Organische Chemie5., aktualisierte Auflage

Studieren kompaktOrganische Chemie

Paula Y. Bruice

Aus dem Amerikanischen von Thomas Lazar

Deutsche Bearbeitung von Oliver Reiser

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Authorized translation from the English language edition, entitled ORGANIC CHEMISTRY, 5th Edition by BRUICE, PAULA YURKANIS, published by Pearson Education, Inc., publishing as Prentice Hall, Copyright © 2007 by Pearson Education, Inc.

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GERMAN language edition published by PEARSON EDUCATION DEUTSCHLAND GMBH, Copyright © 2011.

10 9 8 7 6 5 4 3 2 1

13 12 11

ISBN 978-3-86894-102-9

© 2011 Pearson Studiumein Imprint der Pearson Education Deutschland GmbHMartin-Kollar-Straße 10 – 12, D-81829 München/GermanyAlle Rechte vorbehaltenwww.pearson-studium.deÜbersetzung: Dr. Thomas Lazar, PaderbornLektorat: Andra Riemhofer, ariemhofer@pearson.de

Alice Kachnij, akachnij@pearson.deFachlektorat: Prof. Dr. Oliver Reiser, Institut für Organische Chemie der Universität RegensburgKorrektorat: Martin Asbach, MünchenHerstellung: Martha Kürzl-Harrison, mkuerzl@pearson.deSatz: PTP-Berlin Protago-TEX-Production GmbH, Germany (www.ptp-berlin.eu)Einbandgestaltung: Thomas Arlt, tarlt@adesso21.netTitelfoto: © Zbynek Burival, Shutterstock New YorkDruck und Verarbeitung: GRAFOS S.A., Barcelona

Printed in Spain

V

Inhaltsübersicht

Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XXIII

TEIL I Eine Einführung in das Studium der Organischen Chemie 1

Kapitel 1 Elektronenstruktur und Bindung • Säuren und Basen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Kapitel 2 Organische Verbindungen: Nomenklatur, physikalische Eigenschaften und

die Darstellung von Strukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

TEIL II Elektrophile Additionsreaktionen, Stereochemie und Elektronen delokalisation 117

Kapitel 3 Alkene – Struktur, Nomenklatur, Reaktivität • Thermodynamik und Kinetik . . . . . . . . . . . 121Kapitel 4 Die Reaktionen der Alkene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153Kapitel 5 Stereochemie – Anordnung von Atomen im Raum und die Stereochemie von

Additionsreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189Kapitel 6 Reaktionen der Alkine • Einführung in die Mehrstufensynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237Kapitel 7 Delokalisierte Elektronen und ihre Effekte auf Stabilität, Reaktivität und pKS-Wert •

Mehr zur Molekülorbitaltheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

TEIL III Substitutionen und Eliminierungen 313

Kapitel 8 Substitutionsreaktionen der Halogenalkane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 317Kapitel 9 Eliminierungsreaktionen von Halogenalkanen • Konkurrenz zwischen Substitution

und Eliminierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363Kapitel 10 Reaktionen der Alkohole, Amine, Ether, Epoxide und schwefelhaltigen

Verbindungen • Organometallverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397Kapitel 11 Radikale • Reaktionen der Alkane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 441

TEIL IV Die Identifizierung organischer Verbindungen 471

Kapitel 12 Massenspektrometrie, Infrarotspektroskopie und Ultraviolett-visuelle Spektroskopie 473Kapitel 13 NMR-Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 525

TEIL V Aromatische Verbindungen 581

Kapitel 14 Aromatizität • Reaktionen des Benzols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583Kapitel 15 Reaktionen substituierter Benzole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617

TEIL VI Carbonylverbindungen 655

Kapitel 16 Carbonylverbindungen I – Die nucleophile Acylsubstitution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657Kapitel 17 Carbonylverbindungen II – Reaktionen der Aldehyde, Ketone, Carbonsäurederivate

und a, b-ungesättigten Carbonylverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717Kapitel 18 Carbonylverbindungen III – Reaktionen am a-Kohlenstoffatom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 769

VI

Inhaltsübersicht

TEIL VII Weiteres zu den Themen Redoxreaktionen und Amine 817

Kapitel 19 Weiteres zu Redoxreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 819Kapitel 20 Weiteres zu den Aminen • Heterozyklische Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 847

TEIL VIII Bioorganische Verbindungen 877

Kapitel 21 Kohlenhydrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 881Kapitel 22 Aminosäuren, Peptide und Proteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 921Kapitel 23 Katalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 967Kapitel 24 Reaktionsmechanismen der Coenzyme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1003Kapitel 25 Stoffwechselchemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1045Kapitel 26 Lipide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1073Kapitel 27 Nucleoside, Nucleotide und Nucleinsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1105

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1143

Bonus-Kapitel

TEIL IX Spezielle Themen der Organischen Chemie 1

Kapitel 28 Synthetische Polymere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3Kapitel 29 Perizyklische Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Kapitel 30 Organische Wirkstoffchemie – Entdeckung und Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

Anhang

VII

Inhaltsverzeichnis

Vorwort XXIII

Teil I Eine Einführung in das Studium der Organischen Chemie 1

Kapitel 1 Elektronenstruktur und Bindung • Säuren und Basen 3

CHEMIE UND LEBEN Natürlich vs. synthetisch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51.1 Die Struktur eines Atoms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61.2 Die Elektronenverteilung in einem Atom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.3 Ionenbindung und kovalente Bindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101.4 Die Darstellung von Strukturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.5 Atomorbitale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211.6 Einführung in die Molekülorbitaltheorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241.7 Bindung in Methan und Ethan: Einfachbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301.8 Bindung im Ethen: Doppelbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 341.9 Bindung im Ethin: Dreifachbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361.10 Bindung im Methylkation, im Methylradikal und im Methylanion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381.11 Bindung im Wassermolekül . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40CHEMIE UND LEBEN Wasser – eine einzigartige chemische Verbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411.12 Bindung im Ammoniakmolekül und im Ammoniumion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 411.13 Bindung der Halogenwasserstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421.14 Zusammenfassung: Orbitalhybridisierung, Bindungslängen, Bindungsstärken

und Bindungswinkel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431.15 Dipolmomente von Molekülen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 451.16 Einführung in die Säure-Base-Theorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461.17 pKS und pH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481.18 Organische Säuren und Basen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501.19 Vorhersage des Resultats von Protonenübertragungsreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521.20 Der Einfluss der Struktur auf die Säurekonstante pKS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531.21 Der Einfluss von Substituenten auf die Säurestärke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561.22 Einführung in die Elektronendelokalisation 581.23 Zusammenfassung der Faktoren, die die Säurestärke bestimmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 601.24 Der Effekt des pH-Wertes auf die Struktur organischer Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611.25 Pufferlösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64CHEMIE UND LEBEN Blut : Eine gepufferte Lösung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 641.26 Lewis-Säuren und Lewis-Basen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Kapitel 2 Organische Verbindungen: Nomenklatur, physikalische Eigenschaften und die Darstellung von Strukturen 69

2.1 Nomenklatur der Alkylradikale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 742.2 Nomenklatur der Alkane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 772.3 Nomenklatur der Cycloalkane/Gerüstformeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812.4 Nomenklatur der Halogenalkane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

Inhaltsverzeichnis

VIII

2.5 Nomenklatur der Ether . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 842.6 Nomenklatur der Alkohole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 842.7 Nomenklatur der Amine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86CHEMIE UND LEBEN Übel riechende Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 882.8 Strukturen der Halogenalkane, Alkohole, Ether und Amine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 882.9 Physikalische Eigenschaften der Alkane, Halo genalkane, Alkohole, Ether und Amine 902.10 Rotation um Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 982.11 Cycloalkane: Ringspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102CHEMIE UND LEBEN Von Baeyer und die Barbitursäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1042.12 Konformationen der Cyclohexane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1042.13 Konformationen monosubstituierter Cyclohexane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1082.14 Konformationen zweifach substituierter Cyclohexane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

Teil II Elektrophile Additionsreaktionen, Stereochemie und Elektronen delokalisation 117

Kapitel 3 Alkene – Struktur, Nomenklatur, Reaktivität •Thermodynamik und Kinetik 121

3.1 Summenformeln und der ungesättigte Charakter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1233.2 Nomenklatur der Alkene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1243.3 Die Struktur der Alkene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1263.4 Cis/trans-Isomerie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127CHEMIE UND LEBEN Cis/trans-Interkonversion beim Sehvorgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1293.5 Die E/Z-Nomenklatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1303.6 Wie Alkene reagieren • Gekrümmte Pfeile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1333.7 Thermodynamik und Kinetik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1373.8 Reaktionskoordinatendiagramm für die Addition von HBr an 2-Buten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152

Kapitel 4 Die Reaktionen der Alkene 153

4.1 Die Addition von Halogenwasserstoffen an Alkene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1554.2 Die Stabilität von Carbokationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1564.3 Die Struktur des Übergangszustandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1584.4 Die Regioselektivität der elektrophilen Addition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1604.5 Die Addition von Wasser und die Addition von Alkoholen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1634.6 Die Umlagerung von Carbokationen.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1664.7 Die Addition von Halogenen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1694.8 Die Oxymerkurierung-Reduktion und die Alkoxymerkurierung-Reduktion . . . . . . . . . . . . . 1724.9 Die Addition einer Peroxycarbonsäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1744.10 Die Addition von Boran: Die Hydroborierung-Oxidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1764.11 Die Addition von Wasserstoff • Die relativen Stabilitäten der Alkene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180CHEMIE UND LEBEN Transfettsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1834.12 Reaktionen und Synthesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184CHEMIE UND LEBEN Natürliche und synthetische Pestizide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

Inhaltsverzeichnis

IX

Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186Zusammenfassung der Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

Kapitel 5 Stereochemie – Anordnung von Atomen im Raum und die Stereochemie von Additions reaktionen 189

5.1 Cis/trans-Isomere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1915.2 Chiralität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1915.3 Asymmetrisch substituierte Kohlenstoffatome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1925.4 Isomere mit einem asymmetrisch substituierten Kohlenstoffatom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1935.5 Asymmetrisch substituierte Kohlenstoffatome und Stereozentren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1945.6 Das Zeichnen von Enantiomeren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1945.7 Die Benennung von Enantiomeren: Das R, S-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1955.8 Optische Aktivität. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2005.9 Die Messung einer spezifischen Drehung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2025.10 Enantiomerenüberschuss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2035.11 Isomere mit mehr als einem asymmetrisch substituierten Kohlenstoffatom . . . . . . . . . . . . . 2045.12 Mesoverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2085.13 Nomenklatur für Isomere mit mehr als einem asymmetrisch

substituierten Kohlenstoffatom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2115.14 Reaktionen von Verbindungen mit einem asymmetrisch

substituierten Kohlenstoffatom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2155.15 Die absolute Konfiguration des (+)-Glycerinaldehyds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2165.16 Die Trennung von Enantiomeren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2175.17 Stickstoff- und Phosphorchiralitätszentren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2195.18 Stereochemie von Reaktionen: Regioselektive, stereoselektive und

stereospezifische Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2205.19 Die Stereochemie der elektrophilen Addition an Alkene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2215.20 Der stereochemische Verlauf enzymkatalysierter Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2305.21 Die Unterscheidung von Enantiomeren durch biologische Moleküle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231CHEMIE UND LEBEN Die Enantiomere des Thalidomids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234CHEMIE UND LEBEN Chirale Medikamentenwirkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

Kapitel 6 Reaktionen der Alkine • Einführung in die Mehrstufen synthese 237

6.1 Nomenklatur der Alkine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2396.2 Die Benennung von Verbindungen mit mehr als einer funktionellen Gruppe . . . . . . . . . . . 240CHEMIE UND LEBEN Woher weiß eine Bananen schnecke, was sie fressen soll? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2426.3 Die physikalischen Eigenschaften ungesättigter Kohlenwasserstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2426.4 Die Struktur der Alkine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2426.5 Wie Alkine reagieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2446.6 Addition von Halogenwasserstoffen und von Halogenen an Alkine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2456.7 Addition von Wasser an Alkine.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2486.8 Addition von Borwasserstoff an Alkine: Hydroborierung-Oxidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2506.9 Addition von Wasserstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2516.10 Azidität eines an ein sp-hybridisiertes Kohlenstoffatom gebundenen Wasserstoffatoms 253

Inhaltsverzeichnis

X

6.11 Synthesen mit Acetylidionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2556.12 Syntheseplanung I: Einführung in die Mehrstufensynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261Zusammenfassung der Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262

Kapitel 7 Delokalisierte Elektronen und ihre Effekte auf Stabilität, Reaktivität und pKS-Wert • Mehr zur Molekülorbitaltheorie 263

7.1 Delokalisierte Elektronen im Benzol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2657.2 Die Bindung im Benzolmolekül. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2677.3 Mesomere Grenzformeln und der mesomere Zustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2687.4 Das Zeichnen mesomerer Grenzformeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2707.5 Die vorhergesagten Stabilitäten von mesomeren Grenzformeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2737.6 Delokalisationsenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2757.7 Beispiele für die Wirkung delokalisierter Elektronen auf die Stabilität. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2777.8 Eine molekülorbitaltheoretische Beschreibung der Stabilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2817.9 Der Effekt der Elektronendelokalisation auf den pKS-Wert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2877.10 Der Effekt der Elektronendelokalisation auf das Produkt einer Reaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . 2917.11 Thermodynamische vs. kinetische Kontrolle von chemischen Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . 2967.12 Die Diels-Alder-Reaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310Zusammenfassung der Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312

Teil III Substitutionen und Eliminierungen 313

Kapitel 8 Substitutionsreaktionen der Halogenalkane 317

CHEMIE UND LEBEN „Überlebensverbindungen“ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3198.1 Reaktionen der Halogenalkane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3208.2 Der Mechanismus der SN2-Reaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3218.3 Faktoren, die die SN2-Reaktion beeinflussen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3278.4 Die Reversibilität der SN2-Reaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333CHEMIE UND LEBEN Warum Kohlenstoff und nicht Silizium? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3358.5 Der Mechanismus der SN1-Reaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3378.6 Faktoren, die die SN1-Reaktion beeinflussen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3408.7 Weiteres zum stereochemischen Verlauf von SN2- und SN1-Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . 3428.8 Benzylhalogenide, Allylhalogenide, Vinylhalogenide und Arylhalogenide . . . . . . . . . . . . . 3448.9 Konkurrenz zwischen SN2- und SN1-Reaktionen.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3478.10 Die Rolle des Lösungsmittels in SN2-und SN1-Reaktionen.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350CHEMIE UND LEBEN Umweltanpassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3548.11 Intermolekulare vs. intramolekulare Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3578.12 Biochemische Methylierungsreagenzien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358CHEMIE UND LEBEN Termitenbekämpfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359CHEMIE UND LEBEN S-Adenosylmethionin: Ein natürliches Antidepressivum? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361Zusammenfassung der Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362

Inhaltsverzeichnis

XI

Kapitel 9 Eliminierungsreaktionen der Halogenalkane • Konkurrenz zwischen Substitution und Eliminierung 363

CHEMIE UND LEBEN Die Untersuchung natürlich vorkommender Organohalogen verbindungen . . . . . . . . 3649.1 Die E2-Reaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3659.2 Die Regioselektivität der E2-Reaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3669.3 Die E1-Reaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3729.4 Konkurrenz zwischen E2- und E1-Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3759.5 Der stereochemische Verlauf der E2- und E1-Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3769.6 Eliminierung aus zyklischen Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3819.7 Der kinetische Isotopeneffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3849.8 Konkurrenz zwischen Substitution und Eliminierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3859.9 Substitution und Eliminierung in der Synthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3909.10 Konsekutive E2-Eliminierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3929.11 Syntheseplanung II: Annäherung an das Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 393Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395Zusammenfassung der Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 396

Kapitel 10 Reaktionen der Alkohole, Amine, Ether, Epoxide und schwefelhaltigen Verbindungen • Organometallverbindungen 397

10.1 Nucleophile Substitution an Alkoholen: Halogenalkanbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399CHEMIE UND LEBEN Kornbrand und Holzgeist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40210.2 Andere Methoden der Überführung von Alkoholen in Halogenalkane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40210.3 Überführung von Alkoholen in Sulfonsäureester . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40410.4 Eliminierungsreaktionen von Alkoholen: Dehydratisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40610.5 Die Oxidation von Alkoholen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412CHEMIE UND LEBEN Der Blutalkoholgehalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41210.6 Amine – Die gebräuchlichsten organischen Basen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 413CHEMIE UND LEBEN Alkaloide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41410.7 Nucleophile Substitutionen der Ether . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415CHEMIE UND LEBEN Anästhetika . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41710.8 Nucleophile Substitutionen von Epoxiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41810.9 Arenoxide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 421CHEMIE UND LEBEN Kaminkehrer und Krebs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42510.10 Kronenether . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 425CHEMIE UND LEBEN Ein ionophores Antibiotikum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42710.11 Thiole, Thioether und Sulfoniumsalze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42710.12 Organometallverbindungen.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42910.13 Kupplungsreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437Zusammenfassung der Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 438Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440

Kapitel 11 Radikale • Reaktionen der Alkane 441

11.1 Alkane: Unreaktive Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44411.2 Chlorierung und Bromierung der Alkane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44411.3 Radikalstabilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446

Inhaltsverzeichnis

XII

11.4 Produktverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44711.5 Das Reaktivitäts-/Selektivitäts-Prinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45011.6 Radikaladdition an Alkene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45311.7 Der stereochemische Verlauf radikalischer Substitutionen und Additionen . . . . . . . . . . . . 45611.8 Radikalische Substitution von Benzyl- und Allylwasserstoffatomen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45811.9 Syntheseplanung III: Zusätzliche Praxis in der Mehrstufensynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46111.10 Radikalische Reaktionen in biologischen Systemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 462CHEMIE UND LEBEN Entkoffeinierter Kaffee und die Angst vor Krebs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46311.11 Radikale und das stratosphärische Ozon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465CHEMIE UND LEBEN Künstliches Blut . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 466Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 468Zusammenfassung der Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 469

Teil IV Die Identifizierung organischer Verbindungen 471

Kapitel 12 Massenspektrometrie, Infrarotspektroskopie und Ultraviolett-visuelle Spektroskopie 473

12.1 Massenspektrometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47512.2 Das Massenspektrum • Fragmentierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47812.3 Isotope in der Massenspektrometrie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48112.4 Die Bestimmung von Summenformeln: Hochauflösende Massenspektrometrie. . . . . . . . . 48212.5 Fragmentierung an funktionellen Gruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483CHEMIE UND LEBEN Massenspektrometrie in der Forensik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48612.6 Spektroskopie und das elektromagnetische Spektrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48912.7 Infrarotspektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49112.8 Charakteristische IR-Absorptionsbanden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49512.9 Die Intensität von Absorptionsbanden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49612.10 Die Lage von Absorptionsbanden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49712.11 Mesomerie und induktive Elektroneneffekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49812.12 Die Form von Absorptionsbanden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50612.13 Das Fehlen von Absorptionsbanden.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50712.14 Schwingungen, die infrarot-inaktiv sind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50712.15 Die Analyse von Infrarotspektren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50912.16 Ultraviolett- und visuelle Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512CHEMIE UND LEBEN Ultraviolette Strahlung und Sonnenschutzmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51312.17 Das Lambert-Beer’sche Gesetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51412.18 Der Effekt der Konjugation auf lmax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51512.19 Das sichtbare Spektrum und das Phänomen der Farbigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 517CHEMIE UND LEBEN Anthocyane: Eine farbenfrohe Verbindungsklasse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51912.20 Anwendungen der UV/Vis-Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 523

Inhaltsverzeichnis

XIII

Kapitel 13 NMR-Spektroskopie 525

13.1 Einführung in die NMR-Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52613.2 Fourier-Transformations-NMR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52913.3 Abschirmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53013.4 Die Zahl der Signale im 1H-NMR-Spektrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53213.5 Chemische Verschiebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53413.6 Die relativen Lagen der 1H-NMR-Signale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53513.7 Charakteristische Werte der chemischen Verschiebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53613.8 Diamagnetische Anisotropie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53813.9 Die Integration von NMR-Signalen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54013.10 Die N + 1-Regel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54113.11 Weitere Beispiele für 1H-NMR-Spektren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54713.12 Kopplungskonstanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55213.13 Aufspaltungsdiagramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55513.14 Diastereotope Wasserstoffatome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55813.15 Zeitabhängigkeit der NMR-Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55913.16 An Sauerstoff und Stickstoff gebundene Protonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56113.17 Die Verwendung von Deuterium in der 1H-NMR-Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56313.18 Die Auflösung von 1H-NMR-Spektren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56413.19 13C-NMR-Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56613.20 DEPT-13C-NMR-Spektren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57213.21 Zweidimensionale NMR-Spektroskopie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57213.22 Magnetresonanzbildgebung: Der Einsatz der NMR in der Medizin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579

Teil V Aromatische Verbindungen 581

Kapitel 14 Aromatizität • Reaktionen des Benzols 583

14.1 Stabilität aromatischer Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58514.2 Die beiden Kriterien für Aromatizität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58614.3 Anwendung der Aromatizitätskriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587CHEMIE UND LEBEN Fullerene und AIDS-Therapie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58814.4 Aromatische Heterozyklen.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59014.5 Einige chemische Folgen der Aromatizität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59114.6 Der antiaromatische Charakter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59314.7 Eine molekülorbitaltheoretische Beschreibung des aromatischen und

des antiaromatischen Zustandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59414.8 Nomenklatur der monosubstituierten Benzole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 595CHEMIE UND LEBEN Die Giftigkeit des Benzols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59514.9 Wie Benzol reagiert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59614.10 Der allgemeine Mechanismus der elektrophilen aromatischen Substitution . . . . . . . . . . . . 59814.11 Halogenierung des Benzols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599CHEMIE UND LEBEN Thyroxin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59914.12 Nitrierung des Benzols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60014.13 Sulfonierung des Benzols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60114.14 Friedel-Crafts-Acylierung des Benzols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603

Inhaltsverzeichnis

XIV

14.15 Friedel-Crafts-Alkylierung des Benzols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604CHEMIE UND LEBEN Carbokationen in statu nascendi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60614.16 Alkylierung des Benzols durch Acylierung-Reduktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60614.17 Der Einsatz von Kupplungsreaktionen zur Alkylierung von Benzol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60714.18 Verschiedene Methoden zur Durchführung von Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60814.19 Chemische Veränderung von Substituenten an einem Benzolring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613Zusammenfassung der Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 616

Kapitel 15 Reaktionen substituierter Benzole 617

15.1 Die Nomenklatur di- und polysubstituierter Benzole. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62015.2 Reaktivität eines Benzolrings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62215.3 Der Effekt von Substituenten auf die Orientierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62715.4 Der Effekt von Substituenten auf den pKS-Wert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63215.5 Das ortho/para-Verhältnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63315.6 Weitere Betrachtungen zu den Substituenteneffekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63415.7 Syntheseplanung IV: Die Synthese mono- und disubstituierter Benzolderivate. . . . . . . . . 63615.8 Die Synthese trisubstituierter Benzole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63815.9 Die Synthese substituierter Benzole mit Arendiazoniumsalzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63915.10 Das Arendiazoniumion als Elektrophil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64215.11 Mechanismus der Reaktion von Aminen mit salpetriger Säure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 644CHEMIE UND LEBEN Nitrosamine und Krebs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64615.12 Nucleophile aromatische Substitution: Ein Additions-Eliminierungs-Mechanismus . . 64615.13 Nucleophile aromatische Substitution: Ein Eliminierungs-Additions-Mechanismus,

der über eine Benz-in-Zwischenstufe verläuft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64815.14 Polyzyklische benzoide Kohlenwasserstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 652Zusammenfassung der Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 653Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 654

Teil VI Carbonylverbindungen 655

Kapitel 16 Carbonylverbindungen I – Die nucleophile Acylsubstitution 657

16.1 Die Nomenklatur der Carbonsäuren und Carbonsäurederivate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65916.2 Strukturen der Carbonsäuren und Carbonsäurederivate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66516.3 Physikalische Eigenschaften von Carbonylverbindungen.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66616.4 Natürlich vorkommende Carbonsäuren und Carbonsäurederivate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 667CHEMIE UND LEBEN Dalmatiner: Der hohe Preis für schwarze Flecken auf weißem Grund . . . . . . . . . . . . . . . 669CHEMIE UND LEBEN Die Entdeckung des Penicillins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66916.5 Wie Klasse-I-Carbonylverbindungen reagieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67016.6 Relative Reaktivitäten der Carbonsäuren und Carbonsäurederivate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67316.7 Allgemeiner Mechanismus der nucleophilen Acylsubstitution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67516.8 Reaktionen der Säurehalogenide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67616.9 Reaktionen der Säureanhydride . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67916.10 Reaktionen der Ester . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 680CHEMIE UND LEBEN Acetylsalicylsäure (ASS; Aspirin) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 681

Inhaltsverzeichnis

XV

16.11 Säurekatalysierte Esterhydrolyse und Umesterung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68316.12 Hydroxidionenvermittelte Esterhydrolyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68716.13 Wie der Reaktionsmechanismus der nucleophilen Acylsubstitution bestätigt wurde . . 68916.14 Seifen, Detergenzien und Micellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 691CHEMIE UND LEBEN Seifenherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69316.15 Reaktionen der Carbonsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69416.16 Reaktionen der Amide.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 695CHEMIE UND LEBEN Ein natürliches Schlafmittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69716.17 Die Hydrolyse von Amiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 698CHEMIE UND LEBEN Penicillin und Wirkstoffresistenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 699CHEMIE UND LEBEN Penicilline im klinischen Einsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69916.18 Die Hydrolyse eines Imids: Ein Weg zur Synthese primärer Amine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70016.19 Die Hydrolyse von Nitrilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70116.20 Syntheseplanung V: Die Synthese zyklischer Verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70216.21 Wie Chemiker Carbonsäuren aktivieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70416.22 Wie lebende Zellen Carbonsäuren aktivieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70616.23 Dicarbonsäuren und ihre Derivate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 710CHEMIE UND LEBEN Sich auflösendes Nahtmaterial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 710Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 712Zusammenfassung der Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 716

Kapitel 17 Carbonylverbindungen II – Reak tio nen der Aldehyde, Ketone, Carbonsäurederivate und a, b-un ge sättigten Carbonylverbindungen 717

17.1 Nomenklatur der Aldehyde und Ketone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 719CHEMIE UND LEBEN Butandion – eine unangenehme Verbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72117.2 Relative Reaktivitäten der Carbonylverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72217.3 Wie Aldehyde und Ketone reagieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72417.4 Reaktionen der Carbonylverbindungen mit Grignard-Reagenzien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72517.5 Reaktionen der Carbonylverbindungen mit Acetylidionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72817.6 Reaktionen der Carbonylverbindungen mit Hydridionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72917.7 Reaktionen der Aldehyde und Ketone mit Cyanwasserstoff (Blausäure) . . . . . . . . . . . . . . . . . 73317.8 Reaktionen der Aldehyde und Ketone mit Aminen und Aminderivaten . . . . . . . . . . . . . . . . . 73517.9 Reaktionen der Aldehyde und Ketone mit Wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74117.10 Reaktionen der Aldehyde und Ketone mit Alkoholen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74417.11 Schutzgruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74617.12 Addition von Schwefelnucleophilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74817.13 Die Wittig-Reaktion zur Darstellung von Alkenen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 749CHEMIE UND LEBEN b-Carotin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75117.14 Stereochemischer Verlauf der nucleophilen Addition: Re- und Si-Seiten . . . . . . . . . . . . . . . 75217.15 Syntheseplanung VI: Bindungstrennungen, Synthone und Syntheseäquivalente . . . . . . . 75417.16 Nucleophile Addition an a, b-ungesättigte Aldehyde und Ketone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75617.17 Nucleophile Addition an a, b-ungesättigte Carbonsäurederivate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76017.18 Enzymkatalysierte Addition an a, b-ungesättigte Carbonylverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . 761Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 762Zusammenfassung der Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 763Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 767

Inhaltsverzeichnis

XVI

Kapitel 18 Carbonylverbindungen III – Reaktionen am a-Kohlenstoffatom 769

18.1 Azidität von a-Wasserstoffatomen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77118.2 Keto-Enol-Tautomerie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77418.3 Enolisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77518.4 Wie Enole und Enolationen reagieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77618.5 Halogenierung des a-Kohlenstoffatoms von Aldehyden und Ketonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77818.6 Die Hell-Volhard-Zelinsky-Reaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78018.7 a-Halogenierte Carbonylverbindungen in der Synthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78118.8 Die Verwendung von LDA zur Bildung von Enolaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78218.9 Alkylierung des a-Kohlenstoffatoms von Carbonylverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78318.10 Alkylierung und Acylierung des a-Kohlenstoffatoms über Enaminzwischenstufen 78518.11 Die Michael-Addition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78718.12 Die Aldoladdition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78918.13 Die Bildung a, b-ungesättigter Aldehyde und Ketone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79018.14 Die gemischte Aldolreaktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79218.15 Die Claisen-Kondensation zur Bildung von b-Ketoestern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79318.16 Die gemischte Claisen-Kondensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79518.17 Intramolekulare Kondensations- und Additionsreaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79718.18 Decarboxylierung von 3-Oxocarbonsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80218.19 Die Malonsäureestersynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80318.20 Die Acetessigestersynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80518.21 Syntheseplanung VII: Die Knüpfung neuer Kohlenstoff–Kohlenstoff-Bindungen 80618.22 Reaktionen am a-Kohlenstoffatom in biologischen Systemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 808Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 812Zusammenfassung der Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 813Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 816

Teil VII Weiteres zu den Themen Redoxreaktionen und Amine 817

Kapitel 19 Weiteres zu Redoxreaktionen 819

19.1 Reduktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82319.2 Oxidation von Alkoholen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828CHEMIE UND LEBEN Alkoholismusbehandlung mit Disulfiram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 830CHEMIE UND LEBEN Das fötale Alkoholsyndrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83019.3 Oxidation von Aldehyden und Ketonen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83019.4 Syntheseplanung VIII: Kontrolle des stereochemischen Verlaufs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83219.5 Alkenhydroxylierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83419.6 Oxidative 1,2-Diolspaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83519.7 Oxidative Alkenspaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83619.8 Oxidative Alkinspaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84019.9 Syntheseplanung IX: Die Umwandlung funktioneller Gruppen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 841Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 842Zusammenfassung der Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 843Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 845

Inhaltsverzeichnis

XVII

Kapitel 20 Weiteres zu den Aminen • Hetero zyklische Verbindungen 847

20.1 Weiteres zur Nomenklatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84920.2 Mehr über die Säure/Base-Eigenschaften von Aminen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85020.3 Amine reagieren als Basen und als Nucleophile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85020.4 Reaktionen quartärer Ammoniumhydroxidderivate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 852CHEMIE UND LEBEN Eine nützliche, übelschmeckende Verbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85420.5 Phasentransferkatalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85520.6 Oxidation von Aminen: Die Cope-Eliminierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85620.7 Synthese von Aminen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85820.8 Aromatische fünfgliedrige Heterozyklen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85920.9 Aromatische sechsgliedrige Heterozyklen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86420.10 Biologisch bedeutsame Heterozyklen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 869CHEMIE UND LEBEN Porphyrin, Bilurubin und Gelbsucht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 871Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 872Zusammenfassung der Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 873Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 875

Teil VIII Bioorganische Verbindungen 877

Kapitel 21 Kohlenhydrate 881

21.1 Klassifizierung der Kohlenhydrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88421.2 Die D-/L-Nomenklatur der Kohlenhydrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88421.3 Die Konfigurationen der Aldosen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88621.4 Die Konfigurationen der Ketosen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88721.5 Reaktionen der Monosaccharide in basischen Lösungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88821.6 Redoxreaktionen der Monosaccharide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 889CHEMIE UND LEBEN Zuckerfreies Kaugummi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89021.7 Osazonbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 891CHEMIE UND LEBEN Blutzuckermessung bei Diabetikern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89221.8 Kettenverlängerung: Die Kiliani/Fischer-Synthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89321.9 Kettenverkürzung: Der Wohl-Abbau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89321.10 Die Stereochemie der Glucose: Der Konfigurationsbeweis von Fischer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89421.11 Halbacetalbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89621.12 Die Stabilität der Glucose . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89921.13 Glycosidbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90121.14 Der anomere Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90321.15 Reduzierende und nichtreduzierende Zucker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90421.16 Disaccharide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 904CHEMIE UND LEBEN Lactoseintoleranz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 907CHEMIE UND LEBEN Galaktosämie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90721.17 Polysaccharide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 908CHEMIE UND LEBEN Warum der Zahnarzt Recht hat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 908CHEMIE UND LEBEN Flohbekämpfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91121.18 Einige von Kohlenhydraten abgeleitete Naturstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 911CHEMIE UND LEBEN Heparin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 911CHEMIE UND LEBEN Vitamin C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91321.19 Kohlenhydrate an Zelloberflächen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 913

Inhaltsverzeichnis

XVIII

21.20 Synthetische Süßstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 915CHEMIE UND LEBEN Der ADI-Wert (acceptable daily intake) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 917Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 918Zusammenfassung der Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 919Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 920

Kapitel 22 Aminosäuren, Peptide und Proteine 921

22.1 Klassifizierung und Nomenklatur der Aminosäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 923CHEMIE UND LEBEN Proteine und Ernährung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92722.2 Konfiguration der Aminosäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 928CHEMIE UND LEBEN Aminosäuren und Krankheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92922.3 Säure/Base-Eigenschaften der Aminosäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93022.4 Der isoelektrische Punkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93122.5 Trennung von Aminosäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93222.6 Aminosäuresynthesen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93722.7 Racematspaltung von Aminosäuregemischen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93922.8 Peptidbindungen und Disulfidbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 940CHEMIE UND LEBEN Haare: Glatt oder gelockt? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94122.9 Einige interessante Peptide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94322.10 Strategie der Peptidsynthese: N-Schutz und C-Aktivierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94522.11 Automatisierte Peptidsynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94822.12 Proteinstruktur – Eine Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 951CHEMIE UND LEBEN Primärstruktur und Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95122.13 Ermittlung der Primärstruktur eines Proteins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95122.14 Sekundärstruktur von Proteinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95822.15 Tertiärstruktur von Proteinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96122.16 Quartärstruktur von Proteinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96322.17 Proteindenaturierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 963Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 965Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 966

Kapitel 23 Katalyse 967

22.1 Katalyse in der Organischen Chemie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97022.2 Saure Katalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97122.3 Basenkatalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97422.4 Nucleophile Katalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97622.5 Katalyse durch Metallionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97722.6 Intramolekulare Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97922.7 Intramolekulare Katalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98222.8 Katalyse biochemischer Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98522.9 Enzymkatalysierte Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 987Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1000Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1001

Kapitel 24 Reaktionsmechanismen der Coenzyme 1003

CHEMIE UND LEBEN Vitamin B1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1006CHEMIE UND LEBEN „Vitamie” – Amine, die lebenswichtig sind . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1006

Inhaltsverzeichnis

XIX

24.1 Einführung in den Stoffwechsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100724.2 Ein für viele Redoxreaktionen benötigtes Vitamin: Vitamin B3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1007CHEMIE UND LEBEN Niacinmangel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100924.3 Flavinadenindinucleotid und Flavinmononucleotid: Vitamin B2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101424.4 Thiaminpyrophosphat: Vitamin B1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101824.5 Biotin: Vitamin H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102324.6 Pyridoxalphosphat: Vitamin B6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1025CHEMIE UND LEBEN Abschätzung der Gewebeschädigung nach einem Herzinfarkt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102724.7 Coenzym B12: Vitamin B12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103224.8 Tetrahydrofolat: Folsäure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103424.9 Vitamin KH2: Vitamin K . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1039CHEMIE UND LEBEN Zu viel Broccoli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1042Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1043Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1044

Kapitel 25 Stoffwechselchemie 1045

CHEMIE UND LEBEN Unterschiede im Stoffwechsel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104625.1 Die vier Stufen des Katabolismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104725.2 ATP: Der Überträger der chemischen Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104825.3 Reaktionsmechanismen für Phosphoryl gruppenübertragungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105125.4 Der „energiereiche Charakter“ der Phospho anhydridbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105425.5 Warum ATP in lebenden Zellen kinetisch stabil ist . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105625.6 Der katabole Stoffwechsel der Fette: b-Oxidation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105625.7 Der katabole Stoffwechsel der Kohlenhydrate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105925.8 Die verschiedenen Schicksale des Pyruvats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106225.9 Der katabole Stoffwechsel der Proteine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1063CHEMIE UND LEBEN Phenylketonurie: Ein angeborener Stoffwechseldefekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1065CHEMIE UND LEBEN Alkaptonurie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106525.10 Der Zitronensäurezyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106525.11 Die oxidative Phosphorylierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106825.12 Anabolismus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1069CHEMIE UND LEBEN Der Grundumsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1069Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1070Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1071

Kapitel 26 Lipide 1073

26.1 Fettsäuren: Langkettige Carbonsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1075CHEMIE UND LEBEN Omegafettsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107626.2 Wachse: Hochmolekulare Ester . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107726.3 Fette und Öle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1077CHEMIE UND LEBEN Olestra: Fettfreies „Fett“ mit Geschmack . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1080CHEMIE UND LEBEN Wale und Echoortung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108026.4 Phospholipide und Sphingolipide: Bestandteile biologischer Membranen . . . . . . . . . . . . . . 1081CHEMIE UND LEBEN Schlangengift . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1083CHEMIE UND LEBEN Ist Schokolade gesund? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1083CHEMIE UND LEBEN Multiple Sklerose und die Myelinscheiden von Nervenzellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108426.5 Prostaglandine: Die Regulation physiologischer Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1085

Inhaltsverzeichnis

XX

26.6 Terpene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108826.7 Vitamin A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109026.8 Die Biosynthese der Terpene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109126.9 Steroide als chemische Botenstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1097CHEMIE UND LEBEN Cholesterin und Herzkrankheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1100CHEMIE UND LEBEN Die medizinische Behandlung erhöhter Cholesterinwerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110026.10 Die Biosynthese des Cholesterins . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110126.11 Synthetische Steroide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1102Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1103Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1104

Kapitel 27 Nucleoside, Nucleotide und Nucleinsäuren 1105

27.1 Nucleoside und Nucleotide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110727.2 Wichtige Nucleotide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111127.3 Nucleinsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111127.4 DNA ist stabil, RNA kann leicht gespalten werden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111627.5 Replikation: Die Biosynthese der DNA in lebenden Zellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111727.6 Transkription: Die Biosynthese der RNA in lebenden Zellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111827.7 Drei Arten von Ribonucleinsäuren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112027.8 Translation: Die Biosynthese der Proteine in lebenden Zellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1123CHEMIE UND LEBEN Antibiotika, die die Translation hemmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1127CHEMIE UND LEBEN Sichelzellenanämie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112727.9 Warum die DNA Thymin anstelle von Uracil enthält . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112827.10 Wie die Basensequenz eines DNA-Moleküls bestimmt wird . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112927.11 Die Polymerasekettenreaktion (PCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113227.12 Gentechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1133CHEMIE UND LEBEN Herbizidresistenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113427.13 Die Laborsynthese von DNA-Strängen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1134Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1140Schlüsselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1141

Index 1143

Bildnachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1165

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TEIL IX Spezielle Themen der Organischen Chemie 1

Kapitel 28 Synthetische Polymere 3

28.1 Zwei Klassen synthetischer Polymere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 628.2 Kettenwachstumspolymere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 828.3 Stereochemie der Polymerisation • Natta-Ziegler-Katalysatoren.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2028.4 Die Polymerisation von Dienen • Gummiherstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2128.5 Copolymere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2428.6 Stufenwachstumspolymere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2528.7 Physikalische Eigenschaften von Polymeren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Schlü sselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Übungen.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

Kapitel 29 Perizyklische Reaktionen 41

29.1 Die drei Arten perizyklischer Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4329.2 Molekü lorbitale und Orbitalsymmetrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4629.3 Elektrozyklische Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5129.4 Cycloadditionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58CHEMIE UND LEBEN Kaltes Licht – chemische Luminzeszenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6229.5 Sigmatrope Umlagerungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6329.6 Perizyklische Reaktionen in biologischen Systemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69CHEMIE UND LEBEN Das Sonnenlicht-Vitamin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7229.7 Zusammenfassung der Auswahlregeln fü r perizyklische Reaktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73Schlü sselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73Übungen.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Kapitel 30 Organische Wirkstoffchemie – Entdeckung und Entwicklung 77

30.1 Die Benennung von Wirkstoffen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8330.2 Leitverbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8430.3 Molekulare Modifizierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8530.4 Zufallsdurchmusterungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8930.5 Glü ckliche Zufälle bei der Medikamentenentwicklung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9130.6 Rezeptoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9330.7 Enzymhemmstoffe als Medikamentenwirkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9930.8 Entwurf eines Selbstmordsubstrates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10230.9 Quantitative Struktur-/Aktivitäts-Beziehung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10430.10 Molekulare Modellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10630.11 Kombinatorische organische Synthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10730.12 Antivirale Wirkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10930.13 Pharmazeutische Ökonomie • Gesetzliche Regelungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112

Inhaltsverzeichnis

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Schlü sselbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113Übungen.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

AnhangA Physikalische Eigenschaften organischer VerbindungenB pKS-WerteC Die Ableitung von GeschwindigkeitsgesetzenD Zusammenfassung von Methoden zur Synthese definierter funktioneller GruppenE Kurze Übersicht der Methoden zur Synthese von C — C-BindungenF Tabellen zur SpektroskopieG Lösungen zu ausgewählten ÜbungsaufgabenH GlossarI Weiterfü hrende Literatur

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