7. Substitution am Aromaten - Institut für Organische Chemie

7. Substitution am Aromaten 

Versuche im Praktikum (Nummerierung wie dort) (S E Ar), Teil 1: 

4.1 Bromierung von Arenen 

4-Brom-tert.-butylbenzol, Brommesitylen, 1-Brom-2-methylnaphthalen 

4.2 Nitrierung von unterschiedlichen aktivierten Arenen 

(4-Nitrophenyl)acetonitril, 3-Nitrobenzoesäuremethylester, 4-Bromnitrobenzol, 4-Nitroveratrol 

4.3 Vilsmeier-Formylierung 

Thiophen-2-carbaldehyd, Zimtaldehyd, 4-Dimethylaminobenzaldehyd, 4-Diethylaminobenzaldehyd, 3,4- 

Dimethoxybenzaldehyd 

4.4 Friedel-Crafts-Alkylierung 

4-iso-Propyltoluen, 4-tert.-Butyltoluen, 4-Propyltoluen 

4.5 Friedel-Crafts-Acylierung 

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4-Methylacetophenon, Methyl-α-naphthylketon, 3,4-Dimethoxyacetophenon, 4-Chloracetophenon, 4- 

Bromacetophenon, 2,4-Dimethylacetophenon 

4.6 Acylierung aromatischer Kohlenwasserstoffe mit Anhydriden 

4-Methoxyacetophenon, β-(4-Methylbenzoyl)-propionsäure 

4.7 Acylierung aromatischer Kohlenwasserstoffen mit Phthalsäureanhydrid 

4-Ethyl-benzoylbenzoesäure, Methyl-benzoylbenzoesäure, Phenyl-benzoylbenzoesäure 

Prof. Dr. Th. Lindel, TU Braunschweig: Seminar zum Grundpraktikum Organische Chemie

7. Substitution am Aromaten 

Versuche im Praktikum (Nummerierung wie dort) (S E Ar), Teil 2: 

11 Farbstoffsynthese 

11.1 Azokupplung 

1-(Phenylazo)-2-naphthol, β-Naphtholorange, Pararot, 4-Hydroxy-4'-nitro-azobenzol-3-carbonsäure, 

Methylorange, Methylrot, 1-Benzolazo-2-naphthol (Sudangelb), 4-Benzolazo-1-naphthol 

11.2 Indigo 

11.3 Triphenylmethanfarbstoffe: Fluorescein, Eosin 

11.4 Kupferphthalocyanin 

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7. Substitution am Aromaten - 7.1. S E Ar-Mechanismus 

7.1. S E Ar-Mechanismus 

Gemeinsamer Reaktionsmechanismus (X=H, tBu, SO 3 H): 

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aus: Brückner, Reaktionsmechanismen 


7. Substitution am Aromaten - 7.2. Wichtige S E Ar-Reaktionen 

7.2. Wichtige S E Ar-Reaktionen - 7.2.1. Kurzübersicht 

ArH + 

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7.2.2. Friedel-Crafts-Alkylierung 

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7.2.3. Vilsmeier-Haack-Formylierung (1925) 

Iminiumsalz 

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N,N-Dimethylchloriminium 




7.2.4. De-tert.-butylierung 

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7. Substitution am Aromaten - 7.3. S E Ar-Zweitsubstitution 

7.3. S E Ar-Reaktionen: Zweitsubstitution 

7.3.1. Mechanismen 

a) 

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b) 

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c) regiodirigierende Erstsubstituenten 

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7.3.2. Beispiele 

a) 

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b) 

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c) 

σ-Komplex 

mit 2 aromatischen Grenzformen 

an Naphthalin 

σ-Komplex 

mit 1 aromatischen Grenzform 

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d) Farbstoffsynthese durch Azokupplung 

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vorher: Diazotierung 

NH 2 NaNO 2 

HCl 

NO 

0-5°C 

O 

N 

N 

H 

H 

H 

O 

N 

N 

+ 

H 

N 2 

Cl 

OH 

N 

N 

-H 2O 

HCl 

Cl 

H H 

O 

Prof. Dr. Th. Lindel, TU Braunschweig: Seminar zum Grundpraktikum Organische Chemie 

N 

N

7. Substitution am Aromaten - 7.4. S R Ar-Reaktion 

7.4. Radikalische Substitution 

z. B. 

Sandmeyer-Reaktionen 

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Mech.: 

Bei X=I muss kein CuI 

zugesetzt werden. Warum? 

verwandt: Schiemann- 

Reaktion zu Fluorarenen: 

Zusatz von HBF 4 (-BF 3 ). 


7. Substitution am Aromaten - 7.5. S N Ar-Reaktion 

7.5. S N Ar-Reaktion 

7.5.1. Additions-Eliminierungs-Mech. 

Im Detail: 

Angriff d. Nukleophils in o- und p- 

Stellung, da bei m-Angriff die negative 

Ladung nicht auf den elektronenziehenden 

Substituenten delokalisierbar ist. 

Meisenheimer-Salze, isolierbar 

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Best. d. N-terminalen A.-s. mit Sangers Reagenz: 

H 2N 

O 2N 

O 2N 

R 1 

O 

N 

H 

NO 2 

NO 2 

R 2 

H 

N 

H 

N 

O 

R 1 

R 1 

H 

N 

O 

O 

R 3 

N 

H 

OH 

zur Vergleichsanalyse 

O 

R 2 

OH 

O 

H 

N 

R 3 

O 2N 

O 

R 2 

NO 2 

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OH 

F 

Sangers Reagenz 

+ 

H2N OH + 

O 

6 M HCl, ∆ 

H 2N 


R 3 

O 

OH 

Sir Frederick Sanger 

(*1918) 

2 Nobelpreise für Chemie 

1958 und 1980!


7.5.2. Eliminierungs-Additions-Mech. 

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7. Substitution am Aromaten - 7.6. Halogen-Metall-Austausch 

7.6. Halogen-Metall-Austausch 

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7. Substitution am Aromaten - 7.6. Halogen-Metall-Austausch 

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8. Oxidation 

Versuche im Praktikum (Nummerierung wie dort): 

5.1 Oxidation von Alkylaromaten zu aromatischen Carbonsäuren mit KMnO 4 

Benzoesäure, Phthalsäure, Terephthalsäure 

5.2 Oxidation von prim. Alkoholen und Olefinen unter Phasentransferkatalyse 

Hexansäure, Oktansäure, Heptansäure 

5.3 Carbonsäuren aus Methylketonen durch Haloformreaktion 

Benzoesäure, Veratrumsäure, 4-Chlorbenzoesäure, 4-Brombenzoesäure, α-Naphthoesäure 

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8. Oxidation - 8.1. zu Aldehyden und Ketonen 

Oxidation v. Alkenen s. Kap. 6. 

8.1. Alkohole zu Aldehyden und Ketonen 

prim. Alkohol 

sek. Alkohol 

gem. Diol 

Halbacetal 

Y Ox n 

H 

H 

O 

O 

Ox 

R 

H 

X 

R 

H 

X 

+n 

m 

Y 

O 

m+2 

R X 

H 2 O 

charge 

In Anwesenheit von Wasser: 

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Aldehyd 

Keton 

Carbonsäure 

Carbonsäureester 

Weiteroxidation im Ggew. befindlicher Halbacetale zu Carbonsäuren. 

m, n: Oxidationsstufen. 

Wenn Y einfach an das 

Oxidationsmittel Ox gebunden, 

dann Freisetzung von HY. 

Ox n-2 

+ Y 

+ H + 


H 

charge-1


8.1.1. Chrom(VI)-Reagenzien: 

CrO 3 -verd. H 2 SO 4 od. HOAc in Aceton (Jones-Oxidation, ungeeignet, wenn es interessant wird, 

"sledge hammer method"); 

CrO 3 ·2 Pyr in DCM (wasserfr. => Ox. nur zum Aldehyd, "Collins-Reag."). 

Pyridiniumchlorochromat (PCC, schwach sauer), 

Pyridiniumdichromat (PDC, neutral) 

8.1.2. Ley-Oxidation: 

kat. nPr4N RuVIIO4 (Tetra-N-propylammoniumperruthenat, TPAP), stöch. NMO. 

R 1 

R 2 

H 

O 

H 

n Pr4N + RuO 4 - (5 mol-%), 

NMO (1.5 Äquiv.), 

DCM-MeCN (9:1), 4 A, rt 

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R 1 

- f. prim. od. sek. Alkohole; 

-milder als Ru VIII O 4 , löslich in org. LM; 

- auch andere Oxidationstufen von Ru sind beteiligt. 

O 

R 2 

CrO 3 Cl – 


O 

N 

O 

N-Methylmorpholin-N-oxid


8.1.3. Swern-Oxidation; Agens "aktiviertes DMSO": 

O 

S 

DMSO 

OH 

R 1 R 2 

Edukt 

Cl 

O 

O 

Cl 

Oxalylchlorid 

R 2 

R 

O 

S 

1 H 

H 

O 

S 

NEt 3 

Cl 

O 

O 

Cl 

R 2 

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R 

O 

S 

CH2 

1 H 


O 

S 

Cl 

O 

O 

Cl 

R 2 

R 1 + 

O 

Produkt 

+ 

+ 

Cl 

S 

O C O 

C O ,+Cl 

Reaktion bei -78 °C; zuerst Bildung von CO 2 und CO abwarten, dann Zugabe des Edukts und 

nach ca. 30 min Zugabe von NEt 3 . 

S


8.1.4. Dess-Martin-Oxidation 

CO 2 H 

I 

KBrO 3 

HO 

o-Iodbenzoesäure IBX 

I 

O 

O 

O 

Ac 2 O 

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AcO 


I 

O 

O 

OAc 

OAc 

Dess-Martin- 

Periodinan (DMP) 

Formulieren Sie den Mech. der Oxidation vom Alkohol zum Aldehyd mit DMP!


8.1.5. Transfer-Dehydrierung 

Oppenauer-Oxidation 

z. B.: 

HO 

via 

OH 

OH 

H 

H H 

O 

(i) Übersch. 

iPrO OiPr 

Al 

O O 

H 

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O 

1) 

- 

, Al(OiPr) 3, 

PhMe, Rückfluss 


OH 

(ii) Alkoholyse 

- häufig stöchiom. Mengen Al(OiPr) 3 

(i) Al(OiPr) 3, PhMe, 

Rückfl., 5 h 

N O 

(ii) 1% HCl, 0 °C 

2) TsOH, Et 2O, rt, 18 h 

HO 

H 

H H 

O 

O

8. Oxidation - 8.2. zu Carboxylverbindungen 

8.2. zu Carboxylverbindungen 

8.2.1. KMnO4 a) Alkohole zu Carbonsäuren unter Phasentransfer-Katalyse. Gefahr v. C-C-Spaltungen (wie?). 

O 

KMnO4, CH2Cl2, H2O Cl 

N 

Hauptbest. v. "Aliquat 336" 

OH "Aliquat 336" 

OH 

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b) Oxidation zu Arylcarbonsäuren gut mögl., da im Produkt kein α-H mehr. 

H 

H H H 

H 

O 

H 

-e -H -e 

-H 

Elektronenakzeptor: Oxidationsmittel KMnO 4 . 

Phasentransferkatalysator: in DCM (aber n. in Wasser) 

lösl. Tetraalkylammonium-Ion schleppt MnO 4 − in die 

org. Phase. 

Weiteroxidation des Benzylalkohols zur Dihydroxyverbindung, dann oxidative Spaltung des Enols 

zu Benzoesäure. 

H OH 



8.2.2. Aldehyd zur Carbonsäure mit Natriumchlorit (NaClO 2 ), Pinnick-Oxidation (1981): 

R 

O 

H 

Na 

O Cl 

O 

R 

O 

Na 

H 

O Cl 

O 

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alternativer HOCl-Fänger (Zusatz v. z. B. 10 Äquiv.): 

HOCl 

HO 

Cl 


OH 

R + NaOCl 

O 

stark oxidierend, kann durch H 2 O 2 

zu Chlorit reoxidiert werden 

(Reaktion?)


8.2.3. Iodoformprobe auf Methylketone (Haloform-Reaktion) 

R 

O 

KI 3 

Na 

R 

O 

I 

O H 

I 

I 

HO 

CI 3 

R O 

Auch mit Cl 2 , Br 2 ausführbar; Erweiterung: 

Trichlormethylketone als aktivierte Carbonsäure. 

Na 

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R O 


O 

O 

R OH 

Na 

Na 

+ 

+ 

H 

I 

I 

I 

I 

I 

I 

gelb, fest


8.2.4. Baeyer-Villiger-Oxidation: 

Menthon 

Es wandert der höher substituierte Rest unter Retention 

der Stereochemie aus antiperiplanarer Position. 

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Nebenreaktion b. d. Epoxidierung von Alkenen! 

Ozonolyse/reduktive Aufarbeitung des Silylenolethers (unten) zum regioisomeren Lacton 



9. Reduktion 


5.4 Reduktion von Ketonen zu Alkoholen mit NaBH4 5-Nonanol, 3-Octanol, 2-Octanol, 4-tert.-Butylcyclohexanol 

5.5 Reduktion einer Ketocarbonsäure zur Hydroxysäure mit NaBH 4 

4-(p-Tolyl)-4-hydroxybutansäure 

5.6 Reduktion mit LiAlH4 1-(p-Tolyl)-butan-1,4-diol, 4-tert.-Butylcyclohexanol, 2-Hydroxybenzylalkohol, rac-α-Phenylethanol 

5.7 Reduktion aromatischer Nitroverbindungen 

3,4-Dimethoxyanilin, Anilin, 4-Bromanilin 

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9. Reduktion - 9.1. Hydrid-Übertragung 

9.1. Hydrid-Übertragung 

Hydroborierung s. Kap. 6 . 

9.1.1. Transfer-Hydrierung 

a) mit Alkoholen: Meerwein-Ponndorf-Verley-Reduktion (Rückreaktion der Oppenauer-Oxidation) 

z. B.: 

O 

O 

N 

O 

(i) wasserfr. iPrOH, 

20 Äquiv. Al(OiPr) 3 , 

Rückfl., 24 h 

(ii) 5% HCl 

O 

dr 4:1 

HO 

H 

1. MeI, Et 4NBr, 

KOH, THF, rt, 18 h 

2. Übersch. AlH 3 , 

THF, rt, 2 h 

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O 

O 

H 


N 

N 

O


b) mit Aldehyden: Cannizzaro-Disproportionierung 

z. B.: O O O 

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c) mit Ameisensäure: Reduktive Aminierung nach Leuckart-Wallach 

R 1 

O 

2 

über 

R 2 

+ 

R N 

H 

R 

KOH 

100 °C, 5 min 

HCO 2H 

160 °C 

-CO 2 

R 

R 1 

N 

R 

R 2 


K 

+ 

via 

O 

O 

HO 

41 % 38 % 

H NR2 

H 

R 2 

R 1


9.1.2. Reduktion mit B- und Al-Hydriden 

a) NaBH 4 

Carbonyl-Kohlenstoff von 

Aldehyden ist reaktiver als 

der von Ketonen. 

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Luche-Reduktion: 

Carbonyl-Sauerstoff von 

Ketonen basischer als der 

von Aldehyden (wg. des 

doppelten +I-Effekts der 

flankierenden 

Alkylgruppen). 

auch: 1,2-Reduktion von 

α,β-unges. Ketonen. 

NaBH 4 wird in Wasser nur langsam zersetzt und eignet sich für nur wasserlösliche Substrate. 

NaB(OMe) 3 H bildet sich aus NaBH 4 /MeOH und ist aktiver. 



b) LiAlH 4 

Amid-Reduktion: 

ebenso von 

Hydroxylaminen, 

Oximen, Nitroverb., 

Aziden 

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Reduktion von Epoxiden 

regioselektiver Angriff von 

Hydrid an der sterisch weniger 

gehinderten Epoxid-Seite 

LiBEt 3 H: "Superhydrid", sicherer als LiAlH 4 . 

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komplexe Hydride desto nukleophiler, je größer der +(I/M)-Effekt der Subst. an B bzw. Al; 

andere Richtung: NaB(CN)H 3 . 



c) DIBAL-H 


LM THF beschleunigt. 

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d) L-Selectrid 

Sperriger Hydrid- 

Donor L-Selectrid 


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Sperrige Lewis- 

Säure 

Aluminoxan 



9.1.3. Diastereoselektivität 

a) konvex > konkav 


endo-Alkohol 

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Nur L-Selectrid führt, aus sterischem Grund, zur Bildung des axialen Alkohols: 


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Bei sterisch anspruchslosen Reagenzien Angriff von Hydrid aus axialer Richtung: 

Überlappung des entstehenden σ-MOs der C-H-Bindung mit dem σ*-MO der trans-ständigen 

C-H-Bindung(en) in α-Stellung (analog Felkin-Anh). 


9. Reduktion - 9.2. Hydrierung 

9.2.1. von Alkinen 

a) Lindlar-Hydrierung 

(cis-selektiv) 

b) trans-selektiv 


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9.2.2. Heterogene Aromaten-Hydrierung 

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9.2.3. Reduktion von Benzylethern 

Abspaltung einer Z- (=Cbz)- 

Schutzgruppe in der Peptidsynthese: 


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9. Reduktion - 9.3. Einelektronen-Reduktion mit Metallen 

9.3. Einelektronen-Reduktionen mit Metallen 

a) von Ketonen 

ein Test auf Wasser in 

Lösungsmitteln! 


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Diastereoselektive Reduktion eines Cyclohexanons mit sich auflösendem Natrium: 


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b) Pinakol-Kupplung: 


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Auch z. B. mit SmI 2 . 

"Pinakol" 



c) von Estern 

Bouveault-Blanc-Reduktion in 

An- (oben) und Abwesenheit 

(unten) von Protonen 


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Protonierung 

Reduktion 



d) Birch-Reduktion zu 1,4-Cyclohexadienen 

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10. Substitution an der Carboxylgruppe 


6.1 Hydrolyse von Nitrilen zur Carbonsäure 

(4-Nitrophenyl)-essigsäure, Bernsteinsäure, Phenylessigsäure 

6.2 Veresterung von Carbonsäuren 

(4-Nitrophenyl)-essigsäuremethylester, Diethylsuccinat, Diethylphthalat, Ethyloctanoat, 

Methylbenzoat, Ethylbenzoat 

6.3 Darstellung von Essigsäureestern aus Acetanhydrid 

Acetylsalicylsäure, Essigsäureheptylester, L-Menthylacetat, Essigsäurebutylester, 

Essigsäurehexylester 

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6.4 Darstellung von Carbonsäureestern durch Alkoholyse von Säurechloriden 

Ethyl-3,5-dinitrobenzoat, Isopropyl-3,5-dinitrobenzoat 

6.5 Darstellung von Carbonsäurechloriden und Aminolyse zum Carbonsäureamid 

4-Chlorbenzamid, Essigsäureamid, Acetylsalicylsäureamid, Bernsteinsäureamid, 

Phthalsäureamid, Terephthalsäureamid 


10. Substitution an der Carboxylgruppe - 10.1. Mechanismus 

10.1. Mechanismus 

E 

O 

R X 

Nu H 

E 

O NuH 

R X 

-H 

Säurekatalyse: Je stärker basisch X, desto eher der untere Weg. Gleichgewichtsreaktion => das 

stabilere beider Carbonsäurederivate wird gebildet. 

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R X 

Basenkatalyse: NuH wird vorher deprotoniert. Warum lassen sich Carbonsäuren so nicht verestern 

(aber verseifen)? 

Bei reaktiven Carbonsäurederivaten (z. B. X=Cl) auch unkatalysierte Reaktion möglich. 

Abnehmende Reaktivität mit steigenden +M und +I-Effekten: 

E O Nu -E ,-X 

E 

-HX O 

-E 

R Nu 

R Nu 

X = Cl (C.-s.-chlorid) > O 2 CR (C.-s.-anhydrid) > H (Aldehyd) > R (Keton) > OR (C.-s.-ester) > OH 

(C.-s.) > NHR (C.-s.-Amid) > O − (Carboxylat) 


O

10. Substitution an der Carboxylgruppe - 10.2. Beispiele 

10.2. Beispiele 

a) Veresterung v. C.-s. 

Cl 

O 

OH 

+5EtOH 

0.2 

konz. H 2SO 4 

5hRückfluß 

Cl 

O 

OEt 

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+H 2O 

+4EtOH 

alternativ: Verwendung von Ionenaustauschern am Wasserabscheider (azeotrope Veresterung) 

b) Verseifung von Säurechloriden 

Benzoylchlorid + Alkohol (oder Amin) + tropfenweise 5 N Kalilauge mit pH-Überprüfung in 

Aceton (Schotten-Baumann-R.); Aroylchlorid + Alkohol in Pyridin: Einhorn-Variante 

(nukleophile Katalyse durch Pyridin, s. 10.1.3.!). 

c) Verseifung von Estern 

Reaktivitätsreihen: 

α) MeCO 2 R > EtCO 2 R > iPrCO 2 R > tBuCO 2 R 

β) RCO 2 Me > RCO 2 Et > RCO 2 iPr > RCO 2 tBu R O 

H 

tBu-Ester: Spaltung der C q -O-Bindung 

(vgl. Boc-S.-gr.)! 

O 


OH 

O + 

OH

10. Substitution an der Carboxylgruppe - 10.2. Beispiele 

d) Verseifung von β-Oxocarbonsäureestern 

R 1 

O O 

OR 2 

KOH 

R 1 

H 

O O 

O 

150 °C 

-CO2 

R 1 = OR: Malonsäureester Decarboxylierung 

e) Synthese von C.-s.-chloriden 

R 

O 

Cl S 

Cl 

O 

OH 

R 

Cl 

Cl 

O 

O H 

S O 

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R 1 

OH 

(R 1 = Alk: "Ketonspaltung") 

O 

R 

-HCl Cl 

O 

S 

O 

-SO2 - auch mit 1 PCl 5 (-> POCl 3 + HCl) und 1/3 PCl 3 (-> H 3 PO 3 ). 

- C.-s.-anhydride aus C.-s.-chloriden 

R 1 

Keto-Enol-Tautomerie 

O 

Cl 

O

10. Substitution an der Carboxylgruppe - 10.3. Katalysierte Varianten 

f) Hydrolyse von Nitrilen 

über das Isoamid zum Amid. 

Zwischenfrage: Was passiert bei der Umsetzung von Nitrilen mit LiAlH 4 ? 

10.3. Katalysierte Varianten: 

a) 4-Dimethylaminopyridin 

("Steglichs 

Reagenz", 

10000-fach 

schneller als 

Pyridin) 

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DMAP: W. Steglich, G. Höfle, Angew. Chem. 1969, 1001; Angew. Chem. 2003, 4975. 



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Zyklus der DMAPkatalysierten 

Alkohol- 

Veresterung 

aus: 

Angew. Chem. 2004, 5552. 



b) Aktivierung durch Carbodiimide 

HO 

N 

O 

R 

N N O 

NHFmoc 

O 

R 

N 

C N 

DCC: Dicyclohexylcarbodiimid 

NHFmoc 

R' NH 2 

-HOBt 

OH 

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N 

N 

N 

Katalysator 

schneller 

Festphasensynthese von Peptiden! 

Cy 

HN 

Cy 

ein O-Acylisoharnstoff 

R' 

N 

H 

N 

O 

O 

O 

R 

R' NH 2 

R 

NHFmoc 

O 

- 

CyHN NHCy 

NHFmoc 


11. Addition an die Carbonylgruppe 


7.1 Darstellung von Ethylenacetalen (Dioxolanen) 

Cyclopentanon-ethylenacetal, Acetessigsäureethylester-ethylenacetal, Ethylmethylketon-ethylenacetal 

7.2 Darstellung von Schiffschen Basen 

Benzylidenmethylamin 

7.3 Darstellung von Enaminen 

1-Pyrrolidino-cyclopent-1-en, 1-Morpholinocyclopent-1-en, 1-Morpholino-cyclohex-1-en, α-Methylaminocrotonsäureethylester, 

α-Dimethylamino-crotonsäureethylester, α-Benzylamino-crotonsäureethylester 

7.4 Acyloinkondensation von aromatischen Aldehyden 

Benzoin, 4,4'-Dimethylbenzoin, 4-Anisoin 

7.5 Wittig-Reaktion 

1,4-Diphenyl-1,3-butadien, α-Phenylstyren 

7.6 Wittig-Horner-Emmons-Reaktion 

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1,4-Diphenyl-1,3-butadien, Stilben, 4-Methylstilben, 4-Chlorstilben, 4-Methoxystilben 

7.7 Alkohole durch Cannizzaro-Reaktion 

Benzylalkohol 


11. Addition an die Carbonylgruppe 


9.1 Aldol-Reaktion 

Benzalaceton, 3-Hydroxy-2-methylpentanal, 2-Ethyl-3-hydroxyhexanal, 4-Methoxybenzylidenaceton, 

Dibenzylidenaceton 

9.2 Variante nach Cope 

Butyliden-malonsäurediethylester, Isobutyliden-malonsäurediethylester, Benzyliden-malonsäurediethylester 

9.3 Variante nach Knoevenagel und Doebner: Zimtsäure, 4-Methoxyzimtsäure 

9.4 Nitroaldol-Reaktion: 3,4-Dimethoxy-ω-nitrostyrol 

9.5 Claisen-Kondensation: Acetessigsäureethylester 

9.6 Orthoessigsäurekondensation: α-Ethoxymethylen-acetessigsäureethylester 

9.7 Acylierung von β-Dicarbonylverbindungen 

TU BS, Lindel 

2-Benzoyl-3-oxo-butansäureethylester, Benzoylmalonsäurediethylester 

9.8 Alkylierung von β-Dicarbonylverbindungen 

Propylmalonsäurediethylester, Isobutylmalonsäurediethylester, Butylmalonsäurediethylester, 2-Acetylhexansäureethylester, 

2-Acetyl-4-methyl-pentansäureethylester 

9.9 Michael-Addition: 2-Oxo-6-phenylcyclohex-3-en-1-carbonsäureethylester 

9.10 Mannich-Reaktion: 1-Phenyl-3-piperidino-propan-1-on, 3-Dimethylamino-1-phenyl-propan-1-on, 3- 

Dimethylamino-1-(4-mehoxyphenyl)-propan-1-on, 3-Dimethylamino-2-methyl-1-phenyl-propan-1-on, 1- 

Phenyl-5-piperidino-pent-1-en-3-on 


11. Addition an die Carbonylgruppe - 11.1. O-Nukleophile 

Reduktion zum Alkohol s. Kap. 9. 

11.1. Addition von O-Nukleophilen 

R 1 

O 

R 2 O 

R R 1 

OR 3 

R 

R=H: 

R 2 =R 3 =H: geminales Diol 

R 2 =H, R 3 ungleich H: Halbacetal 

R 2 ,R 3 ungleich H: Vollacetal 

Carbonylform gegenüber den Diolen bevorzugt, außer z. B. bei Ninhydrin: 

Was ist ein 1,3-Dioxolan, was ein 1,3-Dioxan? Darstellung? 

O 

Erinnern Sie sich der Halbacetalformen von Glucose und der Hemiketalformen von Fructose! 

TU BS, Lindel 

Struktur von Diethylcarbonat? Was ist ein Orthoester? Was ist ein Carbamat? 

RungleichH: 

R 2 =R 3 =H: geminales Diol 

R 2 =H, R 3 ungleich H: Hemiketal 

R 2 , R 3 ungleich H: Ketal 


O 

OH 

OH

11. Addition an die Carbonylgruppe - 11.2. N-Nukleophile 

11.2. N-Nukleophile 

Imin-Enamin-Tautomerie 

Ausgehend von Aldehyden/Ketonen und sekundären Aminen nur Enamine möglich. 

Enamin-Tautomer auch bevorzugt nach der Umsetzung β-Ketocarbonylverbindungen. 

Was ist ein Harnstoff: Darstellung ausgehend von Isocyanaten, Phosgen. Was ist ein Isoharnstoff? 

Anwendung von Enaminen als C-Nukleophile: 

Cl 

R O 

+ 

O 

N 

Cl 

R 

TU BS, Lindel 

O 

O N 

H 3O + 


R 

O 

O 

+ 

O 

N 

H H

11. Addition an die Carbonylgruppe - 11.3. C-Nukleophile 

11.3. C-Nukleophile 

a) Knoevenagel-Kondensation von Malonsäureestern und Aldehyden 

b) Claisen-Kondensation 

c) Aldoladdition und -kondensation 

d) Mannich-Reaktion 

Enol-Nukleophil, z. B. Acetondicarbonsäure, + CH 2 NMe 2 + 

auch: Synthese von Gramin ausgehend von Indol. 

TU BS, Lindel 

e) Acyloinkondensation: Cyanid-katalysiert ("Organokatalyse"), Umpolungsreaktion 

O 

Ar H 

CN O CN HO CN Ar H 

Ar H 

Ar 

O 

O 

O 

O 

O 

HO CN 

Ar 

Na, EtOH 

40°C,12h,50% 

Knoevenagel-Michael-Kombination 

(Mechanismus?) 


O 

Ar 

-CN 

O 

O 

Ar 

O 

O 

OH 

Ar


f) Wittig-Reaktion 

Stereoselektivität der Wittig-Reaktion (I) 

"Z" 

TU BS, Lindel 

"E" 

Triebkraft: Bildung von Ph 3 PO 

Synthese der Phosphonium-Ylide? 

Stabilisiertes Phosphoran: Konjugation der P=C-Bindung zu einer weiteren Doppelbindung (meist 

C=C, C=O); nicht stab. Ylid: sonst. 

Varianten zur Stereoselektivität: 

E-Alken Z-Alken 

stab. Phosphoran 

Wittig-Horner- 

Emmons, Wittig 

Still-Gennari 

nicht stab. Ylid Schlosser-Wittig Wittig 



Mechanismus der Wittig-Reaktion 

TU BS, Lindel 

aus: Brückner, 

Reaktionsmechanismen 



Diastereomere ÜZ der Oxaphosphetan- 

Bildung ausgehend von 

Triphenylphosphonium-Yliden, 

führend zu Z- bzw. E-Alkenen. 

Betaine spielen keine Rolle. 

Calculated potential energy surface (kcal/mol) 

for reaction 2, Ph 3 PCHMe + MeCHO, at the 

B3LYP/6-31G*(THF)//B3LYP/6-31G* level 

of theory. 

TU BS, Lindel 

aus: JACS 2006, 2394 



Stereoselektivität der Wittig-Reaktion (II) 

Schlosser-Variante zur Synthese 

von (E)-Alkenen ausgehend von 

nicht stabilisierten Yliden 

Still-Gennari-Variante der 

Horner-Wadsworth-Emmons- 

Reaktion zur Synthese von (Z)- 

Alkenen ausgehend von 

stabilisierten Phosphoranen 

TU BS, Lindel 



Wittig-Reaktion: Beispiele 


TU BS, Lindel 



Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion 

Zur Darstellung des Diethylphosphonats: Arbusov-Reaktion 

O 

OEt Br 

P 

EtO OEt 

OCH3 EtO 

P 

EtO 

O O 

Br 

O 

OCH 3 

TU BS, Lindel 

OCH 3 

H 

O 

-Li + (EtO) 2 PO 4 

-EtBr 

EtO 

P 

EtO 

O 

EtO 

P 

EtO 

O 

OCH 3 


O 

LDA, -HNiPr 2 

O 

Li + 

OCH 3


HWE-Olefinierung 

TU BS, Lindel 

Still-Gennari-Olefinierung 




11. Addition an die Carbonylgruppe - 11.4. Metallorganyle 

11.4. Metallorganyle 


8.1 Addition von Grignard-Verbindungen an Aldehyde, Ketone und Ester 

2-Methylpentan-3-ol, 3-Methyl-1-phenylbutan-2-ol, 2-Methylbutan-2-ol, 2,3-Dimethylbutan-2-ol, 

3-Ethylpentan-3-ol, 3-Methylpentan-3-ol, Triphenylmethanol 

11.4.1. Alkyllithium-Verbindungen 

TU BS, Lindel 

bei α,β-unges. Carbonylverb: bevorzugt 1,2-Addition direkt an die C=O-Bindung. 



Bildungsmechanismus einer Grignard- 

Verbindung (Oxidationsstufe des Kohlenstoffs 

in MeMgI?): 

Rieke-Mg: durch Reduktion einer Suspension von 

MgCl 2 in THF mit K: 

Heterogene Reduktion von Alkylhalogeniden 


TU BS, Lindel 



11.4.2. Grignard- 

Reagenzien 

1,2-Addition 

TU BS, Lindel 





TU BS, Lindel 





11.4.3. Cuprate 

1,4-Addition (best choice) 


TU BS, Lindel 


12. Reaktionen von Amiden 


10.1 Hofmann-Abbau von Carbonsäureamiden 

Benzylamin, Anthranilsäure 

10.2 N-Alkylformanilide über Chapman-Umlagerung 

N-Ethyl-3-methylformanilid 

10.3 Hydrolyse von N-Alkylformaniliden 

N-Ethyl-3-toluidin 

10.4 Darstellung von Harnstoffderivaten 

N-(4-Ethoxyphenyl)-harnstoff 

10.5 Diazotierung und anschließende Sandmeyer-Reaktion 

TU BS, Lindel 

2-Iodbenzoesäure, 2-Chlortoluen, 3-Bromtoluen, 2-Chlornitrobenzol, 3-Chlornitrobenzol, 2-Bromnitrobenzol, 

3-Bromnitrobenzol 

10.6 Darstellung von p-Toluensulfonsäurealkylestern 

Methyltosylat, Ethyltosylat, Propyltosylat 

10.7 Darstellung von Sulfonsäureamiden 

Benzolsulfonamid- oder Toluensulfonamid von Benzylamin, Benzolsulfonamid- oder Toluensulfonamid von 

Anilin, Benzolsulfonamid- oder Toluensulfonamid von N-Methylanilin, Benzolsulfonamid- oder 

Toluensulfonamid von 4-Chloranilin, Benzolsulfonamid- oder Toluensulfonamid von 4-Bromanilin 


12. Reaktionen von Amiden 

12.1. Umlagerungen 

Hofmann-Abbau 

Lossen-Abbau 

Curtius-Abbau 

Beckmann-Uml. 

Chapman-Uml. 

Iminoether zum Alkyl- 

/Arylamid 

O 

R NH 2 

O 

R N H 

O 

R N 

N OH 

OH 

N N 

HOBr 

NaOH α-Eliminierung von HBr 

∆ 

H 2SO 4, ∆ 

O 

R N 

TU BS, Lindel 

[1,2]-Umlagerung 

O 

R N C O 

Isocyanat 


NH 

Wanderung der 

Alkylgruppe vom 

Carbonyl-C zum N. 

Nylon-Vorstufe 

J. Chem. Soc. Perkin Trans. 2, 1987, 205

13. Radikalische Reaktionen 

Radikalische Defunktionalisierung 

a) Radikalische Dehalogenierung 

O 

O 

I 

Bu 3 SnH 

kat. AIBN 

∆ oder hν 

O 

O 

oder 

Aber: Alkohole lassen sich so nicht dehydroxylieren! 

b) Lösung: Barton-McCombie-Desoxygenierung 

Bsp.: 

HO 

H 

H H 

Ein wichtiges Molekül. Welches? 

TU BS, Lindel 

1) NaH; CS 2 ;MeI 

2) Bu 3SnH, kat. AIBN 

Br 


O 

(TMS) 3SiH 

kat. AIBN 

∆ oder hν 

H 

H H 

O


Radikalische Defunktionalisierung (Substitution von X· durch H· („H-Punkt“)) 

allgemein: 

Radikalstarter 

R X + L3M H L3M X + R H 

funktionalisiert defunktionalisiert 

Mechanismus: 

R X L3M + R H 

TU BS, Lindel 

St H 

Propagation Initiation 

L3M X + R L3M H St 



Mech. d. Barton-McCombie-Desoxygenierung 

Vorab: Bildung des Xanthogenats 

Desoxygenierung: 

S 

S 

S 

O 

R 

S 

S SnBu 3 

O 

thiophil 

S SnBu 3 

+ 

O 

Bu 3Sn 

R 

+ 

S 

TU BS, Lindel 

S 

R H 

Bu 3Sn H 

O 

Propagation Initiation 

R 


N 

N 

H


Mech. d. Wohl-Ziegler-Bromierung 

N 

O 

O 

N 

CN 

Initiation 

TU BS, Lindel 

reversibel ! 

Br 

Propagation 

Br H + 

Br Br 

O 

O 

N 

Br 

Propagation 


+ 

ionischer Schritt 

Br 

Weiterreaktion zu 1,2-Dibromhexan nur bei 

großer Br 2 -Konz., die aber nicht vorliegt. 

Br 

+ 

O 

O 

N 

H

Z. Anhang - Z.1. Naturstoff-Isolierung 


12. Naturstoffisolierung 

- Furfural (aus Kleie oder Leinsamen) 

- Trimyristin (aus Muskatnuß) 

- Piperin (schwarzem Pfeffer) 

- Eugenol (aus Gewürznelken) 

- Hesperidin (aus Orangenschalen) 

- Sinalbin (aus weißem Senf) 

O 

O 

Welcher 

Naturstoff ist 

welcher? 

O 

O 

O O 

O O 

N 

HO 

O 

TU BS, Lindel 

HO 

HO 

HO 

O 

OH 

OH 

O 

O 


O 

O 

O 

OH O 

HO 

HO 

MeO 

HO 

OH 

OH 

OH 

O 

OMe 

MeO 

HO 

OMe 

S N O SO 3 

O 

O 

OH 

NMe 3

Z. Anhang - Z.1. Naturstoff-Isolierung 

S-(+)-Carvon, 

Kümmelgeruch, 

aus Kümmelöl (85 %), 

Dillöl (60 %). 

O O 

Wichtigster Nebenbestandteil in Kümmelöl: R-(+)-Limonen. 

R-(+)-Limonen, 

Orangengeruch, 

aus Öl von Citrusfrüchten, 

industriell wichtigstes 

Monoterpen. 

Sdp. 230 °C 

TU BS, Lindel 

Sdp. 175 °C 

Racemat z. B. aus Zanthoxylum piperitum 

R-(–)-Carvon, 

Krauseminzegeruch, 

aus Krauseminzeöl (70 %). 

S-(–)-Limonen, 

Terpentingeruch, 

aus Tannenöl. 


Z. Anhang - Z.2. Aminosäuren 

20 proteinogene L-α-Aminosäuren (+ Selenocystein): 

C α 

H 

Glycin 

(G) 

HN 

C α 

H 3C 

Alanin 

(A) 

H 2N NH 2 

C α 

C α 

HO 

Phenylalanin (F) 

H 2N 

C α C α C α 

Valin 

(V) 

C α 

Arginin (R) Lysin (K) 

C α 

Tyrosin (Y) 

Isoleucin 

(I) 

Leucin (L) 

H 2N 

O 

HN 

C α 

TU BS, Lindel 

C α 

HN 

H2N α CO2H H 

N 

C α 

O NH 2 

N 

H 

Asparagin (N) Glutamin (Q) 

Tryptophan (W) 

R 

CO 2H 

C α 

Histidin (H) 

HO 

HO 

O 

HS 

C α 

C α 

Asparaginsäure 

(D) 

C α 

Cystein 

(C) 

HO 

C α 

Prolin (P) Serin (S) Threonin (T) 

C α 

O OH 

Glutaminsäure 

(E) 

C α 

H3CS Methionin 

(M)

7. Substitution am Aromaten - Institut für Organische Chemie

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