Lösungen Übungsklausur vom 17.01.2012 __________________________________________________

Lösungen

Übungsklausur vom 17.01.2012

__________________________________________________

Teil 1

Aufgaben zum Stoff der Vorlesung OC1a (Grundvorlesung Organische Chemie) Maximale Punktezahl: 20

Aufgabe 1.1 (5 Punkte)

Zeichnen Sie die Strukturformeln der folgenden Verbindungen (jeweils 1 Punkt pro Teilaufgabe).

a) Toluol b) Essigsäureethylester

c) Phenol d) Ethylenglycol

e) Acetylen

Aufgabe 1.2 (6 Punkte):

Benennen Sie die folgenden Verbindungen systematisch nach IUPAC (jeweils 2 Punkte pro Teilaufgabe).

a) b) c)

Cl O COOH NO₂

NO₂ OH

1-Chlorcyclohex-1-en 2-Ethyl-4-oxo-heptansäure 2,4-Dinitrophenol

Kreuzen Sie für jedes Paar der folgenden Moleküle an, welche Aussage zutrifft (jeweils 1 Punkt pro Teilaufgabe)

a) b) c)

d) e) f)

COOH

HOOC

COOH

COOH

OH HO

OH

O HO

OH O OH

Enantiomere Diastereomere Konstitutionsisomere Mesomere

Konformere

identische Verbindungen

Enantiomere Diastereomere Konstitutionsisomere Mesomere

Konformere

identische Verbindungen

Enantiomere Diastereomere Konstitutionsisomere Mesomere

Konformere

identische Verbindungen Ph₃P CH₂ Ph₃P=CH₂

X X

X

Aufgabe 1.4 (3 Punkte)

Bestimmen Sie die Konfiguration der folgenden Verbindungen nach Cahn-Ingold-Prelog (jeweils 1 Punkt pro Teilaufgabe).

a) b) c)

(R)-1-(1,3,3-trimethyl- (S)-2-amino-3-mercapto- (S)-3-(brommethyl)- cyclopentyl)propan-2-on propansäure 3-(chlormethyl)hexan

D-Cystein

Aufgaben zum Stoff der Vorlesung OC1b1 (Organische Reaktionsmechanismen) Maximale Punktezahl: 16

Aufgabe 2.1 (8 Punkte):

a) Die radikalisch initiierte Reaktion von Br2 mit n-Butan ergibt 1- und 2-Brombutan im Verhältnis 2 : 98. Berechnen Sie die relativen Reaktivitäten der unterschiedlichen C,H- Bindungen. Mit Cl2 entstehen die entsprechenden Produkte im Verhältnis 28 : 72. Warum ist Cl2 weniger reaktiv?

H3C-CH2-CH2-CH3 + Br2 CH3: 2%/6H = 0.33 CH2: 98%/4H = 24.5 CH3/CH2 = 1:74.2

H₃C-CH₂-CH₂-CH₃ + Cl₂ CH₃: 28%/6H = 4.64 CH₂: 72%/4H = 18 CH3/CH2 = 1:3.9

Selektivität: Chlorierung ist exotherm / früher ÜZ / Aktivierungsenergien ähnlich Bromierung is endotherm / später ÜZ / Aktivierunsenergien verschieden

b) In einer Lösung von 1-Brombutan und Kaliumiodid in Methanol nimmt die I^–-Kon-

zentration zunächst kontinuierlich ab bis alles I^– verbraucht ist und steigt dann wieder auf den Anfangswert an. Was läuft in dieser Mischung ab und welches Produkt ist schlussendlich entstanden? (4 Punkte)

k1 > k2 da Iodid ein besseres Nucleophil als MeOH ist. Iodid reagiert schneller als MeOH.

Wenn alles Iodid verbraucht ist, kann MeOH reagieren da Iodid auch gutes Nucleofug ist.

a) Das vicinale Diol 1 ergibt unter Säurekatalyse das Spiroketon 2. Formulieren Sie den Mechanismus. Die Reduktion von 2 führt zu einem Alkohol, dessen H⁺-katalytisierte Dehydratisierung nicht das Spiroalken 3, sondern das strukturisomere Alken 4 ergibt. Aus welchem Grund erfolgt die Umlagerung? (4 Punkte)

OHOH

O

1 2 3 4

OH OH

O

1 2

3

4

H OH₂OH OH

-H

NaBH₄ OH H H OH₂

H H

H

Abbau von Ringspannung

Pinakol-Umlagerung

H -H

- H₂O

b) Was entsteht bei der Umsetzung von Cyclohexanon mit Natriumazid und Schwefelsäure (Mechanismus)? (4 Punkte)

Aufgaben zum Stoff der Vorlesung OC1b2 (Funktionelle Gruppen) Maximale Punktezahl: 16

Aufgabe 3.1 (8 Punkte):

Schlagen Sie Reaktionen vor, mit denen man Benzaldehyd in einer Synthesestufe in die jeweiligen Produkte umwandeln könnte. Geben Sie die entsprechenden Reagenzien und wichtige Zwischenstufen an (jeweils 1 Punkt pro Teilaufgabe a-h).

OCH₃ OCH₃

NBn H

NH₂ CN

OH

OCH₃

OH

O O (3 Zw.-St.)

NH₂ (3 Zw.-St.)

(2 Zw.-St.)

(1 Zw.-St.)

(2 Zw.-St.)

(1 Zw.-St.)

(3 Zw.-St.)

(3 Zw.-St.) a)

b)

c)

d)

e)

f)

g)

h)

MeOH CHO (H⁺)

ZS: Ph OH OMe

Ph

OMe Ph

O OMe H Me - H₂O

BnNH₂ CHO (H⁺) - H₂O

ZS: Ph OH NHBn

Ph

NHBn Ph

NHBn H O H

NH₃ CHO HCN - H₂O

ZS: Ph OH NH₂

Ph NH

CHO

OCH₃ MgBr

+ ZS R

Mg O Mg

Ph Br

R Br NH₃ CHO

NaBH₄

ZS: Ph OH NH₂

Ph NH

CHO MeCH=PPh₃

- Ph₃P=O

ZS: O PPh₃ Ph CH₃

(KCN) CHO

ZS: Ph O

Ph CN

Ph O CN CN

OH H

O H

Ph

Ph-CHO

O

NaOH

ZS: Ph O

Ph O

Ph O

Ph NH₂

OMgBr

OCH₃

Ph Ph

O OH

H OH^– bzw.

Ph NH₂ bzw.

Ph OMe

Welche Produkte werden bei den nachstehenden Umsetzungen gebildet? Geben Sie jeweils wichtige Zwischenstufen bzw. Produkte (siehe ZS bei den Teilaufgaben) mit an. Im Falle einer Namensreaktion ist der Name ebenfalls anzugeben (jeweils 2 Punkte pro Teilaufg. a-d).

O O

+ OEt

(langsame Addition) ZS=4

1. NaOEt, EtOH 2. HCl

a)

O

1. Pyrrolidin, H⁺ 2. Acrolein 3. H₃O⁺

b)

ZS=mind. 4

O

OH^–

Br₂(Überschuss)

c)

ZS=mind. 4

EtO₂C CO₂Et

1. NaOEt, EtOH Br 2. HCl,T

d)

ZS=mind. 4

O O O

EtO Ar

O O

Ar

O O

HO

Ar

O OH Ar Na

N N N N

CHO N

CHO O

CHO

CO₂H

EtO₂C CO₂Et

EtO₂C

EtO₂C CO₂Et O

OEt

O O

+ HCBr₃

Br₂+ OH Br + BrO + H O

Br

O Br Br

O Br BrBr

OH Br BrBr O

N

CHO

HO

O H O

O HO

OH

+ CO₂

Aufgaben zum Stoff der Vorlesung BC1 (Biochemie und Naturstoffe) Maximale Punktezahl: 16

Aufgabe 4.1 (10 Punkte)

a) Geben Sie die Namen der folgenden 5 Naturstoffe an (jeweils 1 Punkt pro Naturstoff).

H OH

b) zu welchen Naturstoffklassen gehören die folgenden 5 Verbindungen? (jeweils 1 Punkt pro Verbindung).

OH

Alkaloide (Cocain) Peptide (Tripeptid Ala-Leu-Ser Terpen (Menthol)

Neurotransmitter (Dopamin) Fettsäure (Arachidonsäure)

H

N COOH

H

N COOH COOH H

L-Asparaginsäure L-Serin

Vervollständigen Sie die folgenden biochemischen Reaktionen (jeweils 1 Punkt pro Teilaufgabe)

Aufgabe 4.3 (3 Punkte)

Erklären Sie kurz (mit Stichworten) die folgenden Begriffe a) K_M-Wert

Substratkonzentration bei Halbsättigung des Enzyms

b) katalytische Triade

Asparaginsäure, Serin, Histidin in hydrolytischen Enzymen

c) essentielle Aminosäure

Aminosäuren, die der menschliche Organismus nicht aufbauen kann

Aufgaben zum Stoff der Vorlesung AN2a (Instrumentelle Analytik) Maximale Punktezahl: 12

Aufgabe 5.1 (7 Punkte):

Ein Ethoxybenzaldehyd zeigt das folgende ¹H-NMR-Spektrum.

a) Um welches Isomer, o-, m- oder p-Ethoxybenzaldehyd, handelt es sich (zeichnen Sie die Formel)? (1 Punkt)

1.00 01

4.1 241

2.1 242

3.13 40

Inte gra l 9.8

3 7.7 9

7.7 7

6.9 5

6.9 3

4.1 0

4.0 8

4.0 6

4.0 5

1.4 2

1.4 1

1.3 9

(ppm)

1.02.03.04.05.06.07.08.09.010.0

3118 .49

3109 .97

2783 .25

2774 .72

(ppm)

7.08.0

1642 .4 3

1635 .70

1628 .52

162 1.7 8

(ppm)

4.04.1

571 .17

564 .4 4

557 .2 6

(ppm)

1.5

Signal 1 Signal 2 Signal 3

Signal 2 und 3 vergrößert Signal 4

Signal 5

Signal 4 vergrößert Signal 5 vergrößert

O CHO

9.83s

7.78d 6.94d

4.07q

1.41t

b) Interpretieren Sie das H-NMR-Spektrum und geben Sie für jedes der 5 Signale die chemische Verschiebung, Multiplizität der Signale, Größe der Kopplungskonstanten und Integrationsverhältnis an (z.B. Signal 1: 2.54 ppm, d, 7.5 Hz, 1 H). (4 Punkte).

Signal 1: 9.83 ppm, s, 0.0 Hz, 1 H CHO Signal 2: 7.78 ppm, d, 8.5 Hz, 2 H ortho-CH Signal 3: 6.94 ppm, d, 8.5 Hz, 2 H meta-CH Signal 4: 4.07 ppm, q, 6.7 Hz, 2 H O-CH2

Signal 5: 1.41 ppm, t, 6.7 Hz, 3 H CH₃

c) Ordnen Sie die Signale dem Molekül zu (tragen Sie die chemischen Verschiebungen im Molekül oben ein) (1 Punkt).

Aufgabe 5.2 (5 Punkte):

Das Alarmpheromon der Honigbiene ist ein einfaches Keton (M^+·, 114), dessen Massen- spektrum abgebildet ist. Interpretieren Sie das EI-Spektrum (m/z 71, 58, 43) und machen Sie einen Strukturvorschlag.