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Reinhard Bayerl
Chemietutorium 1
Chemietutorium
Organische Chemie
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 2
Fragen zu 2.:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 3
1. Bilden Sie die Strukturformeln von:
• Methylpropan• 2,3-Dimethylpentan• 3,3-Dichlorhexan• 2-Chlor-4-methyl-3-hexen• 1,3-Hexadien• 2-Butin• 1-Chlor-1-propen• 2-Methyl-1-buten
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 4
Homologe Reihe der n-Alkane
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 5
Methylpropan
CH3
|CH3 – CH – CH3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 6
2,3-Dimethylpentan
CH3 CH3
| |CH3 – CH – CH – CH2 – CH3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 7
3,3-Dichlorhexan
Cl
|CH3 – CH2 – C – CH2 – CH2 – CH3
|
Cl
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 8
2-Chlor-4-methyl-3-hexen
Cl CH3
| |CH3 – CH – CH = C – CH2 – CH3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 9
1,3-Hexadien
CH2 =CH – CH = CH – CH2 – CH3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 10
2-Butin
CH3 – C C – CH3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 11
1-Chlor-1-propen
Cl
|CH = CH – CH3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 12
2-Methyl-1-buten
CH3
|CH2 = C – CH2 – CH3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 13
2. Bilden Sie die Strukturformeln und Namen der isomeren:
• n-Pentene
• Chlor-n-pentane
• Chlorbutane
• Dimethyl-c-pentane
• Konjugierten n-Hexadiene
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 14
n-Pentene
• CH2 = CH – CH2 – CH2 – CH3
1-Penten
• CH3 – CH = CH – CH2 – CH3
2-Penten
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 15
Chlor-n-pentane• Cl | CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3
1-Chlorpentan• Cl | CH3 – CH – CH2 – CH2 – CH3
2-Chlorpentan
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 16
Chlor-n-pentane
• Cl
| CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH3
3-Chlorpentan
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 17
Chlorbutane• Cl | CH2 – CH2 – CH2 – CH3
1-Chlorbutan• Cl | CH3 – CH – CH2 – CH3
2-Chlorbutan
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 18
Chlorbutane
Cl CH3
| | CH2 – CH – CH3
1-Chlor-2-methylpropan
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 19
Chlorbutane
Cl
| CH3 – C – CH3
|
CH3
2-Chlor-2-methylpropan
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 20
Dimethyl-c-pentane
1,1-Dimethyl-c-pentan
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 21
Dimethyl-c-pentane
Cis-1,2-Dimethyl-c-pentan Trans-1,2-Dimethyl-c-pentan
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 22
Dimethyl-c-pentane
Cis-1,3-Dimethyl-c-pentan Trans-1,3-Dimethyl-c-pentan
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 23
n-Hexadiene• CH2 = CH – CH = CH – CH2 – CH3
1,3-Hexadien
• CH3 – CH = CH – CH = CH2 – CH3
2,4-Hexadien
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 24
3. Welche chem. Eigenschaften sind charakteristisch für:
• Alkane
• Alkene
• Aromaten
Erklären Sie diese mittels des chemischen Aufbaus
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 25
Alkane: Siehe Skript Seite 13, 14
Alkene: Siehe Skript Seite 20, 21
Aromaten: Siehe Skript Seite 27,28
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 26
Stoffgruppe Alkane Alkene Aromaten
z.B.:
Reaktions-partner
HalogeneHal, H2,
H-HalHal, HNO3,
Halogenalkane
Art der Molekül-reaktion
Rad. Subst.
Addition, Oxidative Spaltung,
1,4-Addition
Elektr. Substitution,
Komplexbildung
Reaktions-geschwindigkeit gering groß groß
Bindung σ σ + π lokalisiert delokalisiert
σ + π delokalisiert
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 27
4. Wodurch unterscheidet sich die π-Bindung von der σ-Bindung?
Siehe Skript Seite 18
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 28
σ-Bindung: π-Bindung:
Drehbarkeit Relativ frei Stark eingeschränkt
Molekülgeometrie tetraedisch planar
Bindungswinkel 109° 120°
Bindungslänge 154 pm 134 pm
Bindungsenergie 348,6 kJ/mol 596,4 kJ/mol
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 29
π - Bindungσ - Bindung
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 30
5. Welche isomeren Dichlorethene gibt es?Welche 2 Arten von Isomerie treten hier auf?
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 31
Isomere Dichlorethene: Cl Cl Cl Cl H
| | | | |
C = CH2 C = C C = C
| | | | |
Cl H H H Cl 1,1-Dichlorethen cis-1,2-Dichlorethen trans,1,2-Dichorethen
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 32
Isomeriearten
Cis-1,2-Dichlorethen
Trans-1,2-Dichlorethen }Stereoisomere
1,1-Dichlorethen
1,2-Dichlorethene}Stellungsisomere
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 33
6. a) Wann spricht man von isoliert, konjugiert und aromatischer Bindungsweise?Erklären Sie diese Begriffe am Beispiel von - 1,4-c-Hexadien- 1,3-c-Hexadien- Benzol
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 34
1,4-c-Hexadien
Isolierte Doppelbindung
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 35
1,3-c-Hexadien
Konjugierte Doppelbindung
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 36
Benzol
Aromatische Bindungsweise
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 37
6. b) Bei welcher der drei Verbindungen beobachtet man eine 1,2 und 1,4 Addition?Wie ist sie zu erklären?
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 38
+ Cl2 1,2-Produkt
1,4-Produkt
3,6-Dichlor-1-c-hexen
3,4-Dichlor-1-c-hexen
Nur bei 1,3-c-hexadien ist 1,2 und 1,4-Addition möglich
Konjugierte Bindungweise
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 39
7. Von welchen Ausgangsstoffen ausgehend kann man:• Reines trans-1,2-Dichlorethen
• Reines Chlorethen
• Ein Gemisch von 3,4-Dichlor-1-buten und 1,4-Dichlor-2-buten
herstellen?
Formulieren Sie die 3 Reaktionsgleichung!
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 40
Herstellung von trans-1,2-Dichlorethen:
Cl H
| |
HC CH + Cl2 C = C
| |
H Cl Ethin Chlor
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 41
Herstellung von Chlorethen:
H Cl
| |
HC CH + HCl C = C
| |
H H Ethin Chlorwasserstoff
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 42
Herstellung von 3,4-Dichlor-1-buten und 1,4-Dichlor-2-buten:
Cl Cl | | CH2 = CH – CH – CH2
1,2-Produkt
CH2 = CH – CH = CH2 + Cl2 Cl Cl | | CH2 – CH = CH – CH2
1,4-Produkt
1,3-butadien Chlor
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 43
8. Welche Stoffe entstehen, wenn man ein Gemisch von Chlorethan und 1-Chlorbutan der Würtz‘schen Synthese unterwirft? Es sind 3 Reaktionsgleichungen erforderlich!
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 44
Würtz‘sche Synthese
- CH3CH2CH2CH3
CH3CH2Cl Butan + 2NaCl
+ 2Na - CH3CH2CH2CH2CH2CH3
CH3CH2CH2CH2Cl Hexan + 2NaCl
- CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Octan + 2NaCl
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 45
9. Ein Alken ergibt nach der oxidativen Spaltung gleiche Mengen an Propanon (CH3)2C=O und und Methanal CH2=O.Welche Konstitution hat das Alken?
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 46
CH3 CH3
| O3 |
C = CH2 C = O + H2C = O
| Zn, H+ | CH3 CH3
Ozonolyse:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 47
Konstitution des Alkens:
CH3
|
C = CH2 2-Methyl(-1-)propen
| CH3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 48
10. Formulieren Sie die Gleichungen für die Reaktion von 1-Buten:
Cl2
1-Buten H2 (Kat.)
HCl
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 49
Addition von Cl2:
Cl Cl
| |CH2 = CH – CH2 – CH3 + Cl2 CH2 – CH – CH2 – CH3
1,2-Dichlorbutan
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 50
Addition von H2:
H H
| |CH2 = CH – CH2 – CH3 + H2 CH2 – CH – CH2 – CH3
Butan
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 51
Addition von HCl:
H Cl
| |CH2 = CH – CH2 – CH3 + HCl CH2 – CH – CH2 – CH3
2-Chlorbutan
Markovnikov: Wer hat, dem wird gegeben!
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 52
11. Vervollständigen Sie die Reaktionsgleichungen:
+ Br2
+ HNO3
+
FeBr3
H2SO4
AlCl3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 53
Halogenierung:
+ Br2FeBr3
+ HBr
Brombenzol
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 54
Nitrierung:
+ HNO3H2SO4 + H2O
Nitrobenzol
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 55
Alkylierung:
+AlCl3
+ HCl
c-Hexylbenzol
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 56
Fragen zu 3.:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 57
1. Bilden Sie die Strukturformeln von:
• 2-Butanol• 1,2-Dihydroxypropan• Ethylpropylether• Butan-2-on• Phosphorsäurediethylester• Bromethanal• 4-Nitro-1-hydroxybenzol• 2,4,6-Tribrom-1-hydroxybenzol
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 58
2-Butanol
OH
|CH3 – CH – CH2 – CH3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 59
1,2-Dihydroxypropan
OH OH
| |CH2 – CH – CH3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 60
Ethylpropylether
CH3 – CH2 – O – CH2 – CH2 – CH3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 61
Butan-2-on
O
||CH3 – C – CH2 – CH3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 62
Phosphorsäurediethylester
O
||CH3 – CH2 – O – P – O – CH2 – CH3
|
OH
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 63
Bromethanal
O
||
Br – CH2 – CH
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 64
4-Nitro-1-hydroxybenzol
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 65
2,4,6-Tribrom-1-hydroxybenzol
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 66
2. Vergleichen Sie die chemischen Eigenschaften der Alkohole und Phenol
Siehe Skript Seite 36; 3.1.4
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 67
Merkmal Alkohol Phenol
Allg. Formel ROH rOH
Wässrige Lösung neutral + sauer
Bildung von:Alkoholaten
mittels Alkalimetrie
Phenolaten durch Neutralisation
Reaktionsprodukte Oxidation
prim. Alk. Ald.
sek. Alk. Ket. Chinone
Reaktion mit Säuren
Ester Phenolester
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 68
3. Erläutern Sie die Erscheinung der Stellungsisomerie von Substituenten an Hand
von Propandiol bzw. Dihydroxybenzol
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 69
PropandiolOH OH
| |
CH2 – CH – CH3 1,2-Propandiol
OH OH
| |
CH2 – CH2 – CH2 1,3-Propandiol
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 70
Dihydroxybenzol
1,2-Dihydroxybenzol 1,3-Dihydroxybenzol 1,4-Dihydroxybenzol
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 71
4. a) Welche Bindung, bzw. funktionelle Gruppe haben alle Aldehyde, Ketone und
Chinone gemeinsam?
b) Durch welches Strukturmerkmal unterscheiden sich Aldehyde, Ketone und
Chinone?
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 72
Aldehyde Ketone Chinone
a)
O
||
R – C - H
O
||
R – C – R`
b)Organischer Rest R + Wasserstoff
2 organische Reste R + R`
Konjugiertes Ringsystem
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 73
5. Welche Alkohole der Summenformel: C5H12O können zu
a) Ketonen
b) Aldehyden oxidiert werden?
Siehe Skript Seite 31
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 74
a) Zu KetoneAlle sekundären Alkohole der Summenformel
C5H12O
CH3 – CH2 – CH2 – CHOH – CH3 CH3 – CH2 – CHOH – CH2 – CH3
CH3 – CHCH3 – CHOH – CH3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 75
b) Zu Aldehyden:Alle primären Alkohole der Summenformel
C5H12O
CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2OH
(CH3)2CH – CH2 – CH2OH
CH3 – CH2 – CHCH3 – CH2OH
CH3 – (CH3)2C – CH2OH
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 76
6. Je ein Aldehyd, Keton , Chinon werden mit:
a) Einem Reduktionsmittel, z.B. H2
b) Einem Oxidationsmittel, vereinfacht <O> behandelt
Welche Reaktionen sind möglich?
Welche Stoffe entstehen bei den möglichen Reaktionen?
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 77
Reagenz Aldehyd Keton Chinon
Reduktions-mittel z.B. H2
Primärer Alkohol
Sekundärer Alkohol
Hydro-chinon
Oxidations-mittel
<O>
Carbonsäure
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 78
7. Bilden Sie Strukturformeln und Namen der isomeren Stoffe mit Summenformel:
a) C2H6O
b) C3H8O
c) C4H8O (isomere Aldehyde und Ketone)
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 79
a) C2H6O
• CH3 – CH2 – OH
Ethanol
• CH3 – O – CH3
Dimethylether
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 80
b) C3H8O• CH3 – CH2 – CH2 – OH
1-Propanol• CH3 – CHOH – CH3
2-Propanol• CH3 – O – CH2 – CH3
Ethylmethylether
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 81
c) C4H8O O
||
• CH3 – CH2 – CH2 – CH Butanal
O
||
• CH3 – C – CH2 – CH3 Butan-2-on
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 82
c) C4H8O
CH3 O
| ||
• CH3 – CH – CH
2-Methylpropanal
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 83
8. Propen wird mit HCl behandelt (Reaktion A),das Reaktionsprodukt mit KOH (Reaktion B), das neuerliche Reaktionsprodukt mit einem Oxidationsmittel (Reaktion C).
Bilden Sie die Reaktionsgleichungen A, B und C!
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 84
Reaktion A: Cl
| CH2 = CH – CH3 + HCl CH3 – CH – CH3
2-Chlorpropan
Markovnikov!
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 85
Reaktion B:
Cl OH
| |
CH3 – CH – CH3 + KOH CH3 – CH – CH3 + KCl
2-Propanol
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 86
Reaktion C
OH O
| ||
CH3 – C – CH3 + <O> CH3 – C – CH3 + H2O
| Propanon
H
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 87
9. a) Was versteht man unter Tautomerie?
b) Wie spielt sich die Keto-Enol-Tautomerie ab (mit Gleichung)?
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 88
a) Tautomerie:
Wechsel eines Wasserstoffatoms von einem C-Atom zu einem O-Atom.
(intramolekulare Umlagerungsreaktion)
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 89
b) Keto-Enol-Tautomerie: H O H H O – H | || | | | H – C – C – C – H H – C – C = C – H | | | | H H H HH-Atom am zur Carbonylgruppe unmittelbar be-
nachbartem C-Atom ( α-C-Atom) wechselt zum O-Atom der Carbonylgruppe
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 90
9 c): Welche der nachfolgenden Aldehyde und Ketone treten in tautomeren Formen auf?
a): b) O
||
H – C – H
c) O d)
||
CH3 – C – H
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 91
Tautomere Formen:
a) : ja
b) : nein
c) : ja
d) : nein
α – C – Atom!
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 92
10. Folgende Stoffe stehen zur Verfügung:
• Ethanol
• Methanal
• Phenol
• Ein Oxidatinsmittel <O>
• NaOH• H3PO4
Welche Stoffpaare reagieren? Reaktionsgleichung!
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 93
Ethanol:• <O>: CH3CH2OH + <O> CH3CHO + H2O Aldehyd
• NaOH: keine Reaktion
O• H3PO4: ||CH3CH2OH + H3PO4 CH3CH2 – O – P – OH + H2O | OH
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 94
Methanal:• <O>: HCHO + <O> HCOOH
Ameisensäure
• NaOH: keine Reaktion
• H3PO4: keine Reaktion
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 95
Phenol• <O>: keine Reaktion
• NaOH: Neutralisation
• H3PO4: keine Reaktion
+ NaOH + H2O
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 96
11. Welche der nachfolgenden Verbindungen sind Alkohole?a) b)
c) d) OH
|
CH3 – C – OH
|
H
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 97
a) : Alkohol
b) : Alkohol
c) : Phenol
d) : Aldehydhydrat
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 98
Fragen zu 4.:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 99
1. Bilden Sie die Strukturformeln von:
• Palmitinsäure
• 2-Hydroxypropansäure
• Trans-Butendisäure
• 2-Ketobutandisäure
• Propansäuremethylester
• 2-Hydroxybenzoesäure
• Ethandisäure.
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 100
Palmitinsäure:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 101
2-Hydroxypropansäure
OH OH
| |
CH3 – C – C
| ||
H O
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 102
Trans-Butendisäure
HOOC H
| |
C = C
| |
H COOH
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 103
2-Ketobutandisäure
O
||
HOOC – C – CH2 – COOH
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 104
Propansäuremethylester
O
|| CH3 – CH2 – C – O – CH3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 105
2-Hydroxybenzoesäure
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 106
Ethandisäure
HOOC – COOH
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 107
2. Wodurch unterscheiden sich Carboxyl-gruppe und Caboxylation?
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 108
Carboxylgruppe Carboxylation
Ungeladen, Elektronen sind lokalisiert
Ionisch, Negative Ladung ist
delokalisiert
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 109
3. Welche Stoffe bilden in wässriger Lösung sowohl Carboxylgruppen als auch Carboxylationen?
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 110
• Carbonsäuren
• Puffergemische aus Carbonsäuren und deren Salzen
• Aminosäuren
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 111
4. Berechnen Sie den pH-Wert:
a) Einer 0,1 M- Propansäure
b) Einer 0,1 %igen Propansäure
c) Eines Gemisches, das zu gleichen Teilen aus einer 1/10 M – Propansäure und einer 1/10 M – Natriumpropanoatlösung besteht
(Propansäure: pKs = 4,85)
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 112
a) 0,1 M - Propansäure
geg.: - [C2H5COOH] = 0,1
- pKs = 4,85
Rgl.:
C2H5COOH + H2O C2H5COO + H3O
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 113
MWG: Ks =
Annahme: [H3O ] = [C2H5COO ]
[C2H5COOH] = [C2H5COOH] = 0,1
(schwache Säure)
[H3O ] x [C2H5COO ] [C2H5COOH]
0
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 114
Ks =
[H3O ] = Ks x [C2H5COOH]
pH = ½ ( pKs – log[C2H5COOH] )
= ½ (4,85 – log 0,1) = ½ (4,85 + 1) = 2,925
[H3O ] x [C2H5COO ] [C2H5COOH]
0
0
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 115
b) 0,1%ige Propansäuregeg.: - 0,1% C2H5COOH
- pKs = 4,85
Rechnung:
0,1% = 0,1g C2H5COOH in 100ml H2O
= 1g C2H5COOH in 1000ml (= 1L) H2O
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 116
Wiederholung: c = n/V M = m/n
n = m/M =
= 1/74 mol
= 0,0135 mol
c = n/V = 0,0135 mol/ 1L = 0,0135 M
1g
(3 x 12 + 6 x 1 + 2 x 16)g/mol
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 117
c = 0,0135 M pKs = 4,85
(vgl. mit Aufgabe 4 a) )
pH = ½ (4,85 – log 0,0135) = ½ (4,85 + 1,87)
= 3,36
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 118
c) geg.: - [C2H5COOH] = 0,1 M
- [C2H5COONa] = 0,1 M
Rgl.:
C2H5COOH + H2O C2H5COO + H3O
0
0
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 119
MWG: Ks =
Annahme:
[C2H5COOH] = [C2H5COOH] = 0,1
[C2H5COO ] = [C2H5COONa] = 0,1
[H3O ] x [C2H5COO ] [C2H5COOH]
0
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 120
Rechnung:
[H3O ] = Ks x
= Ks x
pH = - log[H3O ] = - log(Ks) = pKs = 4,85
[C2H5COOH][C2H5COO ]
1/10 1/10
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 121
5. Welche Arten der Bildung organischer Salze kennen Sie?
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 122
Siehe Skript Seite 46:• Redoxreaktion:
2 HCOOH + Mg H2 + (HCOO)2Mg
Magnesiummethanoat
• Neutralisationsreaktion:
C2H5COOH + NaOH C2H5COONa + H2O
Natriumpropanoat
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 123
6. Vervollständigen Sie die Reaktionsgleichungen:
C2H5OH
CH3COOH
offene Form
CH3CHOHCOOH CH3CHOHCOOH
cyclische Form
NaOH
<O>
CH3COOC2H5 + NaOH
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 124
O
||
CH3CHOHCOOH + CH3CH2OH CH3CHOHCOCH2CH3
+ H2O
O CH3
|| |
CH3CHOHCOOH + CH3COOH CH3COCHCOOH + H2O
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 125
CH3CHOHCOOH + CH3CHOHCOOH offene Form: O CH3
|| |
CH3CHOHCOCHCOOH +H2O
cyclische Form:
+ 2 H2O
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 126
CH3CHOHCOOH + NaOH CH3CHOHCOONa + H2O
O
||
CH3CHOHCOOH + <O> CH3CCOOH +H2O
Verseifung:
CH3COOC2H5 + NaOH CH3COONa + C2H5OH
Ester + Lauge Salz der Carbonsäure + Alkohol
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 127
7. Bilden Sie die Strukturformeln und Namen der isomeren Säuren und Ester mit der Summenformel:
a) C2H4O2
b) C3H6O2
c) C3H6O3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 128
a) C2H4O2
• CH3 – COOH
Ethansäure
O
||• HC – O – CH3
Methansäuremethylester
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 129
b) C3H6O2
• CH3 – CH2 – COOH
Propansäure
O
||
• HC – O – CH2 – CH3
Methansäureethylester
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 130
b) C3H6O2
O
||• CH3 – C – O – CH3
Ethansäuremethylester
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 131
c) C3H6O3
OH
|
• CH3 – CH – COOH
2-Hydroxypropansäure
• HO – CH2 – CH2 – COOH
3-Hydroxypropansäure
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 132
8. Aus Äthanol soll Essigsäureethylester hergestellt werden. Formulieren Sie die einzelnen Reaktionsschritte!
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 133
Herstellung von Essigsäureethylester
• 1. Reaktion:
Jones - Reagenz
3 H3C – CH2OH +4 CrO3 + 12 H 3 H3C – COOH
+ 4 Cr + 9 H2O3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 134
Herstellung von Essigsäureethylester
• 2. Reaktion: O
||
H3C – COOH + CH3 – CH2OH H3C – C – O – CH2 – CH3
+ H2O
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 135
9.:
a) Was sind Fette
b) Wie heißen die 3 häufigsten Fettsäuren und welche Struktur haben sie?
c) Was sind essentielle Fettsäuren? Welche kennen Sie?
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 136
9 a):Tierische und pflanzliche Fette und Öle setzen
sich aus folgenden Bausteinen zusammen:- Glycerin: H2C – CH – CH2
| | |
HO OH OH
- Höhere Fettsäuren: Monocarbonsäuren mit gerader Anzahl an C - Atomen
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 137
9 a):Man unterscheidet:
Fettsäuretyp DoppelbindungenKonfiguration der Doppelbindung
gesättigt keine
einfach ungesättigt
1 cis
mehrfach ungesättigt
2 – 4 alle cis
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 138
9 b):3 häufigsten Fettsäuren:
• Palmitinsäure: C15H31COOH
• Stearinsäure: C17H35COOH
• Ölsäure: C17H33COOH
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 139
9 c):Essentielle Fettsäuren sind mehrfach ungesättigte
Fettsäuren. Sie können vom Körper nicht aufgebaut werden und sind für den Organismus lebenswichtig. Deshalb müssen sie durch die Nahrung aufgenommen werden.
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 140
9 c):Mehrfach ungesättigte, essentielle Fettsäuren:
mehrfach un-gesättigte Fettsäuren:
Kurzschreibweise: (Anzahl C-Atome : Anzahl Doppelbindungen)
Linolsäure 18 : 2 ( - 6 – Säure)
Linolensäure 18 : 3 ( - 3 – Säure)
Archidonsäure 20 : 4
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 141
10. Formulieren Sie die Strukturformeln von:
• Tri-Stearin
• Tri-Olein
• Isomeren Palmitin-Stearinglyceride
• Einem Phosphatid
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 142
Tri-Stearin OH2C – O – C – C17H35
O HC – O – C – C17H35
OH2C – O – C – C17H35
||
||
||
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 143
Tri-Olein
OH2C – O – C – C17H33
O HC – O – C – C17H33
OH2C – O – C – C17H33
||
||
||
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 144
Isomere Palmitin-Stearinglyceride 2 Beispiele:
OH2C – O – C – C15H31
O HC – O – C – C17H35
OH2C – O – C – C15H31
|| OH2C – O – C – C17H35
O HC – O – C – C15H31
OH2C – O – C – C17H35
||
||
||
||
||
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 145
Phosphatid (Cephalin): O
H2C – O – C – C17H35
O
HC – O – C – C17H35
O
H2C – O – P – O – CH2 – CH2 – NH3
O
||
||
||
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 146
11.
a) Formulieren Sie die Verseifung von Tri-Stearin.
b) Wie ist ein Seifenteilchen chemisch aufgebaut?
c) Skizzieren Sie die Wirkung von Seifenteilchen beim „Lösen von Öltröpfchen“ in Wasser.
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 147
Verseifung von Tri-Stearin: OH2C – O – C – C17H35
O
HC – O – C – C17H35 + 3NaOH
OH2C – O – C – C17H35
Tri-Stearin (Fett) Lauge Glycerin Natriumstearat
(Seife)
||
||
||
H2C – OH
HC – OH + 3 H35C17COONa
H2C – OH
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 148
Aufbau eines Seifenteilchens:
hydrophob = wasserabstoßend
hydrophil = wasserliebend
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 149
Lösen von Öltröpfchen in Wasser:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 150
12. Welche der nachfolgenden Verbindungen sind optisch aktiv?
a) Citronensäure
b) 2-Hydroxybutandisäure
c) 2-Ketopropansäure
d) 1,2-Dihydroxypropan
e) 2-Hydroxyethansäure
f) Dihydroxypropanon
g) 2-Brombutan
h) Propandisäure
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 151
a) Citronensäure
OH
|
HOOC – H2C – C – CH2 - COOH
|
COOH
optisch nicht aktiv
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 152
b) 2-Hydroxybutandisäure OH
|
HOOC – C H – CH2 – COOH*
optisch aktiv
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 153
c) 2-Ketopropansäure
O
||
H3C – C – COOH
optisch nicht aktiv
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 154
d) 1,2-Dihydroxypropan
HO OH
| |H2C – C H – CH3*
optisch aktiv
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 155
e) 2-Hydroxyethansäure
HO – CH2 – COOH
optisch nicht aktiv
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 156
f) Dihydroxypropanon
O
||
HO – CH2 – C – CH2 – OH
optisch nicht aktiv
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 157
g) 2-Brombutan
Br
|H3C – C H – CH2 – CH3*
optisch aktiv
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 158
h) Propandisäure
HOOC – CH2 – COOH
optisch nicht aktiv
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 159
13. In welchen Strukturen treten Milchsäure bzw. Äpfelsäure auf?Legen Sie die Erscheinung der optischen Aktivität sowie der Spiegelbildisomerie an diesem Beispielen dar!
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 160
Milchsäure
COOH
|
H – C*– OH
| CH3
D - Struktur
COOH
|
HO – C*– H
| CH3
L - Struktur
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 161
Äpfelsäure COOH
|
H – C*– OH
| CH2
|
COOH
D – Struktur
COOH
|
HO – C*– H
| CH2
|
COOH
L – Struktur
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 162
Optische Aktivität: Beim Durchgang von linear polarisiertem Licht durch Substanzen mit
chiralen Molekülen wird die Polarisationsebene des Lichts gedreht. Man
spricht dann von optischer Aktivität und sagt, die Substanz ist optisch
aktiv.Man unterscheidet zwischen rechtsdrehenden (die Polarisationsebene vom Beobachter aus nach rechtsdrehend) und linksdrehenden
Substanzen
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 163
SpiegelbildisomerieWenn sich 2 Isomere zueinander wie Bild und Spiegelbild
verhalten, spricht man von Spiegelbildisomerie. In allen anderen chemischen Eigenschaften stimmen sie überein.
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 164
Fragen zu 5. und 6.:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 165
1. Vergleichen Sie Amine, Amide und Aminosäuren bezüglich chemischen Aufbaus und Verhalten!
Siehe Skript Seite 61, 62, 66, 67
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 166
Amine Amide Aminosäuren
Allgemeine Struktur
R – N – R
|
R
O R
|| |
R‘ – C – N – R
COOH
|
H2N – C – H
|
R
Verhalten gegenüber
H2O
schwache Base
neutral
Zwitterion:(IEP!)
COO
H3N – C – H
R
Ampholyt!
Reaktionen Salzbildung Komplexbildung
Peptidbindung Disulfidbrücken
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 167
2. Welchen pH-Wert hat eine 1/10 M – Methylaminlösung?
KB = 10- 5
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 168
2. :Geg.: 1/10 M – Methylamin ; KB = 10
Rgl: H H
| |
CH3 – N – H + H2O CH3 – N – H + OH
|
H
- 5
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 169
2.:
KB =
Annahme: [CH3NH3 ] = [OH ]
[CH3NH2] = [CH3NH2] = 1/10 M0
[CH3NH3 ] x [OH ]
[CH3NH2]
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 170
KB = =
[OH ] = KB x [CH3NH2]
= 10 x 1/10
= 10 pOH = 3
pH = 14 – pOH = 11
[CH3NH3 ] x [OH ] [OH ]²
[CH3NH2] [CH3NH2]
0
- 5
- 3
0
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 171
3. Erörtern Sie die Rolle von Kalkstickstoff als Düngemittel!
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 172
Kalkstickstoff CaCN2:
Kalkstickstoff setzt sich erst in Gegenwart von Feuchtigkeit in Harnstoff um! Da bei der Umsetzung Ca(OH)2 entsteht, wirkt Kalktickstoff basisch. Deshalb ist auf den pH-Wert des Bodens zu achten!
Da Harnstoff nur langsam zu NH4 umgewandelt wird, ist Kalkstickstoff ein langsam wirkender Dünger!
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 173
Reaktionsgleichungen:
• CaCN2 + 2 H2O H2NCN + Ca(OH)2
Cyanamidphase
O
||• H2NCN + H2O H2N – C – NH2
Harnstoff
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 174
Reaktionsgleichungen: O
||• H2N – C – NH2 NH3/NH4 NO3
Mineralisierung
basisch
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 175
4. Welche Strukturmerkmale haben natürliche Aminosäuren?
Siehe Skript Seite 64
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 176
Strukturmerkmale von AS:• Mindestens eine Carboxylgruppe (COOH)
• Eine Aminogruppe (NH2) am -C-Atom (Ausnahme: Prolin)
• L- Struktur (Ausnahme: Glycin)
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 177
Strukturmerkmale von AS: COOH
|
H2N – C – H
|
R
Je nach Reste R Unterteilung in 4 Gruppen:
• hydrophob
• hydrophil neutral
• hydrophil sauer
• hydrophil basisch
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 178
5. Erklären Sie die Pufferwirkung von Ala!
Siehe Skript Seite 66
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 179
Pufferwirkung von AlaninAS liegen in festem Zustand und in wässriger
Lösung als Zwitterion vor. Das Zwitterion ist ein Ampholyt, d.h.es kann sowohl als Säure als auch als Base reagieren. Deshalb haben AS eine Pufferwirkung weil sie bei Bedarf Protonen (H ) aufnehmen oder abgeben und somit den pH-Wert konstant halten können
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 180
Pufferwirkung von Alanin:
COO
|
H3N – C – H
| CH3
Zugabe von H3O Zwitterion Zugabe von OH
COOH
|
H3N – C – H
| CH3
COO
|
H2N – C – H
| CH3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 181
6. Bilden Sie die isomeren Tripeptide, die aus je einem Molekül Ala, Phe und Met aufgebaut sind (Kurznamen und Strukturformeln)!
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 182
Isomere Tripeptide:• Ala – Phe – Met
• Ala – Met – Phe
• Phe – Ala – Met
• Phe – Met – Ala
• Met – Ala – Phe
• Met – Phe - Ala
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 183
O O O || || ||H – N – C – C – N – C – C – N – C – C – OH | | | | | | H CH3 H CH2 H CH2
CH2
S CH3
Strukturformel Beispiel ( Ala – Phe – Met):
N-terminale AS C-terminale AS
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 184
7. Was meint man, wenn man von Primär- und Sekundärstruktur der Eiweiße spricht?Welche Kräfte verursachen die Tertiärstruktur?
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 185
Primärstruktur:Die Primärstruktur gibt die
Aminosäuresequenz an. Dies ist die Zahl und die Art der AS, sowie die Reihenfolge ihrer Verknüpfung in einem Protein oder Eiweiß an.
z.B.: (H2N) Glu – His – Pro (COOH)
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 186
Allgemeine Gesetzmäßigkeiten:
• Jedes Eiweiß besteht aus n AS
• Die Eiweißkette enthält n-1 Peptidbindungen
• Rückgrad des Moleküls besteht aus 3 x n Atomen: – N – C – C – , Unterschiede in der Seitenkette R
• AS-Sequenz genetisch festgelegt im Erbgut
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 187
Sekundärstruktur:Als Sekundärstruktur bezeichnet man die Faltung
der Peptidkette selbst. Sie wird durch intramolekulare Wasserstoffbrückenbindungen, die sich zwischen den C=O und den NH-Gruppen der Peptidbindungen ausbilden, stabilisiert. An der Sekundärstruktur ist nur das Rückgrad beteiligt
Sekundärstrukturen: - - Helix - - Faltblattstruktur
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 188
- Helix:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 189
- Faltblattstruktur
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 190
Kräfte der Tertärstruktur:
• Wasserstoffbrückenbindungen
• Disulfid-Bindungen
• Ionenbeziehungen
• Hydrophobe Bindungen
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 191
8. Es gibt org. Stoffgruppen mit saurer bzw. basischer Wirkung:
a) Welche sind dies?
b) Erklären Sie die saure bzw. basische Wirkung!
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 192
Saure Wirkung:• Phenole:
+ H2O H3O +
• Carbonsäuren:
R – COOH + H2O H3O + R – COO
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 193
Basisch Wirkung:• Amide
- R – NH2 + H2O R – NH3 + OH
- R – NH + H2O R – NH2 + OH
R R
R R
- R – N + H2O R – NH + OH
R R
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 194
Basisch Wirkung:• Pyridin
+ H2O + OH
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 195
9.
a) Erläutern Sie die Erscheinung der Oxo –Cyclo - Tautomerie (Ketten – Ring – Tautomerie)
b) Vergleichen Sie damit die Keto – Enol – Tautomerie!
c) Definieren Sie Tautomerie!
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 196
a) Oxo – Cyclo - Tautomerie H – C = O
|
H – C – OH
|
HO – C – H
|
H – C – OH
|
H – C – OH
|
CH2OH
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 197
a) Oxo – Cyclo - TautomerieEnthält ein Molekül eine Hydroxylgruppe (OH), die weit
genug von der Carbonyl-Gruppe ( C=O) entfernt ist, kann es zum Ringschluss kommen. Dabei erhält der Sauerstoff das Proton der OH-gruppe und wird dadurch selbst zur OH-gruppe. Der Ringschluss erfolgt durch eine Bindung zwischen dem Sauerstoff der OH-gruppe und dem Kohlenstoff der Carbonylgruppe. Zwischen der offenkettigen Aldhehyd- oder Ketoform und der Ringform liegt in wässriger Lösung ein Gleichgewicht vor. Dies ist bei allen Aldo- und Keto-Pentosen und –Hexosen in wässriger Lösung der Fall.
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 198
b) Keto-Enol-Tautomerie: H O H H O – H | || | | | H – C – C – C – H H – C – C = C – H | | | | H H H HH-Atom am zur Carbonylgruppe unmittelbar be-
nachbartem C-Atom ( α-C-Atom) wechselt zum O-Atom der Carbonylgruppe
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 199
c) Tautomerie:Der Begriff Tautomerie bezeichnet eine spezielle
Form der Isomerie. Sie liegt bei Substanzen vor, die aus zwei, durch Umlagerung im Gleichgewicht stehenden Molekül-Formen bestehen. In der chemischen Zeichensprache wird dieser Vorgang, der als chemische Reaktion anzusehen ist, mittels Doppelpfeil symbolisiert. Die Tautomerie darf nicht verwechselt werden mit der Mesomerie, bei der nur eine Struktur vorliegt, die durch mehrere Grenzstrukturen näherungsweise beschrieben wird.
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 200
10. Bilden Sie die Strukturen von:
) - bzw. - Glukose
) - 2 - Desoxy – D – Ribose
c) - D – Ribose
d) - D – Galaktose
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 201
- Glukose:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 202
- Glukose:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 203
- 2 - Desoxy – D – Ribose:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 204
- D – Ribose:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 205
- D – Galaktose:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 206
11. Welche Gruppen von Monosacchariden kann man unterscheiden? (Einteilungskriterien!)
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 207
Monosaccharide:Aldosen Ketosen
Triosen n = 1
Tetrosen n = 2
Pentosen n = 3
Hexosen n = 4
Tetrulosen m = 1
Pentulosen m = 2
Hexulosen m = 3
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 208
12. Vergleichen Sie die Glykosid- und die Esterbindung!
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 209
- Glykosidbindung:
- Esterbindung: O || R‘ – C – O – R
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 210
13. Welche häufigen Disaccharide kennen Sie?Wie sind Disaccharide aufgebaut (Formel von einem Disaccharid genügt) ?
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 211
Dissacharide:Rübenzucker (Saccharose)
Milchzucker (Laktose)
Maltose Cellobiose
- D – Fructose
- D - Glukose
-D –Galaktose
- D – Glukose
- D – Glukose - D – Glukose
- D – Glukose - D – Glukose
- 1 - 2 glykosidisch
- 1 4 glykosidisch
-1 4 glykosidisch
- 1 4 glykosidisch
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 212
Sacharose:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 213
Laktose:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 214
Maltose:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 215
Cellobiose:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 216
14. Nennen Sie die drei wichtigsten Polysaccharide. Beschreiben Sie kurz ihre Bindungs- und Strukturverhältnisse.
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 217
Pflanzliche Stärke Tierische Stärke Cellulose
Amylose Amylopektin
250 – 500
-D-Glukose
>2000
-D-Glukose
Bis 10.000
-D-Glukose
> 10.000
-D-Glukose
schraubig verzweigt stark verzweigt fadenförmig
-1 4 glykosidisch
-1 4
-1 6 glykosidisch
-1 4
-1 6
glykosidisch
-1 4 glykosidisch
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 218
Amylose:
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 219
Amylopektin
Reinhard Bayerl
Chemietutorium 220
Viel Glück in der Prüfung!
