Chemisches Praktikum für Studierende der Humanmedizin, der ... · (siehe Abschnitt D der Hinweise...
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Chemisches Praktikum für Studierende der Humanmedizin, der
Zahnheilkunde und Biologie/Lehramt
Fachbereich Chemie der Philipps-Universität Marburg
2. Klausur zum 2. Praktikumsteil (OC) vom 25.07.17 NAME; VORNAME……………………………………………. Matrikel-Nr.…………………. (Druckbuchstaben) geboren am……………………… in…………………………………………………… HM ( )/ZHK ( )/B_L3 ( ) im …...….. Fachsemester ……………………………………… (eigenhändige Unterschrift)
Hinweise zur Klausur 1. Die Klausur besteht aus 11 Blättern. 2. Teilnahmeberechtigt sind nur zugelassene Praktikumsteilnehmer des laufenden Semesters
(siehe Abschnitt D der Hinweise zum Praktikum). Klausuren können dann nicht gewertet werden, wenn die Teilnahmeberechtigung fehlerhaft
als gegeben angesehen wurde. Die Teilnehmer müssen sich durch einen Lichtbildausweis ausweisen können (Praktikumsausweis, Personalausweis etc.).
3. Es dürfen nur die vorgedruckten Bögen genutzt werden. Antworten sind zu kennzeichnen, sonst werden sie nicht bewertet.
4. Täuschungen und Täuschungsversuche führen zum Nichtbestehen der Klausur. 5. Jede richtig beantwortete Aufgabe wird mit 10 Punkten bewertet. Es können Teilpunkte
gegeben werden. 6. Das Ergebnis von Berechnungen muss aus dem Rechenweg nachvollziehbar sein. 7. Verwendung von schwarzer bzw. blauer Kugelschreiber- oder Schreibtinte. (kein Bleistift oder rote bzw. grüne Farbe)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 S
________________________ (N a m e) Aufgabe 1 – 10 Punkte Erläutern Sie anhand einer geeigneten Skizze des Ethens (H2C=CH2), aus welchen Bindungstypen die Kohlenstoff-Kohlenstoff und Kohlenstoff-Wasserstoff Bindungen aufgebaut sind (6 Punkte). Welche Hybridisierung liegt bei den C-Atomen des Ethens und welche bei den C-Atomen des Ethans vor (4 Punkte)? Anmerkung: Das Identifizieren der jeweiligen s- und π-Bindungen genügt für die zu vergebenden Punkte, selbst wenn die Orbitale, aus denen diese Bindungen aufgebaut werden, nicht explizit gekennzeichnet werden!
C–H-s-Bindungendurch Überlappung vonsp2-Orbitalen der C-Atome und s-Orbitalen der H-Atome(2P für alle s-Bindungen)
(2P für s-Bindung)
(2P für π-Bindung)
sp2 (1P) sp2 (1P)
sp3 (1P) sp3 (1P)C–H-s-Bindungendurch Überlappung vonsp2-Orbitalen der C-Atome und s-Orbitalen der H-Atome(2P)
(2P)
(2P)
sp2 (1P) sp2 (1P)
sp3 (1P) sp3 (1P)
Aufgabe 2 – 10 Punkte Bitte geben Sie an, ob es sich bei den folgenden Verbindungspaaren um identische Moleküle, um Isomere oder um verschiedene Moleküle handelt. Geben Sie gegebenenfalls an, welche Art von Isomerie vorliegt!
HOHO HO
OH
1 1’
2 2’
CO2HHO2COH
OH HO
HO OH
O
O
OH
3 3’
4 4’
OHO
H
OHH
H
OHOHH H
OHHO
HO
OH
OH
OH
OH
tBu
MeMe
tBuMeMe
5 5’
OHMe Et
OH
Ph
(Isomere (1P), Diastereomere (1P))
(identisch (2P)
(verschieden (2P)
(Isomere (1P), Diastereomere (1P))
(Isomere (1P), Enantiomere (1P))
Aufgabe 3 – 10 Punkte Welches der beiden Kationen 6 und 7 ist stabiler? Begründen Sie Ihre Antwort durch eine geeignete Skizze der jeweiligen Kationen und erläutern Sie stichwortartig, welche Orbitalwechselwirkungen sich in welchem Kation besonders stabilisierend auswirken.
CHH
H
6
CCH3H3C
CH3
7
C H σC–HHσC–H
HσC–H
keine Stabilisierung derpositiven Ladung durchbindende Orbitale
(2P für Skizze)
CC
H
HH
(4P für Skizze und 1P für mindestens eine Andeutung der Orbitalwechselwirkungen)
σC–H
H
H
HH
Stabilisierung der positiven Ladung durch 3 C–H-σ-Bindungen (3P)
Aufgabe 4 – 10 Punkte
Bitte sagen das Produkt der unten skizzierten Reaktion von Benzol (8) unter den gegebenen Bedingungen vorher. Untermauern Sie Ihren Vorschlag durch eine detaillierte Zeichnung des Reaktionsmechanismus.
HNO3/H2SO4
8
Produkt ?
O N OH
OO S O
OOH H
O N OH2
O
–H2ONO
ONitroniumion
O2N H
mesomere Grenzstrukturen
NO2
–HNitrobenzol
±HSO4–
2P 2P 2P
2P (egal, ob eine oder alle Grenzstrukturen)
2P
Aufgabe 5 – 10 Punkte
a) Skizzieren Sie alle mesomeren Grenzstrukturen des Anisols (9) und erläutern Sie anhand Ihrer Darstellung stichwortartig, an welchen Positionen vorzugsweise Elektrophile angreifen (8 Punkte).
b) Geben Sie mit einer kurzen Begründung an, ob die gezeigten Verbindungen 10 und 11 aus
der jeweiligen Reaktion von Anisol (9) unter den entsprechenden Bedingungen als Hauptprodukte entstehen können (2 Punkte).
9
OMe
2P 2P 2P
Für diese Punkte genügt es, nur die Grenzstrukturenzu zeichnen (auch ohne Mesomerie- und Elektronenpfeile)
Alle Positionen, die formal eine negative Ladung tragen,werden vorzugsweise durch Elektrophile angegriffen (2P)
Me Me Me Me
9
OMeH2SO4
10
OMe
SO3H
9
OMeHNO3, NaNO2
11
OMe
NO2
möglich, da OMe o/p-dirigiert (1P)
nicht möglich, da OMe o/p-dirigiert (1P)
Aufgabe 6 – 10 Punkte Zeichnen Sie den Mechanismus der Reaktion von tert-Butylbromid (Me3CBr) mit Wasser (H2O) (7 Punkte). Um welchen Reaktionstyp handelt es sich (1 Punkt)? Würde die Reaktion schneller verlaufen, wenn Sie statt Wasser eine verdünnte wässrige NaOH-Lösung verwendeten? Begründen Sie in einem kurzen Satz Ihre Antwort (2 Punkte).
BrMe
MeMe
CH2C CH3CH3
tert-Butylkation(2P für Struktur)
langsamH O
Wasser(schwaches Nu)
+ schnell
–Br– OHMe
MeMe
1P (für korrekten Bindungsbruch)
1P (für nucleophilen Angriff)
2P (Produkt)
H
1Pfür Gegenion
Es handelt sich um eine SN1 Reaktion (1P)
SN1 Reaktionen hängen nur von der Elektrophilkonzentration ab (1P),sodass ein reaktivieres Nucleophil keinen Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit hat (1P).
Aufgabe 7 – 10 Punkte Bitte benennen Sie die jeweilige funktionelle Gruppe (nicht die ganze Verbindung!) in den Strukturen 12-21.
Ph Me
SH
Me OH
O
Me O
MeMe Me
H
O
O
O
O
O
NH2
Me OHN MeMe
Me
Me Cl
O
Me Me
O
12 13
14 15
1617
18 19
20 21
Thiol oder Mercaptan (1P)
Ether (1P)
Anhydrid oderCarbonsäureanhydrid (1P)
Alkohol (1P)
Säurechlorid oderCarbonsäurechlorid (1P)
Carbonsäure (1P)
Aldehyd (1P)
Amid oderCarbonsäureamid (1P)
Amin (1P)
Keton (1P)
Aufgabe 8 – 10 Punkte
a) Geben Sie den genauen, stereochemischen Verlauf der elektrophilen Addition von Brom an
die Alkene 22 und 23 an (6 Punkte)!
b) Wie viele und welche Art von Isomeren können jeweils in den oben gezeigten Reaktionen entstehen (3 Punkte). Aus Verbindung 22 können Enantiomere entstehen (2P), aus Alken 23 wird nur ein Produkt gebildet (1P)
c) Erläutern Sie kurz, ob aus beiden Reaktionen dasselbe Produkt entstehen könnte oder nicht (1 Punkte)? Nein, da die Reaktion stereospezifisch ist und folglich die Konfiguration der Edukte die der Produkte bestimmt (1P)
EtEt
EtEt
Br2
Br2
Produkt ?
Produkt ?
22
23
BrBrH H
Br
Br
BrBr
Et Et Et Et Et Et
BrBr
Et Et+
Enantiomere
gemäßgestrichelterPfeile
gemäßungestrichelterPfeile
BrBrEt H
Br
Br
BrBrEt
Et H Et Et Et
BrBr
Et Et+
identisch!
gemäßgestrichelterPfeile
gemäßungestrichelterPfeile
1P für Bromiraniumion
1P für elektrophilen Angriff
1P Produkte
1P für Bromiraniumion
1P für elektrophilen Angriff
1P Produkt
Aufgabe 9 – 10 Punkte
a) Zeichnen Sie alle Stereoisomere des 1,2-Dimethylcyclohexans (24) in der jeweils energieärmsten Sesselkonformation. Geben Sie jeweils die Position (axial oder äquatorial) der Substituenten an (9 Punkte)!
b) Welches Stereoisomer ist das energetisch das ungünstigste und warum (1 Punkt)?
MeMe
24
Me
Me MeMe Me
Me
2P 2P 2P
äquatorial(0.5P)
äquatorial(0.5P)
äquatorial(0.5P)
äquatorial(0.5P)
äquatorial(0.5P)
axial(0.5P)
energetischam ungünstigsten1,3-diaxiale Spannung Me/Hgauche-Wechselwirkungen1P
Aufgabe 10 - 10 Punkte
Handelt es sich bei den Strukturen 25-30 jeweils um eine chirale oder achirale Verbindung? Bitte bestimmen und kennzeichnen Sie die absolute Konfiguration mit R oder S an den stereogenen Zentren der chiralen Verbindungen.
25
(achiral)
26
(chiral)
27
(chiral)
28
(achiral)
29
(achiral)
30
(chiral)
HO tBu
CHO
HH
HOH OH
HOH Me
NH2
CO2H
HO OH H
OH
Et
Me
OMeHOOH
R
SS
S
1P 1P 1P
1P 1P 1P
1P
1P1P
1P