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214 Cards in this Set
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Ordnungszahl |
Anzahl der Elektronen (bei neutralem Atom)/Protonen |
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Hauptgruppenzahl |
Anzahl der Elektronen in der Außenschale |
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Periode |
Reihe des Periodensystems; Anzahl der Schalen; je weiter die Schale vom Kern entfernt, desto größer ist das Energieniveau -> Bohr‘sches Atommodell/Schalenmodell -> veraltet |
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Nukleonen |
Protonen und Neutronen; im Atomkern |
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Maximale Anzahl von Elektronen auf einer Schale |
2n²; n=Nummer der Schale |
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Quantenzahlen |
Beschreiben die Eigenschaften eines Teilchens, vier verschiedene Quantenzahlen für jedes Elektron; n=Hauptquantenzahl (K,L,M,...), Elektronenschale nach Bohr; I=Nebenquantenzahl (s,p,d,...), Form des Atomorbitals; m=Magnetquantenzahl (-I bis +I), räumliche Orientierung der Orbitale (x,y,z,...); s=Spinquantenzahl (-1/2 oder +1/2), Orientierung des Elektrons zur Z-Achse |
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Orbitale |
„Räume“ mit der höchsten Aufenthaltswahrscheinlichkeit für Elektronen; jedes Orbital kann 2 Elektronen aufnehmen; Bsp. Kohlestoffatom: 1s², 2s², 2p² -> hochgestellte Ziffer=Anzahl der Elektronen in entsprechenden Orbitalen; 4s-Orbitale energetisch niedriger al 3d-Orbitale |
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S-Orbitale |
Geringste Energie; 1 pro Periode; Kugelförmig |
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P-Orbitale |
Hantelförmig; 3 pro Periode; kann nach x,y,z orientiert sein |
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Hund‘sche Regel |
Energiereiche Orbitale werden zunächst nacheinander mit Elektronen gleichen Spins besetzt, dann erst wird nacheinander in jedem Orbital ein zweites Elektron mit entgegengesetztem Spin aufgenommen |
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Pauli Prinzip |
Jedes Orbital kann nur mit zwei Elektronen entgegengesetztem Spins besetzt sein |
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Edelgaskonfiguration |
Voll besetzte Außenschale; Oktettregel ist erfüllt; sehr stabil; geht keine weiteren Bindungen ein |
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Chemische Bindungen |
Atome gehen Bindungen ein, wenn dadurch die Energie des Gesamtsystems erniedrigt wird; Ionenbindungen und kovalente Bindungen |
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Elektronegativität |
Wie stark werden Elektronen vom Atomkern angezogen; Fluor hat höchste Elektronegativität -> alles links und drunter ist niedriger |
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Ionenbindung |
Basiert auf elektrostatischer Anziehung positiv und negativ geladener Ionen; EN > 1,7; Ionen wollen Edelgaskonfiguration (Oktettregel); Valenzstrichformel nicht möglich |
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Kovalente Bindung |
Entsteht durch Überlappung von Orbitalen von Atomen; Elektronenpaarbindungen entstehen; EN < 1,7; s,s-Sigma-Bindung = Überlappung von zwei s-Orbitalen; s,p-Sigma-Bindung = Überlappung von s- und p-Orbitalen; polare und unpolare Bindungen; Valenzstrichformel möglich |
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Hybridorbitalmodell |
Orbitale werden gemischt -> sp³-Hybridorbitale entstehen -> ermöglicht vier gleiche Bindungen; Geometrie ist tetraedrisch (bei Kohlenstoffen); größerer und kleinerer Orbitallappen, Bindungen an größerem Lappen; Energie bleibt gleich; aus drei Orbitalen werden vier gleichwertige Orbitale |
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Wasser |
Dipol-Molekül; hohe Elektronendichte am O-Atom; deutlich höhere EN des O als H = Dipolmoment; O partiell negativ geladen, H partiell positiv geladen -> positiver und negativer Ladungsschwerpunkt |
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Dipolmoment |
Drückt elektrischen Dipol aus, der durch unsymmetrische Ladungsverteilung in einer polaren Bindung entsteht |
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Wasserstoffbrückenbindungen |
Voraussetzung ist ein freies Elektronenpaar am Wasserstoffakzeptor; Akzeptor und Donator können unterschiedliche Atome sein; je länger eine Bindung ist, desto schwächer ist diese (je weiter Elektronen vom Kern entfernt sind); intermolecular und intramolekular; starke WB steht senkrecht im Raum, schwächere WB steht gewinkelt im Raum; Wasserstoffakzeptor muss negative Teilladung tragen; Wasserstoffdonator muss stark elektronegativ geladen sein |
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Oktettregel |
Elemente der 2. Periode dürfen nur 8 Elektronen aufnehmen -> d-Orbitale stehen nicht zur Verfügung -> keine Oktetterweiterung möglich (ab 3. Periode); Elemente versuchen durch chemische Bindungen Edelgaskonfiguration (volle Außenschale) zu erreichen |
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Keil-Strichformel |
Zur räumlichen Darstellung |
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Konstitutionsformel |
Einzelne Teile der Verbindung mit Bindestrichen; zum Beispiel CH³-CH³ |
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Skelettformel |
^; nur Striche der Hauptverbindungen |
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Valenzstrichformel |
Alle Verbindungen werden gezeichnet |
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Gesättigte Kohlenwasserstoffe |
Nur Einfachbindungen; kettenförmig oder alicyclisch |
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Homologe Reihe |
Methan, Ethan, Propan, n-Butan, n-Pentan, n-Hexan, n-Heptan, n-Octan, n-Nonan, n-Decan; n=normal/langkettig/unverzweigt |
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Molmasse |
Aus addierten Atommassen berechnet |
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Löslichkeit von Alkanen |
Unpolare Struktur, EN=0,45; lösen sich in unpolare Lösungsmitteln, nicht mit polaren Lösungsmitteln mischbar, zum Beispiel Fette sind in Alkanen löslich; => Gleiches löst Gleiches |
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Unpolar |
EN < 0,5 |
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Dichte von Alkanen |
P=m/V, nimmt innerhalb der homologen Reihe zu -> aber bleibt immer unter der Dichte von Wasser |
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Schmelzpunkt/Siedepunkt von Alkanen |
Steigen mit zunehmender Molmasse; generell niedrig wegen der Van-der-Waals-Kräfte |
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Van-der-Waals-Kräfte |
Kurzzeitige Partialladung (induzierte Dipole) führt zu Anziehung der Moleküle; je länger die Kette, desto größer die Van-der-Waals-Wechselwirkungen -> desto höher die Wahrscheinlichkeit für Polarisierungen; bei unpolaren Molekülen; generell sehr schwach |
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Induzierte Dipole |
Entstehen kurzfristig durch Elektronenfluktuation |
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Viskosität |
Zähigkeit von Flüssigkeiten und Gasen; erhöht sich mit Kettenlänge |
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Isomere |
Unterschiedliche chemische Verbindungen mit identischer Summenformel, aber unterschiedlichen Eigenschaften |
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Konstitutionsisomere |
Unterschiedliche Konnektivität (Verknüpfungsreihenfolge der Atome) |
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Klassifizierung von Alkanen |
Unverzweigte, verzweigte und hochverzweigte Alkane |
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Klassifizierung von C-Atomen |
Primäre (eine Verbindung), sekundäre (zwei Verbindungen), tertiäre (drei Verbindungen), quarternäre (vier Verbindungen) C-Atome |
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IUPAC-Nomenklatur |
Längste Kette finden -> Stammnamen vergeben (-an für Alkane) -> Kette nummerieren (beginnen auf der Seite mit „erster Abzweigung „) -> Substituenten („Anhängsel“) benennen (-yl-Rest) -> Substituenten als Präfixe alphabetisch sortieren -> Anzahl gleicher Substituenten mit griechischen Zahlenwörtern angeben; immer möglichst kleine Zahlen; Präfix-Stamm-Suffix |
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ISO- |
Eine Verzwigung im Substituent |-, |
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Tert- |
Zwei Verzweigungen im Substituent |+ |
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Stammname |
Name der längsten Kohlenstoffkette oder Trivialname |
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Suffix |
Funktionelle Gruppe mit höchster Priorität (-an für Alkane, -ol für Alkohol, -al für Aldehyde, -säure für Carbonsäuren) |
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Präfix |
Alle Substituenten in alphabetischer Reihenfolge; identische Substituenten werden durch griechische Zahlenwörter angegeben (di-, tri-, tetra-,...) |
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Stereoisomere |
Unterschiedliche räumliche Anordnung |
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Konformationsisomere |
Ineinander überführbar durch Rotationen um Einfachbindungen; Sägebock- und Newman-Projektion; Rotamere |
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Konfigurationsisomere |
Ineinander überführbar nur durch Bindungsbruch |
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Gestaffelte Konformation |
Substituenten stehen genau auf Lücke; mehr Raum für Substituenten; kaum Wechselwirkungen zwischen den Substituenten; energetisch günstig |
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Ekliptische Konformation |
Substituenten stehen eher hintereinander; auch „versteckt“ genannt; viele Wechselwirkungen zwischen den Substituenten; energetisch ungünstig |
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Anti-Konformation |
Am günstigsten; Substituenten sind so weit wie es geht auseinander |
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Gauche-Wechselwirkungen |
Entstehen durch die Abstoßung benachbart stehender Substituenten |
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Syn-Konformation |
Ekliptisch; Substituenten stehen direkt hintereinander; am ungünstigsten |
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Cyclische Alkane |
CnH2n; Sesselkonformation (am günstigsten), Wannen-Bootform oder Halbsessel |
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Axiale Position der Substituenten |
Substituenten stehen (axial) (senkrecht) nach oben oder unten |
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Äquatoriale Position der Substituenten |
Substituenten stehen in äquatorialer Form (fast waagerecht) nach unten oder oben; für größere Substituenten energetisch günstiger, durch weniger Wechselwirkungen |
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Ring-Flip |
Die Positionen der Substituenten ändern sich komplett -> muss erst alle anderen Konformationen durchlaufen; Ausrichtung nach oben oder unten bleibt gleich |
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Reaktionen von Alkanen |
Unreaktive Verbindungen -> sehr reaktionsträge -> keine polaren Bestandteile; Verbrennung immer möglich |
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Alkane als Brennstoff |
Verbrennen unter Sauerstoffzufuhr -> Kohlendioxid und Wasser entstehen -> exotherme Reaktion (Energi wird frei); längerkettige Alkane verbrennen bei eingeschränkter Sauerstoffzufuhr nur unvollständig -> Kohlenstoff ist im Ruß der Flamme zu sehen; je längerkettig die Alkane sind, desto unvollständiger verbrennen sie -> Crack-Prozess für kurzkettigere Verbindungen |
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Stöchiometrie |
Auf beiden Seiten der Reaktion müssen gleich viele Moleküle sein |
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Pyrolyse |
Homolytische Bindungsspaltung bei hoher Temperatur; die Sigma-Bindungen der Alkane lassen sich durch Energieeinwirkung spalten -> Radikale bilden sich -> können andere Sigma-Bindungen spalten -> kürzere Alkane und Alkene entstehen; Bildung des Produktgemisches kann durch die Wahl der Reaktionsbedingungen beeinflusst werden (Druck, Temperatur, Zeit, Katalysator); viele Nebenprodukte entstehen, weil quasi jede Verbindung gebrochen werden kann |
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Radikale |
Besitzen ein ungepaartes Atom -> sehr reaktiv |
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Halber Reaktionsschiebepfeil |
Nur ein Atom greift an; typisch für Pyrolyse |
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Halogenkohlenwasserstoffe |
Halogenatome (Fluor, Chlor, Brom, Iod) als Substituenten; Halogenalkane/Alkylhalogenide; keine Salze |
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Eigenschaften von Halogenkohlenwasserstoffen |
Nicht mehr ganz unpolar -> häufig (leicht) polare Verbindungen; lipophil -> binden nicht mit Wasser -> keine Wasserstoffbrückenbindungen; häufig als organisches Lösungsmittel eingesetzt; höhere Schmelz-/Siedetemperatur als Alkane -> Van-der-Waals-Kräfte sind stärker durch größere und leichter polarisierbare Halogenatome (im Vergleich zu H-Atomen) |
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Nomenklatur der Halogenkohlenwasserstoffe |
Halogenatome sind Substituenten -> Präfix; oft gibt es Trivialnamen -> gängiger Name ist nicht Nomenklaturname -> zu lang; zum Beispiel Nattriumchlorid = Kochsalz |
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Bildung von Halogenkohlenwasserstoffen |
Durch Radikalreaktionen von Alkanen; schwächste Bindung bricht (zuerst) homolytisch -> Radikalische Substitutionsreaktion -> Reaktionsstart -> Kettenfortpflanzung -> Kettenabbruch; Radikaleeaktionen sind schwer kontrollierbar |
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Homolytisch |
Gleiche Aufteilung der (freien) Elektronen |
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Reaktionsstart (Bildung von Halogenkohlenwasserstoffen) |
Durch Temperatur oder Lichteinfluss werden zwei Halogenatome gespalten -> zwei Radikale entstehen |
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Kettenfortpflanzung (Bildung von Halogenkohlenwasserstoffen) |
Radikal greift (mit einem Atom) beim Alkan eine C-H-Bindung an -> ein Alkan-Radikal und ein Wasserstoff-Halogen entstehen -> Alkan-Radikal greift zwei aneinander gebundene Halogenatome an -> ein Halogen-Alkan (z.B. Chlormethan) entsteht und ein Halogenatom-Radikal |
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Kettenabbruch (Bildung von Halogenkohlenwasserstoffen) |
Rekombination von Radikalen -> keine Kettenfortpflanzung mehr möglich |
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Hybridisierung des Kohlenstoffradikals |
Sp³-hybridisiertes Alkan geht zu sp²-hybridisiertes Radikal über -> Umhybridisierung; tetraedrische Struktur zu trigonal-planarer Struktur (H-Atome liegen auf einer Ebene mit dem C-Atom -> ungeplantes Elektron im pz-Orbital); Radikal it dadurch sehr reaktiv |
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Stabilität von Kohlenstoffradikalen |
Je mehr CH-Bindungen in der Nachbarschaft sind, desto stabiler ist das Radikal -> Elektronen aus der C-H-Sigma-Bindung können das Elektronendefizit am Radikal-C-Atom ausgleichen -> Stabilisierung durch Hyperkonjugation |
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Thermodynamische Stabilität von Kohlenstoffradikalen |
Es ist mehr Energiebnötig |
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Radikalkettenstarter |
Verbindungen, die unter geringeren Temperaturen zu starken Verbindungen spalten -> starten Radikalreaktion |
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Thermodynamische Stabilität von Kohlenstoffradikalen |
Es ist mehr Energie nötig, um ein primäres Kohlenstoffradikal zu bilden als ein Tertiäres (Bell-Evans-Polanyi-Prinzip) -> stabileres Produkt bildet sich schneller -> primäres energetisch ungünstig/instabil -> thermodynamisch stabilere Produkte werden häufig schneller gebildet |
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Thermodynamische Stabilität von Kohlenstoffradikalen |
Es ist mehr Energie nötig, um ein primäres Kohlenstoffradikal zu bilden als ein Tertiäres (Bell-Evans-Polangi-Prinzip) -> stabileres Produkt bildet sich schneller -> primäres energetisch ungünstig/instabil -> thermodynamisch stabilere Produkte werden häufig schneller gebildet |
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Enantiomere |
Sind Stereoisomere/Konfigurationsisomere, die sich wie Bild und Spiegelbild verhalten, aber nicht deckungsgleich sind (zum Beispiel Hände); können nicht durch Drehung in ihr Spiegelbild überführt werden |
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Chiralität |
Kohlenstoffradikalen mit vier verschiedenen Substituenten sind chiral -> häufig mit * gekennzeichnet; Raumrichtung wird mit gestrichelten (Substituent steht nach Hinten) oder gefüllten (Substituent steht nach Vorne) Keilen angegeben |
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Racemat |
1:1 Mischung aus zwei Enantiomeren; kann andere Eigenschaften als einzelne Enantiomere haben |
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Zentrochiralität |
Chiralität an einem Stereozentrum ausschlaggebend -> ein C-Atom mit Substituenten sorgt für Chiralität des gesamten Moleküles |
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Achiral |
Nicht chiral; Bild und Spiegelbild sind deckungsgleich |
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R/S-Nomenklatur |
Bestimmung der absoluten Konfiguration; 1. den vier verschiedenen Substituenten ihre Priorität geben, 2. niedrigste Priorität wird nach hinten „gedreht“, 3. anderen drei Substituenten werden nach fallender Priorität betrachtet, dabei ergibt sich eine Kreisbewegung nach Rechts (R) oder links (S) |
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Bestimmen der Prioritäten |
Priorität steigt mit der Ordnungszahl (H am niedrigsten); bei gleichen Bindungspartnerb entscheiden an diese gebundene Atome -> Schritt für Schritt Entfernung bis zum Unterschied; Doppelbindungen zählen wie zwei einfach gebundene Atome der gleichen Art -> höhere Priorität als einfach gebundene Atome |
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Funktionelle Gruppe von Alkoholen |
-OH; Hydroxy-Gruppe; -ol-Endung; Wenn keine Positionsziffer angegeben ist, ist immer Position 1 gemeint; cyclische Alkohole; mehrwertige Alkohole (Diole, Triole) -> unterschiedliche Konformationen = unterschiedliche Eigenschaften |
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Klassifizierung von Alkoholen |
Primärer Alkohol (1x Rest zusätzlich am C-Atom, 2 x H-Atome), sekundärer Alkohol (2 x Rest, 1 x H-Atom), tertiärer Alkohol (3 x Rest) -> nicht bei mehrwertigen Alkoholen |
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Eigenschaften von Alkoholen |
Strukturelle Ähnlichkeit zu Wasser; -OH immer Partial negativ geladen am O-Molekül -> Wasserstoffbrückenbindungen möglich (auch untereinander -> Alkohole-Alkohole -> sehr viel höherer Siedepunkt als Alkane); -Oh-Gruppe ist polar, Alkylrest ist unpolar -> je langkettiger, desto weniger mischbar mit polaren Substanzen |
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Reaktionen von Alkoholen |
Können als Base und als Säure reagieren -> amphotere Verbindungen |
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Säuren |
Geben Protonen ab; elektrophil |
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Basen |
Nehmen Protonen auf; nucleophil |
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Alkoholat |
Deprotinierter Alkohol (sehr starke Base); entsteht, wenn Alkohol als Säure reagiert |
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Bildung von Alkoholen |
Können durch nucleophile Substitutionsreaktionen aus Halogenalkanen hergestellt werden |
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Substitution |
Austausch von Substituenten |
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Nucleophil |
Kernfreundlich; möchte unbedingt zum positiv polarisierten Molekül; negative Ladung; greifen an Elektrophil an |
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Nucleophile Substitution |
Bindung zwischen positiv polarisiertem, elektrophilen C-Atom und der negativ polarisierten Austrittsgruppe wird heterolytisch gebrochen und es wird eine neue Bindung zwischen dem C-Atom und dem Nucleophil heterolytisch geknüpft; je nachdem in welcher Reihenfolge das stattfindet, ist es nach 1. Ordnung (SN1) oder nach 2. Ordnung (SN2) -> Übergang oft fließend; abhängig von verschiedenen Faktoren; je nach Ablauf bilden sich unterschiedliche Produkte |
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SN1-Reaktion |
Erst findet der Bindungsbruch (Austritt der Abgangsgruppe, Eliminierung) statt, dann die Bindungsneubildung (Eintritt des Nucleophils, Addition); mehrstufige Reaktion; C-Atom ist sp³-hybridisiert -> Abgabgsgruppe nimmt beide Elektronen mit -> C-Atom ist sp²-hybridisiert -> Carbeniumion entsteht -> C-Atom bindet mit Nucleophil -> Racematbildung -> es entstehen ein S-konfiguriertes und ein R-konfiguriertes Enantiomer zu gleichen Anteilen; der geschwindigkeitsbestimmende Schritt (immer der langsamste) hängt immer von der Konzentration eines Eduktes/Substrates ab |
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SN2-Reaktion |
Bindungsbruch und -Bildung finden gleichzeitig statt; konzentrierte, einstufige Reaktion; C-Atom ist sp³-hybridisiert -> Übergangszustand: C-Atom ist sp²-hybridisiert -> Nucleophil greift von der Rückseite des Substrates an, die Abgangsgruppe auf der anderen Seite aus und nimmt beide Elektronen mit -> Inversion: Konfiguration des C-Atoms wird umgekehrt (Walden-Umkehr -> aus S wird R); nur ein Enantiomer entsteht; der geschwindigkeitsbestimmende Schritt hängt von der Konzentration des Substrates und des Nucleophils ab |
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Grenzmechanismen SN1 oder SN2 |
SN1 und SN2 stehen in Konkurrenz zueinander; wenn ein stabiles Carbeniumion gebildet werden kann, läuft die Reaktion eher nach SN1 ab (stabiler, je mehr Alkylgruppdm das C-Atom trägt) -> je stabiler desto weniger reaktiv; bei guten Nucleophilen ist SN2 wahrscheinlicher -> je geringer die EN, desto besser ist das Nucleophil |
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Sterische Abschirmung |
Tertiäres C-Atom ist deutlich mehr von Substituenten abgeschirmt, als ein primäres C-Atom -> keine SN2 möglich bei tertiären C-Atomen |
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Eigenschaften von Ether |
O-Atom umgeben von 2 Resten; abgeknickte Struktur; leicht polar; niedrigere Siedepunkte als Alkohole (weniger Wasserstoffbrückenbindungen); nicht mit Wasser mischbar; reaktionsträge; Lösungsmittel; partiell negative Ladung am O-Atom |
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Nomenklatur von Ether |
Reste neben O-Atom als Präfixe + -ether-Endung (zum Beispiel Ethylmethylether); sonst -oxy-Endung (zum Beispiel 2-Methoxybutan) |
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Protische Lösungsmittel |
Polar; besitzen positiv polarisierte H-Atome (meist gebunden an O oder N); können Protonen abgeben; können Anionen und Kationen gut solvatisieren (in Wechselwirkung treten) -> Solvation von Carbeniumion (Stabilität), Solvatation von Nucleophilen (Nucleophil wird abgeschirmt, kann nicht gut an Substrat angreifen, Reaktionsgeschwindigkeit ist langsamer; SN1-Verlauf wird begünstigt); Wasser, Alkohole, Carbonsäuren |
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Aprotische Lösungsmittel |
Polar; besitzen keine positiv polarisierten H-Atome; können keine Protonen abgeben; können Kationen gut solvatisieren, Anionen aber nicht -> Solvatation von Carbeniumion (Stabilität), keine Solvatation von Nucleophilen („nackte“ Anionen, Nucleophil kann gut und schnell Substrat angreifen, Reaktionsgeschwindigkeit steigt, SN1-Verlauf wird begünstigt); Ether, Aceton, Dinethylsulfoxid, Dimethylformamid, Acetonitril |
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Unpolare Lösungsmittel |
Unpolar; ungeeignet für nucleophile Substitution; Substrat und Nucleophil häufig unlöslich |
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Kation |
Positiv geladenes Ion; z.B. Carbeniumion; Elektrophil |
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Anion |
Negativ geladenes Ion; nucleophil |
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Kronenether als Phasentransferkatalysator |
Wenn das Lösungsmittel-Molekül nicht löslich ist (unpolar) -> Zugabe von Kronether -> Kationen werden gebunden -> Anionen können reagieren |
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Synthese von Ethern (William‘sche Ethersynthese) |
1. Deprotonierung eines Alkohols/Herstellung des Alkoxids (starke, nicht nucleophile Base „klaut“ H-Atom -> sehr gutes Nucleophil entsteht) -> 2. Nucleophile Substitution (SN2) (Alkoholat + Halogenalkan -> Ether + Halogenid) |
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Aprotische Lösungsmittel |
Polar; besitzen keine positiv polarisierten H-Atome; können keine Protonen abgeben; können Kationen gut solvatisieren, Anionen aber nicht -> Solvatation von Carbeniumion (Stabilität), keine Solvatation von Nucleophilen („nackte“ Anionen, Nucleophil kann gut und schnell Substrat angreifen, Reaktionsgeschwindigkeit steigt, SN1-Verlauf wird begünstigt); Ether, Aceton, Dinethylsulfoxid, Dimethylformamid, Acetonitril |
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Unpolare Lösungsmittel |
Unpolar; ungeeignet für nucleophile Substitution; Substrat und Nucleophil häufig unlöslich |
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Kation |
Positiv geladenes Ion; z.B. Carbeniumion; Elektrophil |
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Anion |
Negativ geladenes Ion; nucleophil |
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Kronenether als Phasentransferkatalysator |
Wenn das Lösungsmittel-Molekül nicht löslich ist (unpolar) -> Zugabe von Kronether -> Kationen werden gebunden -> Anionen können reagieren |
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Synthese von Ethern (William‘sche Ethersynthese) |
1. Deprotonierung eines Alkohols/Herstellung des Alkoxids (starke, nicht nucleophile Base „klaut“ H-Atom -> sehr gutes Nucleophil entsteht) -> 2. Nucleophile Substitution (SN2) (Alkoholat + Halogenalkan -> Ether + Halogenid) |
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Reaktionen von Ethern |
Saure Etherspaltung oder Peroxidbildung |
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Saure Etherspaltung |
Zunächst Protonierung, dann SN2 mit Ethanol als Abgangsgruppe und Bromethan als Produkt; „Tausch eines Rests mit einem H-Atom“; ethylethylether + HBr -> Ethanol + Bromethan |
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Peroxidbildung |
Produkt sehr explosiv; Reaktion durch Luft und Licht; Hydroperoxid wird schnell gebildet; Bildung von Etherperoxiden erfolgt radikalisch -> „stabiles“ Radikal kann aus Diethylether gebildet werden -> im Labor wird das durch Verwendung von tert -Butylmethylether verhindert |
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Struktur von Alkenen |
Verbindungen mit Doppelbindungen; nicht frei drehbar durch die Doppelbindung; beide C-Atome sind sp²-hybridisiert (haben je drei sp² -Hybridorbitale) -> p²-Orbital ist nicht hybridisiert; zwei Elektronen bilden eine sp²-sp²-Sigma-Bindung aus, zwei Elektronen bilden eine p-p-Pi-Bindung aus -> entspricht zusammen einer Doppelbindung; planare Geometrie |
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Nomenklatur von Alkenen |
Endung -en; Trans- steht am Anfang, wenn die Substituenten auf unterschiedlichen Seiten der Doppelbindung stehen; cis- steht am Anfang, wenn die Substituenten auf der gleichen Seite der Doppelbindung stehen; Z- wie „zusammen“, steht am Anfang, wenn starke Substituenten nebeneinander sitzen; E- wie „entfernt“, steht am Anfang, Rennställe Sibstituenten sich gegenüber sitzen -> Konfigurationsisomere; bei zwei Doppelbindungen -dien-Endung -> Position angeben |
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Eigenschaften von Alkenen |
Ähneln denen der Alkane; unpolar, nicht mit Wasser mischbar; niedrigere Schmelz-/Siedetemperaturen |
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Bildung von Alkenen durch Eliminierung nach 1. Ordnung |
An tertiären C-Atomen bevorzugt; Konkurrenz zu SN1 -> je stärker das Nucleophil, desto eher Substitution, je stärker die Base, desto eher Eliminierung und sterische Hinderung durch sperrige Basen; Base greift Carbeniumion an und bindet an ein H-Atom -> zwei freie Elektronen an zwei C-Atomen -> |
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Bildung von Alkenen durch Eliminierung nach 2. Ordnung |
Einstufig; starke Base notwendig; anti-periplanare Anordnung von H und Abgangsgruppe notwendig; anti-Eliminierung unter badischen Bedingungen -> Rükseitenangriff -> Base greift Substrat von der Rückseite aus an -> Abgangsgruppe -> Ethanol ist eine Nebenprodukt; C-H-Bindung und C-X (Abgangsgruppe)-Bindung werden zeitgleich gebrochen; konkurrierend zu SN2 -> aber geht auch bei tertiären C-Atomdn |
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Bildung von Alkenen durch Eliminierung nach 1. Ordnung |
An tertiären C-Atomen bevorzugt; Konkurrenz zu SN1 -> je stärker das Nucleophil, desto eher Substitution, je stärker die Base, desto eher Eliminierung und sterische Hinderung durch sperrige Basen; Base greift Carbeniumion an und bindet an ein H-Atom -> zwei freie Elektronen an zwei C-Atomen -> bilden Doppelbindung; mehrstufig; häufig unter sauren oder neutralen Bedingungen; nur wenn stabiles Carbeniumion gebildet wird |
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Interne Doppelbindung |
Sayzew-Profukt; thermodynamisches Produkt einer Eliminierung E2, unterliegt thermodynamischem Gleichgewicht; bei hohen Temperaturen mehr Stabilität; Doppelbindung in der Mitte |
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Therminale Doppelbindung |
Hoffmann-Produkt; kinetisches Produkt einer E2-Eliminierung; bei niedrigen Temperaturen mehr Stabilität; Doppelbindung am Ende |
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Bildung von Alkenen aus Alkohol |
Dehydratisierung von Alkoholen; konzentrierter Mechanismus; H-Kation bindet an O-Atom -> Base klaut einem C-Atom ein H-Atom -> H2O wird abgespalten -> Alken, Wasser und H-Base entstehen |
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Sehvorgang |
Geht aus Isomerisierung einer Dippelbindung zurück -> Trans-Retinal wird durch Enzyme in cis-Retinal umgewandelt -> bei Licht dreht ich der Mechanismus wieder um |
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Reaktivität von Doppelbindungen |
Doppelbindung ist sehr Elektronenreich -> hohe Elektronendichte ober-/unterhalb der Molekülebene bei der Doppelbindung -> macht sie Nucleophil -> viel reaktiver als Alkane |
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Addition von Alkanen |
Unter sauren Bedingungen; umkehrreakrion der Eliminierung -> Doppelbindung trennt sich wieder |
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Katalytische Hydrierung |
In zwei Schritten; Auflösung von Alkenen; spart Energie durch Katalysator; Enzyme sind Proteine, die als Katalysatoren wirken; Katalysator machen die Spaltung der Doppelbindung und Aufnahmen (zweier) H-Atomd möglich; syn-Addition -> es entsteht ein cis-Alkan |
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Elektrophil Addition von Alkenen |
Addition von Halogenwasserstoffen (Hydrohalogenierung); Elektrophil greift nucleophile Pi-Doppelbindung an -> Doppelbindung wird protoniert (bindet an H-Atom) -> Carbeniumion bildet sich -> Nucleophil (an dem das H-Atom vorher gebunden war) greift an -> Alkan bildet sich -> Markovnikov-Produkt (Nucleophil bindet in der Nähe von anderen Substituenten) |
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Alkine |
Mit Dreifachbindung; -in -Endung; beide C-Atome sind sp-hybridisiert (je zwei sp-Hybridorbitale); py- und pz-Orbitale sind nicht hybridisiert -> 2x p-p-Pi-Bindung und 1x sp-sp-Sigma-Bindung; lineare Geometrie |
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Polymerisation |
Kettenreaktion, Oligomerisierung; vielfach wiederholende gleichschrittige Reaktionsgolge; einfache Ausgangsstoffe (Monomere) verbinden sich; stark exotherme Reaktion -> keine Nebenprodukte werden abgespalten; kationische, radikalische und anionidche Polymerisation; bei Alkenen |
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Kationische Polymerisation |
Kettenstart - H-Atom (von A) bindet an Alken -> wird zu kationischem Alkan -> Kettenwachstum - Alkene binden an kationische Alkane -> Kettenabbruch - kationisches Alkan bindet an Substituenten |
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Radikalische Polymerisation |
Zum Beispiel bei Gelelektrophorese; Start-/Initiatorradiksl addiert sich an die Pi-Bindung des Alkens (Kettenstart) -> Alkylradikal entsteht -> Alkylradikal addiert sich an Alken (Kettenwachstum) -> langkettige Alkylradikale entstehen -> je nach Reaktionsführung können Verzweigungen eingefügt werden -> reagieren zwei Radikale miteinander, führt das zum ungewollten Kettenabbruch; Produktbildung kann durch Wahl der Bedingungen beeinflusst werden; zum Beispiel Polyethylen entsteht |
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Anionische Polymerisation |
Hydroxid-Ionen (Kettenstarter) aus der Umgebungsluft initiieren Startreaktion -> mesomerie-stabilisiertes Anion bildet sich (negative Ladung) -> freies Elektronenpaar kann über viele Bindungen hinweg verteilt werden -> Kettenwachstum - Addition an C-Atom wo freies Elektronenpaar ist -> „lebendige“ Polymerisation - es kann keine Abbruchreaktion formuliert werden |
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Thermoplaste (Plastomere) |
Sind in bestimmten Temperaturbereich verformbar (reversibel), durch Abkühlung und Wiedererwärmung bis in den schmelzflüssigen Zustand kann die Polymerisation beliebig oft wiederholt werden bis durch Überhitzung die thermische Zersetzung einsetzt; Produktbildung kann durch Wahl der Bedingungen gesteuert werden; Verzweigungsgrad und somit Dichte unterscheiden sich |
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Duroplaste |
Können nach ihrer Aushärtung durch Erwärmung oder andere Maßnahmen nicht mehr verformt werden |
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Elastomere |
Formtest, aber elastisch verformbar |
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Cyclohexan |
Alle C-Atome sind sp³-hybridisiert; tetraedische Umgebung; Sesselform; nur Einfachbindungen |
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Benzen |
Alle C-Atome sind sp²-hybridisiert; planares Molekül; konjugierte Doppelbindungen; Aromat |
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Aromatizität |
Eigenschaften von Aromaten; besondere Stabilität im Vergleich zu Alkenen; relativ reaktionsträge -> gehen leichter eine Substitution ein; Elektronen können zirkulieren -> Energievorteil -> Resonanzenergie (aromatische Stabilitätsenergie -> Maß um Stabilisierung durch die Delokalisierung abzuschätzen); Doppelbindung sind kürzer als Einfachbindungen; Moleküle sind stabiler, je weniger Energie sie enthalten; herumwandernde Elektronen stabilisieren -> Ringstromeffekt |
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Aromaten |
Cyclisch; planare Struktur; alle C-Atome sind sp²-hybridisiert; konjugiertes Pi-Elektronensystem; es gibt auch kondensierte polyzyklische Aromaten; -en oder -ol -Endung -> oft Trivialnamen; können auch Seitenketre sein |
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Heteroatomate |
Aromaten, in denen ein oder mehrere C-Atome durch Heteroatome, meistens N, O oder S, ersetzt sind; zum Beispiel Pyrimidin, Purin und Indol |
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Alkaloide |
Alkalische, stickstoffhaltige Heterocyclen; Sekundärmetabolite (Metabolite: Zwischenreaktion in biochemischen Abläufen) |
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Azole |
Alle 5-gliedrigen Heteroaromaten mit mindestens einem Stickstoffatom |
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Azole |
Alle 5-gliedrigen Heteroaromaten mit mindestens einem Stickstoffatom |
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Pyrimidin |
Nucleobase; Bausteine der DNA/RNA; Thymin, Cytosin, Uracil; 6-gliedriges Heteroaromat mit 2 N |
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Purin |
Nucleobase; Bausteine der DNA/RNA; Adenin und Guanin; dicyclisches Heteroaromat; 6-gliedriges Heteroaromat mit 2 N und 5-gliedriges Heteroaromat mit 2 N |
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Aromatizität von Heteroaromaten |
Reaktiver als Aromaten; Elektronenüberschussaromat - N-Atom trägt positive Ladung, C-Atome tragen negative Ladung -> freies Elektronenpaar am N-Atom bildet mit Elektronen der C-Atome ein Elektronenskelett cyclisch delocalisierter Elektronen; Elektronen-Unterschuss-Aromat - C-Atome geben Elektronenpaar an N-Atom ab -> N-Atom trägt negative Ladung, C-Atome tragen positive Ladung |
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Reaktivität aromatischer Verbindungen |
Elektrophile aromatische Substitution -> gute Elektrophile nötig; H-Atom wird durch Elektrophil ersetzt; Aromat ist wegen des Pi-Elektronensystems ein elektronenreiches Nucleophil -> schwaches Nucleophil wegen guter Stabilität; Katalysator nötig, wenn Elektrophil zu schwach für die Polarisierung -> Katalysator bindet an Elektrophil und macht es so stärker (zum Beispiel Br nichtkovalente Wechselwirkungen eines Elektrophils mit Nucleophilen Pi-System -> Elektrophil wird (ggf, unter Abspaltung des Katalysators) auf den Aromaten übertragen -> kationische Zwischenstufe, Sigma-Komplex entsteht -> positive Ladung ist über die verbleibenden fünf sp²-hybridisierten C-Atome des Rings delokalisiert -> C-Atom mit Elektrophil ist sp³-hybridisiert (tetraedisch) -> Bildung des Sigma-Komplexes ist stark endotherm -> positiv geladenes H-Atom wird abgespalten |
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Zweitsubstitution von Benzen |
An ein substituiertes Benzenmolekül (Benzenderivat) bindet ein weiteres Elektrophil -> drei verschiedene Produkte können entstehen -> ortho-Position (Elektrophile direkt nebeneinander), meta-Position (ein freies C-Atom zwischen den beiden Elektrophilen), para-Position (Elektrophile genau entgegengesetzt, am stabilsten) -> Position wird durch den vorhandenen Substituenten bestimmt |
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Nomenklatur von Benzenderivaten |
Statt die Positionen der Substituenten mit Nummer anzugeben, werden diese mit o (Ortho), p (para) oder m (meta) vorne angegeben (zum Beispiel o-chlorfluorbenzen, p-Dinitrobenzen, m-Nitrotoluol) -> bei mehr als zwei, Positionen mit Zahl angeben |
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Reaktivität von Benzenderivaten |
Elektronendichte in aromatischen Pi-System kann kann durch den Substituenten erhöht oder erniedrigt werden -> wird diese erhöht (zum Beispiel durch elektronenschiebende OCH³-Gruppe), wirkt sich das aktivierend auf die elektrophile aromatische Substitution aus -> wird diese verringert (zum Beispiel durch elektronenziehende NO²-Gruppe), wirkt sich das desaktivierend aus -> für Elektrophile Addition ist elektronenreicher Aromat günstig |
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M-Effekt |
Mesomerer Effekt; „Verteilung“ von Pi-Elektronen; elektronendichte wird durch seitliche Überlappung von Pi-Orbitalen übertragen; immer an sp²-Orbitalen; hat größeren Einfluss als I-Effekt |
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-M-Effekt |
Negativer mesomerer Effekt; zieht Elektronendichte aus dem Ring; wirkt desaktivierend auf elektrophile aromatische Substitution; in den Grenzstrukturen ist die positive Ladung nie in meta-Position -> Elektrophile Zweitsubstitution erfolgt in meta-Position; zum Beispiel bei Nitro-Substituent |
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+M-Effekt |
Positiver mesomerer Effekt; „schiebt“ Elektronendichte in den Ring hinein; wirkt aktivierend auf Elektrophile aromatische Substitution; in den Grenzstrukturen ist die negative Ladung in ortho- oder para-Position -> Elektrophile Zweitsubstitution erfolgt in ortho- oder para-Position (bevorzugt); zum Beispiel bei OH-Substituent |
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I-Effekt |
Induktiver Effekt; elektrostatische Induktion; auch von Elektronegativität abhängig; Elektronendichte ist zum elektronegativeren Bindungspartner verschoben; an sp² und sp³-Orbitalen; EN-Differenz vergleichen |
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-I-Effekt |
Negativer induktiver Effekt; zieht Elektronendichte aus dem Ring; da bei ortho- oder para-Position die negative Ladung in direkter Nachbarschaft zum Substituenten befinden kann (energetisch ungünstig), wird meta -Position für elektrophilen Angriff stark begünstigt; zum Beispiel CF³-Substituent; EN bei Substituent ist größer als bei Aromat |
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+I-Effekt |
Positiver induktiver Effekt; positive Ladung des Rings wird stabilisiert; Grenzgorm besonders gut stabilisiert, bei dem positive Ladung direkt beim Erstsubstituenten ist -> elektrophiler Angriff auf ortho- oder para-Ppsition stark bevorzugt; zum Beispiel bei CH³-Substituent; EN bei Aromat größer als bei Substituent |
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Carbonylgruppe |
C=O -> Doppelbindung zwischen C-Atom und O-Atom; C-Atom ist sp²-hybridisiert, trigonale-planare Geometrie, elektrophiles Reaktionszentrum; Stärke der positiven Partialladung (am C-Atom) entscheidet darüber, wie gut ein Nucleophil angreifen kann -> Carbonylaktivität; freie Elektronenpaare am Sauerstoff -> H-Akzeptoren, Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen, Protonierung (saure Katalyse von Carbonylreaktionen); O-Atom ist nucleophil, C-Atom ist elektrophil |
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Aldehyde |
R-C(=O)H (RCOH); an der Carbonylgruppe ist immer ein H-Atom und ein Alkyl-/Allylrest gebunden; dem Stammnamen (ermittelt durch C-Atom-Kette, einschließlich Carbonyl-C-Atom) wird zur Benennung ein -al oder -aldehyd (letzteres eher bei Trivialnamen) angehängt (zum Beispiel Methanal = Formaldehyd) |
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Ketone |
R-C(=O)-R‘; an der Carbonylgruppe sind zwei Alkyl-/Arylreste angehängt; Stammname der Kohlenstoffkette (einschließlich Carbonyl-C-Atom) mit Zahlenangabe der O-Atom-Position plus -on oder -keton (letzteres eher bei Trivialnamen) -Ende (zum Beispiel Butanon = Ethylmethylketon/Hexan-3-on = Erhylpropyl-keton) |
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Struktur der Carbonylgruppe |
C-O-Sigma-Bindung entsteht durch Überlappung zweier sp²-Hybridorbitale; C-O-Pi-Bindung entsteht durch seitliche Überlappung zweier p-Orbitale; am O-Atom sind zusätzlich noch zwei freie Elektronenpaare; die C=O-Doppelbindung ist polar; C-Atom ist elektrophil, O-Atom ist nucleophi |
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Reaktivität und Stabilität von Carbonylverbindungen |
Positive Ladungsdichte am Carbonyl-C-Atom wird durch zunehmende Anzahl elektronenschiebender Alkylgruppen verringert und die Carbonylgruppe so stabilisiert -> Reaktivität gegenüber Nucleophilen sinkt |
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Nucleophile Addition der Carbonylgruppe |
Bildung von Halbacetalen und Halbketalen; gute Nucleophile (zum Beispiel OH-) reagieren direkt, schlechte Nucleophile (zum Beispiel H2O) benötigen vorherige Aktivierungvon C=O durch ein Elektrophil; Angriff des Nucleophils erfolgt auf das Carbonyl-C-Atom -> dort hat das antibindende Pi*-Orbital der C=O-Doppelbindung seinen größten Orbitallappen -> außerdem hat die Stelle die größte Ladungsdichte -> neue Sigma-Bindung zwischen dem Nucleophil Nu- und dem Carbonyl-C-Atom bildet sich -> Elektronendichte vom Nucleophil wird in das antibindende Pi*-Orbital übertragen -> Pi-Bindung der C=O-Doppelbindung wird gebrochen -> Pi-Elektronenpaar wird zum elektronegativen O-Atom verschoben -> wie bei SN2-Reaktion; Carbonyl-C-Atom wird von sp² nach sp³ umhybridisiert, von trigonal-planar zu tetraedrisch; O-Atom bindet ggf. an H-Atom; Addition von Wasser oder Alkoholen (Hydrat entsteht) |
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Substitution/Kondensationsreaktion der Carbonylgruppe |
Bildung von Acetalen und Ketalen; Reaktion mitbringen zweiten Alkoholmolekül; dynamisches Gleichgewicht; Säurekatalyse begünstigt Produktbildung; wichtig für Zuckerchemie (Kohlenhydrate); Acetal/Ketal + H2O entsteht; Acetal - ans C bindet CH3, H, OCH3, OCH3; Ketal - ans C bindet CH3, CH3, OCH3, OCH3 |
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Addition von Stickstoffnucleophilen an die Carbonylgruppe |
Stickstoffverbindungen reagieren über das freie Elektronenpaar am N-Atom mit dem Carbonyl-C-Atom -> N,O-Halbacetal (relativ stabil) entsteht (C-Atom mit R, R, NRH, OH) -> H2O wird abgespalten -> Imin/Schiff‘sche Base entsteht (R2C=N-R) |
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CH-Acidität |
Abhängig vom Substituenten; bessere Ladungsstabilisierung des Carbeniumions (Produkt) -> stärkere CH-Acidität des Eduktes; Carbeniumionen sind Elektrophile; H-Atom in Alpha-Position zur Carbonylgruppe (Position direkt daneben) kann deprotoniert werden -> H-Atom am Alpha-C-Atom ist acide; durch die Wechselwirkung mit dem Pi-System der Carbonylgruppe wird die Alpha-C-H-Bindung geschwächt -> Deprotonierung durch Basen kann stattfinden -> resonanzstabilisiertes Enolatanion entsteht, indem die negative Ladung zum elektronegativen O-Atom hinverschoben wird -> Alpha-C-Atom wird sp²-hybridisiert und bildet Dippelbindung mit dem Carbonyl-C-Atom aus |
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Keri-Enol-Tautomerie |
Enolatanion wird wieder protoniert (+H+) -> kann sowohl am O-Atom als auch am Alpha-C-Atom stattfinden (beide können durch Mesomerie eine negative Partialladung besitzen) -> durch Protonierung am Alpha-C-Arom wird die ursprüngliche Carbonylverbindung zurückgebildet -> durch Protonierung des O-Atoms bildet sich ein Enol (Doppelbindung C=C und -OH-Gruppe); Carbonylverbindung und Enol sind Konstitutionsisomere |
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Basenkatalysierte Aldoladdition der Carbonylgruppe |
Beispiel für C-C-Bindungsknüpfungsreaktion; Aldehyd + Aldehyd -> Aldol (RHCOH-CH2-HC=O) -> Gleichgewicht liegt auf der Produktseite; Keton + Keton -> R2COH-CH2-C(=O)CH3 -> Gleichgewicht liegt auf der Eduktseite; es entstehen Beta-Hydroxycarbonylverbindungen |
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Kohlenhydrate |
Mindestens eine Aldehyd- oder Ketogruppe und mindestens zwei Hydroxygruppen; Monosaccharide, Disaccharide, Oligosaccharide, Polysaccharide; machen den größten Anteil der Biomasse auf der Erde aus; physiologische Energieträger; Produkt der Fotosynthese (Glukose) -> Umwandlung von Lichtenergie in „chemische“ Energie |
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Monosaccharide |
Aldosen/Ketosen |
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Aldosen |
Carbonylgruppe am „Ende“: Triose (3 C-Atome), Tetrosen (4 C-Atome), Pentosen (5 C-Atome), Hexosen (6 C-Atome); „mittlere“ C-Atome sind chiral; alle C-Atome (bis auf Carbonyl-C-Atom) haben eine OH-Gruppe |
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Ketosen |
Carbonylgruppe am „mittleren“ C-Atom (immer am 2. C-Atom?); Triosen, Tetrosen, Pentosen, Hexosen; weniger chirale C-Atome (alle unter der Csrbonylgruppe); alle C-Atome (bis auf Carbonyl-C-Atom) haben eine OH-Gruppe |
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Fischerprojektion |
Zur Darstellung von Zuckern in der offenherzigen Form; höchstoxidiertes C-Atom nach oben (Carbonylgruppe) -> längste C-Kette nach unten und nach hinten gekrümmt betrachten -> OH-Position am letzten Chorälen C-Atom entscheidet über D (Rechts) oder L (links) Konfiguration |
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Stereochemie der Zucker |
Verbindungen mit selber Summenformel; Anzahl der Stereomere lässt sich durch 2^n (n=Anzahl der chiralen C-Atome) berechnen; D und L-Konfigurationen sind Enantiomere (alle Stereozentren sind invertiert); Diasomere haben mindestens ein gleiches Stereozentrum -> Unterschied nur in der Konfiguration eines chiralen C-Atoms = Epimere |
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Bildung von cyclischen Halbacetalen aus Aldosen und Ketosen |
Carbonyl-C-Atom reagiert mit Alkoholen intramolekular -> fünf- oder sechsring bildet sich; Alpha-Form (OH-Gruppe unten/weiter weg von CH2OH-Rest) oder Beta-Form (OH-Gruppe oben/dichter an CH2OH-Rest); Beta-Form günstiger, da alle OH-Gruppen in äquatorialer Position; Darstellung son Fischer- und Haworth-Projektion, Sessel-Konformation oder Keil-Strich-Schreibweise; an einer Stelle ist dann ein O-Atom anstelle eines C-Atoms im Ring |
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Pyranose |
6-Ring; Bildung durch Angriff von C5-OH auf C1 -> zum Beispiel Glycopyranose entsteht |
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Furanose |
5-Ring; Bildung durch Angriff von C4-OH auf C1 -> zum Beispiel Glucofuranose entsteht |
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Glycosidbildung |
Bildung von Acetalen durch Kondensationsreaktion von Halbacetal und Alkohol; säurekatalysierte Kondensation von Alpha-D-Glukose und Methanol ergibt ein anomeres Paar von Methyl-D-Glykosiden; cyclisches Halbacetal reagiert mit Alkohol zu einem Acetal + H2O -> aus dem -OH am Halbacetal wird OCH3; auch Alpha- oder Beta-Form; Bindung zwischen C-Atom und CR (X hier O) ist die glykosiedische Bindung |
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Disaccharide |
Entstehen durch Acetalbildung durch Kondensationsreaktion; Halbacetal der Alpha-D-Glukose und Alkohol der Beta-D-Glukosebreagieren unter H2O-Abspaltung zu Maltose -> Bindung über O-Atom -> glykosidische Verknüpfung; Verbindungen zwischen Beta-Formen oder Alpha-Formen gehen auch; manchmal (nicht immer) bleibt Halbacetal beim Alkohol-Donator bestehen |
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Reduzierende Zucker |
Mit Halbacetal -> Aldehyd kann entstehen; fehlen Halbacetale, ist Ringöffnung nicht möglich und es ist kein Aldehyd vorhanden -> nicht-reduzierende Zucker |
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Carbonsäure |
Neben einem Rest ist ein Heteroatom X (meistens O, N, S oder Halogen) direkt an die Carbonylgruppe gebunden; Nucleophile können and Carbonyl-C-Atom angreifen, Heteroatom und Carbonyl-C-Atom können protoniert werden; funktionelle Gruppe ist die Carboxyl-Gruppe (-C(=O)OH); systematische Bezeichnung durch Anhängen der Endsilbe -säure an den Namen des zugrundeliegenden Allans -> oft Trivialnamen |
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Eigenschaften der Carbonsäuren |
Relativ hohe Siede-/Schmelzpunkte durch Dimerisierung (Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen); Wasserlöslichkeit sinkt mit steigender Kettenlänge (weil unpolar); negative Ladung des O-Atoms und Heteroatoms kann durch Mesomerie gut „verteilt“ werden -> erheblich stärker acide als Alkohole; Säurestärke ist abhängig vom Rest -> induktiver Effekt -> -I-Effekt der Halogensubstituenten führt zu einer Schwächung der OH-Bindung, die Säurestärke steigt -> +I-Effekt der Alkylgruppen führt zu einer Stärkung der OH-Bindung, die Säurestärke nimmt ab; Protonierung führt zur Aktivierung für Nucleophilen Angriff auf Carbonyl-C-Atom -> sonst Angriff steirisch gehindert |
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Decarboxylierung |
Beta-Ketocarbonsäuren decarboxylieren leicht -> CO2-Bildung; Konformationsdynamik -> Drehung um Einfachbindung möglich -> Bildung eines 6-Rings -> Interne Wasserstoffbrückenbindung zwischen Carbonyl-C-Atom und H-Atom vom Carbonsäure-OH -> Enol- oder Keto-Form-Carbonyl + CO2 bildet sich; CO2 tritt als Gas aus -> Rückreaktion ist nicht möglich |
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Säurekonstante |
PK-Wert; Maß für die Stärke einer Säure -> beschreibt das Ausmaß der Fähigkeit, ein Proton (H+) an einen Reaktionspartner zu übertragen; je kleiner der Wert, desto stärker ist die Säure und gibt eher ein Proton ab |
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Reaktivität der Carbonylgruppe |
Protonierung der Carbonyl-Gruppe (+H+ ans O-Atom) -> Aktivierung für Nucleophilen Angriff auf das Carbonyl-C-Atom -> Carbonyl-C-Atom wird elektrophiler und Carbonylaktivität wird erhöht -> nucleophiler Angriff von schwachen Nucleophilen (zum Beispiel Wasser/Alkohol) kann so ermöglicht werden; für sehr gute Nucleophile (zum Beispiel Hydroxidion) ist eine Aktivierung nicht notwendig |
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Estersynthese |
Additions-Eliminierungs-Mechanismus (mit saurer Katalyse zur Aktivierung); Carbonylaktivität von Carbonsäuren ist sehr gering -> Carbonsäure muss durch Zusatz von Protonen aktiviert werden, bevor ein Alkohol als Nucleophil angreifen kann; Carbonsäure + Alkohol -> Ester + Wasser (sauer-katalysierte „Veresterung“); Protonierung -> Alkohol-O-Atom bindet ans Carbonyl-C-Atom -> Carbonyl-O(H) bindet an Alkohol-H-Atom -> H2O wird abgespalten, Doppelbindung zwischen verbleibenden Carbonyl-O-Atom und C-Atom bildet sich (O+) -> H+ spaltet sich vom O-Atom ab (deprotonierung) -> Ester bildet sich |
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Ester |
Sind Carbonsäurederivate; R-C(=O)-O-R |
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Csrbonsäurederivate |
R-C(=O)-X; zum Beispiel Carbonsäurechlorid (R-C(=O)-Cl), Carbonsäureanhydrid (R-C(=O)-O-C(=O)-R‘, Carbonsäureester (R-C(=O)-O-R), Carbonsäureamid (R-C(=O)-NR2); alle Verbindungen können durch saure oder basische Hydrolyse (Spaltung durch Reaktion mit Wasser) zu Carbonsäuren umgesetzt werden; Carbonyl-C-Atom hat Oxidationsstufe +III (auch „ehemalige“ bei den Derivaten) |
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Reaktion von Nucleophilen mit Carbonsäurederivaten |
Additions-Eliminierungs-Mechanismus; Nucleophil wird addiert (bindet an Carbonyl-C-Atom) -> Doppelbindung löst sich dabei auf (-> O+) -> Eliminierung des X (Derivat, Abgangsgruppe) -> Doppelbindung zwischen O-Atom und C-Atom bildet sich wieder; Verbindungen mit einer niedrigen Carbonylaktivität können aus Verbindungen mit höherer Carbonylaktivität synthetisiert werden |
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Reaktivität von Carbonsäurederivaten |
Säurechlorid > Anhydrid > Thioester > Ester > Säure > Amid > Carboxylat; Elektrophilie des Carbonyl-C-Atoms und die Qualität/Stabilität der Abgangsgruppe X bestimmt über Reaktivität -> Addition und Eliminierung müssen schnell ablaufen; je stärker elektrondnziehend der Rest X ist, desto elektrophiler ist das Carbonyl-C-Atom |
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Fette |
Dreifachester von Glycerin (Alkohole); Fette werden häufig auch als Fettsäureester, Triglyceride oder Triacyclglyceride bezeichnet; Fette sind Dreifachester aus Glycerin und drei (verschiedenen) Fettsäuren; Glycerin (H2C(OH)-HC(OH)-H2C(OH)) bindet nach Additions-Eliminierungs-Prinzip an drei Fettsäuren (HO-C(=O)-R) und spaltet dabei 3H2O ab; aliphatische Monocarbonsäuren; gesättigte Fettsäuren nur mit Einfachbindungen, einfach ungesättigte Fettsäuren mit einer Doppelbindung, mehrfach ungesättigte Fettsäuren mit mehreren Doppelbindungen -> alle Doppelbindungen sind cis/Z-konfiguriert; Carbonsäuren mit mindestens 4 C-Atomen sind Fettsäuren |
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Aminosäuren |
Allgemein Verbindungen mit Amino-Gruppe (-NH2) und Carboxy-Gruppe (-COOH/-C(=O)-OH) plus Aminosäurerest; H2N-[C(H)(R)]*-C(=O)-OH; unpolare, aliphatische (H, CH3), aromatische oder positiv geladene Seitenketten möglich |
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Absolute Konfiguration von Aminosäuren |
R- und S- oder D- und L-Form; L- Form = S-Form, D-Form = R-Form; Fischer-Projektion -> -NH3 links = L-Form, -NH3 rechts = D-Form; Aufstellung der Keil-Strich-Formel -> Drehung von NH3 und H in eine Ebene, COO- vorne, CH3 hinten -> Substituent mit niedrigster Priorität muss hinten stehen (entsprechende Drehung um C-N-Sigma-Bindung) -> S- oder R-Form ablesen (S=linksdrehung, R=rechtsdrehung) |
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Peptidbindung |
Entspricht Amidbindung; H3N+-C(R)(H)-C(=O)-OH + H2N-C(R)(H)-COO- -> OH-von einem Carboxy-C-Atom und H-Atom von Amino-N-Atom des Anderen wird als H2O abgespalten -> Carbonyl-C bindet mit Amino-N -> Dipeptid; Polypeptid = Protein; N-Terminus = Aminoterminales Ende, C-Terminus = Carboxyterminales Ende; Proteinbiosynthese in den Ribosomen |
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Proteinstruktur |
Polypeptidkette = Primärstruktur; Sekundärstruktur durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Carboxyl-O-Atom und Amino-H-Atom -> Alpha-Helix- oder Beta-Faltblattstruktur (Beta-Faltblatt kann antiparallel oder parallel sein); Stabilisierung der Tertiärstruktur durch Ionenbindung und Disulfidbrücken |
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Denaturierung |
Durch Hitze oder Denaturierungsreagenzidn werden Wasserstoffbrückenbindungen und Ionenbindungen zerstört-> Proteine entfalten sich und verlieren ihre aktive Konformation; Disulfidbrücken können durch Beta-Mercaptoethanol reduziert und gebrochen werden; Primärstruktur bleibt erhalten -> Amidbindungen werden nicht gespalten |
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Nukleoside |
Kohlenhydrat der RNA/DNA; in der RNA mit Ribose und komplett mit OH -> Ribo- Anfang im Namen; in der DNA mit einem H-Atom anstelle eines OH-Moleküls (Desoxyribose) -> Desoxy- Anfang im Namen |
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Nukleotide |
Nukleosid + Nukleosidmonophosphat, Nucleosiddiphosphat, Nucleosidtriphosphat; Nucleosid mit Phosphorsäure(n); ATP=Adenosintriphosphat -> ADP=Adenosindiphosphat; Nomenklatur von reinen Nucleobasen und Nukleosiden/Nukleotiden unterschiedlich -> Adenin=Adenosin, Thymin = Thymidin, Uracil=Uridin, Guanin=Guanosin, Cytosin=cytodin |
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Nukleobasen |
Purin- und Pyrimidin-Grundgerüst; bindet mit N (anstelle des einzelnen H-Atoms) an das Nucleosid mit einer glykosidischen Bindung |
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DNA-Struktur |
Doppelhelix; A-DNA, B-DNA, Z-DNA; Wasserstoffbrückenbindungen zwischen H-Atom (Desoxyribose) einer Base und N- und O-Atome einer anderen Base; Dreifache Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Guanin und Cytosin, zwei Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Adenin und Thymin |
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RNA Struktur |
Sekundäre und Tertiäre Interaktionen; eigentlich einzelsträngig, aber es bilden sich interne Wasserstoffbrückenbindungen |
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Omega-Fettsäuren |
Spezielle Gruppe innerhalb der ungesättigten Fettsäuren; Omega bezeichnet das von der Carboxyl-Gruppe entfernte Ende der Fettsäurekette, die Zahl bezeichnet die Anzahl der C-Atome von Omega aus zur letzten Doppelbindung; zum Beispiel Omega-6-Fettsäure oder Omega-3-Fettsäure |
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Reaktivität von Nucleinsäuren |
Modifikationen entstehen durch falsche Bindungen; Desaminierung: Cytosin -> Uracil, 5-Methylcytosin -> Thymin, Adenin -> Hypoxanthin, Guanin -> Xanthin, Änderungen innerhalb der Nukleinbase; Depurinierung: Änderungen innerhalb des Nucleotids, Guanosinrest (in DNA) reagiert mit Wasser und spaltet sich ab -> apurinischer Rest (OH anstelle der Base) + Guanin entstehen; -> Mutationen entstehen; Instabilität der RNA unter basischen Bedingungen -> Spaltung der Phosphorsäurediesterbindung durch Reaktion mit Nucleophil -> Strangbruch -> Monophosphatderivat + verkürzte RNA entstehen |
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Verseifung |
Basische Esterhydrolyse; Gegenreaktion zur Veresterung; Carbonyl-C-Atom wird vom nucleophilen OH angegriffen (bindet mit O) -> Doppelbindung zwischen C-Atom und O-Atom löst sich, Elektron wandert zum O-Atom -> OCH3/OR (Alkoholat, starke Base -> nucleophil durch ungeplante Elektronen am O-Atom) spaltet sich ab -> Doppelbindung zwischen O-Atom und C-Atom bildet sich wieder -> Alkoholat wird protoniert indem es dem -OH-Substituent das H-Atom „anknüpft“ (irreversibler Schritt) -> R-C(=O)-O- und HOCH3/HOR bildet sich |
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Seifen |
Können durch badische Esterhydrolyse (Verseifung) von Fetten gebildet werden; polare hydrophile Kopfgruppe (mit C(=O)-O-) und unpolare langkettige Alkylgruppe; anionische Tenside; lagern sich in Wasser mit der unpolaren Alkylgruppe an den Schmutz an und lösen diesen so |
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Carbonsäurechloride |
Meist farblose, stechend riechende Flüssigkeiten; Carbonsäurederivat; sehr reaktiv; hydrolysieren an feuchter Luft sehr leicht zur Carbonsäure und Chlorwasserstoff -> „Rauch“ -> R-C(=O)-Cl + H2O (Nucleophil) -> R-C(=O)-OH + HCl; Amidbildung: R-C(=O)-Cl + HNR2 -> R-C(=O)-NR2 + HCl; Esterbildung: R-C(=O)-Cl + HO-R (Alkohol) -> R-C(=O)-OR + HCl; Anhydridbildung: R-C(=O)-Cl + Na+ -O-C(=O)-R -> R-C(=O)-O-C(=O)-R + Na+ Cl-; -> alle Reaktionen laufen nach Additions-Eliminierungs-Mechanismus |
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Carbonsäureanhydride |
Carbonsäurederivat; R-C(=O)-O-C(=O)-R; symmetrische Anhydride mit gleichen Resten, unsymmetrische Anhydride mit ungleichen Resten, cyclische Anhydride (OH-Reste Spalten H2O ab und bilden so über O-Atom einen Ring); Hydrolyse: R-C(=O)-O-C(=O)-R + 2 H2O -> R-C(=O)-OH + HO-C(=O)-R; Amidbildung: R-C(=O)-O-C(=O)-R + 2 HNR2 -> R-C(=O)-O- +NH2R2 + R2N-C(=O)-R; Esterbildung: R-C(=O)-O-C(=O)-R + HO-R (Alkohol) -> R-C(=O)-OH + RO-C(=O)-R |
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Carbonsäureamide |
H-C(=O)-NR2; cyclische Amide nennt man Lactame (cyclische Ester nennt man Lactone); Polyamide werden durch Polykondensation gebildet -> Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Carbonyl-O-Atomen und H-Atom des N-Atoms anderer Carbonsäureamide -> Polykondensation: aneinanderketten von Amiden unter Abspaltung von H2O; Peptide und Proteine sind Polyamide; Doppelbindung zwischen O und C können durch Mesomerie auch zu C und N wandern |
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Amine |
Stickstoffverbindungen; primäre Amine (R-NH2), sekundäre Amine (R-NH-R), tertiäre Amine (NR3), quartäre Ammoniumverbindungen (NR4+ (X-)); auch als funktionelle Gruppe; H3C-NH-CH2CH3 = Ethylmethylamin -> -Amin-Endung, Substituenten in alphabetischer Reihenfolge; auch aromatische Amine (zum Beispiel Anilin, Pyridin, Pyrimidin, Purin); N-Atom ist sp³-hybridisiert, freies Elektronenpaare in sp³-Hybridorbital; Enantiomerentrennung nicht möglich, da Energiebarriere so gering; ständige Umwandlung; Gleichgewicht der Enantiomere schon bei Raumtemperatur -> Inversion; Amine sind Basen, nucleophil; +I-Effekt der Alkylgruppen führt zur Zunahme der Basenstärke: Phenylgruppe (Benzolring) hat +M-Effekt -> Anilin daher schwächer basisch |
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Azofarbstoffe |
Azogruppe: R-N=N-R; Anilin ist Ausgangsmaterial für Azofarbstoffsynthese; Diazotierung: Reaktion von NO+ mit primären Aminen; Anilin + NO+ -> Diazoniumion (Benzolring-N+=-N <-> Benzolring-N=N+) + H2O -> Azokupplung; Diazoniumion (Benzolring-N+=-N) + Benzolring-Y -> Benzolring-N=N-Benzolring-Y; Azofarbstoffe zur Anwendung als pH-Indikator |
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Reaktion von Aminen mit Aldehyden und Ketonen |
Stickstoffverbindungen reagieren über das freie Elektronenpaar am Stickstoff mit dem C-Atom von Aldehyden und Ketonen; R-C(=O)-R + H2-N-R (primäres Amin) -> ~H+ -> R2-C(=O)-NRH -> -H2O -> R2-C=N-R (Imin/Schiff‘sche Base); R-C(=O)-R + HN-R2 (sekundäres Amin) -> ~H+ -> R2-C(=O)-NR2 -> +H+/-H2O -> [R2C=N+-R2 <-> R2-C+-N-R2] (Immonium-Ion); R2-C(H)-C(=O)-R (Aldehyd/Keton mit Alpha-acidem H-Atom) + H-N-R2 (sekundäres Amin) -> ~H+ -> +H+/-H2O -> [R2-C(H)-C(R)=N+-R2 <-> R2-C(H)-C+(R)-N-R2] -> -H+ -> R2-C=C(R)-N-R2 (Enamin); Enamin-Imin-Tautomerie bei Einsatz von primärem Amin möglich |
