Organische Chemie

Organische Chemie

von: K. Peter C. Vollhardt, Neil E. Schore, Holger Butenschön

Wiley-VCH, 2020

ISBN: 9783527821129

Sprache: Deutsch

1618 Seiten, Download: 152252 KB

 
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Organische Chemie



  Cover 1  
  Titelseite 5  
  Impressum 6  
  Inhaltsverzeichnis 7  
  Leitfaden für den Benutzer 13  
  Über die Autoren 19  
  Vorwort des Übersetzungsherausgebers zur sechsten deutschen Auflage 21  
  Aus Vorworten zu vorhergehenden Auflagen 23  
  Danksagung der Autoren 27  
  Kapitel 1 Struktur und Bindung organischer Moleküle 29  
     1.1 Das Gebiet der organischen Chemie: Ein Überblick 30  
     1.2 Coulomb-Kräfte: Eine vereinfachte Betrachtung der Bindung 34  
     1.3 Ionische und kovalente Bindungen: Die Oktettregel 36  
     1.4 Elektronenpunktdarstellung von Bindungen: Lewis-Formeln 43  
     1.5 Resonanzformeln 48  
     1.6 Atomorbitale: Eine quantenmechanische Beschreibung der Elektronenhülle um den Atomkern 55  
     1.7 Molekülorbitale und kovalente Bindung 62  
     1.8 Hybridorbitale: Bindungen in komplizierten Molekülen 65  
     1.9 Strukturen und Formeln organischer Moleküle 72  
  Kapitel 2 Struktur und Reaktivität 89  
     2.1 Kinetik und Thermodynamik einfacher chemischer Reaktionen 89  
     2.2 Gebogene Pfeile: Elektronenverschiebung zur Beschreibung chemischer Reaktionen 98  
     2.3 Säuren und Basen 102  
     2.4 Funktionelle Gruppen: Zentren der Reaktivität 114  
     2.5 Unverzweigte und verzweigte Alkane 117  
     2.6 Die Nomenklatur der Alkane 119  
     2.7 Struktur und physikalische Eigenschaften der Alkane 126  
     2.8 Rotation um Einfachbindungen: Konformationen 130  
     2.9 Rotation in substituierten Ethanen 134  
  Kapitel 3 Die Reaktionen der Alkane 149  
     3.1 Die Stärke der Bindungen in Alkanen: Radikale 150  
     3.2 Struktur von Alkylradikalen: Hyperkonjugation 154  
     3.3 Die Umwandlung von Erdöl: Pyrolyse 156  
     3.4 Die Chlorierung von Methan: Der Radikalkettenmechanismus 159  
     3.5 Andere radikalische Halogenierungen von Methan 167  
     3.6 Schlüssel zum Erfolg: Anwenden des „bekannten“ Mechanismus als Modell für das „Unbekannte“ 170  
     3.7 Die Chlorierung höherer Alkane: Relative Reaktivität und Selektivität 171  
     3.8 Die Selektivität der radikalischen Halogenierung mit Fluor und Brom 175  
     3.9 Synthetische Bedeutung der radikalischen Halogenierung 177  
     3.10 Synthetische Chlorverbindungen und die stratosphärische Ozonschicht 180  
     3.11 Verbrennung und die relativen Stabilitäten der Alkane 183  
  Kapitel 4 Cycloalkane 195  
     4.1 Namen und physikalische Eigenschaften der Cycloalkane 195  
     4.2 Ringspannung und die Struktur der Cycloalkane 199  
     4.3 Cyclohexan, ein spannungsfreies Cycloalkan 205  
     4.4 Substituierte Cyclohexane 211  
     4.5 Höhere Cycloalkane 217  
     4.6 Polycyclische Alkane 217  
     4.7 Carbocyclische Naturstoffe 220  
  Kapitel 5 Stereoisomere 239  
     5.1 Chirale Moleküle 241  
     5.2 Optische Aktivität 244  
     5.3 Absolute Konfiguration: Die R-S-Sequenzregeln 249  
     5.4 Fischer-Projektionen 254  
     5.5 Moleküle mit mehreren Chiralitätszentren: Diastereomere 258  
     5.6 meso-Verbindungen 263  
     5.7 Stereochemie in chemischen Reaktionen 265  
     5.8 Racematspaltung: Trennung von Enantiomeren 275  
  Kapitel 6 Eigenschaften und Reaktionen der Halogenalkane 291  
     6.1 Physikalische Eigenschaften der Halogenalkane 291  
     6.2 Nucleophile Substitution 294  
     6.3 Reaktionsmechanismen mit polaren Gruppen: Verschieben von Elektronenpaaren 298  
     6.4 Eine genauere Betrachtung des Mechanismus der nucleophilen Substitution: Die Kinetik 300  
     6.5 Vorderseiten- oder Rückseitenangriff? Die Stereochemie der SN2-Reaktion 304  
     6.6 Die Folgen der Inversion bei SN2-Reaktionen 307  
     6.7 Struktur und SN2-Reaktivität: Die Abgangsgruppe 310  
     6.8 Struktur und SN2-Reaktivität: Das Nucleophil 312  
     6.9 Schlüssel zum Erfolg: Unter mehreren mechanistischen Wegen wählen 319  
     6.10 Struktur und SN2-Reaktivität: Das Substrat 322  
     6.11 Die SN2-Reaktion im Überblick 326  
  Kapitel 7 Weitere Reaktionen der Halogenalkane 335  
     7.1 Solvolyse tertiärer und sekundärer Halogenalkane 335  
     7.2 Unimolekulare nucleophile Substitution 336  
     7.3 Stereochemische Konsequenzen der SN1-Reaktion 340  
     7.4 Einflüsse des Lösungsmittels, der Abgangsgruppe und des Nucleophils auf die unimolekulare Substitution 342  
     7.5 Der Einfluss der Alkylgruppen auf die SN1-Reaktion: Die Stabilität von Carbenium-Ionen 345  
     7.6 Unimolekulare Eliminierung: E1 349  
     7.7 Bimolekulare Eliminierung: E2 353  
     7.8 Konkurrenz zwischen Substitution und Eliminierung – die Struktur bestimmt die Reaktionsweise 358  
     7.9 Zusammenfassung der Reaktivität von Halogenalkanen 361  
  Kapitel 8 Die Hydroxygruppe: Alkohole 375  
     8.1 Nomenklatur der Alkohole 375  
     8.2 Struktur und physikalische Eigenschaften der Alkohole 377  
     8.3 Alkohole als Säuren und Basen 380  
     8.4 Alkoholsynthese durch nucleophile Substitution 384  
     8.5 Synthese von Alkoholen: Die Oxidations-Reduktions-Beziehung zwischen Alkoholen und Carbonylverbindungen 385  
     8.6 Metallorganische Verbindungen: Reagenzien mit nucleophilen Kohlenstoffatomen in der Synthese von Alkoholen 394  
     8.7 Metallorganische Reagenzien in der Alkoholsynthese 398  
     8.8 Wege zum Ziel: Eine Einführung in die Synthesestrategie 400  
  Kapitel 9 Weitere Reaktionen der Alkohole und die Chemie der Ether 427  
     9.1 Reaktionen von Alkoholen mit Basen: Die Darstellung von Alkoxiden 428  
     9.2 Reaktionen von Alkoholen mit starken Säuren: Alkyloxonium-Ionen in Substitutions- und Eliminierungsreaktionen von Alkoholen 429  
     9.3 Umlagerungen von Carbenium-Ionen 433  
     9.4 Bildung von Estern und Halogenalkanen aus Alkoholen 441  
     9.5 Nomenklatur und physikalische Eigenschaften der Ether 446  
     9.6 Die Williamson-Ethersynthese 450  
     9.7 Ether aus Alkoholen und Mineralsäuren 456  
     9.8 Reaktionen der Ether 458  
     9.9 Reaktionen von Oxacyclopropanen 462  
     9.10 Schwefel-Analoga der Alkohole und Ether 467  
     9.11 Physiologische Eigenschaften und Verwendungszwecke einiger Alkohole und Ether 472  
  Kapitel 10 NMR-Spektroskopie zur Strukturaufklärung 493  
     10.1 Physikalische Messmethoden und chemische Nachweise 493  
     10.2 Was ist Spektroskopie? 494  
     10.3 Protonen-Kernresonanz (1H-NMR) 497  
     10.4 Nutzung von NMR-Spektren zur Analyse der Konstitution von Molekülen: Die chemische Verschiebung von Protonen 502  
     10.5 Chemisch äquivalente Wasserstoffatome haben dieselbe chemische Verschiebung 509  
     10.6 Integration von NMR-Signalen 513  
     10.7 Spin-Spin-Kopplung: Der Einfluss nicht äquivalenter benachbarter Wasserstoffatome 517  
     10.8 Kompliziertere Spin-Spin-Kopplungen 526  
     10.9 13C-NMR-Spektroskopie 533  
  Kapitel 11 Alkene: Infrarot-Spektroskopie und Massenspektrometrie 559  
     11.1 Die Nomenklatur der Alkene 560  
     11.2 Struktur und Bindung in Ethen: Die -Bindung 566  
     11.3 Physikalische Eigenschaften der Alkene 569  
     11.4 NMR-Spektroskopie von Alkenen 570  
     11.5 Katalytische Hydrierung von Alkenen: Die relative Stabilität von Doppelbindungen 577  
     11.6 Darstellung von Alkenen aus Halogenalkanen und Alkylsulfonaten: Anwendung bimolekularer Eliminierungen 580  
     11.7 Darstellung von Alkenen durch Dehydratisierung von Alkoholen 586  
     11.8 Infrarot-Spektroskopie 588  
     11.9 Bestimmung der molaren Masse organischer Verbindungen: Massenspektrometrie 593  
     11.10 Die Fragmentierungsmuster organischer Moleküle 598  
     11.11 Der Grad der Ungesättigtheit: Eine weitere Hilfe zur Identifizierung von Verbindungen 603  
  Kapitel 12 Die Reaktionen der Alkene 621  
     12.1 Warum Additionsreaktionen stattfinden können: Thermodynamische Aspekte 621  
     12.2 Die katalytische Hydrierung 623  
     12.3 Der basische und nucleophile Charakter der ?-Bindung: Elektrophile Addition von Halogenwasserstoffen 627  
     12.4 Alkoholsynthese durch elektrophile Hydratisierung: Thermodynamische Reaktionskontrolle 633  
     12.5 Elektrophile Addition von Halogenen an Alkene 636  
     12.6 Die Verallgemeinerung der elektrophilen Addition 639  
     12.7 Oxymercurierung-Demercurierung: Eine spezielle elektrophile Addition 643  
     12.8 Hydroborierung-Oxidation: Eine stereospezifische Anti-Markovnikov-Hydratisierung 647  
     12.9 Diazomethan, Carbene und Cyclopropan-Synthesen 651  
     12.10 Synthese von Oxacyclopropanen (Epoxiden): Die Epoxidierung mit Peroxycarbonsäuren 653  
     12.11 Vicinale syn-Dihydroxylierung mit Osmiumtetroxid 656  
     12.12 Oxidative Spaltung: Ozonolyse 657  
     12.13 Addition von Radikalen: Bildung von Anti-Markovnikov-Produkten 661  
     12.14 Dimerisierung, Oligomerisierung und Polymerisation von Alkenen 664  
     12.15 Synthese von Polymeren 666  
     12.16 Ethen: Ein wichtiger industrieller Rohstoff 669  
     12.17 Alkene in der Natur: Insekten-Pheromone 672  
  Kapitel 13 Alkine 691  
     13.1 Die Nomenklatur der Alkine 692  
     13.2 Eigenschaften und Bindung der Alkine 693  
     13.3 Spektroskopie der Alkine 697  
     13.4 Darstellung von Alkinen durch doppelte Eliminierung 702  
     13.5 Darstellung von Alkinen aus Alkinyl-Anionen 704  
     13.6 Reduktion der Alkine: Die relative Reaktivität der beiden ?-Bindungen 706  
     13.7 Elektrophile Additionsreaktionen der Alkine 710  
     13.8 Anti-Markovnikov-Additionen an Dreifachbindungen 715  
     13.9 Die Chemie der Alkenylhalogenide 716  
     13.10 Ethin als industrielles Ausgangsmaterial 718  
     13.11 Alkine in der Natur und in der Medizin 722  
  Kapitel 14 Delokalisierte ?-Systeme und ihre Untersuchung durch UV-VIS-Spektroskopie 739  
     14.1 Überlappung von drei benachbarten p-Orbitalen: Elektronendelokalisation im Allylsystem (2-Propenyl-System) 740  
     14.2 Radikalische Halogenierung in Allylstellung 743  
     14.3 Nucleophile Substitution an Allylhalogeniden: SN1 und SN2 745  
     14.4 Allylmetall-Reagenzien: Nützliche C3-Nucleophile 748  
     14.5 Zwei benachbarte Doppelbindungen: Konjugierte Diene 749  
     14.6 Elektrophiler Angriff auf konjugierte Diene: Kinetische und thermodynamische Reaktionskontrolle 753  
     14.7 Delokalisation über mehr als zwei ?-Bindungen: Ausgedehnte Konjugation und Benzol 760  
     14.8 Eine besondere Reaktion konjugierter Diene: Die Diels-Alder-Cycloaddition 762  
     14.9 Elektrocyclische Reaktionen 774  
     14.10 Polymerisation konjugierter Diene: Kautschuk 780  
     14.11 Elektronenspektren: Spektroskopie im ultravioletten und im sichtbaren Bereich 784  
  Kapitel 15 Benzol und Aromatizität 809  
     15.1 Die Benennung von Benzolderivaten 811  
     15.2 Struktur und Resonanzenergie von Benzol: Ein erster Blick auf die Aromatizität 814  
     15.3 ?-Molekülorbitale des Benzols 816  
     15.4 Die spektroskopischen Eigenschaften des Benzolringes 819  
     15.5 Polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe 828  
     15.6 Andere cyclische Polyene: Die Hückel-Regel 831  
     15.7 Die Hückel-Regel und geladene Moleküle 837  
     15.8 Synthese von Benzolderivaten: Elektrophile aromatische Substitution 840  
     15.9 Die Halogenierung von Benzol erfordert einen Katalysator 842  
     15.10 Nitrierung und Sulfonierung von Benzol 844  
     15.11 Die Friedel-Crafts-Alkylierung 848  
     15.12 Grenzen der Friedel-Crafts-Alkylierung 852  
     15.13 Friedel-Crafts-Acylierung 855  
  Kapitel 16 Elektrophiler Angriff auf Benzolderivate 873  
     16.1 Aktivierung und Desaktivierung des Benzolrings durch Substituenten 874  
     16.2 Dirigierender induktiver Effekt von Alkylgruppen 877  
     16.3 Dirigierende Wirkung von Substituenten in Konjugation zum Benzolring 882  
     16.4 Elektrophiler Angriff auf disubstituierte Benzole 890  
     16.5 Synthesestrategien für substituierte Benzole 894  
     16.6 Reaktivität mehrkerniger benzoider Kohlenwasserstoffe 902  
     16.7 Mehrkernige aromatische Kohlenwasserstoffe und Krebs 905  
  Kapitel 17 Aldehyde und Ketone 923  
     17.1 Nomenklatur der Aldehyde und Ketone 924  
     17.2 Die Struktur der Carbonylgruppe 927  
     17.3 Spektroskopische Eigenschaften von Aldehyden und Ketonen 928  
     17.4 Die Darstellung von Aldehyden und Ketonen 935  
     17.5 Die Reaktivität der Carbonylgruppe: Additionsmechanismen 937  
     17.6 Die Addition von Wasser zu Hydraten 940  
     17.7 Die Addition von Alkoholen unter Bildung von Halbacetalen und Acetalen 943  
     17.8 Acetale als Schutzgruppen 946  
     17.9 Nucleophile Addition von Ammoniak und seinen Derivaten 951  
     17.10 Desoxygenierung der Carbonylgruppe 958  
     17.11 Die Addition von Cyanwasserstoff zu Cyanhydrinen 960  
     17.12 Addition von Phosphor-Yliden: Die Wittig-Reaktion 961  
     17.13 Oxidation mit Peroxycarbonsäuren: Die Baeyer-Villiger-Oxidation 965  
     17.14 Oxidative chemische Nachweise für Aldehyde 966  
  Kapitel 18 Enole, Enolate und die Aldolkondensation 985  
     18.1 Die Acidität von Aldehyden und Ketonen: Enolat-Ionen 986  
     18.2 Keto-Enol-Gleichgewichte 990  
     18.3 Halogenierung von Aldehyden und Ketonen 995  
     18.4 Die Alkylierung von Aldehyden und Ketonen 997  
     18.5 Angriff von Enolaten auf Carbonylgruppen: Aldolkondensation 1000  
     18.6 Die gekreuzte Aldolkondensation 1005  
     18.7 Konkurrierende Reaktionsweisen und die intramolekulare Aldolkondensation 1008  
     18.8 Eigenschaften , ?,?-ungesättigter Aldehyde und Ketone 1011  
     18.9 Konjugierte Additionen an , ?,?-ungesättigte Aldehyde und Ketone 1015  
     18.10 1,2- und 1,4-Additionen metallorganischer Reagenzien 1018  
     18.11 Konjugierte Additionen von Enolat-Ionen: Die Michael-Addition und die Robinson-Anellierung 1021  
  Kapitel 19 Carbonsäuren 1043  
     19.1 Die Nomenklatur der Carbonsäuren 1043  
     19.2 Struktur und physikalische Eigenschaften der Carbonsäuren 1046  
     19.3 Spektroskopie und Massenspektrometrie von Carbonsäuren 1047  
     19.4 Acidität und Basizität von Carbonsäuren 1052  
     19.5 Die Synthese von Carbonsäuren in der Industrie 1055  
     19.6 Methoden zur Bildung der Carboxygruppe 1056  
     19.7 Substitution am Carboxy-Kohlenstoffatom: Der Additions-Eliminierungs-Mechanismus 1060  
     19.8 Carbonsäurederivate: Acylhalogenide und Anhydride 1064  
     19.9 Carbonsäurederivate: Ester 1068  
     19.10 Carbonsäurederivate: Amide 1073  
     19.11 Reduktion von Carbonsäuren mit Lithiumaluminiumhydrid 1075  
     19.12 Bromierung in Nachbarstellung zur Carboxygruppe: Die Hell-Volhard-Zelinsky-Reaktion 1076  
     19.13 Die biologische Aktivität von Carbonsäuren 1079  
  Kapitel 20 Carbonsäurederivate 1107  
     20.1 Relative Reaktivitäten, Strukturen und Spektren der Carbonsäurederivate 1107  
     20.2 Die Chemie der Acylhalogenide 1113  
     20.3 Die Chemie der Carbonsäureanhydride 1117  
     20.4 Die Chemie der Ester 1120  
     20.5 Ester in der Natur: Wachse, Fette, Öle und Lipide 1128  
     20.6 Amide: Die am wenigsten reaktiven Carbonsäurederivate 1131  
     20.7 Amidate und ihre Halogenierung: Die Hofmann-Umlagerung 1137  
     20.8 Eine besondere Klasse von Carbonsäurederivaten: Nitrile 1140  
  Kapitel 21 Amine und ihre Derivate 1163  
     21.1 Nomenklatur der Amine 1163  
     21.2 Strukturelle und physikalische Eigenschaften der Amine 1167  
     21.3 Spektroskopie der Aminogruppe 1170  
     21.4 Acidität und Basizität von Aminen 1174  
     21.5 Synthese von Aminen durch Alkylierung 1178  
     21.6 Synthese von Aminen durch reduktive Aminierung 1182  
     21.7 Synthese von Aminen aus Carbonsäureamiden 1186  
     21.8 Reaktionen quartärer Ammonium-Salze: Hofmann-Eliminierung 1186  
     21.9 Mannich-Reaktion: Die Alkylierung von Enolen durch Iminium-Ionen 1188  
     21.10 Nitrosierung von Aminen 1191  
  Kapitel 22 Chemie der Substituenten am Benzolring 1215  
     22.1 Reaktivität des Phenylmethyl- (Benzyl-)Kohlenstoffatoms: Resonanzstabilisierung der Benzylgruppe 1215  
     22.2 Oxidationen und Reduktionen substituierter Benzole 1221  
     22.3 Namen und Eigenschaften der Phenole 1226  
     22.4 Darstellung von Phenolen: Nucleophile aromatische Substitution 1230  
     22.5 Die Alkoholchemie der Phenole 1242  
     22.6 Elektrophile Substitution an Phenolen 1245  
     22.7 Eine elektrocyclische Reaktion des Benzolringes: Die Claisen-Umlagerung 1250  
     22.8 Oxidation von Phenolen: Benzochinone 1253  
     22.9 Oxidations-Reduktions-Prozesse in der Natur 1256  
     22.10 Arendiazonium-Salze 1261  
     22.11 Elektrophile Substitution durch Arendiazonium-Salze: Azokupplung 1265  
  Kapitel 23 Esterenolate und die Claisen-Kondensation 1285  
     23.1 ?-Dicarbonylverbindungen: Claisen-Kondensationen 1286  
     23.2 ?-Dicarbonylverbindungen als Zwischenstufen in der Synthese 1296  
     23.3 Reaktionen von ?-Dicarbonyl-Anionen: Die Michael-Addition 1302  
     23.4 Acyl-Anion-Äquivalente: Synthese von ?-Hydroxyketonen 1305  
  Kapitel 24 Kohlenhydrate 1325  
     24.1 Die Namen und Formeln der Kohlenhydrate 1325  
     24.2 Konformationen und cyclische Formen von Zuckern 1330  
     24.3 Anomere einfacher Zucker: Mutarotation der Glucose 1336  
     24.4 Polyfunktionelle Chemie der Zucker: Oxidation zu Carbonsäuren 1338  
     24.5 Oxidative Spaltung von Zuckern 1340  
     24.6 Reduktion von Monosacchariden zu Alditolen 1342  
     24.7 Kondensationsreaktionen von Carbonylgruppen mit Aminderivaten 1343  
     24.8 Bildung von Estern und Ethern: Glycoside 1344  
     24.9 Schrittweiser Auf- und Abbau von Zuckern 1348  
     24.10 Relative Konfiguration der Aldosen: Eine Übung zur Strukturbestimmung 1352  
     24.11 Komplexe Zucker in der Natur: Disaccharide 1355  
     24.12 Polysaccharide und andere Zucker in der Natur 1360  
  Kapitel 25 Heterocyclen 1381  
     25.1 Die Nomenklatur der Heterocyclen 1384  
     25.2 Nicht aromatische Heterocyclen 1386  
     25.3 Strukturen und Eigenschaften aromatischer Heterocyclopentadiene 1390  
     25.4 Reaktionen der aromatischen Heterocyclopentadiene 1395  
     25.5 Struktur und Darstellung von Pyridin, einem Azabenzol 1400  
     25.6 Reaktionen des Pyridins 1406  
     25.7 Chinolin und Isochinolin: Die Benzopyridine 1409  
     25.8 Alkaloide: Physiologisch wirksame Heterocyclen in der Natur 1413  
  Kapitel 26 Aminosäuren, Peptide und Proteine 1433  
     26.1 Konstitutionen und Eigenschaften der Aminosäuren 1434  
     26.2 Synthese von Aminosäuren: Eine Kombination aus Amin- und Carbonsäurechemie 1441  
     26.3 Synthese enantiomerenreiner Aminosäuren 1444  
     26.4 Peptide und Proteine: Oligomere und Polymere von Aminosäuren 1447  
     26.5 Bestimmung der Primärstruktur von Polypeptiden: Sequenzanalyse 1456  
     26.6 Synthese von Polypeptiden: Eine Herausforderung für die Schutzgruppenchemie 1463  
     26.7 Die Merrifield-Festphasen-Peptid-Synthese 1467  
     26.8 Polypeptide in der Natur: Sauerstofftransport durch die Proteine Myoglobin und Hämoglobin 1469  
     26.9 Die Biosynthese der Proteine: Nucleinsäuren 1471  
     26.10 Protein-Synthese über die RNA 1478  
     26.11 DNA-Sequenzierung und -Synthese: Ecksteine der Gentechnologie 1480  
  Glossar 1507  
  Lösungen zu den Übungen 1517  
  Stichwortverzeichnis 1605  
  Vorsatz 1621  
  Nachsatz 1623  
  EULA 1624  

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