Klausur 28 März Sommersemester 2013, Fragen PDF

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Klausur zur Vorlesung...

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TU Kaiserslautern

Fachbereich Chemie/SS 13

Klausur zur Vorlesung „Reaktionsmechanismen“ (OC–2) SS 13 Donnerstag, den 28.03.13

für Studierende der Fachrichtungen Diplom-Chemie (DC), Diplom-Wirtschaftschemie (DWiC), Lebensmittelchemie (LC), Bio- und Chemieingenieurwissenschaften (BCI) und Chemie für das Lehramt (BaEd) Folgende Punkte sind für eine Bewertung der Resultate unbedingt zu beachten: (i) Name und Matrikelnummer müssen angegeben und das entsprechende Studienfach in dem anschließenden Feld korrekt angekreuzt werden Name:

______________________________

Vorname:

______________________________

Matrikel-Nr.:______________________________

DC

D-WiC

LC

BCI

BaEd

(ii)

Vor Beginn der Bearbeitung ist zu prüfen, ob das vorliegende Klausurexemplar den vollständigen Satz von Fragen (7) und Seiten (10) enthält (iii) Antworten Ihrerseits, die mit Bleistift oder einem roten Farbstift geschrieben sind, werden grundsätzlich nicht bewertet. Die Fachrichtung Organische Chemie wünscht Ihnen viel Erfolg bei der Bearbeitung!

Klausurbewertung: Aufgabe

mögliche Punkte

1

16

2

19

3 4

10 10

5

10

6

18

7

10

Summe

93

erreichte Punkte

Ergebnis

1/10

Zeichen

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Fachbereich Chemie/SS 13

1.

Reaktive Zwischenstufen und Gleichgewichte

1.1

Reaktive Zwischenstufen (8 Punkte) Beurteilen Sie für jede der folgenden Aussagen, ob sie wahr oder unwahr ist. Aussage

wahr

(a) Primäre Carbenium-Ionen sind stabiler als tertiäre. (b) Carbenium-Ionen werden durch protische Lösungsmittel stabilisiert. (c) Radikale enthalten ungepaarte Elektronen und sind deswegen negativ geladen. (d) Carbene sind Elektronenmangelverbindungen. (e) Primäre Carbenium-Ionen können stabiler sein, wenn Konjugation zu einem π-System gegeben ist. (f) Es gibt Singulett- und Triplett-Carbene, jedoch keine Dublett-Carbene (g) Carbanionen sind wie andere Anionen auch wasserlöslich. (h) Hydroxycarbenium-Ionen sind protonierte Carbonylverbindungen. 1.2

Gleichgewichte (4 Punkte) Kennzeichnen Sie durch die unterschiedliche Länge der Gleichgewichtspfeile, welche Seite in den folgenden Gleichgewichten bevorzugt ist. oder

oder

Die Reaktion findet jeweils in Wasser [(a)–(c)], beziehungsweise in Diethylether (d) statt. O (a)

(b)

(c)

NH2

O– O O S OH

+

+ NH3 +

OH

OH

+

O O S – O

+

+

O–

OH +

+

N

(d)

O

Li +

Li

2/10

O

+ N H

–

unwahr

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pKa-Werte (4 Punkte) Ordnen Sie den folgenden Brønsted-Säuren den jeweils richtigen pKa-Wert zu (Angaben für das Lösungsmittel Wasser, 25 °C): O OH

CH3

OH

+ NH3

3.8

1.3

–0.8

≈ –7

10.6

4.6

4.4

≈0

17.4

10.2

8.2

≈ 15

19.8

16.7

14.6

≈ 27

25.4

25.2

20.7

≈ 41

3/10

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2.

Selektive Reaktion ungesättigter Verbindungen

2.1

Geben Sie Reagenzien an (Strukturformeln, keine Abkürzungen) und formulieren Sie Reaktionsgleichungen, um 1-Methylcyclohexen selektiv in die Verbindungen 1–4 umzuwandeln. Geben Sie für die Bildung der Verbindungen 1–3 die reaktiven Zwischenstufen an, die durchlaufen werden und für die Synthese von Verbindung 4 alle Zwischenprodukte (11 Punkte).

Br

Br

H

Br

Br

Br 1

2

3

4

4/10

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2.2. Geben Sie Reagenzien an mit deren Hilfe Sie die nachfolgenden Reduktionen selektiv durchführen können. Geben Sie zusätzlich die Namen der Reaktionen an (8 Punkte). (a)

Reagenzien: Name der Reaktion:

(b)

OCH3

OCH3

Reagenzien: Name der Reaktion: (c)

O OH Br

Reagenzien: Name der Reaktion:

(d) O

N

Reagenzien: Name der dargestellten Produktklasse:

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3.

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Veresterung und Substitution (10 Punkte) 18

O-markiertes (R)-2-Butanol wird in der Reaktion (A) mit Methansulfonsäurechlorid und Triethylamin und in der Reaktion (B) mit Acetylchlorid und Pyridin umgesetzt. Der jeweils gebildete Ester wird anschließend mit KOH in Wasser/Dioxan umgesetzt. (a) Formulieren Sie die beiden Reaktionsgleichungen (A) und (B) sowie die jeweilige Folgereaktion mit KOH unter Berücksichtigung der absoluten Konfiguration. (b) Kennzeichnen Sie den Verbleib der 18O-Markierung.

6/10

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4.

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Cyclisierung reaktiver Zwischenstufen (10 Punkte) Formulieren Sie einen plausiblen Mechanismus für die Umwandlung von (3S)-Methylhept-6-ensäure in das Produkt 1-Brommethyl-3-methylcyclopentan. Als Reagenzien stehen Ihnen Thionylchlorid zur Aktivierung der Carbonsäure, das NatriumSalz 5, BrCCl3 und zum Start der Bromierungsreaktion eine Lichtquelle zur Verfügung. Formulieren Sie einen plausiblen Mechanismus unter Angabe aller wichtigen Zwischenstufen. Geben Sie die Konfiguration des Cyclisierungsprodukts an.

N S – O Na + 5

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5.

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Heterocyclen-Synthese (10 Punkte) Die Umsetzung von (E)-But-2-enal mit Anilin in Gegenwart katalytischer Mengen Schwefelsäure in Nitrobenzol liefert in hoher Ausbeute ein thermisch stabiles Produkt mit der Summenformel C10H9N. Formulieren Sie einen plausiblen Mechanismus für die Reaktion und erläutern Sie, warum die Reaktion in Nitrobenzol besonders hohe Ausbeuten des Reaktionsprodukts liefert. Benennen Sie das Reaktionsprodukt und erklären Sie seine hohe Stabilität mit Stichworten.

8/10

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6.

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Umwandlung einer Carbonylverbindung mit O-Nucleophilen (18 Punkte) (a) Beschreiben Sie den Mechanismus der Acetalisierung von Cyclopentanon mit 1,2Ethandiol unter sauren Bedingungen. (b) Warum benutzt man für die Acetalisierung üblicherweise 1,2-Ethandiol und nicht Methanol? (c) Wie kann man das Gleichgewicht zur Acetalseite hin verschieben? (d) Unter welchen Bedingungen sind Acetale stabil und unter welchen Bedingungen sind sie instabil? (e) Wozu wird eine Acetalgruppe in der Organischen Chemie eingesetzt?

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7.

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Substitution an einem elektronenarmen Aromaten (10 Punkte) Geben Sie die benötigten Reagenzien an, um 4-tert-Butylchinolin aus Chinolin (6) darzustellen. Formulieren Sie den Mechanismus für die Umsetzung.

N 6

10/10...