Übungsaufgaben

Zu wie vielen Nachbaratomen kann der Kohlenstoff in den drei Hybridisierungszuständen jeweils Bindungen eingehen?

Bilden Sie aus 3 sp3-hybridisierten Kohlenstoffatomen und 8 Wasserstoffatomen Propan. Verdeutlichen Sie, welche Orbitale dabei bei der Ausbildung einer C-C- Bindung und einer C-H-Bindung miteinander überlappen. Welche Bindungswinkel weisen die C-C-C-Bindung, die H-C-C-Bindung sowie die H-C-H-Bindung jeweils auf?

Zeichnen Sie alle möglichen Isomeren zu C6H14 in der Zickzack-Schreibweise. Bestimmen Sie für jedes Isomer, an welchen Positionen primäre, sekundäre, tertiäre und quartäre Kohlenstoffatome vorkommen. Nenne dann den Namen.

Zeichnen Sie die Strukturen zu folgenden IUPAC-Namen:

• 3,4,5-Trimethyl-4-propyloctan

• 6-(3-Methylbutyl)-undecan

• 4-tert-Butylheptan

• 5-Isobutyl-6,6-dimethyldodecan

• 5,5-Diethyl-2-methylnonan

• 4-Isopropyldecan

Benennen Sie folgende Verbindungen mit dem korrekten Namen.

Zeichnen Sie von 2,2-Dimethylbutan in der Newman-Projektion das energetisch ungünstigste sowie das günstigste Konformer.

Gegeben ist 2-Methylbutan.

1.) Zeichnen Sie alle drei möglichen Konformere in der Newman-Projektion, in denen die Substituenten ekliptisch angeordnet sind. Welche dieser drei Konformere sind energetisch ungünstiger/ welche sind günstiger?

2.) Zeichnen Sie nun die drei möglichen Konformere mit gestaffelt angeordneten Substituenten. Welche sind hier energetisch günstiger/ungünstiger?

Zeichnen Sie folgende Strukturformeln zu:

• 1-Cyclopropyl-2-methylcyclohexan

• 1-(1,2-Dimethylcyclopropyl)- 4-isopropylcyclohexan

• 1- tert-Butyl-4-methylcyclohexan

Welche beiden Faktoren tragen dazu bei, dass planare Cycloalkane ab C4 eine höhere Energie besitzen als nicht-planare Konformere?

Zeichnen Sie 1-tert-Butyl-4-methylcyclohexan in der Sesselprojektion. Dabei soll zunächst die tert-Butylgruppe eine axiale Position und die Methylgruppe eine äquatoriale Position besitzen. Zeichnen Sie nun das zweite Sesselkonformer, das durch „Umklappen“ des Sessels entstehen kann.

Welches der beiden Konformere ist energetisch bevorzugt? Worauf ist diese Bevorzugung zurückzuführen?

Welche Radikale können bei der Abstraktion eines H-Radikals aus 2-Methylbutan entstehen? Zeigen Sie anhand von Strukturformeln, welche C-H-Bindungen dazu gebrochen werden müssen. Welche der von Ihnen gefundenen Radikale sind, relativ gesehen, am stabilsten/am wenigsten stabil? Womit lässt sich dieser Sachverhalt erklären?

Übertragen Sie folgende substituierte Cyclohexane aus der planaren Darstellung in eine Sesselkonformation. Leiten Sie aus den von Ihnen gezeichneten Sesselkonformeren durch „Umklappen“ des Ringes das jeweils zweite mögliche Konformer ab.

Zeichnen Sie eine mögliche Strukturformel von cis-1,3-Dichlorcyclobutan, trans- 1,4-Dimethylcyclohexan sowie (1,2-cis; 2,3-trans)-1,2-Dibrom-3- methylcyclopentan.

Welche der folgenden Verbindungen sind Konstitutionsisomere?

Welche der folgenden Verbindungen sind zueinander Stereosiomere (Konfigurationsisomere)?

Welche der folgenden Substanzen sind chiral? (Bedenken Sie, dass Moleküle mit einer internen Spiegelebene nicht chiral sind.)

Markieren Sie bei den folgenden Molekülen alle Chiralistätszentren (falls vorhanden). (Denken Sie an die Voraussetzung, dass das C-Atom 4 verschiedene Substituenten besitzen muss).

Bestimmen Sie in den aufgeführten Molekülen die Konfiguration der Chiralitätszentren nach dem CIP-System.

Vervollständigen Sie folgende Reaktionen. Entscheiden Sie, ob eine Reaktion nach SN1 oder SN2 wahrscheinlicher ist. Zeichnen Sie die Struktur des jeweils gebildeten Übergangszustandes oder des Intermediates.

Die aufgeführten Verbindungen sollen nach dem gegebenen Mechanismus reagieren. Welche Auswirkungen hat das auf die Konfiguration der Chiralitätszentren? In welchen Fällen wird ein reines Enantiomer als Produkt erhalten, wo ein 1:1-Gemisch? Wo entstehen evt. Diastereomere?

Benennen Sie folgende Verbindungen mit ihren systematischen Namen.

Auf welcher Ursache beruhen die relativ hohen Siedepunkte der niederen Alkanole im Vergleich zu Ethern mit der gleichen Anzahl an C-Atomen?

c) Ordnen Sie die angegebenen Substanzen nach ihrer Acidität. Bedenken Sie, dass eine Substanz umso acider ist, je besser das gebildete Anion stabilisiert ist. Auf welche Ursachen lassen sich die unterschiedlichen Aciditäten bei diesen 4 Beispielen zurückführen?

Ließe sich bei den beiden folgenden Reaktionen die Reaktionszeit durch Erhöhen der Konzentration des Alkoholates verringern? Begründen Sie ihre Antwort kurz. (Bei welchem Reaktionsmechanismus geht die Konzentration des Nucleophils mit ein?)

Vervollständigen Sie folgende Reaktionen:

Zeichnen sie die Strukturen zu folgenden Verbindungen.

• (2E,4Z)-1-Chlorhexa-2,4-dien

• (Z)-3-Brom-2-chlor-5-methyl-2-hepten

• trans-1,2-Divinylcyclohexan

Gegeben sind folgende Alkene. In welchen der drei Gruppen sind die Doppelbindungen so substituiert, dass sie energetisch günstiger sind, wo sind sie ungünstig substituiert? Wie würden Sie das begründen?

Bei den folgenden Reaktionen wird das Nucleophil variiert. Über welche Mechanismen werden die jeweils 2 Produkte gebildet? Was erwarten Sie bez. der Produktverteilung im jeweils 2. Beispiel? Wie würden Sie das begründen?

Die 4 angeführten Alkohole sollen säurekatalysiert dehydratisiert werden, wobei die Reaktion nach E1 ablaufen soll. Zeichnen Sie die Struktur der 4 dabei entstehenden Carbeniumionen und die jeweils beiden möglichen daraus resultierenden Alkene. Welches der beiden Isomere ist das energetisch günstigere?

Bromcyclohexan soll mit NaOH nach E2 eliminieren. Gegeben ist die untenstehen- de Sesselkonformation (die auch der Realität entspricht, da das große Br-Atom so äquatorial steht). Lassen sich zum Bromatom anti-coplanar oder syn-coplanar stehende H-Atome für eine mögliche E2-Eliminierung finden? Was würde das für den Ablauf der Eliminierung bedeuten?

Wenn das gezeigte Sesselkonformer nun eine Ringinversion durchführt, wie steht dann das Bromatom? Lassen sich nun anti- bzw. syn-coplanar stehende H-Atome finden? Aus welcher der beiden Konformation kann die E2-Eliminierung daher zwangsläufig nur ablaufen?

Übertragen Sie das gezeichnete Bromcyclohexan-Derivat in die Sesselkonformation. Die tert-Butylgruppe ist so groß, dass sie eine äquatoriale Lage einnimmt. In welche Richtung kann die Eliminierung nach E2 nur erfolgen? Entspricht das gebildete Alken dem thermodynamisch günstigsten (möglichst höchstsubstituierte DB)?

Vervollständigen Sie die Reaktionsgleichungen durch Angabe des Reaktions- produktes. Beachten Sie die evt. auftretende Stereoselektivität der Addition. Kennzeichnen Sie im Produkt alle Chiralitätszentren und entscheiden Sie, ob das Produkt chiral ist (falls zutreffend). Geben Sie an, ob das Produkt als reines Enantiomer gebildet wird oder als racemische Mischung beider Enantiomere (1:1) entsteht.

Benennen Sie folgende Alkine.

Vervollständigen Sie die aufgeführten Reaktionen:

Zeichnen sie die Strukturformeln von folgenden aromatischen Verbindungen:

• o-Dihydroxybenzol

• m-Chlornitrobenzol

• p-Methoxybenzylalkohol

• 4-Isopropylphenol

• p-Methylbenzolsulfonsäure

Formulieren Sie den Reaktionsmechanismus der Chlorierung von Benzol mit Cl2 und FeCl3 als Katalysator unter Angabe der mesomeren Grenzformeln des Intermediates.

Wiederholung der radikalischen Substitution: Formulieren Sie die stöchiometrisch exakte Reaktionsgleichung für die Monochlorierung von Methylbenzol (nach der SSS-Regel) sowie die 3 zugrundeliegenden Teilschritte (Startreaktion, Fortpflanzung und Abbruchreaktion).

Zweitsubstitution am Aromaten: Entscheiden Sie, zu welcher Gruppe die vorhandenen Substituenten an den jeweiligen Benzolderivaten gehören. An welchen Positionen sollte eine Zweitsubstitution bevorzugt eintreten?

Die folgenden Benzolderivate besitzen bereits 2 vorhandene Substituenten. Entscheiden Sie zuerst, welchen lenkenden Einfluss jeder der Substituenten ausübt. Finden Sie nun heraus, in welche Positionen jeder der Substituenten den neu hinzu kommenden Substituenten lenken würde. Lenken beide Substituenten in die gleiche Richtung oder entgegengesetzt?

Zeichnen Sie die Strukturformeln zu folgenden Aminen:

- Tri-n-butylamin

- Dicyclohexylamin

- N-Ethylpentylamin

- 2-Ethylpentylamin

Vervollständigen Sie die aufgeführten Reaktionsgleichungen:

Folgende Alkohole sollen schrittweise bis zur höchstmöglichen Oxidationsstufe oxidiert werden. Welche Carbonylderivate werden dabei durchlaufen? Benennen Sie die Ausgangsstoffe sowie die möglichen Carbonylderivate entsprechend der IUPAC-Nomenklatur.

Finden Sie in den gezeigten Molekülen alle Ihnen bereits bekannten funktionellen Gruppen (kreisen Sie diese ein) und benennen Sie diese korrekt.

Vervollständigen Sie die unten aufgeführten Reaktionen. Welche funktionellen Gruppen reagieren hierbei bzw. welche werden gebildet?

Benennen Sie die aufgeführten Carbonsäuren bzw. Carbonsäuresalze nach IUPAC:

Welche der beiden Carbonsäuren ist jeweils stärker sauer? Begründen Sie Ihre Entscheidung anhand der vorhandenen Substituenten.

Zeichnen Sie zu den unten genannten Namen die zugehörige Strukturformel:

• 3-Methylbutansäurecyclopentylester (Cyclopentyl-3-methylbutanoat)

• Cyclohexan-1,2-dicarbonsäuredimethylester (Dimethylcyclohexan-1,2-

  dicarboxylat)

• Propansäurechlorid (nicht verwechseln mit Chlorpropansäure)

• 1,4-Butandisäure

• 1,4-Butandisäureanhydrid (intramolekulares Anhydrid)

• Propansäure-1-thiobutylester (1-Butylthiopropanoat)

Vervollständigen Sie die unten aufgeführten Reaktionen. Vergegenwärtigen Sie sich die dabei durchlaufenen einzelnen Teilschritte.

Formulieren Sie unter Einbeziehung aller Zwischenschritte und unter Beachtung der Stereochemie die säurekatalysierte Veresterung von Propansäure mit (S)-2- Butanol. Welche Konfiguration besitzt das Chiralitätszentrum im Ester? Entsteht das Produkt als reines Enantiomer oder als Enantiomerengemisch?

Formulieren Sie die entsprechenden Reaktionsgleichungen zu:

a)  Reaktion von 1-Brompentan mit Natriumcyanid, anschließende basische Hydrolyse des Nitrils zum Amid

b)  Reaktion von Benzoesäurechlorid (Benzolcarbonsäurechlorid) mit Diethylamin unter Basenüberschuss

c) Reaktion von Hexansäureethylester mit Ammoniak (Erhitzen für längere Zeit) d) Reaktion von Essigsäureanhydrid mit Cyclohexylamin

Benennen Sie das jeweilige Produkt mit einem Ihnen geläufigen Namen.

Zeichnen Sie D-Glucose in der Fischer-Projektion und kennzeichnen Sie alle Chiralitätszentren.

b) Zeichnen Sie nun die daraus abgeleiteten zwei Diastereomere (Epimere), welche an C-2 bzw. an C-3 eine umgekehrte Konfiguration zu D-Glucose besitzen. Suchen Sie anhand der Übersichtsfolien den Namen dieser beiden Diastereomere heraus.

Zeichnen Sie α-D-Glucose in der Sesselkonformation. Nummerieren Sie alle C- Atome und kennzeichnen Sie alle Chiralitätszentren. Wo befindet sich das anomere Zentrum?

b) In welcher Verwandtschaftsbeziehung stehen α-D-Glucose und β-D-Glucose? (sind es Diastereomere, Enantiomere?)

Zeichnen Sie, ausgehend von der α-D-Glucose in der Sesselkonformation, die beiden Epimere der Glucose an C-2 und C-3 ebenfalls in der Sesselkonformation (die Position der OH-Gruppen an diesen C-Atomen müssen, ausgehend von Glucose, jeweils von äquatorial zu axial vertauscht werden).