Vorlesung Organische Chemie II

Vorlesung Organische Chemie II
1. Gliederung nach Reaktionstypen (nicht nach Stoffklassen)
Ausgehend von Kohlenwasserstoffen als Rohstoff sollen zunehmend funktionelle Gruppen eingeführt werden, die die
chemische Reaktivität erhöhen und somit das gesamte Spektrum der Strukturänderungen erschließen.
Problem: Gesättigte Kohlenwasserstoffe haben keine funktionellen Gruppen und sind daher inert gegenüber ionischen
Reagentien.
Lösung: nichtionische Reagentien = Radikale → Radikalreaktionen
a) Radikalreaktionen (Kap 2)
H
H
H
C
Ethan
C
H
H
H
Cl
H
H
C
H
Ethylradikal
H
Cl
H
H
Cl
Cl
H
H
C C
H
Ethylchlorid
Cl
H
H
+ Cl
Durch die radikalische Chlorierung kann ein Heteroatom (funktionelle Gruppe) eingeführt werden. Erst dieses Heteroatom erlaubt
(ionische) Reaktionen am Kohlenstoffgerüst, z.B. Substitution, Eliminierung.
b) nukleophile Substitutionen (ionisch) Kap 3
Ethylchlorid
Elektrophil
H
H
H
C
OMe
Cl
H
Nukleophil
Einführung neuer funktioneller Gruppen durch Austauschreaktion (Substitution)
C
H
H
H
H
C
C
H
H
OMe
+ Cl
Ethylmethylether (Substitutionsprodukt)

c) Eliminierungen (ionisch) Kap 4
Ethylchlorid
Elektrophil
H
H
H
C
Cl
C
H
H
OMe
Base
H
H
H
C C
MeOH + Cl
H
Ethylen (Eliminierungsprodukt)
Entfernung von funktionellen Gruppen durch Eliminierung, gleichzeitig Erzeugung von Doppelbindungsfunktion
Nebenreaktion bei Substitutionen.
d) Additionen (ionisch) Kap 5
H
H
C
C
H
H
Ethylen (Nukleophil)
HCl
Elektrophil (H + )
H
H
H
C
C
Cl
H
H
Einführung von bis zu zwei funktionellen Gruppen durch elektrophile Addition an die Doppelbindung. Umkehr der Eliminierung.

e) Aromatische Substitutionen (ionisch) Kap 6
Benzol
(Nukleophil)
Br
Elektrophil
H
Br
Br
+ H +
Addition
Eliminierung
Durch zweistufigen Additions-Eliminierungsmechanismus können Aromaten mit einem neuen Substituenten versehen werden.
Elektrophile u. nukleophile Substitution am Aromaten möglich.
f) Oxidationen u. Dehydrierungen (ionisch + radikalisch) Kap 7
rad. ion. ion.
CH 4 CH 3 OH CH 2 O
HCOOH
Methanol
Formaldehyd
Ameisensäure
Einführung und Änderung funktioneller Gruppen durch Oxidation bzw. Dehydrierung. Rückreaktion = Reduktionen.
g) Carbonylreaktionen (ionisch) Kap 8
O
O
El
H
O
H
protoniertes Aceton
Aceton
(Dimethylketon)
Nu
CH 3 MgBr
(CH 3 - )
OMgBr
tert.Butoxymagnesiumbromid

Bei Reaktionen von Carbonsäurederivaten an der CO-Gruppe können Heteroatomsubstituenten ausgetauscht werden.
Die CO-Gruppe bleibt dabei erhalten.
O
MeOH (H + )
O
MeNH 2
O
OH
OMe
Essigsäuremethylester
NHMe
Essigsäure-N-methylamid
Bei Reaktionen von Aldehyden u. Ketonen an der CO-Gruppe wird diese verändert. Z.B. Bildung einer neuen C-
Heteroatombindung.
O MeNH 2
Me
N
Aceton-N-methylimin
-H 2 O
Bei Reaktionen von Carbonylverbindungen mit C-Nukleophilen entstehen C-C-Bindungen.
O
O
O
O
H +
OH
O
H
Acetaldehyd
H
H
Acetaldol
H
Vinyloge Carbonylverbindungen übertragen Polarität der CO-Gruppe auf das konjugierte Doppelbindungssystem
O
OMe
Acrylsäuremethylester
El
O
OMe
Nu
HC
COOEt
COOEt
Anion des
Malonsäurediethylesters
COOEt
O
EtOOC
OMe
Michael-Addition

h) Reaktionen von Heterocarbonylverbindungen (ionisch) Kap 9
O
C
O
N
O
S
N
C
S
C
N
C
Heterocarbonylgruppen zeigen Reaktivität analog zur Carbonylgruppe
i) Umlagerungen (ionisch) Kap 10
a) Pinakolonumlagerung:
H + , - H 2 O
OH OH
OH
HO
-H + O Pinakolon
Carbeniumion

1.1 Unterschiedliche Reaktionstypen in der Organischen Synthese
Einteilung nach:
1. elektronischen Gesichtspunkten:
a) Radikalreaktionen
Homolyse
Cl Cl Cl + Cl
Radikalaustausch
2.Strukturänderungen:
a) Substitution (S)
NO 2
+ HNO 3 + H 2 O
b) polare (ionische) Reaktionen
Heterolyse
Cl + H CH 3 Cl-H +
Elektrophil
ionischer Austausch
Cl + Cl
I + Cl
Et I + Cl
Nukleophil
Säure-Base-Rkt.
+
Et 3 N +
Base
Elektrophil
H
Et 3 N-H
c) konzertierte Mehrzentrenreaktionen (Cycloadditionen)
Cl
Säure
Elektrophil
CH 3
+
Nukleophil
d) Elektronenübertragungsreaktionen (Oxidationen u. Reduktionen)
Cl
b) Addition (A)
c) Eliminierung (E)
d) Umlagerungen
+ Br 2
Br Br
NOH
OH
3. kinetischen Gesichtspunkten:
a) monomolekulare Rkt.
b) bimolekulare Rkt.
c) trimolekulare Rkt.
(H + )
-H 2 O
(H + )
NH
O
Einelektronentransfer
R 3 N + M 3+ R 3 N + M 2+
Reduktionsmittel Oxidationsmittel
(engl. SET)
meistens Kombination: z.B. S N 2

1.2 Wichtige Prinzipien in der Organischen Synthese:
a) Bei ionischen Reaktionen reagieren nukleophile Zentren immer mit elektrophilen Zentren
b) Basen reagieren sehr schnell mit Säuren (Neutralisation)
c) Harte Nukleophile (hohe e-Dichte) reagieren bevorzugt mit harten Elektrophilen (weiche Reagentien analog)
d) Für den Reaktionsverlauf ist oft die Stabilität der Zwischen- oder Endprodukte wichtig:
e) Reaktive Intermediate:
H
H
C
N
R
Br
Carbeniumion
Carbokation
(sp 2 planar)
Radikal
(sp 2 planar)
Carbanion
(sp 3 tetraedrisch)
Carben
Elektronensextett
(sp 2 planar)
Radikalkation
(sp 2 planar)
Radikalanion
f) Stabilisierung der Intermediate (Produkte) durch:
Induktiven Effekt (+I, -I) mesomeren Effekt (+M, -M) Hyperkonjugation
CH 3
Cl
O
O
H 3 C CH 3 Cl Cl
O
+I -I
O
+M - M
g) Lösungsmitteleffekte: Stabilisierung polarer Zentren durch polare LM (festere Solvathülle)

2. Radikalreaktionen
2.1 Erzeugung von Radikalen
a) Thermolyse
Crackprozesse spalten
C-C-Bindungen (800°)
Gomberg
CH 2
+
CH 2
ΔT Pb(Me) 4
+
H 2 C
CH 3
ΔT
Mesomerie
Tritylradikal
Radikalische
Kombination
Hexaphenylethan
(instabil)
H
Olefine + Alkane
Thermolyse
Δ D H= 46 KJ/mol
b) Photolyse, Radiolyse durch Absorption von Lichtquanten
(λ = 300nm ≈ 400 kJ / mol)
Pb + 4 CH 3
O
Strahlung muß absorbiert werden z.B. durch Sensibilisator (Farbstoffe, Ketone)
Cl
Cl
hν
hν
Cl
Cl
O
Benzophenon
c) Redoxprozesse (chemische Energie)
e - -Transfer
ROOH + Fe 2+ R O O H + Fe 3+ RO + OH + Fe 3+
Kolbe Synthese
R
O
O
Anode (+)
- e - R
O
O
- CO 2 R Anode
R
R R
R
R
präp. Dimerisierung von Alkylradikalen
(Orientierung der Carboxylate an der Anode)

Cl
Ag
Cl
Ag
- AgCl
O
Na-Metall
O
Na
Tritylchlorid
Tritylradikal
Benzophenon
Ketyl (blaues Radikalanion)
Sauerstoff- u. Wasserfänger
d) mechanische Energie
(Ultraschall, Schwingmühle)
2.2. Stabilität von Radikalen ≈ Stabilisierung des freien Radikalelektrons
Allyl u. Benzylverbindungen bilden leicht Radikale (Mesomeriestab. des Radikals)
Dissoziationsenthalpie einer Bindung ist niedriger, wenn energieärmeres (stabileres) Radikal entsteht
Allylradikal:
Benzylradikal:
CH 2 CH 2 CH 2 CH 2
Stabilisierung (leichtere Bildung): allyl = benzyl > tert. > sek. > prim. C-Radikal
Erklärung: sterische Entspannung oder Hyperkonjugation

Radikalstrukturen und Radikalstabilitäten

2.3 Lebensdauer von Radikalen
reaktive, meist kurzlebige Teilchen ( 10 -3 s), niedrige Konzentration
Stabile isolierbare Radikale: niedrige Reaktivität u. hohe Langlebigkeit
O 2 N
O 2 N
N
N
NO 2
N
N
NO 2
N
N
O 2 N
O 2 N
O
O
DPPH (Diphenylpikrylhydrazyl)
TEMPO (2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-oxyl)
2.4 Typische Reaktionen von Radikalen
a.) Verlust der Radikaleigenschaften
1.) Radikalkombination
b) Übertragung der Radikaleigenschaften
1.) Zersetzung oder Fragmentierung (z.B. Starter)
H 2 C
CH 2
O
O
+ CO 2
2.) Disproportionierung
2 H +
H
2.) Addition an Mehrfachbindungen (z.B. Polymerisation)
Br + Br CH 2 CH 2
3.) Abspaltung von Atomen oder Gruppierungen durch Radikale
Cl + H R
Cl-H + R
(wesentlicher Teilschritt radikalischer Substitutionen)

c) Radikalkettenreaktionen (allg. Schema)
Kettenstart: X X
Kettenfortpflanzung:
(Übertragung)
Kettenabbruch:
(Rekombination)
X + H-R
R + X-X
X + X
R + X
2 X
X-H + R
R-X + X
X-X
R-X
Start (X 2 )
(Produkt) R-X
X
X 2
R
H-R (Edukt)
H-X
R + R
R-R
Radikalübertragung
2.5. Reaktivität und Selektivität von Radikalen
a) Relative Reaktivitäten von Radikalen mit Toluol
H
H H
X
H
H
+ H-X
Reaktivität (X ):
F > HO > CL > CH 3 > Br > ROO
b) Radikalische Halogenierungen von Methan:
X 2 + CH 4 H-X + X-CH 3 F: -423 kJ/mol (zu exotherm)
Gesamtbilanz für X =
Cl: -100
(wenig selektiv)
Br: -25
(selektiv)
I: +54 (endotherm - keine Rkt) Reaktivität
F
Cl
Br
I
Selektivität

c) relative Reaktivitäten
F
Cl
Br
1° C-H 2° C-H 3° C-H
1
1
1
normiert
1.2
3.9
32
1.4
5.1
1600
experimentelle
Best. der rel.
Reaktivitäten:
+
(Butan+Isobutan)
X 2
X
X
+
X
X
häufig: hohe Reaktivität bedingt niedrige Selektivität und umgekehrt: Erklärung über Hammond-Postulat
Hammond-Postulat
freie Energie
Reaktionskoordinate
Exotherme Reaktion (früher ÜZ)
Struktur des ÜZ ähnelt Edukten
Endotherme Reaktion (später ÜZ)
Struktur des ÜZ ähnelt Produkten
>1kcal
freie Energie
Cl
+Alkan
2kcal
2kcal
1°
2°
3°
HCl+ R
freie Energie
Br
+Alkan
1.5 kcal
2kcal
2kcal
1°
2°
3°
HBr+ R
Reaktionskoordinate
Cl-Radikal unselektiv, da früher ÜZ
(nahe an Alkan mit ähnlichem Energieinhalt)
Reaktionskoordinate
Br-Radikal selektiv, da später ÜZ
(nahe an Alkylradikalen (1°,2°,3°) mit verschiedenem
Energieinhalt)

2.6 Radikalische Chlorierung
a) in Seitenkette (benzylische H) von Aromaten präparativ nutzbar: SSS-Regel (Siedehitze, Sonnenlicht, Seitenkette)
Kettenstart: Kette:
H
Cl H Cl-Cl H
H
hν
Cl
Cl 2 2 Cl
H - HCl
H
H
Toluol
Benzylchlorid
+ Cl
H
Cl
H
Benzylchlorid
Cl 2
hν (ΔT)
- HCl
Cl
H
Cl
Benzylidendichlorid
(Benzalchlorid)
Cl 2
hν (ΔT)
- HCl
Cl
Cl
Cl
Benzotrichlorid
Cl 2
hν (ΔT)
Cl
Ethylbenzol
- HCl
1-Phenylethylchlorid
b) von aromatischen Aldehyden u. Derivaten
X Cl 2 (Cl )
X
R
R
H
Cl
X
R
+ HCl
z.B.
O
H
Benzaldehyd
OH
N
Cl 2
- HCl
Cl 2
O
Cl
Benzoylchlorid
OH
N
X = O, N-OH, N-NH 2
H
- HCl
Cl
Benzaldoxim
Benzhydroximoylchlorid
c) Selektive Chlorierung mit Sulfurylchlorid: R-H + SO 2 Cl 2 R-Cl + SO 2 + HCl

Initiatoren:
AIBN (Azo-bis-isobutyronitril)
Δ T
NC N N CN 2 N
N C +N 2
Kettenstart
Kettenfortpflanzung
Dibenzoylperoxid
Initiator
(AIBN, Dibenzoylperoxid)
O
2 St
St Cl S Cl
St-Cl +
O
R-H + SO 2 Cl
R + Cl-SO 2 Cl
O
O
R + H-SO 2 Cl (SO 2 +HCl)
RCl + SO 2 Cl
2.7. Radikalische Bromierung Br
o-Xylol
Br 2 , hν
O
O
O
S
O
Cl
Δ T
2
+ HBr
O
O
SO 2 Cl selektiver als Cl
Beisp.:
2 + 2 CO 2
Phenylradikal
SO 2 Cl 2
AIBN
-HCl,
-SO 2
Cl
Selektive Bromierung mit NBS in Allyl(Benzyl-)stellung unter Erhalt der Doppelbindung
Starter
(AIBN)
H
H
Br
O
N
O
N-Bromsuccinimid
(NBS)
AIBN
3-Bromcyclohexen
Br + HN
O
O
Succinimid
Mech: a) NBS Br 2
(geringe Konz.)
b) HBr + NBS
c) Br 2 +
H
O
NH
O
Br
+ Br 2
-HBr
Br
+ Br
H
analog: Ethylbenzol
H
H

2.8. Peroxygenierung
R-H + O 2
R-OO-H
(Hydroperoxid)
R-OO-R (Peroxid)
Start
R-H + O-O
R + H-O-O
Fortpflanzung
R
+ O-O
R-OO
OOH
R-O-O-H + M + M
R-OO + H-R
R-OOH + R
H
R-OO + H
Katalyse durch Schwermetallionen, Peroxide, Licht
O 2 H +
R-O-O-H + M + R-O - O-H + M 2+
R-O + OH + M 2+
Isopropylbenzol Cumolhydroperoxid
2+ +
(Cumol)
Phenol +
Aceton
Autoxidation von Aldehyden:
O
H
O-O
O
OOH
Benzaldehyd Perbenzoesäure Halbacetal von Benzaldehyd mit
Benzoesäure
Perbenzoesäure
O
O
OH
H
O
2
O
OH
Bei Ölfarben Siccative: Co,Mn, Pb-Salze
(katalysieren Autoxidation in Allylstellung)
R-O-O - H + M + M + , O 2 Harzbildung
O
H
O 2
COOR
COOR
O 2, RH
OOH
COOR
(Vernetzung)

Peroxidgefahr bei Ethern:
Diethylether, Diisopropylether, THF
Anreichern d. Peroxide im Destillationsrückstand
Peroxidteststäbchen
Extrahieren mit Alkali
O
THF
O 2
-HOO
O
H
O
H
O 2, THF
O
OOH
+
O
H
2.9. Radikalische Reduktion R-X + Bu 3 SnH R-H + Bu 3 Sn-X
Start
Kette
(Initiator) St + H-SnBu 3 St-H + SnBu 3
Br
R-X + SnBu 3 R + X-SnBu
AcO
O
3
AcO
AcO
R + H-SnBu 3 R-H + SnBu 3 MeO
AIBN
D-SnBu 3
D
AcO
AcO
O
AcO
MeO
2.10. Radikalische Addition an Mehrfachbindungen
a) radikalische Polymerisation
St
St
AIBN
(Starter)
NC
+
Styrol
mesomeriestab.
Benzylradikal
+ n
Styrol
n
Abbruch

) radikalische Addition an Doppelbindungen (Peroxideffekt)
HBr (Br) HBr (H + )
hν
Radikalstarter
(Dibenzoylperoxid)
Br
Anti-Markovnikov Addition
ionisch:
Br
Markovnikov Addition
Starter
2
O
O
- CO 2 H-Br
+ Br
H
Br
H-Br
H
+ Br
Br
Beisp:
R
Starter
HBr (Br )
CCl 4 (CCl 3 )
R'CHO (R'CO)
R'SH (R'S )
R
R
R
R
H
Cl
H
H
Br
mit HCl, HI keine Rkt.
S R' CCl 3
Bei Polymerisation Bildung von Telomeren
R'
O
2.11. Radikale in der Stratosphäre
Start:
F
Cl
C
F
Cl
h ν
Cl
Kette:
F C + Cl
Cl O O O O 2 + O Cl
F
FCKW
Cl O
O O O
Cl + 2 O 2

2.12. Radikale in biologischen Systemen
a) Ribonukleotid-Reduktase
Tyrosylradikal
P
O
O
P
H
O
H
O
Base
P
O
P
O
O
Base
- OH
+ H
+ H
P
O
P
O
H
O
Base
Protein
S
HO OH
Ribonukleotid (RNA)
HO
OH
HO H
Desoxyribonukleotid (DNA)
b) Antioxidantien (Radikalinhibitoren)
O
H
R
O
R
O
O
OH
Hydrochinon
-RH
O
H
-RH
O
O
Chinon (p-Benzochinon)
stab. Radikale
H
CH 2 OH
OH
O
O
R
H
CH 2 OH
OH
O
O
R
H
CH 2 OH
OH
O
O
HO
O
Vitamin E (α-Tocopherol)
O
O
R
-RH
O OH
H
Ascorbinsäure
O
O
H
-RH
O O
Dehydroascorbinsäure
HO
tBu
OCH 3
HO
tBu
tBu
O
tBu
tBu
BHA
BHT

3. Nukleophile Substitution, Elimierung, Addition
Nukleophile Substitution
Nukleophil reagiert am C
(als Lewis Base)
Br
O-Me
OMe
+ Br
Eliminierung
Nukleophil reagiert am H
(als Brönstedt Base)
Br
H
O-Me
Me-OH+ Br
+H-Br
Addition
formale Rückreaktion
der Eliminierung
3.1 Nukleophile Substitution
Allgemein: Nu + R-X Nu-R + X
Nukleophil Elektrophil Nukleofuge Austrittsgruppe

a) Nukleophile: Anionen oder Neutralstoffe mit freiem Elektronenpaar
Nu =
Cl, Br, I, HO, RO, HS, RS, R 3 C lN Cl H-O-H, R-O-H, R-S-H, lNH 3 , lNR 3
b) Elektrophile: enthalten nukleofuge Austrittsgruppe:
elektronenziehender Substituent polarisiert C-X-Bindung
C
δ +
δ -
X
Dipol
Halogenide
Sulfate, Sulfonate
Oxonium-, Sulfonium-, Ammonium-,
Diazoniumverbindungen
Cl Br I
O
OH
S O
O
O
OR
S O
O
O
S
O
O
O
CF 3
S O
O
H
O
H
R
R
H X
R
R
O S N
R
N
N
p-Toluolsulfonat
(Tosylat)
Trifluormethansulfonat
(Triflat)
weitere Elektrophile
Cl
Cl
O O O O

c) Nukleophile Substitution: 2 Teilreaktionen
Nukleophiler Angriff
NuI C X
Nukleofuger Austritt
Teilraktionen gleichzeitig oder nacheinander:
Energieprofile
1) zuerst Spaltung C-X-Bindung,
dann Aufbau der C-Y-Bindung: (S N 1)
Cl
-Cl
INu
Nu
E
Reaktionskoordinate
2) Bindungsbruch und Bindungsbildung
erfolgen gleichzeitig: (S N 2)
Nu
H
C
X
H
Nu C X
Nu
C
H
+ X
E
3) zuerst Aufbau der C-Y-Bindung, dann Spaltung C-X-Bindung:
bei Si-Verbindungen
am sp 2 -Kohlenstoff
Nu - Si X
Nu Si X
MeO
O
N +
F
O
NO 2
O
OMe
OH
HO O
OMe
E
nukleophile
aromatische
Substitution
Rkt. von
Carboxylverbindungen

3.2.Faktoren, die S N -Reaktionen beeinflussen:
a) Struktur des Elektrophils
b) Reaktivität der Austrittsgruppe
c) Reaktivität des Nukleophils
d) Lösungsmittel
e) Katalysator
3.2.1. Einfluß der Struktur des Elektrophils
Sterische Hinderung am C-Atom
Stabilisierung des Carbeniumions
H 3 C
H 3 C X < H 2 C X
H 3 C
< HC X
H 3 C
CH 3
< H 3 C C X
CH 3
Austrittsgruppe am prim. C
S N 2 Mechanismus
bei sek. C
Grenzfälle
(S N 2 + S N 1 möglich)
Austrittsgruppe am tert. C
S N 1 Mechanismus

a) Beschleunigung der S N 1-Reaktion durch Mesomeriestabilisierung des Carbeniumions
OMe
z.B. leichte Bildung u. Spaltung (sauer) von Tritylethern
OMe
Benzyl + < Diphenylmethyl + < Trityl + < Dimethoxytrityl +
Cl
-Cl
HO-R
R
O
H
R
O
+H
(Triphenylmethyl)
b) Beschleunigung der S N 2-Reaktion bei Stabilisierung des S N 2-Üz durch benachbarte π-Systeme
Testreaktion (S N 2):
H 3 C
CH 2 CH 2
Cl
KI/Aceton
H 3 C
CH 2 CH 2
I
+ KCl
H 3 C CH 2 CH 2 Cl H 2 C CH CH 2 Cl CH 2 Cl
V rel 1 90 270
S N 2'
Nu
S N 2
π*
Nu -
EtO
O
CH 2 Cl N C CH 2 Cl C CH 2 Cl
O
1600 2800 32000
X
X
σ*
Chloressigsäureethylester Chloracetonitril Phenacylchlorid
c) Reaktivitätserniedrigung der S N 2-Reaktion durch sterische Hinderung am β-Kohlenstoff
H 3 C
H 3 C
CH 2 CH 2 Cl
H 3 C C CH 2
V rel 10 6 H 3 C
1
Cl
Neopentylchlorid

d) Reaktivitätserhöhung bei intramolekularen Reaktionen (Nachbargruppenreaktionen)
Br
OH
Br
O
intramolekulare Reaktion durch
Vororientierung (Nähe) bevorzugt
HO
O
Br
HO
O
Br
OH
intermolekulare Reaktion (bimolekular)
sehr langsam (Spuren)
3.2.2. Einfluß der Austrittsgruppe bei S N 2 u. S N 1 Reaktionen
Testreaktion
X
Vrel
OH + R-CH 2 -X
- X
R-CH 2 -OH
I
Br
30000
20000
Cl
200
F
1
Reaktivität des Elektrophils:
unreaktiv
reaktiv
R-NH 2 > F >
Cl > Br ≈ OTs > I
Basizität der Abgangsgruppe
Bindungsdissoziationsenergie

3.2.3. Reaktivitätsabschätzung von Nukleophilen bei S N 2 Reaktionen
bei deprotonierbaren Nukleophilen:
RCOOH < RCOO
Ar-OH < ArO
R-OH < R-O
Anion: besseres Nukleophil + stärkere Base
als die korrespondierende Säure
bei gleichem nukleophilem Atom:
bei Wechsel der Periode des nu. Atoms meist:
RCOOH < ArOH < ROH < RCOO < ArO < R-O
Reaktivität (Nukleophilie)
Basizität
Reaktivität (Nukleophilie)
höhere Polarisierbarkeit
geringere Solvatation
RO
RS
RSe
F
Cl
I
3.2.4. Lösungsmitteleffekte
a) Solvatisierung in protischen LM
b) Solvatisierung in dipolar aprotischen LM
H
O
H
H
O
H
Cl H O
H
O
H
H
H
H
O
H
H
O
Na +
O
H
H
H
O
H
gute Solvatisierung von Anionen u. Kationen
H
H
H
H
H
H
O -
S +
H
H
H
S +
O -
H H
H
Cl S + O - Na +
S +
O -
H
H
H
H
H
H
Anionen schlecht solvatisiert
H
H H
H
H
H
O -
S +
H
H
H
H
H
H
O -
Kationen gut solvatisiert
H H
H
S +
H
H H

c) In protonischen LM
bei S N 1 Substraten verbesserte Abspaltung der Abgangsgruppe durch hohe Solvatation (Stabilisierung) der entstehenden Ionen
Solvolyse:
Cl
- Cl
NuH
- H +
Nu
NuH
k rel
EtOH
MeOH HCOOH H 2 O
1 9 12200 335000
(NuH = Lösungsmittel)
im S N 2-ÜZ erfordert die Desolvatisierung eines anionischen Nukleophils Energie
starke H-Brücken (H + hart) zu harten Nukleophilen (Reaktivitätserniedrigung)
weniger H-Brücken zu weichen Nukleophilen (Reaktivitätserhöhung)
H
O
H
H
Reaktivität bei S N 2 im prot. LM : CH 3 COO - < F - < Cl - < HO - < Br - < I -
O
H
H
Cl
H
O
H
H
H
I
d) Im dipolar-aprotonischen LM (HMPT, DMF, DMSO) niedrige Solvatation von Anionen (nackte Anionen)
Reaktionsgeschwindigkeit bei S N 2-Reaktionen in dip. aprot. LM erhöht
Nu - + CH 3 -I
I - + CH 3 -Nu
(Reaktionszeiten
97% Umsatz)
MeOH (prot.)
I - (17min)
DMF (dip. aprot.)
I - (8.7s)
Br - (12h)
Br - (8.7s)
Cl - (13d)
Cl - (1.4s)
F - (2,2 a)
F - (

e) Nukleophilie von Salzen: Anion nur als freies Ion nukleophil (Ionenpaar unreaktiv)
bei S N 2 Reaktionen:
Reaktivität d. Anions
Ionenradius
Dissoziation im org LM
LiF < LiCl < LiBr < LiI
LiCl < NaCl < KCl < CsCl
Cs-Effekt: Cs-Salz reaktiver als Na-Salz
Reaktivitätsverbesserung durch Kationensolvatisierung im LM oder Kryptanden
Fähigkeit zur Kationensolvatisierung:
O
O
O
O
O
O
Et 2 O < THF < Ethylenglycoldimethylether

Nitrit
3.2.6 Regioselektivität ambidenter
Nukleophile O N O
Cyanid
C
N
Enolat
C C O
H
N O
O
O
C N
C C
Nitril
S N 2
S N 1
CH 2 C N
KCN
N=C Isonitril
H
O: hart
N: weich
N: hart
C: weich
O: hart
C: weich
a) hartes Elektrophil reagiert bevorzugt mit dem härteren Nukleophil (größere Ladungsdichte)
O
O
O
O
Me-I
Me-OTf
OMe
C: weich O: hart
weiches El.
hartes El.
C-Alkylierung
O-Alkylierung
Enolether
b) Härte (Ladungsdichte) des reagierenden C-Atoms steigt an beim S N 1-Mechanismus (rel. zu S N 2)
S N 2
S N 1
Nitroalkan
CH 2 NO 2 AgNO 2
ONO tert. Alkylnitrit
CH 2 -Cl
Cl
weich-weich-Kombination
hart-hart-Kombination

3.2.7 Phasentransferkatalyse (Beschleunigung im Zweiphasensystem)
ohne PTC:
H 2 O
Organische Phase
(z.B. CH 2 Cl 2 )
Na N 3
R-X
(unlösl. in H 2 O)
keine Reaktion
(NaN 3 unlöslich in org. LM)
sehr langsame Rkt. an der Grenzfläche
mit Phasentransferkatalysator(PTC):
PTC:
Bu
Bu
N
Bu
Bu
HSO 4
Me
Oct
N
Oct
Oct
Cl
(Aliquat 336)
Nukleophil
PTC
COONa
H 2 O
freie Ionen
Na N 3 NR 4 X
NR 4 Cl
Organische
R-Cl
Phase (CH 2 Cl 2 )
[Kontaktionenpaare]
Extraktion (lipophil)
[NR 4 N 3 + H 2 O 0-4 ]
R-N 3 + [NR 4 Cl]
Produkt
Extraktion hydrophil)
O
C
Bu-Br, Aliquat 336
CH 2 Cl 2, H 2 O
O-Bu
+ NaBr
Reaktionsbeschleunigung durch hohe Lipophilie der Ammoniumsalze (leichter Phasentransfer)
hohe Umsätze bei niedrigen Reaktionstemperaturen
keine hochsiedenden dipolar aprotischen LM notwendig
Aussalzeffekt erhöht Ionenpaarkonzentration in org. Phase

3.2.8 S N -Reaktionen von Alkoholen u. Ethern
a) Bildung von Halogeniden
Br
CH 3 Br
H 3 C OH
+ OH
H-Br
OH
S N 2
2
Br
OH
H 2 SO 4 ΔT 6h (93%)
+ H 2 O
Br
H-Cl
- H Cl
2 O
OH OH 2
Cl HCl, H 2 O RT 20 min (99%)
Reaktionsgeschwindigkeit ≈ Säurestärke: HI > HBr > HCl > HF
Ausbeutesteigerung in Gleichgewichtsreaktionen durch Extraktion oder Überschuß von Reaktanden
Nebenraktionen: Ether, Olefine, Umlagerung bei sek u. tert. ROH (S N 1)
Cl
OH
H + (HBr)
~ H
Br
Br
-H 2 O
H
Alternativen: Halogenide aus Alkohol + SOCl 2 (PCl 3 , PCl 5 )
oder Tosylat nach Finkelstein substituieren
OH
Cl
O
O
O O
Pyridin
S
S
O S Cl
Cl Cl -H + Cl Cl -
OH
Cl
O
S
O
Pyridin
-HCl
O
O
S
O
DMSO
Na + Br -
Br
NaO
O
S
O
(NaOTs)

) Saure Veretherung HO CH 2 CH 3
2 Et-OH
H
H 3 C CH 2
H
O
H
- H 2 O
H
O
O
+ H
OH
H (H 2 SO 4 )
-H 2 O
-H (E1)
EtOH (Lösungmittel)
S N 1
O
Et
+ H
c) Etherspaltung (sauer)
Nu
H 3 C
OR
CH 3 Nu
+ RO
O
H-Hal
H
O
Hal
+
OH
Reaktionsgeschwindigkeit:
HI > HBr > HCl
Hal
O
Et
H-Hal
O
Et
HO
Et
Hal
HO
Et
Beisp:
O
THF
H
Hal
Hal
HCl
S N 2 OH Cl
HCl
S N 2 Cl Cl
NaCN
S N 2
NC
CN
Adipinsäuredinitril
Adipinsäure
COOH
HOOC
H 2 N
NH 2
Hexamethylendiamin
-H 2 O
Nylon (Polyamid)

3.2.9 S N -Reaktionen an Alkylhalogeniden, Sulfaten u. Sulfonaten
a) Hydrolyse R-X + HOH R-OH + HX
Problem: H 2 O schwaches Nu; Mischbarkeit
1.) saure Katalyse
H
H
O
R X FeCl 3 HO-R + HX + FeCl 3
2.) basische Hydrolyse HO + R X
schnelle Hydrolyse nach S N 1:
- X
R-OH
OH (- H 2 O) R X
R-O
- X
R-O-R
Cl
H 2 O
HO-H
O H H
O H
Tritylchlorid
-Cl
-H
Tritylalkohol
10 min Rückfluß (95%)
b) Ethersynthese (Williamson) aus Alkoholen und Phenolen
R-O + R'-X R-O-R' + X -
OH
KOH
- H 2 O
O H 3 C O
O
S O CH 3
O
K
S N 2
OMe
Methyl-ß-naphthylether
+
KO
O
S
O
O CH 3
CH 3 -Br
O
O-Me
Br + MeO
S N 2
K + S N 2
Na +
tert.-Butylmethylether
E2
(-HBr)

c) Estersynthese durch Alkylierung von Carboxylaten
COOH
COOK CH
K 2 CO 3 -I
3 Aceton
COOMe
HO
COO
Cs +
Br
HO
O
O
O
O
- KI
O
DMF
d) Alkylierung von Aminen
R-X + NH 3 R-NH 3 X R-NH 2 R-NH-R
NR 3
- HX - HX
+ HX
+ HX + HX
R-X
R-X
R-X
Hauptprodukt
NR 4 X
Problem: Überreaktion,
da Produkte nukleophiler als Edukt
Monoalkylamine: Gabriel Synthese
Phthalimid: pK S 9
O
N-H
O
KOH
- H 2 O
O
N
O
K +
Bu-OTs
O
N
O
H + (OH - )
(Hydrazin)
Bu NH 2 Bu
Dialkylamine aus Derivaten von Monoalkylaminen: z.B. Sulfonamiden pK S 10
O
S
O
H
N Me
KOH
-HOH
O
S
O
N Me
K +
Et
- KI
I
O
S
O
N
Et
Me
H 2 O (H + )
O
S
O
OH
+
HN
Et
Me
Ethyldicyclohexylamin:
H
N
OSO 3 Et
- HOSO 3 Et
N
94%
Aminosäuren:
O
OH
Br
NH 3 in H 2 O
NH 2
O
OH Alanin
(rac.)
Aromatische Amine durch Reduktion von Nitroverbindungen
Amine auch durch Reduktion von: Amiden, Iminen, Nitrilen

e) Alkylierung von Phosphorverbindungen
1.Phosphoniumsalze
R'-X + PR 3
R'-PR 3 X
P
Br
ΔT
Toluol
P
H
Br
Bu-Li
P
+ LiBr
+ Bu-H
2. Michaelis-Arbuzov-Reaktion P(III) P(V)
Isopropyltriphenylphosphoniumbromid
(P-Ylid für Wittig-Rkt.)
Br
150°C
S N 2
OEt
P
O
OEt
+ Et-Br
OEt
150°C
P(OEt) 3 P OEt
S N 2
Triethylphosphit
O
(Phosphorigsäuretriethylester)
Br
Benzylphosphonsäurediethylester
f) Alkylierung von Schwefelverbindungen
HS + R-X
R-SH + X
Thiol
(Mercaptan)
Base
- HX
R-S
Thiolat
R'
R-X
R'-X
X
R-S-R
S
-X - R R
Sulfid (sym.) Sulfoniumsalz
Thiole durch Alkylierung von Thioharnstoff:
Br-Bu
S
NH 2
NH 2
Bu
S
NH 2
NH 2
X
H 2 O, OH
HO
NH 2
Bu SH + CO 2
+ 2 NH 3
Butanthiol + HX
Thioharnstoff
S-Alkyl-thiuroniumsalz
(Kohlensäurederivat)
Bu-S
NH 2

Disulfidbildung von Thiolen:
O 2
(rad.)
Disulfidaustausch:
Pr-SH + Et-S-S-Et
Base
2 Et-SH Et-S-S-Et + H 2 O + 0.5 O 2
Mech.:
Pr-S-S-Et + Et-SH
Pr-S
Et
S
S
Et
Pr
S
S
S
Et
Et
Sulfoniumverbindungen in der Natur:
Diethyldisulfid
(elektrophil)
H 2 N
H 3 C
COOH
S
O
N
N
NH 2
N
N
H 2 N
3 x SAM
O
P
O
O
O
O
O
O
R
R
Phosphatidylethanolamin
O O - O
OH OH
S-Adenosylmethionin (SAM)
N
O P O
O O -
O
O
R
R
Phosphatidylcholin
g) Finkelstein-Reaktion
Hal' + R-OTs
R-Hal' +
(R-Hal)
OTs
(Hal)
Iodide:
Br
KI-Aceton
I
+ KBr
KI in Aceton löslich
KBr, KCl unlöslich
Fluoride:
OTs
K F
DMF
F
+ K-OTs Rückreaktion sehr langsam

3.2.10 Konkurrenz von S N 1 u. S N 2 Reaktionen
S N 2 nur bei starken Nukleophilen u. hoher Konzentration (bimolekular) möglich
H
CH 3
MeO konz.
H
CH 3
Et
NH 3
Et
Cl
H
-Cl
H
OMe
H 3 C
H
Br
-HBr
H 2 N
H 3 C
H
S N 1 bevorzugt bei schwachen oder niedrig konzentrierten Nukleophilen
(S N 1 wird nicht beschleunigt aber S N 2 wird verlangsamt)
H 3 C
Et
H
Br
Et
MeOH
MeOH
-Br H 3 C H -H
H
MeO
Et
R
CH 3
+
H 3 C
S
Et
H
OMe
CH 3
H
MeOH
CH 3
H
CH 3
MeOH
OMe
CH 3
H
Cl
-Cl
H
tert. Carbeniumion
-H +

3.2.11 S N -Reaktionen an substituierten Silanen
a) Bildung von Silylethern (S N 2-Si)
Et 3 N (-H )
CH 3
H 3 C
CH 3
CH 3
BuOH
BuO
H 3 C
Si Cl
CH 3
BuO Si Cl
BuO Si CH 3
-Cl
CH 3
CH 3
b) Desilylierung (Abspaltung) mit F
Butyltrimethylsilylether
(Bu-OTMS)
CH 3
H 3 C CH 3
F (Bu 4 NF)
BuO Si CH 3
BuO Si F
BuO +
H 3 C
CH 3
Si
F
CH 3
CH 3
CH 3
TMS-CN + TMS-N 3 Ersatz für HCN u. HN 3
3.2.12 Reaktionen mit Epoxiden
O
n
H
OMe
MeO-CH 2 -CH 2 -O
MeO-(CH 2 -CH 2 -O) n -CH 2 -CH 2 -OH
O
Polyethylenglycolmonomethylether
O
2
CH 2 -CH 2 -OH
HO-CH 2 -CH 2 -NH 2 HO-CH 2 -CH 2 -N
NH 3 CH 2 -CH 2 -OH
Ethanolamin
Triethanolamin

4. Eliminierungen unter Bildung von C-C-Mehrfachbindungen
a) α,β(1,2)-Eliminierungen
H-Abstraktion in der Peripherie (Umkehrung der Addition an Doppelbindung)
B H C C X
H-B + C C + X
Base
b) α,α(1,1)-Eliminierungen
X
C Y C
+ X-Y
4.1. Mechanismen
Carben
(Elektronensextett)
a) monomolekulare Eliminierung E1
Beisp: Solvolyse von tert. Alkylhalogeniden
EtOH
E1
E
S N
H 3 C
CH 3
CH 3
Br
-Br
(langsam)
H 3 C
H
CH 3
HO-Et
S N 1
-H
+
H 3 C
CH 3
CH 3
O-Et
25°C: 19% + 81%
55°C: 28% + 72%

E1 begünstigt durch:
a) Verzweigung am Carbeniumion (Stabilisierung)
b) hohe Austrittstendenz von X: F

Präparative Verschiebung zu E2: konzentrierte, starke, voluminöse, Base in dip. aprot LM
Et
Beisp:
H
N
+
Et
N
Br
Br
1-Octen
H
keine S N 2-Rkt.
(Quaternisierung am N ungünstig)
c) monomolekulare Eliminierung E1cB (E1conjugierte Base): zuerst Bildung eines stabilisierten Anions
B
Base
R
H C C
H
X
vorgelagertes
Gleichgewicht
B-H +
R
C
H
C
X
B-H +
R
H
+
X
konjugierte Base
(Anion meist stabilisiert)
Beisp: Basische Dehydratisierung von Aldolprodukten
Base
OH
O
HO
OH
O
OH
O
-HO
O
H
H
H
H
H
H
H
H
H
konjugierte Base
(mesomeriestab. Enolat)

4.2. Regioselektivität der Eliminierung:
bei sek. und tert. Ausgangsverbindungen mehrere Möglichkeiten der Eliminierung
H 2 SO 4 (15%)
+ H + , - H 2 O
H
Base
-H
12.5 % Hofmann Produkt
Rkt. am leichter zugängl. H-Atom
bei E2, E1cB bevorzugt
OH
E1
H
87.5 % Zaitsev Produkt
-H
meist thermodyn. stabiler
bei E1 bevorzugt
Regioselektivität abhängig von der Austrittsgruppe (Änderung des Mechanismus):
(E1; Abspaltungstendenz
%-Zaitsev Produkt)
N 2 > I - > Br - > Cl - > OTs - > R 2 S > F - > R 3 N
(E2; E1cB
%-Hofmann Produkt)
Beisp:
X
KOEt
EtOH
-H-X
Zait.
+
Hofm.
X =
% Hofm.
I
20
Br
25
Cl
36
F
83
Hofmann- Eliminierung außerdem begünstigt bei:
a) sterisch gehinderter Base
OK > Et OK
b) sterisch gehindertem Substrat
H 2 O (-H )
+
20 % Zait. 80 % Hofm.

4.3. Konkurrenz zwischen S N 2 und E2
prim. Halogenid:
Br
S N 2
EtO
Eliminierung
Substitution
1% OEt 99%
H
E2
Br
EtO
10% OEt 90%
Br
EtO
62% OEt 38%
tBuO
92% OtBu 8%
sek. Halogenid:
Br
EtO
55% OEt 45%
Br
EtO
OEt
18%
82%

4.4. Stereochemie von Eliminierungen
anti-Eliminierung:
bei E2 bevorzugt
(gestaffelte Konformation)
EtO
H
H
NaOEt
EtOH 75°C
H 3 C
Br
H 3 C
H
(Z)-α-Methylstilben
syn-Eliminierung ungünstig wg.:
a) ekliptischer Konformation
b) WW-Base-Austrittsgruppe
c) ÜZ
EtO
H 3 C
H
Br
H
nicht
beobachtet
H 3 C
H
(E)-α-Methylstilben
Cl
E2
EtO
H
H
- HCl
75% 25%
Neomenthylchlorid
H
OTs
H
H
OTs
H
E2
EtO
- HOTs
H
Menthyltosylat

E1 nicht stereospezifisch.
Ausnahme: E1cB von Olefinen (anti-Elim.)
H
Cl
OH
H
Cl
OH
Cl
H
Cl
H
langsam
Cl
schnell
Cl
H
Cl
H
Thermische syn-Eliminierungen: z.B. von Acetaten
Ph
Ph
H CH 3
H CH 3
H OAc
Ph
H CH 3
H OAc
Ph
H
Ph
Ph
OAc
O
O
H 3 C
H
H 3 C
CH 3
H
H
O
O
H
400°C
H
anti Konformation
syn Konformation
O
OH
+
Syn Eliminierung von N-Oxiden (Cope-Eliminierung)
R
H
- O
NMe 2
ΔT
R
H
H
O
H
H
NMe 2

4.5. Saure Eliminierungen von Alkoholen und Ethern
a) saure Dehydratisierung von Alkoholen:
bei prim. Alkoholen sehr hohe Reaktionstemp. (200°C) notw. sonst bevorzugt Etherbildung (S N 2)
OH
E1
160°C
H 3 PO 4
(50%)
- H 2 O
(Kp 83°C)
E1
E1
(Kp 37°C)
OH
OH
160°C
100°C
H 3 PO O
4
H 3 PO 4
O
(50%)
(5%)
(70%) (80%)
(80%)
- H 2 O
- H 2 O
Acetaldol
Crotonaldehyd
b) saure Eliminierung von Alkoholen aus Acetalen
OMe
+H
H 3 PO 4
(0.5%)
H
O
Me
-MeOH
OMe
-H
OMe
OMe
Phenylacetaldehyddimethylacetal
OMe
mesomeriestab.
Oxocarbeniumion
OMe
β-Methoxystyrol
(Enolether)
4.6. Dehydrohalogenierungen
Et
Beisp:
H
N
Br
180°C
-HBr
1-Hexen
(Kp 63°C)

a) Elektronenziehender Substituent
an C-H-Bindung erhöht
Acidität + Abspaltungstendenz
O
Me 2 N
- H
O
E1cB
- Cl - C O
O
Cl
Cl
H
Methylvinylketon
H
O
NEt 3 (0°C),
- H
O
E1cB
- Cl -
b) Alkine aus Dihalogeniden
vicinal
geminal
4.7. Hofmann-Abbau (E2)
H
X
H
H
H
X
X
X
Cl
Propionylchlorid
E2
H
E1cB
NaNH 2 , NH 3
C C
Br
1,2-Dibromhexan
- HX X - HX
Br
NaOH-Triglycol
200°C
-2 HBr
Cl
Hex-1-in
Methylketen
(Keten der Propionsäure)
(60 %)
3 Me-I
Δ
NH 2
1.5 Ag 2 O
-3 AgI
- H 2 O
HO
N
95%
Hofmann Prod.
(NR 3 schlechte Austrittsgruppe)
5%
Zaitsev
+ H 2 O + Me 3 N

4.8. Thermische syn-Eliminierungen
a) Chugaev
R
OH
OH
- H 2 O
R
O
S
C
S
R
O
C
S
S
Me-I
S N 2
R
O
C
S-Me
S
Dithiokohlensäure-O,S-dialkylester
(Xanthogenat, stabil)
200°C
R
O
H
S
S-Me
R
O
H
S
S-Me
COS + MeSH
Dithiokohlensäuremethylester
(labil)
OH
Menthol
1. KOH, CS 2
2. Me-I
H
O
S
H
S-Me
H
200°C
+
66% 34%
b) weitere syn-Eliminierungen:
Leichtigkeit der Eliminierung
O
Se
O
H
20°C
Ph
N +
O
O
O
SMe
OMe
Me
> O - > S > S >
H
H
H
H
O
Aminoxid (Cope-Elim.)
80° 120-200° 400° (Pyrolyse)

O
O
O
400°C
OH
Pyridin
-AcOH
H
O
O
O
O-H
c) syn-Decarboxylierungen von ß-Ketosäuren: ("Malonestersynthesen + Acetessigestersynthesen")
H
H
COOEt
COOEt
Malonsäurediethylester
1. NaOEt, R-X, S N 2
(Alkylierung des
Na-Enolats)
2. OH - , H 2 O
(Basische
Esterhydrolyse)
R
H
COOH
COOH
subst.
Malonsäure
R H
O
OH
O O
H
ß-Ketosäure
Δ
-CO 2
R
H OH
OH
Enoltautomer
R
O
OH
subst.
Essigsäure
H
H
COOEt
O
1. NaOEt, R-X
2.. OH - , H 2 O
O
R
O
H
O
Δ
-CO 2
R
OH
R
O
Acetessigsäureethylester
ß-Ketosäure
Enoltautomer
subst. Keton
COOH
COOH
Δ
-CO 2
H 3 C
COOH
Cl
O
OH
Na NO 2
Δ
- O
N +
O O
S N 2 -CO 2
H O
analog ß-Ketosäure
- O
HO
N +
- O
N +
O
Nitromethan

4.9. α,α-Eliminierung:
Carbene u. Nitrene
1.) Darstellung
Cl
Cl
C
H
Cl
RO
Cl
Cl
C
Cl
- Cl
Cl
Cl
C
Dichlorcarben:
elektrophil
reaktiv
kurzlebig (< 1s)
H
C N N
H
Diazomethan
ΔT, hν
H
C + N 2
H
Carben (Methylen)
R
N N N
Azid
ΔT, hν
N R + N 2
Nitren
2.) Struktur
103°
H
H
C
Singlettcarben
136°
H
H
C
Triplettcarben (Diradikal)
3.) Reaktionen a) Insertion in C-H-Bindungen
OEt
CH 2
H-CH 2
H-CH 2
OEt
+
OEt
b) Addition an Doppelbindungen
CH 2
CH 2
c) Radikalische Abstraktion bei Triplett-Carbenen
CH 2 H 3 C CH 3 CH 3 + H 2 C CH 3
d) Umlagerungen
z.B. Wolff-Umlagerung
v. Diazoketonen
R
O
N
N
O
hν
~ R
R CH
-N 2 Acylcarben
R
H
C
Keten
O
Zn-Cu
4. Carbenoide CH 2 I 2 I CH 2 ZnI
H 2 C + ZnI 2
Simmons-Smith-Rkt.

5. Additionen an Doppel- u. Dreifachbindungen
5.1. Mechanismus der elektrophilen Addition: Zweistufenmechanismus
C
C
1. Schritt 2. Schritt
H Cl H C
Cl
C
H
C
C
Cl
HOH
(Lösungsmittel)
ROH
(LM)
Br
H
C
C
OH
H
C
C
OR
H
C
C
Br
Beweis des Zweistufenmechanismus
durch Konkurrenzexperimente
(Gegenwart von 2. Nukleophil)
Elektrophile für Addition an Doppelbindungen : H-Hal, H 2 SO 4 , HNO 3 , H 3 O + , Hal 2 , Interhalogene, H-O-Hal
Reaktivitätszunahme mit Elektrophilie (Acidität):
H-F

5.2. Additionsrichtung u. sterischer Verlauf der elektrophilen Addition (Ad E )
Nu
Nu
Nu
El
Nu
El
El
H
B
Grenzfälle:
a) klassisches Carbeniumion
b) unsymmetrisch verbrücktes
Carbeniumion
c) symmetrisch verbrücktes
Carbeniumion
d) Vierzentren-ÜZ
(Hydroborierung)
Stereoselelektivität: keine
(bei stab. Kation)
Stereoselelektivität: anti
Regioselektivität: +
Stereoselelektivität: anti
Regioselektivität: -
Stereoselelektivität: syn
R
Regioselektivität bei Ad E :
Markovnikov-Addition wg. stabilerem Carbeniumion
X
H
OH
H
Cl
I
OH
Hal
H
B
5.3. Stereochemie der Halogenaddition
(H + ) (H + ) (I + ) (Hal + )
Br
Br
Br
R
R
Br
Fähigkeit zur Verbrückung
steigt mit Polarisierbarkeit:
H + < F + < Cl + < Br + < I +
Br
Br
S N 2
R
Br
analog
S N 1
syn + anti Addition
H überbrückt nicht (Carbeniumion)
Br
anti-Addition bei Aliphaten
nur bei besonders stab. Carbeniumion
z. B. bei R = Phenyl

Beispiele für anti-selektive Halogenaddition:
H
H COOH
Br (Br 2 )
COOH
H
Maleinsäure
H
Br
COOH
COOH
Br
H
H
Br
R
R COOH
Br
Br H H S
COOH
+ COOH
COOH S
2 Br
Br
H
COOH
H
Br
+
H
Br
COOH
Br
H
COOH COOH
D+L-Dibrombernsteinsäure
HOOC
H
H
Fumarsäure
COOH
Br (Br 2 )
HOOC
H
Br
H
COOH
Br
HOOC
H
Br
S
R
Br
H
COOH
R
Br
Br
S
COOH
H
H
COOH
meso-Dibrombernsteinsäure
Br 2
Br
Br
Br
Cyclohexen
H
H
H
Br
H
Br
Br
Br
S
S
Br
+
Br
R
R
Br
Definition: Fischer-Projektion
D-Glucose vs. L-Glucose
Racemat der beiden Diasteromeren

5.4. Addition von Protonensäuren u. Wasser an Olefine u. Acetylene
H OH 2
(H 2 SO 4 verd.)
OH
+ H
Nebenreaktionen: Umlagerung u. Doppelbindungsverschiebung
Isomere
H-Br
I
H
Br
II
Br
(55%) (45%)
Br + Br
+ H - H
+ H
Dodec-1-en
( konz. H 2 SO 4 )
- 10°C
OSO 3 H
(alle isomeren Dodecylsulfate)
Hydratisierung von Acetylenen nur in Gegenwart von Kat. (Hg 2+ )
+ H 2 O
(H 2 SO 4 ), HgSO 4 OH +H , -Hg ++ OH +H , -H
- H
Hg
H
OH
Enol H
H
Keton
O

5.5. Addition von Halogen (Cl 2 , Br 2 )
Br
Br
H 3 C
H
H
Br
CH 3
CH 3
AcOH
Br
H 3 C
H
+
S S R R
Br
Br
H
nur anti-Addition
Br 2
AcOH
Br 2
Br 2
Bei Phenylsubstituent an der Doppelbindung: syn+anti-Addition
H
Br
H
Br
Br
H
Br
Br Me
H
Br Br
Ph + Ph Me
H Br H H
72 % anti 28 % syn
+ Enantiomere
Br
Br
Dreifachbindung weniger reaktiv
geg. Elektrophil
Br
Br
5.6. Alkohole durch Oxymercurierung
weniger günstig
Hg(OAc) 2
-AcO
AcOHg
Mercuriniumion
HOH
AcOHg
OH
NaBH 4 , HO
- Hg, - HOAc
radikalisch
HO
R-Hg-X
NaBH 4
R-Hg-H
R-Hg-H R + Hg-H
1.Hg(OAc) 2 H 2 O
2.NaBH 4 , HO
OH
(94%)
ohne Umlagerung
R
+ H-Hg-R
R-H
+ Hg 0 + R

5.7. Epoxidierung u. Hydroxylierungen
COOOH
H
O
O
O R
Persäure
O
H
+
O
O
R
Cl
MCPBA
O
1,2-Epoxycyclohexan
OH
OH
- H
H
O
HOH
+ H
O
HO
OH
OH
trans-Dihydroxylierung durch
saure oder basische Öffnung
von Epoxiden
Regioselektivität bei Epoxidöffnungen
H
OH
O
MeOH
H 2 SO 4 verd.
O
NaOEt
HO
(83%)
MeO
Me
OH
EtOH
80°C
OEt
cis-Dihydroxylierungen (syn-Additionen)
O VIIIO
Os
O O
O VII
O
Mn
O O
O VI
Os O
O O
O
V
Mn O
O O
O
HO VI O
- Os
HO O
H HO
H
HO
-
HO
V
O
Mn
HO O
MnO 2
OsO 4
OH
(MnO - 4 )
H 2 O
cis-Dihydroxylierung
OH
analog Esterhydrolyse

5.8. Spaltung von Doppelbindungen durch Ozonolyse
[3+2] Cycloaddition
(synchron)
Cycloreversion
[3+2] Cycloaddition
H 2 O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
+
O
O
O
O
O
O
O
O
Ozon (1,3-Dipol)
Primärozonid
Carbonyloxid
(1,3-Dipol)
Sekundärozonid
(Acetal)
oxidative Aufarbeitung des Sekundärozonids:
O 3
O O
reduktive Aufarbeitung mit PPh 3 oder MeSMe:
O
H 2 O, H
O
HO
O
OH
O
O
OH
Keton + H 2 O 2 : stabil
Aldehyd + H 2 O 2 → Säure
O
O
O
S
O
O
O
S
O
O
O
S
DMSO
Ozonolyse in der Naturstoffaufklärung u. zur schonenden Erzeugung v. Aldehyden
OH
1. O 3
OH
2. P(Ph) 3
OH+
CH 2 O + O=PH(Ph) 3

5.9. Hydroborierungen
syn-Addition (konzertiert), anti-Markovnikov
Weiterreaktion + oxidative Aufarbeitung
H
B
H
H
H
B
H
H
δ +
H
B
δ -
H
H
H BH 2
O-OH
H BH 2 H BH
2
H B
3
Trialkylboran
H
B
3
O
- HO
OH
H
B
2
O
H
+ 2 O-OH
B
O
H
3 H 2 O
H 3 BO 3 + 3
HO
H
- 2 HO
3
Borsäuretrialkylester
Alkohol (Anti-Markovnikov)
Beisp.:
1. B 2 H 6
(BH 3 -MeSMe)
H
B
H
B
2. H 2 O 2 , HO
H
OH
+
H
OH
3
syn-Addition (rac.)
3
anti-Markovnikov-Alkohol (rac.)
H
BH
B 2
2 H 6
R * MeCOOH
R * -H
B
(+)−α-Pinen Isopinocampheylboran
R * R * MeCOOD R * -D
= Ipc-BH 2 (chirales Boran)
bei chiralem R Retention

5.10. Polymerisation von Olefinen
a) kationisch (H + , BF 3 , AlCl 3 )
Abbruch
R
H + n
- H
CH 2 CH 2 CH 2
R +
n
b) anionisch
Li
+
Li
n
∗
∗
n
Li
"lebendes
Polymer"
O 2 , H 2 O
Abbruch
c) radikalisch
R
R
R
n
Abbruch
5.11. Anionische Addition an Acetylene (Vinylierungen)
HC CH +
O-Et
150°C
H
H
OR
H-OEt
- EtO
OEt
Ethylvinylether
analoge Vinylierung von:
RCOOH, Ar-OH, R-SH, R 2 NH
COOH
+ kat. (R-COO) 2 Zn
HC
150°C
CH
O
O
Caprylsäurevinylester

5.12. Cycloadditionen (Synthese von Carbo- und Heterocyclen)
2+1
2+2
2+3
2+4
O
O
X
X
O
O
O
O
X = Carben, Nitren
meist photochemisch
1,3-dipolare Cycloaddition
Diels-Alder-Reaktion
1,3-Dipole:
Diazoalkane
Azide
Nitrone etc.
5. 13. Grenzorbitale bei Cycloadditionen
2+1 CA
LUMO
antibindend
HOMO
bindend
Ψ 2
∗
Ψ 1
Ethylen π-MOs
hν
Ψ 2
∗
Ψ 1
HOMO
LUMO
HOMO
H
H
H
HOMO
H
LUMO
thermische Besetzung
photochemische Besetzung
(nach Anregung)
thermisch erlaubt

2+2 CA
2+3 CA
a
LUMO
HOMO
s
thermisch
verboten:
außer bei
suprafacialantarafacial
s
s
aber:
photochemisch
erlaubt:
suprafacialsuprafacial
LUMO
HOMO
eines
photochemisch
angeregten
Olefins
LUMO
HOMO
Ψ 3
Ψ 2
Ψ 1
LUMO
HOMO
s
s
s
s
thermisch erlaubt
suprafacialsuprafacial
HOMO
LUMO
MOs 1,3-Dipol
2+4 CA
Ψ 4
∗
LUMO
Ψ 3
∗
Ψ 2
HOMO
s
Ψ 3
∗
LUMO
HOMO
Ψ 2
LUMO
s
HOMO
Butadien π-MOs
Ψ 1
thermisch erlaubt
suprafacialsuprafacial

a) [2+1] Cycloadditionen Cl
Cl Cl Cl
C
trans-2-Buten
trans-Cyclopropan
b) [2+2] Cycloadditionen
thermisch
Keten
C
O
C
O
C O
C O
Diketen
H 2 C C O
s
HOMO
(C=O)
O
photochemisch
NC
CN
hν
NC
CN
+
NC
CN
H 2 C
a
C
LUMO
(Keten)
Keten reagiert
antarafacial
c) 1,3-Dipolare Cycloadditionen [2+3]
H 2 C
+
N
N
(Diazomethan)
H 2 C
H
1
N
3
N
2
COOMe
+
H 2 C
H
N
N
COOMe
H
trans (E)
COOMe
trans (E)
Δ 1 -Pyrazolin
cis (Z)
< 0.003%

Azid
+
Alkin
Ph
EtOOC
N
ΔT
N
N N
Ph
N N
+ N-Phenyltriazol
COOEt
EtOOC COOEt
d) Diels-Alder-Reaktion [2+4] O
O
O
+
O
O
O
cis-1,3-Dien
elektronenreich
Dienophil
elektronenarm
quasi-aromatischer
Übergangszustand
syn-Addition
COOH
COOH
COOH
HOOC
COOH
COOH
COOH
COOH
HOOC
COOH
Hetero Diels-Alder Reaktionen
O
O
O
O
O
O
O
CHO
Dihydropyran

endo-Selektivität bei Diels-Alder Reaktionen (endo-Regel)
Hauptprod
H
H
endo
ΔT
Cycloreversion
Destillation
ohne Vakuum!
Sekundäre Orbitalwechselwirkungen
als Grund für die endo-Selektivität
HOMO
Nebenprod.
exo
LUMO
H
H
Dicyclopentadien
RT
5. 14. Heterogene Hydrierung
H 2 /Pd
RT
H 2 /Ni
175°C
180 bar
Pr
H 2 /Pd
Octan
O
H 2 /Pt
O
Pr
H 2 /Pd/BaSO 4
Pr
RT (EtOAc)
(81%)
Lindlar-Kat.
H H
cis-Addition

6. Aromaten
Welche Eigenschaften haben Aromaten?
• cycl. konjugierte Systeme
• nahezu eben
• (4n+2) π-Elektronen
• Ringstromeffekt im NMR
• erniedrigte Hydrierwärme
• Ausgleich der Bindungslängen
2 π 6 π 6 π 6 π
C
H
6.1. Elektrophile aromatische Substitution S E Ar
Mechanismus:
1) Erzeugung des Elektrophils
H O - H O -
H O N + O + N +
OH H O
H 2 O +
O
N
O
Br Br + FeBr 3 Br Br FeBr 3
2) Addition zum σ-Komplex
X
X
H
X
H
X
H
X
H
3) Eliminierung
σ-Komplex
Wheland-Komplex)
X
H
B
X
+ H-B

4) Bei Einführung eines neuen Substituenten ist die Aktivierungsenergie zum σ-Komplex entscheidend
5) a) Substituenten 1. Ordnung (aktivierend) dirigieren ortho/para
b) Halogene (desaktivierend) dirigieren ortho/para
c) Substituenten 2. Ordnung (desaktivierend) dirigieren meta

6.1.1. Nitrierung
Br
2 H 2 SO 4 konz.
OH
OH
SO 3 H 3 HNO 3
TNT
Br Br Br
NO
O 2 N
2
3. sehr
schwer
NO 2
NO 2
(36%) (62%) (2%)
HSO 3
(SO 3 )
6.1.2. Sulfonierung (reversibel)
OH
HNO 3
Essigsäure
NO 2
NO 2
1.Nitrierung
leicht
ΔT (H )
Ar Ar-SO 3 H Ar-SO 3 H + H 2 O Ar + H 2 SO 4
SO 3 H
2. schwer
NO 2 Reduktion
NH 2
Fe / HCl
Anilide
(Ar-NH-CO-R)
Isocyanate
(Ar-NCO)
O 2 N
R-COCl
OH
NHSO 3 H
Cyclamat (Süssstoff)
NO 2
Anilin
1. Ra-Ni-H 2
200°C
2.ClSO 3 H
ipso-Substitution
- 2 H 2 SO 4
SO 3 H
durch NO 2
O 2 N
SO 3 H
NO 2
Pikrinsäure
aromat. Amine
NH 3 HSO 4
200°C
(Backverfahren)
HO 3 S
Sulfanilsäure
NH 2
+ H 2 O
Chlorsulfonierung (Sulfochloride destillierbar)
ArH + ClSO 3 H
ArSO 3 H + HCl
Cl
OH
S O
HO
Cl
H
O -
S O
O
O
S
OH
ArSO 3 H + ClSO 3 H ArSO 2 Cl + H 2 SO 4
O

6.1.3. Halogenierung (Cl 2 , Br 2 , I 2 , Hal + ) F nur als F + einsetzbar
Cl Cl + FeCl 3
Cl
H
+ FeCl 4 + HCl + FeCl 3
Cl
für Halogenierung von Alkylaromaten SSS KKK Regel (Kälte, Katalysator, Kern) sonst rad. Halogenierung der Seitenkette
NO 2
CH 3
Br 2 ,Fe
NO 2
OH
OH
3 Br 2
Br Br
Br 2
- HBr -3 HBr - HBr
Br
CH 3
Br
tBu
Br
tBu blockiert
o-Substitution
BrN
O
NBr
bei unreaktiven Aromaten: Halogenierung mit Hal +
H
H
2
O
O
Br
H
O 2 N NO 2
2 SO
Br
4
BrN N
BrN N
2
Br
+
HN
O
NH
O N O
H
Dibromisocyanursäure
(DIB)
O
N
H
O
O
N
H
O
O 2 N NO 2
O
N
H
O
6.1.4. Friedel-Crafts-Alkylierung (reversibel)
R
Cl
AlCl 3
H
R
+ AlCl 4 + HCl + AlCl 3
R

Elektrophil für FC-Alkylierung erzeugbar aus:
ROH, Olefin:
R-OH + H-X
R + H 2 O + X
R-Hal:
R
+ H 2 SO 4
R
+ HSO 4
Nebenreaktionen:
a) Mehrfachalkylierungen (Produkt basischer) daher Überschuß Aromat
b) Umalkylierungen u. Regioisomerisierungen
15-facher
Überschuss
AlCl 3
Cl
- HCl
(83%)
MeCl, AlCl 3
- HCl
ΔT
lange Reaktionszeit
m-Substitution
thermodyn. stabiler
c) Umlagerung des Elektrophils
Beisp:
- HCl
Cl
AlCl 3
(27%)
Butylbenzol
+
(49%)
sec-Butylbenzol
3
CCl 4
AlCl 3
- 3 HCl
C Cl
(75%)
2
CCl 4
AlCl 3
- 2 HCl
Cl
C
Cl
H 2 O
O
H 2 SO 4
5-10°C
(65%)
(65%)
6.1.5. S E -AR durch Carbonylverbindungen
R
C
O
X
E
R Cl + AlCl 3 R Cl AlCl 3 R + AlCl 4
R C
Reaktivitätsanstieg (Elektrophilie)
O
O
O
CO < 2
R C < R C < R C
NR 2 OAr R
< R C
O
H
< R C
O
O
O
R
~
O
Cl

a) Friedel-Crafts-Acylierungen
R
C
O
Cl
+ AlCl 3
R
C
O
Cl
AlCl 3
R C
O
Cl AlCl 3
R C O AlCl 4
I
II
III
Komplexe I u. II sehr voluminös → p-Subst
(R = Alkyl)
bei Acyliumion o/p-Verhältnis geringer
(R = Aryl)
CH 3 COCl + AlCl 3
O
AlCl 3
+ HCl
H 2 O
O
+
O
Acetophenon
1.2 % o-Subst
NO 2
O
Cl
Me
O
AlCl 3
+ HCl
H 2 O
O
+
O
O 2 N
AlCl 3
NO 2
NO 2 NO 2
NO 2 NO 2
NO 2
2,4-Dinitrobenzophenon
45 % o-Subst
O
O
O
O
AlCl 3
H 2 SO 4
O
HO
O
-H 2 O
O
Anthrachinon

Bei Phenolen: Fries'sche Verschiebung nach O-Acylierung
OH
Cl
O
-HCl
O
O
O
O
AlCl 3
intermolekulare
FC-Acylierung
OH
O
O
O
OH
O
+
O
O
b) Formylierungen (Gattermann-Synthesen)
H C
Ar-H F
(keine Phenole)
O
(CO + HCl)
AlCl 3
Ar-CHO
für Phenole u. Phenylether
MeO
H
C
H
N H-Cl
NH
AlCl 3
MeO
NH 2
H
Cl
H 2 O
MeO
O
C
H
Cl
Formimidchlorid
c) Formylierungen nach Vilsmeier (nur für Phenole, Ether, Amine)
O
N
O
H
(DMF)
O
P
Cl Cl Cl
N
Cl
O
H
O
P
Cl Cl
-HCl
N
Cl
H
P
O
N
Cl
N
H 2 O
-HOPOCl 2
H
OH
N
N
-HNMe 2
H
C
N
O

d) Reaktion mit Aldehyden u. Ketonen
1. Hydroxymethylierung
H
u. Chlormethylierung O
H
H
OH
H
Nu:
OOC-R
OOC-R
Cl -
Cl
=
Polystyrol quervernetzt
mit Divinylbenzol
Merrifield-Harz
Peptidsynthese,
kombinatorische Bibliotheken
2. Triphenylmethane
N
H
O
ZnCl 2
Me 2 N
H
OH
ZnCl 2
Me 2 N
- HO - H
N
H
Me 2 N NMe 2
Me 2 N
Me 2 N
O
N
POCl 3
-HCl
Me 2 N
Me 2 N
OPOCl 2
NMe 2
1. HO
2. HCl
Me 2 N
Me 2 N
Cl
NMe 2
Me 2 N
Me 2 N
Cl
N
Kristallviolett (chinoides System)
e) Carboxylierungen mit CO 2
O Na O
O
Na
O O
O
H O Na
ONa
COONa
OH
+
Druck
OH
Na-Salicylat
COONa
+
ONa
wg. Chelatmechanismus: o-Subst (Salicylsäure) mit Na-Phenolat; p-Subst (p-Hydroxybenzoesäure) mit K-Phenolat

6.1.6. Mehrfachsubstituierte Aromaten
a) 3-Bromanilin NO 2 NO 2 NH 2
Br 2 , Fe HCl, Fe
Br
Br
b) 3-Butylchlorbenzol
O
Cl 2 , Fe
O
H 2 , Pd, EtOH
Cl
Cl
c) o-tButylnitrobenzol
HNO 3 , H 2 SO 4
NO 2
NO 2
NO 2
30°C
(16%) (11%) (73%)
SO 3 , H 2 SO 4
HNO 3 , H 2 SO 4
SO 3 HNO 2
H 2 O, Δ
kat. H 2 SO 4
NO 2
SO 3 H
d) o-Nitroanilin
NH 2
AcCl
Pyridin
HN
O
SO 3 , H 2 SO 4
HN
O
HNO 3 , H 2 SO 4
HN
O
NO 2
1. H 2 O, Δ
kat. H 2 SO 4
2. OH
NH 2
NO2
SO 3 H
SO 3 H

e) 9-Bromanthracen
O
Br N
NBS H Br
O
H Br
Br
O
-H + HN
O
6.1.6. Nukleophile Substitution an desaktivierten Aromaten (S N Ar) (Nitroaromaten, Pyridine etc.)
Additions-
Eliminierungs-
Mechanismus
O 2 N
Cl
NO 2
H 2 O, pH 7
40°C
- H +
Meisenheimer-Komplex
HO Cl
O 2 N NO 2
O 2 N
OH
NO 2
N
N
O O O O
NO 2
Cl
OH, pH 10
100°C
NO 2
NO 2
OH
NO 2
NO 2
Cl OH, pH 14
160°C
NO 2
OH
NO 2
Eliminierungs-
Additions-
Mechanismus
Cl OH, pH 14 Cl
OH
350°C
-Cl
* H
*
*
*
O-H (1.)
* * OH
- H 2 O
+ H (2.)
Arin
58% 42%

Ciprofloxazin (Ciprobay)
Cl
F
Cl
O
HN
COOEt
NaH
- H 2
Cl
Cl
F
F
Cl
O
N
O
COOEt
S N Ar
O
OEt
Cl
F
Cl
O
N
COOEt
-Cl
Cl
F
H
N
N
H
F
O
COOEt
N
S N Ar -HCl
O
COOEt
Cl
N
HN
N
N
6.1.7. Substitutionen mit metallierten Aromaten
a) Darstellung von metallierten Aromaten
1) Ar-X + Metall
(Oxidative Addition)
Br
Mg 0
Mg II -Br
Bu-Li
2) Halogen-Metallaustausch Br Li + Bu-Br
3) direkte Metallierung
u. ortho-Metallierung
MDG
Bu-Li
MDG
Li
+ Bu-H
4) Ar-X + Metallkomplex
(Oxidative Addition)
Br
L
Pd 0 L
L
L
Pd II Br

) dirigierte ortho-Metallierung (DOM)
H
O
H
MDG = Metallierung
Li O
O
Dirigierende
NEt
sec BuLi
NEt 2
Bu-Br
NEt Gruppe
2
2
-78°C
H + Li
OMe
OMe
1) n BuLi, 0°C
OMe
OMe
2) n-Decylbromid
OMe
OMe
Li
O
NEt 2
1) sec BuLi, -78°C
O
NEt 2
2) B(OMe) 3
- LiOMe
O
NEt 2
H 2 O 2
OH
O
NEt 2
Li
B(OMe) 2
OH
Br 2 , Fe
O
NEt 2
O
Br
N
O
O
NEt 2
Br
Br
c) Pd-katalysierte Kreuzkupplungen
Br
(HO) 2 B
L L
L L
L
L L
Pd II
Pd 0 OMe
-
Pd II L
Pd 0
Pd 0 (PPh 3 ) 4
Br -BrB(OH) 2
OMe
instabil
oxidative Addition Transmetallierung reduktive Eliminierung
OMe

Pd-katalysierte Arylierungen
Br
OMe
Pd(PPh 3 ) 4
HO
B
OH
L
Pd 0 L
OMe
Suzuki
Br
OMe Pd(PPh 3 ) 4
OMe
Heck
Br
OMe Pd(PPh 3 ) 4
CuI, R 2 NH
OMe
Sonogashira
Br
H 2 N
OMe
Pd(OAc) 2 P(tBu) 3
NaOtBu
H
N
OMe
Buchwald-Hartwig

7. Oxidationen u. Dehydrierungen
7.1. Allg.: Def. Oxidation: Zufuhr von Sauerstoff oder Entzug von Elektronen bzw. Wasserstoff
Oxidation
(Zahl der Heteroatome nimmt zu)
Reduktion
H
H
OH
OH
OH
H
C
H
H
C
OH
H
C
OH
HO
C
OH
HO
C
OH
H
H
H
H
OH
O
O
O
O
H
H
H
OH
C
O
Cl
C
Cl
O
H
O
H
OMe
H OMe N C N
OMe
N
N C H
O
C
H
Formale Oxidationszahlen:
H (+1), =O (-2), -OH (-1), Hal (-1), C-C, C=C, C=C (0)
formale
Oxidationszahl C:
CH 4
CH 3 CH 3 OH H 3 C CH 2 OH H 2 C=O H 3 C C
O
H
H
C
O
OH
H 3 C C
-4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4
O
OH
CO 2

mögliche Einzelschritte bei der Oxidation (Reduktion) organischer Verbindungen
a) Elektronenübertragung (+ e - )
b) Wasserstoffübertragung (+ H . )
c) Übertragung von Hydrid (+ H - )
d) Übertragung von Sauerstoff (+ O)
e) Oxidative Addition an Übergangsmetallkomplexe (+ M)
Oxidierbarkeit durch Elektronenentzug: nimmt meist mit erhöhter Nukleophilie zu (energiereicherem HOMO)
n,! -Orbitale energiereicher (leichter zu oxidieren) als "-Orbitale
R H < R OH < R NH 2
R 3 C CR 3 < RC CR < R 2 C CR 2
< R SH
Oxidierbarkeit. durch
Elektronenentzug
Oxidierbarkeit durch radikalische H-Abstraktion hängt von Stabilität des entstehenden Radikals ab
R CH 2 H < R CH H <
R
R C H
Oxidierbarkeit. durch
rad. H-Abstraktion
H
!
stabil gegen Radikale
R
H
< R CH 2 O-H < R CH-OH
R
H
< R
O
H
!
H
H

7.2. Oxidation von Methyl- u. Methylengruppen
a) Technische Oxidationen mit
O 2 und Metallsalzen (radikalisch)
O 2 , 165°C
Co-Kat
O
O
O
+ +
OH
O Et(Me)
1 15 3
O 2 , 350-400°C
O 2 , 200-500°C
Cu-Kat
CHO
Acrolein
Mo-Kat
COOH
Acrylsäure
Andrussow-Verfahren (Me → CN)
R CH 3
O 2 , 400-450°C
Bi 2 O 3 -MoO 3 -Kat
R
CHO
NH 3
R C
-H 2 O
NH
H
O 2
-H 2 O
R C N
CH 4
O 2 , NH 3
Kat.
HCN
O 2 , NH 3
Kat.
CN
Acrylnitril
O 2 , NH 3
Kat.
CN
CN
Phthalonitril
O 2 , NH 3
Kat.
CN
Methacrylnitril

) Oxidationen von Alkylaromaten (Einelektronenübertragung-SET)
H
CH 3 M n+ -H +
M n+
-M (n-1)+
-M (n-1)+
Nu (H 2 O)
-H + OH
OH
-M (n-1)+ H
OH
-H +
OH
-M (n-1)+ OH
-H + O
N
2 KMnO 4
N
M n+ M n+ + CO 2
COOH
+ 2 MnO 2
4 KMnO 4 COOH
+ 2 KOH
+ 4 MnO 2
+ 4 KOH
β-Picolin
Nicotinsäure
SO 2 NH 2
2 KMnO 4 COOH
SO 2 NH 2
-H 2 O
O
S
N
H
NaOH
O
S
N
Na
o-Toluolsulfonsäureamid
O O
Saccharin
O
O
selektive Oxidationen zu aromat. Aldehyden mit
Cerammoniumnitrat (CAN) 4[NH 4 ] 2 [Ce IV (NO 3 ) 6 ]
CHO
p-Xylol
H 2 O, AcOH
- 4Ce III
p-Tolylaldehyd (68%)

c) Oxidation von enolisierbaren Ketonen u. Aldehyden
O
O
O
O
O
SeO O
2
O
SeO 2
OH
O
Phenylglyoxal
Phenylglyoxylsäure
Cyclohexan-1,2-dion
Mech:
R
O
R
O H
Enol
O
Se
O
R
O
OH
Se
O
-H 2 O
R
O
Se
O
H 2 O
-Se, -H 2 O
R
O
O
Alternative für toxisches Selendioxid:
I OAc
OAc
Diacetoxyiodobenzol
7.3. Oxidation von Alkoholen
a) Oxidation mit Chrom VI -Verbindungen
sek. Alkohol
OH
Na 2 Cr 2 O 7
verd. H 2 SO 4
O
prim. Alkohol
OH
Na 2 Cr 2 O 7
verd. H 2 SO 4
H 2 O
O
OH
Na 2 Cr 2 O 7
OH
Aldehyde nur unter wasserfreien Bedingungen isolierbar:
K 2 Cr 2 O 7 / Eisessig (Jones Oxidation);
CrO 3 x 2Pyridin (Collins Oxidation); Pyridiniumdichromat
OH
Aldehydhydrat
OH
verd. H 2 SO 4
CrO 3 x 2
N
O
O

O
Mech:
OH
+
HO
O
+VI
Cr O
OH
(H )
- H 2 O
O
O
Cr O
OH
Chromsäureester
H Cr O
H
O
OH
H
Base: H 2 O; Pyridin
analog E2-Elim
O
+IV
O Cr OH
OH
b) selektive Oxidationen zu Aldehyden mit DMSO+Oxalylchlorid (Swern-Oxidation)
S
O
O
Cl
O
Cl
-60°C
S
O
O
O
Cl
S
Cl
+CO 2 +CO
S
Cl
HO
R
-60°C
-HCl
S
O
H
R
RT
S O
H 2 C
H
S-Ylid:
R
-60°C
Et 3 N
Cl - S O
H
Cl -
R
S
S-Ylid:
c) Dess-Martin Periodinan (DMP)
(toleriert viele funktionelle Gruppen)
O
R
R
OH
H
O
O
I
OAc
AcO OAc
DMP
R
R
O
H
O
I
OAc
OAc OH
O
R
R
O +
O
O
I
OAc
+ 2 AcOH

d) Katalytische Dehydrierung von Alkoholen in der Technik
Techn. Synthese für:
OH
ΔT (Kat.)
Kat: Cu, Ag, CuO, ZnO
O
H
+ H 2
Dehydrierung endotherm:
hohe Temperaturen (350°C)
schnelles Abkühlen der Produkte
H
O
H
O
H
O
O
e) Oxidation von primären Alkoholen u. Aldehyden zu Carbonsäuren
KMnO 4
OH COOH Aldehyde (Hydrate) oxidieren leichter als Alkohole
oder
daher Aldehyd meist nicht isolierbar
Na 2 Cr 2 O 7
verd. H 2 SO 4
HO
HO
OH
O
OH
O
H
OH
HO
HO
OH
O
OH
O
I
I
HO
HO
OH
O
HO
H
O
I
OH
-H 2 O, -I
OH
HO
HO
O
HO O
H 2 O
D-Gluconsäurelacton
COOH
OH
HO
OH
OH
CH 2 OH
D-Gluconsäure
Oxidation von Glucose (Nachweis) mit:
Ag 2 O-NH 4 OH
(Tollens Reagenz)
oder
Glc
Ag (Spiegel)
+ Gluconsäure
Cu(II)-Tartratkomplex
(Fehling'sche Lösung)
Glc
Cu 2 O (rot)
+ Gluconsäure

7.4. Oxidation von Aromaten zu Chinonen
O
O
O
O
O
a) Chinone aus aromatischen Kohlenwasserstoffen
o-Benzochinon
rot
O
p-Benzochinon
gelb
O
kein m-Chinon
O
Oxidationsmittel: H 2 CrO 4 , H 2 O 2 , O 2 /V 2 O 5 , Anodische Oxidation (-e - )
OH
M n+ H
M n+
-M (n-1)+ Nu (H 2 O)
-H + -M (n-1)+
OH
H -H+ OH
OH M n+ OH -H + O -e - O O
OH
Nu (H 2 O)
-M (n-1)+
-H + H
HO
HO
Phenol leichter
Hydrochinon
oxidierbar
als Benzol -2 e -
-2H +
Beisp:
Ag 2 O 2
O
H 2 CrO 4
O
O
schwer
O
(20 %)
O
Naphthochinon
O
p-Benzochinon

O
leicht
H 2 CrO 4
H 2 CrO 4
O
Anthracen
O
(90%)
Anthrachinon
Phenanthren
O
(37%)
Phenanthrenchinon
COOH
COOH
Diphensäure
b) Chinone aus substitiuierten Aromaten (Phenole, Aniline)
OH
O O
O
+ H 2 O 2
NH 2
1/2 Br 2
-Br
NH 2
NH 2
NH 2
1/2 Br 2
-Br
NH
2 H 2 O
-NH 3
O
OH
O
N
N
N
N
-H
N
-Me 2 NH
O
Hydrochinon
p-Dimethylaminoanilin
Wursters Rot
Semichinon
(stabiles Radikalkation)
Chinonimmoniumsalz
c) Chinonimine durch oxidative Kupplung
N NH 2
Ox.
-e - N NH 2
elektrophiles
Radikalkation
N
S E Ar, -2H + , -e -
N
H
N
N
-H , -2e -
N N N
Bindschedlers Grün
Chinondiimin

Anwendung in der Farbphotographie
N NH 2
OH
OH dirigiert para
R
4 Ag I Br* (*belichtet=
stärkeres Oxidationsmittel
durch Ag-Keime als Kat.)
-4Ag 0 , -4HBr
N
N
R
O
oxidatives Kupplungsprodukt
in blaugrüner Farbschicht
7.5. Oxidation von C-C Mehrfachbindungen: Oxidationsmittel KMnO 4 , HNO 3 , O 3 ,
KMnO 4 , HO
Kälte
(Dihydroxylierung)
KMnO 4 , H
OH
OH
COOH
COOH
HIO 4
(Glycolspaltung)
(Periodatspaltung)
CHO
CHO
e - -reicher
KMnO 4 , HO
N
Chinolin
N
COOH
COOH
Ölsäure (9 Z)
COOH
HNO 3
Nonansäure
COOH
+
HOOC
COOH
Azelainsäure
7.6. Glycolspaltung
O
OH
OH
"Glycol"
(1,2-Diol)
HI VII O 4
oder Pb(OAc) 4
O
O
Mech:
OH
OH
O
I OH
O
-H 2 O
O
O
O
I
O
OH
H
O
O
O
I
O
V
OH
keine
Überreaktion

Anwendung der Glycolspaltung: a) Synthese von Aldehyden u. Ketonen aus Olefinen u. Diolen
kat. OsO 4
HIO 4 , H 2 O
b) historisch: Bestimmung der Ringgröße von Glycosiden
Pyranoside:
OH
OH
HIO O
4 O
HO
O
OMe
HO
OMe
H O
OH
O
OH
Methyl-ß-D-glucopyranosid
HCOOH
HO
OH
O + O
Furanoside:
CH 2 OH
HO OMe
O HIO 4
OH
OH
Methyl-ß-D-glucofuranosid
CH 2 O
H
O
H
O
O
O
OMe
O
Nachweis mit
O
O
Dimedon
7.7. Oxidation von Hydroxymethylgruppen u. Halofomabbau
OH
Br 2 , HO
-H 2 O, -Br
H
Br
O
-H 2 O, -Br
O
H
HO
O
Br
Br
- Br
HO
O
H
Br
ω-Bromacetophenon
(CH-acider als Acetophenon)
Br 2
HO
Br 2
HO
O
Br
Br
Br
HO
O
OH
Br
Br
Br
OH
O
+
Br
H +
Br
Br
CHBr 3
Bromoform

7.8. Katalytische Dehydrierung von Kohlenwassserstoffen u. Hydroaromaten
thermisch
katalytisch (Ni, Pt, Pd, CrOx)
≈ 650°C
+ H 2 Dehydrierung
55%
99%
+ CH 4
Crackung
45%
1%
ΔT, Kat.
ΔT, Kat.
ΔT, Kat.
-3 H 2 N
H
-2 H 2 N -3 H
H N 2
H
N
ΔT, Kat.
Pyrrolidin Pyrrol Piperidin
-H 2
Styrol
Hexan-Isomere
C 6 H 14
Pt/Al 2 O 3
-H 2
ΔT,Pt
Cyclisierung
Platforming: Pt-Kat.
-3 H
Reforming: Re-Kat.
2
Dehydrierung
Heptan-Isomere
C 7 H 16
ΔT,Kat.
Cyclisierung
Dehydrierung
- 4 H 2

8. Reaktionen von Carbonylverbindungen
Carbonylverbindungen sind leicht darstellbar
und zeigen hohe Reaktivität. Viele Reaktionen der Organischen
Chemie und der Biochemie basieren auf der Umsetzung
von Carbonylverbindungen.
R
O
C
R
R
O
C
Addition von Elektrophilen
Addition von Nukleophilen
R
H
H H + -Abstraktion durch Basen
Reaktionen an der Carbonylgruppe
O
a) mit Nu H
b) mit E +
O
O ~H O
sp 2 sp 3 sp 3
sp 2
NuH
C
C
C
C
HNu
Nu
Produkt stabil oder
Folgereaktionen
E
E
O
C
sp 2
NuH
- H O
Nu
C
sp 3
E
Reaktivität bei Carbonylreaktionen ist abhängig von: a) Nukleophilie von NuH; b) Aktivierung der Carbonylgruppe; c) Substituenteneinfluss
1) Einfluß funktioneller Gruppen direkt an der Carbonylgruppe:
Reaktivität
O
O
O
OH
Base
O
NR 2
O
OR
O
CH 3
O
H
O
O
O
O
Cl
+M, +I
+M, -I
(OH)
ohne Base
+I
-I, - M, + M -I

2) Einfluß weiter entfernter funktioneller Gruppen:
a) Elektronische Einflüsse: O
O
OMe OMe
ClH 2 C
O
OMe
Cl 2 HC
O
OMe
V HO
-I(-M) erhöht Elektronenzug
+ Geschwindigkeit der alk. Hydrolyse
~ Säurestärke d. Carbonsäuren
b) Sterische Einflüsse
O
O
O
V R-NH 2
Geschwindigkeit
der Iminbildung
3) Elektrophilie des Katalysators (H + , AlCl 3 ) erhöht Reaktivität am Carbonyl-C,
kann aber Reaktivität des Nukleophils herabsetzen.
H
O
H 2 N
R
Heteroanaloge Carbonylverbindungen: analoge Reaktivität wie C=O
Elektrophilie
Nukleophilie
O X S N-R N
Thiocarbonyl Imin Nitril
O X O S O N O
- O
N +
Sulfoxid Nitroso Nitro
O
O X Y N N
Azo

8.1. Reaktionen von Carbonylverbindungen mit Heteroatomnukleophilen
Aldehyde u. Ketone:
R
NHR
OR
OR
O NR N
R OH
OH
OR
Imin Enamin Halbaminal Halbacetal Acetal
Carbonsäurederivate:
HO
O
RO
O
RHN
O
Hal
O
R
O
O
O
8.1.1. Hydratisierung von
Aldehyden u. Ketonen
O
H 2 O
OH 2
O
~H
OH
OH
Hydrat (gem. Diol)
meist instabil
(Erlenmeyer-Regel)
stabile Hydrate (isolierbar) bei -I, -M Substituenten:
O
OH
OH
OH
F 3 C OH
Cl 3 C
HOOC
OH
OH
OH
F 3 C
OH
O
Chloralhydrat Glyoxylsäurehydrat Ninhydrin Hexafluoracetonhydrat
O
HO OH
HO OH
O
Mesoxalsäurehydrat
8.1.2. Bildung von Halbacetalen u. Acetalen
O
H
O
H
R-OH
-H
OH
OR
H
-H 2 O
O
R
R-OH
OR
OR
+H
Halbacetal
Bildung durch Säure- o. Basenkatalyse
(meist instabil)
Oxocarbeniumion
Acetal
Spaltung nur bei Säurekatalyse
(stabil geg. Basen)

Acetalbildung begünstigt durch Mesomeriestabilisierung des Oxocarbeniumions:
α-Alkoxycarbeniumion
O
Me
O
Me
besser stabilisiert als
Carbeniumion
Aldehyde: leichte Reaktion mit Alkoholen (H )
O
HOEt
OEt
OH
(97% Halbacetal)
Ketone: erschwerte Reaktion (starke Säure, wasserentziehende Mittel: z.B. H 2 SO 4 , Orthoester)
O
EtOH, H
HC(OEt) 3
- HCOOEt
OEt
OEt
OEt
H
H OEt
OEt -HOEt
Orthoameisensäuretriethylester
(Esteracetal)
H
OEt
OEt
H 2 O
-H
OEt
H OH
OEt
Esterhalbacetal
-HOEt
H
O
OEt
Anwendung: a) Acetalisierung als Schutz für Aldehyde, Ketone u. Alkohole
O
COOEt
H
O O
HO OH COOEt
-H 2 O
1. EtMgBr
2. H 3 O
O
Et
OH
Et
b) saure Bildung von Glycosiden (Fischer)
H
HO-Oct
HO
HO
HO
-H 2 O HO
-H
HO O HO O
HO O
HO O
HO
+ HO
HO
OH OH HO
HO O Oct
HO
HO
O Oct
Glc (Halbacetal)
Glucosylkation
Octyl-α-D-Glucosid (Acetal)
(Oxocarbeniumion)
(biolog. abbaubares neutrales Detergens)
(Nebenprod.)
c) Thioacetale HS (H ) - H 2 O
O +
HS
S
S
Dithiolan
leichte Bildung,
hohe Stabilität
(S wenig basisch)
Raney-Ni

8.1.3. Reaktionen von Aldehyden u. Ketonen mit Aminoverbindungen
a) Allgemein: schnell
~H
NH O
HN O
N
OH
Halbaminal
(instabil)
prim. Amin:
sek. Amin:
H
N
R
R
N
R
OH
OH
langsam
(H )-H 2 O
langsam
(H )-H 2 O
H
N
R
R
N
R
H
B (-BH )
B (-BH )
N
R
R
N
R
Imin, Azomethin,
Schiff'sche Base
(Heterocarbonylverb.)
Enamin (Azaenol)
HN
R
Enamintautomer
meist instabil
z.B.:
O NH 2 -H N O
2 O
+ +
NH
-H 2 O
Imin
N
Enamin
Rkt. mit
Hydroxylamin- oder
Hydrazinderivaten
O + H 2 N-OH x HCl
-H 2 O
N
OH
Oxim
+
H 2 N-NH
-H 2 O
HN
N
Phenylhydrazon
+ H 2 N-NH 2
-2H 2 O
N
N
Azin
O
-H 2 O
N
+ H 2 N-NH-CO-NH 2
N NH 2
Semicarbazon

) Reaktionsgeschwindigkeit V mit Aldehyd u. Keton zeigt Optimum bei pH ≈ pKs des Nukleophils
V bestimmt durch:
1.) Additionsschritt
2.) Eliminierungsschritt
Säureeinfluß
Additionsschritt:
H 2 NR + H
H 3 N-R
H
O + H O
desaktiviert Nu
aktiviert CO
V
ca. pK s des Nu.
Beisp:
H
H
O
+ 2
HO
pK s = 9.9
- H 2 O O
V max : pH = 10
O
Formaldehyddiphenylacetal
pH
O
- H 2 O
N
V
O + H 3 N-NH-CO-NH max : pH = 4
2 N NH 2
pK s = 3.6 (H + -Form)
Acetonsemicarbazon
c) Imine CHO
NH 3
- H 2 O
CH=NH
Acetaldimin
HN NH
N
H
Trimethylhexahydrotriazin
N
N N
Triazin
HO
NH 3
HN
3H 2 CO
N
NH 3
H 2 CO
H 2 C=NH
NH
N
- H 2 O
HN
N OH -3H 2 O
Formimin
HO
d) Bildung von Iminen u. Enaminen bei der Synthese von Heterocyclen
1.) 1,2-Diketone
R O H 2 N
- 2 H 2 O R N
+
Chinoxalin
R O H 2 N
R N
N
N
N
N
Urotropin

2.) 1,3-Diketone
R
R
O
O
+
NH 2
NH
R
- H 2 O - H
N
2 O
O NH
R
R
R
N
N
N-Phenylpyrazol
3.) 1,4-Diketone
1. Hydrazon
2. Enamin
(Aromat)
R
O
O
+
R
NH 3
R
O H 2 N
R
OH
R
HO
N
H
R
OH
- 2H 2 O
R R
N
H
subst. Pyrrol
e) Osazone
CHO
OH
R
Zucker
3
H 2 N
H
N
Oxidation an C-2
zum Keton
- NH 3 , - Anilin
- 2H 2 O
R
N
N
H N
H
N
Osazon (krist.)
CHO CHO CH 2 OH
OH HO
O
R
R R
Glucose Mannose Fructose
gleiches Osazon
8.1.4. Synthese von Carbonsäureestern
a) saure Veresterung
(prim. + sek. ROH)
Et OH + R
O
OH
H
R
H
OH
OH
O
Et
~ H
R
OH 2
O
O
Et
H
- H 2 O, - H
R
O
OEt

ei tert. ROH anderer Mech.:
OH
H , - H 2 O
Verschiebung des Gleichgewichts
bei saurer Veresterung notwendig:
HO
O
S N 1
R
Überschuss ROH oder RCOOH
Entfernung von H 2 O (H 2 SO 4 oder Wasserabscheider)
Entfernung des Esters (Extraktion oder Destillation)
H
O
O
R
-H
O
R
O
tert. Ester säurelabil
b) Ester aus aktivierten Carbonsäurederivaten:
O
1) aus Säurechloriden: R
Cl
R' OH
langsam - HCl
O
R
O-R'
2) aus Anhydriden:
O
R O
c) Alkylierung von Carboxylaten:
O
N
R
O
N
R
Cl
Acylpyridiniumsalz
(stark aktiviert)
Pyridin als Kat.
H
N
oder
HO-R'
R
O
R
O
H
O
N
O
O
Cl
N
R
R
R-COO
OR'
H
+ R'-OH
O
R
O R'
+
N
Cl
H
O
R
O R'
+ RCOOH
R
O
O
R'
Cs
Br
S N
- CsBr
R
O
O
R'
R
Nu
O
O
+ R'OH
Nu

8.1.5. Synthese von Carbonsäureamiden
a) Synthese:
direkte Umsetzung
ungünstig
wg. Salzbildung:
R
O
OH
+ NH 3 R
O
O
NH 4
ΔT
R
O
NH 2
+ H 2 O
Beisp.:
besser:
R
O
Cl
R
O
O
O
R
+ H 2 N-R
- H-X
R
O
NH 2
hohe Ausbeute, da
keine Gleichgewichtsreaktion
Cl
NH 3 (konz.)
NH 3
NH 3
NH 2
O
H 2 O
O
Cl
O
-Cl NH 3
O
- NH 4
O
Cl
+
HN
N
O
N
+
N Cl
H
O
O
O
H 2 NEt
O
NH 2 Et
O
O
O O O
~H NHEt O
OH
-AcOH
O
O
NHEt
O
O
O
gem. Anhydrid
-AcOH
O
N Et
O
N-Ethylphthalimid
b) Struktur von Amiden: planar (Amidmesomerie)
H
O
N
H
O
N
H
O
N
CH 3
CH 3
N-Methylacetamid:
O
N
H
Z-Konformer
O
E
N H

c) Synthese von Peptiden:
H 2 N
O
H
N
O
OH
Dipeptid:
L-Alanyl-L-phenylalanin
(H-Ala-Phe-OH)
Schutzgruppen notwendig für eindeutige Amidbildung
selektiv geschützte
Aminosäurebausteine:
O
O N
H
O
Z-Ala-OH
(Urethanschutzgruppe)
OH
+
H 2 N
O
OtBu
H-Phe-OtBu
(Esterschutzgruppe)
Zweiphasenreaktion
Toluol / verd. NaOH
-HCl
-H
O
O
Cl
H 2 N
O
O
H 3 N
O
OH
Chlorameisensäurebenzylester
(Z-Cl nach Zervas)
OH
- H 2 O
H (H 2 SO 4 )
O
H 3 N
O
H 3 N
O
H-Ala-OH
(Betainform)
O
H-Phe-OH
(Betainform)

Peptidkopplung u. Entschützung
Bzl-O
O
N
H
O
OH
N
C
N
Bzl-O
O
N
H
O
O
H
N
C
N
Diisopropylcarbodiimid
(DIC)
HO
Bzl-O
O
N
H
1. Aktivierung
der Aminosäure
O
Aminosäure-OBt-ester
(Aktivester)
O
N
N
N
-
N
N
N
N-Hydroxybenzotriazol
(HOBt)
N
H
O
N
H
Diisopropylharnstoff
(schwerlösl.)
Bzl-O
O
N
H
O
O
analog gem.
Anhydrid
N
NH
O
2. Kopplung
O
N
H
H 2 N
O
geschütztes Dipeptid
H
N
O
O
OtBu
OtBu
H
N
H 3 N
CF 3 COO
O
entschütztes Dipeptid
3. Entschützung
b) Trifluoressigsäure -
O
H
a) Pd-H 2 N
H 2 N
OtBu
-
- CO 2
O
O
OH

d) Synthese von heterocyclischen Amiden:
Barbiturate:
O
NH 2
NH 2
OEt
- EtOH
O
NH
NH 2
+
O
O
OEt
Ph
Et
OEt
-EtO
O
H 2 N
H
N
O
O
Ph
Et
OEt
OEt
-EtOH
O
HN
O
Ph
HN Et
O
Phenobarbital
(Schlafmittel)
Pyrazolone:
EtO
O
O
+
NH 2
NH
-H 2 O
EtO
N
O
NH
-EtOH
O
N
N
8.1.6. Hydrolyse von Carbonsäurederivaten
3-Methyl-1-phenyl-pyrazol-5-on
a) basische Hydrolyse von Estern u. Amiden
R'
O
OMe
+ OH
HO O
R' OMe
tetraedr. Intermediat
R
O
+ MeO
OH
pK s = 4.7
irreversibel
O
R + MeOH
O
pK s =16
Carboxylat
gut löslich in H 2 O
Verseifungsgeschwindigkeit korreliert mit:
1.) Säurestärke
2.) Verzweigung im
Säure- u. Alkoholteil
H 3 C
O
OMe
O
OMe

Grenzfälle:
O
MeO
O
OMe
H 2 O, RT
O O
HO OH
pK s = 1.3
+ 2 MeOH
O
O
CH 3
CH 3
CH 3
OH
b) saure Hydrolyse: langsamer als alk. Hydrolyse. Außerdem Ester u. Säure oft wenig lösl. in H 2 O.
tert. Alkylester:
leicht sauer spaltbar
(CF 3 COOH)
(basenstabil)
O
OtBu
c) Umesterungen: Ester + Alkohol + kat. Säure o. Base
H
H
O
O
H
O
O
OH
O
+
-H
Nu
Nu
Triacylglycerid
O
O
O
O
O
O
kat. MeO in MeOH
OH
OH
OH
+ 3
MeO
O
Fettsäuremethylester (Biodiesel)
d) Alk. Hydrolyse von subst. Malonsäure- u. ß-Ketoestern
R
COOEt
COOEt
OH , H 2 O
-EtOH
schnell
R
COO
COOEt
OH , H 2 O
langsam
R
COO
COO
Δ
O
R
H
O
H
O
OH
R
CO 2
COOH
subst.
Essigsäure
H
H
COOEt
O
1. 2 NaOEt, 2 MeI
2. OH , H 2 O
3. Δ, -CO 2
O
Methylisopropylketon

8.1.7. Acidolyse von Carbonsäurederivaten
a) Bildung von
Carbonsäureanhydriden
O
OH
HO 700°C
O
oder
P 2 O 5
O
O
O
+ H 2 O
O
O
OH
OH
180°C
-H 2 O
O
O
O
b) Umesterungen von Estern mit Carbonsäuren
O
OMe
+ HCOOH
kat. H 2 SO 4
O
O
O
H
+ HOMe
H
O
O-Me
+
O
OH
c) Bildung gemischter Anhydride
Ester der stärkeren Säure
R'
O
OH
R
O
O
O
R
R'
O
O
O
R
+
R
O
OH
R
O
O
NHEt 3
O
Cl
- NEt 3 x HCl
R
O
O
O
H 2 N-R'
R
O
NHR
8.1.8. Additionen an Nitrile (weniger reaktiv als Amide, drastischere Reaktionsbedingungen)
a) Addition von Wasser
H O H
R C N
H
R
NH
OH 2
- H
NH
Tautom.
NH 2
Hydrolyse
OH
H O
R C N
R
N
OH
R
OH
+ H Imidsäure
(Tautomer eines
Carbonsäureamids)
R
Amid
O
- NH 3
R
O

) Addition von Alkoholen u. Aminen unter sauren Bedingungen
R C N
R'
O
H
H Cl
R
NH
O
R'
H
Cl
2 R'-OH
-NH 3
R
NH 2
OR'
Imidoesterhydrochlorid
Cl
H 2 O
R
2 H 2 N-R''
-NH 3, -R'OH,
H
2.
O
H
NH 2
3.
OR'
1.
analog Halbaminal
- NH 3
- H
R
Ester
O
OR'
OR'
N
R''
R
OR'
OR'
Orthoester
R
HN
R''
Amidin
8.1.9. Additionen an spez. Carbonylverbindungen
a) Phosgen
Cl
O
Cl
HO
Bzl
- HCl
Cl
O
O-Bzl
+ HO-Bzl
- HCl
BzlO
O
O
Chlorameisensäurebenzylester
(Z-Cl)
Dibenzylcarbonat
(Kohlensäureester)
Cl
O
Cl
H 2 N
R
O
- HCl - HCl
Cl
NHR
Carbamoylchlorid
(Carbaminsäurechlorid)
O
C
N
R
Isocyanat
H 2 N
R
HO-R'
RHN
R'O
O
O
NHR
NHR
Harnstoffderivat
Urethan (Carbaminsäureester,
Carbamat)

) CO 2 , CS 2
O
O
C
O
NH 3
H 2 N
HO
Carbamidsäure
(Carbaminsäure)
NH 3
H 2 N
H 3 O
H 2 N
O
O
CO 2 + NH 3
O NH
HO
4
Ammoniumcarbamat
Carbamidsäure
(im Sauren instabil)
O
C
O
NaOMe
MeO
O
O
Na
O
Cl OR
- NaCl
O O
MeO O OR
Pyrokohlensäureester
S
C
S
NaOMe
MeO
S
S
Na
Xanthogenat
H 3 O
MeO
HO
O
Kohlensäuremethylester
(im Sauren instabil)
CO 2 + MeOH
8.2.Reaktionen von Carbonylverbindungen mit C-Nukleophilen (C-C-Verknüpfungen)
typische C-Nukleophile:
a) Organometallverb. R-Mg-X, R-Li
b) Cyanide, Acetylide: CN , R-C = C
c) Ylide
d) Enolate
e) Enole, Enolether, Enamine
aus C-H aciden Verb.

8.2.1. Addition von Blausäure
Beisp.:
OH
O
O H
OH
CN
CN
HCN CN + R
R
R
NH
O
NH
NH
2
NH 3
CN - H
CN
CN
R
R
R
R
pK s =9.2
H
H
H
Cyanhydrin
(basenlabil)
Strecker-Synthese:
H - H 2 O H
H
H
Aminonitril
H 3 O
H 3 O
OH
COOH
R
H
α-Hydroxysäure
NH 2
R
COOH
H
α-Aminosäure
O
1. HCN
2. H 3 O
COOH
Methacrylsäure
O
H
1. HCN
2. H 3 O
OH
COOH
Mandelsäure (rac.)
H
O
Phenylacetaldehyd
1. HCN, NH 3
2. H 3 O
NH 2
COOH
Phenylalanin (rac.)
8.2.2. Addition von Acetyliden (Ethinylierung)
H C C H
NaNH 2
pK s =26
O
NH
fl. NH 3
3
1.
OH
Na C C H
2. H
pK s =36
2 O
pK s =18
H 2
Lindlar-Kat
OH
H 3 O
-H 2 O
Isopren
(Naturkautschuk)
O
1. NaCCH
2. H 2 O
OH
HO
Östron
HO
17-Ethinylöstradiol
(östrogene Komp. der "Pille")

8.2.3. Aldolreaktion
Basische Katalyse:
a) enolisierbare
Aldehyde
H
O
OH
H
pK s = 20
H
O
+ H 2 O
Enolat
pK s = 15.7
O
H
O O
H
Alkoholat
pK s = 18
+ H 2 O
H
O
OH
Acetaldol(50%)
ß-Hydroxyalkohol
+ OH
b) Ketone
O
O Ba(OH) 2 (kat.) O
O O
Retro-Aldol bevorzugt
H
O
OH
Diacetonalkohol
hohe Ausbeuten nur bei
Entfernen des Produkts vom
basischen Katalysator
c) bei erhöhter Temperatur u. Basenkonzentration: Eliminierung
H
O
OH
+ OH
- H 2 O
H
O
OH
H
O
OH
E1cB
H
O
+OH
α,β-ungesättigte
Carbonylverbindung
Saure Katalyse:
O
H
O
H
O
H -H
O
H
O
H
O
H
OH
-H
O
OH
H
Enol
Folgereaktion:
O OH H O OH 2
-H 2 O O
-H
O
Mesityloxid

Gekreuzte Aldolreaktion:
H
O
H
H
H
+ OH
3 acide H
(Methylenkomponente)
H
O
+HOH
H
O
H
O
2
OH O H H HO O
H
H
HO
+ OH + OH
HO
O
H
+
O
OH
OH O Aldehyd langsam zutropfen
sonst Selbstaldolisierung v. Acetaldehyd (Produktgemisch)
bei unsymmetrischen Ketonen
mehrere Reaktionsmöglichkeiten
O
H
OH
CHO
O
H
- H 2 O
O
verzweigtes Produkt
bei Säurekatalyse
stabileres Enol
OH
O
CHO
OH
O OH - H 2 O O
unverzweigtes Produkt
bei Basenkatalyse
O
OH
kinetisch bev. Enolat
E1cB
OH
O
CHO
H
O
-OH
O
stabileres Enolat
OH
langsam
(Rückreaktion
bevorzugt)

O
OH
HCl
O
+
CHO
+
O
Nachweis der
gekoppelten
Gleichgewichte
durch Umsetzung der
isolierten Intermediate:
unverzweigtes Aldol
O
NaOH
HCl
O
O
+ CHO +
+ CHO +
O
O
OH
verzweigtes Aldol
NaOH
CHO
+
O
8.2.4. Addition weiterer C-H acider Verbindungen
a) Perkin-Synthese (mit aromatischen Aldehyden)
H
O
O
O
- H
Base
(Pyridin,
AcONa)
O
O
O
- AcO
CHO
OH
O
O
O
Ac 2 O
- AcOH
H
B
OAc
O
OAc
- BH
- AcOH
O
OAc
H 2 O, - AcOH
O
b) Nitrile als CH-acide Komponente
KOH
H 3 C CN
pK s = 25 - H 2 O
H 2 C
CN
CHO
OH
CN
OH
- H 2 O
CN
Zimtsäurenitril
OH
Zimtsäure

c) Glycidester nach Darzens
Cl O
H OEt
NaOEt
Cl
O
OEt
CHO
Cl
O
COOEt
-Cl
O
Glycidester
COOEt
d) Picoline u. Cyclopentadien als CH-acide Komponenten
N
α-Picolin
H
HO
N
CH 3 CHO
N
OH
HO
- H 2 O
N
4 H 2
Pd
N
H
Coniin (R,S)
O
KOH
-HO
H H
pK s = 16
H
H
O
OH
Fulven
e) Synthese von Chloramphenicol (Antibiotikum) durch Nitroaldolreaktion:
O
O
N +
H
OH
OH
O
O
N +
OH
CHO
O 2 N
OH
OH
Pd/H 2
H 2 N
OH
OH
2-Hydroxynitroethan
pK s = 10
Nitronat
(analog Enolat)
Cl 2 HC
1. Ac 2 O, H
AcHN OAc
2. NO 2
O 2 N
OAc
OH
O 2 N
H 2 N
OH
OH
O
MeO CHCl 2
- MeOH
O 2 N
O
HN
OH
OH
Chloramphenicol

8.2.5. Knoevenagel-Kondensation (ß-Dicarbonylverb. + Aldehyd o. Keton):
EtOOC
EtOOC
pK s = 13
H
H
Kat.
- H
EtO
EtOOC
O
Esterenolat
O
EtOOC
H
EtOOC
Kat. = Amin (Piperidin, Pyridin, NH 3 ) + Carbonsäure
O
EtOOC
EtOOC
OH
-OH
EtOOC
EtOOC
Isopropylidenmalonsäurediethylester
NC
H
H
NC
Malononitril
pK s = 11.2
+
O
Ammoniumacetat
- H 2 O
NC
NC
Isopropylidenmalononitril
(90 %)
CHO
+
COOH
COOH
Pyridin,
Piperidin
- H 2 O
COOH
COOH
ΔT
-CO 2
Zimtsäure
COOH
8.2.6. Mannich-Reaktion
(Amin + Aldehyd + Keton + H ):
Me 2 NH x HCl
+
H 2 CO
+
O
H
HCl x Me 2 N
H
H
O
Mechanismus:
+ H Iminiumion
H
H OH - H 2 O H
H
O + NHMe 2 N
H NMe H
2
H
H H O
H H
-H
O
O
+
OH
Enol
Me 2 N
Me 2 N
x HCl
Salz der Mannich-Base

O
+ H 2 CO
+ Me 2 NH x HCl
H
-H 2 O
OH
H
H
N
O
O
O
Base, #T
H
E1cB
H H
H H
x HCl
NHMe
H
2
Enon
+ Me 2 NH x HCl
CHO
N
H
CHO
-H 2 O
N
OH
H -H
N
CHO
Indol
NMe 2
N
H
H 2 CO
H
NMe
N
2
H
x HCl
Me 2 NH x HCl N
H
Gramin
8.2.7. Acyloinkondensation + Umpolung
O
H
Carbonyl-C
elektrophil
CN
O
H
CN
OH
OH
C
C
N
N
Carbanion
nukleophil
"umgepolter Benzaldehyd"
H
O
N
C
O
H
O
Cyanhydrin
(basenlabil)
- CN
O
Benzoin
OH
(Acyloin)
8.2.8. Olefinierungen nach Horner-Wadsworth-Emmons (HWE) und nach Wittig
a) HWE
P(OEt) 3
R
X
-Et-X
(Michaelis-
Arbuzov)
H O
OEt
P
R OEt
Phosphonat
NaH
O
P
-H 2 R
OEt
OEt
R
O
P OEt
OEt
Phosphonatcarbanion
(nukleophiler als analoges
Wittig-Reagenz)

Mech:
O
EtO OEt
P O
H
O
EtO OEt
P O
O
EtO
OEt
P O
[2+2 CR]
+
O
OEt
P OEt
O
Stilben (trans)
Diethylphosphat
b) Wittig
R X H Ph
PPh P Ph
3
R
Ph
X -
Ph-Li
(NaH)
- Ph-H
(- H 2 )
R
Ph
P
Ph
Ylid
Ph
R
Ph
P Ph
Ph
Ylen
Wittig-Reagenz
Mech:
O
Ph
Ph
P
Ph
[2+2 CA]
O
Ph
P
Ph
Ph
[2+2 CR]
+
O
Ph
P Ph
Ph
α-Methylstyrol
Triphenylphosphinoxid
PPh 3
Na-H
O
- H 2 PPh 3
OAc
1
11
OR
5
R = H Vitamin A 1 Retinol
R = Ac
R = H
OH

8.2.9.Esterkondensation (Claisen-Kondensation)
O
OEt
+
O
25 OEt
EtO ΔT O O
OEt
Acetessigester
+ EtOH
O
OEt
+
20
O EtO ΔT O O
Acetylaceton
+ EtOH
O
OEt
+
25
N
EtO ΔT
O
N
+ EtOH
Mechanismus:
+ EtOH
EtO
H
25
O
OEt
+ EtOH 18
O
OEt
O
OEt
+ EtOH
O O
OEt
OEt
O
+ EtO
11
H
O
OEt
Na
O
Na
O
OEt
Reaktionsprodukt
energieärmer als Edukt
H
(Aufarb.)
O
O
OEt
keine Claisen-Kondensation ohne Enolatbildung im Produkt:
O
O O
EtO
2
OEt
25 OEt
+ EtOH 18
Gleichgewichtsbedingungen
Trick: stärkere Base
O Na-H
-H 2
25 OEt
O
OEt
quant.
Enolatbildung
O
OEt
O
O
+ EtO
OEt

Beisp.:
25
O
OEt
+
O 1. EtO O O
- EtOH
20
2. H
EtO
O
OEt
+
O
OEt
1. EtO
- EtOH
2. H
EtO
O
O
OEt
(86 %)
Benzoylaceton
(50 %)
Phenylmalonsäurediethylester
O
EtO
O
OEt
+
O
OEt
1. EtO
- EtOH
2. H
EtO
O
O
COOEt
(85 %)
ΔT
- CO
EtO
O
O
OEt
(67 %)
H
H
Phenylmalonsäurediethylester
H
O
OEt
+
O
1. EtO
- EtOH
2. H
O
O
Formyltautomer (

Biosynthese von Fettsäuren:
Acetyl-CoA
HOOC
Malonyl-CoA
O
O
S-CoA
S-CoA
HS
HS
(Multienzymkomplex)
- 2 HS-CoA
O
O
O
O
S
S
Red.
O
HO
O
O
HS
S
S
O S O
S
Red.
Red.2
Elim.
8.2.10. Alkylierung u. Acylierung von β-Dicarbonylverbindungen
Elim.
Red.2
a) Alkylierung
O
O
1. NaOEt
O
Na
O
2. Et-Br O O
3. NaOEt
- EtOH
O
O
OEt
-EtOH
OEt
- NaBr
OEt
4. MeI
- NaI
OEt
O COOEt O Pr
COOEt
NaOEt
EtOOC
2 NaOEt
EtOOC
NC
NaOEt
Et-Br
NC
Et
Pr-Br
EtOOC
EtOOC
(85 %) Br Br
(45 %)
b) C-Acylierung
O O
OEt
1. Mg(OEt) 2
- EtOH
O
OEt
Mg
O
2.
OEt
3. H
O
Cl
O
O
O
OEt
O
O
mit Pyridin als Base
O-Acylierung
O
OEt

8.2.11. Esterspaltung (Retro-Claisen)
Claisen-Kondensation reversibel: β-Ketoesterspaltung mit Alkoholat
(sehr leicht bei α,α-disubst. ß-Dicarbonylverb)
O
O
EtOH, ΔT
EtO
O
O
O
EtOH
O
O
OEt
OEt
OEt
+
OEt
OEt
EtO
EtO
O EtOH, ΔT O OEt
COOEt H COOEt
EtOH, ΔT
EtOOC
O
H
EtOOC
O
bildet kein stab. Enolat
Esterspaltung
+ EtO
Dieckmann
stab. Enolat
O
O
OEt
NaOH, EtOH
O
O
OEt
EtO
O
OEt
+
O
OEt
+ EtO
O
OH
größerer Rest
enolisiert bevorzugt
O
(70 %)
Benzoylessigsäureethylester
8.2.12. Säurespaltung von β-Diketonen (Säure wird gebildet)
O
O
HO
HO
O
O
HOOC
O
H
HOOC
O
analog
Retro-Aldol
(50%)

8.2.13. Direkte Alkylierung von Esterenolaten
H
O
25
OEt
Li
N
(LDA)
-78°C
(quant.)
+
O-Li
OEt
HN
35
H 3 C
I
O
OEt
H 3 C
(87 %)
Pivalinsäuremethylester
a) Keine Claisen-Kondensation,da Ester zur Base gegeben wird
(quant. Enolatbildung wg. starker Base)
b) Keine Amidbildung des Esters wg. sterisch anspruchsvollem Amin
c) Produkt nicht über Malonestersynthese zugänglich
8.2.14. Aldolreaktion mit Esterenolaten
ÜZ der E-Enolatbildung
O
OEt
LDA
-78°C
(quant.)
O-Li
OEt
E-Enolat
CH 3 CHO
OH
O
OEt
OEt
Li
N H O CH 3
H

8.3. Reaktionen von Carbonylverb. mit Organometallverbindungen
8.3.1. Grignard-Verbindungen
1. Darstellung
Et
Et Br
Et 2 O Et Br
Mg Mg Mg-Br
Et 2 O OEt 2
Mg
Et Br
(lösl. in Ether)
(Oberfläche)
Iodide reaktiver als Bromide > Chloride
2. Komplexierung in Lösung und im Kristall durch Lösungsmittel
R
R
O
Et
Mg
Br
O
R
R
a) EtMgBr[O(Et) 2 ] 2 (monomer) b) EtMgBr[O(i-Pr) 2 ] 2 (dimer)
ROR = THF, Diethylether,
Diisopropylether
X L
L
R Mg Mg
X R
Dimer
L = Donorlösungsmittel
2
R Mg X
R Mg R + MgX 2
Monomer
Dialkylmagnesium
Schlenk-Gleichgewicht
Ether, THF
Dioxan, Et 3 N
X L
R
R Mg Mg
X L

3. Grignard-Verbindungen (Mg = Lewis-Säure; R - = Base + Nukleophil) reagieren mit:
a) acidem Wasserstoff (H 2 O, Alkohole, Phenole, Thiole, Amine, Amide, Säuren etc.)
Et-O-H Ph-Mg-Br
Ph-H + MgBr(OEt)
18
37
H 3 C H H 3 C-Mg-Br H 3 C Mg-Br + H 3 C-H
25 48
Quantitative Best. von aktivem Wasserstoff
nach Zerevitinov (volumetrisch)
b) Metallsalzen (Transmetallierung zum edleren Metall)
2 Ph-Mg-Br + CdCl 2 CdPh 2 + 2 MgClBr
2 Et-Mg-Br + ZnCl 2 ZnEt 2 + 2 MgClBr
L
Br
Mg
R
Cl
M
Cl
L
c) Elektrophilen: Alkylhalogenide, Epoxide etc.
3
+
Cl
Cl
H
Cl
MgBr
Br
S N 2 S
Br
N 2
H
+
MgBr
Br
MgBr
+
Ph
Mg
O
Br
S N 2
O-MgBr
+
Mg
Br
Ph
OH
MgBr
Et
+
F
O
N
F
2 x S N Ar
Et
O
N
Et
+ 2 MgBrF

d) Carbonylverbindungen
X
Mg
R
O R O MgX
ternärer Mech.:
C
O
R X
Mg
X
Mg
C
O
R
Mg
+MgX 2
R
H 2 O C +MgX 2
OH
+Mg(X)OH
R(X)
R(X)
MgBr
H
O
H
CH 2 OH
prim. ROH
MgBr
O
H
OH
sek. ROH
Et
MgBr
+
O
OH
tert. ROH
Me
MgBr
O
OEt
O
Me
MgBr
OH
tert. ROH
MgBr
+ CO 2
COOH
Carbonsäure
MgBr
+
OMe
N
N MgBr
OMe
H 3 O
O
OMe
MgBr
H-C(OEt) 3
Pent
Br
Mg
OEt
H
OEt
OEt
OEt
OEt
H 3 O
CHO

Bei Estern:
Weiterreaktion
zum Alkohol
EtO
C
O
R
Mg
R
Mg
X
X
+R-MgX
R
C
EtO
O
Mg
X
C
O
R
Keton reaktiver
als Ester
+R-MgX
+EtO-MgX
R
C
OH
R
Alkohol
(Endprodukt)
8.3.2. Organolithiumverbindungen (reaktiver als R-Mg-X, besser zur Umsetzung v. unreaktiven Substraten)
Darstellung R-X + 2 Li R-Li + LiX
Br
2 Li
Li
+ LiBr
R'-X + R-Li
R'-Li + R-X
Br
Bu-Li
Li
+ Bu-Br
R'-H + R-Li
R'-Li + RH
H
Bu-Li
Li
+ H-Bu
Rkt. mit Carbonsäuren zu Ketonen
COOH
Me-Li
-CH 4
O
OLi
Me-Li
OLi
OLi
H 2 O
O
Reaktivitätserhöhung von Li-Organylen durch TMEDA (N,N,N',N'-Tetramethylethylendiamin):
(n-Bu-Li) 6
(n-Bu-Li) 6 NMe 2
+ 6
NMe 2
(TMEDA)
3
n-Bu
Li
N
N
2
6
37
H
N
3
Li
N
+ 6 n-Bu H 48
2

8.3.3. Organokupferverbindungen
Darstellung:
R-Li + Cu I -X
- LiX
R-Li
R-Cu R Cu R Li R Cu R
Kupferorganyl
Lithiumdialkylcuprat
Li
Reaktionen:
HO
H 2 O
BrMgO
Me-MgBr
(Me-Li)
1 O
Me 2 CuLi
OLi
H 2 O
O
1,2-Addition
4
1,4-Addition
(konjugate Addition)
O
Cl
+
Me 2 CuLi
-78 °C
O
(81 %)
+ LiCl + CuMe
Li (1%Na)
CuI, -78°C
Oct-I
(90 %)
Cl
Li
2
CuLi
Oct
8.3.4. Organozinkverbindungen
2 Et-I + 2 Zn
- ZnI 2
Et
Zn
Et
H
O
HO
Reformatsky-Synthese
Br
COOEt
Zn
THF
Br
EtO
O
Zn
Zn
O
OEt
Br
THF
O
HO
COOEt

8.4. Reduktionen von Carbonylverbindungen
8.4.1. Reduktion mit komplexen B- und Al-Hydriden: Hydridüberträger.: LiAlH 4 , NaBH 4 , H-Al(iBu) 2 = DIBAL-H
H
Li H Al H
O H O
H
+ AlH 3 + Li
H OAlH 3
Li
Gesamtreaktion:
LiAlH 4
+ 4 O
Li Al O H
4
2 H 2 O
4 HO H + LiAlO 2
Hydrid (LiAlH 4 ) reagiert primär
mit acidem H zu H 2
H 2 O, HOR, RCOOH, R-CO-CH 2 -CO-R, R-CO-NH 2
Li-AlH 4 + 4 H-OR Li-Al(OR) 4 + 4 H-H LiAlH 4 in abs. LM
NaBH 4 reduziert
Aldehyde u. Ketone in H 2 O:
OH
HO O
HO
OH
OH
Glucose-(Halbacetal)
HO
HO
OH
OH
OH
O
NaBH 4
H 2 O
OH
HO OH
HO
OH
OH
Sorbitol (Süßstoff)
Stöchiometrie der
LiAlH 4 -Reduktion
O
R R
O
R OR'
O
R OH
O
R NH 2
LiAlH 4
R
OH
R
H
R CH 2
OH
0.25
0.5
R CH 2 NH 2 1.0
R CH 2 OH 0.75
Verbrauch LiAlH 4
(mol/ 1 mol Carbonylverb.)

Ester
Amide
O AlH 3
R H
OR'
Li
O
AlH 3
R H
N H - H-H
R'
Li
R
R
O
N
R'
AlH 3
O
H
OR'
AlH 2
H
R
R'
R
O
N
R'O
AlH 2
O
H
H
AlH 2
H
Li
H 2 O
R
R'
N
R CH 2 OH
Li
O
H
AlH
H
H 2 O
R CH 2 NHR'
H
N
LiAlH 4
H
N
LiAlH 4
NH 2
O
CN
Chemoselektivität
O
O
NaBH 4 OH O
NaBH 4
OH
OEt
schnell
OEt
langsam
OH
O
O
NaBH 4
OH O
NHEt
NHEt
MeO
MeO
N
Et
COOEt
H
Al
iBu
iBu
(DIBALH)
Toluol
-60°C
MeO
MeO
iBu
iBu
Al
N
O
Et
H
OEt
H 2 O
MeO
MeO
N
Et
CHO
stabil in unpolaren LM + bei tiefen Temp.

Stereoselektivität bei Reduktion von α-chiralen Carbonylverbindungen:
Grund: Felkin-Anh-Modell
H
CH 3
H CH 3
LiAlH 4
H
CH 3
H 3 C
CH3
H
H
CH 3
O
H OH
HO
74 % 26 %
8.4.2. Katalytische Hydrierung von Carbonylverbindungen
H
O
H
ungünstig
H 3 C
O
günstiger
Übergangszustand
N
Ra-Ni,
H 2 N
N
H 2 , 100 atm
90°C
NH 2
O
O
OEt
Ra-Ni, OH O
H 2 , 100 atm
90°C
OEt
Ester, Amide, Carbonsäuren
inert
Reduktive Aminierung
O
- H 2 O
+ MeNH 2 N
(Überschuß)
Me
Ra-Ni,
H 2 , 100 atm
90°C
N
Me
H
8.4.3. C-Hydrid-Reduktionen
Cannizzaro-Rkt.:
(Disproportionierung von
nicht enolisierbaren Aldehyden)
2 CHO
OH
CH 2 OH
+
COO

Mech.:
H
C
O
H
C
O
Na
OH
H
H
HOOC
+
ONa
CH 2 OH
NaOOC
+
gekreuzte Cannizzaro:
MeO CHO + CH 2 O MeO CH 2 OH
OH
+ HCOOH
3 CH 2 O +
H
H
H
O
H
OH
3x Aldol
HO
HO
OH
O
H
kein α-H
CH 2 O, OH
Cannizz.
HO
HO
OH
OH
Pentaerythritol
+ HCOOH
Leuckart-Wallach:
O
R'-NH 2
+
+ HCOOH
(Reduktionsmittel)
R
HN R' + CO 2
R
Mech.:
O
NH 2
Bu
HCOOH, H
-H 2 O
H
C
N O
Bu H
H
O
Bu
H
NH
+ CO 2 + H
Bu NH 2 + H 2 CO
HCOOH
-CO 2
Bu N
H
Me
HCOOH, H 2 CO
-CO 2
Bu N
Me
Me

8.4.4. Wolff-Kizner Reduktion
O
H 2 N-NH 2
OH , ΔT
R
R'
-N 2
R
R'
8.4.5. Reduktion durch unedle Metalle
a. Clemmensen-Reduktion
O
Zn (Hg)
OH
O
Zn (Hg)
OH
R
R'
HCl
R
R'
HCl
b. Pinakolsynthese
2
O
Mg
OH
OH
1,2-Diol
Mech.:
2
O
R'
R
Mg
R
O
R'
Mg
R
O
R'
R
Mg
O O
R' R
R'
H 2 O
- Mg (OH) 2
R
OH
R'
OH
R
R'
Ketylradikal
c. Bouveault-Blanc-Reduktion (Ester + Na + unreaktiver Alkohol)
R
O
OR'
2 Na
O ROH
R OR'
Dianion
R
O
H
OR'
- R'O
R
O
H
2 Na
R
O
H
ROH
R
H
H
OH

Beisp.:
COOEt
CH 2 OH
(70 %)
Na-Suspension in Xylol, i-Propanol
8.5. Reaktionen vinyloger Carbonylverbindungen
Vinylogie:
nu
nu
O O O O
el
el
Weitergabe der Polarität (C=O, OR, NR 2 ) über konjugiertes System (Olefin, Aromat)
a) 1,4-Addition von Heteroatomnukleophilen an α,β-ungesättigte Carbonylverbindungen
Reaktivität: O O
>
> > O > O
N
OR
NHR
1,2-Addition meist reversibel (Carbonylreaktion) u. kinetisch bevorzugt
Me-NH 2
O
schnell
NH 2 Me
O
R
R
1,4-Addition meist irreversibel (Eliminierung nur mit starker Base) u. thermodynamisch bevorzugt
H H O
H H
langsam
Me-NH O
N O
N
2
O
pK s = 20
N
COMe
COMe

Me-SH
+
O
S
O
1. NH 3 , HCN/KCN
2. H 3 O
S
Strecker
NH 2
COOH
Methionin
H
Br
+
N
Br
N
Anti-Markovnikov-Addition
Skraup'sche Chinolinsynthese
NH 2
(H )
O
O
N
H
OH
(H )
(H ), - H 2 O
Ox.
S E Ar N Elim.
N ( - H 2 )
H
H
N
Chinolin
b) 1,4-Addition von C-H aciden Verbindungen an α,β-ungesättigte Carbonylverbindungen (Michael-Addition)
EtOOC
EtOOC
EtO -
- EtOH
O
O
OEt
OEt
CN
+ H
EtOOC
EtOOC
CN
CN
(RO )
EtOOC
EtOOC
CN
CN
Beisp.: Synthese von Dimedon
EtOOC
EtOOC
+
O
Mesityloxid
(aus Aceton)
OEt
H
EtO O
O
EtOOC
O
+
OEt
- EtOH O
Michael-
OEt
Addition EtOOC
- EtOH

EtO
O
O
OEt
O
-EtO -
Claisen-
Kondensation
O
EtOOC
O
(HO )
- EtOH
H
O
O
O
O
ΔT
-CO 2
O
O
Dimedon
Nachweis von Aldehyden mit Dimedon
O
O
O
O
H
H
(OH ), -H 2 O
Knoevenagel-
Kondensation
O
O
CH 2
O
Michael-
Addition
+ H
O
O
CH 2
O
O
krist.
Robinson Anellierung
O
OH
-H 2 O
O
thermodyn. stabileres
Enolat
O
Michael-
Addition
+ H
O
O
(OH )
-H 2 O
Aldol-
Kondensation
O
A
B
C
D
Addition von Amiden
24
NH
17
O
OH , -H 2 O
N
O
CN
Michael-
Addition
+ H
N
O
CN Pd-H 2
H
-H 2 O
N
O
NH2
N
N
DBU
(Amidin)

Dihydropyridine nach Hantzsch
EtOOC
R
CHO
O O
NH 3
COOEt
-3H 2 O
EtOOC
R
N
H
COOEt
-2H 2 O
EtOOC
R
N
OH H OH
COOEt
Mech.:
NH 3
2
EtOOC
-H 2 O, - H
OHC R EtOOC
O
Knoevenagel-
Kondensation
R
O
O
O
OEt
Michael-
Addition
EtOOC
O
R
O
COOEt
+ H
c) Substitutionen von vinylogen Carbonylverbindungen
H
O
H
Me NH 2
O - HCl
O
Me NH 2
Cl
Cl
Me
NH
vinyloges Säurechlorid
H
O
H 2 N NH 2
H
O
-H 2 O
Cl
-HCl
H 2 N
NH
N
NH
Pyrazol

8.6. Reaktionen von vinylogen Elektronendonorverbindungen
NR 2 NHR 2
Reaktivität (Nukleophilie)
OH OR OSiR
≈
≈
3
NR
< 2
<
O
a) Silylenolether
O
Base (Et 3 N)
O
Me 3 Si-Cl
SiMe 3
O
R-Cl
TiCl 4
O
R
+ TMS-Cl
- Cl
Silylenolether
(stabil)
R
O
H
TiCl 4
O OH
+ TMS-Cl
R
Mukaiyama Aldol-Rkt.
b) saure Monohalogenierung von Enolen (Carbonylverb.)
Aldehyde + Ketone
O
H
H
H
O -H OH Cl Cl O - H
O
- Cl
Cl
Cl
im Basischen Perhalogenierung (z.B. Haloformreaktion)
Carbonsäuren
H 3 C
O
P rot + Br 2 (PBr 3 )
H
H 3 C O H H 3 C O Br Br H 3 C O
H 2 O
H 3 C
O
OH
Br
Br
- HBr
Br
Br
- HBr
Br
OH
(70 %)

c) Acylierung u. Alkylierung von Enaminen
O
O
N
Cl
O
O
N
Cl
O
O
N
O
Cl
N O
-HCl H 3 O O O
O +
N
O
Monoalkylierung mit reaktiven Elektrophilen
O
N
CH 3
O
O
N
- H
O
N
+
O
N
CH 3
H 3 O
O
O
O
O
CH 3
O
N CH 2
SO 2 OMe
N
CH 3
N
H
H
H
N
keine Enamin-Mesomerie
H 3 C
O
N
N
N
O
O
Enamin-Mesomerie (Orbitalüberlappung) möglich

9. Reaktionen von Heterocarbonylverbindungen
9.1. Allgemeines
Heterocarbonylaktivität wird durch Mesomerie bestimmt
R
O
O
O
> R N + > R >
R
O
S
O
R'
O -
OH
OH
α-CH-Acidität wird durch induktiven Effekt bestimmt
O
O
O
R CH 2 N > R CH N + 2
> R CH 2
> R CH 2
O
S
O
> R CH 2
O
O -
R'
OH
OR'
Nitrosoverbindungen
tautomerisieren leicht
zu Oximen:
O
OH
R CH 2 N
R CH N
Nitrosoverb.
Isonitrosoverb. (Oxim)
9.2. Reduktion von Nitro- u. Nitrosoverbindungen
R
N + O
O -
(2 e ) (z.B. Fe, Sn, Zn)
H
, - H 2 O
R
N
O
2 e
OH 2 e
R NH
H , - H 2 O H , - H 2 O
R NH 2
R
N + O
O -
M
R
N
O -
O -
H
R
N
OH
O -
M
H
R
N
OH
OH
- H 2 O
R
N
O
+ 2 e , + 2 H
R
NH
OH + 2 e , + 2 H
R NH 2
- H 2 O

4
NO 2
+ 9 Fe + 4 H 2 O
HCl NH 2
4
+ 3 Fe 3 O 4
NO 2
Raney-Ni
H 2
NH 2
O
NO 2
O
Raney-Ni
Hydrazin (H-Quelle) NH 2
Cl
Cl
9.3. Reaktionen der salpetrigen Säure mit Aminoverbindungen u. Alkoholen
O
H + HO N
H 2 O + N O
Nitrosylkation
- H
R NH 2 N O R
H
N N O R N N OH
+ H
R N N
+ H 2 O
Diazohydroxid
Diazoniumverb.
a) aliphatische Amine
NH 2
NO
- H 2 O
N
N
aliphat. Diazoniumverb.
(instabil)
- N 2
- H
+ H 2 O OH
+ H 2 O
OH
b) Amide
O
NO
O
+ H 2 O (-H )
O
R
NH 2
- H 2 O
R
N 2
- N 2
R
OH

c) α-Aminosäuren u. α-Aminoketone
H 2 N
O
OEt
NO
- H 2 O
N 2
O
OEt
- H
N 2
O
OEt
N
N
O
OEt
Diazoessigester
H 2 N
O
NO
- H 2 O
N 2
O
- H
N 2
O
N
N
O
Diazomethylmethylketon
d) aromatische Amine
NH 2
NO
N
N
N
N
- H 2 O
e) sekundäre Amine
mesomeriestab. Diazoniumsalz
NH
NO
- H
N
N
O
N,N-Dimethylnitrosamin (cancerogen)
(Dimethylamid der salpetrigen Säure)
f) tert. Amine: keine Reaktion bei Raumtemperatur; bei erhöhter Temperatur Nitrosamine
g) Alkohole
OH
Isoamylalkohol
O
HO N
- H 2 O
O
Isoamylnitrit
N
O
Ersatz für HNO 2
erweitert periphere Blutgefäße

9.4. Reaktionen der salpetrigen Säure mit CH-aciden Verbindungen
O H + OH N O O
H
- H O
O
H 3 O
O
NO
NO
NOH
- H 2 NOH
O
Diacetyl
9.5. Reaktionen der Diazoniumsalze
a) Verkochung
N
N
Δ T (hν) H 2 O OH
- N 2
- H
BF 4
MeOH
F
OMe
+BF 3
+ H
b) Reduktion
N N Cl
Benzoldiazoniumchlorid
H 3 PO 2 + H 2 O
( NaBH 4 )
H
+ H 3 PO 3 + N 2 + H
Radikalmechanismus (H 2 PO 2 Kettenüberträger)
Na 2 SO 3 +H 2 SO 3 + 2 H 2 O
N N Cl
NH NH 2
+ NaHSO 4 + H 2 SO 4 + NaCl
Benzoldiazoniumchlorid
Phenylhydrazin

c) Sandmeyer Reaktion
N
N
Cu I Cl 2
N N + Cu II Cl 2 Cl + Cu I Cl
Benzoldiazonium
CuCl
N
N
Cl
CuBr
Br
I
I
(Radikal I wird gebildet)
CuCN
CN
d) Azokupplung
Aromat. Diazoniumionen sind schwache Elektrophile
Reaktion nur mit reaktiven Aromaten (Amine, Phenole) in p-Stellung
N
S E Ar
N N N N
N
- N 2
- H
H
N
N
N
"Buttergelb" (canc.)
N
N NH 2
HO 3 S
N
N
N
Anilingelb
Methylorange

Nebenreaktionen der Azokupplung:
Diazotatbildung (zu alkalisch)
N
N
OH
N
N
OH
OH
N
N
O
+ H 2 O
langsam
Diazohydroxid
schnell
Diazotat
Triazenbildung bei unvollständiger Diazotierung
- H
N N H 2 N N
N
H N
N,N'-Diphenyltriazen
Diazoaminobenzol
Baumwollfärbung
O
OH
N
H
Naphthol AS (farblos, zieht
in alk. Lösung auf BW auf)
N
N
NO 2
N
N
O
OH
N
H
Pararot
(Entwicklungsfarbstoff)
e) Kupplung mit CH-aciden Verbindungen
O 2 N
O
O
OEt
O
N
O
N
OEt
O
N
O
NH
OEt
N
N
Phenylhydrazon

9.5. Aliphatische Diazoverbindungen
N 2
Alkyl
N
N
Alkyl
N 2
Alkyl
a) Darstellung von Diazomethan:
Diazoalkan
Diazoniumverb.
O
H 2 N NH 2
H 2 N-Me O
HNO 2 O
- NH
H 2 N N H 2 N
3 - H H 2 O
N
NO
OH
- NH 3
-CO 2
N
NO
O
N
N
HO
N
N
-OH
CH 2
N
N
Nitrosomethylharnstoff
Diazomethan
"Diazald"
O
O
S
N
NO
OH
O O
S
O
N
N
H
OH
- H 2 O
- pTosO
N N CH 2
N N CH 2
Diazomethan
b) Reaktionen von Diazomethan mit Protonensäuren
R
O
OH
H 2 C N N
R
O
O
N
N
CH 3
- N 2
R
O
OMe
H 3 C N N
OH
CH 2 N 2
CH 2 N 2 / BF 3
- N 2
OMe
R OH R OBF
- N 3
2
R
OMe

9.6. Reaktionen der Sulfonsäurederivate
H S H
Ox
O
HO S
OH
Ox
O O
HO S
OH
Ox
Ox
O
Ox
O
O
R S H
R S OH
R S OH
R S OH
Thiol
Sulfensäure
Sulfinsäure
Sulfonsäure
Ox
Red.
(leicht)
R S S R
Disulfid
Ox
O
Ox
O
O
R S R
Sulfid
R S R
Sulfoxid
R S R
Sulfon
Cl
SO 2 Cl
p-Chlorbenzolsulfochlorid
Prot + I 2 (kat.)
AcOH
Cl
p-Chlorthiophenol
SH SH O2 (Luft)
2
oder:
H 2 O 2
OH , I 2
S
S
Diphenyldisulfid
Butanthiol
SH
HNO 3 (konz.)
SO 3 H
Butansulfonsäure
2
H 3 N COO -
SH
Cystein
O 2 (Luft)
H 3 N
COO OOC
S S
Cystin
NH 3

10. Umlagerungen
Elektronenbesetzung im ÜZ
[1,2]-Umlagerungen
Y
A B
Beisp. Me
Me
Me
A
Y
ÜZ
Me
H
B
A
Me
Me
Y
B
Me
H
Me
antibindend
MO
bindend
B B B
nukleophile
Umlagerung
(Y - wandert)
radikalische
Umlagerung
(Y )
elektrophile
Umlagerung
(Y + )
häufig selten selten
[1,3-H]-Umlagerungen
Allylumlagerung
O
OH
Keto-Enol-Umlagerung
N
H
N
Imin-Enamin-Umlagerung
N N N
H
N
Azo-Hydrazon-Umlagerung
sigmatrope (konzertierte) [3,3]-Umlagerungen
Cope-Umlagerung
O
O
Claisen-Umlagerung

10.1. [1.2]-Umlagerungen am Kohlenstoffatom
Reaktionsmöglichkeiten
für prim. Carbeniumion
R
R
E1
R
R
H
S N 1
-H
Y
H
H
~H
~R
R
R
R
CH 3
-H
+ Y
-H
R
R
R
R
R
Y
CH 3
R
R
H
Y
H
R
+ Y
H
H
R
Y
R
R
Wanderungstendenz: ≈ Nukleophile des wandernden Rests
subst. Phenylreste:
H < CH 3 < Et < iPr < tBu < Ph
p-NO 2 -Ph < p-Cl-Ph < Ph < p-Ph-Ph < p-Me-Ph < p-OMe-Ph
a) Wagner-Meerwein-Umlagerung
Cl
(83%)
H Cl
Cl
~ CH 3
(17%)
CH 3
Cl - Cl
S N 1

Br
AlBr 3
H
Br
~ H
-AlBr 3
AlBr 4
AlBr 4
quant.
H + , - H 2 O
~ R
- H
OH
Borneol
Camphen
OH
H , - H 2 O
~ R
- H
3
O
Tetrahydrofurfurylalkohol
O
O O O
3,4-Dihydro-2Hpyran
b) Pinakolonumlagerung:
H
H
OH OH H , - H 2 O O O O
~ R
-H
Pinakolon
OH
OH
H , - H 2 O
OH
~ H O H -H O
H
Phenylacetaldehyd

OH
H , - H 2 O
O H
~ R -H
O
OH
OH
c) Tiffeneau-Umlagerung:
O
HCN
N
C
OH
Red.
NH 2
N
H 2 C OH N OH
HNO 2
- N 2
OH
~ R
H 2 C
O
H
H 2 C
O
β-Aminoalkohol
d) Wolff-Umlagerung:
N
O
N
CH
R
α-Diazoketon
ΔT, Ag
O
R
hν
-N 2
synchron
O
R
CH
N
CH
Ketocarben
N
~ R
~ R
O
C
Keten
C
Nu
H
R
HOH
R'-OH
R'-NH 2
HO
HO
C
O
R'-O
O
R'-NH
H
C
R
CH 2
CH 2
R
R
O
HO
CH 2
R
R
O
Cl
H 2 C
N
N
R
O
Cl
N
H
N
- HCl
N
O
N
CH
R
α-Diazoketon
hν
oder
ΔT, Ag
- N 2
R
H
C
C
O
H 2 O
R
CH 2
O
OH

Ringerweiterung von cyclischen Ketonen
O
N O N N O
O
O CH 2
O
H 2 C
N
CH 2
+
+
10.2. [1.2]-Umlagerungen am Stickstoffatom
Hauptprodukt
Nebenprodukt
Nebenprodukt
(doppelte
Ringerweiterung)
Hofmann
Lossen
Curtius
R
O
N
X
- N 2
- X
~ R
O C N
Isocyanat
R
NuH
Schmidt
Beckmann
R'
R
N
X
~ R R' C N R H 2 O
- X
R' C N R
R'
O
NH
R
a) Hofmann-Umlagerung
Alkenylkation
C,N = sp hybridisiert
24
O
O OH O
O
O
O OH
Br Br
OH
~ CH 3 H 2 O
C
NH 2
- H 2 O NH
NH - H 2 O N Br - Br N
NH -CO 2
Me
pK s 17
Br
NH 2

NH 2
O
Phenylacetamid
NaOH
Br 2
-CO 2
NH 2
Benzylamin
O
NH
O
Phthalimid
OH
O
O
OH
NH 2
NaOH
Br 2
-CO 2
O
OH
NH 2
Anthranilsäure
b) Curtius-Umlagerung
R
O
HN NH 2
HNO 2
R
O
N N N
ΔT
R
O
N N N
~ R
- N 2
O C N
Isocyanat
R
Säurehydrazid
Säureazid
hν
-N 2 R
O
N
~ R
O
C
N
R
Acylnitren
O
R
N
Säureazide aus Carbonsäuren
Chlorameisensäureethylester
R
O
OH
Et 3 N
O
Cl
O
R O
- H - Cl
OEt
O O
R O OEt
gem. Anhydrid
NaN 3
R
O
N 3
+
NaO
O
OEt

c) Beckmann-Umlagerung
Alkenylkation
R'
R'
OH 2
- H
R'
Tautom.
R'
R
OH H
N N
R' C N R
R
H 2 O
HO
N
R
O
NH
R
O
H 2 N OH
x HCl
- H 2 O
OH konz. H 2 SO 4
N
NHO
(70 %)
(80 %)
Cyclohexanonoxim
ε-Caprolactam
d) Schmidt-Reaktion (Carbonylverb. + HN 3 + H 2 SO 4 )
H
H
O
N HO N N N
N
N
H
N
N
N
Alkenylkation
N
H 2 O
- H
N
OH
NH
O
ε-Caprolactam
10.3. [1.2]-Umlagerungen am Sauerstoffatom
H
(H 2 SO 4 )
- H 2 O - N 2
- H
a) Hydroperoxid-Umlagerungen
~ Ph ~ H
O
OH
O
OH 2
H 2 O
O
O
OH 2
O
OH
H
OH
O
+
Cumolhydroperoxid
Halbacetal

) Baeyer-Villiger-Oxidation
HO
O O
R
O
Cl
H
O
O
R
O
O
Cl
∗
~ R
- H
O
O
R
Lacton
Konfigurationserhalt
am Stereozentrum
+
O
O
Cl
c) Oxidation von Boranen
R
O-OH
R
~ R
- HO
R
R
O
R
B
R
B
O
B
O
R
B
O
R
H
O
R
R
R
OH
R
O
10.4. Sigmatrope-Umlagerungen
R
Cope-Umlagerung
(1,5-Dien)
Ph 180°C
2h
Ph
(72 %)
Oxy-Cope-Umlagerung
HO 190°C
HO
O
HO
HO
O
Claisen-Umlagerung
Allylvinylether
Oxa-Cope-Umlagerung
(1,5-Dien)
O
ΔT
O
H
OH
(73 %)
Allylphenol