Chemietutorium Organische Chemie Reinhard Bayerl Chemietutorium

Fragen zu 2.: Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

Homologe Reihe der n-Alkane Reinhard Bayerl Chemietutorium

Methylpropan CH3 | CH3 – CH – CH3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

2,3-Dimethylpentan CH3 CH3 | | CH3 – CH – CH – CH2 – CH3 | | CH3 – CH – CH – CH2 – CH3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

3,3-Dichlorhexan Cl | CH3 – CH2 – C – CH2 – CH2 – CH3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

2-Chlor-4-methyl-3-hexen Cl CH3 | | CH3 – CH – CH = C – CH2 – CH3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

1,3-Hexadien CH2 =CH – CH = CH – CH2 – CH3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

2-Butin CH3 – C  C – CH3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

1-Chlor-1-propen Cl | CH = CH – CH3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

2-Methyl-1-buten CH3 | CH2 = C – CH2 – CH3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

2. Bilden Sie die Strukturformeln und Namen der isomeren: n-Pentene Chlor-n-pentane Chlorbutane Dimethyl-c-pentane Konjugierten n-Hexadiene Reinhard Bayerl Chemietutorium

n-Pentene CH2 = CH – CH2 – CH2 – CH3 1-Penten Reinhard Bayerl Chemietutorium

Chlor-n-pentane Cl | CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3 1-Chlorpentan Reinhard Bayerl Chemietutorium

Chlor-n-pentane Cl | CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH3 3-Chlorpentan Reinhard Bayerl Chemietutorium

Chlorbutane Cl | CH2 – CH2 – CH2 – CH3 1-Chlorbutan Reinhard Bayerl Chemietutorium

Chlorbutane Cl CH3 | | CH2 – CH – CH3 1-Chlor-2-methylpropan | | CH2 – CH – CH3 1-Chlor-2-methylpropan Reinhard Bayerl Chemietutorium

Chlorbutane Cl | CH3 – C – CH3 CH3 2-Chlor-2-methylpropan Reinhard Bayerl Chemietutorium

Dimethyl-c-pentane 1,1-Dimethyl-c-pentan Reinhard Bayerl Chemietutorium

Dimethyl-c-pentane Cis-1,2-Dimethyl-c-pentan Trans-1,2-Dimethyl-c-pentan Reinhard Bayerl Chemietutorium

Dimethyl-c-pentane Cis-1,3-Dimethyl-c-pentan Trans-1,3-Dimethyl-c-pentan Reinhard Bayerl Chemietutorium

n-Hexadiene CH2 = CH – CH = CH – CH2 – CH3 1,3-Hexadien Reinhard Bayerl Chemietutorium

3. Welche chem. Eigenschaften sind charakteristisch für: Alkane Alkene Aromaten Erklären Sie diese mittels des chemischen Aufbaus Reinhard Bayerl Chemietutorium

Alkane: Siehe Skript Seite 13, 14 Alkene: Siehe Skript Seite 20, 21 Aromaten: Siehe Skript Seite 27,28 Reinhard Bayerl Chemietutorium

Stoffgruppe Alkane Alkene Aromaten z.B.: Reaktions-partner Halogene Hal, H2, H-Hal Hal, HNO3, Halogenalkane Art der Molekül-reaktion Rad. Subst. Addition, Oxidative Spaltung, 1,4-Addition Elektr. Substitution, Komplexbildung Reaktions-geschwindigkeit gering groß Bindung σ σ + π lokalisiert delokalisiert σ + π delokalisiert Reinhard Bayerl Chemietutorium

4. Wodurch unterscheidet sich die π-Bindung von der σ-Bindung? Siehe Skript Seite 18 Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

σ - Bindung π - Bindung Reinhard Bayerl Chemietutorium

5. Welche isomeren Dichlorethene gibt es 5. Welche isomeren Dichlorethene gibt es? Welche 2 Arten von Isomerie treten hier auf? Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

} } Isomeriearten Cis-1,2-Dichlorethen Trans-1,2-Dichlorethen Stereoisomere } 1,1-Dichlorethen 1,2-Dichlorethene Stellungsisomere Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

1,4-c-Hexadien Isolierte Doppelbindung Reinhard Bayerl Chemietutorium

1,3-c-Hexadien Konjugierte Doppelbindung Reinhard Bayerl Chemietutorium

Benzol Aromatische Bindungsweise Reinhard Bayerl Chemietutorium

6. b) Bei welcher der drei Verbindungen beobachtet man eine 1,2 und 1,4 Addition? Wie ist sie zu erklären? Reinhard Bayerl Chemietutorium

 + Cl2 Nur bei 1,3-c-hexadien ist 1,2 und 1,4-Addition möglich  Konjugierte Bindungweise 3,4-Dichlor-1-c-hexen 1,2-Produkt  + Cl2 1,4-Produkt 3,6-Dichlor-1-c-hexen Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

Herstellung von trans-1,2-Dichlorethen: Cl H | | HC  CH + Cl2  C = C H Cl Ethin Chlor Reinhard Bayerl Chemietutorium

Herstellung von Chlorethen: H Cl | | HC  CH + HCl  C = C H H Ethin Chlorwasserstoff Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

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

Würtz‘sche Synthese - CH3CH2CH2CH3 CH3CH2Cl Butan + 2NaCl + 2Na  - CH3CH2CH2CH2CH2CH3 CH3CH2CH2CH2Cl Hexan + 2NaCl - CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3 Octan + 2NaCl Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

Ozonolyse: CH3 CH3 | O3 | C = CH2 C = O + H2C = O | Zn, H+ | Reinhard Bayerl Chemietutorium

Konstitution des Alkens: CH3 | C = CH2 2-Methyl(-1-)propen Reinhard Bayerl Chemietutorium

10. Formulieren Sie die Gleichungen für die Reaktion von 1-Buten: Cl2 1-Buten H2 (Kat.) HCl Reinhard Bayerl Chemietutorium

Addition von Cl2: | | Cl Cl | | CH2 = CH – CH2 – CH3 + Cl2  CH2 – CH – CH2 – CH3 1,2-Dichlorbutan Reinhard Bayerl Chemietutorium

Addition von H2: H H | | CH2 = CH – CH2 – CH3 + H2  CH2 – CH – CH2 – CH3 Butan Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

11. Vervollständigen Sie die Reaktionsgleichungen: + Br2 + HNO3 + FeBr3 H2SO4 AlCl3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

Halogenierung: + Br2 FeBr3 + HBr Brombenzol Reinhard Bayerl Chemietutorium

Nitrierung: + HNO3 + H2O H2SO4 Nitrobenzol Reinhard Bayerl Chemietutorium

Alkylierung: + + HCl AlCl3 c-Hexylbenzol Reinhard Bayerl Chemietutorium

Fragen zu 3.: Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

2-Butanol OH | CH3 – CH – CH2 – CH3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

1,2-Dihydroxypropan OH OH | | CH2 – CH – CH3 Reinhard Bayerl | | CH2 – CH – CH3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

Ethylpropylether CH3 – CH2 – O – CH2 – CH2 – CH3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

Butan-2-on O || CH3 – C – CH2 – CH3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

Phosphorsäurediethylester || CH3 – CH2 – O – P – O – CH2 – CH3 | OH Reinhard Bayerl Chemietutorium

Bromethanal O || Br – CH2 – CH Reinhard Bayerl Chemietutorium

4-Nitro-1-hydroxybenzol Reinhard Bayerl Chemietutorium

2,4,6-Tribrom-1-hydroxybenzol Reinhard Bayerl Chemietutorium

2. Vergleichen Sie die chemischen Eigenschaften der Alkohole und Phenol Siehe Skript Seite 36; 3.1.4 Reinhard Bayerl Chemietutorium

Reaktionsprodukte Oxidation 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

3. Erläutern Sie die Erscheinung der Stellungsisomerie von Substituenten an Hand von Propandiol bzw. Dihydroxybenzol Reinhard Bayerl Chemietutorium

Propandiol OH OH | | CH2 – CH – CH3 1,2-Propandiol OH OH | | | | CH2 – CH – CH3 1,2-Propandiol OH OH | | CH2 – CH2 – CH2 1,3-Propandiol Reinhard Bayerl Chemietutorium

Dihydroxybenzol 1,2-Dihydroxybenzol 1,3-Dihydroxybenzol 1,4-Dihydroxybenzol Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

Aldehyde Ketone Chinone || R – C - H R – C – R` b) Organischer Rest R + Wasserstoff 2 organische Reste R + R` Konjugiertes Ringsystem Reinhard Bayerl Chemietutorium

5. Welche Alkohole der Summenformel: C5H12O können zu Ketonen Aldehyden oxidiert werden? Siehe Skript Seite 31 Reinhard Bayerl Chemietutorium

a) Zu Ketone Alle sekundären Alkohole der Summenformel C5H12O CH3 – CH2 – CH2 – CHOH – CH3 CH3 – CH2 – CHOH – CH2 – CH3 CH3 – CHCH3 – CHOH – CH3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

6. Je ein Aldehyd, Keton , Chinon werden mit: Einem Reduktionsmittel, z.B. H2 Einem Oxidationsmittel, vereinfacht <O> behandelt Welche Reaktionen sind möglich? Welche Stoffe entstehen bei den möglichen Reaktionen? Reinhard Bayerl Chemietutorium

Reagenz Aldehyd Keton Chinon Reduktions-mittel z.B. H2 Primärer Alkohol Sekundärer Alkohol Hydro-chinon Oxidations-mittel <O> Carbonsäure Reinhard Bayerl Chemietutorium

C4H8O (isomere Aldehyde und Ketone) 7. Bilden Sie Strukturformeln und Namen der isomeren Stoffe mit Summenformel: C2H6O C3H8O C4H8O (isomere Aldehyde und Ketone) Reinhard Bayerl Chemietutorium

a) C2H6O CH3 – CH2 – OH Ethanol CH3 – O – CH3 Dimethylether Reinhard Bayerl Chemietutorium

b) C3H8O CH3 – CH2 – CH2 – OH 1-Propanol CH3 – CHOH – CH3 2-Propanol Ethylmethylether Reinhard Bayerl Chemietutorium

c) C4H8O CH3 – CH2 – CH2 – CH Butanal CH3 – C – CH2 – CH3 Butan-2-on || CH3 – CH2 – CH2 – CH Butanal CH3 – C – CH2 – CH3 Butan-2-on Reinhard Bayerl Chemietutorium

c) C4H8O CH3 O | || CH3 – CH – CH 2-Methylpropanal Reinhard Bayerl | || CH3 – CH – CH 2-Methylpropanal Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

CH2 = CH – CH3 + HCl  CH3 – CH – CH3 Reaktion A: Cl | CH2 = CH – CH3 + HCl  CH3 – CH – CH3 2-Chlorpropan Markovnikov! Reinhard Bayerl Chemietutorium

Reaktion B: Cl OH | | CH3 – CH – CH3 + KOH  CH3 – CH – CH3 + KCl | | CH3 – CH – CH3 + KOH  CH3 – CH – CH3 + KCl 2-Propanol Reinhard Bayerl Chemietutorium

Reaktion C OH O CH3 – C – CH3 + <O>  CH3 – C – CH3 + H2O | || CH3 – C – CH3 + <O>  CH3 – C – CH3 + H2O | Propanon H Reinhard Bayerl Chemietutorium

a) Was versteht man unter Tautomerie a) Was versteht man unter Tautomerie? b) Wie spielt sich die Keto-Enol-Tautomerie ab (mit Gleichung)? Reinhard Bayerl Chemietutorium

a) Tautomerie: Wechsel eines Wasserstoffatoms von einem C-Atom zu einem O-Atom. (intramolekulare Umlagerungsreaktion) Reinhard Bayerl Chemietutorium

b) Keto-Enol-Tautomerie: H O H H O – H | || | | | H – C – C – C – H  H – C – C = C – H | | | | H H H H H-Atom am zur Carbonylgruppe unmittelbar be-nachbartem C-Atom ( α-C-Atom) wechselt zum O-Atom der Carbonylgruppe Reinhard Bayerl Chemietutorium

9 c): Welche der nachfolgenden Aldehyde und Ketone treten in tautomeren Formen auf? a): b) O || H – C – H O d) CH3 – C – H Reinhard Bayerl Chemietutorium

Tautomere Formen: : ja : nein α – C – Atom! Reinhard Bayerl Chemietutorium

10. Folgende Stoffe stehen zur Verfügung: Ethanol Methanal Phenol Ein Oxidatinsmittel <O> NaOH H3PO4 Welche Stoffpaare reagieren? Reaktionsgleichung! Reinhard Bayerl Chemietutorium

Ethanol: <O>: CH3CH2OH + <O>  CH3CHO + H2O Aldehyd NaOH: keine Reaktion O H3PO4: || CH3CH2OH + H3PO4  CH3CH2 – O – P – OH + H2O | OH Reinhard Bayerl Chemietutorium

Methanal: <O>: HCHO + <O>  HCOOH Ameisensäure NaOH: keine Reaktion H3PO4: keine Reaktion Reinhard Bayerl Chemietutorium

Phenol <O>: keine Reaktion NaOH: Neutralisation H3PO4: keine Reaktion + NaOH  + H2O Reinhard Bayerl Chemietutorium

11. Welche der nachfolgenden Verbindungen sind Alkohole? d) OH | CH3 – C – OH H Reinhard Bayerl Chemietutorium

: Alkohol : Phenol : Aldehydhydrat Reinhard Bayerl Chemietutorium

Fragen zu 4.: Reinhard Bayerl Chemietutorium

1. Bilden Sie die Strukturformeln von: Palmitinsäure 2-Hydroxypropansäure Trans-Butendisäure 2-Ketobutandisäure Propansäuremethylester 2-Hydroxybenzoesäure Ethandisäure. Reinhard Bayerl Chemietutorium

Palmitinsäure: Reinhard Bayerl Chemietutorium

2-Hydroxypropansäure OH OH | | CH3 – C – C | || H O Reinhard Bayerl | | CH3 – C – C | || H O Reinhard Bayerl Chemietutorium

Trans-Butendisäure HOOC H | | C = C H COOH Reinhard Bayerl | | C = C H COOH Reinhard Bayerl Chemietutorium

2-Ketobutandisäure O || HOOC – C – CH2 – COOH Reinhard Bayerl Chemietutorium

Propansäuremethylester || CH3 – CH2 – C – O – CH3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

2-Hydroxybenzoesäure Reinhard Bayerl Chemietutorium

Ethandisäure HOOC – COOH Reinhard Bayerl Chemietutorium

2. Wodurch unterscheiden sich Carboxyl-gruppe und Caboxylation? Reinhard Bayerl Chemietutorium

Ungeladen, Elektronen sind lokalisiert Carboxylgruppe Carboxylation Ungeladen, Elektronen sind lokalisiert Ionisch, Negative Ladung ist delokalisiert Reinhard Bayerl Chemietutorium

3. Welche Stoffe bilden in wässriger Lösung sowohl Carboxylgruppen als auch Carboxylationen? Reinhard Bayerl Chemietutorium

Puffergemische aus Carbonsäuren und deren Salzen Aminosäuren Reinhard Bayerl Chemietutorium

4. Berechnen Sie den pH-Wert: Einer 0,1 M- Propansäure Einer 0,1 %igen Propansäure 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

a) 0,1 M - Propansäure geg.: - [C2H5COOH] = 0,1 - pKs = 4,85 Rgl.: C2H5COOH + H2O C2H5COO + H3O Reinhard Bayerl Chemietutorium

Annahme: [H3O ] = [C2H5COO ] [C2H5COOH] = [C2H5COOH] = 0,1 MWG: Ks = Annahme: [H3O ] = [C2H5COO ] [C2H5COOH] = [C2H5COOH] = 0,1 (schwache Säure) [H3O ] x [C2H5COO ] [C2H5COOH] Reinhard Bayerl Chemietutorium

pH = ½ ( pKs – log[C2H5COOH] ) [H3O ] x [C2H5COO ] [C2H5COOH] Ks = [H3O ] =  Ks x [C2H5COOH] pH = ½ ( pKs – log[C2H5COOH] ) = ½ (4,85 – log 0,1) = ½ (4,85 + 1) = 2,925 Reinhard Bayerl Chemietutorium

b) 0,1%ige Propansäure geg.: - 0,1% C2H5COOH - pKs = 4,85 Rechnung: 0,1% = 0,1g C2H5COOH in 100ml H2O = 1g C2H5COOH in 1000ml (= 1L) H2O Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

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

c) geg.: - [C2H5COOH] = 0,1 M - [C2H5COONa] = 0,1 M Rgl.: C2H5COOH + H2O C2H5COO + H3O Reinhard Bayerl Chemietutorium

MWG: Ks = [H3O ] x [C2H5COO ] [C2H5COOH] Annahme: [C2H5COOH] = [C2H5COOH] = 0,1 [C2H5COO ] = [C2H5COONa] = 0,1 [H3O ] x [C2H5COO ] [C2H5COOH] Reinhard Bayerl Chemietutorium

pH = - log[H3O ] = - log(Ks) = pKs = 4,85 [C2H5COOH] [C2H5COO ] Rechnung: [H3O ] = Ks x = Ks x pH = - log[H3O ] = - log(Ks) = pKs = 4,85 [C2H5COOH] [C2H5COO ] 1/10 1/10 Reinhard Bayerl Chemietutorium

5. Welche Arten der Bildung organischer Salze kennen Sie? Reinhard Bayerl Chemietutorium

Siehe Skript Seite 46: Redoxreaktion: 2 HCOOH + Mg  H2 + (HCOO)2Mg Magnesiummethanoat Neutralisationsreaktion: C2H5COOH + NaOH  C2H5COONa + H2O Natriumpropanoat Reinhard Bayerl Chemietutorium

6. Vervollständigen Sie die Reaktionsgleichungen: C2H5OH CH3COOH offene Form CH3CHOHCOOH CH3CHOHCOOH cyclische Form NaOH <O> CH3COOC2H5 + NaOH Reinhard Bayerl Chemietutorium

CH3CHOHCOOH + CH3CH2OH  CH3CHOHCOCH2CH3 + H2O || CH3CHOHCOOH + CH3CH2OH  CH3CHOHCOCH2CH3 + H2O O CH3 || | CH3CHOHCOOH + CH3COOH  CH3COCHCOOH + H2O Reinhard Bayerl Chemietutorium

CH3CHOHCOOH + CH3CHOHCOOH  offene Form: O CH3 || | || | CH3CHOHCOCHCOOH +H2O cyclische Form: + 2 H2O Reinhard Bayerl Chemietutorium

CH3CHOHCOOH + NaOH  CH3CHOHCOONa + H2O O || CH3CHOHCOOH + <O>  CH3CCOOH +H2O Verseifung: CH3COOC2H5 + NaOH  CH3COONa + C2H5OH Ester + Lauge  Salz der Carbonsäure + Alkohol Reinhard Bayerl Chemietutorium

7. Bilden Sie die Strukturformeln und Namen der isomeren Säuren und Ester mit der Summenformel: C2H4O2 C3H6O2 c) C3H6O3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

a) C2H4O2 CH3 – COOH Ethansäure O || HC – O – CH3 Methansäuremethylester Reinhard Bayerl Chemietutorium

b) C3H6O2 CH3 – CH2 – COOH Propansäure O || HC – O – CH2 – CH3 Methansäureethylester Reinhard Bayerl Chemietutorium

b) C3H6O2 O || CH3 – C – O – CH3 Ethansäuremethylester Reinhard Bayerl Chemietutorium

c) C3H6O3 OH | CH3 – CH – COOH 2-Hydroxypropansäure HO – CH2 – CH2 – COOH 3-Hydroxypropansäure Reinhard Bayerl Chemietutorium

8. Aus Äthanol soll Essigsäureethylester hergestellt werden 8. Aus Äthanol soll Essigsäureethylester hergestellt werden. Formulieren Sie die einzelnen Reaktionsschritte! Reinhard Bayerl Chemietutorium

Herstellung von Essigsäureethylester 1. Reaktion: Jones - Reagenz 3 H3C – CH2OH +4 CrO3 + 12 H  3 H3C – COOH + 4 Cr + 9 H2O 3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

Herstellung von Essigsäureethylester 2. Reaktion: O || H3C – COOH + CH3 – CH2OH  H3C – C – O – CH2 – CH3 + H2O Reinhard Bayerl Chemietutorium

Wie heißen die 3 häufigsten Fettsäuren und welche Struktur haben sie? 9.: Was sind Fette Wie heißen die 3 häufigsten Fettsäuren und welche Struktur haben sie? Was sind essentielle Fettsäuren? Welche kennen Sie? Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

Konfiguration der Doppelbindung Man unterscheidet: Fettsäuretyp Doppelbindungen Konfiguration der Doppelbindung gesättigt keine einfach ungesättigt 1 cis mehrfach ungesättigt 2 – 4 alle cis Reinhard Bayerl Chemietutorium

9 b): 3 häufigsten Fettsäuren: Palmitinsäure: C15H31COOH Stearinsäure: C17H35COOH Ölsäure: C17H33COOH Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

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

10. Formulieren Sie die Strukturformeln von: Tri-Stearin Tri-Olein Isomeren Palmitin-Stearinglyceride Einem Phosphatid Reinhard Bayerl Chemietutorium

Tri-Stearin O H2C – O – C – C17H35 HC – O – C – C17H35 || || || Reinhard Bayerl Chemietutorium

Tri-Olein O H2C – O – C – C17H33 HC – O – C – C17H33 || || || Reinhard Bayerl Chemietutorium

Isomere Palmitin-Stearinglyceride 2 Beispiele: H2C – O – C – C15H31 HC – O – C – C17H35 O H2C – O – C – C17H35 HC – O – C – C15H31 || || || || || || Reinhard Bayerl Chemietutorium

Phosphatid (Cephalin): H2C – O – C – C17H35 HC – O – C – C17H35 H2C – O – P – O – CH2 – CH2 – NH3 || || || Reinhard Bayerl Chemietutorium

Formulieren Sie die Verseifung von Tri-Stearin. 11. Formulieren Sie die Verseifung von Tri-Stearin. Wie ist ein Seifenteilchen chemisch aufgebaut? Skizzieren Sie die Wirkung von Seifenteilchen beim „Lösen von Öltröpfchen“ in Wasser. Reinhard Bayerl Chemietutorium

Verseifung von Tri-Stearin: H2C – O – C – C17H35 HC – O – C – C17H35 + 3NaOH  Tri-Stearin (Fett) Lauge Glycerin Natriumstearat (Seife) || H2C – OH HC – OH + 3 H35C17COONa || || Reinhard Bayerl Chemietutorium

Aufbau eines Seifenteilchens: hydrophob = wasserabstoßend hydrophil = wasserliebend Reinhard Bayerl Chemietutorium

Lösen von Öltröpfchen in Wasser: Reinhard Bayerl Chemietutorium

12. Welche der nachfolgenden Verbindungen sind optisch aktiv? Citronensäure 2-Hydroxybutandisäure 2-Ketopropansäure 1,2-Dihydroxypropan 2-Hydroxyethansäure Dihydroxypropanon 2-Brombutan Propandisäure Reinhard Bayerl Chemietutorium

a) Citronensäure OH | HOOC – H2C – C – CH2 - COOH COOH optisch nicht aktiv Reinhard Bayerl Chemietutorium

b) 2-Hydroxybutandisäure OH | HOOC – C H – CH2 – COOH *  optisch aktiv Reinhard Bayerl Chemietutorium

c) 2-Ketopropansäure O || H3C – C – COOH  optisch nicht aktiv Reinhard Bayerl Chemietutorium

d) 1,2-Dihydroxypropan HO OH | | H2C – C H – CH3 *  optisch aktiv | | H2C – C H – CH3 *  optisch aktiv Reinhard Bayerl Chemietutorium

e) 2-Hydroxyethansäure HO – CH2 – COOH  optisch nicht aktiv Reinhard Bayerl Chemietutorium

f) Dihydroxypropanon O || HO – CH2 – C – CH2 – OH  optisch nicht aktiv Reinhard Bayerl Chemietutorium

g) 2-Brombutan Br | H3C – C H – CH2 – CH3 * optisch aktiv Reinhard Bayerl Chemietutorium

h) Propandisäure HOOC – CH2 – COOH  optisch nicht aktiv Reinhard Bayerl Chemietutorium

13. In welchen Strukturen treten Milchsäure bzw. Äpfelsäure auf 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

Milchsäure COOH | H – C*– OH CH3 D - Struktur HO – C*– H L - Struktur Reinhard Bayerl Chemietutorium

Äpfelsäure COOH | H – C*– OH CH2 D – Struktur HO – C*– H L – Struktur Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

Spiegelbildisomerie Wenn sich 2 Isomere zueinander wie Bild und Spiegelbild verhalten, spricht man von Spiegelbildisomerie. In allen anderen chemischen Eigenschaften stimmen sie überein. Reinhard Bayerl Chemietutorium

Fragen zu 5. und 6.: Reinhard Bayerl Chemietutorium

Vergleichen Sie Amine, Amide und Aminosäuren bezüglich chemischen Aufbaus und Verhalten! Siehe Skript Seite 61, 62, 66, 67 Reinhard Bayerl Chemietutorium

Amine Amide Aminosäuren Allgemeine Struktur R – N – R | R O R || | R‘ – C – N – R COOH H2N – C – H Verhalten gegenüber H2O schwache Base neutral Zwitterion:(IEP!) COO H3N – C – H Ampholyt! Reaktionen Salzbildung Komplexbildung Peptidbindung Disulfidbrücken Reinhard Bayerl Chemietutorium

2. Welchen pH-Wert hat eine 1/10 M – Methylaminlösung? KB = 10 - 5 Reinhard Bayerl Chemietutorium

2. : Geg.: 1/10 M – Methylamin ; KB = 10 Rgl: H H | | - 5 Geg.: 1/10 M – Methylamin ; KB = 10 Rgl: H H | | CH3 – N – H + H2O CH3 – N – H + OH | H Reinhard Bayerl Chemietutorium

2.: KB = [CH3NH3 ] x [OH ] [CH3NH2] Annahme: [CH3NH3 ] = [OH ] [CH3NH2] = [CH3NH2] = 1/10 M [CH3NH3 ] x [OH ] [CH3NH2] Reinhard Bayerl Chemietutorium

[CH3NH3 ] x [OH ] [OH ]² [CH3NH2] [CH3NH2] KB = = [OH ] =  KB x [CH3NH2] =  10 x 1/10 = 10  pOH = 3 pH = 14 – pOH = 11 - 5 - 3 Reinhard Bayerl Chemietutorium

3. Erörtern Sie die Rolle von Kalkstickstoff als Düngemittel! Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

Reaktionsgleichungen: CaCN2 + 2 H2O  H2NCN + Ca(OH)2 Cyanamidphase O || H2NCN + H2O  H2N – C – NH2 Harnstoff Reinhard Bayerl Chemietutorium

Reaktionsgleichungen: || H2N – C – NH2 NH3/NH4  NO3 Mineralisierung basisch Reinhard Bayerl Chemietutorium

4. Welche Strukturmerkmale haben natürliche Aminosäuren 4. Welche Strukturmerkmale haben natürliche Aminosäuren? Siehe Skript Seite 64 Reinhard Bayerl Chemietutorium

Strukturmerkmale von AS: Mindestens eine Carboxylgruppe (COOH) Eine Aminogruppe (NH2) am -C-Atom (Ausnahme: Prolin) L- Struktur (Ausnahme: Glycin) Reinhard Bayerl Chemietutorium

Strukturmerkmale von AS: Je nach Reste R Unterteilung in 4 Gruppen: hydrophob hydrophil neutral hydrophil sauer hydrophil basisch COOH | H2N – C – H R Reinhard Bayerl Chemietutorium

5. Erklären Sie die Pufferwirkung von Ala! Siehe Skript Seite 66 Reinhard Bayerl Chemietutorium

Pufferwirkung von Alanin AS 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

Pufferwirkung von Alanin: COOH | H3N – C – H CH3 COO | H3N – C – H CH3 COO | H2N – C – H CH3 Zugabe von H3O Zwitterion Zugabe von OH Reinhard Bayerl Chemietutorium

6. Bilden Sie die isomeren Tripeptide, die aus je einem Molekül Ala, Phe und Met aufgebaut sind (Kurznamen und Strukturformeln)! Reinhard Bayerl Chemietutorium

Isomere Tripeptide: Ala – Phe – Met Ala – Met – Phe Phe – Ala – Met Met – Ala – Phe Met – Phe - Ala Reinhard Bayerl Chemietutorium

Strukturformel Beispiel ( Ala – Phe – Met): O O O || || || H – N – C – C – N – C – C – N – C – C – OH | | | | | | H CH3 H CH2 H CH2 CH2 S CH3 C-terminale AS N-terminale AS Reinhard Bayerl Chemietutorium

7. Was meint man, wenn man von Primär- und Sekundärstruktur der Eiweiße spricht? Welche Kräfte verursachen die Tertiärstruktur? Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

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

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

 - Helix: Reinhard Bayerl Chemietutorium

 - Faltblattstruktur Reinhard Bayerl Chemietutorium

Kräfte der Tertärstruktur: Wasserstoffbrückenbindungen Disulfid-Bindungen Ionenbeziehungen Hydrophobe Bindungen Reinhard Bayerl Chemietutorium

8. Es gibt org. Stoffgruppen mit saurer bzw. basischer Wirkung: Welche sind dies? Erklären Sie die saure bzw. basische Wirkung! Reinhard Bayerl Chemietutorium

Saure Wirkung: Phenole: + H2O H3O + Carbonsäuren: R – COOH + H2O H3O + R – COO Reinhard Bayerl Chemietutorium

Basisch Wirkung: Amide - R – NH2 + H2O R – NH3 + OH R R - R – N + H2O R – NH + OH Reinhard Bayerl Chemietutorium

Basisch Wirkung: Pyridin + H2O + OH Reinhard Bayerl Chemietutorium

Vergleichen Sie damit die Keto – Enol – Tautomerie! 9. Erläutern Sie die Erscheinung der Oxo –Cyclo - Tautomerie (Ketten – Ring – Tautomerie) Vergleichen Sie damit die Keto – Enol – Tautomerie! Definieren Sie Tautomerie! Reinhard Bayerl Chemietutorium

a) Oxo – Cyclo - Tautomerie H – C = O | H – C – OH HO – C – H CH2OH Reinhard Bayerl Chemietutorium

a) Oxo – Cyclo - Tautomerie Enthält 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

b) Keto-Enol-Tautomerie: H O H H O – H | || | | | H – C – C – C – H  H – C – C = C – H | | | | H H H H H-Atom am zur Carbonylgruppe unmittelbar be-nachbartem C-Atom ( α-C-Atom) wechselt zum O-Atom der Carbonylgruppe Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

10. Bilden Sie die Strukturen von:  - bzw.  - Glukose  - 2 - Desoxy – D – Ribose  - D – Ribose  - D – Galaktose Reinhard Bayerl Chemietutorium

 - Glukose: Reinhard Bayerl Chemietutorium

 - Glukose: Reinhard Bayerl Chemietutorium

 - 2 - Desoxy – D – Ribose: Reinhard Bayerl Chemietutorium

 - D – Ribose: Reinhard Bayerl Chemietutorium

 - D – Galaktose: Reinhard Bayerl Chemietutorium

11. Welche Gruppen von Monosacchariden kann man unterscheiden 11. Welche Gruppen von Monosacchariden kann man unterscheiden? (Einteilungskriterien!) Reinhard Bayerl Chemietutorium

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

12. Vergleichen Sie die Glykosid- und die Esterbindung! Reinhard Bayerl Chemietutorium

- Glykosidbindung: - Esterbindung: O || R‘ – C – O – R Reinhard Bayerl Chemietutorium

13. Welche häufigen Disaccharide kennen Sie 13. Welche häufigen Disaccharide kennen Sie? Wie sind Disaccharide aufgebaut (Formel von einem Disaccharid genügt) ? Reinhard Bayerl Chemietutorium

Rübenzucker (Saccharose) Milchzucker (Laktose) Dissacharide: Rübenzucker (Saccharose) Milchzucker (Laktose) Maltose Cellobiose  - D – Fructose  - D - Glukose -D –Galaktose  - D – Glukose - D – Glukose  - 1   - 2 glykosidisch  - 1  4 glykosidisch  -1  4 glykosidisch Reinhard Bayerl Chemietutorium

Sacharose: Reinhard Bayerl Chemietutorium

Laktose: Reinhard Bayerl Chemietutorium

Maltose: Reinhard Bayerl Chemietutorium

Cellobiose: Reinhard Bayerl Chemietutorium

14. Nennen Sie die drei wichtigsten Polysaccharide 14. Nennen Sie die drei wichtigsten Polysaccharide. Beschreiben Sie kurz ihre Bindungs- und Strukturverhältnisse. Reinhard Bayerl Chemietutorium

Pflanzliche Stärke Tierische Stärke Cellulose Amylose Amylopektin 250 – 500 -D-Glukose >2000 Bis 10.000 > 10.000 -D-Glukose schraubig verzweigt stark verzweigt fadenförmig -1 4 glykosidisch -1 4 -1 6 glykosidisch -1 6 glykosidisch -1 4 glykosidisch Reinhard Bayerl Chemietutorium

Amylose: Reinhard Bayerl Chemietutorium

Amylopektin Reinhard Bayerl Chemietutorium

Viel Glück in der Prüfung! Reinhard Bayerl Chemietutorium