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Aufgaben zur Vorlesung OC-I 1) Wie kommen Kohlenhydrate zu

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Aufgaben zur Vorlesung OC-I
im SS 2005 von Bernd Goldfuß
www.uni-koeln.de/goldfuss/oc1
14. Woche (18. - 21. Juli)
1) Wie kommen Kohlenhydrate zu ihrem Namen? Ist diese Bezeichnung korrekt? Welche
Organismen bilden Kohlenhydrate und wozu werden sie eingesetzt? Wie werden
Kohlenhydrate unterteilt?
2) Zeichnen Sie jeweils zwei Aldo-Tetrosen, Aldo-Pentosen, Aldo-Hexosen und KetoHexosen stereochemisch korrekt.
3) Was wird durch Fehlingsche-Lösung oder den Tollens-Test bei Sacchariden
nachgewiesen? Welche Reaktionen laufen ab?
4) Warum gibt Fructose positive Fehling- und Tollens-Reaktionen? Welche Reaktionen
laufen ab und warum werden sie in alkalischem Medium beschleunigt?
5) Warum wird D-Fructose (1.75 x süßer als Rohrzucker) auch Lävulose genannt? Was
bedeutet das "D"? Wie (warum ?) nennet man D-Glucose (0.75 fache Süßkraft des
Rohrzuckers), neben Traubenzucker, noch?
6) D-Fructose liegt in wässriger Lösung als β-Fructopyranose (57%), als α-Fructopyranose
(3%), als β-Fructofuranose (31%) und als α-Fructofuranose (9%) vor. Beschreiben Sie
diese Strukturen, erklären Sie die Stereochemie (-Deskriptoren) und die Stabilität der
Pyranosen.
7) Warum gibt Rohrzucker in neutralem und alkalischem Medium keine positive Fehlingoder Tollens-Probe? Wie erklären Sie, warum in sauer Lösung Rohrzucker ([a]D= +66°)
langsam den Drehwert bis zum Vorzeichenwechsel (Invertzucker, [a]D= -20°) ändert.
8) Amygdalin ist ein O-glycosidisch gebundenes Cyanhydrin in bitteren Mandeln. Bei
saurer Hydrolyse (z.B. im Magen) wird D-Glucose, Benzaldehyd (Back-Aroma,
Bittermandelöl) und Blausäure freigesetzt. Beschreiben Sie ein O-Glycosid, das diese
Bestandteile erklärt, stereochemisch korrekt und erklären Sie die Giftwirkung von bitteren
Mandeln.
9) Worin gleichen und worin unterscheiden sich Amylose, Amylopectin, Glycogen,
Cellulose und Chitin? Wie kommen sie vor? Welche der Verbindungen kann man für eine
Farbtest-Reaktion verwenden?
10) Wie können aus einem Aldehyd sowohl eine der genetisch-codierte Aminosäure als
auch eine Aldose durch zwei analoge, zweistufige Syntheseschritte erhalten werden?
11) Welche Eigenschaften und strukturellen Besonderheiten hat die Peptid (Amid)Bindung?
12) Welche Eigenschaften haben Aspartam und Glutathion? Wie wirken Penicilline?
13) Was ist ein Ramachandran-Plot? Was charakterisiert eine α-Helix und ein β-Faltblatt?
14) Welche Bindungen sind für die 3D-Struktur von Insulin essentiell?
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Aufgaben zur Vorlesung OC-I
im SS 2005 von Bernd Goldfuß
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13. Woche (11. - 14. Juli)
1) Wie kann Acetaldehyd säure- oder basenkatalysiert unter C-C- bzw. C=C-Knüpfung
reagieren? Erklären Sie die Mechanismen.
2) Formulieren Sie die schrittweise Bildung von Mesitylen aus Aceton.
3) Wie kann Pentaerythrit aus Acetaldehyd hergestellt werden? Wozu wird es eingesetzt?
4) Wie und aus welcher gemeinsamen Vorstufe können Chalkon und Zimtaldehyd erhalten
werden?
5) Mit welcher Reaktion (detaillierter Mechanismus) ist Zimtsäure aus Malonsäure
zugänglich?
6) Warum kann von β-Ketocarbonsäuren oft kein Schmelzpunkt bestimmt werden?
7) Wie kann 2,2,5-Trimethylcyclopentanon hergestellt werden? Welchen Vorteil hat dieser
Umweg im Vergleich zur direkten Synthese aus Cyclopentanon?
8) Erklären Sie die Begriffe "Ester"- und "Keton"-Spaltung.
9) Beschreiben Sie für die vier fundamentalen Naturstoffe jeweils den Aufbau und die
Funktionen.
10) Was sind Lipide und wie können sie weiter unterteilt werden?
11) Was ist "Seife"?
12) Woher stammt der Name "Butan"?
13) Nennen Sie drei unterschiedliche Funktionen von Fettsäuren in lebenden Organismen.
14) Was ist an "ungesättigten" Fettsäuren bemerkenswert und welche Funktion steckt
dahinter?
15) Wozu setzen Cyclooxygenasen (COX) Arachidonsäure um? Warum werden diese
COX-Enzyme vom Menschen gerne durch Pharmaka (Beispiel?) gehemmt? Welche
Nachteile entstehen dabei?
16) Beschreiben Sie den physiologischen Ab- und Aufbau von Buttersäure und erklären
Sie Reaktionsschritte zur Steigerung der Reaktivität. Welche "organische Reaktion" steht
hinter der C-C-Knüpfung und -Spaltung?
17) Was sind Phosphatide und welche Funktion kommt ihnen zu?
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Aufgaben zur Vorlesung OC-I
im SS 2005 von Bernd Goldfuß
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12. Woche (04. - 07. Juli)
1) Wie können Sie Tributyrglycerol vollständig verseifen? Was entsteht?
2) Wie kann Nitroglycerin hergestellt werden und wozu wird es verwendet? Warum ist es
sehr gefährlich? Warum ist der Name eigentlich nicht korrekt?
3) Wozu wird Dimethylsulfat eingesetzt? Warum ist es sehr gefährlich?
4) Mit Chloralhydrat kann aus einer alkalischen D2O-Lösung deuteriertes Chloroform
(CDCl3, Lösungsmittel für die NMR-Spektroskopie) hergestellt werden. Formulieren Sie
den Mechanismus.
5) 4-Hydroxybutanal kann leicht cyclisieren. Wozu? Formulieren Sie die Mechanismen
Säure- und Basen-katalysiert.
6) Wozu kann cyclisiertes 4-Hydroxybutanal mit Methanol reagieren? Erklären Sie ob die
Bildung und die Hydrolyse dieses Produkts Säure- oder / und Basen-katalysiert möglich
sind.
7) 2-Oxopropansäuremethylester soll mit einem Grignard-Reagenz in 3-Hydroxy-3methylbutan-2-on überführt werden. Welches Problem besteht und wie kann es umgangen
werden?
8) Wie kann die Einstellung eines Keto-Enol-Tautomerie-Gleichgewichts beschleunigt
(katalysiert) werden? Auf welcher Seite liegt das Gleichgewicht normalerweise? Warum?
9) Aus 3,4-Dihydroxy-2-oxopentansäure kann sich ein Lacton bilden. Welche strukturellen
Variationen und welche Redox- und Säure/Base-Eigenschaften vermuten Sie für dieses
Lacton? Welchem Naturstoff ähnelt es?
10) Wie kann aus 2,5-Hexandion ein Furan, wie ein Pyrrol erhalten werden?
11) Welches Diazol und welches Diazin sind in Purinen kondensiert? Welche strukturellen
Ähnlichkeiten bestehen zwischen Xanthin, Harnsäure und Coffein?
12) Worin unterscheiden sich Adenin und Guanin? Wo treten sie auf? Welche besondere
Eigenschaft hat Guanidin und in welcher Beziehung steht es zu Harnstoff?
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Aufgaben zur Vorlesung OC-I
im SS 2005 von Bernd Goldfuß
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11. Woche (27. - 30. Juni)
1) Wie kann Ethanol in der Atemluft durch einen Farbtest nachgewiesen werden?
Formulieren Sie stöchiometrische Reaktionsgleichungen.
2) Wie erhalten Sie aus 2-Butanol eine Grignard-Verbindung und daraus 3,4-Dimethyl-3hexen? Was entsteht bei der Umsetzung des Metallorganyls mit D2O?
3) Wie könnte aus Isobutan 2,2-Dimethylpropansäure (Pivalinsäure) hergestellt werden?
4) Wie erhalten Sie aus Neopentan und einer Carbonylverbindung 2,2,4-Trimethylpentan3-ol? Welche Nebenreaktionen treten auf?
5) Welche Gemeinsamkeiten besitzen die Cannizzaro-Disproportionierung, die MeerweinPonndorf-Verley-Reduktion und die Grignard-Reduktion?
6) Mit dem Ziel einer C-C-Kupplung wird ein Grignard-Reagenz unter Schutzgas mit einer
äquimolaren Menge Aceton zur Reaktion gebracht. Nach hydrolytischer Aufarbeitung wird
aber nahezu vollständig Aceton und etwas Isopropanol erhalten. Was ist geschehen?
7) Welche Verbindung könnte aus Pivalaldehyd durch sukzessive Behandlung 1) mit
NaOH-Lösung und 2) mit konz. H2SO4 gebildet werden?
8) Oxalsäuredimethylester soll durch Behandlung mit Methylmagnesiumiodid in ein Glycol
überführt werden. Wie verläuft die Reaktion, wie viele Äquivalente des Grignard-Reagenz
werden benötigt? Was wird bei der Behandlung mit überschüssigem LiAlH4 erhalten?
9) Wie stellen Sie Cyclobutan-1,1-dicarbonsäure (für das Krebsmedikament Carboplatin)
aus Malonsäurediethylester als alleiniger C-Quelle her?
10) Warum verläuft die C-C-Kupplung von Grignard-Reagenzien mit Carbonylverbindungen oft effizienter als die mit Alkylhalogeniden? Wie kann das SchlenkGleichgewicht beeinflusst werden?
11) Thioessigsäure kann als Thiol- oder Thion- Tautomer auftreten. Welches ist stabiler?
12) Zeigen Ester (X=O) oder Thioester (X=S in H3C-(C=O)XR) die höhere CO-Elektrophilie
bzw. eine stärkere C-H Acidität? Warum? Wozu verwenden Sie jetzt gerade Thioester?
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Aufgaben zur Vorlesung OC-I
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10. Woche (20. - 23. Juni)
1) Geben Sie ein Beispiel für eine Michael-Addition. Was sind die Unterschiede im
Vergleich zu Additionen an Propen?
2) Vergleichen Sie Reaktionsenergie-Diagramme von 1,2-Eliminierungen nach E2-, E1und E1cb- Mechanismen und geben Sie jeweils Beispiele.
3) Aus 2-Bromhexan sollen Hexene mit Kaliumtertbutanolat oder DBU (1,8Diazabicyclo[5.4.0]undec-7-en) hergestellt werden. Worin unterscheiden sich Sayzev- und
Hofmann-Produkte? Wie kann man die Bildung dieser Produkte beeinflussen? Welche
Nebenreaktionen können auftreten?
4) Erklären Sie welche Olefine (wie?) erhalten werden können aus:
a) 1-Brom-1-methylcyclohexan
b) (1S)-(2R)-1-Brom-2-methylcyclohexan
c) (1R)-(2R)-1-Brom-2-methylcyclohexan
d) cis- oder trans-1-Brom-4-methylcyclohexan:
- sind hier chirale Alkene möglich?
- eliminiert das cis- oder das trans-Isomere schneller? Warum?
5) Wie können Sie aus (1S,2R)-1-Amino-1,2-diphenylpentan das Z- und wie das EStilbenderivat herstellen?
6) Wie können Sie aus (1S,2R)-1-Hydroxy-1,2-diphenylpentan das Z- und wie das EStilbenderivat herstellen?
7) (1S,2R)-1-Hydroxy-1,2-diphenylpent-4-en reagiert in wässriger Säure unter Eliminierung
von Wasser zu einem Carbeniumion, aus dem eine Vielzahl von Produkten entstehen.
Nennen und erklären Sie mindestes fünf konstitutionell unterschiedliche Produkte.
8) Wie könnte man Tolan aus Stilben erhalten?
9) Formulieren Sie die Synthese-Sequenz:
Cyclopentan → Cyclopenten → Cyclopentadien → Methylcyclopentadien
10) Wie erhalten Sie Dichlorcarben (elektronische Struktur?) aus Chloroform?
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Aufgaben zur Vorlesung OC-I
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9. Woche (13. - 16. Juni)
1) Welche Vorteile bietet die Sandmeyer-Halogenierung im Vergleicht zur Halognierung
durch elektrophile aromatische Substitution? Welche mechanistischen Unterschiede treten
auf?
2) Wie kann Naphthalin in ein Naphthol und wie in ein Naphthalinfluorid überführt werden?
Welche Isomere sind jeweils möglich und welche werden bevorzugt erhalten?
3) Wie können Sie aus Naphthalin ein Binaphthyl erhalten?
4) Was sind Azofarbstoffe und wie kann man sie herstellen (Bsp.)?
5) Was versteht man unter einer "atomökonomischen" Reaktion (Bsp.) und welche Vorteile
bietet sie?
6) Geben Sie Beispiele für Additionen, die nach drei grundsätzlich unterschiedlichen
Mechanismen verlaufen und erklären sie diese.
7) Wie kann Styrol in 1-Phenylethanol, wie in 2-Phenylethanol überführt werden?
8) Wie synthetisieren Sie n-Valeriansäure und wie 2-Hexanon jeweils aus n-Butylbromid?
Welche bemerkenswerte Gemeinsamkeit haben die Synthesen wenn Sie n-Butylbromid
jeweils als Elektrophil einsetzen?
9) Wie kann Iso-(Z-)-Stilben in ein meso- und wie in ein chirales 1,2-Diphenylglycol
überführt werden? Wie ist Benzoesäure aus Stilben aus 1,2-Diphenylglycol zugänglich?
10) Welche Reaktion ist zwischen E-Stilben und Butadien möglich? Welche Produkte
werden gebildet? Warum kann Stilben nicht direkt sondern nur über Umwege (wie ?) in
Diphenylethan überführt werden?
11) Wie können Sie E-Stilben und wie Z-Stilben aus Tolan (Diphenylacetylen) erhalten?
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8. Woche (06. - 09. Juni)
1) Warum ist Senfgas sehr gefährlich? Warum kann S-Lost mit "Chlorkalk" unschädlich
gemacht werden? Warum wirkt Cyclophosphamid zytostatisch?
2) Wie könnte (2S)-2-Butanol in (2S)-2-Butylchlorid und wie in (2R)-2-Butylchlorid
überführt werden? Wie ist daraus (2S)-2-Butyliodid zugänglich?
3) Welche fundamentale Wechselwirkung erklärt den hohen Siedepunkt von Ethanol
(Sdp.: +78 °C) im Vergleich zu Dimethylether (-23 °C) und Ethylmercaptan (+35 °C)?
4) Wie können Sie Alkylnitrile (Cyanide) und wie Isonitrile (Isocyanide) synthetisieren?
Welche Produkte erhalten Sie jeweils nach vollständiger Hydrolyse (Mechanismen)?
5) Vergleichen Sie die Reaktionsdiagramme der Nitrierung von Anisol in para- und metaPosition und erklären Sie daran die Regioselektivitäten. Verläuft die Nitrierung von Anisol
schneller oder langsamer als die von Benzol?
6) Wie können Sie NO+ und NO2+ Elektrophile herstellen? Benennen Sie die Teilchen und
formulieren Sie jeweils ein isoelektronisches, neutrales Analogon.
7) Wie können Sie Anilin aus Benzol synthetisieren?
8) Erklären Sie die SSS- und KKK-Regeln.
9) Wie erhalten Sie aus Toluol die para-Toluolsulfonsäure?
10) Wie können Sie aus Benzol n-Butyrophenon, wie n-Butylbenzol erhalten? Diskutieren
Sie Vor- und Nachteile der Synthesen sowie mögliche Nebenreaktionen.
11) Wie können Formylgruppen an reaktionsträgen Benzolderivaten eingeführt werden?
12) Beschreiben Sie mechanistisch Formylierungen nach Vielsmeier und ReimerTiemann. Welche Substrate sind geeignet, welche nicht?
13) Beschreiben Sie die Synthese von Acetylsalicylsäure. Wozu wird sie eingesetzt?
14) Wie kann DDT hergestellt werden? Welche Wirkung hat es? Warum ist DDT in vielen
Ländern verboten?
15) Welche Gemeinsamkeiten und welche Unterschiede weisen nukleophile und
elektrophile aromatische Substitutionen auf? Beschreiben Sie zwei Beispiel-Reaktionen
mit unterschiedlichen Aromaten, die sich nukleophil substituieren lassen.
16)
Können
neben
Additions-/Eliminierungssequenzen
auch
Eliminierungs-/
Additionssequenzen zu aromatischen Substitutionsprodukten führen? Welche besonderen
Intermediate treten dabei auf?
17) Formulieren Sie den Mechanismus der Bildung von Phenyldiazoniumchlorid aus Anilin.
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Aufgaben zur Vorlesung OC-I
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7. Woche (30. Mai- 02. Juni)
1) Vergleichen Sie anhand von Beispielen die Reaktionsenergiediagramme von SN1- und
SN2-Mechanismen. Wie und warum verändern sich diese Reaktionsprofile beim Wechsel
der Lösungsmittel von Ethanol zu DMF?
2) 1-Heptanol wird mit wässriger HBr-Lösung gekocht. Erklären Sie mechanistisch die
Bildung des Produkts.
3) Wie könnte man 1-Heptanol aus 1-Heptylamin herstellen?
4) Was wird bei der "Hofmann"-Alkylierung von Ammoniak mit Ethylbromid neben
Ethylamin (EtNH2) noch erhalten? Warum? Wie könnte Mono-Ethylamin besser erhalten
werden? (-> Gabriel-Phthalimid-Alkylierung).
5) Erklären Sie die relativen SN1- und SN2-Solvolyse-Geschwindigkeiten von R-Br mit
R=Me, Et, iso-Pr, tert-Bu (Ingold-Plot).
6) Erklären Sie an Beispielen die Unterschiede zwischen "neutraler" und "positiver"
Hyperkonjugation.
7) Was muss bei der Handhabung von Benzylbromid, Bromaceton und Bromacetonitril
beachtet werden?
8) Mit Methoxymethylchlorid (MOM-Cl) können Alkohole (HO-R) maskiert (geschützt)
werden. Erklären Sie die Bildung, die Stabilität und die Entschützung von MOM-O-R.
9) Was versteht man unter "Umpolung"? Erklären Sie anhand der Bildung eines GrignardReagenzes.
10)
Wie
könnte
1,3-Dibrombicyclo[1.1.1]pentan
(=[1.1.1]Propellan) überführt werden?
in
Tricyclo[1.1.1.01,3]pentan
11) Enantiomerenreine D-2-Brompropionsäure wird in stark alkalischem Milieu in
"rechtsdrehende" S-(+)-Milchsäure (bzw. Lactat) überführt.
a) erklären Sie den Mechanismus und die stereochemischen Deskriptoren: D, S, (+).
b) in schwach alkalischem Milieu wird dagegen "linksdrehdende" Milchsäure erhalten.
Erklären Sie (-> anchimerer Effekt)!
c) wie kann die Brompropionsäure stereospezifisch in Alanin überführt werden?
12) Eine scalemische (teil-racemische) Probe von chiraler Weinsäure zeigt einen
spezifischen Drehwert von [α]D20 = -6. Für reine L-Weinsäure ist [α]D20 = +12 bekannt.
Welche Zusammensetzung (optische Reinheit, er, CIP-Nomenklatur) hat die Probe?
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6. Woche (23. - 25. Mai)
1) Was ist AIBN? Warum (drei Gründe) bildet es leicht Alkyl-Radikale?
2) Welche (Neben)Reaktionen und (Neben)Produkte erwarten Sie zwischen dem 1-nButylradikal und:
a) n-Butan
b) Isobutan
c) 2-Buten
d) 1-Butin
e) n-Butan-2-yl
f) Iod
g) Benzol
3) 2-Cyanoacrylsäuremethylester ist Bestandteil in Sekundenklebern und polymerisiert
extrem leicht. Warum? Vergleichen Sie mit "normalen" Polyacrylaten.
4) Bei der Bromierung von Isobutan erhalten Sie verschiedene Monobromide. In welchen
Anteilen entstehen sie? Wie erklären Sie die Selektivität?
5) Welche Produktverteilung erwarten Sie bei der Chlorierung von Isobutan? Warum
erhalten Sie andere Selektivitäten als bei der Bromierung?
6) Ordnen und begründen Sie die C-H Bindungsstärken in Ethan, Ethin und Ethen.
7) Welche Radikale könnten prinzipiell durch H-Abstraktion aus Toluol entstehen?
Diskutieren Sie die Stabilitäten.
8) Warum ist die C-H Homolyse in Ethan einfacher als in Methan?
9) Vergleichen Sie die VB- und die MO-Beschreibung [Hückel-MO-Berechnung] des AllylRadikals. Wo hält sich das ungepaarte Elektron auf?
10) Was muss bei der Lagerung und Handhabung von THF und Diethylether beachtet
werden? Weshalb ist Methyltertbutylether (MTBE, Antiklopfmittel in bleifreiem Benzin)
weniger gefährlich, obwohl es ebenfalls sehr leicht entflammbar ist?
11) Warum sind Trityl-Radikale so stabil, dass sie sogar im Gleichgewicht mit ihren
Dimeren (Struktur?) auftreten?
12) Wie könnte 1-Hexen in 3-Bromhex-1-en überführt werden? Welche Nebenreaktionen
können (wie?) vermieden werden?
13) Beschreiben Sie die Synthese von 1,2-Dibromethan aus Bernsteinsäure.
14) Werden Halogenkohlenwasserstoffe auch aus "natürlichen" Quellen in die Umwelt
abgegeben?
15) Wie schützen sich lebende Organismen vor "freien Radikalen"?
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5. Woche (9. - 12. Mai)
1) Wie können Sie aus Bernsteinsäure-Derivaten zwei Isomere Butendisäuren
(Nomenklatur) synthetisieren? Warum bildet das eine Isomer ein Anhydrid, das andere
nicht? Wie können die isomeren Säuren ineinander überführt werden? Wie lautet der
Trivialname für Hydroxybernsteinsäure? Wie unterscheiden sich Malate und Malonate?
Was sind Succinate? Zeichnen Sie die Strukturen von Oxalsäure, Malonsäure, Weinsäure,
Citronensäure, Glutarsäure, Adipinsäure und Pimelinsäure.
2) Erklären Sie an pi-MO von Butadien warum die Konjugation von zwei C=CDoppelbindungen stabilisierend ist. Wie kann diese Stabilisierung durch Konjugation
experimentell belegt werden, wie groß ist sie? Welche Besonderheit ergibt sich daraus für
die Grenzorbitale in Butadien? Welche Hydrierungsenthalpie erwarten Sie für 1,4Cyclohexadien im Vergleich zu 1,3-Cyclohexadien?
3) Welche Unterschiede bringt die lineare Konjugation in Butadien im Vergleich zur
cyclischen Konjugation in Cyclobutadien mit sich? [Führen Sie eine Hückel-MO-Berechnung
durch]*. Welche Geometrie hat Cyclobutadien?
4) Erläutern Sie Hydrierungsexperimente zur Quantifizierung der aromatischen
Stabilisierungsenergie von Benzol. Erklären Sie die Stabilisierung durch cyclische
Konjugation. Wie lautet die Hückel-Regel? Welche Geometrie hat Benzol? Zeichnen Sie
drei benzoide Aromaten.
5) Beschreiben Sie mit dem Prinzip des Frost-Kreises [und Hückel-MO-Berechnungen]* pi-MOEnergien des Cyclopropenyl-Kations und des Cyclopentadienyl-Anions. Was kann über
die Eigenschaften eines Cyclopropenyl-Anions und eines Cyclopentadienyl-Kations
vorhergesagt werden? Wie beschreibt das Frost-Kreis-Prinzip die Hückel-Regel?
6) Was bedeutet "Olefin"? Wie unterscheiden sich Olefine von benzoiden Aromaten
hinsichtlich ihrer Reaktivität gegenüber Brom? Erklären Sie dies an Butadien und
Naphthalin.
7) Erläutern Sie die Strukturen: Decalin, Adamantan, Diamant, Naphthalin, Anthracen,
Phenanthren, Pyren, Benzo[a]pyren (warum ist es so giftig?), Graphit, C60.
8) Erklären Sie Unterschiede und Gemeinsamkeiten von Acetylen(en) und Allen(en).
9) Was ist bei Methan/Chlor-Mischungen zu beachten? Wie verläuft der RadikalKettenmechnismus der Chlorierung von Methan?
*[für MO-Interessierte, download via: www.uni-koeln.de/goldfuss/oc1]
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4. Woche (2. - 4. Mai)
1) Welche Aussage macht die Erlenmeyer-Regel zu "normalen" Hydraten von
Carbonylverbindungen und warum ist Cyclopropanon eine Ausnahme?
2) Erklären Sie die funktionelle Gruppe und benennen Sie jeweils ein konkretes Beispiel:
Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren, Ester, Ether.
3) Wie kann das Ringgerüst in "Carboplatin" aus einem Cyclopropan-Derivat synthetisiert
werden? Wofür wird Carboplatin eingesetzt?
4) Worin unterscheiden sich Truxill- und Truxinsäure? Erklären Sie das Prinzip einer
Brønsted-Säure an Essigsäure, warum ist diese "saurer" als Ethanol? Warum ist
Quadratsäure stark sauer?
5) Warum ist planares Cyclopentan trotz "fast idealer" C-C-C Valenzwinkel gespannt?
Welche O- und N-Heteroderivate von Cyclopentan und Cyclohexan kennen Sie?
6) Zeichnen Sie Cyclohexan in der Sessel-, der Halbsessel-, der Twist- und in der
Wannen-Konformation. Erklären Sie die unterschiedlichen Stabilitäten.
7) Zeichnen Sie von 1-tert-Butyl-4-methylcyclohexan cis- und trans-Isomere. Welche
Konformere exisitieren von diesen Isomeren? Begründen Sie die relativen Stabilitäten.
8) Warum ist Cyclooctan gespannt? Vermuten Sie für Cyclooctatetraen eine planare oder
gefaltete Strukturen?
9) Worin unterscheiden und worin ähneln sich sigma- und pi-Bindungssysteme? Zeichnen
Sie die pi-Orbitale des Imins Me2C=NEt und erklären Sie daran die bevorzugte
Angriffsposition eines Nukleophils (z.B. OH2).
10) Was sind Grenzorbitale und warum spielen sie bei chemischen Reaktionen eine
herausragende Rolle? Warum sind Alkene bessere Elektrophile und bessere Nukleophile
als Alkane?
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3. Woche (25. - 28. April)
1) Konformer A und B stehen miteinander im Gleichgewicht, A ist um 0.6 kcal mol-1
stabiler als B. Zu welchen Anteilen liegen A und B bei 25 °C vor? Kann eine Aussage über
die Geschwindigkeit des Austausches zwischen A und B gemacht werden?
2) Wie können Kohlenwasserstoffe untergliedert werden? Was ist Petrolether und warum
ist diese Bezeichnung irreführend? Warum werden Paraffine so genannt? Was sind
"Aromaten"? Wie kann Kohle in Kohlenwasserstoffe überführt werden?
3) Schätzen Sie die Bildungsenthalpien (∆Hf) nach Benson's Inkrement-System (CH3: -10,
CH2: -5, CH: -2 und C: 0 kcal mol-1) für Ethan, n-Pentan, iso-Pentan und neo-Pentan.
Welche Verbrennungswärmen werden für diese Verbindungen bei vollständiger
Verbrennung zu CO2 und H2O (∆Hf = -94 und -68 kcal mol-1) freigesetzt (stöchiometrische
Gleichungen)? Welcher dieser Kohlenwasserstoffe ist für minimale CO2-Emission bei
maximaler Wärmeabgabe am besten bzw. am schlechtesten geeignet?
4) Erklären Sie Baeyer- und Pitzer-Spannungen. Verdeutlichen Sie die elektronischen
Ursachen und die Beträge der Spannungsenergien in MO-Energie-Diagrammen.
5) Wenn Cyclopropan einen Drei-Ring und Ethen einen "Zwei-Ring" darstellen, was
könnte dann ein "Ein-Ring" sein? (Tip: Ein-Ring + Ein-Ring → Zwei-Ring).
6) Welche Wirkstoffklasse und welcher Effektstoff sind besonders eng mit dem Namen
"Adolf
von
Baeyer"
Spannungstheorie
verbunden?
von
Baeyer?
Welchen
Fehler
Demonstrieren
Sie
enthält
diesen
die
ursprüngliche
Fehler
an
einem
selbstgebauten Cyclohexan-Modell.
7) Warum sind die C-C-Abstände in Cyclopropan ungewöhnlich kurz? Wie und warum
unterscheiden
sich
Cyclopropan
und
Cyclopentan
bei
der
Reaktion
mit
Bromwasserstoffsäure? Wie kann Cyclopropan synthetisiert werden und wo kommen
Derivate "natürlich" vor?
8) Könnte Cyclobutanon im Vergleich zu Cyclobutan planar sein?
12
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2. Woche (18. - 21. April)
1) Wie wird die Polarität einer sigma-Bindung (z.B. Cl-CH3) in der VB- und wie in der MOTheorie beschrieben?
2) Definieren Sie Elektronegativität. Welche Elektronegativität zeigt Kohlenstoff im
Vergleich zu a) seinen höheren Homologen? b) anderen Elementen der 2. Periode?
Wovon hängt Elektronegativität - neben der Stellung im PSE - noch ab? Wie und warum
ändert sich die Polarität in Csp3-H, Csp2-H, und Csp2-H Bindungen?
3) Warum ist Methan im Vergleich zu analogen (BH3, NH3, H2O) und homologen (SiH4)
Elementhydriden so unreaktiv? Charakterisieren Sie diese Verbindungen hinsichtlich ihrer
Nukleophilie und Elektrophilie? Welche Reaktionen erwarten Sie für diese Verbindungen
mit Hydrid (H-) Donor- (z. B. LiAlH4) oder Protonen (H+) Donor- (z.B. H2SO4) Reagenzien?
4) Was ist "Methan-Hydrat" und wo kommt es vor? Wie kann das plötzliche, waagerechte
Versinken von Schiffen auf See erklärt werden? Wie unterscheidet sich die Betankung von
PKW mit Erdgas im Vergleich zu Benzin? Was sind „schlagende Wetter“?
5) Was versteht man unter einer "Homologen Reihe"? Benennen Sie alle n-Alkane mit CAtomen von 1 bis 10. Zeichnen und benennen (IUPAC-Nomenklatur) Sie alle isolierbaren
Hexane. Was bedeutet Isomerie, welche liegt hier vor?
6) Zeichnen Sie: a) sec-Butylbromid, b) iso-Butylalkohol, c) 4-tert-Butyl-5-ethyl-3methyloctan, d) 1-n-Propyl-3-iso-propylbenzol, e) Ethylenglycol.
7) Was ist die Ursache für (und wie groß ist) die Barriere der Rotation um die sigma-C-C
Bindung in Ethan?
8) Beschreiben Sie das Konformationsprofil von n-Butan. Welche Konformere (chiral,
achiral) treten auf, wie erklären Sie die Energieunterschiede? Sind Ihre Hände chiral?
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im SS 2005 von Bernd Goldfuß
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1. Woche (11. - 14. April)
1) Welche Aussage ist richtig? "X verschiedene Kohlenstoffverbindungen sind bekannt"
a) X= ca. 500 000; b) X= zig Millionen c) X= etliche Milliarden
2) Wie viele unterschiedliche Dipeptide sind aus 20 verschiedenen Aminosäuren
herstellbar?
3) Beschreiben Sie drei organische Wirkstoffe.
4) Zeichnen Sie die Strukturen von Methan, Ethan, Aceton, Formaldehyd, Benzol, Toluol,
verschiedene Bromtoluole, Cyclopentadien, vom Cyclopentadienyl-Radikal und vom
Cyclopentadienyl-Anion.
5) Wozu verwendet man und worin unterscheiden sich VB- und MO-Theorien?
6) Was bedeutet ein Resonanz- (bzw. Mesomerie-) Pfeil? Wie unterscheidet er sich von
einem Reaktions- (oder Gleichgewichts-)Pfeil? Geben Sie jeweils ein Beispiel.
7) Konstruieren Sie für die C-H Komponente in Trichlormethan sigma- und sigma*Molekülorbitale.
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