Der ideale Begleiter für die Prüfungsvorbereitung im Fach Organische Chemie Für alle Studierenden der Chemie, Biochemie, Pharmazie und anderer Naturwissenschaften an Universitäten und Fachhochschulen gehören Vorlesungen der Organischen Chemie zu den Pflichtveranstaltungen und zum Prüfungsstoff. Dieser kompakte Prüfungstrainer basiert auf der umfangreichen Lehrerfahrung des Autors und präsentiert die Grundlagen der organischen Chemie in 86 kurzen, in sich geschlossenen Lerneinheiten, auf ein bis max. zwei Doppelseiten (Zweiseitenansicht). Eine Auswahl an Verständnisfragen am Ende jedes Kapitels und Antworten im Anhang ermöglichen eine effektive Selbstkontrolle und ideale Prüfungsvorbereitung. Ob für Studierende der Chemie, Biochemie, Pharmazie, Biologie – hier werden alle wesentlichen Themen kurz und verständlich erklärt: von Atomorbitalen über Hybridorbitale zu den Molekülorbitalen kovalenter Bindungen grundlegende Definitionen und Konzepte, wie Konstitution, Konformation, Konfiguration, Chiralität, Konjugation, Mesomerie, Aromatizität Verbindungsklassen und ihre Nomenklatur, einschließlich Naturstoffe, Polymere und Biopolymere Organische Reaktionen (Typen, Mechanismen, Selektivität und Spezifität) Molekülstruktur (kurze Einführung in die Strategie der Aufklärung durch Massenspektrometrie, Lichtabsorptions-, IR- und NMR-Spektroskopie) Planung organischer Synthesen Damit ist das Prüfungstraining Organische Chemie ein unverzichtbares Repetitorium für Studierende mit den Studienabschlüssen Bachelor, Master und Staatsexamen, die ihr Wissen in der Organischen Chemie festigen wollen, um die Prüfung gut zu bestehen.Table of Contents: Inhalt 1 Vorwort 6 Organische Chemie 7 1 Atomorbitale, Elektronenzustände 8 1.2 s- und p-Orbitale 8 1.3 Elektronenspin und PAULI-Prinzip 8 1.4 Elektronenkonfiguration leichter Atome 9 2 Kovalente Bindung des Wasserstoff-Moleküls 10 2.1 Arten der chemischen Bindung 10 2.2 Kovalente Bindung durch Überlappung von Atomorbitalen 10 2.3 Überlappung von p-Orbitalen 11 3 Hybridisierung von Atomorbitalen 12 3.1 Geometrie des Methan-Moleküls 12 3.2 Hybridisierung von Atomorbitalen 12 3.3 CH-Bindungen des Methans 12 4 Kovalente Bindung der C2-Kohlenwasserstoffe 14 4.1 Ethan, CC-Einfachbindung 14 4.2 Ethen, CC-Doppelbindung 14 4.3 Ethin, CC-Dreifachbindung 15 5 Alkane 16 5.1 Homologe Reihe der Alkane 16 5.2 Vorkommen, Herstellung 16 5.3 Alkane als Energieträger 17 6 Konstitution, Konstitutionsisomerie 18 6.1 Atomverknüpfung 18 6.2 Konstitutionsisomere 18 7 Grundregeln der Nomenklatur 20 7.1 IUPAC-Regeln 20 7.2 Verzweigte Alkyl-Gruppen 20 8 Molekülschreibweisen 22 8.1 Valenzstrichformeln 22 8.2 Skelettformeln 22 8.3 LEWIS-Formeln 22 8.4 Projektionsformeln 23 9 Konformation 24 9.1 Konformation, Konformere 24 9.2 Energieinhalte und Nomenklatur von Konformeren 24 10 Reaktive Zwischenstufen 26 10.1 Radikale 26 10.2 Ionen 26 10.3 Carbene 27 11 Grundtypen organischer Reaktionen 28 11.1 Addition 28 11.2 Eliminierung 28 11.3 Oxidation 28 11.4 Reduktion 28 11.5 Substitution 28 11.6 Umlagerung 29 12 Energieumsätze chemischer Reaktionen 30 12.1 Aktivierungsenergie, Reaktionswärme 30 12.2 Katalyse 30 12.3 Kinetische und thermodynamische Kontrolle 31 13 Radikalische Substitution 32 13.1 Photohalogenierung der Alkane 32 13.2 Relative Stabilität von Alkyl-Radikalen 32 13.3 Regioselektivität der radikalischen Substitution 33 13.4 Radikalische Sulfochlorierung und Nitrierung 33 14 Alkene, Konstitution und relative Konfiguration 34 14.1 Übersicht, Nomenklatur, Konstitutionsisomerie 34 14.2 Relative Konfiguration der Alkene 34 15 Alken-Synthesen 36 15.1 ß-Eliminierung 36 15.2 Alternative Synthesen 37 15.3 Umwandlung von Alkenen 38 16 Additionen an Alkene 40 16.1 Addition von Wasserstoff (Katalytische Hydrierung) 40 16.2 Addition von Brom (Bromierung) 40 16.3 Elektrophile Addition von Halogenwasserstoff 41 16.4 Elektrophile Addition von Wasser (Hydratisierung) 41 16.5 Bildung von Halohydrinen 42 16.6 Hydroborierung 42 16.7 Dihydroxylierungen 42 17 Diene 44 17.1 Kumulation und Konjugation von Doppelbindungen 44 17.2 Molekülstruktur 44 17.3 Herstellung 45 18 Additionen und Cycloadditionen mit 1,3-Dienen 46 18.1 1,2- und 1,4-Addition 46 18.2 Cycloadditionen 47 19 Alkine 48 19.1 Homologe Reihe, Konstitutionsisomerie, Nomenklatur 48 19.2 Herstellung 48 19.3 Typische Reaktionen 49 20 Cycloalkane 52 20.1 Übersicht, Nomenklatur 52 20.2 Konformation 52 20.3 Konfigurationsisomerie 54 21 Einfache Cycloalkan- und Cycloalken-Synthesen 56 21.1 Cyclopropan 56 21.2 Cyclobutan 56 21.3 Cyclopenten und Cyclopentan 56 21.4 Cyclohexan, Cyclohexen 56 21.5 Cycloheptadien, Cycloheptan 57 21.6 Größere Ringe 57 22 Reaktionen der Cycloalkane und Cycloalkene 58 22.1 Spannungsgetriebene Reaktionen kleiner Ringe 58 22.2 Alkan-analoge Reaktionen 58 22.3 Alken-analoge Reaktionen 58 23 Benzen, Aromatizität, Aromaten 60 23.1 Struktur des Benzens 60 23.2 Molekülorbital-Modell des Benzens 61 23.3 Aromatizitätskriterien 61 24 Benzoide Aromaten 62 24.1 Monosubstituierte Benzene 62 24.2 Mehrfach substituierte Benzene 62 24.2 Herstellung benzoider Kohlenwassertoffe 63 25 Elektrophile Substitution benzoider Aromaten 64 25.1 Substituierte Benzene durch elektrophile Substitution 64 25.2 Elektrophile Halogenierung 64 25.3 Elektrophile Alkylierung (FRIEDEL-CRAFTS-Alkylierung) 64 25.4 Elektrophile Acylierung (FRIEDEL-CRAFTS-Acylierung) 65 25.5 Elektrophile Nitrierung 65 25.6 Elektrophile Sulfonierung 65 26 Elektrophile Mehrfachsubstitution 66 26.1 Mesomerieeffekte von Substituenten am Benzen-Ring 66 26.2 Regioselektivität der elektrophilen Zweitsubstitution am Benzen 66 27 Weitere Reaktionen benzoider Aromaten 68 27.1 Nucleophile Substitution am benzoiden Ring 68 27.2 Radikalische Substitution an der Seitenkette ("SSS") 68 27.3 Hydrierung, Reduktion, Oxidation 68 28 Polycyclische benzoide Aromaten 70 28.1 Fusionierung benzoider Ringe 70 28.2 Herstellung polycyclischer benzoider Aromaten 70 28.3 Elektrophile Substitution des Naphthalens 71 28.4 Oxidation und Reduktion des Naphthalens 72 28.5 Reaktionen des Anthracens und Phenanthrens 72 28.6 Enzymatische Epoxidation des Benzo[a]pyrens 73 29 Nichtbenzoide Aromaten 74 29.1 Nichtbenzoide aromatische Ionen 74 29.2 [n]-Annulene 75 30 Halogenalkane 76 30.1 Klassifizierung, Nomenklatur 76 30.2 Herstellung 76 30.3 Elektronegativität und induktiver Effekt 78 30.4 Typische Reaktionen 78 31 Mechanismen der nucleophilen Substitution 80 31.1 Bimolekulare nucleophile Substitution (zweiter Ordnung) 80 31.2 Monomolekulare nucleophile Substitution (erster Ordnung) 81 32 Organometall-Verbindungen 82 32.1 Übersicht 82 32.2 Herstellung 82 32.3 Präparative Bedeutung 83 33 Alkohole 84 33.1 Nomenklatur und Klassifizierung 84 33.2 Struktur und physikalische Eigenschaften 84 33.3 Herstellung 85 34 Diole, Triole 88 34.1 Herstellung 88 34.2 Oxidative Glykolspaltungen 89 35 Reaktionen der Alkohole 90 35.1 Basizität und Acidität 90 35.2 Oxidation 90 35.3 Nucleophile Substitution 91 35.4 Veresterung 91 36 Dehydratisierung von Alkoholen 92 36.1 Dehydratisierung von Alkoholen zu Alkenen 92 36.2 Dehydratisierung voll alkylierter 1,2-Diole zu Ketonen 93 37 Ether 94 37.1 Übersicht, Nomenklatur 94 37.2 Struktur und physikalische Eigenschaften 94 37.3 Herstellung 94 37.4 Typische Reaktionen 95 38 Amine 96 38.1 Nomenklatur, Klassifizierung 96 38.2 Molekülstruktur 96 38.3 Herstellung 97 39 Reaktionen der Amine 98 39.1 Basizität aliphatischer und aromatischer Amine 98 39.2 Diazotierung primärer Amine 98 39.3 N-Nitrosierung sekundärer Amine 99 39.4 Erschöpfende Alkylierung von Aminen 99 39.5 HOFMANN-Eliminierung von Tetraalkylammonium-Hydroxiden 99 39.6 Imine aus primären Aminen und Carbonyl-Verbindungen 100 39.7 Enamine aus sekundären Aminen und Carbonyl-Verbindungen 100 39.8 Reduktive Aminierung von Carbonyl-Verbindungen zu Aminen 101 40 Diazo- und Azo-Verbindungen 102 40.1 Aryldiazonium-Salze und Azofarbstoffe 102 40.2 Azoalkane 103 40.3 Diazoalkane 103 41 Carbonsäuren 106 41.1 Übersicht, Nomenklatur 106 41.2 Carboxy-Gruppe, Bindungsdaten und Mesomerie 106 41.3 Carbonsäure-Dimere 107 41.4 Darstellung 107 41.5 Acidität 109 42 Carbonsäure-Derivate 110 42.1 Carbonsäureester 110 42.2 Carbonsäurehalogenide 111 42.3 Carbonsäureanhydride 111 42.4 Carbonsäureamide und cyclische Imide 111 42.5 Hydrazide, Hydroxamsäuren und Azide 112 42.6 Umfunktionierung von Carbonsäure-Derivaten 112 43 Substituierte Carbonsäuren 114 43.1 Nomenklatur 114 43.2 Halogencarbonsäuren 115 43.3 Hydroxycarbonsäuren 116 44 Absolute Konfiguration 118 44.1 Stereogene Zentren, Enantiomere, Chiralität 118 44.2 Optische Aktivität und spezifische Drehung 118 44.3 Spezifizierung der absoluten Konfiguration 118 44.4 Stereospezifität der bimolekularen nucleophilen Substitution 121 45 Enantiomere ohne C-Atome als Asymmetriezentren 122 45.1 Heteroatome als Asymmetriezentren 122 45.2 Axiale Chiralität 122 45.3 Planare Chiralität und Helicität 123 46 Diastereomere 124 46.1 Verbindungen mit zwei verschiedenen stereogenen Zentren 124 46.2 Verbindungen mit zwei gleichen stereogenen Zentren 125 47 Aldehyde 126 47.1 Übersicht, Nomenklatur 126 47.2 Herstellung 127 47.3 Molekülbau, Mesomerie und Reaktivität 128 47.4 Aldehyd-spezifische Reaktionen 128 48 Ketone 130 48.1 Übersicht, Nomenklatur 130 48.2 Herstellung 131 49 Carbonyl-Reaktionen 132 49.1 Reaktionen mit Sauerstoff- und Schwefel-Nucleophilen 132 49.2 Reaktionen mit Stickstoff-Nucleophilen 133 49.3 Reaktionen mit Kohlenstoff-Nucleophilen 133 49.4 Reduktionen 135 50 CH-Acidität der Carbonyl-Verbindungen 136 50.1 CH-Acidität von Carbonsäureestern und Esterkondensation 136 50.2 CH-Acidität von Aldehyden und Ketonen 136 51 1,3-Dicarbonyl-Verbindungen 138 51.1 CH-Acidiät 138 51.2 Typische Reaktionen 138 52 Phenole 142 52.1 Nomenklatur 142 52.2 Mesomerie, Acidität, Vergleich mit Alkoholen 142 52.3 Herstellung 143 52.4 Typische Reaktionen 144 53 Chinone 146 53.1 Übersicht und Nomenklaturi 146 53.2 Darstellung 146 53.3 Reaktionen 147 54 Organoschwefel-Verbindungen 150 54.1 Übersicht 150 54.2 Organoschwefel-Verbindungen mit bivalentem Schwefel 150 54.3 Verbindungen mit tetra- und hexavalentem Schwefel 152 55 Kohlensäure-Derivate 154 55.1 Übersicht 154 55.2 Kohlensäure-Halogenide 154 55.3 Kohlensäureester 155 55.4 Harnstoff 155 55.5 Guanidin und Thioharnstoff 156 55.6 Dithio- und Trithiokohlensäure-Derivate 157 56 Heterocumulene 158 56.1 Übersicht 158 56.2 Kohlendisulfid 158 56.3 Isocyanate, Isothiocyanate 158 56.4 Carbodiimide 159 57 Umlagerungen 160 57.1 Anionotrope 1,2-Verschiebungen 160 57.2 Kationotrope 1,2-Verschiebungen über Carbanionen 162 57.3 Umlagerungen an benzoiden Ringen 163 57.4 Sigmatrope Umlagerungen 163 58 Polymere, Polymerisation 164 58.1 Monomere, Oligomere, Polymere 164 58.2 Vinyl- und Dien-Polymere 164 58.3 Polyether 165 58.4 Polyester 165 58.5 Polyamide 166 58.6 Polyurethane und Polyharnstoffe 167 59 Synthesen mit Organosilicium-Verbindungen 168 59.1 Organosilicium und Organische Verbindungen im Vergleich 168 59.2 Halogensilane 168 59.3 Präparative Bedeutung der Trimethylsilyl Verbindungen 168 59.4 Silicone 169 60 Heteroalicyclen 170 60.2 Allgemeine Synthesen 171 60.3 Reaktionen 172 61 Monocyclische Fünfring-Heteroaromaten 174 61.1 Übersicht 174 61.2 p-Elektronenüberschuss-Heteroaromaten 174 61.3 Exemplarische Synthesen 175 61.4 Typische Reaktionen 176 62 Monocyclische Sechsring-Heteroaromaten 178 62.1 Übersicht 178 62.2 p-Elektronenmangel-Heteroaromaten 178 62.3 Exemplarische Synthesen 178 62.4 Typische Reaktionen 180 63 Benzo-kondensierte Fünfring-Heteroaromaten 182 63.1 Übersicht und Nomenklatur 182 63.2 Exemplarische Synthesen 182 63.3 Typische Reaktionen 183 64 Benzo-kondensierte Sechsring-Heteroaromaten 186 64.1 Übersicht 186 64.2 Exemplarische Synthesen 186 64.3 Typische Reaktionen 187 65 Fusionierte Heteroaromaten 190 65.1 Heterobicyclen mit Stickstoff als Brückenkopf 190 65.2 Purine 190 65.3 Pteridine 192 66 Lichtabsorption, Farbe, Farbstoffe, Pigmente 194 66.1 Lichtabsorption und Farbe 194 66.2 Farbstoffe und Pigmente 195 66.3 Farbstoff-Typen 196 67 Porphyrinoide 198 67.1 Porphyrine und Phthalocyanine als Polyaza[18]annulene 198 67.2 Porphyrinoide in Blut und Chloroplasten 198 68 Aminosäuren 200 68.1 Übersicht 200 68.2 Herstellung 201 68.3 Nachweisreaktion 201 69 Peptide, Proteine 202 69.1 Aminosäuresequenz der Peptide und Proteine 202 69.2 Biologische Funktion 202 69.3 Struktur der Proteine 202 69.4 Prinzip der Peptid-Synthese 203 70 Alkaloide 206 70.1 Biologische Herkunft, Bedeutung, Bezeichnung 206 70.2 Alkaloid-Wirkstoffe 206 71 Kohlenhydrate: Aldosen und Ketosen 208 71.1 Aldosen 208 71.2 Ketosen 208 71.3 Cyclohalbacetale, Cyclohalbketale: Pyranosen und Furanosen 209 71.4 Mutarotation 210 71.5 Typische Reaktionen 210 72 Kohlenhydrate: Oligo- und Polysaccharide 212 72.1 Oligosaccharide 212 72.2 Polysaccharide 213 73 Nucleinsäuren: DNA und RNA 214 73.1 Nucleotide, Nucleoside, Nucleobasen 214 73.2 Basenpaarung und Doppelhelix der DNA 215 74 Lipide 216 74.1 Übersicht 216 74.2 Fettsäuren, Fette, Seifen 216 75 Polyketide 218 75.1 Polyketid-Weg 218 75.2 Einfache Polyketide 218 76 Terpene 220 76.1 Übersicht, Isopren-Regel 220 76.2 Vorkommen, Bedeutung 221 76.3 Ausgewählte Terpene (Aromen, Düfte, Wirkstoffe) 221 77 Steroide 224 77.1 Übersicht, Ringverknüpfung 224 77.2 Cholesterol 224 77.3 Gallensäuren 224 77.4 Steroidhormone 225 78 Selektivität und Spezifität organischer Reaktionen 226 78.1 Chemoselektivität 226 78.2 Regioselektivität 226 78.3 Stereoselektivität 227 78.4 Stereospezifität 228 79 Prochiralität, Enantioselektivität 230 79.1 Prochiralität tetraedrischer C-Atome 230 79.2 Prochiralität trigonaler C-Atome 230 79.3 Enantioselektivität 230 80 Syntheseplanung 232 80.1 Retrosynthetische Zerlegungen 232 80.2 Retrons und Synthons 232 80.3 Ausgewählte Synthesepläne 234 81 Aspekte der Molekülstruktur 236 81.1 Summenformel 236 81.2 Konstitution 236 81.3 Konformation 236 81.4 Relative Konfiguration 236 81.5 Absolute Konfiguration 237 82 Massenspektrometrie 238 82.1 Massenspektrum 238 82.2 Basis-Ion, Molekül-Ion 238 82.3 Fragment-Ionen und Konstitution 239 83 IR-Spektroskopie 240 83.1 IR-Spektrum 240 83.2 Molekülschwingungen 240 83.3 Identifizierung funktioneller Gruppen 241 84 Kernmagnetische Resonanz: Protonen-NMR 242 84.1 Kernmagnetische Resonanz 242 84.2 Chemische Verschiebung 242 84.3 NMR-Spektrum und Integral 243 84.4 Signalmultipletts und Kopplungskonstanten 243 85 Kernmagnetische Resonanz: Kohlenstoff-13-NMR 246 85.1 Kohlenstoff-13 als NMR-Sonde 246 85.2 Kohlenstoff-13-Verschiebungen 246 85.3 CH-Kopplung und Detektion von CH-Multipletts 247 86 Kernmagnetische Resonanz: zweidimensional 248 86.1 Homonukleare Korrelationsspektroskopie 248 86.2 Heteronukleare Verschiebungskorrelation (CH-Korrelation) 249 Bearbeitung der Fragen 250 Sachverzeichnis 295 Periodensystem der Elemente 314 Nachschlagewerke, aktuelle Informationsquellen 316