Zeichne die Carbonylgruppe. Welche Verbindungen können sich daraus ergeben?
Wann können Alkohle durch Oxidation in Carbonylverbindungen überführt werden?
Alkohole können durch Oxidation in Carbonylverbindungen überführt werden, solange das Kohlenstoffatom, welches die Hydroxygruppe trägt, noch ein Wasserstoffatom besitzt.
Beschreibe die elektronische Atruktur der Carbonylgruppe.
Die Polarität der Carbonylgruppe mit dem positiv polarisierten Kohlenstoffatom hat einen sehr großen Einfluss auf das gesamte Reaktionsverhalten.
Welche Faktoren beeinflussen die Reaktionen von Aldehyden und Ketonen?
Durch die Richtung der Polarisierung wird das Reaktionsverhalten der Carbonylgruppe bestimmt.
Die Reaktivität der Carbonylgruppe wird durch die Stärke der Polarisierung bestimmt.
Elektronenliefernde Substituenten (+I/+M-Effekt) verringern die positive Partialladung des Carbonylkohlenstoffes, das führt zu einer verringerten Reaktivität. Umgekehrt erhöhen elektronenziehende Substituenten (-I/-M-Effekt) die positive Partialladung und somit die Reaktivität.
=> Aldehyde sind reaktiver als Ketone.
Was bestimmt die Reaktivität von Aldehyden und Ketonen?
Wann reagiert eine Carbonylverbindung mit Wasser (nach der nuceophilen Addition) und wann nicht?
Bei der groĂźen Mehrzahl der Carbonylverbindung liegt das Gleichgewicht auf der Seite entsprechenden Carbonylverbindung. Die C=O-Doppelbindung ist energetisch sehr begĂĽnstigt.
Elektronenliefernde Substituenten (Alkylgruppen) verringern die positive Partialladung am Carbonylkohlenstoff soweit, dass die Addition von Wasser und Ausbildung eines geminalen Diols energetisch keine Vorteile mehr bringt.
Wie verläuft die Addition von Alkoholen zu Ketonen (normal/sauer)? (Acetalisierung)
Die Addition von Alkoholen verläuft analog zur Hydratisierung.
Im Sauren verläuft die Reaktion weiter bis zum Acetal.
Wie verläuft die Acetalisierung bei Mit 1,2-Diolen wie z.B. 1,2-Ethandiol?
Mit 1,2-Diolen wie z.B. 1,2-Ethandiol erfolgt die Acetalisierung rascher:
Acetale werden in Synthesen oft als Schutzgruppen fĂĽr Carbonylgruppen verwendet.
Was sind intermolekulare Halbacetale und wie werden sie gebildet?
Besitzt die Carbonylverbindung im gleichen MolekĂĽl im passenden Abstand eine Hydroxygruppe, erfolgt die Halbacetalbildung sehr leicht.
Dieses Verhalten ist bei Kohlenhydraten sehr ausgeprägt (siehe dort).
Was sind Halbacetale?
Halbacetale sind Verbindungen, die aus einem Aldehyd oder Keton und einem Alkohol gebildet werden
Wie entstehen Thiolacetale?
Thiole reagieren durch die höhere Nucleophilie des Schwefels rascher mit Carbonylgruppen als Alkohole. Insbesondere Dithiole bilden besonders leicht die entsprechenden Thioacetale.
Thioacetale sind gegenüber Säuren stabiler als Acetale und bedürfen zur Spaltung anderer Methoden.
Beschreibe die Addition von Stickstoff-Nucleophilen zu Carbonylgruppen.
Amine reagieren ebenfalls leicht mit Carbonylgruppen. Abhängig davon, ob es sich um primäre oder sekundäre Amine handelt, bilden sich unterschiedliche Produkte.
Die Addition eines primären Amins führt, analog zur Addition eines Alkohols, zunächst zur Bildung eines Halbaminals. Dieses Halbaminal kann leicht Wasser abspalten, wodurch eine C=N-Doppelbindung gebildet wird. Diese Imine können als Stickstoff-Analoga eines Ketons bzw. Aldehyds aufgefasst werden.
Nenne wichtige Aldyhyde und Ketone.
Beschreibe die Dissoziation von Carbonsäuren in Wasser.
Carbonsäuren dissoziieren in Wasser und sind mittelstarke bis schwache Säuren.
Ursache für die viel stärkere Dissoziation von Carbonsäuren als von Alkoholen ist die Mesomeriestabilisierung des Carboxylat- ions.
Aufgrund ihrer Acidität können Carbonsäuren mit verdünnten Basen neutralisiert und die entsprechenden Salze isoliert werden. Die Wasserlöslichkeit dieser Salze hängt von der Größe des organischen Restes ab.
Welche Faktoren beeinflussen die Acidität von Carbonsäuren?
1) Die Acidität nimmt mit zunehmender Kettenlänge etwas ab. Ebenso erniedrigen Alkylverzweigungen am C-Atom 2 die Säurestärke etwas (Ursache: +I-Effekt sowie schlechtere Solvatisierung, siehe Alkohole).
2) Aromatische Substituenten sowie Halogene oder andere elektronenziehende Reste erhöhen die Acidität. (Ursache: M-Effekt und –I-Effekt stabilisieren das Carboxylation zusätzlich, siehe Alkohole).
Wie können Carbonsäuren dargestellt werden?
Oxidation primärer Alkohole und Aldehyde (Labormaßstab)
spezielle technische Verfahren, katalytische Oxidation von Alkanen, Addition von CO an Methanol
Oxidation von Alkenen und Spaltung der C-C-Doppelbindung
Oxidation von Methylaromaten
Hydrolyse anderer Carbonsäurederivate
Nenne die Carbonsäurederivate.
Nach welchem Prinzip reagieren die Carbonsäurederivate?
Alle Carbonsäurederivate reagieren nach dem gleichen Prinzip einer Additions-/Eliminierungsreaktion.
Diese Additions-Eliminierungsreaktionen werden durch Säuren und Basen katalysiert.
Säuren protonieren den Carboxylsauerstoff und erhöhen so die Elektrophilie des Carboxylkohlenstoffs, Basen können das Nucleophil ggf. deprotonieren und dessen Nucleophilie steigern.
Wovon hängt die Reaktiviät der Cabonsäurederivate ab?
Die Reaktivität dieser Carbonsäurederivate hängt stark von Ausprägung der positiven Partialladung am Carboxyl- kohlenstoffatom ab.
In Amiden ist die positive Partialladung des Carboxylkohlenstoffatoms sehr gut durch Mesomerie des freien Elektronenpaares des Stickstoffatoms kompensiert (siehe später Amid-Resonanz).
Der Einsatz freier Carbonsäuren bringt Probleme mit sich, da diese leicht durch basische Nucleophile deprotoniert werden (Säure-Base-Reaktion). Die Elektrophilie des Carboxylkohlenstoffatoms im Carboxylation ist durch die negative Ladung sehr stark herabgesetzt, so dass diese kaum mehr mit Nucleophilen reagieren.
Beschreibe die säurekatalytische Veresterung der Carbonsäureester (allgemein).
Diese Reaktion ist vollständig reversibel (Gleichgewichtsreaktion). Ohne Entfernen des Wassers beträgt K etwa 4. Daher findet unter diesen Bedingungen nur ein Umsatz bis zum Erreichen des Gleichgewichtes statt.
Die Ausbeute an Ester lässt sich erhöhen, wenn das entstehende Wasser während der Reaktion laufend entfernt wird (Abscheiden des Wassers oder Verwendung wasserbindender Reagenzien wie Schwefelsäure).
Nenne die Einzelschritte der säurekatalytischen Veresterung der CArbonsäure
Die als Katalysator verwendete Säure (meist wenige ml H2SO4) hat die Funktion, die Carbonsäure durch Protonierung zu aktivieren und im letzten Schritt der Wasserabspaltung die OH-Gruppe in eine gute Abgangsgruppe zu überführen. Gleichzeitig bindet H2SO4 entstehendes Wasser.
Die Acidität der Carbonsäure ist zu gering, um sich selbst zu protonieren.
Beschreibe die Veresterung von Isoppropanol mit Benzoesäurechlorid.
Beschreibe die Veresterung von Cyclohexanol mit Essigsäurehydrid
Nenne Frucht-Ester
Definiere Wachse.
Ester langkettiger Carbonsäuren und langkettiger, einwertiger Alkohole (bei Raumtemperatur fest)
Welche biologische Funktion haben Wachse?
Die biologische Funktion von Wachsen besteht bei Pflanzen in der Regulierung des Wasserhaushaltes (mit Wachs- schichten überzogene Blätter).
Definiere Lipide.
Bildung durch Veresterung von Glycerin mit 3 langkettigen Carbonsäuren (Fettsäuren) (deshalb auch Triglyceride genannt)
Zeichne das Bauprinzip eines Trigycerids.
Wieviele C-Atome besitzen die natürlich vorkommenden Fettsäuren und wieso?
Die natürlich vorkommenden Fettsäuren besitzen eine gerade Anzahl an C-Atomen. Dieser Fakt resultiert aus der Biosynthese von Fettsäuren, welche aus Acetat-Einheiten aufgebaut werden.
Nenne in in tierischen Fetten hauptsächlich vorkommende Fettsäuren:
Butansäure
Hexadecansäure
Octadeansäure
(z)-9-Octadecansäure
Nenne Unterschiede zwischen pflanzlichen und tierischen Fetten/Ă–len.
1.) Fette sind bei Raumtemperatur fest, Öle sind flüssig. 2.) Öle, insbesondere pflanzliche Öle, enthalten einen höheren Anteil ungesättigter Fettsäuren.
Was sind mehrfach ungesättigte Fettsäuren?
Die Doppelbindungen sind cis-konfiguriert.
Welche Fettsäuren kann der Mensch selber synthetisieren und welche nicht?
Der menschliche Körper kann nur einfach ungesättigte Fettsäuren (Ölsäure) selbst synthetisieren. Mehrfach ungesättigte Fettsäuren sind zum Aufbau von Arachidonsäure, eines wichtigen köpereigenen Stoffwechselproduktes, notwendig und daher essentiell.
→ gesunde Ernährung
Beschreibe das Prinzip der Verseifung am Beispiel des Esters einer Fettsäure.
Basische Hydrolyse von Fetten bzw. Estern allgemein: Verseifung (abgeleitet von früheren Prozess der Seifen- herstellung bzw. Gewinnung der Na-Salze der Fettsäuren).
Wie lassen sich Amide darstellen?
Amide lassen sich in der Regel durch Reaktion (über den Additions-Eliminierungsmechanismus) eines Carbonsäure- derivates mit Aminen darstellen. Als Carbonsäurederivate sind Säurechloride, Säureanhydride oder auch Ester geeignet.
Verseifung eines Nitrils zum Amid.
Lassen sich aus einer freien Carbonsäure und einem Amin Amide herstellen?
Nein, denn:
Aus einer freien Carbonsäure und einem Amin lassen sich keine Amide darstellen, da eine Säure-Base-Reaktion erfolgt und die Carbonsäure in das unreaktive Ammoniumcarboxylat überführt wird. Erst bei weiterem Erhitzen der Ammoniumsalze entstehen unter Wasserabspaltung Amide.
Welche Eigenschaften haben Amide?
Im Gegensatz zu Aminen sind Carbonsäureamide kaum basisch.
Ursache für die geringe Basizität von Amiden ist die Tatsache, dass das für die Basizität von Aminen verantwortliche freie Elektronenpaar des Stickstoffatoms in Amiden durch Mesomerie mit dem Carboxylkohlenstoff nicht mehr vollständig zur Verfügung steht.
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