Organische Synthese - Cheatsheet.pdf

Additionsreaktionen

Definition:

Additionsreaktionen sind chemische Prozesse, bei denen zwei oder mehr Moleküle zu einem größeren Molekül kombiniert werden, ohne dass dabei ein Nebenprodukt entsteht.

Details:

• Wichtige Klassen: elektrophile, nukleophile und radikalische Additionen
• Elektrophile Additionen: häufig bei Alkenen und Alkinen
• Mechanismus: Schrittweise Anlagerung von Reaktanten an Mehrfachbindungen
• Beispielreaktion: % Addition von HCl an Ethen

  Retrosynthetische Analyse

  Definition:

  Methode zur Planung der organischen Synthese, bei der das Zielmolekül schrittweise in einfachere Vorläufermoleküle zerlegt wird.

  Details:

  • Identifikation der Synthesevorläufer
  • Verwendung synthetischer Äquivalente
  • Ermittlung von Trenn- und Ankergruppen
  • Schlüsselreaktionen fokussieren
  • Strategien: Disconnection, FGI, und Reaktionspfade

  Übergangszustände

  Definition:

  Kurzlebige Zwischenstationen in chemischen Reaktionen, die nicht isolierbar sind und den höchsten Energiepunkt auf dem Reaktionsweg darstellen.

  Details:

  • Symbole: \text{TS} oder \text{ÜZ}
  • Energiediagramm: Höchster Punkt zwischen Reaktanten und Produkten
  • Theorie: Hammond-Postulat - Ähnlichkeit zu den nächstgelegenen stabilen Spezies (Reaktanten oder Produkte)
  • Reaktionskoordinaten: Abhängig von unterschiedlichen Reaktionsmechanismen
  • Berechnung: Quantenmechanische Methoden wie DFT und ab initio

  Kinetische und thermodynamische Kontrolle

  Definition:

  Regeln, unter denen die Produktverteilung einer chemischen Reaktion entweder durch die relative Geschwindigkeit (kinetische Kontrolle) oder durch die Stabilität der Produkte (thermodynamische Kontrolle) bestimmt wird.

  Details:

  • Unter kinetischer Kontrolle: Produktverhältnis = relative Reaktionsgeschwindigkeiten
  • Unter thermodynamischer Kontrolle: Produktverhältnis = relative Stabilität der Produkte
  • Kinetische Kontrolle: niedrigere Temperatur, kürzere Reaktionszeit
  • Thermodynamische Kontrolle: höhere Temperatur, längere Reaktionszeit
  • Kinetische Produkte: entstehen schneller, aber sind weniger stabil
  • Thermodynamische Produkte: entstehen langsamer, aber sind stabiler
  • Formel für Reaktionsgeschwindigkeit: \(v = k \cdot [A]\)
  • Gibbsche Freie Energie: \[\Delta G = \Delta H - T \cdot \Delta S\]

  Aldehyde und Ketone

  Definition:

  Aldehyde und Ketone sind funktionelle Gruppen in der organischen Chemie, die sich durch eine Carbonylgruppe (C=O) auszeichnen.

  Details:

  • Allgemeine Formel Aldehyde: R-CHO
  • Allgemeine Formel Ketone: R-CO-R'
  • Aldehyde: Endung -al
  • Ketone: Endung -on
  • Reaktivität: Aldehyde reaktiver als Ketone
  • Oxidation: Aldehyde zu Carbonsäuren, Ketone resistent
  • Reduktion: Aldehyde und Ketone zu Alkoholen (Nukleophile Addition)
  • Wichtige Reaktionen: Nukleophile Addition, Aldolkondensation, Grignard-Reaktion

  NMR-Spektroskopie

  Definition:

  Methode zur Bestimmung der Struktur organischer Verbindungen durch Messung der Wechselwirkungen von Atomkernen mit einem äußeren Magnetfeld.

  Details:

  • Anwendung: Strukturaufklärung, Identifikation von Verbindungen
  • Funktioniert auf Basis der Kernspinresonanz von Atomkernen, besonders 1H und 13C
  • Spektrum: zeigt chemische Verschiebungen (\textbackslash delta-Verschiebung) und Kopplungskonstanten
  • Hauptgrößen: chemische Verschiebung (\textbackslash delta), Kopplungskonstanten (J), Integrale
  • Einflussfaktoren: Elektronenumgebung, Magnetfeldstärke
  • Probenvorbereitung: oft in Deuterierten Lösungsmitteln

  Schutzgruppenstrategien

  Definition:

  Strategien zur vorübergehenden Schutz von funktionellen Gruppen in der organischen Synthese, um selektive Reaktionen zu ermöglichen.

  Details:

  • Verwendung von Schutzgruppen: Blockierung/Deprotektion spezifischer funktioneller Gruppen.
  • Beispiele für Schutzgruppen:
    • -OH: TBS-Schutzgruppe (t-Butyldimethylsilyl)
    • -NH2: Boc-Schutzgruppe (tert-Butoxycarbonyl)
    • -COOH: Methylester
  • Gemeinsame Methoden zur Entfernung:
    • Saure Hydrolyse
    • Basische Hydrolyse
    • Reduktive Bedingungen
  • Wahl der Schutzgruppe: Abhängig von chemischen Bedingungen und Selektivität.

  Radikalische Reaktionen

  Definition:

  Radikalische Reaktionen sind Reaktionen, bei denen reaktive Radikale als Zwischenprodukte beteiligt sind.

  Details:

  • Initiation: Erzeugung von Radikalen, oft durch homolytische Spaltung, beispielsweise mittels Wärme oder Licht.
  • Propagation: Sequenz von Schritten, in denen Radikale weitere Radikale erzeugen, z.B. \[\text{R}^\cdot + XY \rightarrow RX + Y^\cdot\]
  • Termination: Rekombination von Radikalen zu stabilen Molekülen, z.B. \[\text{R}^\cdot + \text{R}'^\cdot \rightarrow \text{RR}'\]