Wer widerlegte die Vitalismus-Theorie?
Friedrich Wöhler (1828) durch Synthese von Harnstoff aus Ammoniumcyanat (NH₄OCN → H₂NCONH₂).
Was ist Organische Chemie?
Die Chemie der Kohlenstoffverbindungen (v. a. C, H, O, N, S, P, Halogene).
Sie umfasst Biomoleküle (DNA, Proteine) und synthetische Verbindungen (Kunststoffe, Medikamente).
Wie lautet die allgemeine Summenformel der Alkane?
CₙH₂ₙ₊₂ (gesättigte Kohlenwasserstoffe ohne Doppelbindungen).
Was ist der Unterschied zwischen ionischer und kovalenter Bindung?
Ionisch: Elektrostatische Anziehung (z. B. NaCl, Coulomb-Kraft).
Kovalent: Elektronenpaar-Sharing (z. B. CH₄, Hybridorbitale)
Welche Hybridisierung hat Kohlenstoff in Methan?
sp³ (4 tetraedrisch angeordnete σ-Bindungen, Bindungswinkel 109,5°).
Warum ist Methan tetraedrisch
Durch sp³-Hybridisierung der C-Orbitale (1 × 2s + 3 × 2p → 4 × sp³).
Wie unterscheiden sich Siedepunkte von Alkanen und Cycloalkanen?
Cycloalkane haben höhere Siedepunkte (stärkere van-der-Waals-Kräfte durch starre Struktur).
Was ist die Ringspannung in Cyclopropan?
27,6 kcal/mol (idealer Tetraederwinkel: 109,5°, tatsächlich 60° → starke Spannung).
Warum liegt Cyclohexan in Sesselform vor?
Minimiert Ringspannung (alle C–H-Bindungen in 60°-Torsion, Winkel ≈ 109,5°).
Welches Konformer von Methylcyclohexan ist stabiler?
Äquatoriale Stellung (ΔG = -1,74 kcal/mol vs. axial, 1,3-diaxiale Wechselwirkungen).
Welche Produkte entstehen bei der Verbrennung von Alkanen?
CO₂ + H₂O + Energie (exotherm, ΔH < 0). Beispiel:
C4H10+6,5O2→4CO2+5H2O
Wann ist ein Molekül chiral?
Wenn es kein Spiegelbild hat (keine Drehspiegelachse). Beispiel: trans-1,2-Dimethylcyclohexan.
Was sind Enantiomere?
Spiegelbildisomere mit gleichen physikalischen Eigenschaften, aber entgegengesetzter optischer Aktivität.
Wie bestimmt man die R/S-Konfiguration?
Nach Cahn-Ingold-Prelog (CIP):
Priorität nach Ordnungszahl,
Substituent mit niedrigster Priorität nach hinten,
Uhrzeigersinn = R, gegen Uhrzeigersinn = S.
Wie benennt man verzweigte Alkane nach IUPAC?
Längste Kette finden,
Substituenten alphabetisch ordnen (-yl),
Nummerierung vom Ende mit dem ersten Substituenten. Beispiel: 3-Methylpentan (CH₃ an C3 von Pentan).
Merke: Hybridisierung (sp³, sp², sp), Bindungswinkel (Methan: 109,5°), Ringspannung (Cyclopropan > Cyclohexan).
"Warum ist die Verbrennungsenthalpie von verzweigten Alkanen geringer als von linearen?"
Verzweigte Alkane sind thermodynamisch stabiler (geringere van-der-Waals-Wechselwirkungen).
"Warum hat Butan einen höheren Siedepunkt als Isobutan?"
→ Antwort: Größere Oberfläche → stärkere van-der-Waals-Kräfte.
Frage: Wie berechnet man den Kohlenstoffgehalt in Ethanol aus der Verbrennungsanalyse?
Antwort:Masse C= Masse CO2×12,0144,01
Beispiel: Bei 3,82 g CO₂ → 1,04 g C (52,1% C).
Was untersucht die Organische Chemie
Die Organische Chemie befasst sich mit Verbindungen des Kohlenstoffs, insbesondere Kohlenwasserstoffen und ihren Derivaten. Sie umfasst sowohl natürlich vorkommende Biomoleküle als auch synthetische Verbindungen wie Medikamente oder Kunststoffe.
Was war die „vis vitalis“-Theorie (Vitalismus)?
Die „vis vitalis“-Theorie besagte, dass organische Verbindungen nur in lebenden Organismen durch eine spezielle Lebenskraft entstehen könnten. Diese Theorie wurde 1828 durch Friedrich Wöhlers Harnstoffsynthese widerlegt.
Warum war die Harnstoffsynthese durch Wöhler 1828 so bedeutend?
Sie bewies erstmals, dass eine organische Verbindung (Harnstoff) aus anorganischen Ausgangsstoffen synthetisiert werden kann – ohne Lebenskraft. Das widerlegte den Vitalismus und begründete die organische Synthesechemie
Was versteht man unter Elementaranalyse in der organischen Chemie?
Die Elementaranalyse bestimmt die prozentualen Massenanteile von C, H und O in einer Verbindung. Durch Verbrennung werden CO₂ und H₂O gemessen, daraus lassen sich die Massenanteile und die Summenformel berechnen.
Wie berechnet man den Kohlenstoffanteil in einer Verbindung über die Elementaranalyse?
Formel:
Masse C = (Masse CO₂ × M(C)) / M(CO₂)
Beispiel:
3,82 g CO₂ → C = 1,04 g → 52,1 % C (bei 2 g Probe)
Wie berechnet man den Wasserstoffanteil in einer Verbindung über die Elementaranalyse?
Masse H = (Masse H₂O × 2 × M(H)) / M(H₂O)
2,34 g H₂O → H = 0,26 g → 13,2 % H (bei 2 g Probe)
Wie lässt sich der Sauerstoffanteil in einer Verbindung berechnen, wenn C und H bekannt sind?
Masse O = Gesamtmasse Probe − Masse C − Masse H
Beispiel: 2 g − 1,04 g − 0,26 g = 0,7 g → 34,7 % O
Was ist die Summenformel von Ethanol und wie wird sie bestimmt?
Die Atomverhältnisformel aus der Elementaranalyse ergibt C₂H₆O.
Bestätigung durch relative Molekülmasse (z. B. über Massenspektrometrie): 46,07 a.u.
→ Summenformel: C₂H₆O
Welche Darstellungsformen eines Moleküls gibt es in der organischen Chemie?
Summenformel (z. B. C₂H₆O)
Konstitutionsformel (zeigt Verknüpfung der Atome)
Valenzstrichformel (zeigt Elektronenpaare)
Keilstrichformel (räumliche Struktur)
Skelettformel (CH-Gruppen an Ecken)
Welche Elemente außer Kohlenstoff und Wasserstoff treten häufig in organischen Verbindungen auf?
Sauerstoff (O), Stickstoff (N), Fluor (F), Schwefel (S), Phosphor (P), Chlor (Cl), Selen (Se), Brom (Br), Iod (I)
Welche Rolle spielen organische Verbindungen im Alltag?
Organische Verbindungen sind z. B. Bestandteile von Biomolekülen (Aminosäuren, Vitamine, DNA-Basen), Farbstoffen, Medikamenten, Kunststoffen und Nahrungsmitteln.
Was sind Beispiele für wichtige organische Verbindungen in der Medizin?
Acetylsalicylsäure (Aspirin)
Atorvastatin (Cholesterinsenker)
Koffein
Zeaxanthin (Farbstoff)
Limonen (Duftstoff, enantiomerenabhängig)
Was ist eine ionische Bindung und wie entsteht sie?
Eine ionische Bindung entsteht durch die elektrostatische Anziehung zwischen positiv und negativ geladenen Ionen. Beispiel: Na⁺ und Cl⁻ in Kochsalz. Die Kraft wird durch das Coulomb-Gesetz beschrieben.
Was ist eine kovalente Bindung?
Eine kovalente Bindung entsteht durch das Teilen von Elektronenpaaren zwischen Atomen. Sie basiert auf der Überlappung von Atomorbitalen und der konstruktiven Interferenz ihrer Wellenfunktionen.
Welche vier Quantenzahlen beschreiben ein Elektron?
Hauptquantenzahl (n) – Schale
Nebenquantenzahl (l) – Orbitalform (s, p, d, f)
Magnetquantenzahl (ml) – Orientierung im Raum
Spinquantenzahl (ms) – Spinrichtung: +½ oder –½
Was beschreibt das Pauli-Prinzip?
Zwei Elektronen in einem Atom dürfen sich nicht in allen vier Quantenzahlen gleichen. In einem Orbital können daher maximal zwei Elektronen mit entgegengesetztem Spin sein.
Was ist die Hundsche Regel?
Orbitale gleicher Energie werden zuerst einzeln mit Elektronen gleichen Spins besetzt, bevor sie doppelt besetzt werden. Ziel: Maximierung des Gesamtspins.
Wie ist die Elektronenkonfiguration des Kohlenstoffatoms?
C: 1s² 2s² 2p²
→ In Kurzform: [He] 2s² 2p²
Der Kohlenstoff hat vier Valenzelektronen.
Was ist die Oktettregel?
Atome streben in Verbindungen eine Elektronenkonfiguration mit acht Valenzelektronen an (wie ein Edelgas). Das gilt besonders für Hauptgruppenelemente.
Wie ist Methan (CH₄) aufgebaut und welche Geometrie hat es?
Methan ist tetraedrisch aufgebaut. Der Bindungswinkel H–C–H beträgt 109,5°. Alle vier C–H-Bindungen sind gleich lang (1,09 Å) und energetisch gleichwertig.
Was ist eine sp³-Hybridisierung (am Beispiel Methan)?
Bei der sp³-Hybridisierung werden ein 2s- und drei 2p-Orbitale zu vier energetisch gleichwertigen sp³-Hybridorbitalen kombiniert. Diese bilden eine tetraedrische Geometrie mit vier σ-Bindungen.
Wie ist das Molekül Ethan (C₂H₆) aufgebaut?
Ethan besteht aus zwei sp³-hybridisierten Kohlenstoffatomen, die über eine σ-Bindung verbunden sind. Jeder Kohlenstoff bindet drei Wasserstoffatome.
Was zeigt eine Newman-Projektion?
Eine Newman-Projektion zeigt die räumliche Orientierung der Atome entlang einer C–C-Bindung. Sie wird genutzt, um Diederwinkel und Konformationen wie gestaffelt oder ekliptisch darzustellen.
Was ist die Rotationsbarriere bei Ethan?
Ethan rotiert um die C–C-Bindung. Die Rotationsbarriere beträgt ca. 3 kcal/mol. Der höchste Energiezustand ist die ekliptische Konformation, der niedrigste die gestaffelte.
Was ist ein Alkan?
Alkane sind gesättigte Kohlenwasserstoffe mit nur Einfachbindungen. Sie gehören zur Stoffklasse der Paraffine und folgen der allgemeinen Summenformel CₙH₂ₙ₊₂.
Was ist eine homologe Reihe bei Alkanen?
Eine homologe Reihe ist eine Gruppe chemischer Verbindungen mit ähnlichen Eigenschaften, deren Moleküle sich um eine CH₂-Gruppe unterscheiden. Beispiele: Methan, Ethan, Propan, Butan, …
Warum sind Alkane unpolar?
Die Elektronegativitätsdifferenz zwischen C (2,6) und H (2,2) ist sehr klein, daher bilden sich keine Dipole. Alkane sind unpolar und lösen sich nicht in Wasser, sondern nur in anderen unpolaren Substanzen.
Welche Kräfte wirken zwischen Alkan-Molekülen?
Zwischen Alkanketten wirken Van-der-Waals-Kräfte (induzierte Dipol-Dipol-Wechselwirkungen). Sie nehmen mit zunehmender Molekülmasse und Kettenlänge zu.
Wie verändert sich der Siedepunkt mit der Kettenlänge bei Alkanen?
Der Siedepunkt steigt mit zunehmender Kettenlänge, weil die Van-der-Waals-Kräfte stärker werden.
Was sind Konformere von Alkanen?
Konformere sind unterschiedliche räumliche Anordnungen eines Moleküls, die durch Rotation um Einfachbindungen entstehen. Beispiel: gestaffeltes und ekliptisches Butan.
Wie beeinflusst Verzweigung die Eigenschaften von Alkanen?
Verzweigte Alkane haben eine geringere Oberfläche → schwächere Van-der-Waals-Kräfte → niedrigere Siedepunkte im Vergleich zu unverzweigten Isomeren.
Was ist die IUPAC-Nomenklatur für Alkane?
Längste C-Kette suchen
Seitenketten benennen
C-Atome durchnummerieren (kleinste Zahlen für Substituenten)
Substituenten alphabetisch ordnen Beispiel: 3-Ethyl-2-methylpentan
Bei vollständiger Verbrennung entstehen CO₂ und H₂O. Dabei wird Energie freigesetzt (exotherm).
Beispiel: CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
Was ist die radikalische Halogenierung von Alkanen?
Eine Reaktion, bei der Alkane z. B. mit Cl₂ unter UV-Licht reagieren und ein Wasserstoff durch ein Halogen ersetzt wird. Die Reaktion verläuft über Radikale (Start, Kettenreaktion, Abbruch).
Was ist ein Radikal?
Ein Radikal ist ein Teilchen mit einem ungepaarten Elektron. Es ist sehr reaktiv und entsteht z. B. beim homolytischen Bindungsbruch durch UV-Licht.
Warum entstehen bei der Halogenierung von Alkanen bevorzugt tertiäre Radikale?
Tertiäre Radikale sind durch Hyperkonjugation stabilisiert. Die Elektronendichte benachbarter Bindungen stabilisiert das ungepaarte Elektron.
Was sind Cycloalkane und wie unterscheiden sie sich von offenen Alkanen?
Cycloalkane sind ringförmige Alkane mit der Summenformel CₙH₂ₙ. Sie haben zwei Wasserstoffatome weniger als die entsprechenden offenen Alkane.
Warum haben kleine Cycloalkane (z. B. Cyclopropan) eine hohe Ringspannung?
Sie weichen stark vom idealen Tetraederwinkel (109,5°) ab, was zu Spannung in den Bindungen führt (z. B. 60° in Cyclopropan).
Warum ist Cyclohexan spannungsfrei?
Cyclohexan kann die Sesselkonformation einnehmen. Dadurch liegen Bindungswinkel und Torsionswinkel nahe am Idealwert, wodurch Ringspannung minimiert wird.
Was passiert beim Umklappen der Sesselkonformation von Cyclohexan?
Axiale und äquatoriale Positionen tauschen. Ein Energieberg von ca. 10,8 kcal/mol muss überwunden werden. Die Konformation mit äquatorialem Substituenten ist stabiler.
Was ist ein Enantiomer?
Enantiomere sind Moleküle, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten, aber nicht zur Deckung gebracht werden können. Sie haben identische physikalische Eigenschaften, aber unterscheiden sich z. B. im Geruch oder in biologischer Wirkung.
Wie benennt man die absolute Konfiguration eines chiralen Zentrums?
Nach der Cahn-Ingold-Prelog-Regel:
Prioritäten nach Ordnungszahl vergeben
Geringste Priorität nach hinten
Drehrichtung der übrigen drei Gruppen entscheidet: → Uhrzeigersinn = R → Gegenuhrzeigersinn = S
Was ist ein racemisches Gemisch?
Ein Gemisch aus gleichen Mengen zweier Enantiomere. Es ist optisch inaktiv, da sich die Drehungen von polarisiertem Licht gegenseitig aufheben.
Was ist der Unterschied zwischen Enantiomeren und Diastereomeren?
Enantiomere: Spiegelbildisomere, nicht zur Deckung bringbar
Diastereomere: keine Spiegelbilder, aber gleiche Konnektivität (z. B. cis/trans-Isomere)
Was bedeutet Chiralität?
Chiralität ist die Eigenschaft eines Moleküls, nicht mit seinem Spiegelbild zur Deckung zu bringen zu sein. Voraussetzung ist, dass keine Spiegelebene oder Drehspiegelachse vorhanden ist.
Was sind Alkene?
Alkene sind ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die mindestens eine C=C-Doppelbindung enthalten. Aufgrund der Doppelbindung zählen sie zu den ungesättigten Verbindungen, da sie zusätzliche Reaktionsstellen besitzen.
Welche strukturellen Besonderheiten weist Ethen auf?
Ethen ist der kleinste Vertreter der Alkene.
Die C=C-Doppelbindung ist etwa 0,2 Å kürzer als die C–C-Einfachbindung in Ethan.
Alle Atome (C und H) liegen in einer Ebene; die C-Atome sind trigonal-planar angeordnet (Bindungswinkel um ca. 120°).
Was versteht man unter sp²-Hybridisierung in Alkenen?
Bei der sp²-Hybridisierung kombiniert jedes Kohlenstoffatom in einem Alken ein s-Orbital mit zwei p-Orbitalen, sodass drei energetisch gleichwertige sp²-Orbitale entstehen.
Diese Orbitale werden zur Ausbildung der σ-Bindungen herangezogen.
Ein nicht-hybridisiertes p-Orbital (pz) bleibt übrig, in dem die π-Bindung durch laterale Überlappung entsteht.
Wie entsteht die π-Bindung in Alkenen und welche Bedeutung hat sie?
Die π-Bindung entsteht durch die seitliche Überlappung der nicht-hybridisierten p-Orbitale der beiden Kohlenstoffatome. Sie verleiht Alkenen ihre charakteristische Doppelbindung und ist maßgeblich für deren Reaktivität verantwortlich, da sie bei Additionsreaktionen zuerst angegriffen wird.
Welche grundlegenden Regeln gelten bei der Nomenklatur von Alkenen?
Bestimme die längste Kohlenstoffkette, die die Doppelbindung enthält, und verwende die Endung „–en“.
Nummeriere die Kette so, dass das Doppelbindungs-Kohlenstoffatom die niedrigste Zahl erhält.
Bei mehrfach vorhandenen Doppelbindungen gibt es Präfixe wie „di-“ oder „tri-“; die Positionen der Doppelbindungen werden jeweils angegeben.
Substituenten, die an der Doppelbindung sitzen, werden entsprechend als Alkyliden oder Alkenyl bezeichnet.
Was passiert bei der Hydrierung von Alkenen?
Hydrierung ist die Addition von Wasserstoff (H₂) an die Doppelbindung.
Dabei werden zwei H-Atome angelagert und die Doppelbindung in eine Einfachbindung umgewandelt.
Diese Reaktion verläuft exotherm, wobei die freiwerdende Hydrierungswärme ein Maß für die Stabilität des Alkens ist.
Ein Übergangsmetallkatalysator (z. B. Pd oder Pt) wird benötigt; wenn die Reaktion auf Alkenebene gestoppt werden soll, wird oft der Lindlar-Katalysator eingesetzt.
Was versteht man unter E/Z-Isomerisierung in Alkenen?
Die E/Z-Isomerisierung beschreibt, dass bei einer Doppelbindung aufgrund der eingeschränkten Rotation zwei isomere Formen entstehen können, wenn an den Doppelbindungs-Kohlenstoffen unterschiedliche Substituenten vorliegen.
„E“ (entgegen) bedeutet, dass die beiden höher substituierten Gruppen auf gegenüberliegenden Seiten liegen; „Z“ (zusammen) bedeutet, sie liegen auf derselben Seite.
Die Umwandlung erfordert das Brechen der π-Bindung und hat eine hohe Energiebarriere (ca. 64 kcal/mol), sodass eine Isomerisierung ohne Energiezufuhr (z. B. durch Licht) kaum stattfindet.
Welche Reaktionen finden als Additionsreaktionen an Alkenen statt?
Alkene reagieren in der Regel mit elektrophilen Reagenzien.
Zum Beispiel addiert sich Wasserstoffhalogenid (z. B. HBr) an ein unsymmetrisches Alken gemäß der Markovnikov-Regel: Das Proton lagert sich am wasserstoffreicheren Kohlenstoffatom an, während das Halogenid den stärker substituierten Kohlenstoff bindet.
Auch Wasser (unter sauren Bedingungen) kann an die Doppelbindung addiert werden (Hydratisierung), ebenso wie Halogene, was zu vicinalen Dihalogeniden führt.
Wie werden Alkene in der Kunststoffchemie verwendet?
Alkene dienen als Monomere für die Polymerisation.
Ein klassisches Beispiel ist Ethen, das zu Polyethylen (PE) polymerisiert wird – einem der am häufigsten verwendeten Kunststoffe.
Ebenso werden andere Alkene als Ausgangsstoffe für die Synthese von Polyvinylchlorid (PVC) oder Polystyrol genutzt.
Was sind Alkene und wie ist ihre allgemeine Struktur?
Alkene sind ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit mindestens einer C=C-Doppelbindung.
Allgemeine Summenformel: CₙH₂ₙ (n. Für cyclische)
Die Doppelbindung besteht aus einer σ-Bindung (durch sp²-Hybridorbitale) und einer π-Bindung (durch laterale p-Orbital-Überlappung).
Die C-Atome an der Doppelbindung sind trigonal-planar angeordnet (Bindungswinkel ≈ 120°), z. B. in Ethen.
Was ist sp²-Hybridisierung und wie erklärt sie die Struktur der Alkene?
Ein s-Orbital und zwei p-Orbitale des C-Atoms verschmelzen zu drei sp²-Hybridorbitalen, die in einer Ebene liegen (planar, 120°).
Ein weiteres nicht-hybridisiertes p-Orbital bleibt senkrecht zur Ebene stehen → π-Bindung durch seitliche Überlappung.
So entsteht die typische flache Struktur mit eingeschränkter Drehbarkeit um die C=C-Bindung.
Warum ist die Drehung um die C=C-Doppelbindung nicht möglich?
Eine Rotation um die Doppelbindung würde die π-Bindung zerstören, da die p-Orbitale nicht mehr seitlich überlappen können.
Deshalb haben Alkene eine eingeschränkte Rotationsfreiheit und können E/Z-Isomere bilden.
Was sind E/Z-Isomere und wie erkennt man sie?
E/Z-Isomerie tritt bei Alkenen mit zwei unterschiedlichen Substituenten pro Doppelbindungs-C auf.
Z (zusammen): höher priorisierte Gruppen auf der gleichen Seite.
E (entgegen): höher priorisierte Gruppen auf gegenüberliegenden Seiten.
Die Priorität wird nach Cahn-Ingold-Prelog-Regeln vergeben (höhere Ordnungszahl → höhere Priorität).
Wie läuft die Nomenklatur von Alkenen ab?
Längste Kette mit Doppelbindung finden → Endung „–en“.
Nummerierung so, dass die Doppelbindung die kleinste Positionsnummer erhält.
Position der Doppelbindung angeben (z. B. But-2-en).
Bei mehreren Doppelbindungen: „–dien“, „–trien“ etc.
Bei Ringsystemen oder asymmetrischer Substitution: Z/E-Nomenklatur verwenden.
Was ist die Hydrierung von Alkenen?
Addition von H₂ an die C=C-Doppelbindung → gesättigtes Alkan entsteht.
Katalysator erforderlich: z. B. Pd, Pt, Ni
Die Reaktion ist exotherm, die dabei freigesetzte Hydrierungswärme ist ein Maß für die Stabilität des Alkens.
Reihenfolge der Stabilität: Tetra-substituiertes > Tri > E > Z > mono-substituiertes > terminales Alken
Welche Additionsreaktionen sind typisch für Alkene?
Addition von HX (Halogenwasserstoff): → folgt der Markovnikov-Regel: H⁺ geht an das H-reichere C, X⁻ an das besser substituierte.
Hydratisierung (H₂O + H⁺): → Addition von Wasser unter saurer Katalyse → Alkohol
Halogenierung (z. B. Br₂): → Bildung von vicinalen Dihalogeniden
Baeyer-Probe (KMnO₄): → cis-Diol + Braunstein (MnO₂), dient auch als Nachweisreaktion für Doppelbindungen.
Was ist die Regel von Markovnikov?
Bei der elektrophilen Addition an asymmetrisch substituierte Alkene lagert sich das H⁺ an das H-reichere C-Atom, das Nukleophil (X⁻) an das besser substituierte C-Atom an → stabileres Carbenium-Ion als Zwischenstufe.
Was passiert bei der Addition von Halogenen an Alkene?
z. B. Br₂ reagiert mit Alken → trans-stereoselektive Addition, z. B. bei Cyclohexen entsteht trans-1,2-Dibromcyclohexan.
In der Reaktion entsteht ein Bromonium-Ion als Zwischenstufe, das dann von Br⁻ angegriffen wird → Anti-Addition.
Was zeigt die Baeyer-Probe?
Kaliumpermanganat (KMnO₄) reagiert mit Alkenen zu cis-Diolen.
KMnO₄ wird zu Braunstein (MnO₂) reduziert → Farbumschlag von violett zu braun
Dient als Nachweisreaktion für C=C-Doppelbindungen
Welche Bedeutung haben Alkene für die Polymerchemie?
Alkene können durch radikalische oder koordinative Polymerisation zu Kunststoffen umgewandelt werden.
Beispiele:
Ethen → Polyethylen (PE)
Vinylchlorid → Polyvinylchlorid (PVC)
Styrol → Polystyrol (PS)
Diese Kunststoffe sind alltagsrelevant (Verpackungen, Dämmstoffe, Rohre …).
Was ist (Z)-Retinal und was bewirkt seine E/Z-Isomerisierung?
(Z)-Retinal ist ein lichtempfindliches Molekül in den Photorezeptoren des Auges.
Bei Lichteinfall isomerisiert es zu (E)-Retinal → löst eine Signaltransduktionskaskade aus → essentielle Rolle beim Sehvorgang.
Was ist eine elektrophile Addition und warum reagieren Alkene so?
Die C=C-Doppelbindung hat eine hohe Elektronendichte → zieht Elektrophile an.
→ Reaktionstyp: elektrophile Addition
→ Beispiel: Addition von HBr oder Br₂ an ein Alken
Welche Schritte laufen bei einer elektrophilen Addition an Alkene ab?
Angriff des Elektrophils (z. B. H⁺) an die Doppelbindung → Bildung eines Carbeniumions
Nukleophiler Angriff (z. B. Br⁻) auf das Carbeniumion → Produktbildung → Reaktionsmechanismus über zwei Schritte
Was ist das Markownikow-Gesetz?
„Das Wasserstoff-Atom addiert sich an das C-Atom mit den meisten H-Atomen.“
→ Das stabilere Carbeniumion bildet sich bevorzugt
→ Das Elektrophil (z. B. H⁺) bindet an das weniger substituierte C-Atom
Wie unterscheiden sich cis- und trans-Isomere bei Alkenen?
cis-Alken: Substituenten auf der gleichen Seite der Doppelbindung
trans-Alken: Substituenten auf gegenüberliegenden Seiten → Unterschiedliche physikalische Eigenschaften (Siedepunkt, Dipolmoment etc.)
Warum sind trans-Alkene meist stabiler als cis-Alkene?
Wegen geringerer sterischer Hinderung: Substituenten stoßen sich weniger ab → trans stabiler.
Was ist eine Bromwasserprobe und wie funktioniert sie bei Alkenen?
Nachweisreaktion für C=C-Doppelbindungen
Braun gefärbtes Bromwasser wird entfärbt, wenn eine Addition an die Doppelbindung erfolgt. → Beobachtung: Entfärbung = Alken vorhanden
Wie ist die Stabilität von Carbeniumionen in der Addition an Alkene?
Stabilität:
tertiär > sekundär > primär
→ Stabilere Carbeniumionen entstehen bevorzugt → beeinflusst Produktverteilung (Markownikow)
Wie funktioniert die Addition von Wasser (H-OH) an Alkene?
Findet unter säurekatalysierten Bedingungen statt
H⁺ addiert sich zuerst, dann greift H₂O als Nukleophil an → Produkt: Alkohol (gemäß Markownikow-Regel)
Welche Rolle spielen Katalysatoren bei der Hydrierung von Alkenen?
Katalysatoren wie Pd, Pt oder Ni ermöglichen die Addition von H₂ an Doppelbindungen → Produkt: Alkan → Wichtig z. B. bei Fetthärtung
Was ist eine Anti-Addition? Gib ein Beispiel.
Eine Addition, bei der die beiden Additionspartner auf entgegengesetzten Seiten der Doppelbindung angreifen.
Beispiel: Br₂-Addition → trans-Dibromalkan entsteht
Wie kann man die Reaktionsmechanismen von Additionen an Alkene experimentell nachweisen?
Durch Verwendung von stereochemischen Markierungen (z. B. Deuterium), Beobachtung von cis-/trans-Produkten, Einsatz von Bromwasser oder Kaliumpermanganat
Was sind Alkine?
Alkine sind ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit mindestens einer C≡C-Dreifachbindung.
→ Sie sind linear gebaut und haben die allgemeine Formel: CₙH₂ₙ₋₂
Wie ist ein Alkin hybridisiert und aufgebaut?
Die Kohlenstoffatome in Alkinen sind sp-hybridisiert:
σ-Bindung aus sp-sp-Überlappung
2 π-Bindungen durch p-Orbitalüberlappung → Bindungswinkel = 180°, Moleküle sind linear → C–H-Bindung am sp-C ist besonders stark & kurz
Warum sind Alkine „saurer“ als Alkene und Alkane?
Alkine haben einen höheren s-Charakter (50 %) in der C–H-Bindung →
→ Das C-Atom ist elektronegativer → stabileres Carbanion
→ pKa-Wert eines Alkins ≈ 25, Alkene ≈ 44, Alkane ≈ 50
Welche spektroskopischen Eigenschaften haben Alkine?
In der IR-Spektroskopie erkennt man Alkine an:
sp-C–H-Schwingung: 3260–3300 cm⁻¹
sp²-C–H: 3050–3150 cm⁻¹
sp³-C–H: 2840–3000 cm⁻¹ → C≡C-Streckschwingung: ca. 2100–2260 cm⁻¹
Wie ist die thermodynamische Stabilität von Alkinen?
Alkine sind energiereicher als Alkene und Alkane
Ihre Verbrennung setzt viel Wärme frei (z. B. Acetylen-Schweißbrenner)
Interne Alkine sind stabiler als terminale Alkine
Was passiert bei der Hydrierung von Alkinen?
Mit Pd, Pt oder Ni → vollständige Hydrierung zu Alkanen
Mit Lindlar-Katalysator → cis-Alken (teilweise Hydrierung)
Mit Na in NH₃(l) → trans-Alken
Was ist der Lindlar-Katalysator?
Ein Pd-Katalysator mit Blei(II)-acetat und Chinolin, der die Hydrierung eines Alkins selektiv beim Alken stoppt → Bildung eines cis-Alkens
→ Entwickelt zur Vitamin-A-Synthese
Wie verläuft die Addition von Halogenwasserstoffen (z. B. HCl) an Alkine?
Zwei Äquivalente HX können addiert werden
Reaktion folgt der Markownikow-Regel → z. B. HBr an terminales Alkin → 1,1-Dibromalkan
Wie unterscheidet sich die Addition von HX an Alkine von Alkenen?
Alkine reagieren wie Alkene, aber mit zwei Additionsstufen → Aus Alkin → Alken → Alkan mit 2 Substituenten
Regioselektivität bleibt: Markownikow-Regel
Wie kann man experimentell Alkine nachweisen?
IR-Spektroskopie: C≡C & sp-C–H
Chemisch: Umsetzung mit Na/NH₃ → Bildung von Trans-Alkenen
Hydrierungsverhalten mit Lindlar-Katalysator unterscheidet sie von Alkenen
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