Organische Chemie 2 - Cheatsheet

SN1- und SN2-Reaktionsmechanismen und ihre Anwendung

Definition:

SN1- und SN2-Reaktionsmechanismen: zwei Arten nukleophiler Substitutionsreaktionen in der organischen Chemie.

Details:

• SN1 (Substitution, nucleophil, unimolekular): zweistufig; erster Schritt ist die langsame Bildung eines Carbokations, gefolgt von nucleophilem Angriff.
• SN2 (Substitution, nucleophil, bimolekular): einstufig; gleichzeitig greifen das Nucleophil und das abgehende Molekül an.
• SN1 bevorzugt tertiäre Halogenalkane (\textit{3°}), SN2 bevorzugt primäre Halogenalkane (\textit{1°}).
• Wichtige Faktoren: SN1-Reaktionen benötigen polare, protische Lösungsmittel; SN2-Reaktionen benötigen polare, aprotische Lösungsmittel.
• Beispiele in der Anwendung: Synthese von Alkoholen, Ethern, und Aminen; Veresterung.

E1- und E2-Eliminierungsreaktionen in der organischen Synthese

Definition:

E1- und E2-Eliminierungsreaktionen sind zwei wichtige Mechanismen, durch die Alkene in der organischen Synthese gebildet werden.

Details:

• E1-Reaktion: einstufige Reaktion, bei der zuerst ein Carbokation entsteht. Reaktionsgeschwindigkeit hängt nur von der Konzentration des Substrats ab.
• Mechanismus:

• Schritt 1: Abgangsgruppe verlässt, Bildung von Carbokation (\text{langsamer Schritt}).
• Schritt 2: Proton wird von einer Base entfernt (\text{schneller Schritt}).

• \text{Geschwindigkeitsgesetz}: \text{Rate} = k[\text{Substrat}].
• E2-Reaktion: bimolekulare, konzertierte Reaktion, bei der Protonenabnahme und Abgang der Abgangsgruppe gleichzeitig ablaufen.
• Mechanismus:Proton und Abgangsgruppe (antiperiplanar) werden gleichzeitig entfernt.

• \text{Geschwindigkeitsgesetz}: \text{Rate} = k[\text{Substrat}][\text{Base}].
• Regioselektivität: Zaitsev's Regel (stabileres Alken bevorzugt), kann durch sterische Hinderung beeinflusst werden.
• Stereochemie: E2 bevorzugt antiperiplanare Geometrie.

Oxidations- und Reduktionsmittel und ihre Anwendung auf organische Moleküle

Definition:

Oxidations- und Reduktionsmittel in der organischen Chemie: Transformation funktioneller Gruppen durch Änderung des Oxidationszustands.

Details:

• Oxidationsmittel: entfernen Elektronen (Bsp: Kaliumpermanganat, Jones-Reagenz)
• Reduktionsmittel: fügen Elektronen hinzu (Bsp: Lithiumaluminiumhydrid, Natriumborhydrid)
• Oxidation: Erhöht den Oxidationszustand (Primärer Alkohol → Aldehyd → Carbonsäure)
• Reduktion: Verringert den Oxidationszustand (Aldehyd → Primärer Alkohol, Keton → Sekundärer Alkohol)
• Reagenz-Wahl abhängig von funktionellen Gruppen und gewünschtem Produkt

Wagner-Meerwein- und Beckmann-Umlagerungen

Definition:

Wagner-Meerwein-Umlagerung: Umlagerung von Alkylgruppen; Beckmann-Umlagerung: Umlagerung von Oximen zu Amiden, verwendet Säuren oder Phosphorpentachlorid.

Details:

• Wagner-Meerwein: primär in Carbokationen (Alkyl- und Arylverschiebungen)
• Reaktion: $$\text{R-CH-CHR}_2 + \text{H}^+ \rightarrow \text{R-C^+ -CHR}_2 \rightarrow \text{verschobenes Produkt}$$
• Beckmann: Oxime zu Amiden
• Reaktion: $$\text{RC}(R')=\text{N-OH} \rightarrow \text{RC}(R')\text{NH}_2$$
• Verwendet Säuren (HCl, H_2SO_4) oder Reagenzien wie PCl_5

Retrosynthetische Analyse und Funktionsgruppeninterkonversion

Definition:

Retrosynthetische Analyse: Methode zur Planung der Synthese komplexer Moleküle durch Zerlegung in einfachere Ausgangsstoffe. Funktionsgruppeninterkonversion: Umwandlung einer funktionellen Gruppe in eine andere zur Erleichterung der Synthese.

Details:

• Retrosynthetische Analyse: Identifikation von Zielmolekül und Aufteilung in Synthesevorläufer
• Diskonnektivität: Trennen von Bindungen zur Erreichung von Synthesevorläufern
• Synthon: Ein theoretisches Fragment zur Syntheseplanung
• Reagenz: Tatsächlich eingesetzter Stoff, der das Synthon realisiert
• Funktionelle Gruppen: Zielgerichtete Umwandlung essentiell für Planung
• Häufige Funktionsgruppeninterkonversionen: Oxidation (z.B. \textit{-OH zu -C=O}), Reduktion (z.B. \textit{-NO_2 zu -NH_2}), Schutzgruppen einsetzen / entfernen

Reaktionskinetik und Geschwindigkeitsgesetze

Definition:

Reaktionskinetik: Untersuchung der Reaktionsgeschwindigkeit und der Faktoren, die sie beeinflussen. Geschwindigkeitsgesetze: Mathematische Beschreibung der Geschwindigkeit in Abhängigkeit von den Konzentrationen der Reaktanten.

Details:

• Geschwindigkeitsgesetz 1. Ordnung: \ \( v = k[A] \)
• Geschwindigkeitsgesetz 2. Ordnung: \ \( v = k[A][B] \)
• Arrhenius-Gleichung: \ \( k = A e^{-\frac{E_a}{RT}} \)
• Aktivierungsenergie (\(E_a\)): Energiebarriere, die überwunden werden muss
• Übergangszustand: Hochenergischer Zustand auf dem Reaktionsweg
• Katalysator: Senkt Aktivierungsenergie, erhöht Reaktionsgeschwindigkeit

Regio- und Stereoselektivität in organischen Reaktionen

Definition:

Regioselektivität und Stereoselektivität beschreiben, wie bevorzugt bestimmte Positionen in einem Molekül während einer chemischen Reaktion reagieren bzw. wie bevorzugt bestimmte stereochemische Produkte entstehen.

Details:

• Regioselektivität: Bevorzugung einer bestimmten Position im Molekül. Beispiel: Markownikow-Regel in Additionsreaktionen.
• Stereoselektivität: Bevorzugung eines bestimmten räumlichen Anordnungsmodus. Enthält Enantioselektivität und Diastereoselektivität.
• Enantioselektivität: Erzeugung eines bestimmten Enantiomers. Beispiel: Asymmetrische Synthese.
• Diastereoselektivität: Erzeugung bestimmter Diastereomere. Beispiel: Stereoselektive Reduktion.
• Konsequenzen: Bestimmt Reaktionsausbeute und Produktreinheit.

Organokatalyse und bioorthogonale Chemie

Definition:

Organokatalyse: Einsatz kleiner organischer Moleküle als Katalysatoren in chemischen Reaktionen. Bioorthogonale Chemie: Chemie, die in lebenden Systemen stattfindet, ohne natürliche biochemische Prozesse zu stören.

Details:

• Organokatalysatoren wie Proline, Pyrrolidine, und DMAP
• Chirale Katalysatoren für asymmetrische Synthese
• Michael-Addition, Aldol-Reaktion
• Bioorthogonale Reaktionen umfassen Click-Chemie, wie die Azid-Alkin-Cycloaddition (\textit{CuAAC})
• Reaktionen müssen schnell, spezifisch, und biokompatibel sein
• Anwendung: Biomolekülmarkierung, Drug Delivery, Bildgebung