Lehrbuch der Organischen Chemie - Mit Formelposter

Rezension

Das Lehrbuch der Oganischen Chemie von Hans Beyer, Wolfgang Walter und Wittko Francke ist ein Lehrbuch mit Tradition und ist 1953 in der ersten Auflage erschienen. Die vorliegende 24. Auflage aus dem Jahr 2003 wurde gründlich überarbeitet und aktualisiert, wobei der bewährte Aufbau nach Substanzklassen beibehalten wurde.

Die Darstellung ist umfassend und berücksichtigt auch die neusten Entwicklungen aus den unterschiedlichsten Bereichen wie Sprengstoffe, Medizin, Treibstoffe, Textilien usw. Bei der überwältigenden Fülle neuer organischer Verbindungen, die jedes Jahr neu entdeckt bzw. synthetisiert werden, musste natürlich eine Auswahl getroffen werden. Syntheseprinzipien sowie Reaktionsmechanismen werden verständlich und übersichtlich dargestellt. Besonderen Wert wird auf eine umfassende Darstellung der Namenreaktionen gelegt. Der Text ist flüssig geschrieben. Zahlreiche Formeln und Abbildungen veranschaulichen die Sachverhalte und tragen erheblich zu einem Verständnis der Ausführungen bei.

Positiv hervorzuheben ist die ausführliche Berücksichtigung der Biochemie, wie Aminosäuren, Peptide und Proteine (Kap. 8), Nucleinsäuren (Kap. 9), Enzyme (Kap. 10) und Stoffwechselvorgänge (Kap. 11). Das Buch ist somit nicht nur für Chemiker sondern auch für Pharmazeuten, Biologen und Medizinern von großem Nutzen. Das ausführliche Inhaltsverzeichnis sowie das über 130 bzw. 12 Seiten umfassende Sach- und Namenregister ermöglichen eine rasche Orientierung.

Fazit: Hervorragendes Lehrbuch der Organischen Chemie auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft, das aufgrund seiner übersichtlichen Strukturierung auch als Nachschlagewerk genutzt werden kann. Jedem Studenten der Chemie, Pharmazie aber auch Biologie und Medizin sowie erfahrenden Praktikern nur mit Nachdruck zu empfehlen.

Björn Hillen, lehrerbibliothek.de

Verlagsinfo

Vorwort zur 24. Auflage

Als diese Auflage im Herbst 2003 durch den Verlag zum Druck vorbereitet wurde, waren 50 Jahre seit dem Erscheinen der ersten Auflage vergangen. Aus diesem Anlass folgt auf die Domäne der Vorworte ein Rückblick auf diese Zeit mit dem Titel „Der Weg eines Lehrbuches durch fünf Jahrzehnte“. Aus dem Abschnitt VIII des Rückblickes entnimmt man, was die vorliegende geradzahlige Auflage von einer ungeradzahligen unterscheidet, nämlich die gründliche Überarbeitung und Aktualisierung unter weitgehender Erhaltung des Satzspiegels.
Neu verfasst wurden die Abschnitte 1.8.1 Massenspektrometrie und 2.45.7 mit dem Mechanismus der Stille-Reaktion,mit der eine präparativ wichtige, palladiumkatalysierte Kohlenstoff-Kohlenstoffverknüpfung bewirkt wird. Gestrichen wurde der Abschnitt Papierchromatographie, doch eingeführt wurde eine Definition des Rf -Wertes,die auch für andere chromatographische Verfahren von Bedeutung ist. Unter Berücksichtigung des damit zusammenhängenden Strukturproblems wurden die Dreizentrenbindungen ausführlicher behandelt. Aufgenommen wurde der auf die Paritätsverletzung zurückzuführende geringe Energieunterschied zwischen den Enantiomeren des Fluoroxirans. Die daraus folgende Aussage, dass sich die Enantiomeren nur in erster Näherung ausschließlich in ihrer Wirkung auf das polarisierte Licht unterscheiden, ist nicht von praktischer Bedeutung, im Gegensatz zu den ebenfalls aufgenommenen physikalisch unterscheidbaren Pseudoenantiomeren. Der geringe Energieunterschied zwischen Enantiomeren könnte aber die Ursache für die Homochiralität der proteinogenen Aminosäuren sein, worauf im Kapitel 8.1 hingewiesen wird.
Neu aufgenommen wurden folgende in alphabetischer Reihenfolge aufgeführte Namensreaktionen und -begriffe: Evans-Auxiliar, Evans-Synthese, Gutknecht-Kondensation, Hill-Reaktion, Jacobsen-Epoxidierung,Kern -Overhauser-Effekt, Marker-Abbau, Meselson- Stahl-Experiment, Sonogashira-Kupplung,die Stille-Reaktion selbst, deren Mechanismus schon erwähnt wurde, und das Wanzlick-Gleichgewicht. Zu den neu aufgenommenen Reaktionen gehört auch die Weiterentwicklung der Phasen-Transfer-Katalyse zur direkten Iodierung nicht aktivierter aliphatischer Kohlenwasserstoffe.
Zwischen dem Erscheinen der 23. und 24. Auflage des Buches hat sich die Zahl der registrierten organischen Verbindungen um rund 40 Millionen vermehrt. Es liegt auf der Hand, dass nur wenige davon aufgenommen werden konnten, so das erste isolierbare Derivat des Isobenzols und der Sprengstoff Octanitrocuban. In der gleichen Zeitspanne ist auch die Lehrmeinung von der allgemeinen Instabilität der Kohlensäure widerlegt worden; sie ist vielmehr in Gegenwart von Wasser instabil. Wegen einer erheblichen Aktivierungsenergie entstehen aus Kohlendioxid und Wasser nur langsam Kohlensäure und daraus Hydrogencarbonat. Das Enzym Carboanhydrase katalysiert diese Reaktion im Organismus so wirksam, dass keine Gasblasen im Citronensäure-Zyklus entstehen. Hingewiesen wird auf das als Carcinogen erkannte Acrylamid und dessen Entstehung beim Erhitzen kohlenhydrat- und proteinhaltiger Lebensmittel mit Fett auf Temperaturen von über 100 °C.
Außer dem durch Umesterung von Rapsöl hergestellten „Biodiesel“ und den gentechnisch aus Säugetierzellen erzeugten hochwertigen Fäden der Spinnennetze wurden ein umweltschonendes Verfahren zur technischen Fluorierung aufgenommen sowie zahlreiche Naturstoffe, von denen die Folgenden genannt seien: Isoflavon, Matsutake-Alkohol, das Alkaloid Physostigmin, Phyto- oder Xenoöstrogene aus Pflanzen, Endocannabinoide, Etherlipide, Erythropoietin, Glykokonjugate und sekundäre Genprodukte. Erläutert wird der Weg, auf dem im Organismus das männliche Sexualhormon Androsteron durch Aromatisierung in Testosteron, das weibliche Sexualhormon, umgewandelt wird. Im Zusammenhang damit wird das Antiöstrogen Tamoxifen vorgestellt, mit dem das Rezidivrisiko bei der Behandlung von Mammacarcinomen gesenkt werden kann. Der neu formulierte Mechanismus, nach dem die Mevalonsäure im Organismus entsteht, ermöglicht es, die CSE-Hemmer zu erwähnen, zu denen die Statine gehören, die sich trotz erheblicher Nebenwirkungen bei der Behandlung der Arteriosklerose bewährt haben.
Von weiteren neu aufgenommenen Medikamenten seien genannt: Das gegen die Parkinsonsche Krankheit wirksame Indolderivat Ropinirol, das bei Herzflattern oder Herzflimmern angewandte, iodhaltige Cumaronderivat Amiodaron, das Immundepressivum Thiohypoxanthin sowie das bei Schlafstörungen wirksame Phenothiazinderivat Promazin. Das als Brechmittel eingeführte Apomorphin wird in deutlich niedrigerer Dosis gegen Erektionsstörungen angewendet; es entfaltet im Gegensatz zu dem direkt am Zielort wirkenden Viagra seinen Einfluss über das Zentralnervensystem. Das gegen die gutartige Vergrößerung der Prostata verwendete Androsteronderivat Finasterid hat sich auch als wirksam gegen den Haarausfall beim Mann erwiesen. In dieser Hinsicht ist es ein Beispiel für ein „Lifestyle“-Präparat. Die hochgiftigen Botulismus-Toxine mildern in extremer Verdünnung Muskelkrämpfe. Sie werden in der Kosmetik zur Glättung von Gesichtsfalten unter die Haut gespritzt; ein eindrucksvolles Beispiel für den von Paracelsus im 16. Jahrhundert eingeführten Begriff der Dosis, der nach dem Original zitiert wird. Hierher gehört auch die Unterscheidung von bakterizider und bakteriostatischer Wirkung von Medikamenten, mit denen Bakterien bekämpft werden. Auf die Bedeutung des Polymorphismus im menschlichen Genom für die individuelle Wirksamkeit von Arzneimitteln wird ebenso hingewiesen, wie auf die Herleitung der Worte Proteom und Proteomik aus dem Begriff Genom. Wer mehr über die tiefe Verwurzelung des Wortes Protein in der europäischen Tradition erfahren will, schlage in dem – im Gegensatz zu dem konstant gebliebenen Text des Buches – deutlich erweiterten Sachregister das Wort „Proteisch“ nach. Er wird auf der dort nachgewiesenen Seite Zugang zu einem faszinierenden Essay finden, nicht nur über das Stichwort, sondern auch über die Chemie selbst. Bei der Auswahl der Literaturzitate des Buches sind wir in einer Weise verfahren, die mit dem folgenden Zitat von Lessing charakterisiert werden soll: „Aber es wäre sonderbar, wenn nur der reich heißen sollte, der das meiste frisch gemünzte Geld besitzet.“ *
Die Bemühungen um den Abbau sprachlicher Spannungen zwischen Globalisierung und Fachjargon ** haben nicht nur zur weiteren Vermehrung englischer Fachausdrücke, sondern auch zur Aufnahme weiterer Abkürzungen und neuer Wörter, die sich von Abkürzungen ableiten, geführt, z. B. Pegylierung. Um Missverständnisse zu vermeiden, wurden in einigen Fällen, z. B. bei den Alkylidenphosphoranen, die zugehörigen Formeln mit zwei Synonymen beschriftet. In Klammem stehen einige veraltete Namen aus dem Anhang „Gefährliche Stoffe“, die in den Text wieder aufgenommen werden mussten. An das in der ehemaligen DDR für Kunststoffe offiziell eingeführte Wort Plaste ist in einer Fußnote erinnert worden.
Den zahlreichen Leserinnen und Lesern, die Hinweise auf Fehler und Unklarheiten gegeben haben, sei an dieser Stelle herzlich gedankt. Unser besonderer Dank gilt wiederum Frau Anneliese Kuhlmann, die sich in dem durch die Rechtschreibreform noch bereicherten Spannungsfeld zwischen EDV und konventioneller Herstellung besonders bewährt hat.
Wir hoffen, dass die 24. Auflage viele alte Freunde und neue Leser beiderlei Geschlechts erreicht und bitten um Anregungen und Kritik zum Nutzen der Weiterentwicklung des Werkes.

Hamburg, im Frühjahr 2004 Wolfgang Walter und Wittko Francke

* Lessing, Werke Band 6, S. 408 (Carl Hanser Verlag, München 1974).
** S. Montgomery, Of Towers, Walls, and Fields: Perspectives on Language in Science, Science
303, 1333 (2004).

Aus dem Vorwort zur 1. Auflage

Durch die Entwicklung der chemischen Elektronentheorie und ihre weitgehende Anwendung auf dem Gebiet der organischen Chemie wurde die Abfassung eines „Lehrbuches der organischen Chemie“ notwendig, das diese modernen theoretischen Anschauungen berücksichtigt. Ich habe mich dabei eng an die in Deutschland meist angewandte Nomenklatur und Symbolisierung von F. Arndt, B. Eistert und Eugen Müller gehalten, zumal diese Schreibweise unter Benutzung der mesomeren Grenzformeln meiner Erfahrung nach dem Studierenden, der sich erstmalig damit vertraut machen will, leichter verständlich wird als die der englischen Schule. Mit der Zugrundelegung der Elektronentheorie und ihrer Erläuterung in den ersten Kapiteln wird der Studierende schon frühzeitig in die neuzeitliche Denkweise der chemischen Bindungsverhältnisse eingeführt. Ohne ihre Beherrschung ist heute das Studium von Originalarbeiten moderner Literatur undenkbar.
Ausgehend von diesem Grundsatz, habe ich mich bemüht, das sehr umfangreiche Gebiet der organischen Verbindungen möglichst logisch und systematisch anzuordnen. Hierbei diente mir der Aufbau meiner Experimentalvorlesung über organische Chemie und der einiger Spezialkollegs als Grundlage. Die bewährte Einteilung in aliphatische, carbocyclische, aromatische und heterocyclische Verbindungen wurde beibehalten. Innerhalb dieser großen Abschnitte erfolgt die Gliederung der Stoffklassen in erster Linie nach ihrer chemischen Konstitution bzw. ihrem Reaktionsvermögen. Jede einzelne Stoffgruppe wird, soweit irgend möglich, nach Vorkommen, Struktur, Darstellung, Eigenschaften, Reaktionsfähigkeit und technischer Verwendung angeordnet. Daran schließt sich die Behandlung ihrer wichtigsten Derivate. Die physikalisch-chemischen Methoden, die in neuerer Zeit bei der Strukturermittlung organischer Verbindungen immer breitere, erfolgreiche Anwendung finden, werden an den betreffenden Stellenerwähnt.
Dieses Lehrbuch soll nicht nur das Verlangen der Chemiestudierenden nach Vermittlung eines umfangreichen Wissensstoffes unter Berücksichtigung der modernen Elektronentheorie erfüllen und ihnen zum Selbststudium dienen, sondern darüber hinaus dem Chemiker in der Industrie sowie den Studierenden der Medizin, Pharmakologie, Pharmazie und Biologie Tatsachenmaterial und Einblicke in die elektronentheoretische Denkweise vermitteln. Auch den Pädagogen mit Chemie als Hauptfach wird es beim Studium eine Hilfe sein. Große chemische Fortschritte, besonders auf dem Gebiet der Naturstoffe, sind heute fast nur noch durch enge Zusammenarbeit der verschiedenen Fachrichtungen möglich.

Greifswald, im Frühjahr 1953 Hans Beyer

Inhaltsverzeichnis

Vorwort. V
Aus dem Vorwort zur ersten Auflage VIII
Der Weg eines Lehrbuches durch fünf Jahrzehnte IX

1 Allgemeiner Teil 1

1.1 Einleitung. 1

1.2 Die reine Substanz 3
1.2.1 Kristallisation 4
1.2.2 Destillation und Rektifikation 4
1.2.3 Destillation und Sublimation im Fein- und Hochvakuum 5
1.2.4 Wasserdampfdestillation 6
1.2.5 Extraktion 6
1.2.6 Adsorptionschromatographie 6
1.2.7 Gel-Chromatographie 7
1.2.8 Verteilungschromatographie 7
1.2.9 Dünnschichtchromatographie (DC) 8
1.2.10 Gaschromatographie (GC) 9
1.2.11 Kriterien der reinen Substanz 10

1.3 Qualitative organische Elementaranalyse 11
1.3.1 Kohlenstoff 11
1.3.2 Wasserstoff 11
1.3.3 Stickstoff 12
1.3.4 Schwefel 12
1.3.5 Halogene 12
1.3.6 Übrige Elemente 13

1.4 Quantitative organische Elementaranalyse 13
1.4.1 Kohlenstoff, Wasserstoff und Stickstoff 13
1.4.2 Schwefel 14
1.4.3 Halogene (Chlor, Brom, Iod) 14

1.5 Ermittlung chemischer Formeln 14
1.5.1 Verhältnisformel 14
1.5.2 Bestimmung der relativen Molekülmasse bzw. der Molekularformel 15
1.5.3 Struktur- und Konstitutionsformel 17

1.6 Arten der chemischen Bindungen 18
1.6.1 Atombau 19
1.6.2 Ionenbindung (Ionenbeziehung) 23
1.6.3 Atombindung 24
1.6.4 C-H- und C-C-Bindung 25
1.6.5 Oniumkomplexe 27
1.6.6 Polare Atombindung 28

1.7 Funktionelle Gruppen und induktiver Effekt 32

1.8 Physikalische Methoden der Strukturaufklärung 33
1.8.1 Massenspektrometrie 34
1.8.2 IR-Spektroskopie 37
1.8.3 UV-Sichtbar-Spektroskopie (Elektronenspektren) 38
1.8.4 Photoelektronenspektroskopie (PE-Spektroskopie) 40
1.8.5 Kernmagnetische Resonanzspektroskopie 41
1.8.6 Elektronenspinresonanz 48
1.8.7 Ionen-Cyclotron-Resonanz (ICR) 50
1.8.8 Kristallstrukturanalyse 51

1.9 Einteilung des Stoffgebiets der organischen Chemie 52

2 Aliphatische Verbindungen 55

2.1 Alkane (Paraffine), CnH2n+2 55
2.1.1 Methan 57
2.1.2 Ethan 59
2.1.3 Propan und Butane 60
2.1.4 Pentane und höhere Homologe 60
2.1.5 Konformationen des Ethans 61

2.2 Alkene (Olefine), CnH2n 64
2.2.1 Ethylen (Ethen) und Propen 65
2.2.2 Butene, Isobuten und Homologe 66
2.2.3 Die C=C-Doppelbindung 68
2.2.4 Die cis-trans-Isomerie der Ethylene 70
2.2.5 Additionsreaktionen 72
2.2.6 Substitutionsreaktionen 78

2.3 Polymerisation der Alkene und Vinylderviate 79
2.3.1 Radikalkettenpolymerisation 80
2.3.2 Ionenkettenpolymerisation 80
2.3.3 Koordinative Kettenpolymerisation 81
2.3.4 Polymerisation der Alkene 82
2.3.5 Polymerisation der Vinylverbindungen 86

2.4 Erdölchemie 88
2.4.1 Erdöl, Erdgas und Ölschiefer 89
2.4.2 Kraftstoffe aus Erdöl 91
2.4.3 Kraftstoffe aus Kohle 94

2.5 Petrolchemie 94

2.6 Alkine (Acetylene), CnH2n-2 96
2.6.1 Darstellung 96
2.6.2 Die C = C-Dreifachbindung 98
2.6.3 Additionsreaktionen 101
2.6.4 Reppe-Synthesen 103

2.7 Kohlenwasserstoffe mit zwei oder mehr C=C-Doppelbindungen (Polyene) 106
2.7.1 Allene 106
2.7.2 Diene 107
2.7.3 1,2- und 1,4-Addition; Mesomerie 108
2.7.4 Woodward-Hoffmann-Regeln 111
2.7.5 Diolefine 116

2.8 Einwertige Alkohole (Alkanole) 116
2.8.1 Die Wasserstoffbindung (Wasserstoffbrücke) 118
2.8.2 Oxidationsprodukte der Alkohole 119
2.8.3 Methanol, Methylalkohol (Carbinol) 121
2.8.4 Ethanol, Ethylalkohol 122
2.8.5 Propanole, Propylalkohole 124
2.8.6 Butanole, Butylalkohole 124
2.8.7 Pentanole, Pentyl- oder Amylalkohole 125
2.8.8 Optische Isomerie, Chiralität 126
2.8.9 Höhere Alkohole, CnH2n + 1 OH 129
2.8.10 Ungesättigte Alkohole (Alkenole und Alkinole) 130

2.9 Halogenderivate der Alkane 131
2.9.1 Alkylhalogenide (Halogenalkane) 132
2.9.2 Mechanismen der nucleophilen Substitution am gesättigten C-Atom 135
2.9.3 Eliminierungsreaktionen 140
2.9.4 Phasentransfer-Katalyse (PTC) 141
2.9.5 Fragmentierungsreaktionen 142
2.9.6 Höher halogenierte Alkane 143
2.9.7 Fluorierte Kohlenwasserstoffe 145

2.10 Ester anorganischer Säuren 147
2.10.1 Ester der Schwefelsäure (Alkylsulfate) 147
2.10.2 Ester der Salpetersäure 148
2.10.3 Ester der salpetrigen Säure 148
2.10.4 Ester der Phosphorsäure 149
2.10.5 Ester der Borsäure 150

2.11 Ether 150
2.11.1 Darstellung 151
2.11.2 Eigenschaften 152

2.12 Alkanthiole (Mercaptane) 154
2.12.1 Darstellung 154
2.12.2 Eigenschaften und Verwendung 155

2.13 Dialkylsulfide (Thioether) 155
2.13.1 Darstellung 156
2.13.2 Eigenschaften 156
2.13.3 Sulfoxide und Sulfone 157

2.14 Aliphatische Sulfonsäuren, Sulfonylchloride, Sulfin- und Sulfensäuren 158
2.14.1 Alkansulfonsäuren 159
2.14.2 Alkansulfonylchloride, Alkansulfin- und Alkansulfensäuren 159

2.15 Nitroalkane (Nitroparaffine) 161
2.15.1 Darstellung 162
2.15.2 Eigenschaften 163

2.16 Aliphatische Amine 165
2.16.1 Monoamine 165
2.16.2 Optische Aktivität am 3- und 4-bindigen N-Atom 174
2.16.3 Ungesättigte Amine (Enamine) 176
2.16.4 Diamine 176

2.17 Aliphatische Diazoverbindungen, Diazirine und Diaziridine 177
2.17.1 Diazoverbindungen 177
2.17.2 Diazirine und Diaziridine 178

2.18 Aliphatische Hydrazine und Azide 180
2.18.1 Hydrazine 180
2.18.2 Azide 181

2.19 Organische Verbindungen einiger Nichtmetalle. 182
2.19.1 Organische Phosphorverbindungen 182
2.19.2 Organische Arsenverbindungen. 187
2.19.3 Organische Siliciumverbindungen 188
2.19.4 Organische Borverbindungen. 190

2.20 Metallorganische Verbindungen 193
2.20.1 Alkalimetallorganische Verbindungen (Alkalimetallorganyle). 194
2.20.2 Organische Magnesiumverbindungen. 195
2.20.3 Organische Zinkverbindungen. 198
2.20.4 Organische Titanverbindungen. 199
2.20.5 Organische Quecksilberverbindungen. 200
2.20.6 Organische Aluminiumverbindungen. 201
2.20.7 Organische Zinnverbindungen. 202
2.20.8 Organische Bleiverbindungen. 203

2.21 Aliphatische Aldehyde (Alkanale). 203
2.21.1 Allgemeine Darstellungsweisen. 204
2.21.2 Nachweisreaktionen der Aldehyde 205
2.21.3 Die C=O-Doppelbindung. 205
2.21.4 Additionsreaktionen der Aldehyde 206
2.21.5 Enantiotopie und Prochiralität. 208
2.21.6 Additions- und Substitutionsreaktionen der Aldehyde. 209
2.21.7 Kondensationsreaktionen der Aldehyde. 209
2.21.8 Formaldehyd (Methanal). 215
2.21.9 Acetaldehyd (Emanal). 216
2.21.10 Propionaldehyd (Propanal). 217
2.21.11 Halogenaldehyde. 218
2.21.12 Ungesättigte Aldehyde (Alkenale und Alkinale). 219
2.21.13 Gezielte Aldolreaktion. 220

2.22 Aliphatische Ketone (Alkanone) 221
2.22.1 Allgemeine Darstellungsweisen. 222
2.22.2 Additions- und Kondensationsreaktionen. 224
2.22.3 Reduktionsprodukte der Ketone. 228
2.22.4 Pinakol-Pinakolon-Umlagerung. 230
2.22.5 Wagner-Meerwein-Umlagerung. 231
2.22.6 Aceton (Propanon). 232
2.22.7 Butanon (Ethylmethylketon). 233
2.22.8 Halogenketone. 234
2.22.9 Ungesättigte Ketone. 234
2.22.10 Photochemie der Carbonylverbindungen. 235

2.23 Tabellarische Gegenüberstellung der Aldehyde und Ketone. 240

2.24 Gesättigte aliphatische Monocarbonsäuren (Alkansäuren, Fettsäuren). 243
2.24.1 Allgemeine Darstellungsweisen. 243
2.24.2 Acidität der Carboxylgruppe. 245
2.24.3 Ameisensäure, Methansäure. 247
2.24.4 Essigsäure, Ethansäure. 249
2.24.5 Propionsäure, Propansäure. 250
2.24.6 Buttersäuren, Butansäuren. 250
2.24.7 Valeriansäuren, Pentansäuren. 251
2.24.8 Höhere Fettsäuren. 251

2.25 Ungesättigte aliphatische Monocarbonsäuren, Alkensäuren. 252
2.25.1 Allgemeine Darstellungsweisen. 252
2.25.2 Acrylsäure, Propensäure. 253
2.25.3 Acrylnitril. 254
2.25.4 Ungesättigte Carbonsäuren mit vier C-Atomen. 256
2.25.5 Ölsäure (9-Octadecensäure). 257
2.25.6 Mehrfach ungesättigte Monocarbonsäuren. 258

2.26 Fette, Öle und Wachse. 259
2.26.1 Fette und Öle. 259
2.26.2 Gewinnung der Fette. 261
2.26.3 Wachse. 261

2.27 Seifen und synthetische Waschmittel (Detergenzien). 262
2.27.1 Anionaktive Verbindungen. 262
2.27.2 Kationaktive Verbindungen. 265
2.27.3 Nichtionogene Verbindungen. 266

2.28 Derivate aliphatischer Monocarbonsäuren. 266
2.28.1 Carbonsäurehalogenide. 266
2.28.2 Carbonsäureanhydride. 269
2.28.3 Ketene. 270
2.28.4 Carbonsäureester. 272
2.28.5 Orthocarbonsäureester. 276
2.28.6 Carbonsäureamide. 276
2.28.7 Thiocarbonsäureamide. 280
2.28.8 Blausäure und Nitrile (oder Carbonitrile). 281
2.28.9 Hydroxamsäuren. 284
2.28.10 Imidoester, Amidine und Amidrazone. 284
2.28.11 Säurehydrazide und Säureazide. 285

2.29 Substitutionsprodukte aliphatischer Monocarbonsäuren. 286
2.29.1 Halogencarbonsäuren. 286
2.29.2 D- und L-Konfiguration am Chiralitätszentrum als stereogenem Element. 289
2.29.3 Absolute Konfiguration am Chiralitätszentrum (CIP-System). 290
2.29.4 Hydroxycarbonsäuren. 294
2.29.5 Lactone. 296
2.29.6 Die wichtigsten Hydroxysäuren. 298
2.29.7 Aminocarbonsäuren. 301
2.29.8 Die wichtigsten aliphatischen Aminosäuren. 307

2.30 Aliphatische Aldehyd- und Ketocarbonsäuren. 309
2.30.1 Aldehydcarbonsäuren. 309
2.30.2 α-Ketosäuren. 310
2.30.3 β-Ketosäuren. 311
2.30.4 Keto-Enol-Tautomerie (Oxo-Enol-Tautomerie). 312
2.30.5 Darstellung des Acetessigesters. 314
2.30.6 Synthesen mit Acetessigester. 315
2.30.7 γ-Ketosäuren. 317

2.31 Mehrwertige Alkohole. 319
2.31.1 Zweiwertige Alkohole (Glykole, 1,2-Diole). 319
2.31.2 Dreiwertige Alkohole. 328
2.31.3 Vierwertige Alkohole (Tetrite). 333
2.31.4 Fünfwertige Alkohole (Pentite). 334
2.31.5 Sechswertige Alkohole (Hexite). 335

2.32 Aliphatische Hydroxyaldehyde und Hydroxyketone. 336
2.32.1 Hydroxyaldehyde (Aldehydalkohole). 336
2.32.2 Hydroxyketone (Ketonalkohole). 338

2.33 Aliphatische Dialdehyde, Ketoaldehyde und Diketone. 339
2.33.1 Dialdehyde. 339
2.33.2 Ketoaldehyde. 341
2.33.3 Diketone. 341

2.34 Gesättigte aliphatische Dicarbonsäuren. 344
2.34.1 Oxalsäure. 346
2.34.2 Malonsäure. 347
2.34.3 Bernsteinsäure. 351
2.34.4 Höhere Dicarbonsäuren. 353

2.35 Ungesättigte aliphatische Dicarbonsäuren. 355
2.35.1 Ethylendicarbonsäuren (Malein- und Fumarsäure). 355
2.35.2 Diels-Alder-Reaktion. 357
2.35.3 Acetylendicarbonsäure. 361

2.36 Aliphatische Hydroxy-di- und -tricarbonsäuren. 362
2.36.1 Tartronsäure (Hydroxymalonsäure). 362
2.36.2 Äpfelsäure (Hydroxybemsteinsäure). 362
2.36.3 Walden-Umkehr. 363
2.36.4 Asymmetrische Synthese, Stereoselektive Synthese. 365
2.36.5 Weinsäure (Dihydroxybernsteinsäure). 367
2.36.6 Methoden der Spaltung von Racemformen. 369
2.36.7 Citronensäure. 371

2.37 Aliphatische Ketodicarbonsäuren. 372
2.37.1 Mesoxalsäure. 372
2.37.2 Oxalessigsäure. 372

2.38 Derivate der Kohlensäure. 373
2.38.1 Halogenide der Kohlensäure. 374
2.38.2 Ester der Kohlensäure. 374
2.38.3 Amide der Kohlensäure. 375

2.39 Thioderivate der Kohlensäure. 382
2.39.1 Schwefelkohlenstoff (Kohlendisulfid). 382
2.39.2 Thioharnstoff (Thiocarbamid). 383
2.39.3 Thiosemicarbazid. 384
2.39.4 Thiocarbonohydrazid. 385

2.40 Cyansäure und ihre Derivate. 385
1.40.1 Cyanhalogenide. 387
2.40.2 Cyansäureester. 387
2.40.3 Isocyansäureester. 388
2.40.4 Cyanamide. 389
2.40.5 Carbodiimide. 391

2.41 Thiocyansäure und ihre Derivate. 391
2.41.1 Darstellung. 391
2.41.2 Thio- und Isothiocyansäureester. 392

2.42 Dicyan und Dirhodan. 393
2.42.1 Dicyan. 393
2.42.2 Dirhodan. 394

2.43 Kohlenmonoxid und seine Derivate. 395
2.43.1 Kohlenmonoxid. 395
2.43.2 Alkylisocyanide (Isonitrile). 396

2.44 Carbene, Carbine und Nitrene als instabile Zwischenprodukte. 399
2.44.1 Carbene. 399
2.44.2 Carbine. 401
2.44.3 Nitrene. 402

2.45 Organische Übergangsmetallkomplexe. 404
2.45.1 Die Achtzehn-Elektronen-Regel. 404
2.45.2 Rückbindung. 405
2.45.3 Oxidative Addition und Reduktive Eliminierung. 406
2.45.4 Wacker-Hoechst-Verfahren. 407
2.45.5 Heck-Reaktion. 408
2.45.6 Oxosynthese (Hydroformylierung) 409
2.45.7 Stille-Reaktion. 410

3 Alicyclische Verbindungen 411

3.1 Kleine Kohlenstoffringe. 413
3.1.1 Cyclopropan. 413
3.1.2 Stereoisomerie carbocyclischer Verbindungen. 415
3.1.3 Cyclopropen. 415
3.1.4 Cyclobutan und seine Derivate. 416

3.2 Normale Kohlenstoffringe. 420
3.2.1 Cyclopentan und seine Derivate. 420
3.2.2 Cyclohexan und seine Derivate. 426
3.2.3 Cycloheptan und seine Derivate. 433

3.3 Mittlere Kohlenstoffringe. 435
3.3.1 Cyclooctatetraen. 435
3.3.2 Cyclooctan, Cycloocten. 437
3.3.3 Cyclododecatrien. 438

3.4 Große Kohlenstoffringe. 438
3 4.1 Darstellung. 438

3.5 Bi- und polycyclische Kohlenwasserstoffe. 440
3.5.1 Spirane. 440
3.5.2 Kondensierte Ringsysteme. 441
3.5.3 Brücken-Ringsysteme. 443
3.5.4 Diamantoide Ringsysteme. 445
3.5.5 Kleine bi- und polycyclische Systeme. 446

4 Kohlenhydrate 453

4.1 Monosaccharide. 454
4.1.1 Konfiguration der Zucker. 454
4.1.2 Reaktionen der Monosaccharide. 458
4.1.3 Umwandlung von Monosacchariden. 462
4.1.4 Nachweisreaktionen der Monosaccharide. 462
4.1.5 Synthese, Auf- und Abbau von Monosacchariden. 463
4.1.6 Ringstruktur der Monosaccharide 466
4.1.7 Glykoside. 470
4.1.8 Pentosen, C5H10O5. 473
4.1.9 Hexosen, C6HI2O6. 473
4.1.10 Reaktionen der Hydroxylgruppen 474
4.1.11 Desoxyzucker. 476
4.1.12 Aminozucker. 476
4.1.13 Zuckermercaptale. 478
4.1.14 L (+) Asorbinsäure Vitamin C 479

4.2 Oligosaccharide. 481
4.2.1 Disaccharide, C12H22O11. 481
4.2.2 Trisaccharide, C18H32O16. 487
4.2.3 Pseudooligosaccharide. 488

4.3 Polysaccharide (Glycane). 488
4.3.1 Stärke (Amylum). 489
4.3.2 Glykogen. 492
4.3.3 Inulin. 492
4.3.4 Chitin. 492
4.3.5 Polyuronsäuren (Glycuronane). 493
4.3.6 Cellulose. 493
4.3.7 Hemicellulosen. 495
4.3.8 Celluloseether. 495
4.3.9 Cellulosenitrate. 496
4.3.10 Cellulosische Chemiefasern (Halbsynthetische Fasern). 496

5 Aromatische Verbindungen 499

5.1 Aromatische Kohlenwasserstoffe (Arene). 504
5.1.1 Benzol. 505
5.1.2 Homologe des Benzols (Alkylbenzole). 507
5.1.3 Toluol. 508
5.1.4 Ethylbenzol. 509
5.1.5 Xylole. 509
5.1.6 Trimethylbenzole. 510
5.1.7 Cumol. 510

5.2 Halogenderivate der aromatischen Kohlenwasserstoffe. 510
5.2.1 Addition von Halogenen an den Benzolkern. 511
5.2.2 Halogenbenzole. 511
5.2.3 Mechanismen der mehrfachen elektrophilen Substitution am Benzolkern. 514
5.2.4 Seitenkettenhalogenierung der Alkylbenzole. 518

5.3 Aromatische Nitroverbindungen 519
5.3.1 Nitrobenzole. 520
5.3.2 Nitrotoluole. 522

5.4 Aromatische Sulfonsäuren (Arensulfonsäuren). 523
5.4.1 Darstellung. 523
5.4.2 Derivate der aromatischen Sulfonsäuren. 525

5.5 Phenole. 528
5.5.1 Einwertige Phenole. 528
5.5.2 Alkylphenylether (Phenolether). 530
5.5.3 Halogenierte Phenole. 533
5.5.4 Phenolsulfonsäuren. 534
5.5.5 Nitrophenole. 534
5.5.6 Nitrosophenole. 537
5.5.7 Homologe des Phenols. 537
5.5.8 Zweiwertige Phenole. 540
5.5.9 Cyclophane und Catenane. 543
5.5.10 Dreiwertige Phenole. 547

5.6 Benzochinone. 548
5.6.1 Die wichtigsten Benzochinone. 549
5.6.2 Redoxreaktionen der p-Chinone. 551
5.6.3 1,4-Additionen der p-Chinone. 553
5.6.4 Chinoide Farbstoffe. 553

5.7 Aromatische Alkohole und Arylalkylamine. 555
5.7.1 Aromatische Alkohole. 555
5.7.2 Dendrimere. 557
5.7.3 Arylalkylamine. 562

5.8 Aromatische Aldehyde und Ketone. 567
5.8.1 Benzaldehyd. 567
5.8.2 Homologe des Benzaldehyds 574
5.8.3 Phenol- und Phenolether-aldehyde 575
5.8.4 Vanillin. 578
5.8.5 Aromatische Ketone. 579

5.9 Aromatische Carbonsäuren (Arencarbonsäuren). 585
5.9.1 Aromatische Monocarbonsäuren. 585
5.9.2 Araliphatische Monocarbonsäuren 593
5.9.3 Ungesättigte araliphatische Monocarbonsäuren. 595
5.9.4 Aromatische Dicarbonsäuren. 597

5.10 Reduktionsprodukte der aromatischen Nitroverbindungen. 603
5.10.1 Reduktion in mineralsaurer Lösung. 604
5.10.2 Reduktion in neutraler oder schwach säurer Lösung. 604
5.10.3 Reduktion in alkalischer Lösung. 606

5.11 Aromatische Amine. 610
5.11.1 Anilin. 611
5.11.2 Derivate des Anilins. 612
5.11.3 Nitroaniline (Nitraniline). 614
5.11.4 Anilinsulfonsäuren. 615
5.11.5 Arsenverbindungen des Anilins. 617
5.11.6 N-Alkylierte Aniline (Aliphatisch-aromatische Amine) 618
5.11.7 Rein aromatische Amine. 619
5.11.8 Phenylendiamine. 620

5.12 Aromatische Diazoverbindungen. 621
5.12.1 Diazoniumsalze. 621
5.12.2 Diazotate. 623

5.13 Reaktionen aromatischer Diazoverbindungen. 623
5.13.1 Reaktionen, die unter Abspaltung der Diazogruppe verlaufen (Diazospaltung). 624
5.13.2 Reaktionen, bei denen der Diazostickstoff im Molekül verbleibt. 627
5.13.3 Kupplungsreaktionen. 628

5.14 Azofarbstoffe. 631
5.14.1 Konstitution und Farbe. 631
5.14.2 Färbetechnik. 635
5.14.3 Basische Azofarbstoffe. 636
5.14.4 säure Azofarbstoffe. 637
5.14.5 Substantive Azofarbstoffe (Direktfarbstoffe). 637
5.14.6 Naphthol-AS-Farbstoffe. 638
5.14.7 Reaktivfarbstoffe. 640
5.14.8 Dispersionsfarbstoffe. 640
5.14.9 Metallkomplexazofarbstoffe. 641
5.14.10 Diazotypie und verwandte Kopierverfahren. 642

5.15 Biphenyl und Arylmethane. 643
5.15.1 Biphenyl (Diphenyl), Oligo- und Polyphenyle. 643
5.15.2 Diphenylmethan (Ditan). 646
5.15.3 Triphenylmethan (Tritan). 647

5.16 Triphenylmethanfarbstoffe. 648
5.16.1 Aminotriphenylmethanfarbstoffe. 648
5.16.2 Hydroxytriphenylrnethanfarbstoffe 650
5.16.3 Phthaleine. 651

5.17 Arylethane. 653

5.18 Freie Radikale. 654
5.18.1 Kohlenstoffradikale. 654
5.18.2 Stickstoffradikale. 656
5.18.3 Aroxyle, Phenoxyradikale. 657
5.18.4 Radikal-Ionen. 658

5.19 Phenylierte ungesättigte Kohlenwasserstoffe. 659
5.19.1 Arylalkene. 659
5.19.2 Arylalkine. 663
5.19.3 Kumulene. 664
5.19.4 Die Allen-Isomerie (Molekülasymmetrie). 665

5.20 Kondensierte aromatische Ringsysteme. 666
5.20.1 Inden. 667
5.20.2 Fluoren. 668
5.20.3 Naphthalin. 669
5.20.4 Acenaphthen. 678
5.20.5 Anthracen. 678
5.20.6 Phenanthren, C14H10. 685
5.20.7 Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). 688
5.20.8 Fullerene. 690

5.21 Nichtbenzoide Aromaten. 694
5.21.1 Cyclopentadienide. 694
5.21.2 Aromatenkomplexe (Metallocene) 695
5.21.3 Tropyliumsalze. 697
5.21.4 Tropon. 699
5.21.5 Tropolon und seine Derivate. 699
5.21.6 Azulene. 701
5.21.7 Die Hückel-Regel. 702

6 Isoprenoide (Terpene und Steroide) 711

6.1 Acyclische Terpene. 712
6.1.1 Terpenkohlenwasserstoffe. 712
6.1.2 Terpenalkohole. 712
6.1.3 Terpenaldehyde und Terpenketone. 713

6.2 Monocyclische Terpene. 714
6.2.1 p-Menthan. 714
6.2.2 Terpenkohlenwasserstoffe. 714
6.2.3 Terpenalkohole und Terpenthiole 715
6.2.4 Terpenketone. 716

6.3 Bicyclische Terpene. 717
6.3.1 Carangruppe. 718
6.3.2 Pinangruppe. 719
6.3.3 Bornangruppe. 720

6.4 Sesquiterpene. 722
6.4.1 Acyclische Sesquiterpene. 723
6.4.2 Monocyclische Sesquiterpene. 723
6.4.3 Bicyclische Sesquiterpene. 724
6.4.4 Tricyclische Sesquiterpene 794

6.5 Diterpene. 725
6.5.1 Acyclische Diterpene. 725
6.5.2 Monocyclische Diterpene. 725
6.5.3 Tri- und tetracyclische Diterpene. 726

6.6 Triterpene (Squalenoide). 728

6.7 Tetraterpene. 729
6.7.1 Carotinoide (Polyenfarbstoffe). 730

6.8 Polyprene. 732
6.8.1 Polyprenole. 732
6.8.2 Naturkautschuk. 732
6.8.3 Synthetische Elastomere. 733
6.8.4 Guttapercha. 735

6.9 Sterine (Sterole). 738

6.10 Gallensäuren. 740

6.11 Steroid-Vitamine. 741

6.12 Steroid-Hormone (Sexual- und Nebennierenrindenhormone). 742
6.12.1 Männliche Sexualhormone (Androgene). 743
6.12.2 Weibliche Sexualhormone (Östrogene und Gestagene). 744
6.12.3 Corticoide. 747
6.13 Herzaktive Steroide. 749
6.13.1 Cardenolide. 749
6.13.2 Bufadienolide. 750

6.14 Steroid-Sapogenine. 750

6.15 Steroid-Alkaloide. 751

7 Heterocyclische Verbindungen 753

7.1 Fünfringe mit einem Heteroatom 756
7.1.1 Pyrrolgruppe. 756
7.1.2 Porphinfarbstoffe. 760
7.1.3 Furangruppe. 768
7.1.4 Thiophengruppe. 772

7.2 Benzoanellierte Ringsysteme der Pyrrol-, Furan- und Thiophengruppe. 774
7.2.1 Indolgruppe. 775
7.2.2 Indolizingruppe. 782
7.2.3 Cumarongruppe. 782
7.2.4 Thionaphthengruppe. 784
7.2.5 Kondensierte tricyclische Systeme 785

7.3 Fünfringe mit zwei Stickstoffatomen. 786
7.3.1 Pyrazolgruppe. 787
7.3.2 Imidazolgruppe. 792

7.4 Fünfringe mit zwei verschiedenen Heteroatomen. 799
7.4.1 Oxazolgruppe. 799
7.4.2 Isoxazolgruppe. 801
7.4.3 Thiazolgruppe. 802
7.4.4 Isothiazolgruppe. 807

7.5 Fünfringe mit drei und mehr Heteroatomen. 808
7.5.1 Triazolgruppe. 809
7.5.2 Tetrazolgruppe. 811
7.5.3 Pentazolgruppe. 813
7.5.4 Sydnone, Mesoionische Verbindungen. 814
7.5.5 Thiadiazolgruppe. 815

7.6 Sechsringe mit einem Heteroatom. 815
7.6.1 Pyridingruppe. 816
7.6.2 Pyrangruppe. 825

7.7 Benzoanellierte Ringsysteme des Pyridins und γ-Pyrons. 828
7.7.1 Chinolingruppe. 828
7.7.2 Benzochinolingruppe. 831
7.7.3 Isochinolingruppe. 833
7.7.4 Chromangruppe. 834

7.8 Sechsringe mit zwei Heteroatomen. 837
7.8.1 Pyridazingruppe. 838
7.8.2 Pyrimidingruppe. 838
7.8.3 Pyrazingruppe. 841
7.8.4 Benzodiazine. 843
7.8.5 Phenazine, Phenoxazine, Dibenzo-p-dioxine und Phenothiazine. 844

7.9 Sechsringe mit drei Heteroatomen. 848
7.9.1 Triazine. 848
7.9.2 Oxathiazin. 850

7.10 Benzoanellierte Siebenringe mit einem oder zwei Heteroatomen. 850
7.10.1 Benzazepine. 850
7.10.2 Benzodiazepine. 851

7.11 Bicyclische Heterosysteme. 852
7.11.1 Purine. 852
7.11.2 Pterine. 856
7.11.3 Flavine (Isoalloxazine). 857
7.11.4 1,4-Diketo-pyrrolo (3,4-c)-pyrrole (DPP). 858
7.11.5 Bicyclische Amidine. 859

7.12 Alkaloide. 859
7.12.1 Alkaloide vom Tetrahydropyrrol-, Pyridin-, Piperidin-Typ. 860
7.12.2 Alkaloide vom Tropan-Typ. 863
7.12.3 Alkaloide vorn Chinolizidin-Typ. 866
7.12.4 Alkaloide vom Chinolin-Typ. 867
7.12.5 Alkaloide vom Isochinolin-Typ. 869
7.12.6 Alkaloide vom Indol-Typ. 873

7.13 Supramolekulare Chemie. 877
7.13.1 Nomenklatur. 877
7.13.2 Calixarene. 879

8 Aminosäuren, Peptide und Proteine 881

8.1 Aminosäuren als Proteinbausteine. 882
8.1.1 Aliphatische Aminosäuren. 882
8.1.2 Aromatische Aminosäuren. 886
8.1.3 Heterocyclische Aminosäuren. 887
8.1.4 Technische Gewinnung von Aminosäuren. 888

8.2 Peptide. 890
8.2.1 Peptidsynthesen. 890
8.2.2 Bausteinanalyse der Peptide. 896
8.2.3 Sequenzanalyse der Peptide. 897
8.2.4 Natürliche Peptide. 898

8.3 Eigenschaften und Struktur der Proteine. 903
8.3.1 Strukturproteine (Skieroproteine). 904
8.3.2 Sphäroproteine. 907
8.3.3 Konjugierte Proteine. 909
9 Chemie und Funktion der Nucleinsäuren 919

9.1 Bausteine der Nucleinsäuren. 919
9.1.1 Nucleoside. 920
9.1.2 Nucleotide. 921

9.2 Struktur der Nucleinsäuren. 923
9.2.1 Sequenzanalyse der DNA. 927

9.3 Synthesen von Nucleinsäuresequenzen. 929
9.3.1 Diester-Methode. 929
9.3.2 Triester-Methode. 930
9.3.3 Sticky-end-Methode, Filling-in-Methode. 932

9.4 Viren. 933

9.5 Funktion der Nucleinsäuren. 935
9.5.1 Der genetische Code. 936
9.5.2 Mutationen, Mutagenese. 938
9.5.3 Transkription der DNA. 940
9.5.4 Translation. 941
9.5.5 RNA-Enzyme (Ribozyme). 945
9.5.6 Kontrolle der Gen-Expression. 946
9.5.7 Genanalyse (Gendiagnostik, DNA-Diagnostik). 947

9.6 Gentechnik und Biosynthese. 951
9.6.1 Modifikation von Plasmiden. 951
9.6.2 Klonierung. 953
9.6.3 Biosynthese von Hormonen. 955

10 Enzyme 959

10.1 Oxidoreduktasen. 960
10.1.1 Pyridinnucleotide. 961
10.1.2 Flavinenzyme. 962
10.1.3 Zellhämine. 964

10.2 Transferasen. 965
10.2.1 Phosphotransferasen. 965
10.2.2 Acyltransferasen. 966
10.2.3 Aminotransferasen. 967
10.2.4 Methyl- und Formyl-transferasen 968

10.3 Hydrolasen. 969
10.3.1 Esterhydrolasen 970
10.3.2 Glykosidhydrolasen. 970
10.3.3 Peptidhydrolasen. 971

10.4 Lyasen. 972
10.4.1 C-C-Lyasen. 972
10.4.2 C-O-Lyasen. 974
10.5 Isomerasen. 975

10.6 Ligasen (Synthetasen). 975

11 Stoffwechselvorgänge 977

11.1 Photosynthese-Zyklus. 977

11.2 Enzymatischer Abbau und Aufbau der Kohlenhydrate. 980
11.2.1 Alkoholische Gärung. 981
11.2.2 Glykolyse (Zuckerabbau im Organismus). 984
11.2.3 Citronensäure-Zyklus. 984

Anhang: Gefährliche Stoffe - Repetitorium 987

Gefährliche Stoffe. 987
Repetitorium: Namensreaktionen und -begriffe. 1016

Namenregister 1037

Sachregister 1051

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