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!