doppelbindung)
Oftmals besteht es auch nur aus Propan und Butan (z. B. bei Autogas und Campinggas).
Quelle https://de.wikipedia.org/wiki/Flüssiggas
3.1.5.6 Flüssiggas 2
• durch Kühlung und Kompression verflüssigte Gase, die entweder bei Normaldruck aufgrund der Verdampfungsenthalpie bei entsprechender Wärmeisolation kalt und flüssig bleiben oder, um flüssig zu bleiben, unter Druck stehen (z. B. Propan/Butan in Feuerzeugen, in Camping-Gasflaschen, in Flüssiggastanks zu Heizzwecken).
• Flüssiggas LPG (Liquefied Petroleum Gas) oder NGL (Natural Gas Liquids) sind kurzkettige Kohlenwasserstoffe, wie Ethan, Propan, Butan usw. und deren Gemische, die bei Raumtemperatur unter vergleichsweise geringem Druck flüssig bleiben im Gegensatz zu verflüssigtem Erdgas LNG (Liquefied Natural Gas) oder zu komprimierten Erdgas CNG (Compressed Natural Gas), das überwiegend aus Methan besteht und nur unter relativ hohem Druck flüssig ist.
Quelle https://de.wikipedia.org/wiki/Flüssiggas
23
3.1.5.7 Flüssiggas 3
• Nebenprodukt der Erdölraffinierung und Begleitgas bei der Förderung von Erdöl und Erdgas an fossiler Energieträger für Heiz- und Kochzwecke, sowie als Treibstoff für Fahrzeuge mit Ottomotor, Treibgas für Sprühdosen Kältemittel in Kühlschränken und Klimaanlagen.
• Flüssiggas wird anders als Erdgas nicht über Pipelines transportiert, sondern mit großen Seeschiffen, kleinen Binnenschiffen, Bahnkesselwagen und über Straßentankwagen zum Händler oder auch zum Endverbraucher mit seinem Flüssiggastank bzw. der Autogastankstelle. Durch den geringen Druck von Propan und Butan wird dieser flexible Transport von Flüssiggas möglich.
Quelle https://de.wikipedia.org/wiki/Flüssiggas
3.2 Alicyclische gesättigte KWAlkane CnH2n
Cyclopentan
Cyclohexan
Cycloheptan
Cyclooctan
24
3.3 Acyclische ungesättigte Kohlenwasserstoffe
Alkine
Alkane
AlkeneCH4Methan
C2H6Ethan
C3H4Propin
C4H10Butan
C5H12Pentan
C2H4Ethen
C2H2Ethin
C3H6Propen
C3H8Propan
C4H8Buten
C4H6Butin
C5H10Penten
C5H8Pentin
"Crack-Prozeß"
Olefine
Reaktionsfreudige Verbindungen mit Doppelbindungen
3.3.1.1 Ethen = Ethylen
• Ethen, (Ethylen, veraltet: Äthen bzw. Äthylen)
• farbloses, süßlich riechendes Gas
• Ausgangsstoff für PE (Polyethylen), Schädlingsbekämpfungsmittel und Senfgas
• Pflanzenhormon (Phytohormon), regt zur Fruchtreifung an
• narkotische Wirkung
H
H
H
H
Quelle: http://www.spektrum.de
25
3.3.1.2 Alkene
1-Hepten 1,3 – Heptadien
1,5 – Heptadien 1,6 – Heptadien
1,3,5 - Heptatrien
3.3.1.3 Ethin = Acetylen
• Ethin (Trivialname Acetylen oder Azetylen)
• farbloses Gas
• Schweißgas, Industriechemikalie
• ungiftig
• Hochentzündlich, Zündtemperatur: bei ND 305 °C
• bildet mit Luft explosive Gemische
• Bildet mit Cu hochexplosives Cu-Acetylid
H
H
Quelle http://www.seilnacht.com
26
3.3.1.4 Alkine
1-Heptin 1,3 – Heptadiin
1,5 – Heptadiin 1,6 – Heptadiin
1,3,5 - Heptatriin
3.3.2 Nomenklaturregeln
Hauptkettenbestimmung bei verzweigten acyclischen Kohlenwasserstoffen
Die Hauptkette (Stammsystem) ist jene Kette, welche
• die größte Zahl an Mehrfachbindungen enthält
• bei Mehrdeutigkeit von (1): die größere Zahl von C-Atomen enthält
• bei Mehrdeutigkeit von (2): die größere Zahl von Doppelbindungen enthält
• bei Mehrdeutigkeit von (3): den niedrigsten Lokantensatz für die Mehrfachbindungen hat.
• bei Mehrdeutigkeit von (4): den niedrigsten Lokantensatz für die Doppelbindungen hat.
• bei Mehrdeutigkeit von (5): die größere Zahl von Substituenten hat.
• bei Mehrdeutigkeit von (6): den niedrigsten Lokantensatz für die Substituenten hat.
• bei Mehrdeutigkeit von (7): den alphabetisch geordnet ersten Substituenten hat.
• bei Mehrdeutigkeit von (8): den niedrigsten Lokanten für den alphabetisch ersten Substituenten hat.
Bei cyclischen Systemen ohne Heteroatomen ist meist der Cyclus das Stammsystem.
Quelle: http://www.chemie.de/lexikon/Nomenklatur_(Chemie).html#Organische_Chemie
27
3.4 Alicyclische ungesättigte KWCycloalkene CnH2n-2
Cyclopenten
1,3 - Cyclohexadien
Cyclohepten
1,3 - Cyclooctadien
Übung 4
Benennen Sie die folgenden Verbindungen:
28
Übung 5
Benennen Sie die folgenden Verbindungen:
Adenin Cytosin Guanin ThyminPurinbase Pyrimidinbase Purinbase Pyrimidinbase
3.5 Heterocyclische KW
N N
NN
N
N
N
O
N
N N
NN
O
N N
N
O
O
z.B. Organische Basen:, hier Bestandteile der Nukleinsäuren
N
N
N
N N
NPyrimidin Purin
29
heterocyclisch
Grundgerüst
Benzol
N
Pyridin
polycyclisch
3.6 Aromatische KW
Diphenyl; Phenylbenzol, E 230
Aromaten planare, cyclische Moleküle mit konjugierten Doppelbindungenmit besonders günstigen Energieniveaus, sie unterscheiden sich inchemischen und physikalischen Eigenschaften von den übrigen organischenVerbindungen, den Aliphaten.
3.6.1 Benzol
Andere Namen: Benzen Summenformel C6H6
CAS-Nummer 71-43-2 Molare Masse 78,11 g·mol−1
farblose Flüssigkeit mit charakteristischem Geruch
Löslichkeit: sehr gut in Benzin und Alkohol, sehr schwer in Wasser: 1,77 g·l−1
Dichte 0,8842 g·cm−3 Schmelzpunkt 5,5 °C
Siedepunkt 80,1 °C Dampfdruck 100 hPa (20 °C)
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung aus RL 67/548/EWG, Anh. I
Gefahrensymbole F (Leichtentzündlich), T (Giftig )
R- und S-Sätze R: 45-46-E48/23/24/25-11-36/38-65 S: 53-45
MAK nicht festgelegt, da krebserregend, LD50oral ,Ratte 930 mg·kg–1
WGK 3 – stark wassergefährdend
Quelle: http://www.chemie.de/lexikon/Benzol.html
30
3.6.1.1 Benzolring
Summenformel C6H6
Erstellen der Strukturformel des Benzols lange Zeit problematisch
Strukturvorschlag von Kekulé 1865:
systematische chemische Nomenklatur: Endung -ol Alkoholedeutsche historisch bedingte Bezeichnung Benzol irreführend
IUPAC Name: Benzen
Quelle: http://www.chemie.de/lexikon/Benzol.html
3.6.2 Mesomerie
Mesomerie (Resonanz): in einem Molekül oder mehratomigen Ionkönnen manchmal die vorliegenden Bindungsverhältnisse nicht durcheine einzige Strukturformel dargestellt werden, sondern nur durchmehrere Grenzformeln. Keine dieser Grenzformeln beschreibt dieBindungsverhältnisse und damit die Verteilung der Elektronen inausreichender Weise. Die tatsächliche Elektronenverteilung des Molekülsbzw. Ions liegt zwischen den von den Grenzformeln angegebenenElektronenverteilungen. Dies wird durch den Mesomeriepfeil(Resonanzpfeil) ↔ symbolisiert, der nicht mit dem ein chemischesGleichgewicht symbolisierenden Doppelpfeil verwechselt werden darf.Der Begriff der Mesomerie wurde 1933 von Christopher Kelk Ingoldeingeführt. Ein Beispiel für eine solche mesomere Verbindung ist dasBenzol. Auch alle anderen Aromaten sind mesomere Verbindungen.
Quelle: http://www.chemie.de/lexikon/Mesomerie.html
31
3.6.2.1 Benzol - BindungBildquelle: http://de.wikipedia.org
3.6.3 Naphthalin = Benzolderivat
• farbloser Feststoff , Summenformel C10H8
• IUPAC Name: Naphtalen
• bicyclischer aromatischer Kohlenwasserstoff
• sublimiert schon bei Raumtemperatur
• charakteristischer Geruch nach Teer
• gesundheitsschädlich und umweltgefährlich.
• (kein) polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoffen (PAK)
• Früher Bestandteil von Mottenkugeln
1819 vom britischen Chemiker Alexander Garden aus dem Steinkohleteer isoliert.
1866 wurde die Naphthalinformel zum ersten Mal von Emil Erlenmeyer aufgestellt.
Quelle: http://www.chemie.de/lexikon/Naphthalin.html
32
3.6.4 Anthracen = Benzolderivat
• IUPAC Name: Anthracen
• farbloser kristalliner Feststoff
• Summenformel C14H10
• sublimiert leicht
• Flammpunkt liegt bei 121 °C
• Zündtemperatur bei 538 °C
• Luftvolumenanteil > 0,6% : explosive Gemische
• wassergefährdend (WGK 2)
• Verwendung als Basisstoff für die Herstellung von Gerbstoffen und Schädlingsbekämpfungsmitteln
wurde 1832 zum ersten Mal von Auguste Laurent und Jean Dumas aus dem Teer isoliert.
Quelle: http://www.chemie.de/lexikon/Anthracen.html
3.6.5 Toluol = Benzolderivat
• IUPAC Namen: Methylbenzen, Toluen
• Summenformel: C7H8
• Trivialnamen: Toluol, Methylbenzol, Phenylmethan,
• farblose, charakteristisch riechende, flüchtige Flüssigkeit
• benzolähnliche Eigenschaften
• aromatischer Kohlenwasserstoff
• Häufig als Benzolersatz verwendet
• Bestandteil im Benzin
• Vorkommen im Erdöl
• verursacht Nerven-, Nieren- und möglicherweise auch Leberschäden
• fortpflanzungsgefährdend sowie fruchtschädigend
• wassergefährdend (WGK 2)
CH3
Quelle: http://www.chemie.de/lexikon/Toluol.html
33
3.6.6 Trinitrotoluol TNT
CH3
NO2
NO2O2N
= Benzolderivat
• IUPAC Nomenklatur: 1-Methyl-2,4,6-Trinitrobenzen
• Summenformel C7H5N3O6
• hellgelbe, nadelförmige Kristalle
• Sprengstoff
• Mit seinem niedrigen Schmelzpunkt von 80,8 °C lässt sich TNT in Wasserdampf schmelzen und kann in Formen gegossen werden
• Giftig, bei Hautkontakt allergische Reaktionen
• färbt die Haut leuchtend gelborange
• R-Sätze: R 2-23/24/25-33-51/53
• S-Sätze: S(1/2-)35-45-61 [1]
Quelle: http://www.chemie.de/lexikon/Trinitrotoluol.html
3.6.6.1 TNT Äquivalent
• Das TNT-Äquivalent ist eine nicht SI-konforme, aber weiterhin gebräuchliche Maßeinheit für die gesamte bei einer Explosion freiwerdende Energie:
• 1 kT (Kilotonne TNT) = 4,184 · 1012 J
Sprengstoff Umrechnungsfaktor
Schwarzpulver 0,25 bis 0,4
Ammoniumnitrat 0,5
Dynamit/Ballistit/Cordit 0,8
TNT 1,1
Chloratsprengstoffe 2,2
Quelle: http://www.chemie.de/lexikon/TNT-%C3%84quivalent.html
34
3.6.6.2 Dynamit
• Dynamit besteht aus 75 % Glyceroltrinitrat („Nitroglycerin“ genannt) als explosiver Komponente, 24,5 % Kieselgur als Trägermaterial und 0,5 % Natriumcarbonat (Soda) als chemischem Stabilisator.
• Nitroglycerin (Propan-1,2,3-triyltrinitrat)
Quelle: http: www.chemgapedia.de
3.6.7 PCBs
Polychlorierte Biphenyle (PCB)
giftig, krebsauslösend, Aufnahme bei Hautkontakt
bis in die 1980er in:
• Transformatoren,
• elektrischen Kondensatoren,
• Hydraulikanlagen,
• Weichmachern in Lacken,
• Dichtungsmassen,
• Isoliermitteln und Kunststoffen
PCB sind eine von zwölf als „dreckiges Dutzend“ bekannten organischen Giftstoffen, welche durch die Stockholmer Konvention vom 22. Mai 2001 weltweit verboten wurden.
Quelle: http://www.chemie.de/lexikon/Polychlorierte_Biphenyle.html
35
3.6.7.1 Biphenyl
Konservierungsmittel E 230, Schimmelpilzwachstumshemmstoff,
(E 230 wird oft in Kombination mit E 231, E 232, E 233 und Imazalil auf Schalen von Zitrusfrüchten aufgebracht)
Schädlingsbekämpfungsmittel, Herstellung von Pharmazeutika & von PCB,
Gewinnung aus destillierten Steinkohleteerölen,
Andere Bezeichnungen: Diphenyl, Phenylbenzol, Dibenzol
Quelle: http://www.chemie.de/lexikon/Biphenyl.html
3.6.7.2 PCB Bezeichnungen
Allgemeines Schema:
4,4‘-Dichlordiphenyl
3,4,4‘,5‘ - Tetrachlordiphenyl
Cl
Cl
Cl
Cl
ClCl
36
Übung 6
Suchen Sie Informationen zu DDT heraus:
Name
Anwendung
Biologische Wirkungen
3.6.8 Dioxine
Dibenzo-p-dioxine
2,3,7,8-Tetrachlordibenzo-p-dioxin
TCDD
Dibenzofurane
Polychlorierte Dibenzofurane PCDF
chemisch ähnlich aufgebaute (chlorierte) organische Verbindungen;
Nebenprodukte bei Herstellung chlororganischer Chemikalien;
Früher: Schadstoffemmissionen bei Müllverbrennung;
Langlebige Schadstoffe, toxisch, karzinogen
O
O
Cl
Cl
Cl
Cl
Quelle: http://www.chemie.de/
37
3.6.8.1 Seveso Gift
• 2,3,7,8-Tetrachlordibenzo-p-dioxin
• 2,3,7,8-Tetrachlordibenzo-1,4-dioxin
• abgekürzt als 2,3,7,8-TCDD, TCDD, „Dioxin“, oder „Seveso-Dioxin“
• 1967 – 1975 Vietnamkrieg: Einsatz des Entlaubungsmittel Agent Orange, dessen Verunreinigung mit TCDD zu schweren, bis heute andauernden Schädigungen bei Bevölkerung und US-Soldaten führte
• 1976 Sevesounglück: Austritt größerer Mengen von TCDD in Umwelt
• Früher: Emission aus Müllverbrennungsanlagen (heute durch Nacherhitzung Reduzierung auf unbedenkliche Spuren)
• Zellgift, teratogen, erbgutschädigend, krebserzeugend
• Kontakt führt zu Chlorakne, schweren Organschäden, z.B. der Leber
• LD50,Ratte, oral: 25–60 µg/kg LD50, Kaninchen, oral: 115 µg/kg
Quelle: http://www.chemie.de/
Übung 7
Recherchieren Sie zum Thema Seveso-Unglück und fertigen Sie eine Zusammenfassung wichtiger Aspekte an
!!!
38
3.6.8.2 Seveso - Unfall
TCDD als Nebenprodukt bei Chlorphenolkondensation:
Juli 1976: in Chlorphenolfabrik der Firma ICMESA in Seveso (Italien) Chemieunfall ca. 100 ha Umland verseucht. TCDD entstand durch Überschreitung der zulässigen Prozess-Höchsttemperatur von 160 °C
Quelle: http://www.chemie.de/
3.7 Substituierte KW
Halogenierte Kohlenwasserstoffe z.B. CH2Cl2, CHFCl2, CCl4
Sauerstoffverbindungen
HOH ROH ROR
Wasser Alkohol Ether
R(CO)R R(CO)H R(CO)OH R(CO)OR
Keton Aldehyd Carbonsäure Carbonsäureester
Halogenhaltige Sauerstoffverbindungen R(CO)O-HalogenSäurehalogenid
Stickstoffverbindungen
NH3 NRH2 NR2H NR3
Ammoniak prim. Amin sek. Amin tertiäres Amin
39
R = organischer RestR = HR = CH3
R = C2H5
R = C3H7
R > C16
3.7.1 Kohlenwasserstoffe mit funktionellen Gruppen
X = funktionelle GruppeX = OH AlkoholeX = COOH CarbonsäurenX = CHO AldehydeX = CO KetoneX = NH2 AmineX = Halogen
R-X
Grundgerüst:(Cyclo)Alkan/en/in
Funktionelle Gruppe:Alkyl, OH, COOH, .Cl,
… ….
Übung 8
• Wasser
• Alkohol
• Ether
• Primärer Alkohol (HO-C- maximal 1 C-Atom)
• Sekundärer Alkohol (HO-C- 2 C-Atome )
• Tertiärer Alkohol (HO-C- 3 C-Atome )
Notieren bzw. ergänzen Sie folgende Strukturen:
40
3.7.2 Halogenierte Kohlenwasserstoffe
• Chlorkohlenwasserstoffe (CKW)
z.B. Dichlormethan CH2Cl2, Kältemittel
z.B. Trichlormethan CHCl3, Betäubungsmittel
z.B. Tetrachlorethylen Cl2C=CCl2 Reinigungsmittel
• Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW, Frigene)
z.B. CCl3F ozonschädigende Substanzen:
CCl3F + UV CCl2F + ClCl + O3 ClO + O2
ClO + O Cl + O2
• Fluorchlorbromkohlenwasserstoffe (Halone)
z.B. CBrCl2F
3.7.2.1 Atrazin
• 6-Chlor-N-ethyl-N'-isopropyl-1,3,5-triazin-2,4-diamin
• Herbizid, Photosynthese Hemmer
• Langsamer Abbau in der Umwelt
• Trat mit dem Abwasser der Firma Ciba-Geigi (400 l) 1986 aus
41
Übung 9
Recherchieren Sie zum Thema Sandoz-Unglück und fertigen Sie eine Zusammenfassung wichtiger Aspekte an
!!!
3.5.3 Alkohole
Alkan Alkohol R-OH
Methan CH4 Methanol CH3OHEthan CH3CH3 Ethanol C2H5OHPropan CH3CH2CH3 Propanol C3H7OHn-Butan CH3[CH2]2CH3 Butanol C4H9OHn-Pentan CH3[CH2]3CH3 Pentanol C5H11OHn-Hexan CH3[CH2]4CH3 Hexanol C6H13OHn-Heptan CH3[CH2]5CH3 Heptanol C7H15OHn-Octan CH3[CH2]6CH3 Octanol C8H17OH
42
3.5.3.1 Beispiele
• Ethanol
• Isopropanol
• Andere Bezeichnung: 2-Propanol
• Verwendung: Lösungsmitttel, Desinfektionsmittel, Reinigungsmittel, Frostschutzmittel
OH
OH
3.5.3.2 Alkoholische Getränke
Getränk Alkoholgehalt Menge reiner Alkohol
Wein ca. 10 Vol. % 0,1 l ca. 8,0 g
Bier ca. 5 Vol. % 0,2 l ca. 8,0 g
Sekt, trocken ca. 10 Vol. % 0,1 l ca. 8,0 g
Wermut 18 Vol. % 0,2 l 14,4 g
Eierlikör 20 Vol. % 0,02 l 3,2 g
Fruchtlikör 30 Vol. % 0,02 l 4,8 g
Korn 32 Vol. % 0,02 l 5,0 g
Kräuterlikör 33 Vol. % 0,02 l 5,2 g
Obstler 35 Vol. % 0,02 l 5,6 g
Weinbrand 40 Vol. % 0,02 l 6,4 g
Whiskey 50 Vol. % 0,02 l 8,0 g
Calvados 55 Vol. % 0,02 l 8,8 g
Vol. % = ml reiner Alkohol in 100 ml Flüssigkeit1 ml reiner Alkohol = 0,8 Gramm
Quelle http://www.qualimedic.de/drogen_alkohol_gehalt_getraenke.html
43
3.5.3.3 Katzenjammer & Ernüchterung
O
O
OH
O
• Gegen Katzenjammer
– Aspirin (Acetylsalicylsäure)
– Alka Seltzer (Acetylsalicylsäure +
Citronensäure + NaHCO3 u.a.)
• Geringere Wirkung
– gleichzeitige Einnahme von Fruchtzucker, Vitaminen u. Mineralstoffen
– rasche Ernüchterung durch Einspritzen von 50 - 100 mg Vitamin B6
• Früher gegen Trunksucht
– Abstinyl: (0,2 - 1,5 g Tetraethyldithiuramdisulfid)
(C2H5)2NC(S)-S-S-C(S)N(C2H5)2
Quellen: http://mittel-gegen-kater.de/kater-vorbeugen/http://www.apotheken-umschau.de
3.5.3.4 Alkohol & Verkehr
1 0/00 bedeutet: 1 g Alkohol in 1 Liter Blut
Blutalkoholgehalt Auswirkung
> 0,3 0/00 Sehleistung, Konzentration, und Reaktionsvermögen lassen nach
> 0,5 0/00 Sehleistung, Hörvermögen, Geschwindigkeitsabschätzungen verschlechtert
> 0,8 0/00 Konzentrationsschwäche, Tunnelblick, Risikobereitschaft erhöht
1 - 2 0/00 Sprechvermögen u. Reaktionsvermögen reduziert, Enthemmung, Verwirrtheit…
2 - 3 0/00 Betäubungszustand, Muskelerschlaffungen
> 3 0/00 Reflexlosigkeit, Koma, …
Quelle www.bzga.de
44
3.5.3.5 Der Blasröhrchen-Alkoholtest
Henry`s Gesetz:cBlutalkohol ~ c Alkohol im Atem
cBlutalkohol [0/00 ] = 330 x c Alkohol im Atem [ mg/l ]
Röhrchen besteht aus Kieselsäuregel, imprägniert mitChromatschwefelsäure: Cr2O7
2- (gelbe Farbe)
Test:
3 C2H5OH + K2Cr2O7 + 4 H2SO4 gelb 3 CH3CHO + Cr2(SO4)3 + 2 K2SO4 + 7 H2O grün
Quelle http://www.alkoholtester-infos.de/einweg-alkoholtester-funktionsweise/
3.5.3.6 Der AlkoholtestBildquelle: http://de.wikipedia.org/wiki
45
3.5.3.7 Alkohol-Oxidation
• Primärer Alkohol:
Ethanol Ethanal (Acetaldehyd)
• Sekundärer Alkohol:
2-Propanol Propanon (Aceton)
• Tertiärer Alkohol: was käme da raus ?
CHOCHOHHC OCrK352
722
OCCHOHCHHC OCrK 2323 )()( 722
3.5.3.8 Weinherstellung 1
• 1/2 kg Trauben pressen• Gramm Traubensaft ermitteln GT
• Volumen Traubensaft ermitteln VT
• Traubensaft + 11/2 fache Menge Leitungswasser
• 1/3 GT Gramm Zucker hinzufügen• Reinhefe zufügen
Kalkwasser
Im Labormassstab
46
3.5.3.9 Weinherstellung 2
mehrere Tage bei 15-25 °
Trübung, CO2 - Entwicklung
Gärung
C12H22O11 + H2O 4 C2H5OH + 4 CO2
C6H12O6 + H2O 2 C2H5OH + 2 CO2
Nach einigen Wochen...
Klärung...
1 kg Zucker ergibt 1/2 l Alkohol
Kalkwasser
3.5.2.10 Weinklassifizierungnach dem Weingesetz von 1971
Qualitätsstufe Dichte des Traubensaftes
(Mindestwerte)
°Oechsle g/cm3
Landwein 44 1,044
Qualitätswein
Qualitätswein mit Prädikat
Kabinett 70 1,070
Spätlese 85 1,085
Auslese 98 1,098
Beerenauslese 124 1,124
Trockenbeerenauslese 150 1,150
Eiswein
Quelle: http://wein-kunde.de/Seiten/ueber_wein/seiten/uw_klassi.html
47
3.5.4 Vitamin A
Vitamin A ist eine Sammelbezeichnung für die Vitamine A1
und A2
Entstehen aus Vorstufe -Carotin
Essentiell für:
Sehvorgang, Reproduktion, Wachstum
Bildquelle: http://neuronresearch.net/vision/files/vitaminAs.htm
3.5.5 Menthol
Menthol = monocyclischer Monoterpen-Alkohol
Vorkommen: Ackerminze, Basilikum, Majoran, Rosmarin, Salbei, Thymian
Farblose glänzende Kristalle,
Gewonnen aus Ackerminze
MP 31-43 °C
BP 212 °C
Verwendung: Tabakindustrie, Mundhygiene, Lebensmittel, Aromen, …
OH
Bildquelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Menthol
48
3.5.5.1 Mentholisomere
Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Menthol
Haben unterschiedliche Gerüche !!!
3.5.6 Ether
Ether R-O-R‘• R = R‘ = Methyln CH3 Dimethylether CH3OCH3
• R = R‘ = Ethyl CH3CH2 Diethylether CH3CH2OCH2CH3
• R = C2H5 R‘ = CH3 Methylethylether C2H5OCH3
• Andere Ether DiethylenglykolHOH2C-CH2-O-CH2-CH2OH Frostschutzmittel
• Anwendungen Narkosemittel, Lösungsmittel
R-O-R‘
49
3.5.7 Carbonsäuren
R = organischer Rest nicht bindende Paare einzeichnenR = H Methansäure Ameisensäure EntkalkerR = CH3 Ethansäure Essigsäure HaushaltsreinigerR = C2H5 Propansäure PropionsäureR = C3H7 Butansäure Buttersäure ranziges FettR > C16 langkettige Alkansäuren = Fettsäuren
R-COOH
3.5.7.1 Alkansäure SiedepunkteQuelle: http://www.seilnacht.com
Schmelz und Siedepunkte der Alkansäuren im Vergleich
50
3.5.7.2 Vorkommen & Herstellung
Vorkommen in der Natur als niedere aliphatische Carbonsäuren, einige aromatische Carbonsäuren:
• Bestandteile von Pflanzensäften, Schweiß, Tiersekreten,..
• Hauptsächlich Carbonsäuren mit geradzahliger C-Zahl
Herstellung durch Alkohol, bzw. Aldehyd Oxidation:
• RCH2-OH –[KMnO4/H2O/OH-] RCHO RCOOH
Reduktion von Carbonsäuren zu Alkoholen:
• RCOOH + 4H RCH2OH + H2O
3.5.7.2 Di- und Hydroxycarbonsäuren
• DicarbonsäurenOxalsäurein Rhabarber, Stachelbeeren, etc.
• Hydroxycarbonsäuren
Milchsäure Citronensäure Weinsäure
R-COOH
51
3.5.7.2.1 Milchsäure
2-Hydroxypropansäure
2 Enantiomere
Vorkommen: Stoffwechselprodukt bei Tieren, Pflanzen u. Mikroorganismen, Menschlicher Körper: L(+)- Milchsäure
Anwendungen: Joghurterzeugnisse: L(+)-Milchsäure
Herstellung: Kartoffel-, Getreidestärke, Melasse, Zucker, Molke
Eigenschaften: Milchsäure senkt den Säuregrad von Lebensmitteln
Quelle und Bildquelle: Römpp Chemie Lexikon
3.5.7.3 Gesättigte & ungesättigte Fettsäuren
Gesättigte R-COOH: Keine Doppelbindungen im Rest R
z.B. Stearinsäure CH3(CH2)16COOH
in tierischen und pflanzlichen Fetten / Ölen
z.B. Palmitinsäure CH3(CH2)14COOH
in tierischen und pflanzlichen Fetten / Ölen / Stoffwechselprodukten
Ungesättigte R-COOH: Doppelbindungen im Rest R
z.B. Ölsäure z.B. Linolsäure (essentieller Nährstoff)
9-Octadecensäure Octadeca-9,12-diensäure
Omega-9-Fettsäure Fette Öle, z.B. Traubenkernöle (bis 78 %)
Quelle: http://www.seilnacht.com
52
3.5.8 Carbonsäureester
OR´O
RCarbonsäureester R-CO-OR´
Zusammensetzung : Säureproton wird durch weiteren organischen Rest ersetzt
• Anwendungen : Fruchtaromastoffe• Reaktionen
Veresterung :Carbonsäure + Alkohol / Säure Carbonsäureester + WasserVerseifung :Carbonsäureester + Base Carbonsäure + Alkohol
R-COOR‘
3.5.9 Aldehyde
R´ O
R
Aldehyde : R-(CO)-H
• Zusammensetzung : OH-Gruppe einer Carbonsäure wird durch ein H-Atom ersetzt
• Anwendungen : Kunststoffindustrie
• Beispiel: Formaldehyd R = H
Ketone : R-(CO)-R´• Zusammensetzung : OH-Gruppe einer Carbonsäure
wird durch einen Rest R´ ersetzt• Anwendungen : Duftstoffe, " Blume " beim Wein• Beispiel: Aceton H3C-CO-CH3
R O
H
R-(CO)-H, R-(CO)-R‘
53
Vorkommen, Verwendung, Herstellung
• Benennung: Trivialname+aldehyd,
Z.B. Formaldehyd, Acetaldehyd
Akan-al
• Herstellung, z.B. durch Alkohol-Oxidation:
H3C-CH2-OH –[Ox] H3C-CHO
• Verwendung:
Kunststoffsynthese, Aromen, Pharmazeutika, Ddesinfektionsmittel, Gerberei
• Vorkommen:
Stoffwechselprodukte in der Natur, Pheromone, ätherische Öle
• Eigenschaften:
obst- oder blumenartige Gerüche,
neutral bis leicht sauer,
wasserlöslich,
reaktionsfreudig
Quelle: Römpp Chemie Lexikon
3.5.10 Ketone
R´ O
R
Aldehyde : R-(CO)-H
• Zusammensetzung : OH-Gruppe einer Carbonsäure wird durch ein H-Atom ersetzt
• Anwendungen : Kunststoffindustrie
• Beispiel: Formaldehyd R = H
Ketone : R-(CO)-R´• Zusammensetzung : OH-Gruppe einer Carbonsäure
wird durch einen Rest R´ ersetzt• Anwendungen : Duftstoffe, " Blume " beim Wein• Beispiel: Aceton H3C-CO-CH3
R O
H
R-(CO)-H, R-(CO)-R‘
54
3.5.11 Carbonsäurehalogenide
Carbonsäurehalogenide : R-(CO)-Cl• Zusammensetzung: : OH-Gruppe wird durch Cl-Atom ersetzt• Anwendungen: : Reaktionsmittel in der chem.Industrie• Beispiel: : Acetylchlorid R = CH3
Carbonsäureamide : R-(CO)-NH2
• Zusammensetzung : OH-Gruppe wird durch NH2 -Gruppe ersetzt
• Anwendungen : Reaktionsmittel in der chem.Industrie
• Beispiel : Harnstoff R = NH2
R
O
NH2
Cl
O
RR-(CO)-Cl, R-(CO)-NH2
3.5.12 Carbonsäureamide
Carbonsäurehalogenide : R-(CO)-Cl• Zusammensetzung: : OH-Gruppe wird durch Cl-Atom ersetzt• Anwendungen: : Reaktionsmittel in der chem.Industrie• Beispiel: : Acetylchlorid R = CH3
Carbonsäureamide : R-(CO)-NH2
• Zusammensetzung : OH-Gruppe wird durch NH2 -Gruppe ersetzt
• Anwendungen : Reaktionsmittel in der chem.Industrie
• Beispiel : Harnstoff R = NH2
R
O
NH2
Cl
O
RR-(CO)-Cl, R-(CO)-NH2
55
3.5.13 Amide
Amide: R-CO-NRR´• Zusammensetzung : OH-Gruppe einer Carbonsäure wird durch
eine Aminogruppe ersetzt• Anwendungen : Kunststoffindustrie, z. B. Polyamide
Isocyanate: R-N=CO
• Anwendungen : Kunststoffindustrie, Insektizidherstellung
• Beispiel : Methylisocyanat, hochgiftig
R´ O
NRR´´
H3C-N=C=O
R‘-(CO)-NRR‘ , R-NCO
3.5.14 Polyamid
• Natürliche PA: in Eiweißen, Wolle, Seide, etc..
• Peptid-Bindung
• NylonherstellungN
O
http://www.seilnacht.com/Lexikon/k_polyam.html
56
3.5.15 Isocyanate
Amide: R-CO-NRR´• Zusammensetzung : OH-Gruppe einer Carbonsäure wird durch
eine Aminogruppe ersetzt• Anwendungen : Kunststoffindustrie, z. B. Polyamide
Isocyanate: R-N=CO
• Anwendungen : Kunststoffindustrie, Insektizidherstellung
• Beispiel : Methylisocyanat, hochgiftig
R´ O
NRR´´
H3C-N=C=O
R‘-(CO)-NRR‘ , R-NCO
Übung 10
Recherchieren Sie zum Thema Bophal-Unglück und fertigen Sie eine Zusammenfassung wichtiger Aspekte an
!!!
57
3.5.16 Nitrile
Amine NRR‘R‘‘
• primäres Amin : R´´ = R´ = H
• sekundäres Amin : R´´ = H
• tertiäres Amin : R, R´, R´´ = organische Reste
• Beispiel : Anilin zur Herstellung von Farbstoffen und Kunststoffen
Hochgiftig, Nervengift
Nitrile R- CN
NRR
R
HHN
NR3 , R-CN
3.5.17 Amine
Amine NRR‘R‘‘
• primäres Amin : R´´ = R´ = H
• sekundäres Amin : R´´ = H
• tertiäres Amin : R, R´, R´´ = organische Reste
• Beispiel : Anilin zur Herstellung von Farbstoffen und Kunststoffen
Hochgiftig, Nervengift
Nitrile R- CN
NRR
R
HHN
NR3 , R-CN
58
3.6 Aminosäuren
Aminosäuren : H2N-CHR-COOH• Vorkommen : Naturstoffe, Nahrungsbestandteile
essentielle Aminosäuren müssen über Nahrung aufgenommen werden
• Verwendung : Aminosäurederivate als Antibiotika, z.B. Penicillin K
HRN H2
COOH
NO
H
OSCH3
CH3 H
OO
NH
CH3
H2N-R-COOH
3.7 Kohlenhydrate
Cx, H2y, Oy "Hydrate des Kohlenstoffs"
Monosaccharide: 5 oder 6 gliedrige Ringe
Glucose (Traubenzucker) Fructose (Fruchtzucker)
Weintrauben Äpfel, Honig, Pflaumen
-Glucose -Glucose
Mono-, Oligo- und Polysaccharide
6-Ring-Zucker: Pyranose 5-Ring-Zucker: Furanosen
59
Isomere:
gleiche Summenformel, unterschiedliche Strukturformel
Stereoisomere:
gleiche Summenformel, gleiche Strukturformel
mit unterschiedlicher räumlicher Anordnung
Enantiomere:
gleiche Summenformel, gleiche Strukturformel
Bild und Spiegelbild
Diastereoisomere:
sind Stereoisomere, die keine Enantiomere sind
3.7.1 Stereoisomere
3.7.2 Offenkettige Zucker
Aldose Ketose
Glucose Fructose
Bildquelle, Quelle: Chemgapedia
60
3.7.3 Mutarotation
Wässrige Lösung: Gleichgewicht von α- und β-Form der Zucker
Mutarotation zyklische Formen mit Diastereomeren
Drehwinkel des polarisierten Lichts unterschiedlich.
Drehwinkel Glucose:α-D-Glucopyranose: + 112°
Glucose β-D-Glucopyranose: + 19°
Im Gleichgewicht : Drehwinkel von + 53°,
kein 1:1-Gemisch beider Formen
Bildquelle, Quelle: Chemgapedia
3.7.4 Fehlingsche Lösung
2 2
Blaugrüne Lösung Orangerote Lösung
Gluccose-Nachweisreaktion
Bildquelle, Quelle: Chemgapedia
61
3.7.5 Galactose
Monosaccharide: 5 oder 6 gliedrige Ringe Galactose = Milchzucker
-Galactose -Galactose
3.7.6 Saccharose
Disaccharide: 2x (5 oder 6 gliedrige Ringe)
Saccharose = Rohrzucker = "Zucker"
62
3.7.7 Maltose
Disaccharide: 2x(5 oder 6 gliedrige Ringe)
- Maltose = Malzzucker
3.7.8 Lactose
Disaccharide: 2x(5 oder 6 gliedrige Ringe)
- Lactose = Milchzucker
63
3.7.8.1 In D zugelassene Zuckeraustauschstoffe
Verkehrs-bezeichnung
EWG-Nummer
Summen-formel
chemische(Gebrauchs)bezeichnung
Mannit E 421 C6H14O6 D-Mannit
Xylit E 967 C5H12O5 Xylitol
Sorbit E 420 C6H14O6 D-Sorbit, D-Glucid
Isomalt E 953 C12H24O11
x H2OPalatinit
Maltit-Sirup E 965 C12H24O11 Oligomereder D-Glucose
insulinunabhängige Metabolisierung
Cellulose
Stärke
3.7.9 Polysaccharide (Biopolymere C6H10O5)n
64
Übung 11
Wie funktioniert alkoholische Gärung ?
Wie kann man Zucker nachweisen ?
Wie kann man die Zucker darstellen (Schreibweisen) ?
Wie funktioniert die Fehling Reaktion ?
Hormone
• Natürliche Östrogene
• Östradiol-17-beta (Estradiol): Wichtigstes Östrogen vor der Menopause C18H24O2
• Östron (Estron): Wichtigstes Östrogen nach der Menopause, schwächer als Östradiol
• Östriol (Estriol): Produktion vor allem in der Schwangerschaft, schwach wirksam
• Testosteron
(C19H28O2)
65
Stoffe der E-Liste
• Liste der Lebensmittelzusatzstoffe mit E-Nummern
• E 100 – Kurkumin (Farbstoff)
• E 101 – Riboflavin (Farbstoff; Vitaminwirksam)
• E 101a – Riboflavin-5´-Phosphat (Farbstoff; Vitaminwirksam)
• E 102 – Tartrazin (Farbstoff)
• E 104 – Chinolingelb (Farbstoff)
• E 110 – Gelborange S (Farbstoff)
• ....
• E 1518 – Glycerintriacetat (Trägerstoff, Füllstoff, Trennmittel)
• E 1519 – Benzylalkohol (Aromastoff)
• E 1520 – 1,2-Propandiol, Propylenglycol (Trägerstoff, Füllstoff, Trennmittel; Feuchthaltemittel)
http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_der_in_der_Europ%C3%A4ischen_Union_zugelassenen_Lebensmittelzusatzstoffe#Liste_der_Lebensmittelzusatzstoffe_mit_E-Nummern
Übungsfragen
1. Welche Struktur hat das Molekül CO2 (Elektronenpaarstrichschreibweise) ? 2. Lösen Sie die Aufgaben der Übungen 1 - 10 !3. Wie sieht Butadien aus ? 4. Was sind Carbonsäuren ? Beispiele ?5. Was sind Ketone ? Beispiel ?6. Was ist Benzol ? Gesundheitsgefahren ?7. Was versteht man unter PCBs ? Gesundheitsgefahren ?8. Was sind Dioxine ?9. Was geschah beim Seveso-Unglück ?10. Welche Gefahren gehen von DDT aus ?11. Was versteht man unter Mesomerie ?12. Was sind Enantiomere ?13. Was für eine Zuckerart ist Haushaltszucker ?14. Was ist Methylisocyanat, welche gesundheitlichen Gefahren birgt es ?
66
Literatur
1. J. Hoinkins; E. Lindner; Chemie für Ingenieure; Verlag: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2007
2. P.W. Attkins; L. Jobnes; Chemie – einfach alles; Verlag: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2006
3. Römpp‘s Chemie Lexikon
4. DTV-Atlas zur Chemie
Web Links
1. https://roempp.thieme.de/roempp4.0/do/Welcome.do
2. http://www.bmel.de/DE/Startseite/startseite_node.html
67
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Einen herzlichen Dank an alle Studierenden, die mit Fragen und Anregungen die Präsentation mitgestaltet haben !!!
;-)