Übungsklausur 2008 AC OC II, Prof. R. Peters 30.05.08 1. Ergänzen Sie das folgende Schema durch Angabe der fehlenden Produkte oder Reagenzien! Bitte achten Sie auf die korrekte Darstellung der Konstitution und Konfiguration der Verbindungen!
Ph
N
OH O
O
Cl Cl Cl
Cl
O Br Br
OH HO
OH (rac)
(rac)
HNO3,H2SO4
1. CH3SO2Cl, Pyridin 2. LiCl, DMF
OH Cl Cl
Cl
1 Äquiv. Benzylamin, 1 Äquiv. Triethylamin Acetonitril
1. BH3.THF 2. NaOH, H2O2
1. mCPBA 2. NaOH, DMSO
N
NO2
Cl O
O
NaOH
O Br
HN Bn
"Anti-Markownikow"-Alkohol: Zuerst
hydroborieren, z.B. mit 9-BBN oder BH3.THF, dann oxidieren mit basischen
Wasserstoffperoxid.
Trans-Diol: zuerst epoxidieren, dann das Epoxid unter SN2-Bedingungen basisch öffnen.
Nitriersäure protoniert die Aminogruppe dieses Anilins, womit sie meta-dirigierend wirkt.
Methansulfonylchlorid "mesyliert" die OH- Gruppe und macht daraus die gute
Abgangsgruppe OMs. Chlorid führt dann eine nucleophile Substitution durch. Eine SN2'- Reaktion, d.h. Angriff von Chlorid am anderen Ende des Allylsystems, wäre denkbar, tritt hier aber nicht auf.
Nucleophile Aromatische Substitution mit NaOH bei hoher Temperatur führt, wenn nicht gerade wie in Seveso etwas schiefgeht, zum
Trichlorphenolat, das dann mit Säure zum freien Phenol neutralisiert wird.
Nur eines der beiden Bromide kann in einer SN2-Reaktion leicht substituiert werden, nämlich dasjenige rechts im Molekül. Das andere ist in einer Neopentylstellung, womit das Nucleophil praktisch nicht angreifen kann.
O OEt
OH H
HO
Ph OEt
O O
N
OH
O OEt
Br
H SBn
(enantiomerenrein)
O Cl3C
O
Ph OEt
O O
N
O OH
N3
1. NaH
2. Allylbromid 1. mCPBA
2. NaN3,DMF
Radikalische Addition ("Anti-
Markownikow") von HBr. Die Alternative, zuest zu hydroborieren, dann mit NaOH und Br2zu spalten, ist kritisch wegen Reaktion des Borans mit dem Ester sowie möglicher Hydrolyse des Esters.
Überführen von OH in eine gute Abgangsgruppe, dann SN2-Reaktion.
Acylierung des Alkohols mit Trichloressigsäurechlorid/anhydrid.
Mit einer Base wie NaOEt kann die Position zwischen den zwei C=O-Gruppen leicht deprotoniert werden. Das gebildete Carbanion greift dann nucleophil an Benzylbromid an.
Das Gleiche wie oben, nur dass man bei einer einzelnen Cyanogruppe eine stärkere Base, wie z.B. LDA, braucht.
NaH deprotoniert den Alkohol, der dann mit Allylbromid alkyliert wird. Die Doppelbindung der Allylgruppe wird mit einer Persäure epoxidiert und das Epoxid mit Natriumazid geöffnet.
HBr, AIBN,∆
1. TsCl, py 2. NaSBn, DMF
CCl3COCl, NEt3,DCM
1. NaOEt oder K2CO3,2. BnBr
1. LDA 2. Allylbromid
O
2. Säure-Base Reaktionen
Geben Sie an, ob die folgenden Basen stark genug sind, um die jeweiligen Säuren grösstenteils (>90%, d.h. ∆pKA >1) zu deprotonieren, wenn man sie im Molverhältnis 1:1 mischt! Antworten Sie bitte mit „Ja“ oder „Nein“!
Etwaige Verschiebungen des Gleichgewichts durch Weiterreaktion eines Produktes sollen nicht berücksichtigt werden.
NaO2CCH3 + CH3CH2OH: Nein, Acetat (pKA ~4.75) ist nicht stark genug basisch für Ethanol (~16).
LiN(iPr)2 + CH3CH2OH: Ja, Lithiumdiisopropylamid (LDA, ~35) ist eindeutig basisch genug für die Deprotonierung von Ethanol.
NaOH + t-BuOH: Nein, Hydroxid (15.6) ist zu schwach basisch für die Deprotonierung von t-Butanol (ca. 18).
MeLi + C2H2: Ja, Methyl-Lithium (ca. 50) ist eindeutig basisch genug für die Deprotonierung von Acetylen (~25).
NaOH + Phenol: Ja, Hydroxid ist basisch genug für die Deprotonierung von Phenol (~10).
NH3 + CH3CO2H: Ja, Ammoniak (~9) reagiert mit Essigsäure.
3. Kreuzen Sie an, welche der gezeigten Reagenzien hauptsächlich zum jeweils aufgeführten Produkt führen! Es kann mehr als eine Antwort korrekt sein.
OH CO2H
O O
CO2H O
O
I
o A: 1. KMnO4,2. Ac2O o B: 1. KMnO4,2. CO2 o C: 1. AcOH, 2. KMnO4
X D: 1. Na2CO3,CO2,2. Ac2O, Base
o E: Ac2O, AlCl3 o F: keine
o A: HI, NaHCO3 X B: I2,NaHCO3
o C: mCPBA, dann NaOH o D: 1. TsCl, Pyridin, 2. NaI o E: keine
Br
HN O
N O
o A: HBr
o B: H2SO4,NaBr X C: HBr, AIBN,∆ o D: NaBr
X E: 1. BH3.THF, 2. NaOH, Br2 o F: keine
X A: MeI, K2CO3 o B: MeI, Ag2CO3 o C: Me3OBF4 o D: MeOH, KOH o E: keine
4. Entsteht in den folgenden Reaktionen das gezeigte Produkt als Hauptprodukt?
Antworten Sie bitte mit „Ja“ oder „Nein“!
Erklären Sie danach, z.B. durch Angabe eines Intermediats und/oder in Worten, wie und warum es hauptsächlich entsteht oder warum nicht! Geben Sie, falls Sie eine andere Verbindung erwarten, diese an!
Gehen Sie bitte, wo nötig, kurz auf die Regio- und Stereoselektivität ein!
a)
OH
NO2
OH
NO2 Br
K2CO3,DMF
O
NO2 Nein.
Es findet keine Friedel-Crafts-Alkylierung statt, sondern eine Williamson'sche Ethersynthese (Alkylierung des Phenolates am Sauerstoff). Für Friedel-Crafts benötigte man eine Lewis-Säure.
5. Ciprofloxazin 1 ist ein von Bayer entwickeltes Breitbandantibiotikum, das seit 1983 unter dem Namen Cibrobay verkauft wird. Es hemmt bakterielle DNA-
Topoisomerasen und führt so zur Zerstörung der DNA bei der Teilung des Bakteriums.
Die von Bayer patentierte Synthese beginnt mit der trisubstituierten Benzoesäure 3, die in 6 Stufen zu Verbindung 2 umgesetzt wird. Im letzten Schritt entsteht daraus Ciprofloxazin 1.
Geben Sie eine möglichst kurze Synthese von 3 an, wobei Sie entweder von Benzoesäure-Ethylester oder von m-Toluidin (3-Methyl-Anilin) ausgehen können.
N HN
F
O
CO2H
NH
Cl F
O
CO2H
NH
O OH Cl Cl
F
1 2 3
Variante 1:
H2N AcHN
Cl Cl
1. Ac2O, Base
2. Cl2,Fe F
Cl Cl
1. HCl aq.,∆ 2. NaNO2,HBF4 3.∆
O OH Cl Cl
F KMnO4
Variante 2:
CO2Et AcHN CO2Et
1. HNO3,H2SO4 2. H2,Pd/C
3. Ac2O, Base AcHN CO2Et
Cl Cl
Cl2,Fe
1. HCl aq,∆ 2. NaNO2,HBF4 3.∆
O OH Cl Cl
F
6. Racemisierung von α-Cyano-Carbonsäurederivaten
α-Cyano-Carbonsäureester racemisieren unter basischen Bedingungen normalerweise relativ rasch.
Erklären Sie in Worten und durch Angabe eines möglichen Intermediates der unten gezeigten Verbindung, warum sie so leicht racemisieren!
O OMe N
Me
O OMe N
Me
O OMe N
Me 1:1
Base O-
OMe
N O
OMe
-N
Die beiden elektronenziehenden Gruppen (Ester, Nitril) stabilisieren eine negative Ladung sehr gut über induktive wie auch mesomere Effekte. Damit ist die Verbindung vergleichsweise sauer, d.h. sie lässt sich leicht deprotonieren, wobei ein Enolat
entsteht, in dem das Stereozentrum nicht mehr existiert (sp2-hybridisiertes C-Atom = planar). Wird das Enolat anschliessend wieder protoniert, so kann dies von beiden Seiten geschehen.
Ordnen Sie die folgenden Derivate nach ihrer Racemisierungstendenz! 1 ist diejenige Verbindung, die am schnellsten racemisiert, 5 diejenige, die am langsamsten ist.
Begründen Sie bitte!
O OMe N
F
O OMe N
D
O OMe N
Et
O
OCH2CF3 N
F
O
OCH2CF3 N
Me F
A B C D E
1: E: Sowohl der Fluor-Substituent als auch Trifluoroethyl im Ester sind stark elektronenziehend.
2: A: Ein Methyl- statt Trifluoroethylester ist nicht ganz so stark elektronenziehend.
3: B: Wasserstoff und Deuterium sind weder Donoren noch Akzeptoren.
4: C: Die Ethylgruppe ist ein Donor, schiebt Elektronen, destabilisiert somit das Carbanion.
5: D: Praktisch keine Racemisierung möglich, weil sich kein H-Atom in geeigneter Position (α-Position zum Ester/Nitril) befindet.
7. Ordnen Sie die folgenden Verbindungen nach ihrer Azidität. 1 ist diejenige Verbindung, die am stärksten azide ist, 5 diejenige, die am wenigsten azide ist.
Begründen Sie bitte!
A B C D E
CO2H CO2H
H OH
1: A: Die Carbonsäure hat einen elektronenziehendem sp2-hybrisiererten Substituenten.
2: B: Eine Carbonsäure mit sp3-hybridisiertem Substituenten. Dieser ist im Gegensatz zu sp2 weniger elektronegativ.
3: E: Ein Alkohol ist viel weniger sauer als eine Carbonsäure, da
Resonanzstabilisierung der negativen Ladung in der konjugierten Base fehlt.
4: C: Ein Alkin ist viel weniger sauer als ein Alkohol, weil Kohlenstoff weniger elektronegativ als Sauerstoff ist und damit negative Ladung schlechter stabilisieren kann.
5: D: Ein Alkan ist sehr viel weniger sauer als ein Alkin, weil im Alkin die sp- hybridisierten C-Atome (hoher s-Anteil!) die negative Ladung immer noch besser stabilisieren können als im Alkan.
(Bemerkung: ungefähre pKA-Werte: Carbonsäure ca. 5, Alkohol ca. 16, Alkin ca. 25, Alkan ca. 50)
(Anmerkung: die Begründungen waren nicht verlangt und stehen hier nur zur weiteren Erklärung).
8. Radikalische Polymerisation
Nachfolgend ist jeweils ein Ausschnitt aus einem Polymer gezeigt, welches durch radikalische Polymerisation von Monomeren mit C=C-Doppelbindungen hergestellt wurde.
Zeichnen Sie die dazugehörigen Monomeren! Eines der Polymere wurde durch Co- Polymerisation von mehreren unterschiedlichen Monomeren hergestellt.
Ph Ph Ph Ph Ph Ph
R
CN CN CN CN CN CN
Ph CN Ph CN Ph CN
MeO2C MeO2C
CO2Me MeO2C
CO2Me MeO2C
Ph Ph Ph Ph Ph Ph
R
Ph Poly styr ol ( PS) aus Sty r ol
Poly (styr ol-acr y lnitr il) Copolymer aus Styr ol und Acry lnitril
Ph CN
Poly acr ylnitr il (PA) aus Acr ylnitr il CN
MeO2C
Poly-Methyl-Methacrylat (PMMA, Plexiglas) aus Methacrylsäure Methylester
Der Aufbau der gezeigten Polymerketten begann jeweils rechts mit dem Angriff eines Radikals R. an das weniger substituierte Ende des Olefins. Damit entsteht das höher substituierte (=stabilere) Radikal, das dann an der nächsten Monomereinheit angreift.
