Das Programm des Hauptkurses Organische Chemie und einige zusätzliche Materialien, die während der Vorlesungen vorgestellt werden – zweites Semester. Aromatische Verbindungen Bestimmung der Aromatizität

Aromatizität ist eine besondere Eigenschaft einiger chemischer Verbindungen, aufgrund derer der konjugierte Ring ungesättigter Bindungen eine ungewöhnlich hohe Stabilität aufweist; größer als das, was mit nur einer Konjugation zu erwarten wäre. Aromatizität steht nicht in direktem Zusammenhang mit dem Geruch organischer Verbindungen und ist ein Konzept, das die Gesamtheit der strukturellen und energetischen Eigenschaften bestimmter zyklischer Moleküle charakterisiert, die ein System konjugierter Doppelbindungen enthalten. Der Begriff „Aromatizität“ wurde vorgeschlagen, weil die ersten Vertreter dieser Stoffklasse einen angenehmen Geruch hatten. Die häufigsten aromatischen Verbindungen enthalten sechs Kohlenstoffatome im Ring; Der Vorfahre dieser Reihe ist Benzol C 6 H 6 . Die Röntgenbeugungsanalyse zeigt, dass das Benzolmolekül flach ist und die Länge der C-C-Bindungen 0,139 nm beträgt. Daraus folgt, dass alle sechs Kohlenstoffatome im Benzol vorhanden sind S. 2-Hybridzustand, jedes Kohlenstoffatom bildet σ-Bindungen mit zwei anderen Kohlenstoffatomen und einem Wasserstoffatom, die in derselben Ebene liegen, Bindungswinkel betragen 120°. Somit ist das σ-Gerüst des Benzolmoleküls ein regelmäßiges Sechseck. Darüber hinaus hat jedes Kohlenstoffatom ein Nicht-Hybrid P-Orbital, das senkrecht zum flachen Skelett des Moleküls liegt; alle sechs sind nicht hybrid P-Elektronen interagieren miteinander und bilden π-Bindungen, die nicht paarweise lokalisiert sind, sondern zu einer einzigen π-Elektronenwolke zusammengefasst sind. Somit kommt es im Benzolmolekül zu einer zirkulären Konjugation. Grafisch kann die Struktur von Benzol durch die folgende Formel ausgedrückt werden:

Die zirkuläre Konjugation ergibt einen Energiegewinn von 154 kJ/mol – dieser Wert beträgt Konjugationsenergie - die Energiemenge, die aufgewendet werden muss, um das aromatische System von Benzol zu zerstören.

Um ein stabiles aromatisches System zu bilden, ist dies notwendig P-Elektronen wurden formal in 3, 5, 7 usw. Doppelbindungen gruppiert; mathematisch wird dies ausgedrückt Hückels Regel : Zyklische Verbindungen, die eine flache Struktur haben und (4n + 2) Elektronen in einem geschlossenen Konjugationssystem enthalten, wobei n eine natürliche Zahlenreihe ist, weisen eine erhöhte thermodynamische Stabilität auf.

31 . Elektrophile Substitutionsreaktionen in Benzol (Halogenierung, Nitrierung, Sulfonierung, Alkylierung, Acylierung). Eine Vorstellung vom Mechanismus elektrophiler Substitutionsreaktionen in der aromatischen Reihe, σ- und π-Komplexen.

Halogenierung

Um ein Halogen in den aromatischen Ring einzuführen, werden Komplexe von Halogenen mit Lewis-Säuren als Reagenzien verwendet. Letzteres hat die Aufgabe, die Halogen-Halogen-Bindung zu polarisieren, wodurch eines der Atome eine positive Ladung erhält, während das andere aufgrund seiner Lücke eine Bindung mit der Lewis-Säure eingeht D-Orbitale.

Nitrierung

Benzol und seine Homologen werden durch Einwirkung eines Nitriergemisches, das aus konzentrierter Schwefel- und Salpetersäure (2:1) besteht, in Nitroverbindungen umgewandelt. Das nitrierende Teilchen (Elektrophil) ist das Nitroniumkation NO 2 +, dessen Existenz in der nitrierenden Mischung durch die kryoskopische Methode nachgewiesen wird: Messungen der Gefriertemperaturen von Salpeter- und Schwefelsäure und ihrer Mischung weisen auf das Vorhandensein von vier Teilchen in der nitrierenden Mischung hin Lösung.

Sulfonierung

Es wird angenommen, dass die Sulfonierungsreaktion von Arenen in Oleum unter Einwirkung von Schwefeltrioxid und in Schwefelsäure unter Beteiligung des HSO 3 + -Kations abläuft. Schwefeltrioxid weist aufgrund der Polarität der SO-Bindungen einen elektrophilen Charakter auf.

Friedel-Crafts-Alkylierung

Eine Möglichkeit, Benzolhomologe zu erhalten, ist die Alkylierungsreaktion. Die Transformation ist nach S. Friedel und J. M. Crafts benannt, die sie entdeckt haben. Als Katalysatoren werden in der Regel Halogenalkane und Aluminiumhalogenide in die Reaktion eingebracht. Es wird angenommen, dass der Katalysator, eine Lewis-Säure, die C-Halogenbindung polarisiert und so zu einem Mangel an Elektronendichte am Kohlenstoffatom führt, d. h. Der Mechanismus ähnelt der Halogenierungsreaktion

Friedel-Crafts-Acylierung

Der Alkylierungsreaktion ähnelt die Acylierungsreaktion aromatischer Verbindungen. Als Reagenzien dienen Anhydride oder Halogenide von Carbonsäuren, als Produkte entstehen aromatische Ketone. Der Mechanismus dieser Reaktion beinhaltet die Bildung eines Komplexes zwischen dem Acylierungsreagenz und der Lewis-Säure. Dadurch erhöht sich die positive Ladung des Kohlenstoffatoms unvergleichlich, wodurch es in der Lage ist, den Aromaten anzugreifen.

Es ist zu beachten, dass in diesem Fall im Gegensatz zur Alkylierungsreaktion ein Überschuss an Katalysator im Verhältnis zur Menge der Reagenzien verwendet werden muss, weil das Reaktionsprodukt (Keton) ist selbst zur Komplexierung fähig und bindet eine Lewis-Säure.

Elektrophile Substitutionsreaktionen von σ- und π-Komplexen charakteristisch für aromatische carbozyklische und heterozyklische Systeme. Durch die Delokalisierung von p-Elektronen im Benzolmolekül (und anderen aromatischen Systemen) ist die p-Elektronendichte gleichmäßig auf beiden Seiten des Rings verteilt. Eine solche Abschirmung der Ringkohlenstoffatome durch p-Elektronen schützt sie vor Angriffen durch nukleophile Reagenzien und erleichtert umgekehrt die Möglichkeit eines Angriffs durch elektrophile Reagenzien. Im Gegensatz zu den Reaktionen von Alkenen mit elektrophilen Reagenzien führt die Wechselwirkung aromatischer Verbindungen mit ihnen jedoch nicht zur Bildung von Additionsprodukten, da in diesem Fall die Aromatizität der Verbindung gestört und ihre Stabilität verringert würde. Die Erhaltung der Aromatizität ist möglich, wenn ein elektrophiles Teilchen ein Wasserstoffkation ersetzt. Der Mechanismus elektrophiler Substitutionsreaktionen ähnelt dem Mechanismus elektrophiler Additionsreaktionen, da es allgemeine Reaktionsmuster gibt.

Allgemeines Schema des Mechanismus elektrophiler Substitutionsreaktionen S E:

Die Bildung eines Pi-Komplexes ist auf die Pi-Bindung in der Verbindung zurückzuführen, und der Sigma-Komplex ist auf die Sigma-Bindung zurückzuführen.

Bildung eines π-Komplexes. Das resultierende Elektrophil X+ (z. B. ein Br+-Ion) greift den elektronenreichen Benzolring an und bildet einen π-Komplex.

Umwandlung eines π-Komplexes in einen σ-Komplex. Das Elektrophil entnimmt dem π-System zwei Elektronen und bildet eine σ-Bindung mit einem der Kohlenstoffatome des Benzolrings. Unterschied zwischen Pi- und Sigma-Bindungen: Eine Sigma-Bindung ist stärker, eine Sigma-Bindung wird durch Hybridorbitale gebildet. Eine Pi-Bindung wird durch nichthybridisierte Pi-Orbitale gebildet. Eine Pi-Bindung ist weiter von den Zentren der zu verbindenden Atome entfernt, also ist sie es auch weniger stark und leichter zu brechen.

32. Aromatische Kohlenwasserstoffe. Der Einfluss von Substituenten im Benzolring auf die Isomerenzusammensetzung der Produkte und die Reaktionsgeschwindigkeit. Aktivierende und deaktivierende Substituenten. Ortho-, Para- und Meta-Orientatoren. Radikalische Substitutions- und Oxidationsreaktionen in der Seitenkette.

Ein wesentliches Merkmal der Reaktionen zur Herstellung und Umwandlung aromatischer Kohlenwasserstoffderivate besteht darin, dass neue Substituenten in bestimmten Positionen relativ zu vorhandenen Substituenten in den Benzolring eintreten. Die Muster, die die Richtung von Substitutionsreaktionen im Benzolring bestimmen, werden aufgerufen Orientierungsregeln.

Die Reaktivität eines bestimmten Kohlenstoffatoms im Benzolring wird durch folgende Faktoren bestimmt: 1) die Position und Art der vorhandenen Substituenten, 2) die Art des Wirkstoffs, 3) die Reaktionsbedingungen. Die ersten beiden Faktoren haben einen entscheidenden Einfluss.

Substituenten am Benzolring können in zwei Gruppen eingeteilt werden.

Elektronendonatoren (erster Art) sind Atomgruppen, die Elektronen abgeben können. Dazu gehören OH, OR, RCOO, SH, SR, NH 2, NHR, NR 2, NHCOR, -N=N-, CH 3, CH 2 R, CR 3, F, CI, Br, I.

Elektronenziehende Substituenten (zweite Art) sind Atomgruppen, die dem Benzolkern Elektronen entziehen und aufnehmen können. Dazu gehören S0 3 H, N0 2, CHO, COR, COOH, COOR, CN, CC1 3 usw.

Polare Reagenzien, die auf aromatische Verbindungen wirken, können in zwei Gruppen eingeteilt werden: elektrophile und nukleophile. Die gebräuchlichsten Verfahren für aromatische Verbindungen sind Alkylierung, Halogenierung, Sulfonierung und Nitrierung. Diese Prozesse treten bei der Wechselwirkung aromatischer Verbindungen mit elektrophilen Reagenzien auf. Bekannt sind auch Reaktionen mit nukleophilen Reagenzien (NaOH, NH 2 Na etc.), beispielsweise Hydroxylierungs- und Aminierungsreaktionen.

Substituenten der ersten Art erleichtern Reaktionen mit elektrophilen Reagenzien und orientieren den neuen Substituenten ortho- Und Paar- Bestimmungen.

Substituenten der zweiten Art erschweren Reaktionen mit elektrophilen Reagenzien: Sie orientieren den neuen Substituenten an der Metaposition. Gleichzeitig erleichtern diese Substituenten Reaktionen mit nukleophilen Reagenzien.

Betrachten wir Beispiele für Reaktionen mit unterschiedlichen Orientierungseffekten von Substituenten.

1. Stellvertreter erster Art; elektrophiles Reagens. Die reaktionserleichternde Wirkung des Substituenten, o-, p-Orientierung:

2. Stellvertreter zweiter Art; elektrophiles Reagens. Die Wirkung eines Substituenten, der die Reaktion behindert; m-Ausrichtung:

3. Stellvertreter erster Art; nukleophiles Reagenz; m-Orientierung. Behinderungshandlung des Stellvertreters. Beispiele für solche Reaktionen mit unbestreitbarem Mechanismus sind unbekannt.

4. Stellvertreter zweiter Art; nukleophiles Reagenz, o-, p-Orientierung:

Orientierungsregeln für die elektrophile Substitution im Benzolring beruhen auf der gegenseitigen Beeinflussung der Atome im Molekül. Wenn in unsubstituiertem Benzol C 6 H 6 die Elektronendichte im Ring gleichmäßig verteilt ist, kommt es in substituiertem Benzol C 6 H 5 X unter dem Einfluss des Substituenten X zu einer Umverteilung der Elektronen und es treten Bereiche mit erhöhter und verringerter Elektronendichte auf. Dies beeinflusst die Leichtigkeit und Richtung elektrophiler Substitutionsreaktionen. Der Eintrittspunkt eines neuen Substituenten wird durch die Art des vorhandenen Substituenten bestimmt.

Orientierungsregeln

Die am Benzolring vorhandenen Substituenten lenken die neu eingeführte Gruppe in bestimmte Positionen, d. h. haben eine orientierende Wirkung.

Alle Substituenten werden entsprechend ihrer dirigierenden Wirkung in zwei Gruppen eingeteilt: Orientierungspersonen erster Art Und Orientierungspersonen zweiter Art.

Orientanten der 1. Art ( ortho-para ortho- Und Paar- Bestimmungen. Dazu gehören elektronenspendende Gruppen (elektronische Effekte der Gruppen sind in Klammern angegeben):

R( +Ich); -OH( +M,-I); -ODER ( +M,-I); -NH2( +M,-I); -NR 2 (+M,-I)+M-Effekt ist in diesen Gruppen stärker als -I-Effekt.

Orientanten der 1. Art erhöhen die Elektronendichte im Benzolring, insbesondere an den Kohlenstoffatomen in ortho- Und Paar-Positionen, was die Wechselwirkung dieser bestimmten Atome mit elektrophilen Reagenzien begünstigt. Beispiel:

Orientierungsmittel der 1. Art, die die Elektronendichte im Benzolring erhöhen, erhöhen dessen Aktivität bei elektrophilen Substitutionsreaktionen im Vergleich zu unsubstituiertem Benzol.

Einen besonderen Platz unter den Orientierungsmitteln 1. Art nehmen Halogene ein, die ausstrahlen elektronenziehend Eigenschaften: - F (+M<–I ), -Cl (+M<–I ), -Br (+M<–I ).Sein ortho-para-Orientatoren verlangsamen die elektrophile Substitution. Grund – stark -ICH-die Wirkung elektronegativer Halogenatome, die die Elektronendichte im Ring verringert.

Orientanten der 2. Art ( Meta-Orientatoren) direkte nachfolgende Substitution vorwiegend zu Meta-Position. Dazu gehören elektronenziehende Gruppen:

NEIN 2 ( –M, –I); -COOH( –M, –I); -CH=O ( –M, –I); -SO3H ( -ICH); -NH 3 + ( -ICH); -CCl 3 ( -ICH).

Orientanten der 2. Art verringern die Elektronendichte im Benzolring, insbesondere in ortho- Und Paar- Bestimmungen. Daher greift das Elektrophil Kohlenstoffatome nicht an diesen Positionen an, sondern an Meta-Position, an der die Elektronendichte etwas höher ist. Beispiel:

Alle Orientierungsmittel der 2. Art, die im Allgemeinen die Elektronendichte im Benzolring verringern, verringern dessen Aktivität bei elektrophilen Substitutionsreaktionen.

Somit nimmt die Leichtigkeit der elektrophilen Substitution für die Verbindungen (als Beispiele angegeben) in der Reihenfolge ab:

Toluol C 6 H 5 CH 3 > Benzol C 6 H 6 > Nitrobenzol C 6 H 5 NO 2.

Radikalsubstitutions- und Oxidationsreaktionen in der Seitenkette

Die zweitwichtigste Reaktionsgruppe sind alkylaromatische Kohlenwasserstoffe Substitution freier Radikale Seitenketten-Wasserstoffatom in A-Position relativ zum aromatischen Ring.

Bevorzugte Substitution in A-Position erklärt sich aus der hohen Stabilität der entsprechenden Alkylaromaten und damit der relativ geringen Festigkeit A-C-H-Bindungen. Beispielsweise beträgt die Energie zum Aufbrechen der C-H-Bindung in der Seitenkette des Toluolmoleküls 327 kJ/mol – 100 kJ/mol weniger als die Energie der C-H-Bindung im Methanmolekül (427 kJ/mol). Dies bedeutet, dass die Stabilisierungsenergie des freien Benzylradikals C 6 H 5 -CH 2 · 100 kJ/mol beträgt.

Der Grund für die hohe Stabilität von Benzyl- und anderen Alkylaromaten mit einem ungepaarten Elektron ist A-Kohlenstoffatom ist die Möglichkeit, die Spindichte des ungepaarten Elektrons in einem nichtbindenden Molekülorbital zu verteilen, das die Kohlenstoffatome 1", 2, 4 und 6 abdeckt.

Durch die Verteilung (Delokalisierung) verbleiben nur 4/7 der Spindichte des ungepaarten Elektrons beim Nicht-Ring-Kohlenstoffatom, die restlichen 3/7 der Spindichte verteilen sich auf eines Paar- und zwei ortho- Kohlenstoffatome des aromatischen Kerns.

Oxidationsreaktionen

Oxidationsreaktionen können je nach Bedingungen und Art des Oxidationsmittels in unterschiedliche Richtungen ablaufen.

molekularer Sauerstoff Bei einer Temperatur von etwa 100 °C oxidiert es Isopropylbenzol über einen Radikalkettenmechanismus zu einem relativ stabilen Hydroperoxid.

33. Kondensierte aromatische Kohlenwasserstoffe: Naphthalin, Anthracen, Phenanthren, Benzopyren. Ihre Strukturfragmente in natürliche und biologisch aktive Substanzen (Steroide, Alkaloide, Antibiotika).

Naphthalin - C 10 H 8 feste kristalline Substanz mit charakteristischem Geruch. Unlöslich in Wasser, aber löslich in Benzol, Ether, Alkohol, Chloroform. Naphthalin hat ähnliche chemische Eigenschaften wie Benzol: Es lässt sich leicht nitrieren, sulfonieren und interagiert mit Halogenen. Es unterscheidet sich von Benzol dadurch, dass es noch leichter reagiert. Naphthalin wird aus Steinkohlenteer gewonnen.

Anthracen besteht aus farblosen Kristallen mit einem Schmelzpunkt von 218 °C. Unlöslich in Wasser, löslich in Acetonitril und Aceton, löslich in Benzol beim Erhitzen. Anthracen wird aus Steinkohlenteer gewonnen. Seine chemischen Eigenschaften ähneln denen von Naphthalin (es lässt sich leicht nitrieren, sulfonieren usw.), unterscheidet sich jedoch dadurch, dass es leichter Additions- und Oxidationsreaktionen eingeht.

Anthracen kann unter dem Einfluss von UV-Strahlung photodimerisieren. Dies führt zu einer deutlichen Veränderung der Eigenschaften des Stoffes.

Das Dimer enthält zwei durch Cycloaddition entstandene kovalente Bindungen. Das Dimer zerfällt beim Erhitzen oder unter UV-Bestrahlung mit einer Wellenlänge unter 300 nm wieder in zwei Anthracenmoleküle. Phenanthren ist ein trizyklischer aromatischer Kohlenwasserstoff. Phenanthren erscheint als glänzende, farblose Kristalle. Unlöslich in Wasser, löslich in organischen Lösungsmitteln (Diethylether, Benzol, Chloroform, Methanol, Essigsäure). Lösungen von Phenanthren leuchten blau.

Seine chemischen Eigenschaften ähneln Naphthalin. Benzpyren oder Benzopyren ist eine aromatische Verbindung, ein Vertreter der Familie der polyzyklischen Kohlenwasserstoffe, ein Stoff der ersten Gefahrenklasse.

Entsteht bei der Verbrennung flüssiger, fester und gasförmiger Kohlenwasserstoff-Brennstoffe (in geringerem Maße bei der Verbrennung gasförmiger Brennstoffe).

In der Umwelt reichert es sich hauptsächlich im Boden an, weniger im Wasser. Vom Boden aus dringt es in Pflanzengewebe ein und setzt seine Bewegung in der Nahrungskette fort, während der BP-Gehalt in natürlichen Objekten mit jedem Stadium zunimmt (siehe Biomagnifikation).

Es weist eine starke Lumineszenz im sichtbaren Teil des Spektrums auf (in konzentrierter Schwefelsäure – A 521 nm (470 nm); F 548 nm (493 nm)), wodurch es mit Lumineszenzmethoden in Konzentrationen bis zu 0,01 ppb nachgewiesen werden kann.

34. Halogenderivate von Kohlenwasserstoffen. Klassifikation, Nomenklatur, Isomerie.

Halogenderivate können auf verschiedene Arten klassifiziert werden:

1. gemäß der allgemeinen Klassifikation der Kohlenwasserstoffe (d. h. aliphatische, alicyclische, aromatische, gesättigte oder ungesättigte Halogenderivate)

2. durch die Menge und Qualität der Halogenatome

3. je nach Art des Kohlenstoffatoms, an das das Halogenatom gebunden ist: primäre, sekundäre, tertiäre Halogenderivate.

Gemäß der IUPAC-Nomenklatur wird im Präfix die Position und der Name des Halogens angegeben. Die Nummerierung beginnt am Ende des Moleküls, dem das Halogenatom am nächsten ist. Liegt eine Doppel- oder Dreifachbindung vor, so bestimmt diese den Beginn der Nummerierung und nicht das Halogenatom: Das sogenannte „rationale Nomenklatur“ zur Zusammenstellung der Namen von Halogenderivaten. In diesem Fall setzt sich der Name wie folgt zusammen: Kohlenwasserstoffrest + Halogenid.

Einige Halogenderivate haben Trivialnamen, beispielsweise hat das Inhalationsanästhetikum 1,1,1-Trifluor-2-brom-2-chlorethan (CF 3 -CBrClH) den Trivialnamen Fluorotan. 3. Isomerie

3.1. Strukturisomerie 3.1.1. Isomerie der Substituentenpositionen

1-Brombutan 2-Brombutan

3.1.2. Isomerie des Kohlenstoffgerüsts

1-Chlorbutan 2-Methyl-1-chlorpropan

3.2. Raumisomerie

Stereoisomerie kann auftreten, wenn an einem Kohlenstoffatom vier verschiedene Substituenten vorhanden sind (Enantiomerie) oder wenn an einer Doppelbindung unterschiedliche Substituenten vorhanden sind, zum Beispiel:

trans-1,2-Dichlorethen cis-1,2-Dichlorethen

35. Reaktionen der nukleophilen Substitution des Halogenatoms, ihre Verwendung bei der Synthese organischer Verbindungen verschiedener Klassen (Alkohole, Ether und Ester, Amine, Thiole und Sulfide, Nitroalkane, Nitrile). - ermöglicht die Gewinnung von Vertretern fast aller Klassen organischer Verbindungen (Alkohole, Ether, Amine, Nitrile usw.), daher werden diese Reaktionen häufig bei der Synthese von Arzneimitteln eingesetzt. Grundlegende Reaktionsmechanismen

Die Substitution eines Halogens an einem sp 3 -Hybridkohlenstoffatom kann sowohl über S N 1- als auch über S N 2-Mechanismen erfolgen. Die Substitution des Halogens am sp 2 -Hybridkohlenstoffatom (in Aryl- und Vinylhalogeniden) erfolgt entweder nach der Art der Addition-Eliminierung oder nach der Art der Eliminierung-Addition und ist viel schwieriger als beim sp 3 -Hybrid. - Der S N 1-Mechanismus umfasst zwei Stufen: a) Dissoziation des Alkylhalogenids in Ionen; b) Wechselwirkung eines Kations mit einem Nukleophil Der nukleophile Angriff eines Kontaktionenpaares, bei dem die Asymmetrie weitgehend erhalten bleibt, führt zu einer Umkehr der Konfiguration. In einem solvatgetrennten Ionenpaar ist eine Seite des Kations durch das solvatisierte Halogenidion abgeschirmt und ein nukleophiler Angriff ist auf der anderen Seite wahrscheinlicher, was zu einer bevorzugten Konfigurationsumkehr führt, aber die Selektivität verringert und die Racemisierung erhöht. Eine vollständige Racemisierung ist nur unter Bildung eines freien Kations (c) möglich. Eine vollständige Racemisierung optisch aktiver Halogenide über den S N 1 -Mechanismus wird jedoch normalerweise nicht beobachtet. Die Racemisierung liegt zwischen 5 und 20 %, daher wird praktisch kein solvatisiertes Kation gebildet.

Das Stadium der Carbokation-Bildung ist limitierend und daher bestimmt die Stabilität des Kations die Geschwindigkeit des Prozesses. Die Geschwindigkeit des Prozesses hängt auch von der Konzentration des Alkylhalogenids ab und ist unabhängig von der Konzentration des Nukleophils.

Die Bildung eines Carbokations kann eine Reihe von Nebenprozessen verursachen: Isomerisierung der Kohlenstoffkette, Eliminierung (EI) usw.

Nukleophiles Nu – greift das Substrat von der der Abgangsgruppe gegenüberliegenden Seite an. In diesem Fall verläuft die Reaktion einstufig mit der Bildung eines Übergangszustands, in dem die sp 3 -Hybridisierung des zentralen Kohlenstoffatoms in sp 2 übergeht – mit einem p-Orbital senkrecht zur Lageebene der Hybridorbitale. Ein Lappen des Etor-Orbitals überlappt mit dem Nukleophil und der zweite mit der Abgangsgruppe. Die C-Nu-Bindung wird gleichzeitig mit der Spaltung der C-Y-Bindung gebildet.

Die Geschwindigkeit der Umwandlung von Ausgangsstoffen in Reaktionsprodukte hängt ab von: 1) der Größe der positiven Ladung am Kohlenstoffatom des Substrats, 2) räumlichen Faktoren, 3) der Stärke des Nukleophils und 4) im kinetischen Bereich, dem Konzentration sowohl des Nukleophils als auch des Alkylhalogenids. Bei einem großen Überschuss an Nucleophil kann die Reaktion in erster oder gebrochener Reihenfolge ablaufen. (Die Begriffe S N 1 und S N 2 geben nur die Molekularität an, nicht die Reihenfolge der Reaktion.)

Die Reaktion geht immer mit einer Umkehrung der Konfiguration einher. Eine Nebenreaktion kann die Abspaltung von E2 sein.

Der S N Ar-Mechanismus (Addition-Eliminierung) wird normalerweise in Gegenwart elektronenziehender Substituenten realisiert, die d+ erzeugen (das Nukleophil steuern) und den s-Komplex stabilisieren. In Heterozyklen spielt das Heteroatom ihre Rolle. Im Gegensatz zum S N 2 -Mechanismus für Alkylhalogenide bildet das Nukleophil eine neue Bindung, bevor die alte aufbricht.

Pyridin und Chinolin können als Analoga von Nitrobenzol angesehen werden. Wie beim Nitrobenzol ist die Position des Halogens im Ring von großer Bedeutung. 3-Halopyridine ähneln Halobenzolen, 2-,4-substituierte ähneln Nitrohalogenbenzolen, während 4-Halopyridin aktiver ist als 2-substituierte. Die Reaktivität von Alkylhalogeniden bei nukleophilen Substitutionsreaktionen in protischen Lösungsmitteln nimmt in der folgenden Reihenfolge ab (die Fähigkeit von Gruppen, sich zu entfernen, nimmt ab): RI > RBr > RCl > RF.

Bei aktivierten Haloarenen hängt das Auftreten einer positiven Ladung am Reaktionszentrum nicht nur von der Anzahl, Lage und Art der anderen Substituenten im Kern ab, sondern auch von der Art des ersetzten Halogens. Daher können Halogenatome in Reihe I immer einfacher ersetzt werden< Br < Cl < F .Катализ замещения галоген в аренах медью – один из важных технологических приемов, позволяющий ускорить реакцию замещения неактивированного галогена в аренах, снизить температуру реакции (~ на 100 о С), увеличить селективность процесса и выход продукта. Предполагают, что реакция идет через стадию образования медь-органических комплексов

Aromatische Substrate (Arylhalogenide) müssen aktiviert werden, da sonst die Ausbeute des Zielprodukts (Ester) aufgrund von Nebenprozessen gering sein kann. Der Ersatz von Halogen in primären und sekundären Alkylhalogeniden durch eine Aminogruppe erfolgt durch Erhitzen mit einer alkoholischen, wässrigen oder wässrig-alkoholischen Lösung von Ammoniak, einem primären oder sekundären Amin unter Druck (im Autoklaven). Dabei entsteht eine Mischung aus Salzen primärer, sekundärer, tertiärer Amine und quartärer Ammoniumsalze

1. Das Molekül hat eine flache zyklische Struktur.

2. Alle Atome im Zyklus befinden sich in einem Zustand der sp2-Hybridisierung (daher ist das s-Gerüst flach und alle sp-Orbitale sind parallel.

3. Im Molekül gibt es ein delokalisiertes p-Elektronensystem mit 4n + 2 p-Elektronen, wobei n = 0,1,2, eine natürliche Zahlenreihe ist. Diese Regel wird Hückelsche Regel genannt

Auch heterozyklische Verbindungen haben aromatischen Charakter. Wenn –CH= in einem Benzolmolekül durch –N= ersetzt wird, entsteht die heterozyklische Verbindung Pyridin.

Mesomerer Effekt. Elektronenschiebende und elektronenziehende Substituenten. Resonanztheorie als qualitative Möglichkeit zur Beschreibung der Delokalisierung der Elektronendichte.

Der mesomere Effekt oder die effektive Konjugation ist die Übertragung des elektronischen Einflusses von Substituenten durch ein konjugiertes System. Im Gegensatz zum I-Effekt (induktiv) wird der M-Effekt (mesomer) ohne Abschwächung durch das Konjugationssystem übertragen. Stellvertreter niedrigere elektr. Dichte in der Konjugation System (Verschiebung des ED in seiner Richtung) manifestiert. - M-Effekt und Phänomen. Elektronenakzeptor. (Substituenten enthalten Mehrfachbindungen eines Kohlenstoffatoms mit negativeren Heteroatomen).

Stellvertreter erhöhte elektr. Dichte in der Konjugation System (Verschiebung des EF von sich selbst in Richtung des konjugierten Systems) manifestiert. +M-Effekt und Phänomen. Elektronendonor. (Substituenten, die ein Heteroatom mit einem ungeteilten Elektronenpaar enthalten)

M-Effekt (Hydroxy, Amino, OR, Halogene). - M-Effekt (Nitro, Sulfo, Carboxyl, Carbonyl).

Resonanztheorie- die Theorie der elektronischen Struktur chemischer Verbindungen, nach der die Verteilung von Elektronen in Molekülen eine Kombination (Resonanz) kanonischer Strukturen mit unterschiedlichen Konfigurationen kovalenter Zwei-Elektronen-Bindungen ist.

Resonanzstrukturen von Cyclopentadienidionen

Konfiguration und Konformation sind die wichtigsten Konzepte in der Stereochemie. Aufbau. Elemente der Symmetrie von Molekülen (Achse, Ebene, Zentrum) und Symmetrieoperationen (Rotation, Spiegelung). Chirale und achirale Moleküle. Asymmetrisches Kohlenstoffatom als Chiralitätszentrum.

Steriochemie– Bereich Chemie, Studienraum. gebaut Moleküle und ihr Einfluss. auf physikalische und chemische Eigenschaften sowie auf die Richtung. und die Geschwindigkeit ihrer Reaktion. Es basiert auf drei grundlegenden Konzepten: Chiralität, Konfiguration und Konformation.

Aufbau– das sind Räume. Einlassstelle in die Zusammensetzung eines Moleküls aus Atomen oder bei. Gruppen ohne Berücksichtigung der im Folgenden aufgetretenen Unterschiede. Rotation um Einfachbindungen.

Symmetrieachse. Wenn die Drehung eines Moleküls um eine durch es verlaufende Achse einen Winkel von 2π/ hat N= 360°/ N zu einer Struktur führt, die sich nicht von der ursprünglichen unterscheidet, dann nennt man eine solche Achse Symmetrieachse N-te Ordnung C N.

Symmetrieebene (Spiegelebene) ist eine imaginäre Ebene, die durch das Molekül verläuft und es in zwei spiegelgleiche gleiche Teile teilt.

Wenn vorhanden Zentrum der Symmetrie Alle Atome eines Moleküls, die nicht im Symmetriezentrum liegen, liegen paarweise auf einer durch das Zentrum verlaufenden Geraden im gleichen Abstand vom Zentrum, wie beispielsweise beim Benzol.

Konformationen Moleküle - verschiedene räumliche Formen von Molekülen, die entstanden, als sich die relative Ausrichtung ihrer einzelnen Teile in der res änderte. intern Drehung von Atomen oder Atomgruppen um Einfachbindungen, Biegung von Bindungen usw.

Wenn die Moleküle mit ihrem Spiegelbild nicht kompatibel sind. Diese Eigenschaft heißt Chiralität, und die Moleküle selbst – chiral(bedeutet, dass sich zwei Gegenstände wie linke und rechte Hand aufeinander beziehen (aus dem Griechischen). Chiros- Hand) und sind Spiegelbilder, die beim Versuch, sie im Raum zu kombinieren, nicht zusammenfallen.

Asymmetrisches Kohlenstoffatom - ein Atom, das an vier verschiedene Substituenten gebunden ist.

Moleküle mit einem Chiralitätszentrum (Enantiomerie). Glycerinaldehyd als Konfigurationsstandard. Fischer-Projektionsformeln. Relative und absolute Konfiguration. D-, L- und R-, S-Systeme der stereochemischen Nomenklatur. Racemate.

Enantiomere sind Stereoisomere, deren chirale Moleküle als Objekt und als inkompatibles Spiegelbild zueinander in Beziehung stehen (sie stellen zwei optische Antipoden dar und werden daher auch optische Isomere genannt).

Glycerinaldehyd enthält ein chirales Zentrum, das in Form von 2 Stereoisomeren vorliegt. verschieden opt.Aktivität.

Vorgeschlagene Projektionsformeln E. Fischer: 1) Lage des Kohlenstoffskeletts. vertikal; 2) oben platziert. leitende Funktion Gruppe; 3) das Tetraeder ist so ausgerichtet, dass sich das Chiralitätszentrum in der Ebene befindet, die Substituenten rechts und links der Kohlenstoffkette sind von der Projektionsebene nach vorne gerichtet; Substituenten werden vertikal platziert und bewegen sich vom Betrachter über die Projektionsebene hinaus; Das asymmetrische Kohlenstoffatom wird am Schnittpunkt der horizontalen und vertikalen Linien in die Ebene übertragen. Relative Konfiguration- Dies ist die relative Anordnung der Substituenten bei verschiedenen Asymmetrien. Atome im Verhältnis zueinander; es wird normalerweise durch Präfixe ( cis- Und trans-, treo- Und erythro- usw.). Absolute Konfiguration- Dies ist die wahre räumliche Anordnung der Substituenten an jedem asymmetrischen Atom des Moleküls; Am häufigsten wird es mit Buchstaben bezeichnet D oder L .

R,S-Nomenklatur.1) Bestimmen Sie die Rangfolge der Substituenten am Chiralitätszentrum: a) Die Rangfolge wird zunächst für unmittelbar benachbarte Atome festgelegt. Verbindung mit dem Zentrum: „Je höher die Ordnungszahl, desto älter der Substituent.“ b) wenn der nächste. Sind die Atome gleich, dann sollte das Verfahren für das Atom der nächsten Sphäre durchgeführt werden. 2) Nachdem Sie den jüngsten Substituenten aus der Sicht des Beobachters lokalisiert haben, bestimmen Sie die Richtung, in der das Dienstalter der verbleibenden drei Substituenten abnimmt. Tritt es im Uhrzeigersinn auf, handelt es sich um ein R-Isomer, tritt es gegen den Uhrzeigersinn auf, handelt es sich um ein S-Isomer. D,L-Nomenklatur(Bezogen auf die Fischer-Projektion). Befindet sich die funktionelle Gruppe am Chiralitätszentrum rechts, handelt es sich um ein D-Isomer und links um ein L-Isomer. Enantiomere unterscheiden sich in ihrer Fähigkeit, linear polarisiertes Licht zu drehen: rechts (+) D , links (-) L.

7. Die Entstehung von Konformationen als Ergebnis der Rotation um σ-Bindungen. Faktoren, die die Rotation erschweren. Newmans Projektionsformeln. Arten von Stress. Energieeigenschaften offenkettiger Konformationen. Zusammenhang zwischen räumlicher Struktur und biologischer Aktivität

1. Konformationen (Rotationsisomerie). Ohne Änderung der Bindungswinkel oder Bindungslängen kann man sich viele geometrische Formen des Ethanmoleküls vorstellen, die sich voneinander durch die gegenseitige Drehung der Kohlenstofftetraeder um die sie verbindende C-C-Bindung unterscheiden. Als Ergebnis dieser Rotation Rotationsisomere (Konformere).

In der Projektion Neuer Mann das Molekül wird entlang der C-C-Bindung betrachtet). Drei Linien, die in einem Winkel von 120° vom Mittelpunkt des Kreises auseinanderlaufen, zeigen die Bindungen des Kohlenstoffatoms an, das dem Betrachter am nächsten ist; Die Linien, die hinter dem Kreis „herausragen“, sind die Bindungen des entfernten Kohlenstoffatoms.

Die links dargestellte Konformation wird aufgerufen verdeckt . Dieser Name erinnert uns daran, dass die Wasserstoffatome beider CH 3 -Gruppen einander gegenüberstehen. Die verfinsterte Konformation hat eine erhöhte innere Energie und ist daher ungünstig. Die rechts dargestellte Konformation wird aufgerufen gehemmt , was bedeutet, dass die freie Rotation um die C-C-Bindung in dieser Position „gehemmt“ ist, d. h. das Molekül liegt überwiegend in dieser Konformation vor.

Die minimale Energie, die erforderlich ist, um ein Molekül vollständig um eine bestimmte Bindung zu drehen, wird aufgerufen Rotationsbarriere für diese Verbindung. Die Rotationsbarriere in einem Molekül wie Ethan kann als Änderung der potentiellen Energie des Moleküls als Funktion der Änderung ausgedrückt werden Diederwinkel (Torsionswinkel). Systeme. Der Diederwinkel (bezeichnet mit ) ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

Je komplexer das Molekül wird, desto mehr mögliche Konformationen gibt es. Nachfolgend sind die Konformationen von n-Butan als Newman-Projektionen dargestellt. Die links dargestellten Konformationen (schattiert) sind energetisch ungünstig; nur gehemmte werden praktisch realisiert.

Cycloalkane. Nomenklatur. Kleine Zyklen. Elektronische Struktur von Cyclopropan. Merkmale der chemischen Eigenschaften kleiner Kreisläufe (Additionsreaktionen). Regelmäßige Zyklen. Substitutionsreaktionen. Arten von Stress. Energieunterschied zwischen Cyclohexan-Konformationen (Stuhl, Badewanne, Halbsessel). Axiale und äquatoriale Verbindungen. Quittung. Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften. Unter normalen Bedingungen sind die ersten beiden Mitglieder der Reihe (C 3 - C 4) Gase, (C 5 - C 16) Flüssigkeiten, beginnend mit C 17 Feststoffe. Vorbereitung. 1. Die Hauptmethode zur Gewinnung von Cycloalkanen ist die Eliminierung von zwei Halogenatomen aus Dihalogenalkanen:

2. Bei der katalytischen Hydrierung aromatischer Kohlenwasserstoffe entstehen Cyclohexan oder seine Derivate: t°, P, Ni C 6 H 6 + 3H 2 → C 6 H 12.

Chemische Eigenschaften. Hinsichtlich der chemischen Eigenschaften unterscheiden sich kleine und gewöhnliche Zyklen deutlich voneinander. Cyclopropan und Cyclobutan neigen zu Additionsreaktionen, d. h. in dieser Hinsicht ähnlich wie Alkene. Cyclopentan und Cyclohexan ähneln in ihrem chemischen Verhalten Alkanen, da sie Substitutionsreaktionen eingehen.1. Beispielsweise sind Cyclopropan und Cyclobutan in der Lage, Brom zu addieren (obwohl die Reaktion schwieriger ist als mit Propen oder Buten):

2. Cyclopropan, Cyclobutan und sogar Cyclopentan können Wasserstoff addieren und so die entsprechenden normalen Alkane ergeben.
Die Zugabe erfolgt beim Erhitzen in Gegenwart eines Nickelkatalysators:

3. Auch hier treten bei der Additionsreaktion mit Halogenwasserstoffen nur kleine Zyklen auf. Die Addition an Cyclopropan-Homologe erfolgt nach der Markownikow-Regel:

4. Substitutionsreaktionen. Konventionelle Zyklen (C 6 und höher) sind stabil und durchlaufen nur radikalische Substitutionsreaktionen wie Alkane: t ° C 6 H 12 + Br 2 → C 6 H 11 Br + HBr.

5. Die Dehydrierung von Cyclohexan in Gegenwart eines Nickelkatalysators führt zur Bildung von Benzol: t ° Ni
C 6 H 12 → C 6 H 6 + 3H 2 .6. Wenn starke Oxidationsmittel (z. B. 50 %ige Salpetersäure) in Gegenwart eines Katalysators auf Cyclohexan einwirken, entsteht Adipinsäure (Hexandisäure):

Strukturmerkmale von Cycloalkanen und ihr chemisches Verhalten. Cyclopropan hat eine flache Struktur, daher befinden sich die Wasserstoffatome benachbarter Kohlenstoffatome oberhalb und unterhalb der Kreisebene in einer energetisch ungünstigen („verdeckten“) Position. Dies ist einer der Gründe für die „Spannung“ des Zyklus und seine Instabilität.

Konformationen des Sechsrings: a - Stuhl: 6 - Bad. Eine weitere mögliche Anordnung der Atome für Cyclohexan entspricht der Badkonformation, ist allerdings weniger stabil als die Stuhlkonformation. Es ist zu beachten, dass sowohl in der Sessel- als auch in der Badkonformation die Bindungen um jedes Kohlenstoffatom in einer tetraedrischen Anordnung vorliegen. Daher die unvergleichlich größere Stabilität gewöhnlicher Kreisläufe im Vergleich zu kleinen Kreisläufen, daher ihre Fähigkeit, Substitutionsreaktionen einzugehen, jedoch keine Addition. Cycloalkane sind gesättigte zyklische Kohlenwasserstoffe. Die einfachsten Vertreter dieser Reihe: Cyclopropan-Cyclobutan. Allgemeine Formel CnH2n. Struktur. Isomerie und Nomenklatur. Cycloalkane sind gesättigte zyklische Kohlenwasserstoffe. Die einfachsten Vertreter dieser Reihe:

Alkene. Nomenklatur. Isomerie. Methoden zur Beschaffung. Elektrophile Additionsreaktionen, Mechanismus. Addition von Halogenen, Hydrohalogenierung, Hydratation und die Rolle der Säurekatalyse. Markownikows Regel. Konzept radikalischer Additionsreaktionen. Oxidation von Alkenen (Ozonierung, Epoxidierung).

Alkene- Hierbei handelt es sich nicht um zyklische Kohlenwasserstoffe, in deren Molekülen sich 2 Kohlenstoffatome im Zustand der sp 2 -Hybridisierung befinden und durch eine Doppelbindung miteinander verbunden sind.

Der erste Vertreter der homologen Reihe von Alkenen ist Ethen (Ethylen) - C 2 H 4. . Die homologe Reihe von Alkenen hat die allgemeine Formel C n H 2n. Ein charakteristisches Merkmal der Struktur von Alkenen ist das Vorhandensein einer Doppelbindung >C=C im Molekül<. Двойная связь образуется при помощи двух пар обобщенных электронов. Углеродные атомы, связанные двойной связью, находятся в состоянии sp²-гибридизации, каждый из них образует три σ-связи, лежащие в одной плоскости под углом 120º.

Alkene zeichnen sich durch strukturelle Isomerie aus: Unterschiede in der Kettenverzweigung und in der Position der Doppelbindung sowie räumliche Isomerie (cis- und trans-Isomere). Nach der internationalen Nomenklatur werden Alkene durch Nummerierung der längsten Kette vom Ende bis benannt welche Doppelbindung am nächsten liegt. Nach rationaler Nomenklatur gelten sie als Derivate des Ethylens, bei denen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Kohlenwasserstoffreste ersetzt sind. Benennen wir den Stoff beispielsweise nach der internationalen Nomenklatur (IUPAC): CH 3 – C(CH 3) = CH 2 Isobutylen, unsymmetrisches Dimethylethylen, 2-Methylpropen.

Aromatizität steht nicht in direktem Zusammenhang mit dem Geruch organischer Verbindungen und ist ein Konzept, das die Gesamtheit der strukturellen und energetischen Eigenschaften einiger zyklischer Moleküle charakterisiert, die ein System konjugierter Doppelbindungen enthalten. Der Begriff „Aromatizität“ wurde geprägt, weil die ersten Vertreter dieser Stoffklasse einen angenehmen Geruch hatten.

Aromatische Verbindungen umfassen eine große Gruppe von Molekülen und Ionen unterschiedlicher Struktur, die die Kriterien der Aromatizität erfüllen.

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Aromatische Verbindungen und die Hückel-Regel

Mesomerer Effekt (Konjugationseffekt). Teil 1.

Aromatizität. Kriterien für die Aromatizität organischer Verbindungen.

Aromatische Heterozyklen. Teil 1

Hückels Aromatizitätsregel

Untertitel

Ich habe bereits über das Phänomen der Aromatizität gesprochen und werde dieses Video ausschließlich diesem Thema widmen. Also Aromen. Zunächst einmal: Warum heißen diese Stoffe aromatisch? Offensichtlich vom Wort „Aroma“. Man könnte meinen, dass alle aromatischen Verbindungen einen starken Geruch haben, aber viele von ihnen haben überhaupt keinen Geruch. Warum also? Vielleicht liegt das daran, dass sie irgendwie mit stark riechenden Substanzen verwandt sind und daher aromatisch genannt wurden. Es bleibt ein Rätsel. Die meisten bekannten aromatischen Verbindungen, 99 % davon, sind entweder Benzol oder Benzolderivate. Zeichnen wir Benzol. Typischerweise wird ein Benzolmolekül so gezeichnet. Ein Zyklus aus 6 Atomen mit drei Doppelbindungen. Das sind die drei Doppelbindungen. Im Video über Resonanz habe ich gesagt, dass diese Strukturformel nicht die einzige ist. Eine andere Option ist ebenfalls möglich. Dieses Elektron kann sich hierhin bewegen, dieses Elektron kann sich hierhin bewegen und dieses Elektron kann sich hierhin bewegen. Lassen Sie uns zeichnen, was am Ende herauskommt. Dies ist die Strukturformel, die wir erhalten. Eine mögliche Konfiguration des Benzolmoleküls besteht darin, dass die Doppelbindungen anders angeordnet sind als in der ersten Formel. Hier sind die beiden Formeln. Aus dem Video über Resonanz wissen Sie, dass in Wirklichkeit alles etwas komplizierter ist. Beide Formeln sind korrekt. Benzol liegt in zwei Konfigurationen gleichzeitig vor und ändert sich nicht von einer zur anderen. Dies wird als Zyklus aus sechs Kohlenstoffatomen mit einem Kreis in der Mitte dargestellt. So stellen Chemiker den Benzolring oft dar. Dies bedeutet, dass alle π-Elektronen, die im Molekül Doppelbindungen bilden, zwischen den Atomen verteilt und im gesamten Ring verschmiert sind. Es ist die Delokalisierung der π-Elektronen im Ring, die aromatischen Substanzen ihre einzigartigen Eigenschaften verleiht. Diese Konfiguration ist viel stabiler als nur ein statischer Wechsel von Einfach- und Doppelbindungen im Ring. Es gibt eine andere Möglichkeit, Benzol zu ziehen. Ich ändere die Farbe und zeige sie gelb. Die Delokalisierung von π-Elektronen wird wie folgt dargestellt: gepunktete Linie hier, hier, hier, hier, hier und hier. Dies ist die beliebteste Möglichkeit zur Darstellung der Delokalisierung von Elektronen im Benzolring, also des Vorhandenseins eines konjugierten Systems von π-Elektronen. Ich sage dir, was es ist. Diese beiden Formeln werden auch verwendet, aber die wahre Struktur von Benzol liegt zwischen diesen Konfigurationen. Wir müssen Ihnen zeigen, was dort vor sich geht. Sicherlich haben Sie schon von konjugierten Systemen aus π-Elektronen gehört. Ich denke, es wäre nützlich, das Benzolmolekül in drei Dimensionen darzustellen. Schau mal. Hier ist ein Zyklus aus sechs Kohlenstoffatomen: Kohlenstoff, Kohlenstoff, Kohlenstoff, Kohlenstoff, Kohlenstoff, Kohlenstoff. Jedes der Kohlenstoffatome ist an drei weitere Atome gebunden, zwei Kohlenstoffatome und ein Wasserstoffatom. Ich werde Wasserstoff und seine Bindung an Kohlenstoff zeichnen. Hier ist ein Wasserstoffatom, hier ist ein Wasserstoffatom, Wasserstoff, Wasserstoff und zwei weitere Wasserstoffatome. Jedes Kohlenstoffatom hat drei Hybridorbitale, dies ist die sp2-Hybridisierung. Darüber hinaus verfügt jeder von ihnen noch über ein freies p-Orbital. Dieses p-Orbital geht keine Sigma-Bindungen mit benachbarten Atomen ein. Und dann gibt es noch p-Orbitale, die wie Hanteln aussehen. Hier ist ein p-Orbital, hier ist ein p-Orbital, hier, hier sind zwei weitere p-Orbitale. Tatsächlich gibt es mehr Orbitale, aber dann würden sie das Bild verdecken. Vergessen Sie nicht, dass das Benzolmolekül Doppelbindungen hat. Ich werde eines der Kohlenstoffatome hervorheben. Diese Sigma-Verbindung entspricht, sagen wir, dieser Sigma-Verbindung. Der Einfachheit halber zeige ich eine andere Verbindung. Nehmen wir an, diese Sigma-Bindung entspricht dieser Bindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen. Die Doppelbindung, die ich in Lila zeige, entsteht durch seitliche Überlappung der p-Orbitale. Die p-Orbitale benachbarter Kohlenstoffatome überlappen sich. Ein Orbital ist ein Bereich, in dem ein Elektron mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit landen kann. Diese Bereiche sind groß, sie überlappen sich und die Elektronen bilden eine zusätzliche π-Bindung. Was passiert im konjugierten System der π-Elektronen? Ich schreibe das auf, damit du es nicht vergisst. Konjugiertes System von π-Elektronen. Wenn sich die Orbitale überlappen, kann es an dieser Stelle zu einer Bindung kommen. So werde ich die Überlappung von Orbitalen zeigen. Beim Übergang zu einer anderen Konfiguration überlappen sich die Orbitale hier. Tatsächlich springen alle diese π-Elektronen um den gesamten Ring herum. Elektronen wandern durch alle diese p-Orbitale. Sie können überall im Zyklus sein. Das ist gemeint, wenn man von den aromatischen Eigenschaften von Stoffen spricht. Dadurch erlangen Stoffe eine besondere Stabilität. Die meisten Aromastoffe sind solche Zyklen, nämlich Benzol und seine Derivate. Aber es gibt noch andere Substanzen. Jede Substanz, die 4n + 2 π-Elektronen in ihrem Ring hat, wobei n eine ganze Zahl ist, ist aromatisch, das heißt, sie ist eine aromatische Verbindung. Zählen wir die Elektronen. Jedes der sechs Kohlenstoffatome hat ein π-Elektron. Jedes Kohlenstoffatom hat ein p-Orbital und jedes dieser Orbitale ist mit einem Elektron besetzt. Insgesamt sind es 1, 2, 3, 4, 5, 6. Man kann es auch anders formulieren: Jede Doppelbindung besteht aus 2 π-Elektronen. 1, 2, 3, 4, 5, 6. Dies wird als Einhaltung der Hückelschen Regel bezeichnet. Ich glaube, es ist ein deutscher Nachname. Hückels Regel. Benzol entspricht ihm. Wenn n gleich eins ist, ist 4 * 1 + 2 = 6. Die Regel ist wahr. Bei n gleich zwei sollten es 10 π-Elektronen sein. Bei zehn π-Elektronen gilt die Regel. Es wird ein solches Molekül sein und es entspricht der Hückelschen Regel. Es gibt 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 Kohlenstoffatome im Ring. Hier gibt es 5 Doppelbindungen: 1, 2, 3, 4, 5. Damit sich die Bindungen abwechseln. Dies ist auch eine aromatische Verbindung. Es hat 10 π-Elektronen, eines für jedes Kohlenstoffatom oder zwei in jeder Doppelbindung. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. Und jetzt kommt der Teil, der mich überrascht. 6 und 10 entsprechen der Regel, nicht jedoch 8. Was ist mit acht Elektronen falsch? Warum ist diese Zahl unangemessen? Was wäre, wenn es vier π-Elektronen gäbe? Nehmen wir an, das Molekül sieht aus wie ein Viereck. Oder wie ein Verkehrsschild – 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 und abwechselnde Doppelbindungen. Werden diese Stoffe auch aromatische Verbindungen sein? Sie haben auch alternierende Bindungen, was bedeutet, dass sich Elektronen von Ort zu Ort bewegen und im Zyklus delokalisieren können. Bewegen Sie sich von hier nach hier, von hier nach hier. Von hier nach hier, von hier nach hier. Es stellt sich jedoch heraus, dass in solchen Substanzen π-Elektronen das System überhaupt nicht stabilisieren und der Zyklus sich als weniger stabil erweist als ein lineares Molekül. Und diese Moleküle entsprechen nicht der Hückelschen Regel. 4n + 2 ist 6, 10, 14 π-Elektronen, also 14, 10 oder 6 Kohlenstoffatome. Ist die Anzahl der Atome unterschiedlich, handelt es sich aber um einen Zyklus mit alternierenden Bindungen, ist der Stoff antiaromatisch. Schreiben wir diesen Begriff auf. Sie sind sehr instabil. Sie sind sehr instabil und öffnen sich zu linearen Molekülen. Ich hoffe, Sie fanden es interessant. Untertitel von der Amara.org-Community

Geschichte

Im Jahr 1959 Saul Winstein führte das Konzept der „Homoaromatizität“ ein – ein Begriff zur Beschreibung von Systemen, in denen ein stabilisiertes zyklisches konjugiertes System unter Umgehung eines gesättigten Atoms gebildet wird.

Erklärung der Aromatizität

Aromatizitätskriterien

Es gibt kein einzelnes Merkmal, das es erlaubt, eine Verbindung zuverlässig als aromatisch oder nicht aromatisch zu klassifizieren. Die Hauptmerkmale aromatischer Verbindungen sind:

• Tendenz zu Substitutionsreaktionen statt zu Additionen (am einfachsten zu bestimmen, historisch gesehen das erste Anzeichen, Beispiel – Benzol entfärbt Bromwasser im Gegensatz zu Ethylen nicht)
• Energiegewinn im Vergleich zu einem System nicht konjugierter Doppelbindungen. Также называется Энергией резонанса (усовершенствованный метод - Энергией резонанса Дьюара) (выигрыш настолько велик, что молекула претерпевает значительные преобразования для достижения ароматичного состояния, например циклогексадиен легко дегидрируется до бензола, двух и трехатомные фенолы существуют преимущественно в форме фенолов (енолов), а не кетонов usw.)
• das Vorhandensein eines magnetischen Ringstroms (die Beobachtung erfordert eine komplexe Ausrüstung), dieser Strom sorgt für eine Verschiebung der chemischen Verschiebungen der mit dem aromatischen Ring verbundenen Protonen in ein schwaches Feld (7-8 ppm für den Benzolring) und darüber befindlichen Protonen/ unterhalb der Ebene des aromatischen Systems - in einem starken Feld (NMR-Spektrum).
• das Vorhandensein der Ebene selbst (minimal verzerrt), in der alle (oder nicht alle - Homoaromatizität) Atome liegen, die ein aromatisches System bilden. In diesem Fall liegen Ringe aus Pi-Elektronen, die bei der Konjugation von Doppelbindungen entstehen (oder im Ring von Heteroatomen enthaltene Elektronen), oberhalb und unterhalb der Ebene des aromatischen Systems.
• Die Hückel-Regel wird fast immer eingehalten: Nur ein System, das (im Ring) 4n+2 Elektronen enthält (wobei n = 0, 1, 2, ...), kann aromatisch sein. Ein System mit 4n Elektronen ist antiaromatisch (im vereinfachten Sinne bedeutet dies einen Energieüberschuss im Molekül, ungleiche Bindungslängen, geringe Stabilität – eine Tendenz zu Additionsreaktionen). Gleichzeitig entspricht die Gesamtzahl der Pi-Elektronen im Fall einer Perijunction (es gibt ein oder mehrere Atome, die gleichzeitig zu drei Ringen gehören, d. h. es befinden sich keine Wasserstoffatome oder Substituenten in der Nähe) nicht der Gesamtzahl der Pi-Elektronen Hückelsche Regel (Phenalen, Pyren, Krone). Es wird auch vorhergesagt, dass, wenn es möglich ist, Moleküle in Form eines Möbius-Streifens (ein Ring mit ausreichend großer Größe, damit die Verdrehung in jedem Atomorbitalpaar gering ist) zu synthetisieren, für solche Moleküle ein System von 4n Elektronen entsteht aromatisch und mit 4n+2 Elektronen antiaromatisch.

Moderne Darstellungen

In der modernen physikalisch-organischen Chemie wurde eine allgemeine Formulierung des Aromatizitätskriteriums entwickelt

AROMATIKITÄT(vom griechischen Aroma, Geschlecht aromatos – Weihrauch), ein Konzept, das eine Reihe von strukturellen, energetischen Eigenschaften charakterisiert. Eigenschaften und Charakteristika der Reaktion. zyklische Fähigkeiten Strukturen mit einem System konjugierter Verbindungen. Der Begriff wurde von F.A. Kekule (1865) eingeführt, um die Eigenschaften von Verbindungen zu beschreiben, die strukturell dem Benzol, dem Begründer der Klasse der aromatischen Verbindungen, ähneln.

Zur Zahl der meisten Wichtige Anzeichen für Aromatizität sind die Tendenz, aromatisch zu sein. Anschl. zu einer Substitution, die das System konjugierter Bindungen im Zyklus erhält, und nicht zu einer Addition, die dieses System zerstört. Neben Benzol und seinen Derivaten sind solche Lösungen charakteristisch für polyzyklische aromatische Verbindungen. Kohlenwasserstoffe (z. B. Naphthalin, Anthracen, Phenanthren und deren Derivate) sowie für isoelektronische heterozyklische Konjugate. Verbindungen. Es ist jedoch bekannt, dass es viele Zusammenhänge gibt. (Azulen, Fulven usw.), die ebenfalls leicht in Substitutionssysteme eingehen, aber nicht alle anderen Aromatizitätsmerkmale aufweisen.

Reaktion Fähigkeit kann nicht als genaues Merkmal der Aromatizität dienen, auch weil sie nicht nur die Eigenschaften der Basis widerspiegelt. Zustand dieser Verbindung, sondern auch der Übergangszustand (aktivierter Komplex) der Lösung, in der sich diese Verbindung befindet. tritt ein. Daher sind mit der physikalischen Analyse strengere Kriterien für die Aromatizität verbunden. St. in der Hauptsache elektronische Zustände zyklisch. konjugierte Strukturen. Die Hauptschwierigkeit besteht darin, dass Aromatizität kein experimentell bestimmtes Merkmal ist. Daher gibt es kein eindeutiges Kriterium zur Bestimmung des Aromatizitätsgrades, d.h. Grad der Ähnlichkeit mit St. Benzol. Im Folgenden werden die meisten betrachtet. wichtige Anzeichen von Aromatik.

Die Struktur der elektronischen Hülle aromatischer Systeme.

Die Tendenz von Benzol und seinen Derivaten, die Struktur des konjugierten Rings bei der Zersetzung beizubehalten. Transformationen bedeuten höher. thermodynamisch und kinetisch Stabilität dieses Strukturfragments. Stabilisierung (Abnahme der elektronischen Energie) eines Moleküls oder Ions mit zyklischer Wirkung Struktur wird erreicht, wenn alle bindenden Molekülorbitale vollständig mit Elektronen gefüllt sind und nichtbindende und antibindende Orbitale frei sind. Diese Bedingungen sind erfüllt, wenn die Gesamtzahl der Elektronen im Zyklus erreicht ist. Polyen ist gleich (4l + 2), wobei n = = 0,1,2... (Hückel-Regel).

Diese Regel erklärt die Stabilität von Benzol (Form I) und Cyclopentadienylanion (II; n = 1). Dadurch war es möglich, die Stabilität von Cyclopropenyl- (III; n = 0) und Cycloheptatrienyl- (IV; n = 1) Kationen korrekt vorherzusagen. Aufgrund der Ähnlichkeit der elektronischen Schalen der Verbindung. II-IV und Benzol, wie höherzyklische. Polyene - Annulene (V-VII) gelten als aromatisch. Systeme.

Hückels Regel kann auf eine Reihe konjugierter Heterocyclen übertragen werden. Anschl. - Derivate von Pyridin (VIII) und Pyriliumkation (IX), isoelektronisch zu Benzol, fünfgliedrige Heterocyclen vom Typ X (Pyrrol, Furan, Thiophen), isoelektronisch zum Cyclopentadienylanion. Diese Verbindungen werden auch als aromatisch eingestuft. Systeme.

Derivate der Verbindungen II–X und andere komplexere Strukturen, die durch isoelektronische Substitution von Methingruppen in den Polyenen I–VII erhalten werden, zeichnen sich ebenfalls durch hohe thermodynamische Eigenschaften aus. Stabilität und allgemeine Neigung zu Substitutionsreaktionen im Kern.

Zyklisch. Konjugierte Polyene, die 4n Elektronen im Ring haben (n=1,2...), sind instabil und gehen leicht Additionsreaktionen ein, da sie eine offene Elektronenhülle mit teilweise gefüllten nichtbindenden Orbitalen haben. Solche Verbindungen, die meisten Ein typisches Beispiel hierfür ist Cyclobutadien (XI), einschließlich Canthiaromat. Systeme.

Regeln, die die Anzahl der Elektronen in einem Zyklus berücksichtigen, sind nützlich, um die Eigenschaften monozyklischer Verbindungen zu charakterisieren. Strukturen, sind jedoch nicht auf Polyzyklen anwendbar. Bei der Beurteilung der Aromatizität des letzteren muss berücksichtigt werden, wie die elektronischen Hüllen jedes einzelnen Zyklus des Moleküls diesen Regeln entsprechen. Bei mehrfach geladenen zyklischen Batterien ist Vorsicht geboten. Ionen Somit erfüllen die elektronischen Hüllen des Dikations und Dianions von Cyclobutadien die Anforderungen der Hückelschen Regel. Diese Strukturen können jedoch nicht als aromatisch eingestuft werden, da das Dikation (n = 0) in flacher Form, die eine zyklische Struktur liefert, nicht stabil ist. Konjugation und diagonal gebogen; Das Dianion (n=1) ist im Allgemeinen instabil.

Energiekriterien für Aromatizität. Resonanzenergie. Zur Mengenermittlung. Maße der Aromatizität charakterisierend erhöht thermodynamisch Stabilität aromatisch conn. wurde das Konzept der Resonanzenergie (ER) oder Delokalisierungsenergie formuliert.

Die Hydrierungswärme eines Benzolmoleküls, das formal drei Doppelbindungen enthält, ist 151 kJ/mol größer als die Hydrierungswärme von drei Ethylenmolekülen. Dieser mit ER verbundene Wert kann als zusätzlich für die Zerstörung des Zyklen aufgewendete Energie betrachtet werden. ein System konjugierter Doppelbindungen des Benzolrings, das diese Struktur stabilisiert. T. arr., ER charakterisiert den Beitrag des Zyklischen. Konjugation in die Bildungswärme (Gesamtenergie, Zerstäubungswärme) der Verbindung.

Es wurden eine Reihe theoretischer Methoden vorgeschlagen. ER-Beurteilungen. Sie unterscheiden sich ch. arr. Auswahl einer Vergleichsstruktur (d. h. einer Struktur, in der die zyklische Konjugation unterbrochen ist) mit dem zyklischen. bilden. Der übliche Ansatz zur Berechnung von ER besteht darin, die elektronischen Energien des Zyklus zu vergleichen. Struktur und die Summe der Energien aller darin enthaltenen isolierten Mehrfachbindungen. Allerdings ist die berechnete t. arr. ER, unabhängig von der verwendeten Quantenchemikalie. Methode, neigen dazu, mit zunehmender Systemgröße zuzunehmen. Dies steht oft im Widerspruch zu Experimenten. Daten über die Heiligen aromatisch. Systeme. Somit nimmt die Aromatizität in der Reihe der PolyaceneBenzol (I), Naphthalin (XII), Anthracen (XIII), Tetracen (XIV) ab (z. B. nimmt die Tendenz zur Addition zu, der Wechsel der Bindungslängen nimmt zu) und der ER ( angegeben in Einheiten = 75 kJ/Mol) wachsen:

Die durch Vergleich der elektronischen Energien zyklischer Zyklen berechneten ER-Werte weisen diesen Nachteil nicht auf. Struktur und ähnliche azyklische. konjugiert voll (M. Dewar, 1969). Berechnete t. arr. Mengen werden üblicherweise als Dewar ER (ED) bezeichnet. Beispielsweise wird der EDP von Benzol (1,013) durch Vergleich mit 1,3,5-Hexatrien berechnet und der EDP von Cyclobutadien durch Vergleich mit 1,3-Butadien.

Verbindungen mit Positivem ERD-Werte werden als aromatisch eingestuft, solche mit negativen Werten werden als antiaromatisch eingestuft und solche mit ERD-Werten nahe Null werden als nichtaromatisch eingestuft. Allerdings variieren die EDP-Werte je nach quantenchemischen Näherungen. Berechnungsmethode, bezieht sich. ihre Reihenfolge hängt praktisch nicht von der Wahl der Methode ab. Nachfolgend finden Sie die ERD pro Elektron (ER/e; in Einheiten), berechnet mit der modifizierten Version. Hückel-Molekülorbital-Methode:

Naib. ERD/e, also max. Benzol ist aromatisch. Eine Abnahme des ERD/e spiegelt eine Abnahme der Aromaten wider. St. Die präsentierten Daten stimmen gut mit etablierten Vorstellungen über die Erscheinungsformen der Aromatizität überein.

Magnetische Kriterien für Aromatizität. Zyklisch. Die Konjugation von Elektronen führt zum Auftreten eines Ringstroms im Molekül, der zu einer Erhöhung der Diamagnose führt. Empfänglichkeit. Da die Werte des Ringstroms und der Erhöhung die Wirksamkeit des Zyklischen widerspiegeln. Paarungen, sie dürfen. als Mengen verwendet. ein Maß für die Aromatizität.

Zu den aromatischen Verbindungen zählen Verbindungen, deren Moleküle induzierte diamagnetische elektronische Ringströme (diatrope Systeme) unterstützen. Bei Annulenen (n = 0,1,2...) besteht eine direkte Proportionalität zwischen der Stärke des Ringstroms und der Größe des elektrischen Vortriebs. Allerdings für nichtalternierende Kohlenwasserstoffe (z. B. Azulen) und heterozyklische. Anschl. diese Abhängigkeit wird komplexer. In einigen Fällen kann das System gleichzeitig diatrop und antiaromatisch, zum Beispiel. Bicyclodecapentaen.

Vorhandensein von Induktoren. Ringstrom im zyklischen Modus konjugierte Systeme manifestiert sich charakteristischerweise in den Protonenmagnetspektren. Resonanz (PMR), weil Der Strom erzeugt ein anisotropes Magnetfeld. Feld, das die Chemikalie erheblich beeinflusst Verschiebungen von Protonen, die mit Ringatomen verbunden sind. Signale von Protonen im Inneren Teile aromatisch Ringe verschieben sich in Richtung eines starken Feldes, und die Signale von Protonen, die sich an der Peripherie des Rings befinden, verschieben sich in Richtung eines schwachen Feldes. Ja, intern Protonen von Annulen (Form VI) und Annulen (VII) erscheinen jeweils bei -60 °C im PMR-Spektrum. bei 0,0 und -2,99 m. d. und externe bei 7,6 und 9,28 ppm.

Für antiaromatisch Annulensysteme hingegen zeichnen sich durch paramagnetische Eigenschaften aus. Ringströme führen zu einer Verschiebung der externen Protonen in ein starkes Feld (paratrope Systeme). Ja, Chem. Verschiebung ext. Protonen von Annulen beträgt nur 4,8 ppm.

Strukturkriterien für Aromatizität. Die wichtigsten Strukturmerkmale des Benzolmoleküls sind seine Planarität und die vollständige Ausrichtung der Bindungen. Ein Molekül kann als aromatisch betrachtet werden, wenn die Länge der Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen darin im Bereich von 0,136–0,143 nm liegt, d. h. nahe 0,1397 nm für das Benzol(I)-Molekül. Für nichtzyklische Bei konjugierten Polyenstrukturen betragen die Längen der C-C-Bindungen 0,144–0,148 nm und die Längen der C=C-Bindungen 0,134–0,135 nm. Ein noch größerer Wechsel der Bindungslängen ist typisch für Antiaromaten. Strukturen. Dies wird durch strenge nicht-empirische Daten gestützt. geometrische Berechnungen Parameter von Cyclobutadien und exp. Daten für seine Derivate.

Verschiedene vorgeschlagen Ausdrücke für Mengen. Aromatizitätsmerkmale, die beispielsweise auf dem Grad der Veränderung der Bindungslängen basieren. für Kohlenwasserstoffe wird der Aromatizitätsindex (HOMA d) eingeführt:

wobei a = 98,89, X r die Länge der r-ten Bindung (in A) und n die Anzahl der Bindungen ist. Für Benzol ist HOMA d maximal und gleich 1, für Cyclobutadien ist es minimal (0,863).

Detailliertes Vortragsprogramm und
Kommentare zum zweiten Teil des Kurses

Das detaillierte Vorlesungsprogramm und die Kommentare zum zweiten Teil des allgemeinen Vorlesungskurses in organischer Chemie (PLL) basieren auf dem Programm des allgemeinen Vorlesungskurses für organische Chemie, der am Institut für Organische Chemie der Fakultät für Chemie in Moskau entwickelt wurde Staatliche Universität. PPLs offenbaren die Füllung des zweiten Teils der allgemeinen Vorlesung mit Faktenmaterial zur Theorie und Praxis der organischen Chemie. PPL richtet sich in erster Linie an Studierende im 3. Studienjahr, die sich gut und schnell genug auf Prüfungen und Kolloquien vorbereiten möchten und verstehen möchten, wie viel Wissen ein Student mitbringen muss, um bei der Prüfung eine hervorragende Note zu erhalten. PPLs werden so erstellt, dass das obligatorische Programmmaterial in normaler Schriftart und das optionale Material in Kursivschrift gedruckt ist, obwohl man sich darüber im Klaren sein sollte, dass eine solche Aufteilung manchmal recht willkürlich ist.

Eines der Ziele dieses Handbuchs besteht darin, den Studierenden dabei zu helfen, Vorlesungsnotizen richtig und genau zu verfassen, den Stoff zu strukturieren, die richtigen Akzente in den Notizen zu setzen und obligatorischen Stoff von unwesentlichem Stoff zu trennen, wenn sie selbstständig mit Notizen oder einem Lehrbuch arbeiten. Es ist zu beachten, dass trotz der weiten Verbreitung moderner Lehrmethoden und der Verfügbarkeit vielfältiger Lehrmaterialien in Lehrbüchern und im Internet nur selbstständiges, beharrliches, wenn nicht sogar hartes Arbeiten am Mitschreiben (Vorlesungen, Lehrbücher, andere Materialien) erforderlich ist. Die Arbeit in Seminaren, das selbstständige Schreiben der wichtigsten Gleichungen und Mechanismen sowie das selbstständige Lösen von Syntheseproblemen können zum Erfolg im Studium der organischen Chemie (und anderer Fächer) führen. Nach Ansicht der Autoren bildet das Anhören einer Vorlesung die Grundlage für das Studium der organischen Chemie und deckt alle in der Prüfung enthaltenen Themen ab. Angehörte Vorlesungen und gelesene Lehrbücher bleiben jedoch passives Wissen, bis der Stoff in Seminaren, Kolloquien, beim Schreiben von Tests, Hausarbeiten und bei der Analyse von Fehlern gefestigt wird. Dem PPL fehlen Gleichungen chemischer Reaktionen und Mechanismen der wichtigsten Prozesse. Dieses Material ist in Vorlesungen und Lehrbüchern verfügbar. Jeder Studierende muss sich selbst einige Kenntnisse aneignen: die wichtigsten Reaktionen, Mechanismen aufschreiben und besser noch mehr als einmal (selbständige Arbeit mit Vorlesungsskripten, mit einem Lehrbuch, Kolloquium). Nur was durch selbstständige, sorgfältige Arbeit erworben wird, bleibt lange im Gedächtnis und wird zum aktiven Wissen. Was leicht zu erlangen ist, geht leicht verloren oder wird vergessen, und das gilt nicht nur in Bezug auf den Studiengang Organische Chemie.

Diese Entwicklung enthält neben Programmmaterialien eine Reihe von Hilfsmaterialien, die in den Vorlesungen demonstriert wurden und nach Ansicht der Autoren für ein besseres Verständnis der organischen Chemie notwendig sind. Diese Hilfsmaterialien (Zahlen, Tabellen usw.) sind, auch wenn sie in normaler Schriftart gedruckt sind, meist nicht zum wörtlichen Auswendiglernen gedacht, sondern werden benötigt, um Trends bei Änderungen der Eigenschaften oder der Reaktivität organischer Verbindungen zu beurteilen. Da es schwierig sein kann, die in Vorlesungen gezeigten Hilfsmaterialien, Abbildungen und Tabellen vollständig und genau in Notizen niederzuschreiben, soll die Platzierung dieser Materialien in dieser Entwicklung den Kursteilnehmern helfen, die Lücken in Notizen und Notizen zu schließen und sich zu konzentrieren Während der Vorlesung kommt es nicht auf das stenografische Aufzeichnen von Zahlen und Tabellen an, sondern auf die Wahrnehmung und das Verständnis des vom Dozenten besprochenen Stoffes.

AROMATIKITÄT.

1. Aliphatische (aus dem Griechischen αλιφατικό – Öl, Fett) und aromatische (αρωματικόσ – Weihrauch) Verbindungen (19. Jahrhundert).

2. Entdeckung von Benzol (Faraday, 1825). Die Struktur von Benzol (Kekule, 1865). o-, m-, p-Isomere, ortho-Xylol.

3. Andere für Benzol vorgeschlagene Formeln (Ladenburg, Dewar, Thiele usw.). Benzol-Isomere (Prisman, Bicyclohexa-2,5-dien, Benzvalen, Fulven).

4. Hückel-Molekülorbitalmethode. Unabhängige Berücksichtigung von σ- und π-Bindungen (d. h. gebildet durch sp 2 und p-Orbitale). Molekülorbitale von Benzol (drei bindende Orbitale: ein Orbital hat keine Knoten, zwei Orbitale haben eine Knotenebene, alle sind besetzt, sie haben nur 6 Elektronen; drei Orbitale sind antibindend. Zwei davon haben 2 Knotenebenen, die höchste Energie Das antibindende Orbital hat drei Knotenebenen und die antibindenden Orbitale sind nicht besetzt.

Konzept des Frostkreises für Benzol, Cyclobutadien und Cyclooctatetraen.

Hückels Regel. FLACH, MONOZYKLISCH, VERBUNDEN Kohlenwasserstoffe sind aromatisch, wenn der Kreislauf enthält (4n+2) π – Elektronen.

Antiaromatische Verbindungen. Nichtaromatische Verbindungen. Cyclooctatetraen.

5. Beschreibung von Benzol mit der Methode „Valenzschema“, Resonanztheorie (Pauling), Mesomerie, Verwendung von Grenzstrukturen.

6. Stornierungen. Methanoannulens. Aromatische Ionen. Kondensierte Kohlenwasserstoffe. Heterozyklen.

Ein paar Anmerkungen zur Stabilität der Stornierungen.

-abgesagt - nicht flach, kann nicht aromatisch sein.

1,6-Methan – abgesagt- flach, (bis auf den Steg natürlich!), es ist aromatisch.

Annulen ist ein nichtaromatisches Polyen, das unter -70 °C stabil ist.

-abgesagt keine flachen Zyklen, wenn keine 2 Brücken vorhanden sind. Daher - nicht aromatisch.

Annulene sind gewöhnliche Polyene.

-abgesagt– flach, aromatisch. Kennen Sie die Besonderheit seines PMR-Spektrums!

7. Detaillierte Betrachtung AROMATISCHE KRITERIEN.

Aromatizitätskriterien – Quantenmechanik – Anzahl der p-Elektronen 4n+2(Hückels Regel), siehe Kommentare unten. Energie (Erhöhung der thermodynamischen Stabilität aufgrund der Delokalisierung von Elektronen, der sogenannten Delokalisierungsenergie – ED). ED in Benzol: (6a +8β) – (6a +6β) (für Cyclohexatrien) = 2β = 36 kcal/mol oder 1,56 eV ist EER (empirische Resonanzenergie). Es gibt mehrere weitere Möglichkeiten, die Resonanzenergie zu berechnen: vertikale Resonanzenergie (nach Hückel auch ED genannt, gemessen in Einheiten des Integrals β, für Benzol beträgt sie 0,333), es gibt auch (bei 5++) ERD (d. h. die Dewar-Resonanzenergie pro 1 Elektron, 0,145 eV für Benzol), es gibt auch (bei 5+++) ERD nach Hess-Schaad, für Benzol: 0,065 eV , dann das gleiche wie EDNOE im Lehrbuch von Reutov, Kurtz, Butin. Es gibt auch (bei 5++++) TER (topologisches ER). Außerdem „gibt es viele Dinge auf der Welt, Freund Horatio, von denen unsere Weisen nie geträumt haben“ (W. Shakespeare). Das Energiekriterium ist das unbequemste und unklarste von allen. Die Energiewerte für dieses Kriterium werden immer berechnet, da es in der Regel nicht möglich ist, das entsprechende nichtaromatische Molekül zum Vergleich auszuwählen. Daher sollte man sich darüber im Klaren sein, dass es selbst für klassische aromatische Moleküle viele unterschiedliche Schätzungen der Delokalisierungsenergie gibt, für komplexere Systeme diese Werte jedoch völlig fehlen. Man kann verschiedene aromatische Systeme niemals anhand der Größe der Delokalisierungsenergien vergleichen – man kann nicht schließen, dass Molekül A aromatischer ist als Molekül B, weil die Delokalisierungsenergie größer ist. Strukturell - ein sehr wichtiges, wenn nicht das wichtigste Kriterium, da es nicht theoretischer, sondern experimenteller Natur ist. Die Besonderheit der Geometrie von Molekülen aromatischer Verbindungen liegt in der Tendenz dazu koplanare Anordnung der Atome und Ausrichtung der Bindungslängen. In Benzol ist die Ausrichtung der Bindungslängen perfekt – alle sechs C-C-Bindungen sind gleich lang. Bei komplexeren Molekülen ist die Ausrichtung nicht perfekt, aber signifikant. Das Kriterium dient als Maß für die relative Abweichung der Längen konjugierter Bindungen vom Durchschnittswert. Je näher an Null, desto besser. Diese Größe kann jederzeit analysiert werden, wenn Strukturinformationen verfügbar sind (experimentell oder aus hochwertigen quantenchemischen Berechnungen). Die Tendenz zur Koplanarität wird durch den Vorteil der Kollinearität der Atomachsen bestimmt R-Orbitale für ihre effektive Überlappung. Es stellt sich die Frage: Welche Abweichung von der planaren Anordnung ist ohne Aromatizitätsverlust zulässig? Beispiele für Ebenenverzerrungen in aromatischen Molekülen werden in der Vorlesung gegeben, sie sind auch in der Fachliteratur zu finden (siehe unten, S. 20). Magnetisch (Vorhandensein eines Ringstroms – diatropes System, Einfluss auf die chemischen Verschiebungen von Protonen außerhalb und innerhalb des Rings, Beispiele – Benzol und -Annulen). Das bequemste und zugänglichste Kriterium, da für seine Beurteilung das 1 H-NMR-Spektrum ausreicht. Für eine genaue Bestimmung werden theoretische Berechnungen chemischer Verschiebungen verwendet. Was ist Diatropie? Chemisch – Tendenz zu Substitutionsreaktionen statt zu Additionsreaktionen. Das offensichtlichste Kriterium, das die Chemie aromatischer Verbindungen deutlich von der Chemie der Polyene unterscheidet. Aber es funktioniert nicht immer. In ionischen Systemen (z. B. im Cyclopentadienylanion oder Tropyliumkation) kann keine Substitution beobachtet werden. Substitutionsreaktionen treten manchmal in nichtaromatischen Systemen auf, aromatische Systeme sind jedoch immer in gewissem Umfang zu Additionsreaktionen fähig. Daher ist es richtiger, das chemische Kriterium als ZEICHEN der Aromatizität zu bezeichnen.

8. DAS KONZEPT DER AROMATITÄT. ZEICHEN UND KRITERIEN DER AROMATIZITÄT. - Kommentare

Aromatizität – ein Konzept, das eine Reihe besonderer struktureller, energetischer und magnetischer Eigenschaften sowie Merkmale der Reaktivität zyklischer Strukturen mit einem System konjugierter Bindungen charakterisiert.

Obwohl Aromatizität eines der wichtigsten und fruchtbarsten Konzepte in der Chemie (nicht nur in der organischen) ist, - Es gibt keine allgemein akzeptierte Kurzdefinition dieses Konzept. Unter Aromatizität versteht man eine Reihe besonderer Eigenschaften (Kriterien), die einer Reihe zyklisch konjugierter Moleküle in gewissem Maße innewohnen. Einige dieser Kriterien sind experimenteller, beobachtbarer Natur, der andere Teil basiert auf der Quantentheorie der Struktur von Molekülen. Aromatizität hat Quantennatur. Es ist unmöglich, Aromatizität vom Standpunkt der klassischen Strukturtheorie und Resonanztheorie aus zu erklären.

TU es nicht Verwechseln Sie Aromatizität mit Delokalisierung und Konjugation. In den Molekülen von Polyenen (1,3-Butadien, 1,3,5-Hexatrien usw.) besteht eine deutliche Tendenz zur Delokalisierung von Elektronen (siehe 1. Semester, Chemie der Diene) und zur Bildung einer einzigen konjugierten elektronischen Struktur , was sich in Spektren (hauptsächlich elektronischen Absorptionsspektren), einigen Änderungen der Bindungslängen und -ordnungen, Energiestabilisierung, besonderen chemischen Eigenschaften (elektrophile 1,4-Addition bei Dienen usw.) manifestiert. Delokalisierung und Konjugation sind notwendige, aber keine hinreichenden Bedingungen für Aromatizität. Aromatizität kann als die Eigenschaft definiert werden, dass ein konjugierter Ring aus ungesättigten Bindungen eine größere Stabilität aufweist, als man von der Konjugation allein erwarten würde. Diese Definition kann jedoch nicht ohne experimentelle oder berechnete Daten zur Stabilität des zyklisch konjugierten Moleküls verwendet werden.

Damit ein Molekül aromatisch ist, muss es enthalten mindestens ein Zyklus, jeden aus den Atomen, aus denen es zur Bildung eines aromatischen Systems geeignet ist R-orbital. Es ist dieser Zyklus (Ring, Ringsystem), der im wahrsten Sinne des Wortes als aromatisch gilt (sofern die unten aufgeführten Kriterien erfüllt sind).

In diesem Zyklus sollten 4n+2 (also 2, 6, 10, 14, 18, 22 usw.) Elektronen vorhanden sein.

Diese Regel wird Huckelsche Regel oder Aromatizitätskriterium genannt. Die Quelle dieser Regel sind stark vereinfachte quantenchemische Berechnungen idealisierter zyklischer Polyene, die in den frühen Tagen der Quantenchemie durchgeführt wurden. Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass diese einfache Regel grundsätzlich auch für sehr komplexe reale Systeme korrekte Aromatizitätsvorhersagen liefert.

Die Regel muss jedoch korrekt angewendet werden, sonst kann die Prognose falsch sein. Allgemeine Empfehlungen finden Sie weiter unten.

Molekül, das mindestens einen aromatischen Ring enthält hat das Recht als aromatisch bezeichnet werden, diese Verallgemeinerung sollte jedoch nicht überstrapaziert werden. Es ist also offensichtlich, dass Styrol einen Benzolring enthält und daher als aromatisches Molekül bezeichnet werden kann. Aber wir könnten auch an der Ethylendoppelbindung in Styrol interessiert sein, die keinen direkten Zusammenhang mit der Aromatizität hat. Unter diesem Gesichtspunkt ist Styrol ein typisches Olefin mit einer konjugierten Doppelbindung.

Vergessen Sie niemals, dass Chemie eine experimentelle Wissenschaft ist und keine theoretische Argumentation das Wissen über die tatsächlichen Eigenschaften von Substanzen ersetzt oder ersetzt. Theoretische Konzepte, auch solche, die so wichtig sind wie die Aromatizität, helfen nur dabei, diese Eigenschaften besser zu verstehen und nützliche Verallgemeinerungen vorzunehmen.

Welche Orbitale gelten als geeignet für die Bildung eines aromatischen Systems?– Alle Orbitale senkrecht zur Kreisebene und

a) Zugehörigkeit zu in den Zyklus einbezogen Mehrfachbindungen (endozyklische Doppel- oder Dreifachbindungen);

b) entsprechend freien Elektronenpaaren in Heteroatomen (Stickstoff, Sauerstoff usw.) oder Carbanionen;

c) entsprechend Sechs-Elektronen-(Sextett-)Zentren, insbesondere Carbokationen.

Bitte beachten Sie, dass die aufgeführten Fragmente a), b), c) dem Gesamtsystem eine gerade Anzahl von Elektronen verleihen: beliebige Mehrfachbindungen – 2 Elektronen, freie Elektronenpaare – 2 Elektronen, freie Orbitale – 0 Elektronen.

Was ist nicht geeignet oder trägt nicht zum Aromasystem bei:

a) Oniumformen kationischer Zentren– also Kationen, die ein volles Oktett an Elektronen enthalten. In diesem Fall bricht ein solches Zentrum das konjugierte System, zum Beispiel ist N-Methylpyrrol aromatisch (6 Elektronen im Ring) und N,N-Dimethylpyrrolium ist nicht aromatisch (Ammoniumstickstoff trägt nicht zum π-System bei). :

Achtung – wenn das Oniumzentrum Teil einer Mehrfachbindung ist, dann ist es die Mehrfachbindung, die an der Bildung des aromatischen Systems beteiligt ist, daher ist beispielsweise N-Methylpyridinium aromatisch (6 π-Elektronen, zwei von jedem der). drei Mehrfachschuldverschreibungen).

Das Konzept von Isoelektronizität. Isoelektronische Systeme sind hinsichtlich der Aromatizität normalerweise ähnlich. In diesem Sinne ist beispielsweise N-Methylpyridinium isoelektronisch zu Methylbenzol. Beide sind offensichtlich aromatisch.

B) Einzelpaare, die in der Ringebene liegen. An einem Atom kann nur ein π-Orbital zum aromatischen System beitragen. Daher trägt im Cyclopentadienyl-Anion das Carbanion-Zentrum zwei Elektronen bei, und im Phenylanion trägt das Kohlenstoffatom des Carbanion-Zentrums ein Elektron bei, wie im Benzolmolekül. Das Phenylanion ist isoelektronisch zu Pyridin und das Cyclopentadienylanion ist isoelektronisch zu Pyrrol.

Alle sind aromatisch.

c) Exozyklische Doppelbindung oder Radikalzentrum. Solche Strukturen sind jedoch im Allgemeinen nicht aromatisch Jede dieser Strukturen erfordert eine besondere Betrachtung anhand realer experimenteller Daten .

Beispielsweise sind Chinone nichtaromatisch, obwohl sie a) planare, vollständig konjugierte Ringe mit 6 Elektronen haben (vier von den beiden Mehrfachbindungen im Ring plus zwei von den beiden exocyclischen Bindungen).

Das Vorhandensein sogenannter Chinoidfragmente, also Bindungssysteme mit zwei exozyklischen Doppelbindungen, in einer bestimmten konjugierten Struktur ist immer eine Quelle der Instabilität und begünstigt Prozesse, die das System mit einem Chinoidfragment in ein normales aromatisches System umwandeln. Somit ist Anthracen ein aromatisches 14-Elektronen-System, das ein Chinoidfragment enthält. Daher bindet Anthracen leicht Brom oder Dienophile, da die Produkte bereits über zwei vollwertige aromatische Benzolringe verfügen:

Aromatizität polyzyklischer Strukturen stellt ein recht komplexes theoretisches Problem dar. Aus formaler Sicht kann ein System als aromatisch betrachtet werden, wenn es mindestens einen Benzolring aufweist. Dieser Ansatz ermöglicht es jedoch nicht, die Eigenschaften des Moleküls als Ganzes zu betrachten.

In ihnen liegt der moderne Zugang zu polyzyklischen Systemen Alle mögliche aromatische Subsysteme, ausgehend von der größtmöglichen Außenkontur. In diesem Sinne kann beispielsweise Naphthalin als gemeinsames 10-Elektronen-System (Außenkontur) und zwei identische 6-Elektronen-Benzolringe dargestellt werden.

Wenn die Außenkontur nicht aromatisch ist, sollten kleinere Aromakonturen angestrebt werden. Beispielsweise hat Diphenylen entlang seiner Außenkontur 12 Elektronen, was nicht der Hückelschen Regel entspricht. Allerdings können wir in dieser Verbindung leicht zwei praktisch unabhängige Benzolringe finden.

Wenn bizyklische Kohlenwasserstoffe planar sind und konjugierte Doppelbindungen aufweisen, gilt die Hückelsche Regel für bi- und polyzyklische Kohlenwasserstoffe, die eine Bindung gemeinsam haben ( Naphthalin, Anthracen, Phenanthren usw. und auch Azulen). Hückels Regel funktioniert nicht gut für kondensierte Ringe, bei denen drei Ringe ein gemeinsames Kohlenstoffatom haben. In diesem Fall kann die Regel zum Zählen von Elektronenpaaren nach der Methode „um den Umfang oder entlang einer der Konturen gehen“ hilfreich sein, zum Beispiel:

Acenaphthylenpyrenperylen

Summe der π-Elektronen: 12 16 20

einschließlich entlang des Umfangs, 10 14 18 (entlang der Naphthalinkontur - 10 und 10)

Bei solch komplexen Zyklen funktioniert diese Regel jedoch möglicherweise nicht immer. Darüber hinaus sagt es nichts über die tatsächlichen Eigenschaften des Moleküls aus. Acenaphthylen hat beispielsweise eine regelmäßige Doppelbindung zwischen den Atomen 1 und 2.

Verschiedene Beispiele isoelektronischer aromatischer Heterocyclen.

PYRROL – FURAN – THIOPHEN (6π-Elektronen) .

PYRIDIN– PYRIDINIUM– PYRILIUM (6π-Elektronen) .

Pyridazin – PYRIMIDIN– Pyrazin (6 π-Elektronen) .

Oxazole – Thiazole – IMIDAZOL (6π-Elektronen) .

INDOL– CHINOLIN (10π-Elektronen) .

Über die „Verrückten“ . In der Lehrliteratur werden aromatische Zyklen oft mit einem Kreis innerhalb eines Polygons dargestellt. Lassen Sie uns klarstellen, dass diese Art der Bezeichnung nach Möglichkeit vermieden werden sollte. Warum?

Weil:

a) In komplexen polyzyklischen Strukturen haben die Kreise keine spezifische Bedeutung und erlauben uns nicht zu verstehen, wo Aromatizität lebt – in einzelnen Zyklen oder als Ganzes. Wenn Sie beispielsweise Anthracen mit „Nüssen“ zeichnen, wird nicht klar, was der Grund für seine „nicht ganz aromatischen“ und ausgeprägten Dieneigenschaften ist

b) Selbst die klassischsten aromatischen Systeme wie Benzol und seine Derivate können nichtaromatische Polyeneigenschaften aufweisen, für deren Betrachtung die Struktur von Mehrfachbindungen betrachtet werden muss.

c) Es ist die Kekul-Struktur, die notwendig ist, um die Auswirkungen von Substituenten mit einem unverzichtbaren Werkzeug zu berücksichtigen – Resonanzstrukturen. „Nut“ ist in dieser Hinsicht völlig fruchtlos. Wenn wir also die Formel von Kekule verwenden, werden wir den Grund für den hohen Säuregehalt perfekt verstehen P-Nitrophenol und leuchtend gelbe Farbe P-Nitrophenolat. Was machen wir mit der „Nuss“?

Bevorzugt wird die einfache „Kekul-Butlerov“-Methode, die der klassischen Strukturtheorie entspricht und Mehrfachbindungen explizit bezeichnet. Nachdem Sie eine solche klassische Struktur gezeichnet haben, können Sie jederzeit über ihre Aromatizität oder Nichtaromatizität sprechen, indem Sie die entsprechenden Regeln und Kriterien anwenden. Es ist die klassische Kekul-Struktur, die in allen führenden internationalen Chemiefachzeitschriften als Standard akzeptiert wird.

Und wann sind Tassen angebracht?? Zur Bezeichnung nichtbenzoider aromatischer Systeme, insbesondere geladener. In diesem Fall ist die klassische Notation etwas ungeschickt und zeigt keine Ladungsdelokalisierung.

Auch in der metallorganischen Chemie, wo aromatische Systeme häufig die Rolle von Liganden spielen, ist es schwierig, auf Kreise zu verzichten. Versuchen Sie, die Struktur von Ferrocen oder anderen Komplexen, die einen Cyclopentadienyl-Liganden enthalten, ohne Kreise wiederzugeben!

Ebenheit. Ein Zyklus, der behauptet, aromatisch zu sein und das erforderliche kontinuierliche System von p-Orbitalen enthält, muss es sein Wohnung(oder fast flach). Diese Anforderung ist eine der unangenehmsten, da es nicht ganz einfach ist, „mit dem Auge“ festzustellen, welcher Zyklus flach ist und welcher nicht. Als einfache Tipps können folgende Punkte gelten:

a) zyklische konjugierte Systeme mit 2 oder 6 Elektronen, die die betrachteten Bedingungen erfüllen, sind in der Regel planar und aromatisch. Solche Systeme werden meist in kleinen und mittleren Zyklen (2-8 Mitglieder) umgesetzt;

b) zyklische Ionensysteme mit der Elektronenzahl 2, 6, 10, 14 sind fast notwendigerweise aromatisch, da Aromatizität der Grund für die Existenz und Stabilität solcher Ionen ist;

c) Neutrale Systeme mit 10, 14, 18 oder mehr Elektronen in einem einzigen großen Zyklus erfordern dagegen fast immer zusätzliche Maßnahmen zur Stabilisierung der flachen Struktur in Form zusätzlicher Brücken, da durch die Bildung ein Energiegewinn entsteht eines großen aromatischen Systems kompensiert weder die in Makrozyklen erzeugte Spannungsenergie noch den Entropieverlust bei der Bildung einer einzelnen planaren Struktur.

Aufmerksamkeit : Die Lektüre des folgenden Absatzes wird Personen mit schwachen und instabilen Kenntnissen dringend empfohlen. Jeder mit einer Bewertung von weniger als 99 Punkten dürfenÜberspringen Sie diesen Absatz.

Anti-Aromatizität. Systeme, die alle oben diskutierten Bedingungen erfüllen (flache Zyklen mit einem kontinuierlichen System von π-Orbitalen), aber die Anzahl der Elektronen beträgt 4n, gelten als antiaromatisch – das heißt, wirklich nicht existent. Aber wenn es sich bei der Aromatizität um reale Moleküle handelt, ist das Problem bei der Antiaromatizität komplizierter. Es ist wichtig zu verstehen, dass ein echtes antiaromatisches System nicht ein Minimum, sondern ein Maximum der potentiellen Energie aufweist, also kein Molekül, sondern ein Übergangszustand ist. Antiaromatizität ist ein rein theoretisches Konzept, das beschreibt, warum einige zyklische konjugierte Systeme entweder völlig instabil sind und selbst mit enormem Aufwand nicht erhalten werden konnten oder klare Tendenzen zeigen, in Form eines gewöhnlichen Polyens mit abwechselnden Einfach- und Mehrfachbindungen zu existieren.

Zum Beispiel Cyclobutadien wäre Anti aromatisch, wenn es als quadratisches Molekül mit gleich langen Bindungen existierte. Aber in der Natur gibt es kein solches quadratisches Molekül. Daher ist die richtige Art, es auszudrücken: das hypothetische quadratische Cyclobutadien ist antiaromatisch und Deshalb existiert nicht. Experimentell wurden bei sehr niedrigen Temperaturen substituierte Cyclobutadiene isoliert, deren Struktur sich jedoch als typische nichtaromatische Diene herausstellte – sie wiesen einen deutlichen Unterschied zwischen kurzen Doppel- und langen Einfachbindungen auf.

Real existierende planar konjugierte Moleküle mit 4n Elektronen sind immer hochreaktive nichtaromatische Polyene. Benzocyclobutadien existiert beispielsweise tatsächlich (8 Elektronen im Außenkreis), hat aber die Eigenschaften eines äußerst aktiven Diens.

Anti-Aromatizität – extrem wichtig Konzept in der Aromatizitätstheorie. Die Aromatizitätstheorie sagt sowohl die Existenz besonders stabiler aromatischer Systeme als auch die Instabilität antiaromatischer Systeme voraus. Beide Pole sind wichtig.

Antiaromatizität ist ein sehr wichtiges Konzept in der Chemie. Alle ungesättigten konjugierten cyclischen Systeme, die eine antiaromatische Anzahl von π-Elektronen enthalten, weisen bei verschiedenen Additionsreaktionen immer eine sehr hohe Reaktivität auf.

9. Triviale Beispiele für die Synthese nichtbenzoider aromatischer Ionen.

Cyclopropenylium-Kation, Tropylium-Kation

Cyclopentadienylid-Anion. Aromatische carbozyklische Anionen C8, C10, C14.

10. Optional: Versuche, antiaromatische Moleküle zu synthetisieren – Cyclobutadien, Cyclopentadienyliumkation.

Entwicklung des Aromatizitätskonzepts. Cyclobutadien-Eisentricarbonyl. Volumetrische, sphärische Aromatizität, Homoaromatizität usw.

11. Herstellung aromatischer Kohlenwasserstoffe.

1. Industrielle Quellen– Öl und Kohle.

Reformieren. Kette: Heptan – Toluol – Benzol – Cyclohexan.

2. Labormethoden:

a) Wurtz-Fittig-Reaktion (eine veraltete Methode, die eher historische Bedeutung hat, TU es nicht bei der Lösung von Problemen anwenden),

b) katalytische Trimerisierung von Acetylen,

c) säurekatalysierte Trimerisierung von Aceton und anderen Ketonen;

d) Kreuzkupplung, sowohl nichtkatalytisch unter Verwendung von Cupraten als auch katalytisch in Gegenwart von Palladiumkomplexen,

e) Friedel-Crafts-Reaktion, hauptsächlich Acylierung mit Reduktion nach Clemmensen (Alkylarylketone) oder Kizhner-Wolf (beliebige Ketone und Aldehyde), sollte verwendet werden,

f) Aromatisierung aller Derivate von Cyclohexan, Cyclohexen, Cyclohexadien unter Einwirkung von Schwefel (Fusion, nur für die einfachsten Verbindungen geeignet) oder Dichlordicyanbenzochinon (DDQ oder DDQ, ein Allzweckreagenz).

12. Eigenschaften des Rings und der aliphatischen Seitenkette in aromatischen Kohlenwasserstoffen.

1. Hydrierung. Wann kommt es zur partiellen Ringhydrierung? Hydrierung funktioneller Gruppen (C=C, C=O) ohne Ringhydrierung. Beispiele.

2. Birkenreduktion (Na, flüssiges NH 3). Warum wird EtOH benötigt? Der Einfluss von Donoren und Akzeptoren im Ring auf die Richtung der Reaktion.

3. Freie radikalische Halogenierung von Benzol (war in der Schule!). Halogenierung von Toluol und seinen Homologen in die Seitenkette. Selektivität der Halogenierung.

4. Oxidation der Seitenkette und polykondensierter aromatischer Kohlenwasserstoffe. Ozonierung von Benzol und anderen aromatischen Verbindungen.

5. Diels-Alder-Reaktion für Benzol und Anthracen. Bedingungen.

6. Reaktion von Alkalimetallen und Mg mit Naphthalin und Anthracen (optional).

ELEKTROPHILE SUBSTITUTION IN DER AROMATISCHEN REIHE.

1. Warum elektrophile Substitution (ES)?

2. Welche Arten von Elektrophilen gibt es und welche EZ-Reaktionen werden wir im Detail untersuchen? (Protonierung, Nitrierung, Sulfonierung, Halogenierung, Alkylierung, Acylierung, Formylierung). In einem Monat werden wir uns mit Azokupplung, Nitrosierung, Carboxylierung befassen.

3. Vereinfachter Mechanismus der elektrophilen Substitution im aromatischen Ring (ohne π-Komplexe). Arenoniumionen. Ähnlichkeit mit Allylkation. Darstellung von Arenoniumionen auf Papier – Resonanzstrukturen oder „Hufeisen“ – lernen Sie unbedingt, wie man Resonanzstrukturen für S-Komplexe zeichnet, da das „Hufeisen“ in eine Sackgasse führt, wenn es um den Einfluss von Substituenten auf die Richtung geht der elektrophilen Substitution. Protonierung von Arenen.

4. Nachweis der Existenz von π-Komplexen am Beispiel der Reaktion von DCl und Benzol (G. Brown 1952). Hinweise auf die Existenz von σ-Komplexen.

5. Verallgemeinerter Mechanismus von EZ, einschließlich der Bildung von π- und σ-Komplexen. Die geschwindigkeitsbestimmende Stufe der Elektronendetonation im Benzolring. Das Konzept des kinetischen Isotopeneffekts. Erinnern wir uns noch einmal daran, was ein Übergangszustand und ein Zwischenzustand sind.

6. Orientierung für die elektrophile Substitution: ortho-, meta-, para-, ipso. Orientanten erster und zweiter Art. Zeichnen Sie unbedingt Resonanzstrukturen für S-Komplexe mit verschiedenen Substituenten ein. Analysieren Sie separat den Einfluss von Substituenten mit induktiven und mesomeren Effekten sowie einer Kombination multidirektionaler Effekte auf die Struktur von S-Komplexen. Teilgeschwindigkeitsfaktoren. Konsequente und nicht übereinstimmende Ausrichtung. Beispiele für unterschiedliche Verhältnisse von o-/p-Isomeren in Fällen, in denen der Ring einen Substituenten der 1. Art (z. B. sterisch gehindert) oder der 2. Art (Ortho-Effekt) enthält. NMR von Benzoloniumionen und einigen Arenen.

7. Berücksichtigung spezifischer elektrophiler Substitutionsreaktionen. Nitrierung. Agenten. Exotische Wirkstoffe. Angriffspartikel. Merkmale der Nitrierung verschiedener Verbindungsklassen - Nitroarene (Bedingungen), halogenierte Benzole (Aufteilung von o- und p-Isomeren. Wie?), Naphthalin und Biphenyl. Nitrierung aromatischer Amine (Schutzgruppen, Vorgehensweise). Ö- Und P- Isomere? Ist es möglich, Aniline in die m-Position zu nitrieren? Nitrierung von Phenol (Bedingungen, Teilung Ö- Und P- Isomere).

7. Sulfonierung von Arenen. Agenten, Natur des Elektrophils, Reversibilität. Merkmale der Sulfonierung von Naphthalin, Toluol, Phenol, Anilin, Schutz mit einer Sulfogruppe in EZ-Reaktionen.

8. Sulfonsäurederivate: Tosylchlorid, Tosylate, Sulfonamide. Wiederherstellung der Sulfogruppe.

9. Halogenierung. Eine Reihe von Halogenierungsmitteln in absteigender Reihenfolge ihrer Aktivität (mindestens 3 Beispiele kennen). Die Natur des Elektrophils, die Merkmale der Halogenierung von Toluol und halogenierten Benzolen ermöglichen die Gewinnung aller halogenierten Benzole, die Halogenierung von Naphthalin, Biphenyl, Anilin, Phenol und Anisol. Merkmale der Jodierung. Chlorierung von Jodbenzol ohne elektrophile Katalysatoren. Polyvalente Jodverbindungen (PhICl 2, PhI=O, PhI(OAc) 2)

10.Alkylierung und Acylierung nach Friedel-Crafts. Alkylierung – 3 Nachteile, Beispiele für Synthesen, Reversibilität, Einfluss von Halogen in RHal, Wirkstoffe, intramolekulare Alkylierung, Einschränkungen bei Substituenten, Merkmale der Alkylierung von Phenolen und Aminen, Synthese von n-Alkylbenzolen. Acylierung – Vergleich mit Alkylierung, Reagenzien, zyklische Anhydride bei der Acylierung, intramolekulare Reaktionen, Fries-Umlagerung.

Tabelle 1.

Tabelle 2. Daten zur Nitrierung von Halogenbenzolen.

Verbindung	Produkte, %*			relativ Geschwindigkeit Nitrierung (Benzol =1)**	Teilgeschwindigkeitsfaktor für Ö- Und P- Position (Benzol = 1)
	ortho	Meta	Paar
C 6 H 5 – F					0,054 (Ö) 0,783 (P)
C 6 H 5 – Cl					0,030 (Ö) 0,136(P)
C 6 H 5 – Br					0,033 (Ö) 0,116(P)
C 6 H 5 – I***					0,205 (Ö) 0,648(P)

*) K. Ingold. Theoretische Grundlagen der organischen Chemie M., "Mir", 1973, S. 263;

**) ebenda. 247; ***) Nach neuesten Forschungsergebnissen könnte der Mechanismus der elektrophilen Substitution in Aryliodiden komplexer sein als bisher angenommen.

Über Trennung Ö- Und P- Isomere disubstituierter Arene durch Kristallisation.

Tabelle 3. M.p. Ö- Und P-Isomere disubstituierter Arene in o C.

VERGLEICH DER ALKYLIERUNGS- UND ACYLIERUNGSREAKTIONEN NACH FRIEDEL-CRAFTS.

	ALKYLIERUNG		ACYLIERUNG
REAGENS	AlkHal, AlkOH, Alkene. (Kein ArHal!).		Carbonsäurehalogenide (CA), Anhydride CA, selten - CA
KATALYSATOR	Lewis-Säuren, insbesondere Nichteisenhalogenide Al, Fe, Sn usw., BF 3, H 2 SO 4, H 3 PO 4, Kationenaustauscher.		AlCl 3 (nicht weniger Mol pro Mol, besser noch mehr), H 2 SO 4, H 3 PO 4.
PRODUKT	Alkyl- und Polyalkylarene.		Aromatische Ketone. Es kann nur eine Acylgruppe eingeführt werden.
EIGENSCHAFTEN UND NACHTEILE	Aufgrund der vielen Nebenwirkungen ist es praktisch von geringem Nutzen, nämlich: 1) Polyalkylierung, 2) Isomerisierung des ursprünglichen n-Alkyls in sec- und tert-Alkyl. 3) Isomerisierung von Polyalkylbenzolen zu einer Mischung oder zu einem stabileren Produkt.		Eine sehr angenehme Reaktion, die durch Nebenwirkungen praktisch nicht erschwert wird. Es entsteht in der Regel nur das para-Isomer. Wenn P-Position besetzt ist, dann handelt es sich um ein ortho-Isomer (bezogen auf die stärkste Orientierung).
REVERSIBILITÄT	ESSEN. (siehe unten)
ANWENDUNGSGEBIET	Kann nicht für Arene verwendet werden, die Typ-II-Substituenten enthalten. Kann für Arylhalogenide verwendet werden.
Merkmale der Anwendung auf Phenole	NICHT ERWÜNSCHT Verwenden Sie AlCl 3 . DÜRFEN Verwenden Sie Katalysatoren - H 3 PO 4, HF mit Alkoholen als Alkylierungsreagenzien.	CAcCl kann an Sauerstoff acyliert werden. Wenn Phenolether erhitzt wird, FRIS-Neugruppierung(Kat. – AlCl 3). Manchmal kann AcOH\BF 3 für die Fr-Kr-Reaktion verwendet werden Synthese von Phenolphthalein.
Merkmale der Anwendung auf Aromastoffe CHESKY, AMINE	Eine direkte Alkylierung ist praktisch unmöglich, da AlCl 3, H 2 SO 4, H 3 PO 4, HF nicht verwendet werden können (Angriff von AlCl 3 oder H + oder Alkyl auf Stickstoff – dadurch die elektronenspendenden Eigenschaften von Stickstoff). abnehmen. Unter der Wirkung von RHal, N-Alkylanilinen).	Es findet eine Stickstoffacylierung statt. Katalysatoren bilden Stickstoffkomplexe. Die Acylierung ist mit zwei Äquivalenten möglich. Acylierungsmittel und ZnCl 2 zur Bildung von p-Acyl-N-Acylanilinen.

Notiz:

Die Reversibilität der Alkylierungsreaktion nach Friedel-Crafts führt dazu, dass alle möglichen Alkylierungs- und Dealkylierungsreaktionen gleichzeitig im System ablaufen und auch die Metaposition betroffen ist, da die Alkylgruppe aktiviert wird Alle Positionen des Benzolrings, wenn auch in unterschiedlichem Ausmaß.

Aufgrund der bevorzugten ortho-para-Orientierung der Prozesse der Alkylierung und umgekehrten Dealkylierung unter dem Einfluss eines Elektrophils, beispielsweise während des ipso-Angriffs eines Protons, sind jedoch die am wenigsten reaktiven und thermodynamisch stabileren 1,3- und 1 ,3 reichern sich im Gemisch während einer längeren Reaktion an ,5-Isomere, da die Alkyle in ihnen den Protonenangriff unter anderen Alkylen weniger gut ausrichten:

Ähnliche Gründe bestimmen die Bildung unterschiedlicher Regioisomere bei der Sulfonierung, mit dem wesentlichen Unterschied, dass die Sulfonsäuregruppe ein Orientierungsmittel zweiter Art ist, was die Polysulfonierung erschwert.

12. GRÜNDUNG – Vorstellung der SNO-Gruppe.

Die Formylierung ist ein Sonderfall der Acylierung.

Viele Ameisensäurederivate können Arene formylieren. Formylierungsreaktionen mit CO, HCN, HCO(NMe 2) 2. Einzelheiten zur Auswahl elektrophiler Katalysatoren für Formylierungsreaktionen.

GATTERMAN-KOCH(1897) – ArH + CO + HCl (AlCl 3 / Cu 2 Cl 2). Gibt es NS(O)S1? Und NS(O)F?

GATTERMAN– HCN b\w + HCl-Gas. Katze. AlCl 3 oder ZnCl 2.

Gutterman-Adams(optional) – Zn(CN) 2 + HCl. Sie können 1.3.5 verwenden. Triazin,/HC1/A1C1 3 (optional), oder C1 2 CHOR (bei 5+++)

Guben-Gesh(Acylierung mit RCN, HCl und ZnCl 2).

BILDUNG NACH VILSMEIER-HAACK. Nur elektronenangereicherte Arena! + DMF + POC1 3 (kann SOCl 2, COCl 2 sein).

13. Hydroxymethylierungsreaktion, Kondensation von Carbonylverbindungen mit Arenen (DDT, Diphenylolpropan), Chlormethylierung.

14.Anwendbarkeit von Formylierungs- und Hydroxymethylierungsreaktionen.

Gatterman-Koch - Alkylbenzole, Benzol, Halogenbenzole.

Gatterman – aktivierte Arene, Toluol.

Vilsmeyer-Haack – nur aktivierte Arenen

Chlormethylierung – Phenol, Anisol, Alkyl- und Halogenbenzole.

Hydroxymethylierung – aktivierte Arene.

(Aktivierte Arene sind Aniline, Phenol und Phenolester.)

15. Triarylmethanfarbstoffe. Kristallviolett (4-Me 2 N-C 6 H 4) 3 C + X - . Synthese aus p-Me 2 N-C 6 H 4 CHO + 2 Me 2 NPh + ZnCl 2 → LEUCO-FORM (weiße Farbe). Weitere Oxidation (PbO 2 oder anderes Oxidationsmittel) in tert- Alkohol, dann Säurebehandlung, Farberscheinung.

OPTIONALES MATERIAL.

1) Mercurierung von Benzol mit Hg(OAc) 2 Hexamercuration von Benzol mit Hg(OAc F) 2. Herstellung von Hexaiodbenzol.

2) Decarboxylierung aromatischer Säuren ArCOOH (Erhitzen mit Kupferpulver in Chinolin) = ArH + CO 2. Befinden sich im Ring elektronenziehende Gruppen, dann kann man das Arencarbonsäuresalz einfach sehr stark erhitzen. Bei Vorhandensein von Donoren, insbesondere in ortho-Position, ist eine Substitution einer Carboxylgruppe durch ein Proton möglich, aber selten!

3) Exotische Elektrophile in Reaktionen mit Arenen: (HN 3 /AlCl 3 - ergibt Anilin), R 2 NCl / AlCl 3 ergibt R 2 NAr) (SCl 2 /AlCl 3 ergibt Ar 2 S. Rhodanierung von Anilin oder Phenol mit Dirodan ( SCN) 2. Bildung von 2-Aminobenzothiazolen.

4) Es gibt eine große Anzahl „kniffliger“ Reaktionen, die man sich nicht merken kann und die nicht notwendig sind, zum Beispiel PhOH + TlOAc + I 2 = o-Iodphenol oder PhOH + t-BuNH 2 + Br 2, -70 °C = o-Bromphenol

Nukleophile Substitution in der aromatischen Reihe.

Warum verläuft die nukleophile Substitution in Arenen, die keine starken elektronenziehenden Gruppen enthalten, mit großen Schwierigkeiten?

1. S N Ar– HINZUFÜGEN-ENTFERNEN.

1) Die Art des Zwischenprodukts. Meisenheimer-Komplexe. (Bedingungen für die Stabilisierung des Zwischenprodukts.) 13 C-NMR, ppm: 3 (ipso), 75,8 (o), 131,8 (m), 78,0 (p).

2) Nukleophile. Lösungsmittel.

3) Mobilitätsreihe von Halogenen. F (400)>>NO 2 (8)>Cl(1) ≈ Br(1,18)>I (0,26). Begrenzungsstadium.

4) Reihe der Aktivierungsfähigkeiten von Substituenten (in welcher Position?) NO 2 (1)>MeSO 2 (0,05)>CN(0,03)>Ac(0,01).

5) Beispiele für spezifische Reaktionen und spezifische Bedingungen.

6) Optional: Möglichkeit der Substitution der NO 2 -Gruppe. Selektive Substitution von NO 2 - Gruppen. Räumliche Faktoren.

7) Nukleophile Substitution von Wasserstoff in Di- und Trinitrobenzol. Warum brauchen Sie ein Oxidationsmittel?

2. ARINE-Mechanismus – (ABLISHMENT-ADDITION).

Markiertes Chlorbenzol und ortho-Chlortoluol, Kalium- oder Natriumamide in flüssigem NH 3 . Mechanismus.

Hydrolyse von o-, m- und p-Chlortoluol, NaOH, H 2 O, 350–400 °C, 300 atm. SEHR SCHWERE BEDINGUNGEN!

Die Bedeutung des induktiven Effekts. Der Fall von o-Chloranisol.

Die langsame Stufe ist die Protonenabstraktion (wenn Hal=Br, I) oder die Halogenidanionenabstraktion (wenn Hal=Cl, F). Daher die ungewöhnliche Mobilitätsreihe für Halogene:Br>I> Cl>F

Methoden zur Herstellung von Dehydrobenzol. Die Struktur von Dehydrobenzol – in diesem Partikel Nein Dreifachbindung! Rückgewinnung von Dehydrobenzol.

3. MechanismusS RN1. Ein ziemlich seltener Mechanismus. Erzeugung von Radikalanionen – elektrischer Strom oder Strahlung oder Kaliummetall in flüssigem Ammoniak. Reaktivität ArI>ArBr. Ein paar Beispiele. Welche Nukleophile können verwendet werden? Anwendung S RN1 : Reaktionen zur a-Arylierung von Carbonylverbindungen über Enolate.

4. Nukleophile Substitution in Gegenwart von Kupfer. Synthese von Diphenylether, Triphenylamin, Hydrolyse von o-Chloranisol.

5. Ein paar seltene Beispiele. Synthese von Salicylsäure aus Benzoesäure, nukleophile Substitution in Hexafluorbenzol.

6. S N 1 Ar – siehe Thema „Diazoverbindungen“.

Weiterführende Literatur zum Thema „Aromatische Verbindungen“

M.V.Gorelik, L.S.Efros. Grundlagen der Chemie und Technologie aromatischer Verbindungen. M., „Chemie“, 1992.

NITROVERBINDUNGEN.

Mindestkenntnisse über aliphatische Nitroverbindungen.

1. SYNTHESE: a) Direkte Nitrierung in der Gasphase – nur die einfachste (1. Semester, Thema – Alkane).

b) RBr + AgNO 2 (Ether) = RNO 2 (I) + RONO (II). Das Verhältnis von I und II hängt von R:R ab Erste. 80:10; R Di. 15:30. R reibt 0:10:60 (E2, Alken). Sie können NaNO 2 in DMF verwenden. Dann ist die Menge an RNO 2 auch für sekundäres R größer. Methode b) ist gut für RX aktiv in S N 2-Substitution, zum Beispiel ClCH 2 COONa + NaNO 2 in Wasser bei 85 o C. (Thema: Nukleophile Substitution und ambidente Anionen, 1. Semester).

c) NEUES SYNTHESEVERFAHREN– Oxidation der Aminogruppe mit CF 3 CO 3 H(aus (CF 3 CO) 2 O + H 2 O 2 in CH 2 Cl 2 oder MeCN). Geeignet für aliphatische und aromatische Amine. Manchmal können Sie m-CNBA (m-Chlorperbenzoesäure, m-CPBA, ein kommerzielles Reagenz) einnehmen. NEHMEN SIE KMnO 4 oder K 2 Cr 2 O 7 NICHT ZUR OXIDATION! Speziell für aromatische Amine!

2. EIGENSCHAFTEN. Die wichtigste Eigenschaft ist der hohe CH-Aziditätsgrad, Tautomerie der Nitro- und Aci-Formen (pKa MeNO 2 10,5). Das Gleichgewicht stellt sich langsam ein! Beide Formen reagieren mit NaOH, aber nur die saure Form reagiert mit Soda! (Ganch).

Ein hoher CH-Aciditätsgrad macht Nitroverbindungen zu Analoga enolisierbarer Carbonylverbindungen. Der Säuregehalt von Nitromethan liegt nahe dem Säuregehalt von Acetylaceton und nicht von einfachen Aldehyden und Ketonen, daher werden eher schwache Basen verwendet – Alkalien, Alkalimetallcarbonate, Amine.

Die Henri-Reaktion (Henry) ist ein Analogon der Aldol- oder Croton-Kondensation. Da die Henri-Reaktion unter milden Bedingungen durchgeführt wird, ist das Produkt häufig ein Nitroalkohol (ein Analogon eines Aldols) und kein Nitroolefin (ein Analogon eines Crotonprodukts). RСН 2 NO 2 ist immer eine CH-Komponente!

Michael- und Mannich-Reaktionen für RNO 2. Optional: Halogenierung in NaOH, Nitrosierung, Alkylierung von Anionen.

WIEDERHERSTELLUNG VON AROMATISCHEN VERBINDUNGEN.

1) Die wichtigsten Zwischenprodukte der Reduktion von Nitrobenzol in saurem Milieu (Nitrosobenzol, Phenylhydroxylamin) und alkalischem Milieu (Azoxybenzol, Azobenzol, Hydrazobenzol).

2) Selektive Reduktion einer der Nitrogruppen in Dinitrobenzol.

3) WICHTIGE EIGENSCHAFTEN VON PRODUKTEN DER UNVOLLSTÄNDIGEN WIEDERHERSTELLUNG VON NITROARENEN.

3a) Benzidin-Umlagerung (B.P.).

Ausbeute 85 % für Benzidin. (R, R’ = H oder anderer Substituent). ACHTEN SIE AUF DIE POSITION VON R und R’ vor und nach der Umgruppierung!

Weitere 15 % sind Nebenprodukte – hauptsächlich Diphenylin (2,4’-Diaminodiphenyl) und ortho-Benzidin.

Kinetische Gleichung: V=k[Hydrazobenzol] 2– In der Regel ist eine Protonierung an beiden Stickstoffatomen erforderlich.

Die Benzidin-Umlagerung ist eine intramolekulare Reaktion. Nachweisen. Mechanismus: konzertierte sigmatrope Umlagerung. Harmonisierter Prozess für Benzidin.

Wenn eine oder beide para-Positionen der Ausgangs-Hydrazobenzole besetzt sind (R=Hal. Alk, AlkO, NH 2, NMe 2) kann es zu einer Semidinumlagerung kommen SEMIDIN OV.

Einige Substituenten, zum Beispiel SO 3 H, CO 2 H, RC(O), die sich in der p-Position befinden, können eliminiert werden, um die Produkte des üblichen B.P. zu bilden.

B.P. Verwendung bei der Herstellung von Azofarbstoffen, Diaminen, z.B. Benzidin, Tolidin, Dianisidin. 1845 von N.N. Zinin entdeckt

Benzidin ist ein Karzinogen.

4) AZOBENZOL Ph-N=N-Ph. Syn-Anti-Isomerie.

AZOXYBENZOL Ph-N + (→О -)=N-Ph. (Aufgabe: Synthese unsymmetrischer Azo- und Azoxybenzole aus Nitrosoarenen und aromatischen Aminen bzw. Arylhydroxylaminen bzw. Synthese von Azoxybenzolen aus Nitrobenzolen und aromatischen Aminen (NaOH, 175 °C).

5) PHENYLHYDROXYLAMIN. Umlagerung im sauren Medium.

Um 5 +: verwandte Umlagerungen: N-Nitroso-N-methylanilin (25 o C), N-Nitroanilin (10 o C, was), Ph-NH-NH 2 (180 o C). Der Mechanismus ist normalerweise intermolekular.

6) Nitrosobenzol und sein Dimer.

Über die Reaktion von Nitrobenzol RMgX unter Bildung von Alkylnitrosobenzolen und anderen Produkten. Diese Reaktion zeigt warum Stellen Sie KEINE Grignard-Reagenzien aus Halonitrobenzolen her!

VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON AMINEN,

aus den Materialien früherer Vorlesungen bekannt.

1. Alkylierung von Ammoniak und Aminen nach Hoffmann

2. Reduktion von Nitrilen, Amiden, Aziden, Oximen.

3. Reduzierung aromatischer Nitroverbindungen.

4. Umgruppierungen von Hoffmann, Curtius und Schmidt.

5. (Hydrolyse von Amiden.)

Neue Wege.

1. Reduktive Aminierung von C=O (katalytisch).

2. Leuckart-Reaktion (Eschweiler-Clark).

3. Gabriel-Synthese,

4. Ritter-Reaktion.

5. Die katalytische Arylierung von Aminen in Gegenwart von Kupfer- und Palladiumkatalysatoren (Ullmann-, Buchwald-Hartwig-Reaktionen) ist die leistungsstärkste moderne Methode zur Synthese verschiedener Amine.

Chemische Eigenschaften von Aminen , bekannt aus früheren Vorlesungen.

1. Nukleophile Substitution (Alkylierung, Acylierung).

2. Nukleophile Addition an C=O (Imine und Enamine).

3. Eliminierung nach Hoffmann und Cope (aus Aminoxiden).

4. Elektrophile Substitutionsreaktionen in aromatischen Aminen.

5. Basizität von Aminen (Schullehrplan).

Neue Eigenschaften .

1. Basizität von Aminen (neuer Wissensstand). Was sind pK a und pK b?

2. Reaktion mit salpetriger Säure.

3. Oxidation von Aminen.

4. Verschiedenes– Hinsberg-Test, Halogenierung von Aminen.

DIAZONVERBINDUNGEN.

1. DIAZO- und AZO-Verbindungen. DIAZONIUMSALZ. Anionen sind einfach und komplex. Löslichkeit in Wasser. Explosive Eigenschaften. Ladungsverteilung an Stickstoffatomen. Kovalente Derivate.

2. Diazotierung primärer aromatischer Amine. Diazotierungsmechanismus (vereinfachtes Schema unter Verwendung von H + und NO +). Wie viele Mol Säure werden benötigt? (Formal – 2, in Wirklichkeit – mehr.) Nebenbildung von Triazenen und seitliche Azokupplung.

3. Diazotierungsmittel in der Reihenfolge abnehmender Reaktivität.

NO + >>H 2 NO 2 + >NOBr>NOCl>N 2 O 3 >HNO 2.

4. Nitrosierung Di. Und reibt. Amine Reaktion aliphatischer Amine mit HNO 2.

5. Diazotierungsmethoden: a) klassisch, b) für niedrigbasische Amine, c) umgekehrte Mischreihenfolge, d) in einem nichtwässrigen Medium – Verwendung von i-AmONO. Merkmale der Diazotierung von Phenylendiaminen. Überwachung des Abschlusses der Reaktion.

6. Verhalten von Diazoniumsalzen in alkalischer Umgebung. Diazohydrat, Syn- und Antidiazotate. Ambidität von Diazotaten.

7. Reaktionen von Diazoverbindungen unter Freisetzung von Stickstoff. 1) Die thermische Zersetzung von Aryldiazonium erfolgt durch hochreaktive Arylkationen. Der Substitutionsmechanismus ähnelt in diesem Fall dem von S N 1 in der aliphatischen Chemie. Diesem Mechanismus folgt die Schiemann-Reaktion und die Bildung von Phenolen und ihren Ethern. 2) Nukleophile sind Reduktionsmittel. Der Mechanismus ist ein Elektronentransfer und die Bildung eines Arylradikals. Nach diesem Mechanismus findet eine Reaktion mit Iodidionen statt, wobei die Diazogruppe durch Wasserstoff ersetzt wird. 3) Reaktionen in Gegenwart von Kupferpulver oder Kupfer(I)-Salzen. Sie haben auch einen radikalen Charakter; Kupfer spielt die Rolle eines Reduktionsmittels. In der Koordinationssphäre von Kupferkomplexen wird das Nukleophil auf das Arylradikal übertragen. Solche Reaktionen kommen in der Chemie der Diazoniumsalze am häufigsten vor. Sandmeyer-Reaktion und ihre Analoga. 4) Nesmeyanovs Reaktion. 5) Diaryliodonium- und Bromoniumsalze.

8. Reaktionen von Diazoverbindungen ohne Stickstoffentwicklung. Erholung. Azo-Kombination, Anforderungen an Azo- und Diazo-Komponenten. Beispiele für Azofarbstoffe (Methylorange).

9. Gomberg-Bachmann- und Meyerwein-Reaktionen Eine moderne Alternative sind durch Übergangsmetallkomplexe katalysierte Kreuzkupplungsreaktionen und die Heck-Reaktion. Bei 5++: Kreuzkombination mit Diazoniumsalzen und Diaryliodoniumsalzen.

10. DIAZOMETHAN. Herstellung, Struktur, Reaktionen mit Säuren, Phenolen, Alkoholen (Unterschied in den Bedingungen), mit Ketonen und Aldehyden.

Phenole und Chinone.

Die meisten der wichtigsten Methoden zur Synthese von Phenolen sind aus den Materialien früherer Vorlesungen bekannt:

1) Synthese durch Na-Salze von Sulfonsäuren;

2) Hydrolyse von Arylchloriden;

3) durch Diazoniumsalze;

4) Cumol-Methode.

5) Hydroxylierung aktivierter Arene nach Fenton.

EIGENSCHAFTEN VON PHENOLEN.

1) Säure; 2) Synthese von Estern; 3) elektrophile Substitution (siehe Thema „Elektrophile Substitution in Arenen“);

4) Bisher nicht berücksichtigte elektrophile Substitutionsreaktionen: Kolbe-Carboxylierung, Reimer-Tiemann-Formylierung, Nitrosierung; 5) Tautomerie, Beispiele; 6) Synthese von Ethern; 6a) Synthese von Allylethern; 7) Claisen-Umlagerung;

8) Oxidation von Phenolen, Aroxylradikalen; Bucherer-Reaktion;

10) Umwandlung von PhOH zu PhNR 2.

CHINONE.

1. Struktur von Chinonen. 2. Herstellung von Chinonen. Oxidation von Hydrochinon, Semichinon, Chinhydron. 3. Chloranil, 2,3-Dichlor-5,6-dicyano-1,4-chinon (DDQ). 4. Eigenschaften von Chinonen: a) Redoxreaktionen, 1,2- und 1,4-Addition, Diels-Alder-Reaktion.

WICHTIGE NATÜRLICHE ENOLE, PHENOLE UND CHINONE.

VITAMIN C (1): Askorbinsäure. Reduktionsmittel. Färbung mit FeCl 3 . In der Natur wird es von allen chlorophyllhaltigen Pflanzen, Reptilien und Amphibien sowie vielen Säugetieren synthetisiert. Im Laufe der Evolution haben Menschen, Affen und Meerschweinchen die Fähigkeit verloren, es zu synthetisieren.

Die wichtigsten Funktionen sind der Aufbau der Interzellularsubstanz, die Geweberegeneration und -heilung, die Integrität der Blutgefäße, die Widerstandsfähigkeit gegen Infektionen und Stress. KOLLAGENSYNTHESE (Hydroxylierung von Aminosäuren). (Kollagen ist alles an uns: Haut, Knochen, Nägel, Haare.) Synthese von Noradrenalin. Mangel an Vitamin C – Skorbut. Vitamin C-Gehalt: schwarze Johannisbeere 200 mg/100 g, roter Pfeffer, Petersilie – 150–200, Zitrusfrüchte 40–60, Kohl – 50. Bedarf: 50–100 mg/Tag.

TANNIN, das ist Gallussäureglykosid (2). Im Tee enthalten, hat bräunende Eigenschaften

RESVERATROL(3) – gefunden in ROTWEIN (Französisch). Reduziert die Wahrscheinlichkeit von Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Hemmt die Bildung des ENDOTHELIN-1-Peptids, einem Schlüsselfaktor bei der Entstehung von Arteriosklerose. Hilft, französischen Wein auf dem Markt zu bewerben. Mehr als 300 Veröffentlichungen in den letzten 10 Jahren.

Nelkenöl: Eugenol (4).

VITAMIN E (5)(Tocopherol – „Ich gebäre Nachwuchs“). Antioxidans. (Es selbst bildet inaktive freie Radikale). Reguliert den Selenstoffwechsel in Glutathionperoxidase, einem Enzym, das Membranen vor Peroxiden schützt. Bei einem Mangel – Unfruchtbarkeit, Muskeldystrophie, verminderte Potenz – nimmt die Oxidation von Lipiden und ungesättigten Fettsäuren zu. Enthalten in Pflanzenölen, Salat, Kohl, Eigelb, Getreide, Haferflocken (Haferflocken, Müsli). Bedarf – 5 mg/Tag. Vitaminmangel ist selten.

VITAMINE DER GRUPPE K (6). Regulierung der Blutgerinnung und Mineralisierung des Knochengewebes (Carboxylierung des Glutaminsäurerestes an Position 4 (in Proteinen!)) – Folge: Calciumbindung, Knochenwachstum. Im Darm synthetisiert. Bedarf – 1 mg/Tag. Hämorrhagische Erkrankungen. Antivitamine K. Dicumarin. Reduzierte Blutgerinnung während einer Thrombose.

UBIQINON(„ubiquitäres Chinon“), auch bekannt als Coenzym Q (7). Elektronentransfer. Gewebeatmung. ATP-Synthese. Im Körper synthetisiert.

CHROMON (8) und FLAVON (9)– Semichinone, Phenolhalbester.

QUERCETIN (10). RUTIN – Vitamin P (11)(das ist Quercetin + Zucker).

Permeabilitätsvitamin. Bei einem Mangel kommt es zu Blutungen, Müdigkeit, Gliederschmerzen. Der Zusammenhang zwischen den Vitaminen C und P (Ascorutin).

ANTHOCYANINE(aus dem Griechischen: Blumen färben).

WAS IST LIGNIN? Woraus besteht Holz? Warum ist es hart und wasserdicht?

„ALICYCLES“, 2 Vorträge.

1. Formale Klassifizierung von Zyklen(Heterocyclen und Carbocyclen, die beide aromatisch oder nichtaromatisch sein können. Nichtaromatische Carbocyclen werden Alicyclen genannt.

2. Verteilung in der Natur (Öl, Terpene, Steroide, Vitamine, Prostaglandine, Chrysanthemensäure und Pyrethroide usw.).

3. Synthese – Ende des 19. Jahrhunderts. Perkin Jr. – aus Natrmalonsäureester. (siehe Absatz 13). Gustavson:

Br-CH 2 CH 2 CH 2 -Br + Zn (EtOH, 80 °C). Dies ist eine 1,3-Eliminierung.

4. BAYER (1885). Spannungstheorie. Dabei handelt es sich nicht einmal um eine Theorie, sondern um einen Diskussionsartikel: Laut Bayer – alle Zyklen sind flach. Abweichung vom Winkel 109 etwa 28‘ – Spannung. Die Theorie lebte und lebte 50 Jahre lang, dann starb sie, aber der Begriff blieb bestehen. Erste Synthesen von Makro- und Medienkreisläufen (Ruzicka).

5. ARTEN DER BEANSPRUCHUNG IN ZYKLEN: 1) WINKEL (nur bei kleinen Zyklen), 2) TORSIONAL (behindert), TRANSANNULÄR (bei mittleren Zyklen).

Z.B. laut Bayer
Z.B. nach D H o f kcal/m (Wärmebild)
Z.B. nach D H o f kcal/m: C 9 (12,5 kcal/m), C 10 (13 kcal/m), C 11 (11 kcal/m), C 12 (4 kcal/m), C 14 (2 kcal/m).
Verbrennungswärme für die CH 2 -Gruppe, kcal/m	KLEINE ZYKLEN 166,6 (C3), 164,0 (C4)		REGULÄR 158,7 (C5), 157,4 (C6)		MITTEL BIS AB 12 (AB 13) MAKROZYKLEN > C 13

6. CYCLOPROPAN. Struktur(С-С 0,151 nM, Р НСН = 114 о), Hybridisierung ( Berechnungen zufolge liegt sie für C-H näher an sp 2, für C-C - an sp 5), Bananenbindungen, Winkel 102 °, Ähnlichkeit mit Alkenen, TORSIONsspannung - 1 kcal/m pro C-H, d.h. 6 kcal/m von 27,2 (Tabelle). Säure CH – pKa wie Ethylen = 36–37, mögliche Konjugation des Cyclopropanfragments mit R-Orbitale benachbarter Fragmente (Stabilität der Cyclopropylmethyl-Carbokation) .

MERKMALE CHEMISCHER EIGENSCHAFTEN. 1. Hydrierung in C 3 H 8 (H 2 /Pt, 50 o C)/ 2. mit nassem HBr – Ringöffnung von Methylcyclopropan nach Markownikow, 1,5-Addition an Vinylcyclopropan 3. Radikalische Halogenierung. 4. Beständigkeit gegenüber einigen Oxidationsmitteln (neutrale Lösung von KMnO 4, Ozon). In Phenylcyclopropan oxidiert Ozon den Ph-Ring unter Bildung von Cyclopropancarbonsäure.

7. CYCLOBUTAN. Struktur(С-С 0,155 nM, Р НСН = 107 о) , FORM – gefaltet, Abweichung von der Ebene beträgt 25 o. Torsionsspannung.

Fast nicht MERKMALE CHEMISCHER EIGENSCHAFTEN:Hydrierung in C 4 H 10 (H 2 / Pt, 180 °C). Strukturmerkmale von Oxetanen: Torsionsspannung – 4 kcal/m statt 8.

8. CYCLOPENTAN. Es gibt nahezu keine Winkelspannung. In einer flachen gibt es 10 Paare verdeckter CH-Bindungen (dies könnte eine Torsionsspannung von 10 kcal/m ergeben, aber Cyclopentan ist nicht flach). Konformationen: offener ENVELOPE – Halbstuhl – offener ENVELOPE. PSEUDO-ROTATION ist ein Kompromiss zwischen Winkel- und Torsionsbelastung.

9. CYCLOHEXAN – STUHL. Es gibt keine Winkel- oder Torsionsspannung. Axiale und äquatoriale Atome. Alle C-H-Bindungen benachbarter Kohlenstoffatome befinden sich in einer inhibierten Position. Übergang zwischen zwei möglichen Stuhlformationen über eine Drehform usw. 10 5 Mal pro Sekunde. NMR-Spektrum von Cyclohexan. Schnelle und langsame Stoffwechselprozesse im NMR.

EINFACH UNTERORDNETE CYCLOHEXANE. Konformer. Axial und gauche-Butan-Wechselwirkungen.

Freie Konformationsenergien von Substituenten.– D G o, kcal/m: H(0), Me(1,74, das sind ~ 95 % des e-Me-Konformers im Gleichgewicht), i-Pr(2,1), t-Bu (5,5), Hal (0,2- 0,5) pH-Wert (3,1).

Tret-Butylgruppe fungiert als Anker und sichert die Konformation, in der sie selbst eine äquatoriale Position einnimmt. IN reibt-Butylcyclohexan ist bei Raumtemperatur zu mehr als 99,99 % äquatoriales Konformer.

Anomerer Effekt. Entdeckt auf Monosacchariden und wird dort ausführlicher besprochen.

10. NICHT EINGEREICHTE CYCLOHEXANE. Cis-trans-Isomere, Enantiomere für 1,2-. 1,3-. 1,4-disubstituierte Cyclohexane.

11. EINFLUSS DES KONFORMATIONSZUSTANDS auf die Reaktivität. Erinnern Sie sich an die Eliminierung in Menthyl- und Isomenthylchlorid (1 Semester). Bredts Regel.

12. Das Konzept der Konformationen mittlerer Zyklen (Stuhlbäder, Kronen usw.)Transannulare Spannung. Das Konzept der transannularen Reaktionen.

13. Methoden zur Synthese kleiner Zyklen.

14. SYNTHESE VON GEWÖHNLICHEN UND MITTLEREN ZYKLEN.

Durch Malonsäureether.

Pyrolyse von Ca-, Ba-, Mn- und Th-Salzen von a,w-Dicarbonsäuren.

Dieckmann-Kondensation.

Durch a,w – Dinitrile.

Acylkondensation.

Metathese von Alkenen.

Cyclotri- und Tetramerisierung an Metallkomplexkatalysatoren.

Demyanovs Reaktion.

15. Strukturmerkmale von Cycloalkenen.

16. Synthese von Cycloalkinen.

17. Fahrräder. Spirane. Adamantan.

18. Exotisch. Tetrahedran, Kubaner, Angulan, Propellan.

HETEROCYCLISCHE VERBINDUNGEN.

1. Fünfgliedrige Heterocyclen mit einem Heteroatom.

Pyrrol, Furan, Thiophen, Aromatizität, ihre Derivate in der Natur (Porphyrin, Häm, Chlorophyll, Vitamin B 12, Ascorbinsäure, Biotin).

2. Methoden zur Synthese fünfgliedriger Heterocyclen mit einem Heteroatom. Paal-Knorr-Methode. Pyrrolsynthese nach Knorr und Furan nach Feist-Benary. Umwandlungen von Furan in andere fünfgliedrige Heterocyclen nach Yuryev. Herstellung von Furfural aus Pflanzenabfällen, die Kohlenhydrate mit fünf Kohlenstoffatomen (Pentosane) enthalten.

3. Physikalische und chemische Eigenschaften fünfgliedriger Heterozyklen.

1H- und 13C-NMR-Spektrendaten, δ ppm. (für Benzol δН 7,27 und δС 129 ppm)

Dipolmomente

3.1 Elektrophile Substitution in Pyrrol, Furan und Thiophen.

Hinsichtlich der Reaktivität gegenüber Elektrophilen ähnelt Pyrrol aktivierten aromatischen Substraten (Phenol oder aromatische Amine), Pyrrol ist reaktiver als Furan (Geschwindigkeitsfaktor mehr als 10 5), Thiophen ist viel weniger reaktiv als Furan (ebenfalls etwa 10 5-mal), aber reaktiver als Benzol (Geschwindigkeitsfaktor 10 3 -10 5). Alle fünfgliedrigen Heterocyclen neigen in Gegenwart starker Protonensäuren und hochreaktiver Lewis-Säuren zur Polymerisation und Verharzung. Pyrrol ist besonders azidophob. Zur elektrophilen Substitution in fünfgliedrigen Heterozyklen, insbesondere Pyrrolen, dürfen keine starken Mineralsäuren, AlCl 3 und starke Oxidationsmittel eingenommen werden! Obwohl diese Regel nicht absolut ist und Thiophen einigermaßen säurebeständig ist, ist es einfacher und sicherer, solche Reaktionen für alle Donor-Heterocyclen ganz zu vermeiden. Beispiele für elektrophile Substitutionsreaktionen in Pyrrol, Furan und Thiophen.

3.2. Basizität und Acidität von Pyrrol, Alkylierung von Li-, Na-, K- und Mg-Derivaten von Pyrrol.

3.3. Kondensation von Pyrrol mit Aldehyden (Formylierung, Bildung von Porphyrinen).

3.4. Merkmale der chemischen Eigenschaften von Furanen (Reaktion mit Brom, Diels-Alder-Reaktion).

3.5. Merkmale der chemischen Eigenschaften von Thiophen. Entschwefelung.

3.6. Reaktionen C-metallierter fünfgliedriger Heterocyclen.

4. Kondensierte fünfgliedrige Heterocyclen mit einem Heteroatom.

4.1. Indole in der Natur (Tryptophan, Skatol, Serotonin, Heteroauxin. Indigo.)

4.2 Fischer-Synthese von Indolen. Mechanismus.

4.3 Vergleich der Eigenschaften von Indol und Pyrrol.Ähnlich wie Pyrrol Indol ist azidophob und sehr empfindlich gegenüber Oxidationsmitteln. Ein wesentlicher Unterschied zu Pyrrol ist die Ausrichtung der elektrophilen Substitution an Position 3.

5. Fünfgliedrige Heterocyclen mit zwei Heteroatomen. Imidazol, Amphoterizität, Tautomerie, Verwendung bei der Acylierung. Vergleich mit Amidinen. Imidazol ist ein Wasserstoffbrückendonor und -akzeptor. Dies ist wichtig für die Chemie von Enzymen wie Chymotrypsin. Es ist das Histidinfragment des Chymotrypsins, das das Proton überträgt und für die Hydrolyse der Peptidbindung sorgt.

6. Pyridin, Aromatizität, Basizität ( pKa 5,23; Basizität vergleichbar mit Anilin (pKa = 4,8), aber etwas höher). pKa von Pyridinderivaten: 2-Amino-Py= 6,9 , 3-Amino-Py = 6,0 . 4-Amino-Py = 9,2. Das ist ein ziemlich starkes Fundament. 4-Nitro-Py = 1,6; 2-Cyano-Py= -0,26).

Pyridinderivate in der Natur (Vitamine, Nikotin, NADP).

6.1. 1H (13C) NMR-Spektrendaten, δ, ppm

6.2. Methoden zur Synthese von Pyridinen (aus 1,5-Diketonen, Dreikomponenten-Hantzsch-Synthese).

6.3. Chemische Eigenschaften von Pyridin. Alkylierung, Acylierung, DMAP, Pyridinkomplexe mit Lewis-Säuren. (cSO 3, BH 3, NO 2 + BF 4 -, FOTf). Milde elektrophile Reagenzien zur Sulfonierung, Reduktion, Nitrierung bzw. Fluorierung.

6.4. Elektrophile Substitutionsreaktionen für Pyridin. Merkmale von Reaktionen und Beispiele für Bedingungen für die elektrophile Substitution in Pyridin.

6.5. Pyridin-N-oxid, Herstellung und seine Verwendung in der Synthese. Einführung einer Nitrogruppe in die 4-Position des Rings.

6.6. Nukleophile Substitution in 2-, 3- und 4-Chlorpyridinen. Partielle Geschwindigkeitsfaktoren im Vergleich zu Chlorbenzol.

Ein ähnlicher Trend ist bei 2-, 3- und 4-Halogenchinolinen zu beobachten.

6.7. Nukleophile Substitution von Hydridionen:

Reaktion von Pyridin mit Alkyl oder Aryllithium;

Reaktion von Pyridin mit Natriumamid (Chichibabin-Reaktion). Da die Abspaltung des freien Hydridions aus energetischen Gründen nicht möglich ist, wird bei der Tschitschibabin-Reaktion der intermediäre Sigma-Komplex aromatisiert, indem er mit dem Reaktionsprodukt reagiert, um das Natriumsalz des Produkts und molekularen Wasserstoff zu bilden.

Bei anderen Reaktionen wird das Hydrid üblicherweise durch Oxidation entfernt. Also, Pyridiniumsalze können hydroxyliert werden, was zur Bildung von 1-Alkylpyridonen-2 führt. Der Prozess ähnelt der Aminierung, jedoch in Gegenwart eines Oxidationsmittels, beispielsweise K 3 .

6.8. Lithiumderivate von Pyridin. Rezeption, Reaktionen.

6.9. Pyridinkern als starker mesomerer Akzeptor. Stabilität von Carbanionen, die in 2- oder 4-Positionen an den Pyridinring konjugiert sind. Merkmale der chemischen Eigenschaften von Methylpyridinen und Vinylpyridinen.

7. Kondensierte sechsgliedrige Heterocyclen mit einem Heteroatom.

7.1. Chinolin. Chinin.

1H (13C) NMR-Spektren von Chinolin, δ, ppm.

7.1. Methoden zur Gewinnung von Chinolinen. Synthesen von Scroup und Döbner-Miller. Das Konzept des Mechanismus dieser Reaktionen. Synthese von 2- und 4-Methylchinolinen.

7.2. Isochinoline,Synthese nach Bischler-Napieralski .

7.3. Chemische Eigenschaften von Chinolinen und Isochinolinen. Vergleich mit Pyridin, Unterschiede in den Eigenschaften von Pyridin und Chinolin.

Verhalten heterozyklischer Verbindungen in Gegenwart von Oxidations- und Reduktionsmitteln zur Modifizierung von Seitenketten.

Reduzierstücke:

Pyrrol ist nahezu unbegrenzt beständig gegen Reduktionsmittel sowie Basen und Nukleophile (z. B. kann es Hydriden, Boran und Na in Alkohol widerstehen, ohne den Ring zu beeinträchtigen, selbst bei längerem Erhitzen).

Thiophen ist wie Pyrrol resistent gegen Reduktionsmittel sowie Basen und Nukleophile, mit Ausnahme von Reduktionsmitteln auf Basis von Übergangsmetallen. Eventuelle Nickelverbindungen (Raney-Nickel, Nickelborid) bewirken eine Entschwefelung und Hydrierung des Gerüstes. Palladium- und Platinkatalysatoren werden normalerweise durch Thiophene vergiftet und funktionieren nicht.

Furan ist dasselbe wie Pyrrol, lässt sich jedoch sehr leicht hydrieren.

Indol ist Pyrrol völlig ähnlich.

Der Pyridinring wird leichter reduziert als der Benzolring. Für Seitenketten können Sie NaBH 4 verwenden, die Verwendung von LiAlH 4 ist jedoch unerwünscht (oft sogar unmöglich).

Für Chinolin gelten nahezu die gleichen Regeln wie für Pyridin, LiAlH 4 kann nicht verwendet werden.

In quaternisierter Form (N-Alkylpyridinium, Chinolinium) sind sie sehr empfindlich gegenüber Reduktionsmitteln (Ringreduktion), Basen und Nukleophilen (Ringöffnung).

Oxidationsmittel.

Die Verwendung von Oxidationsmitteln für Verbindungen aus Pyrrol, Indol und in geringerem Maße Furan führt normalerweise zur Zerstörung des Rings. Das Vorhandensein elektronenziehender Substituenten erhöht die Beständigkeit gegenüber Oxidationsmitteln. Detailliertere Informationen hierzu würden jedoch den Rahmen des 3. Studienjahres sprengen.

Thiophen verhält sich wie Benzol – gewöhnliche Oxidationsmittel zerstören den Ring nicht. Die Verwendung von Peroxid-Oxidationsmitteln in jeglicher Form ist jedoch strengstens verboten – Schwefel wird zu Sulfoxid und Sulfon oxidiert, wobei die Aromatizität verloren geht und es zu einer sofortigen Dimerisierung kommt.

Pyridin ist unter milden Bedingungen gegenüber den meisten Oxidationsmitteln recht stabil. Das Verhältnis von Pyridin zum Erhitzen mit KMnO 4 (pH 7) auf 100 °C in einer verschlossenen Ampulle ist das gleiche wie für Benzol: Der Ring wird oxidiert. In einer sauren Umgebung ist Pyridin in seiner protonierten Form noch resistenter gegen Oxidationsmittel; es kann ein Standardsatz an Reagenzien verwendet werden. Persäuren oxidieren Pyridin zu N-Oxid – siehe oben.

Die Oxidation eines der Chinolinringe mit KMnO 4 führt zu Pyridin-2,3-dicarbonsäure.

8. Sechsgliedrige Heterocyclen mit mehreren Stickstoffatomen

8.1. Pyrimidin. Pyrimidin-Derivate als Bestandteile von Nukleinsäuren und Arzneimitteln (Uracil, Thymin, Cytosin, Barbitursäure). Antivirale und antitumorale Medikamente – Pyrimidine (5-Fluorouracil, Azidothymidin, Alkylmethoxypyrazine – Bestandteile des Geruchs von Lebensmitteln, Obst, Gemüse, Paprika, Erbsen, gebratenem Fleisch. Die sogenannte Maillard-Reaktion (optional).

8.2. Das Konzept der chemischen Eigenschaften von Pyrimidinderivaten.

Pyrimidin kann an Position 5 bromiert werden. Uracil (siehe unten) kann ebenfalls an Position 5 bromiert und nitriert werden.

Leichte Reaktionen S N 2 Ar in Chlorpyrimidinen(Analogie mit Pyridin!): Position 4 geht schneller als Position 2.

Substitution von 2-C1 unter dem Einfluss von KNH 2 in NH 3 l. Der Mechanismus ist nicht arin, sondern ANRORC (5+++).

10. Zweikernige Heterocyclen mit mehreren Stickstoffatomen. Purine ( Adenin, Guanin).

Die bekanntesten Purine (Koffein, Harnsäure, Aciclovir). Purin-Isostere (Allopurinol, Sildenafil (Viagra™)).

Weiterführende Literatur zum Thema „Heterozyklen“

1. T. Gilchrist „Chemie heterozyklischer Verbindungen“ (Übersetzt aus dem Englischen – M.: Mir, 1996)

2. J. Joule, K. Mills „Chemie heterozyklischer Verbindungen“ (Übersetzt aus dem Englischen – M.: Mir, 2004).

AMINOSÄUREN .

1. Aminosäuren (AA) in der Natur. (In Proteinen sind ca. 20 Aminosäuren vorhanden, diese werden durch AAs kodiert; >200 AAs kommen in der Natur vor.)

2. α-, β-, γ-Aminosäuren. S-Konfiguration natürlicher L-Aminosäuren.

3. Amphoterizität, isoelektrischer Punkt(Der pH-Wert beträgt normalerweise 5,0–6,5). Basische (7,6–10,8), saure (3,0–3,2) Aminosäuren. Bestätigung der zwitterionischen Struktur. Elektrophorese.

4. Chemische Eigenschaften von AK– Eigenschaften der COOH- und NH 2 -Gruppen. Chelate. Betaine. Verhalten, wenn Heizung(vergleiche mit Hydroxysäuren). Die Bildung von Azlactonen aus N-Acetylglycin und Hydantoinen aus Harnstoff und AA beträgt 5++. Estersynthese und N-Acylierung sind der Weg zur Peptidsynthese (siehe Vorlesung über Protein).

5. Chemisch und biochemisch Desaminierung,(Lehren Sie nicht die Mechanismen!), das Prinzip der enzymatischen Transaminierung mit Vitamin B 6 (war im Thema „Carbonylverbindungen“ und im Verlauf der Biochemie).

7. Die wichtigsten Methoden der Aminosäuresynthese:

1) aus Halocarbonsäuren – zwei primitive Methoden, einschließlich Phthalimid. (Beides ist bereits bekannt!)

2) Strecker-Synthese;

3) Alkylierung von CH-Säureanionen – PhCH=N–CH 2 COOR und N-Acetylaminomalonsäureester.

4) Enantioselektive Synthese von AA durch:

a) mikrobiologische (enzymatische) Trennung und

b) enantioselektive Hydrierung mit chiralen Katalysatoren.

5) β-Aminosäuren. Synthese nach Michael.

	Hydrophobe Aminosäuren	Ein wenig über die biochemische Rolle (für die allgemeine Entwicklung)
ALANIN		Entfernung von Ammoniak aus dem Gewebe zur Leber. Transaminierung, Umwandlung in Brenztraubensäure. Synthese von Purinen, Pyrimidinen und Häm.
VALIN*		Wenn durch eine Mutation Valin die Glutaminsäure im Hämoglobin ersetzt, kommt es zu einer Erbkrankheit, der Sichelzellenanämie. Eine schwere Erbkrankheit, die in Afrika häufig vorkommt, aber Resistenz gegen Malaria verleiht.
LEUCIN*
ISOLEUCIN*
PROLIN		Biegungen in Proteinmolekülen. Keine Rotation, wo Prolin vorhanden ist.
PHENYLALANIN*		Wird es nicht in Tyrosin umgewandelt, entsteht eine Erbkrankheit, die Phenylbrenztraubenoligophrenie.
TRYPTOPHAN*		Synthese von NADP, Serotonin. Abbau im Darm zu Skatol und Indol.
	Hydrophile Aminosäuren
GLYCIN Gly (G)	H 2 N-CH 2 -COOH	Beteiligt sich an einer Vielzahl biochemischer Synthesen im Körper.
SERIN Ser (S)	HO-CH 2-CH(NH2)-COOH	Beteiligen sich (als Teil von Proteinen) an den Prozessen der Acylierung und Phosphorylierung.
THREONIN* Thr (T)	CH 3 -CH(OH)-CH(NH 2)-COOH
TYROSIN Tyr (Y)		Synthese von Schilddrüsenhormonen, Adrenalin und Noradrenalin
	„Saure“ Aminosäuren
Spargelsäure Asp (D)	HOOC-CH 2-CH(NH2)-COOH	Aminogruppendonor in Synthesen.
GLUTAMINSÄURE Kleber)	HOOC-C 4 H 2 -CH 2-CH(NH2)-COOH	Bildet GABA (γ-Aminobuttersäure (Aminalon) – ein Beruhigungsmittel. Glu entfernt NH 3 aus dem Gehirn und wandelt sich in Glutamin (Gln) um. 4-Carboxyglutaminsäure bindet Ca in Proteinen.
	„A M I ​​​​D S“ saurer Aminosäuren
Spargel Asn(N)	H2N-CO-CH 2 -CH(NH 2)-COOH
GLUTAMIN Gln (Q)	H2N-CO-CH 2 -CH 2 -CH(NH 2)-COOH	Donoraminogruppen in Synthesen
CYSTEIN Cys(C)	HS-CH 2-CH(NH2)-COOH	Bildung von S-S-Bindungen (tert, Proteinstruktur, Regulierung der Enzymaktivität)
CYSTINE	Cys-S-S-Cys
METHIONIN* Getroffen	MeSCH 2 CH 2 - CH(NH2)COOH	Methylgruppenspender
	"Essentielle Aminosäuren
LYSIN* Lys (K)	H 2 N-(CH 2) 4 -CH(NH 2)-COOH	Bildet Vernetzungen in Kollagen und Elastin und macht sie elastisch.
ARGININ Arg(R) Enthält ein Guanidinfragment	H 2 N-C(=NH)-NH-(CH 2) 3 -CH(NH 2)-COOH	Beteiligt sich an der Entfernung von Ammoniak aus dem Körper
HISTIDIN Sein(H) Imidazol-Rückstand		Histaminsynthese. Allergie.

* - essentielle Aminosäuren. Glukose und Fette lassen sich aus den meisten Aminosäuren leicht synthetisieren. Störungen des Aminosäurestoffwechsels führen bei Kindern zu geistiger Behinderung.

SCHUTZGRUPPEN, DIE BEI ​​DER PEPTIDSYNTHESE VERWENDET WERDEN.

N.H. 2 -Schutzgruppen –

RC(O)- = ( HC(O)- ) CF 3 C(O) – Phthalylsäure

ROC(O)- = PhCH 2 OC(O)- und substituierte Benzyle , t-BuOC(O)- usw. reibt-Gruppen,

Fluorenylmethyloxycarbonylgruppe,

Ts-Gruppe

COOH-Schutzgruppen – Ether – PhCH 2 O- und substituierte Benzyle,

t-BuO- und Fluorenylmethylether.

Eine gesonderte Betrachtung von Schutzgruppen für andere Aminosäureaminosäuren ist nicht vorgesehen.

Methoden zur Herstellung einer Peptidbindung.

1. Säurechlorid (über X-NH-CH(R)-C(O)Cl). Die Methode ist veraltet.

2..Azid (nach Curtius, über X-NH-CH(R)-C(O)Y → C(O)N 3 als weiches Acylierungsreagenz.

3.Anhydrit – z.B. durch gemischtes Anhydrid mit Kohlensäure.

4. Aktivierte Ester (z. B. C(O)-OS 6 F 5 usw.)

5. Carbodiimid – Säure + DCC + Amin

6. Synthese auf einem festen Träger (zum Beispiel auf Merrifield-Harz).

Biologische Rolle von Peptiden. Ein paar Beispiele .

1. Enkephaline und Endorphine sind Opioidpeptide.

zum Beispiel Tyr-Gly-Gly-Phe-Met und

Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu aus Schweinehirn. Es sind mehrere hundert Analoga bekannt.

2. Oxytocin und Vasopressin Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Leu -Gly-NH 2

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DuVigneaud, Nob.pr. 1955 Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Arg -Gly-NH 2

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3. Insulin steuert die Aufnahme von Glukose durch die Zelle. Überschüssige Glukose im Blut (Diabetes) führt zur Glykosylierung von allem (hauptsächlich Proteinen).

4. Peptidtransformationen: Angiotensinogen → Angiotensin I → Angiotensin II. Einer der Hauptmechanismen zur Regulierung des Blutdrucks (BP), der Ort der Anwendung vieler Medikamente (ACE-Blocker – Angiotensin-Converting-Enzym. Katalysator der Stufe 1 ist das Enzym Renin (isoliert aus den Nieren).

5. Peptidtoxine. Wirksam gegen Krankheiten – Botulismus, Tetanus, Diphtherie, Cholera. Gifte von Schlangen, Skorpionen, Bienen, Pilzgifte (Phalloidin, Amantine), wirbellose Meerestiere (Conusgeographus – 13 AK, zwei -S-S-Brücken). Viele sind stabil, wenn sie in einer sauren Lösung gekocht werden (bis zu 30 Minuten).

6. Peptidantibiotika (Gramicidin S).

7. Aspartam Asp-Phe-OMe ist 200-mal süßer als Zucker. Bittere und „leckere“ Peptide.

8. Proteine. Vier Organisationsebenen des nativen Proteinmoleküls. Ein Protein ist (zusammen mit Nukleinsäuren) ein einzigartiger Makromolekültyp mit einer genau bekannten Struktur, die bis in die Details der Stereochemie und Konformation geordnet ist. Alle anderen bekannten Makromoleküle, auch natürliche (Polysaccharide, Lignin usw.), haben eine mehr oder weniger ungeordnete Struktur – eine breite Molekulargewichtsverteilung, freies Konformationsverhalten.

Die Primärstruktur ist die Abfolge der Aminosäuren. Wie lautet die Abkürzung für Primärstruktur?

Sekundärstruktur – konformativ regelmäßige Elemente zweier Arten (α-Helices und β-Schichten) – so ist nur ein Teil des Proteinmakromoleküls geordnet.

Die Tertiärstruktur ist eine einzigartige geordnete stereochemische Konfiguration eines vollständigen Makromoleküls. Das Konzept der „Faltung“ einer Polypeptidkette in die Tertiärstruktur eines Proteins. Prionen.

Die Quartärstruktur ist eine Kombination mehrerer Untereinheiten in Proteinen, die aus mehreren Polypeptidketten bestehen. Disulfidbrücken (reversible Umwandlung von Cystein-Cystin) als Möglichkeit zur Fixierung von Tertiär- und Quartärstrukturen.

KOHLENHYDRATE.

1. Was sind Kohlenhydrate? Kohlenhydrate sind um uns herum und in uns.

2. Das Konzept der Photosynthese von D-Glycerinsäure-Derivaten. Nur für besonders herausragende Studierende – die Bildung von Glycerinsäurediphosphat aus D-Ribulose.

3. Was ist die D-Reihe von Kohlenhydraten?(Kurz zur Geschichte des Konzepts der D- und L-Serie).

4. Klassifizierung von Kohlenhydraten: a) nach der Anzahl der C-Atome; b) durch die Anwesenheit von C=O- oder CHO-Gruppen; c) durch die Anzahl der zyklischen Fragmente.

5. Synthese von Kohlenhydraten aus D-Glycerinaldehyd nach der Kiliani-Fisher-Methode.Wie hat Fischer die Formel für Glukose aufgestellt?

6. Herleitung der Formeln aller D-Tetrosen, -Pentosen, -Hexosen aus D-Glycerinaldehyd (offene Strukturen). Für alle Schüler – kennen Sie die Formel von Glucose (offen und zyklisch), Mannose (2-Glucose-Epimer), Galactose (4-Glucose-Epimer) und Ribose. Pyranosen und Furanosen.

7. In der Lage sein, von einer offenen Form zu einer zyklischen Form nach Haworth zu wechseln. Seien Sie in der Lage, die Formeln von α- und β-Glucose (alle Substituenten in e-Position außer dem anomeren) in der Sesselkonformation zu zeichnen.

8. Was sind Epimere, Anomere, Mutarotation? Anomerer Effekt.

9. Chemische Eigenschaften von Glucose als Aldehydalkohol: a) Chelate mit Metallionen, Herstellung von Glykosiden, Vollethern und Estern, Isopropyliden-Schutz; b) Oxidation der CHO-Gruppe mit Metallionen, Bromwasser, HNO 3. Spaltung nach Willen. Reaktion mit Aminen und Gewinnung von Ozon. Die wichtigsten Prinzipien und Techniken zur selektiven Alkylierung verschiedener Hydroxylgruppen in Glucose.

10. D-Fruktose als Vertreter der Ketosen. Offene und zyklische Formen. Silberspiegelreaktion für Fruktose.

11. Das Konzept der Desoxyzucker, Aminozucker. Hierzu zählen auch Chitin und Heparin. Septulose und Octulose in Avocados. Maillard-Reaktion.

12. Oligosaccharide. Maltose,Cellobiose,Laktose, Saccharose. Reduzierende und nicht reduzierende Zucker.

13. Polysaccharide – Stärke(20 % Amylose + 80 % Amylopektin),Stärke-Jod-Test, Glykogen, Cellulose,Hydrolyse von Stärke in der Mundhöhle (Amylase) und Hydrolyse von Cellulose,Nitrofaser, Viskosefaser, Papierherstellung , Blutgruppen und die Unterschiede zwischen ihnen.

WICHTIGE POLYSACCHARIDE.

POLYSACCHARID	ZUSAMMENSETZUNG und Struktur	Anmerkungen
Cyclodextrine	α-(6), β-(7), γ-(8) Besteht aus Glukose 1-4 Anschlüsse.	Ausgezeichnete Komplexbildner, Chelatbildner
Stärke	α-glu-(1,4)-α-glu 20 % Amylose + 80 % Amylopektin	Amylose= 200 Glu, lineares Polysaccharid. Amylopektin= 1000 oder mehr Glu, verzweigt.
Glykogen	„verzweigte“ Stärke, Beteiligung von 6-OH	Glukosereserven im Körper
	Aus Fruktoserückständen	Enthalten in Topinambur
Zellulose	β-glu-(1,4)-β-glu	Baumwolle, Pflanzenfaser, Holz
Zellulose	Xanthat an Position 6	Herstellung von Viskose - Viskose, Zellophan (Verpackungsfolie)
Celluloseacetat	Ungefähr Diacetat	Acetatfaser
Cellulosenitrat	Trinitroester	Rauchfreies Pulver
Papier aus Holz herstellen	Holz = Zellulose + Lignin. Mit Ca(HSO 3) 2 oder Na 2 S + NaOH behandeln	Sulfatierung von Holz – Entfernung von Lignin in Wasser – Herstellung von Zellulosezellstoff.
	Poly-α-2-desoxy-2-N-Ac-aminoglucose (anstelle von 2-OH - 2-NH-Ac)	Wenn man Ac aus Stickstoff entfernt, erhält man Chitosan – ein modisches Nahrungsergänzungsmittel
Hyaluronsäure	– (2-AcNH-Glucose – Glucuronsäure) n –	Schmierung im Körper (z. B. Gelenke).
	Die Struktur ist sehr komplex – (2-HO 3 S-NH-Glucose – Glucuronsäure) n –	Erhöht die Blutgerinnungszeit
Chondroitinsulfat	Glykoproteine ​​(Kollagen), Proteoglykane, Verbindung durch NH 2 Asparagin oder OH Serin	Kommt überall im Körper vor, insbesondere im Bindegewebe und im Knorpel.

Notiz: Glucuronsäure: 6-COOH – 1-CHO

Gluconsäure: 6-CH 2 OH – 1-COOH

Glucarsäure: 6-COOH – 1-COOH

1. Chemie und Biochemie von Nukleinsäuren.

Stickstoffbasen in RNA: U (Uracil), C (Cytosin) sind Pyrimidin-Derivate. A (Adenin), G (Guanin) sind Purinderivate. In der DNA Anstelle von U (Uracil) liegt T (Thymin) vor.

Nukleoside ( Zucker+ Stickstoffbase): Uridin, Cytidin, Thymidin, Adenosin, Guanosin.

Nukleotide( Phosphat+ Zucker+ stickstoffhaltige Base).

Lactim-Lactam-Tautomerie.

Primärstruktur Nukleinsäuren (Verbindung von Nukleosiden durch die Sauerstoffatome an C-3 und C-5 der Ribose (Desoxyribose) unter Verwendung von Phosphatbrücken.

RNA und DNA.

a) Hauptbasen und Nebenbasen (RNA). Allein für tRNA nähert sich die Liste der Nebenbasen der 50. Der Grund für ihre Existenz ist der Schutz vor hydrolytischen Enzymen. 1-2 Beispiele für Nebenbasen.

c) Chargaffs Regeln für DNA. Das Wichtigste: A=T. G=C. Allerdings G+C< А+Т для животных и растений.

Prinzipien der DNA-Struktur

1. Unregelmäßigkeit.
Es gibt ein regelmäßiges Zuckerphosphat-Rückgrat, an das stickstoffhaltige Basen gebunden sind. Ihr Wechsel ist unregelmäßig.

2. Antiparallelität.
DNA besteht aus zwei antiparallel ausgerichteten Polynukleotidketten. Das 3'-Ende des einen befindet sich gegenüber dem 5'-Ende des anderen.

3. Komplementarität (Komplementarität).
Jede stickstoffhaltige Base einer Kette entspricht einer streng definierten stickstoffhaltigen Base der anderen Kette. Die Konformität wird durch die Chemie bestimmt. Purin und Pyrimidin paaren sich und bilden Wasserstoffbrückenbindungen. Es gibt zwei Wasserstoffbrückenbindungen im A-T-Paar und drei im G-C-Paar, da diese Basen eine zusätzliche Aminogruppe im aromatischen Ring haben.

4. Vorhandensein einer regelmäßigen Sekundärstruktur.
Zwei komplementäre, antiparallele Polynukleotidketten bilden rechtsdrehende Helices mit einer gemeinsamen Achse.

Funktionen der DNA

1. DNA ist der Träger genetischer Informationen.
Die Funktion wird durch die Tatsache der Existenz eines genetischen Codes bereitgestellt. Anzahl der DNA-Moleküle: In einer menschlichen Zelle gibt es 46 Chromosomen, die jeweils ein DNA-Molekül enthalten. Die Länge eines Moleküls beträgt ~ 8 (d. h. 2x4) cm. Im verpackten Zustand beträgt sie 5 nm (dies ist die Tertiärstruktur der DNA, Superspiralisierung der DNA auf Histonproteinen).

2. Die Reproduktion und Übertragung genetischer Informationen wird durch den Replikationsprozess (DNA → neue DNA) sichergestellt.

3. Umsetzung genetischer Informationen in Form von Proteinen und anderen Verbindungen, die mit Hilfe von Enzymproteinen gebildet werden.
Diese Funktion wird durch die Prozesse der Transkription (DNA zu RNA) und der Translation (RNA zu Protein) bereitgestellt.

Reparatur– Wiederherstellung des beschädigten DNA-Abschnitts. Dies liegt daran, dass DNA ein doppelsträngiges Molekül ist; es gibt ein komplementäres Nukleotid, das „sagt“, was korrigiert werden muss.

Welche Fehler und Schäden treten auf? a) Replikationsfehler (10 -6), b) Depurinierung, Verlust von Purin, Bildung von Apurinstellen (in jeder Zelle der Verlust von 5000 Purinresten pro Tag!), c) Desaminierung (zum Beispiel verwandelt sich Cytosin in Uracil).

Induzierbarer Schaden. a) Dimerisierung von Pyrimidinringen unter UV-Einfluss an C=C-Bindungen unter Bildung eines Cyclobutanrings (zur Entfernung von Dimeren werden Photolyasen eingesetzt); b) chemische Schäden (Alkylierung, Acylierung usw.). Schadensreparatur – DNA-Glykosylase – Apurinisierung (oder Apyrimidinisierung) der alkylierten Base – dann die Einführung einer „normalen“ Base in fünf Schritten.

Störung des Wiedergutmachungsprozesses – Erbkrankheiten (Xeroderma pigmentosum, Trichothiodystrophie usw.) Es gibt etwa 2000 Erbkrankheiten.

Transkriptions- und Translationsinhibitoren sind antibakterielle Medikamente.

Streptomycin – Inhibitor der Proteinsynthese in Prokaryoten.

Tetracycline - „binden sich an die 30S-Untereinheit des bakteriellen Ribosoms und blockieren die Anlagerung von Aminoacyl-tRNA an das A-Zentrum des Ribosoms, wodurch die Elongation (d. h. das Ablesen der mRNA und die Synthese der Polypeptidkette) gestört wird.“

Penicilline und Cephalosporine – β-Lactam-Antibiotika. Der β-Lactam-Ring hemmt die Zellwandsynthese in gramnegativen Mikroorganismen.

Viren – Inhibitoren der Matrixsynthese in eukaryotischen Zellen.

Giftstoffe – machen oft das Gleiche wie Viren. α-Amanitin– Fliegenpilztoxin, LD 50 0,1 mg pro kg Körpergewicht. Hemmung der RNA-Polymerase. Die Folge sind irreversible Veränderungen in Leber und Nieren.

Ricin – ein sehr starkes Proteingift aus Rizinusbohnen. Hierbei handelt es sich um ein N-Glykosylase-Enzym, das einen Adeninrest aus der 28S-rRNA der großen ribosomalen Untereinheit entfernt und die Proteinsynthese in Eukaryoten hemmt. In Rizinusöl enthalten.

Enterotoxin aus dem Erreger der Diphtherie (Protein mit einer Masse von 60 kDa) – Hemmung der Proteinsynthese im Rachen und Kehlkopf.

Interferone – Proteine ​​mit einer Größe von etwa 160 AA werden von einigen Wirbeltierzellen als Reaktion auf eine Infektion durch Viren ausgeschüttet. Die Menge an Interferon beträgt 10 -9 – 10 -12 g, d.h. Ein Proteinmolekül schützt eine Zelle. Diese Proteine ​​stimulieren wie Proteinhormone die Synthese von Enzymen, die die Synthese viraler mRNA zerstören.

Erbkrankheiten (monogen) und (nicht zu verwechseln!) familiäre Veranlagung für Krankheiten (Diabetes, Gicht, Arteriosklerose, Urolithiasis, Schizophrenie sind multifaktorielle Erkrankungen.)

Prinzipien der Nukleotidsequenzanalyse (optional).

DNA-Technologie in der Medizin.

A. DNA-Extraktion. B. DNA-Spaltung mittels Restriktionsenzymen. Die menschliche DNA besteht aus 150 x 10 6 Nukleotidpaaren. Sie müssen in 500.000 Fragmente zu je 300 Paaren aufgeteilt werden. Als nächstes folgt die Gelelektrophorese. Als nächstes – Southern-Blot-Hybridisierung mit einer Radiosonde oder anderen Methoden.

Sequenzierung. Exonukleasen spalten nacheinander ein Mononukleotid ab. Dies ist eine veraltete Technik.

PCR (PCR) – Polymerase-Kettenreaktion. (Nobelpreisträger 1993: Carrie Mullis)

Prinzip: Primer (das sind DNA-Fragmente von ~20 Nukleotiden – im Handel erhältlich) + DNA-Polymerase → DNA-Produktion (Verstärker) → DNA-Analyse (Sequenzer). Jetzt wird alles automatisch erledigt!

Eine Methode zur DNA-Sequenzierung unter Verwendung markierter defekter Nukleotide (z. B. Didesoxynukleotide). Jetzt sind die Tags nicht radioaktiv, sondern fluoreszierend. Tests auf AIDS und andere sexuell übertragbare Krankheiten. Schnell, aber teuer. Es ist besser, nicht krank zu werden!

Der Erfolg der PCR für die Diagnose und ihre weitverbreitete Anwendung beruht auf der Tatsache, dass die an dem Prozess beteiligten Enzyme, die aus hitzebeständigen Thermalquellenbakterien isoliert und gentechnisch verändert wurden, Hitze standhalten können, die die DNA-Stränge denaturiert (dissoziiert) und sie auf diese Weise vorbereitet die nächste PCR-Runde.

TERPEN, TERPENOIDE UND STEROIDE.

Terpentin – Ätherisches Öl aus Kiefernharz.

Terpene sind eine Gruppe ungesättigter Kohlenwasserstoffe mit der Zusammensetzung (C 5 H 8) n, wobei n³ 2 ist und in der Natur weit verbreitet ist. Enthalten Isopentanfragmente, die normalerweise Kopf-an-Schwanz-verknüpft sind. (Dies ist die Ruzicka-Regel).

Monoterpene C 10 (C 5 H 8) 2 Ce quetschen Terpene C 15, (C 5 H 8) 3 Diterpene C 20, (C 5 H 8) 4 Triterpene C 30, (C 5 H 8) 6. Polyterpene (Kautschuk).

Der Hydrierungsgrad von Terpenen kann variieren, die Anzahl der H-Atome muss also kein Vielfaches von 8 sein. Es gibt keine C 25- und C 35-Terpene.

Terpene sind azyklisch und carbozyklisch.

Terpenoide (Isoprenoide) sind Terpene (Kohlenwasserstoffe) + funktionell substituierte Terpene. Eine umfangreiche Gruppe natürlicher Verbindungen mit regelmäßiger Skelettstruktur.

Isoprenoide können unterteilt werden in

1) Terpene, inkl. funktionell substituiert,

2) Steroide

3) Harzsäuren,

4) Polyisoprenoide (Gummi).

Die wichtigsten Vertreter der Terpene.

Einige Merkmale der Chemie von Terpenen, bizyklischen Molekülen und Steroiden.

1) nichtklassische Kationen; 2) Umlagerungen vom Wagner-Meyerwein-Typ; 3) leichte Oxidation; 4) diastereoselektive Synthese; 5) Einfluss entfernter Gruppen.

Formal handelt es sich bei Terpenen um Produkte der Polymerisation von Isopren, der Syntheseweg ist jedoch völlig anders! Warum genau sind Polyisopren-Derivate in der Natur so weit verbreitet? Dies liegt an den Besonderheiten ihrer Biosynthese aus Acetyl-Coenzym A, d.h. eigentlich aus Essigsäure. (Bloch, 40-60. Beide Kohlenstoffatome von C 14 H 3 C 14 UN sind im Terpen enthalten.)

SCHEMA FÜR DIE SYNTHESE VON MEVALONSÄURE – dem wichtigsten Zwischenprodukt bei der Biosynthese von Terpenen und Steroiden.

Kondensation Acetyl Coenzym A b Acetoacetyl Coenzym A durchläuft den Claisen-Ester-Kondensationsprozess.

Synthese von Limonen aus Geranylphosphat, einem wichtigen Zwischenprodukt sowohl bei der Synthese verschiedenster Terpene als auch bei der Synthese von Cholesterin. Unten ist die Umwandlung von Limonen in Kampfer unter dem Einfluss von HCl, Wasser und einem Oxidationsmittel (PP – Pyrophosphatrückstand) dargestellt.

Die Umwandlung von Mevalonsäure in Geranylphosphat erfolgt durch 1) Phosphorylierung von 5-OH, 2) wiederholte Phosphorylierung von 5-OH und Bildung von Pyrophosphat, 3) Phosphorylierung an 3-OH. All dies geschieht unter dem Einfluss von ATP, das in ADP umgewandelt wird. Weitere Transformationen:

Die wichtigsten Steroidhormone.

Wird im Körper aus Cholesterin gebildet. Cholesterin ist wasserunlöslich. Dringt in die Zelle ein und beteiligt sich an der Biosynthese durch Komplexe mit Steroltransferproteinen.

GALLENSÄURE . Cholsäure. Cis-Verbindung der Ringe A und B. Gallensäuren verbessern die Lipidabsorption, senken den Cholesterinspiegel und werden häufig für die Synthese makrozyklischer Strukturen verwendet.

STEROIDE – ARZNEIMITTEL.

1. Kardiotonika. Digitoxin. Kommt in verschiedenen Fingerhutarten (Digitalis purpurea L. oder Digitalislanata Ehrh.) vor. Glykoside sind natürliche Verbindungen, die aus einem oder mehreren Glucose- oder anderen Zuckerresten bestehen, die meist über die 1- oder 4-Positionen an ein organisches Molekül (AGLICONE) gebunden sind. . Substanzen mit ähnlicher Struktur und Wirkung finden sich im Gift einiger Krötenarten.

2. Diuretika. Spironolacton (Veroshpiron). Aldosteron-Antagonist. Blockiert die Rückresorption von Na+-Ionen und reduziert so die Flüssigkeitsmenge, was zu einer Senkung des Blutdrucks führt. Beeinflusst den Gehalt an K+-Ionen nicht! Es ist sehr wichtig.

3. Entzündungshemmende Medikamente. Prednisolon. 6-Methylprednisolon (siehe Formel oben). Fluorsteroide (Dexamethason (9a-Fluor-16a-methylprednisolon), Triamcinolon (9a-Fluor-16a-hydroxyprednisolon). Entzündungshemmende Salben.

4. Anabolika. Fördert die Bildung von Muskelmasse und Knochengewebe. Methandrostenolon.

5. BRASSINOSTEROIDE- NATÜRLICHE VERBINDUNGEN, DIE PFLANZEN BEI DER BEKÄMPFUNG VON STRESS (Trockenheit, Frost, übermäßige Feuchtigkeit) unterstützen, HABEN WACHSTUMREGULIERENDE WIRKUNG.

24-Epibrassinolid [(22R, 23R,24R)-2α,3α,22,23-tetrahydroxy-B-homo-7-oxa-5α-ergostan-6-on.

Das Medikament „Epin-extra“, NNPP „NEST-M“.

METALLKOMPLEXKATALYSE (1 SEMESTER).