Nur auf Docsity: Lade Übungen zur Vorlesung Allg. Chemie I (OC)-HS 11 und mehr Skripte als PDF für Allgemeine Chemie herunter!
Ubungen zur Vorlesung Allg. Chemie I (OC)-HS 11¨
- 1 Strukturaufkl¨arung organischer Verbindungen Inhaltsverzeichnis
- 1.1 Nomenklatur
- 1.2 Strukturaufkl¨arung organischer Verbindungen
- 2 Klassische Strukturlehre
- 2.1 Strukturlehre
- 2.2 Nomenklatur
- 3 Chiralit¨at und Lewisstrukturen
- 3.1 Chiralit¨at
- 3.2 Lewisstrukturen
- 3.3 Nomenklatur
- 4 Stereochemie
- 4.1 Die absolute Konfiguration
- 4.2 Fischer–Projektion
- 4.3 Fischer–Projektion
- 4.4 Nomenklatur
- 5 Stereochemie 2 und Elektronenkonfiguration
- 5.1 Stereochemie
- 5.2 Elektronenkonfigurationen
- 6 Symmetrielehre
- 6.1 Symmetrieelemente und Punktgruppen
- 6.2 Topizit¨at
- 6.3 Nomenklatur
- 7 Symmetrielehre
- 7.1 Symmetrieelemente und Punktgruppen
- 7.2 Spezielle Symmetrien
- 7.3 Dipolmoment
- 7.4 Nomenklatur
- 8 Einf¨uhrung in die MO-Theorie
- 8.1 Die LCAO-Methode
- 8.2 Hybridisierung
- 8.3 Zusatzaufgaben
- 8.4 Nomenklatur
- 9 Aromatizit¨at, S¨aurest¨arke und Dipolmomente
- 10 S¨aurest¨arke und Thermochemie
- 10.1 S¨aurest¨arke
- 10.2 Bildungsenthalpien
- 10.3 Verbrennungsw¨arme von Cyclopropan
- 11 Konformationslehre I
- 12 Kinetik und Konformationslehre II
- 12.1 Zusatzaufgaben Konformationslehre II
1.2 Strukturaufkl¨arung organischer Verbindungen
- Was k¨onnen Sie ¨uber die Struktur der ges¨attigten Kohlenwasserstoffe C 7 H 14 und C 10 H 18 sagen?
- (a) Berechnen Sie die Elementarzusammensetzung von Saccharin:
HC
HC C H
C
C
H C
S
NH
C
O
O O
- Die Verbrennung von 15 mg Cumarin liefert 40.65 mg Kohlendioxid und 5.55 mg Wasser. Berechnen Sie die Verh¨altnisformel. Hinweis: Cumarin enth¨alt laut qualita- tiver Analyse C, H und O. Wie k¨onnen Sie Ihr Ergebnis ¨uberpr¨ufen?
- Eine Verbindung besteht aus 58.54 % C, 4.09 % H, 11.38 % N und 25.99 % O. Berech- nen Sie die Verh¨altnisformel. Kann man sich damit auf eine genaue Summenformel festlegen? Hilft die Kenntnis der Doppelbindungs¨aquivalente (im vorliegenden Fall:
- weiter?
2 Klassische Strukturlehre
2.1 Strukturlehre
- Der Verh¨altnisformel C 4 H 8 entsprechen viele Summenformeln: C 8 H 16 , C 12 H 24 usw. Erkl¨aren Sie, warum mit der empirischen Formel C 5 H 12 nur eine Summenformel in Einklang steht.
- Zeichnen Sie alle Konstitutionsisomere der Summenformel C 2 H 5 NO unter Ber¨uck- sichtigung der Valenzen von C (4), H (1), N (3) und O (2). Die chemische Stabilit¨at der Verbindungen spielt in dieser Aufgabe keine Rolle. Benennen Sie die Molek¨ule nach ihrer Verbindungsklasse.
- Zeichnen Sie die folgenden Molek¨ule dreidimensional:
CHCl 3 CH 3 CH 2 Br H 3 COCH 3 H 2 NCH 3
H C CCH 2 CH 3 ClHC=CHCl 2 Isomere (Formen)
- Geben Sie an, ob es sich bei den folgenden Paaren von Verbindungen um Isomere handelt, sowie welcher Art (Konstitutionsisomere, Stereoisomere) die Isomerie ist? Die Geometrie der Strukturen k¨onnen Sie dabei gem¨ass der klassischen Strukturlehre anhand des Tetraedermodells des Kohlenstoffs herleiten.
CH 2 CH 3
CHCH 2 CH 3 CHCH 2 CH 2 CH 3 CH 3 Br H
H Br
Br H
Br H Br H
H Br
Br Br
H H Br H
H Br
H Br
Br H (^) CH 3 BrH Cl
CH 3 HBr Cl
C
CH 3 CH 2
(b) und
(c) und
(d) und
(e) (f)
(g)
CH 3 CH 2
(h)
(i)
und
(a)
(j)
(k)
und
und
und
und
und
und
und
2.2 Nomenklatur
- Benennen Sie folgende Alkane nach IUPAC:
a (^) b c
3 Chiralit¨at und Lewisstrukturen
3.1 Chiralit¨at
- Welche der folgenden, idealisierten Objekte sind chiral?
(a) Schiffsschraube (b) Bleistift (c) beschriebenes Blatt Papier (d) Schmetterling (e) Schnecke (f) Hose (g) Schuh (h) Fussball (aus F¨unf-und Sechsecken aufgebaut)
- Welche der folgenden Molek¨ule sind chiral? cis-1,2-Dichlorcyclohexan, trans-1,2-Dichlorcyclohexan, trans-1-Brom-2-chlorcyclo- hexan
- Welche der folgenden Molek¨ule sind chiral?
O
O O O O
O O
O
a O O
b c^ e
d
- (-)-Arabinose hat einen spezifischen Drehwert von -104◦. In welchem Verh¨altnis m¨ussen (+)-Arabinose und (-)-Arabinose gemischt werden, um einen Drehwert von -50◦^ zu erhalten?
3.2 Lewisstrukturen
- Formulieren Sie f¨ur die folgenden Teilchen verschiedene Resonanzstrukturen, und geben Sie jeweils mit Begr¨undung an, welche am meisten Gewicht hat!
H
O
NH
H
O
CH
H
O
NH
O (^) H
OH
OH
H3C N C O O 3 CH2NH^2
O H2C NO (^2)
a) b) c)
d) e) f)
g) h) i)
j) k) l)
4 Stereochemie 1
4.1 Die absolute Konfiguration
- Geben Sie die stereochemische Beziehungen zwischen allen Paaren der Molek¨ule (a)
OH
OH
H
OH
H
H
HO
H (^) OH
H 5 C 2
HO H
CH 3
H
HO
CH 3 H H OH
CH 3
H H d
a b c
Sägebock- Projektion
- Spezifizieren Sie die absolute Konfiguration der stereochemischen Elemente der Ver- bingungen aus Aufgabe 4..
H 3 C CH 2 OH
H OH CH 3 Br (^) H CHO HOH 2 C
H O
OH
H H
CO 2 H H 2 N H CH 3
CH 2 OH H Br H Cl CH 3
a) b) c) d) e)
4.2 Fischer–Projektion 1
Uberf¨^ ¨ uhren Sie die Keilstrichformeln in die Fischer-Projektion und umgekehrt. Spezifi- zieren Sie die absolute Konfiguration
H 3 C CH 2 OH
H OH CH^3 CHO H
Br HOH 2 C
H O
OH
H
H
CO 2 H H 2 N H CH 3
CH 2 OH H Br H Cl CH 3
a) b) c) d) e)
4.3 Fischer–Projektion 2
Ubertragen Sie folgende Fischer–Projektionen in Keilstrich–Formeln und geben Sie die^ ¨ Deskriptoren der stereogenen Zentren an:
CHO H OH HO H H OH H OH CH 2 OH
CO 2 H H SCH 3 Br H H 3 C N H H 3 CO OH CO 2 H
D-(+)-Glucose (offenkettige Form)
a
b
4.4 Nomenklatur
- Zeichnen Sie die Strukturformeln folgender Verbindungen:
(a) Cyclobutylidencyclopentan (b) 1-(Prop-1-inyl)bicyclo[8.3.1]tetradecan (c) Hexamethylenbicyclo[2.2.2]octan (Hericen) (d) Tricyclo[4.4.0.0^3 ,^8 ]decan (e) Tricyclo[3.1.0.0^2 ,^6 ]hex-3-en
- Zeichnen Sie die Strukturformeln der folgenden chiralen Verbindungen:
(a) (4R)-4-Ethyl-4-methylhept-2-en-5-in (b) (S)-1,2-Dihydro-1-ethylnaphthalin
- Zeichnen Sie die dreidimensionale Struktur folgender Molek¨ule (Keilstrichschreib- weise oder Fischer-Projektion):
(a) (S)-2-Chlorbutan (b) (2R,3S)-2,3-Dibromhexan (c) meso- 3,4-Hexandiol (EtCH(OH)CH(OH)Et) (d) (R)-1,1,2-Trimethylcyclohexan (e) (1R,2R)-1,2-Dibromcyclohexan (f) (±)-3,4-Hexandiol
6 Symmetrielehre 1
Die Symmetrielehre wurde in der Vorlesung nicht besprochen, wird aber in den folgenden Semestern als vorausgesetzt betrachtet. Daher soll sie in den ¨Ubungen besprochen werden. Die Theorie ist im Skript ausf¨uhrlich im Kapitel 3.4 beschrieben.
6.1 Symmetrieelemente und Punktgruppen
- Bestimmen Sie die Symmetrieelemente und Punktruppen folgender Verbindungen:
H H
Cl Br
C C C
H
H
HO 2 C
HO CO^2 H
H
H
OH
H
H H
H
C C C
H
F
H
O H
Cl
H Cl
H
C C C
H
H
Cl H H H
H
H (^) HH
a)
e)
g)
j)
l)
b) c) (^) d)
f)
h) (^) i)
k)
m)
Br
F F
H H
H
- Die folgende Aufgabe war Teil des Vordiploms Herbst 2001. Die Aufgabe lautete: Geben Sie die Symmetrieelemente sowie deren Anzahl der folgenden Molek¨ule an.
Br
Al Br
Al Br
Br Br Br
Cr
A : Phenanthren B : Al 2 Br 6
C : Anthracen
D : Bis(benzol)chrom
6.2 Topizit¨at
Die Topizit¨at beschreibt die Unterscheidbarkeit von Atomen oder Gruppen in einem Mo- lek¨ul zueinander; d.h. ihre ¨Aquivalenz oder Nicht¨aquivalenz. Sie spielt in der Spektrosko- pie, insbesondere der NMR-Spektroskopie, eine besonders wichtige Rolle (siehe Analytik– Vorlesungen).
- Geben Sie die Topizit¨aten aller nummerierten H–Atome zueinander an.
H 3 C
H 2 H
CO 2 H
H 1
OH
Cl
H 1 Cl
H 2
H 2
H (^1) OHCH^3
d)
a) c) H 3
H 2 Cl
H 1
H 1
H 2
R 1
H 3
H 4
R 2
H 2
H 1 H 3 H 4
b)
e) f)
6.3 Nomenklatur
- Benennen Sie folgende Verbindungen (mit stereochemischen Deskriptoren falls er- forderlich):
O
OH
HO
O
Cl N
O CHO
OCH 3 OH
CHO
Cl
O
OH
d
a b c
e
f
- Zeichnen Sie die Strukturformeln folgender Verbindungen:
(a) 3-Chlor-3-[6-(formylmethyl)pyrid-2-yl]propanal (b) 3-(o-Methoxyphenoxy)propan-1,2-diol (c) (2S,5R)-5-Hydroxypiperidin-2-carbons¨aure
7 Symmetrielehre 2
7.1 Symmetrieelemente und Punktgruppen
Bestimmen Sie die Symmetrieelemente und Punktruppen folgender Verbindungen:
S
S S
H H
H
H H H
S
S S
S
S
Fe
a b c d
(z.B. ZrF8)
7.2 Spezielle Symmetrien
- Warum hat SF 4 die Symmetrie C 2 vund nicht C 3 v?
- Wie kann man die D 2 h Symmetrie von AlBr 3 erkl¨aren?
- Das sogenannte “anorganische Benzol” mit der Summenformel B 3 N 3 H 6 hat die glei- che Struktur wie Benzol. Welche Punktgruppen sind m¨oglich? K¨onnen Sie eine ein- deutige Strukturzuweisung machen, wenn Sie wissen, dass eine D 3 h Symmetrie vor- liegt?
- Warum kann man bei vielen vierfachkoordinierten Metallkomplexen leicht bestim- men, ob sie tetraedrische oder quadratisch planare Strukturen haben? (Denken Sie an die Topizit¨aten)
- Zeichnen Sie an dem gleichm¨assigen Tetraeder die C 2 und S 4 Achsen ein! Zeichnen Sie am gleichm¨assigen Oktaeder je eine C 4 , C 3 , C 2 und S 6 Achse ein!
8 Einf¨uhrung in die MO-Theorie
8.1 Die LCAO-Methode
- (a) Geben sie die Elektronenkonfiguration von Sauerstoff an. (b) Zeichnen sie die 2s und 2p Atomorbitale des Sauerstoff Atoms. (c) Konstruieren sie die MO (Molek¨ulorbitale) f¨ur das O 2 –Molek¨ul durch LCAO (Linearkombination von Atomorbitalen) der entsprechenden 2s und 2p Atomor- bitale. Achten sie dabei auf die Geometrie sowie Phase der AO (Atomorbitale). (d) Zeichnen sie ein MO–Energiediagramm f¨ur O 2. Besetzen sie die MO mit den Elektronen des O 2 –Molek¨uls entsprechend der Hund’schen Regel und dem Pauli–Prinzip.
8.2 Hybridisierung
- Geben Sie die Hybridisierung der verschiedenen Kohlenstoffatome in den von Ke- kule, Dewar, H¨uckel und Ladenburg vorgeschlagenen Benzolstrukturen an.
Kekulé Dewar Hückel Ladenburg
- Zeichnen Sie die Strukturen folgender Verbindungen mit den an der Bindung betei- ligten Orbitalen, sowie denjenigen Orbitalen,welchen freien Elektronenpaaren ent- sprechen.
H
O
a N
H 3 C C C CH c
CH 2 H d
O
b
8.3 Zusatzaufgaben
- Wenn Sie sich Basizit¨at und Dipolmoment von Ammoniak vor Augen f¨uhren,was spricht gegen das Modell, dass das freie Elektronenpaar im 2s-Orbital des Stick- stoffs lokalisiert ist, und die N-H-Bindungen durch ¨Uberlappung von p-Orbitalen des N-Atoms mit jeweils dem 1s-Orbital eines H-Atoms zutandekommen? Welches alternative Bindungsmodell beschreibt das Ammoniakmolek¨ul besser?
- Vergleichen Sie die Basizit¨at von Ammoniak mit der Basizit¨at von Phosphan (PH 3 ). Erkl¨aren Sie die unterschiedliche Basizit¨at mit Orbitalargumenten.
8.4 Nomenklatur
Zeichnen Sie die entsprechenden Strukturformeln bzw. benennen Sie folgende Verbindun- gen (inklusive stereochemischer Deskriptoren):
- (E)-1,1,1,2-Tetrafluor-4,4-dimethyl-3-phenylpent-2-en;
- (R)-1,1,1,2-Tetrafluor-7,7-dimethyl-6-phenylocta-2,3,4,5-tetraen.
c d^ Bullvalen
e
