Organische Chemie - * ISBN 978-3-86894-071-8 ... - Pearson Studium

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Kapitel 3

Alkene – Struktur, Nomenklatur, Reaktivität •

Thermodynamik und Kinetik

Übungsaufgaben

34

Geben Sie die systematischen Namen jeder der folgenden

Verbindungen an:

(b) Welche der Verbindungen aus Übung (a) besitzen

E- und Z-Isomere?

(a)

CH 3 CH 2 CHCH CHCH 2 CH 2 CHCH 3

38

Benennen Sie die folgenden Verbindungen:

Br

Br

(a)

(b)

H 3 C

CH 2 CH 3

C

C

(b)

CH 3 CH 2

CH 2 CH 2 CHCH 3

(c)

CH 3

CH 3

(c)

Br

(d)

(d)

H 3 C

(e)

C

H 3 C

CH 3

CH 2 CH 3

C

CH 2 CH 2 CH 2 CH 3

(f )

35

CH 2 CH 3

(e) (f )

CH 3

CH 3

Geben Sie die Struktur eines Kohlenwasserstoffs an,

der 6 Kohlenstoffatome und

(a) drei vinylische Wasserstoffatome und zwei allyli -

sche Wasserstoffatome enthält;

(b) drei vinylische Wasserstoffatome und ein allylisches

Wasserstoffatom enthält;

(c) drei vinylische Wasserstoffatome und keine allylischen

Wasserstoffatome enthält.

39 Zeichnen Sie gekrümmte Pfeile ein, um die Flussrichtung

der Elektronen zu beschreiben, die für die im

Folgenden dargestellte chemische Umwandlung verantwortlich

sind:

H H

H H

H O − + H C C H H + Br −

2 O C C +

H Br

H H

40 Tamoxifen verlangsamt das Wachstum von Brustkrebs,

indem es an Östrogen-Rezeptoren bindet. Handelt es

sich um ein E- oder um ein Z-Isomer?

36

Zeichnen Sie die Strukturen der folgenden Verbindungen:

OCH 2 CH 2 NCH 3

CH 3

(a) (Z )-1,3,5-Tribrom-2-penten

(b) (Z )-3-Methyl-2-hepten

(c) (E )-1,2-Dibrom-3-isopropyl-2-hexen

(d) Vinylbromid

(e) 1,2-Dimethylcyclopenten

(f ) Diallylamin

CH 3 CH 2

C

C

Tamoxifen

37

(a) Geben Sie die Strukturen und systematischen

Namen für alle Alkene mit der Summenformel

C 6 H 12 an. Ignorieren sie dabei cis/trans-Isomere.

Hinweis: Es gibt 13.

41

Wie sind bei einer Reaktion, bei der Stoff A bei 25 °C

im Gleichgewicht mit Stoff B steht, die relativen Mengen

von A und B im Gleichgewichtszustand, wenn

DG° bei 25 °C (298 K)

11


3 Alkene – Struktur, Nomenklatur, Reaktivität · Thermodynamik und Kinetik

(a) 11,4 kJ/mol

(b) 1,5-Heptadien

Übungsaufgaben

42

(b) 2,73 kJ/mol

(c) - 11,4 kJ/mol

(d) - 2,73 kJ/mol beträgt?

Verschiedene Untersuchungen haben gezeigt, dass

b-Carotin – eine Vorläufersubstanz des Vitamins A –

48

(c) 1,4-Pentadien

Molly Kühl war eine chemisch-technische Assistentin,

die von ihrem Boss den Auftrag erhalten hatte, die

Behälter einer Sammlung von Alkenen zu beschriften,

auf deren Etiketten nur Strukturformeln abgebildet wa-

eine vorbeugende Rolle gegen die Entstehung von

ren. Wie viele hatte Molly richtig beschriftet? Korri-

Krebs spielen könnte. b-Carotin besitzt die Summen-

gieren Sie die falschen Bezeichnungen.

formel C 40 H 56 . Das Molekül enthält zwei Ringe und

keine Dreifachbindungen. Wie viele Doppelbindungen

enthält das b-Carotin?

(a) 3-Penten

(b) 2-Octen

(c) 2-Vinylpentan

43

Geben Sie für jedes Verbindungspaar an, welches stär-

(d) 1-Ethyl-1-penten

ker ist, und erklären Sie kurz, warum.

(e) 5-Ethylcyclohexen

(a)

CH 3 Cl oder CH 3 Br

(f ) 5-Chlor-3-hexen

(g) 2-Ethyl-2-buten

(b)

I Br oder Br Br

(h) (E )-2-Methyl-1-hexen

(i) 2-Methylcyclopenten

44

Geben Sie an, ob die folgenden Verbindungen die E-

oder die Z-Konfiguration besitzen:

49

Zeichnen Sie die Strukturen folgender Verbindungen:

(a)

H 3 C

CH 2 CH 3

(a) (2E,4E-)-1-Chlor-3-methyl-2,4-hexadien

C

CH 3 CH 2

C

CH 2 CH 2 Cl

(b) (3Z,5E-)-4-Methyl-3,5-nonadien

(c) (3Z,5Z-)-4,5-Dimethyl-3,5-nonadien

(d) (3E,5E-)-2,5-Dibrom-3,5-octadien

(b)

CH 3 CH 2 CH 2

C

CH(CH 3 ) 2

C

50

Gegeben Sie das folgende Reaktionskoordinatendiagramm

für die Reaktion von A zu D.

HC CCH 2 CH 2 CH CH 2

(c)

(d)

H 3 C

C

Br

O

CH 3 C

C

C

C

CH 2 Br

CH 2 CH 2 CH 2 CH 3

CH 2 Br

freie Enthalpie

A

C

B

Fortschreiten der Reaktion

D

HOCH 2

CH 2 CH 2 Cl

Beantworten Sie hierzu folgende Fragen:

45

Squalen, ein Kohlenwasserstoff mit der Summenformel

C 30 H 50 , wird aus Haifischleber gewonnen (Squalus,

lat. „Hai“). Wie viele p-Bindungen besitzt das

Squalen, falls es sich um eine azyklische Verbindung

handelt?

(a) Wie viele Intermediate hat diese Reaktion?

(b) Wie viele Übergangszustände hat sie?

(c) Welches ist der schnellste Schritt der Reaktion?

(d) Welche Verbindung ist stabiler, A oder D?

(e) Welches ist die Ausgangsverbindung des

46

Weisen Sie jedem der folgenden Sätze von Substitu-

geschwindigkeitsbestimmenden Schrittes?

enten jeweils ihre relativen Prioritäten zu:

(f ) Ist der erste Teilschritt der Reaktion (A nach B)

(a) -CH 2 CH 2 CH 3 , -CH(CH 3 ) 2 , -CH“ CH 2 , -CH 3

(b) -CH 2 NH 2 , -NH 2 , -OH, -CH 2 OH

(c) -COCH 3 , -CH“ CH 2 , -Cl, -C‚ N

exergonisch oder endergonisch?

(g) Ist die Gesamtreaktion exergonisch oder ender -

gonisch?

(h) Welches ist das stabilere Intermediat?

47

Zeichnen Sie die Konfigurationsisomere für die folgenden

Verbindungen und benennen Sie sie:

51

(a) Wie groß ist die Gleichgewichtskonstante einer

Reaktion bei 25 °C (298 K), wenn ihr D H ° = 84 kJ/

(a) 3-Methyl-2,4-hexadien

mol und ihr D S ° = 105 J K -1 mol -1 betragen?

12


3 Alkene – Struktur, Nomenklatur, Reaktivität · Thermodynamik und Kinetik

HINTERGRUND

Die Berechnung kinetischer Parameter

Um die Werte von E a , D H ‡ und D S ‡ einer chemischen Reaktion

zu berechnen, müssen die Geschwindigkeitskonstanten der Reaktion

bei verschiedenen Temperaturen ermittelt werden:

E a kann aus der Arrhenius-Gleichung durch graphische Interpolation

einer Auftragung von k gegen 1/T erhalten werden, da

ln k 2 - ln k1 =-E a / R (1/T 2 - 1/T 1 )

Bei einer gegebenen Temperatur kann D H ‡ aus E a erhalten

werden, weil gilt:

D H ‡ = E a - RT

D G ‡ kann (in kJ/mol) mit Hilfe der folgenden Gleichung, die

D G ‡ zur Geschwindigkeitskonstanten bei einer bestimmten Tem -

peratur in Beziehung setzt, bestimmt werden:

- D G ‡ = RT ln (kh/Tk B )

In dieser Gleichung ist h die Planck’sche Konstante 6,62608 *

10 - 34 Js und k B die Boltzmann-Konstante 1,38066 * 10 - 23 J . K - 1 .

Die Aktivierungsentropie kann aus den beiden anderen kinetischen

Parametern über die Formel D S ‡ = (D H ‡ - D G ‡ )/T bestimmt

werden.

Übungsaufgaben

Verwenden Sie diese Informationen, um die Übung 54 durchzuführen.

52

53

(b) Wie groß ist die Gleichgewichtskonstante derselben

Reaktion bei einer Temperatur von 125 °C (398 K)?

(a) Um wie viel muss sich das D G ° einer bei 25 °C

durchgeführten Reaktion ändern, um die Gleichgewichtskonstante

um einen Faktor 10 zu erhöhen?

(b) Um wie viel muss sich D H ° ändern, falls D S ° =

0 J K -1 mol -1 beträgt?

(c) Um wie viel muss sich D S ° ändern, falls D H ° =

0 J mol -1 betägt?

Die Twistboot-Konformation des Cyclohexans besitzt

eine um 15,9 kJ/mol (3,8 kcal/mol) höhere freie En -

thalpie als die Sesselkonformation. Berechnen Sie den

prozentualen Anteil der Twistboot-Konformere in einer

Cyclohexanprobe bei 25 °C. Stimmt der errechnete

Wert mit dem in Abschnitt 2.12 angegebenen Zahlenwert

für die relativen Molekülzahlen dieser beiden

Konformationen überein?

54

Die Geschwindigkeitskonstanten einer Reaktion wurden

bei fünf unterschiedlichen Temperaturen gemessen.

Berechnen Sie anhand der nachfolgenden Daten

die experimentelle Aktivierungsenergie und danach

D S °, D H ° und D G ° für die Reaktion bei einer Temperatur

von 30 °C.

Temperatur Gemessene Geschwindigkeitskonstante

(s - 1 )

31,0 2,11 * 10 - 5

40,0 4,44 * 10 - 5

51,5 1,16 * 10 - 4

59,8 2,10 * 10 - 4

69,2 4,34 * 10 - 4

13


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