Übungsaufgaben 1 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“

Übungsaufgaben 1 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“
Wiederholung grundlegender Begriffe und Prinzipien
1) Definieren Sie den Begriff „Mesomere Grenzformel“. In der englischen Literatur spricht man
von „resonance structure“. Eine gute Beschreibung der Modellvorstellung „Mesomerie“ und
„Mesomere Grenzformel“ finden Sie z.B. in dem Buch von Carey und Sundberg, Teil A oder im
Internet unter http://www.chem.ucla.edu/~harding/tutorials/resonance/draw_res_str.html und
http://www.chem.ucla.edu/~harding/tutorials/resonance/imp_res_str.html.
2) Zeichnen Sie alle mesomeren Grenzformeln zu den angegebenen Formeln und kennzeichnen Sie
jeweils diejenige, die am meisten zur Beschreibung der wahren Elektronenverteilung beiträgt.
O
a)
f)
b)
CO32–
d)
“
N N
g)
CO
O
O
c)
h) NO+
O
i)
CH2N2
NO2
l)
O
m)
p)
q)
O”
o)
O
“
O
H
j)
O
n)
”
O
O
O
”
k)
e)
N
O
r)
O
H
Synthese von Halogeniden
3) Jauch und Mitarbeiter (Eur. J. Org. Chem. 2003, 4752-4756) haben mit Boswelliasäure 1 im
Rahmen einer Photo-Oxidation eine Wohl-Ziegler-Bromierung durchgeführt und ausschließlich
Produkt 2 erhalten.
H
H
H
NBS
H
HO
H
COOH
1
H
Br
H
H
Dioxan/H2O
RT/ quant.
HO
H
COOH
2
1
Erklären Sie mit geeigneten Formeln oder Skizzen, warum nur das β-ständige H an C11 substituiert
wird und nicht auch die beiden anderen möglichen H-Atome.
Hinweis: machen Sie sich ein möglichst genaues Bild von 1
4) Formulieren Sie die Mechanismen der möglichen Nebenreaktionen bei der Wohl-ZieglerBromierung von E-3-Octen.
5) Herdeis und Mitarbeiter (Arch. Pharm. 326, 297 (1993)) haben bei der Synthese von Baikiain
folgende Reaktion durchgeführt:
NBS
N
Ts
COOH
O
Br
O
N
Ts
CH3CN / H2O
79%
Zeichnen Sie für das Produkt die dreidimensionale Struktur in perspektivischer Darstellung und
geben Sie zwei denkbare Mechanismen für dessen Bildung an!
6) Rousseau und Mitarbeiter haben Iodolactonisierungen in Abhängigkeit von der Ringgröße des
gebildeten Lactons untersucht.
“
+
"I "
COOH
A+B
+
"I " =
”
PF6
N I N
( )n
Welche beiden Produkte können prinzipiell entstehen?
7) Zur Synthese von Amphidinol 3 benötigten Rychnovsky et al. (Angew. Chem. 118, 7416 (2006))
das trans-Vinyliodid B, das sie aus dem Alkin A hergestellt haben. Welche Reagenzien werden
dazu benötigt? Beachten Sie die Reihenfolge der Zugabe!
1)
H
TIPSO
2)
I
TIPSO
3)
A
B
2
Übungsaufgaben 2 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“
Wiederholung grundlegender Begriffe und Prinzipien
9) Definieren Sie den Begriff „Tautomerie“
10) Zeichnen Sie alle Tautomere zu folgenden Strukturen.
O
O
a)
e)
c)
b)
O
N
f)
O
O
O
g)
O
NO2
d)
O
N
N
OH
h)
Synthese von Halogeniden
11) Lee et al. (JACS 117, 8017 (1995)) führten folgende Reaktion durch:
H
TfO
BnO
O
Ph
O
H
CHCl3 / LDA
THF / Et2O / HMPT
H
Cl3C
BnO
O
Ph
O
H
- 110 °C / 60%
Formulieren Sie den Mechanismus! Warum wird die Reaktion bei –110 °C durchgeführt?
12) Welche Produkte entstehen?
PBr3 / Py
Me3Si
OH
Et2O / Rückfl.
OH
PPh3 / I2
CH2Cl2
0° C bis RT
3
H
Cl
PPh3 / I2
OH
O
Br
H
OTBDPS
Imidazol
1) TsCl / Py
2) NaI / Aceton
HO
COOMe
OBz
1) MsCl / NEt3
OH
2) NaI / Aceton
13) Ugnen et al. (THL 39, 8089 (1998)) haben folgende Reaktionen („Finkelstein-Reaktionen an
sp2-hybridisierten C-Atomen“) untersucht:
O O
O O
S
Cl
NaI / Aceton
S
I
H3C
H3C
NaI / Aceton
keine Reaktion
Cl
Erklären Sie dieses Ergebnis!
14) C. M. Ireland et al. führten bei ihrer Totalsynthese von Neoamphimedin (J. Org. Chem. 72,
8501-8505 (2007)) folgende Reaktionssequenz durch:
MeO
NO2
O
N
H
N
OMe
1) AcOH / H2SO4
H2O / Rückfluss
2) NaNO2 / 0 °C
3) CuCN / 50 °C
MeO
NC
NO2
N
OMe
Welche drei Reaktionen laufen hier ab? Formulieren Sie die Mechanismen der Schritte 1-3.
Welches Endprodukt entsteht?
4
Übungsaufgaben 3 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“
Wiederholung grundlegender Begriffe und Prinzipien
15) Geben Sie die pKS-Werte folgender Substanzen oder Substanzklassen an.
O
a) HF
O
c)
b) R–COOH
d) NH4+
O
e)
f) R
OH
NO2
CH3OH
g)
h) R
O
i)
m)
R
H2
q)
u)
y)
j) R
O
n)
r)
H2O
DBU
H
H
H
l)
OH
o) R
NH3
v) LDA
z)
k)
s)
p)
OH
H
H
H
R
H
t)
NEt3
w) LiHMDS
x)
DIPEA
“
N H
Synthese von Halogeniden
16) Nennen Sie 10 verschiedene Schutzgruppen für Alkohole und geben Sie jeweils an, wie man sie
einführt und abspaltet (jeweils mit ausführlichem Mechanismus).
17) Nennen Sie drei Reaktionen, bei denen Triphenylphosphinoxid als Nebenprodukt entsteht, mit
Namen und ausführlichem Mechanismus.
18) Was müssen Sie berücksichtigen, wenn Sie Macrocyclen durch intramolekulare
Cyclisierungsreaktionen herstellen wollen?
19) Nennen Sie drei verschiedene Methoden, wie Sie aus einem Alken ein Alkylhalogenid
synthetisieren können.
20) Wie kann man aus einem Alken ein Vinylhalogenid erzeugen?
21) Wie können Sie Alkine in Vinylhalogenide überführen?
5
22) Benennen Sie folgende Verbindungen?
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
23) Schreiben Sie die Strukturen für folgende Verbindungen hin!
a) Crotonsäure b) o-Kresol
c) Brenzkatechin d) Glycidester
e) Propargylalkohol
f) Acetophenon g) Adipinsäure h) Hünig-Base i) Mesitylen j) Glyoxal k) Allylalkohol
l) Isoamylalkohol m) Hydrochinon
6
7
8
9
Übungsaufgaben 4 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“
Wiederholung grundlegender Begriffe und Prinzipien
24) Üben Sie „Elektronenschieben“, indem Sie in folgende Mechanismen alle
Elektronenschiebepfeile einzeichnen (Tipp: insgesamt 23 Pfeile).
O
Cl S
O
O
O
N
S Cl
O
+ HO -
H
O
O
I
Na+
O
+
H N
S Cl
O
O
-
+
Na
-
I -
S
O
O
O S
O
Li +
O
-
N
H
H
O
I
H
H
–
+H
I
H
H
N
Li +
-
O
H
+
H
Li + I -
H
N
“
N
H+
“
N
I
H
O
–
H
N
H
O
“
H
O
N
H
– H+
H
O“
H
– H+
N
H
O
O
10
25) Üben Sie „Elektronenschieben“, indem Sie für folgende einfache Reaktionen plausible
Mechanismen formulieren!
HBr
a)
CH3NH2
O
OH
b)
Br
O
Cl
N
H
O
O
c)
EtOH / H
O
+
Et
O
O
d)
O
O
NaOEt
O
H
EtOH
26) Jean F. Normant et al. (Org. Synth. 74, 194-200 (1997)) haben folgende Reaktion durchgeführt:
O
NaI / HOAc
I
70 °C / 12 h
H3C
COOEt
H3C
O
Et
H
98%
Schlagen Sie einen Mechanismus für diese Reaktion vor und erklären Sie den stereochemischen
Verlauf!
27) G. Daidone und Mitarbeiter wollten mit Verbindung A eine Sandmeyer-Reaktion durchführen,
um das Chlorid B herzustellen. Satt B haben sie die Verbindung C erhalten. Schlagen Sie einen
Mechanismus für die Bildung von C vor.
Me
Me
O
N
N
Ph
N
Me
B
Cl
N
N
Ph
Me
O
N
Me
A
NH2
CuSO4 / NaCl
Ascorbinsäure
Cl
H
N
N
N
Ph
Me
O
C
11
Übungsaufgaben 5 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“ SS
2011
Wiederholung grundlegender Begriffe und Prinzipien
28) a) Nennen Sie 15 Basen, die in der Organischen Chemie als Reagenzien verwendet werden.
b) Nennen Sie 10 Säuren, die in der Organischen Chemie als Reagenzien verwendet werden.
c) Nennen Sie 15 Lewis-Säuren, die in der Organischen Chemie verwendet werden.
d) Nennen Sie 10 Nucleophile, die in der Organischen Chemie eingesetzt werden.
e) Nennen Sie 10 Elektrophile, die in der Organischen Chemie eingesetzt werden.
Synthese von Alkenen
29) Welche Produkte entstehen?
H2 / Pd / BaSO4
O
O
OPMB
MOMO
O
H
O
H
Chinolin
O
H2 / Pd / BaSO4
O
Chinolin
H
AcOEt / 1-Hexen
2h / RT / 94%
OH
1) 2,8 EtMgBr
Me3Si
2) 2,8 TMSCl
3) 1,1 eq.
1,4 M H2SO4 aq
PBr3 / Py
Et2O
Me3Si
OH
Red-Al
EtO2 / Tol.
Me3Si
OH
RT
Br
Rückfluß
12
“
Ph3P
MeOPh
O
O
O
O
CH3
”
COOEt
MeOPh
O
O
O
COOEt
H
CH2Cl2 / RT / 91%
O
O
COOEt
OH
Ph3P = CH - COOEt
O
OH
O
O
C10H21
TBDMSO
O
OTBDMS
P(OEt)2
O
O
O
O
C10H21
TBDMSO
O
O
O
O
H
O OO
O
O
OTBDMS
O
LiCl / DBU
O
O
89 %
O
O
H
H
O
O
O
O
O
Li
H
Cl
O
1)
Br
TIPS
TIPS
2) TBAF / THF
O
13
Übungsaufgaben 6 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“
Wiederholung grundlegender Begriffe und Prinzipien
30) a) Erklären Sie den Begriff „Hyperkonjugation“.
b) Was ist „Phasentransferkatalyse“ ?
c) Erklären Sie die Begriffe „Enantiomer“, „Diastereomer“, „meso-Form“, „Z/E-Isomerie“,
„Konstitution“, „Konfiguration“, „Konformation“
Synthese von Alkenen
31) Formulieren Sie die Mechanismen folgender Namensreaktionen (möglichst ohne im Skript
nachzuschauen!):
a) Lindlar-Hydrierung
b) Peterson-Olifinierung
c) Bamford-Stevens-Reaktion
d) Corey-Winter-Reaktion
e) Burgess-Reaktion
f) Cope-Eliminierung
g) Still-Gennari-Reaktion
32) Setzt man Epoxide mit Triphenylphosphin um, so erhält man Alkene. Schlagen Sie einen
Mechanismus für diese Reaktion vor. Wie beeinflussen elektronische Effekte der Substituenten am
Epoxid die Geometrie der neu gebildeten Doppelbindung?
33) Wie stellt man die Phosphonate, die man für Horner-Emmons-Reaktionen benötigt, her? Kann
man damit auch die Still-Gennari-Phosphonate und die Ando-Phosphonate herstellen? Schlagen Sie
alternative Methoden zur Darstellung aller drei Phosphonat-Typen vor!
34) Was muss man beim Umgang mit folgenden Reagenzien beachten?
a) DMDO
b) Burgess-Reagenz
c) Martin-Reagenz
d) starke Oxidationsmittel
e) Raney-Nickel
f) Lindlar-Pd
g) NBS für Wohl-Ziegler-Reaktionen
14
Übungsaufgaben 7 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“
Wiederholung grundlegender Begriffe und Prinzipien
35) Formulieren Sie den Zusammenhang zwischen Konzentration und Reaktionsgeschwindigkeit
bei einer bimolekularen Reaktion. Annahme: eine bimolekulare Reaktion A + B Æ C dauert 4
h bei [A] = [B] = 0,1 mol/L und liefert quantitative Ausbeute. Wie verändert sich die
Reaktionszeit, wenn Sie die Menge des Lösungsmittels a) verdoppeln, b) verzehnfachen
(jeweils bei gleich bleibenden Mengen der Edukte)? Welche Ausbeuten erwarten Sie, wenn
Sie die Reaktionen mit den Lösungsmittelmengen a) und b) bereits nach 4 h aufarbeiten?
Synthese von Alkenen
36) Formulieren Sie die Mechanismen und die Produkte folgender Reaktionen. Welche von beiden
funktioniert leichter und warum?
O
OH
O
HO
O-(+)Menthyl
H
OTBDPS
OTBDPS
(+)Menthyl-O
O
O
H
Oxidation
O
O
O
O
O-(+)Menthyl
H
OTBDPS
OTBDPS
(+)Menthyl-O
O
H
O
37) Sie haben folgende Reaktion durchgeführt:
(MeO)2P(O)
O
COOMe
LiHMDS / THF / – 30 °C
H
Leider haben Sie im Verlauf Ihrer Synthese festgestellt, dass Sie für weitere Untersuchungen
auch das 3-cis-2-trans-Isomer von obigem Produkt benötigen. Wie können Sie es herstellen?
15
38) Welches Produkt entsteht? Wie heißt die Reaktion?
OBn
OMe
PMBO
MeOOC
OBn
HO O
8
O
c
180
°C
O
14
oder
H
HO
MeOOC
d
O
H
O
39) Formulieren Sie ausführlich (mit allen Zwischenprodukten und dem Endprodukt) folgende
Reaktionen:
1) Br2 / THF / 10 °C
O
2) HO-CH2-CH2-OH / pTsOH
3) KOtBu / DMSO
4) NBS / (PhCO)2O2
5) AgOAc / Et2O
OMOM
O
OH
H
1) NaI / Zn / DMF / 130 °C
2) 0,1 % H2SO4 in H2O / Aceton
3) H2 / Pd / C
O
4) LiAlH4
1) Allylchlorid / KI / K2CO3
OH
2) 185 °C / 5 d
3) Me2SO4 / NaOH
1) Ac2O / Py
2) H2 / Pd / C
O
3) (CH2OH)2 / pTsOH / PhH
4) KOH / MeOH / H2O
HO
5) a) NaH b) CS2 c) MeI
6) 250 °C
16
1) KHMDS (1,05 eq.) / THF / -78 °C
2) TIPSCl / – 78 °C bis RT
3) LiAlH4 / Et2O / 0 °C bis RT
O
O
4) NIS / CH2Cl2 / – 40 °C
5) AgOTf / Lutidin / CH2Cl2 / 40 °C
6) Me2N–NH2 / AcOH cat. / EtOH / 79 °C
40) Füllen Sie die Kästchen aus!
a)
OtBu
1) nBuLi / THF / -78 C
OtBu
EtOOC
HO CH3
2)
OH
Ph
N
OH
H
OtBu
Ph
N
H
OtBu
O
HO CH3
O
b)
HO CH3
KI / CH3CN
Cl
P(OMe)3
50 °C
1) NaH
1) NaOMe / THF
– 78 °C / 1h
O
2)
2)
AcNH
SO2N3
H
tBuOOC
N BOC
COOtBu
17
Übungsaufgaben 8 „Synthese und Umwandlung von funktionellen Gruppen“
Wiederholung „Synthese von Alkenen“
41) Nennen Sie 15 Reaktionen zum Aufbau von Doppelbindungen.
42) Nennen Sie 15 Reaktionen, die man mit Doppelbindungen durchführen kann (Sie können die
Substituenten frei wählen!).
Wiederholung „Synthese von Alkinen“
43) Nennen Sie 10 Reaktionen zum Aufbau von Dreifachbindungen.
44) Nennen Sie 10 Reaktionen, die man mit Dreifachbindungen durchführen kann (Sie können die
Substituenten frei wählen).
45) Welche Produkte entstehen?
1) CBr4 / PPh3
OBn
N
EtOOC
H
CH2Cl2 / RT
CHO
2) 2 eq BuLi
OBn
THF / -78 ° C
3) MeI / HMPT
THF / - 78 ° C
O
Li C C SiMe3
O
BF3 . OEt2
O
C10H21
HO
Welche Rolle spielt hier das BF3?
Br
OCO2Me
PhO2S
SO2Ph
K2CO3 / DMF
60 ° C / 86 %
18
Synthese von Alkoholen
46) Welche Produkte entstehen bei folgenden Reaktionen? Formulieren Sie die Mechanismen dazu.
MeOPh
O
O
O
1) iPrMgCl
OH
O
2) LiAlH4
O
S
S
OBn
O
nBuLi
OH
O
O
NaBH4
N
H
MeOH / - 78 ° C
O
95 %
OMe
O
O
O
MgBr
THF / - 78 ° C
OH
47) Lee und Mitarbeiter haben bei ihrer Synthese von Dactomelyn (JACS 117, 8017 (1995))
folgende Reaktion durchgeführt:
O
COOEt
3 eq. LiAlH4
BnO
O
COOEt
3 eq. AlCl3
HO
Ph
OH
OH
CH2Cl2 / Et2O / RT
Schlagen Sie einen Mechanismus dafür vor!
19
48) Wie würden Sie folgende Umwandlungen durchführen (es handelt sich nicht nur um einstufige
Umwandlungen!)?
OBn
N
EtOOC
OH
N
EtOOC
OBn
OH
OH
OBz
HH
HH
H
H
HO
OBz
OH
HH
HH
H
H
OBz
OH
HO
HH
HH
H
H
MeOOC
H
H
H
H
OH
O
HO
O
H
O
H
H
H
20
O
HO
O
HO
H
H
O
H
H
O
OH O
O
O
49) Füllen Sie die Kästchen aus und schlagen Sie einen Mechanismus für die letzte Umwandlung
vor.
O
O
O
Br
O
MeO P
MeO
O
DIBALH
OPG
Et2O
0 °C
O
O
O
OMe
HO
OMe
H
OPG
O
O
OPG
cat. Ph–Se–Li
PG = Schutzgruppe. Welche Schutzgruppe würden Sie wählen? Begründung? Wie würden Sie diese
Schutzgruppe wieder abspalten, ohne das Molekül zu zerstören?
21