1. Klausur zur Vorlesung „Einführung in die organische Chemie“

1. Klausur zur Vorlesung

„Einführung in die organische Chemie“

WS 03/04 11.12.2003

Vorname (bitte deutlich schreiben):

Nachname (bitte deutlich schreiben):

Matrikelnummer:

Studiengang:

o Chemie (Diplom) o Chemie (Lehramt) o BMC

o sonstiges: _____________

Semester:

Aufgabe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 gesamt

Erreichbare

Punkte 18 10 14 7 12 10 10 6 3 10 100

Erreichte Punkte

Die Antwort zu jeder Aufgabe bitte auf das jeweilige Blatt schreiben! Sie können auch die Rückseite mitbenutzen! Lösungen auf selbst mitgebrachten Blättern werden nicht akzeptiert. Schreiben Sie auf jedes Blatt Ihren Namen!

Erlaubte Hilfsmittel: Taschenrechner, Stift

Viel Glück!

Vor- und Nachname:

Musterlösung

Aufgabe 1 (18 Punkte)

Die Elementaranalyse einer organischen Verbindung liefert folgende Ergebnisse:

C: 26,40 % H: 3,88 % I: 69,72 %

a) Bestimmen Sie die Verhältnisformel.

b) Bestimmen Sie die Summenformel bei einer molaren Masse von 182,00 g/mol.

c) Formulieren Sie alle stabilen Strukturisomere !

d) Die Verbindung besitzt keine Methylgruppe. Bei der Reaktion mit Br2

beobachtet man eine Entfärbung der Lösung, und bei der Zugabe einer Base lässt sich HI abspalten. Um welches Isomer handelt es sich tatsächlich?

Hinweis: Die Molmasse von Iod beträgt M = 127g/mol.

Lösung Aufgabe 1:

1) Elementaranalyse:

a) Verhältnisformel:

Annahme: Die Probe habe eine Masse von 100g.

Daraus folgt für die drei Bestandteile:

C (26,4%) : m = 26,4 g H (3,88%) : m = 3,88 g I (69,72%) : m = 69,72 g Mit m/M = n

und M(C) = 12 g/mol, M(H) = 1 g/mol und M(I) = 127 g/mol erhält man daraus n(C) = 26,4 g : 12 g/mol = 2,2 mol

n(H) = 3,88 g : 1 g/mol = 3,88 mol n(I) = 69,72 g : 127 g/mol = 0,55 mol

und somit für die Verhältnisformel

C2,2 H3,88 I0,55 bzw. mit ganzzahligen Indices(gerundet) C4H7I.

b) Summenformel:

Da die Masse einer Formeleinheit (vgl. Verhältnisformel) M = 182 g/mol beträgt, ist die Summenformel identisch mit der Verhältnisformel: C4H7I.

Vor- und Nachname:

Musterlösung

c) Die stabilen Strukturisomere:

H

I ^{H I} H

I

H H

I

H I

H ^H

I H

H H

I ^{H H} I

H

H I

H H

H

I

H H

H

I

d) Bei diesen Kriterien handelt es sich um folgendes Isomer:

H H

H

I

Vor- und Nachname:

Musterlösung

Aufgabe 2 (10 Punkte)

a) Diskutieren Sie die Bindungsverhältnisse in Benzol.

b) Welche chemischen und physikalischen Eigenschaften besitzen Aromaten?

Nennen Sie genau 6 Merkmale!

Lösung Aufgabe 2

a) Bindungsverhältnisse von Benzol:

Die Kohlenstoffe sind sp²-hybridisiert,

somit sind sie trigonal planar von je zwei weiteren Kohlenstoffatomen und einem Wasserstoff umgeben. Deshalb ist auch das gesamte Molekül eben.

Die übrigen p-Orbitale (1 pro C-Atom, senkrecht zur C6−Εbene) bilden die π−Doppelbindungen. Hierbei handelt es sich um ein delokalisiertes π−System mit sechs Elektronen

Alle C-C-Bindungen sind gleichlang.

a) Chemische und physikalische Eigenschaften von Aromaten:

Mögliche Antworten:

-Hückel-Regeln:

ebene Moleküle

cyclische Moleküle

delokalisiertes π-System bzw. konjugierte Doppelbindungen ( 4n + 2 ) π-Elektronen (n∈ Ν₀ )

− Stabilisierung durch Resonanzenergie

- hohe thermische Stabilität

- Bindungslängenausgleich

− hohe diamagnetische Suszeptibilität (richtungsabhängig)

→ Ringstrom im Magnetfeld

- Substitutionsreaktionen bevorzugt, weil hierbei die Aromatizität erhalten bleibt

Vor- und Nachname:

Musterlösung

Aufgabe 3 (14 Punkte)

Welche Verbindungen sind Aromaten, Antiaromaten bzw. Nichtaromaten?

Begründen Sie kurz Ihre Entscheidung!

N

C⁺ S

a) b) c) d) e)

f) g)

Lösung Aufgabe 3

a) Aromat, 6 π Elektronen, eben b) Nichtaromat, nicht cyclisch konjugiert c) Aromat, 6 π Elektronen, eben d) Nichtaromat, nicht cyclisch konjugiert

e) Aromat, 10 π Elektronen, konjugiert, eben f) Antiaromat, 12 π Elektronen, eben

g) Antiaromat, 4 π Elektronen, eben, cyclisch konjugiert

Vor- und Nachname:

Musterlösung

Aufgabe 4 (7 Punkte)

Geben Sie den systematischen Namen nach IUPAC-Nomenklatur bzw. die entsprechende Strukturformel an!

OH O

Br OH

a) b) c)

d) 4-Ethylhexan-3-ol e) 3-Methylcyclohexen f) (E)-3,4-Dimethyl-3-octen g) m-Xylol

Lösung Aufgabe 4 a) 2-Brom-4-methylhexan b) Phenol

c) 3-Pentensäure

OH CH₃

CH₃ d) e) f) g)

1

2 3 4

1 2

3 1

2 3 4

Vor- und Nachname:

Musterlösung

Aufgabe 5 (12 Punkte)

Die Reaktion von (2S)-2-Brombutan mit Cyanid liefert weitgehend ein Produkt mit R- Konfiguration, während mit (3S)-3-Brom-2,2,3-trimethylpentan ein Racemat entsteht.

Erklären Sie diesen Befund anhand der Reaktionsmechanismen und zeichnen Sie die Reaktionsprofile!

Lösung Aufgabe 5 a)

H Br NC H

+

+

H Br

H Br

H Br

CN

CN CN

ÜZ

Im trigonal-bipyramidalen (oder 5-gliedrigen) Übergangszustand ist das C-Atom sp²- hybridisiert. (Es handelt sich um eine Reaktion 2. Ordnung)

RX + Y

[Y···R···X]

RY + X

Vor- und Nachname:

Musterlösung

b)

C Br

H₃ H₃C CN H₃C CN

Racemat

+

+ +

2 3

Br C⁺

CH₃ Br

CH₃

CN

CH₃ CN

Br Br

+

CN CN

Racemat

+ +

ZP

Das gebildete Zwischenprodukt (Carbeniumion) ist trigonal planar, achiral und besitzt ein sp²- hybridisiertes C-Atom. (Es handelt sich um eine Reaktion 1. Ordnung)

RX + Y

R

+X

+Y

[R···X]+Y

[R···Y]+X

RY + X

E

Vor- und Nachname:

Musterlösung

Aufgabe 6 (10 Punkte)

6.1) Welche Verbindungen sind chiral? Kurze Begründung!

O O

H

OH H

OH H

O

H O

Br H

H

Br CH₃

c) d)

a) b)

6.2) Bestimmen Sie die absolute Konfiguration der folgenden Moleküle (R,S- Nomenklatur)!

O O

H CH₃ O

Cl Br

H CH₃

OH O O

OH O H

H H

OH a) b) c)

Lösung Aufgabe 6 6.1)

a) chiral, Bild und Spiegelbild nicht deckungsgleich b) nicht chiral, meso-Verbindung, Spiegelebene im Molekül c) nicht chiral, Bild und Spiegelbild sind deckungsgleich d) chiral, Bild und Spiegelbild nicht deckungsgleich 6.2)

a) S b) R c)

(S) ^(R) OH O

O

OH HO

H H

OH

Vor- und Nachname:

Musterlösung

Aufgabe 7 (10 Punkte)

Sie sind Leiter eines voll ausgerüsteten Labors mit allen anorganischen Chemikalien und organischen Verbindungen. In Ihrer ansonsten vollständigen Sammlung fehlt Ihnen lediglich 2-Brombutan.

i) Kreuzen Sie an, was zu tun ist:

O Sie ersteigern einen Laboranten bei ebay O Sie fragen Ihren Chef

O Sie bestehen diese Klausur nicht O Sie lösen Aufgabenteil ii) richtig

O Sonstiges: _______________________________________

ii) Aus Ihrer Privatbibliothek wissen Sie, dass sich 2-Brombutan auf zwei verschiedenen Wegen aus reinen Alkylverbindungen (Alkane, Alkene, Alkine) herstellen lässt. Formulieren Sie beide Reaktionsmechanismen und geben Sie jeweils den Reaktionstyp an.

Vor- und Nachname:

Musterlösung

Lösung Aufgabe 7 ii)

1. elektrophile Addition von HBr 2. radikalische Substitution Mechanismus für SR:

Br Br Br^•

Br^• BrH

Br Br Br^•

Br^• CH₃

C^• CH₂CH₃ H

CH₃

CH CH²CH₃ Br

CH₃

C^• CH₂CH₃ H

CH₃

C^• CH₂CH₃ H

CH₃

CH₃ H

H

CH₃

CH₂CH₂CH₃

h*v 2

+ +

+ +

Abbruch :

1. Rekombination :

+

2

2.Disproportionierung :

2

+

Br

Mechanismus für AE:

+

+

Vor- und Nachname:

Musterlösung

Aufgabe 8 (6 Punkte)

Welches Rotationsisomer für die Rotation von 1,2-Dichlorethan um die C-C-Bindung ist das energetisch günstigste, welches das energetisch ungünstigste ?

Zeichnen Sie beide Konformationen in Newman- und Sägebockprojektion ! Lösung Aufgabe 8

Cl

H H

Cl

H H Cl

H H

H

Cl H

Cl

H H

Cl H H

Cl

H H

Cl

H H

Vor- und Nachname:

Musterlösung

Aufgabe 9 (3 Punkte)

Ordnen Sie die folgenden Kationen nach steigender Stabilität !

a) b) c) d)

+ + +

+

Lösung Aufgabe 9 d) < a) < c) < b)

Vor- und Nachname:

Musterlösung

Aufgabe 10 (10 Punkte)

Vervollständigen Sie die folgenden Reaktionsschemata !

CH₃

HCl

+

-

Name des Produktes : AlCl₃ CH₃Cl

Toluol

KMnO₄

- HBr + Base

H Br

OH OH

cis

O₃ O H

H

+ O

H H

Vor- und Nachname:

Musterlösung

2 Ag + H H

Base

Ag₂C₂

H

H + H₂O

Katalysator

HO

H H

H O

H

CH₃

Cl

2 ^{+ Zn}

H