nucleophiles Teilchen

  • 01.8 Angriffsfreudige Teilchen

    1.8 Angriffsfreudige Teilchen

    1.8.1 Teilchen mit Einzelelektronen: Radikale

    Bsp.:Beispiele von Radikalen in Strukturformeln


    Radikale sind meist unbeständige Teilchen. Sie entstehen durch homolytische Spaltung (meist) unpolarer Bindungen unter Energiezufuhr (z.B. Wärme, Licht). Radikale sind sehr reaktionsfreudig und reagieren mit ihresgleichen oder mit Molekülen unter Neubildung von Radikalen. 


    1.8.2 Teilchen mit Elektronpaarlücke: Elektrophile Teilchen

    Bsp.:

    Allgemeine Strukturformel eines elektrophilen Teilchens

     

      Strukturformeln: Beispiele für elektrophile Teilchen (Protonen, Bortrifluorid, Aluminiumtrichlorid)
    Elektrophile Teilchen sind sehr reaktionsfreudige Teilchen; sie wollen sich an ein freies Elektronenpaar anlagern: (= Lewis-Säuren für die Universität).

     

    1.8.3 Teilchen mit freien Elektronenpaaren: Nucleophile Teilchen oder Basen


    Bsp.:

    06-ta-nucleophile-teilchen-allgemein-lewis-basen  

    06-ta-lewis-basen-nucleophile-teilchen


    a) wollen positiv geladene oder positivierte Teilchen anlagern:

    • als Basen Protonen
    • als nucleophile Teilchen (Lewis-Basen) andere Teilchen mit Elektronenpaarlücke (elektrophile Teilchen)



    b) Basizität und Nucleophilie verlaufen annähernd parallel

    • so ist z.B. das Hydroxid-Ion stärker basisch und stärker nucleophil als Wasser
    • Basizität und Nucleophilie sind von der Zahl der freien Elektronenpaare unabhängig!


    Zusammenfassung:

    • Reaktionen werden nach der Funktion der angreifenden Teilchen benannnt. 
    • Als Angreifer wird i. a. das kleinere Teilchen bezeichnet. 

    08-ta-zusammenfassung

  • 04.1.2 Halbacetalbildung

    4.1.2 Halbacetalbildung bei Zucker (z.B. Glucose)

    a) Strukur eines Aldehyds (Alkanals)

    Folgende Abbildung zeigt, wie eine Aldehydgruppe angegriffen werden. Durch die höhere Elektronegativität des Sauerstoffatoms werden die Elektronen vom Kohlenstoff weg hin zum Sauerstoff gezogen (polare Atombindung). Dadurch kann am Kohlenstoff ein nucleophiles (kernliebendes Teilchen) angreifen. Nucleophile Teilchen besitzen ein freies Elektronenpaar, mit dem es angreifen kann. 

    Der Sauerstoff der Aldehydgruppe besitzt ein freies Elektronenpaar. Hier kann ein elektrophiles Teilchen (wie z.B. ein H+ (Proton)) angreifen. 

    Strukturformel eines Aldehyds. C ist positiviert und kann nucleophil angegegriffen werden; Sauerstoff besitzt eine negative Partialladung und ein freies Elektronenpaar und kann von einem elektrophilen Teilchen angegriffen werden.


    Das Aldehydmolekül enthält eine polare Doppelbindung mit freien Elektronenpaaren; Additionsreaktionen sind möglich. 

     

    b) Aldehyd + Alkohol (AN-Reaktion = nucleophile Addition)


    Reaktionsgleichung in Strukturformel zur Billdung eines Halbacetals

    Halbacetale kann man selten isolieren (Ausnahme: Zucker). Ein Halbacetal kann mit Alkohol zu einem Vollacetal weiterreagieren (vgl. Disaccharide). 

  • 04.1.3 Ringstruktur der Monosaccharide

     

    4.1.3 Ringstruktur der Monosaccharide 

    Widersprüche:

    • Schiffsche Reagenz (typ. Nachweis für Aldehyde) zeigt keine Farbreaktion.
    • Drehwinkel in wässriger Lsg. 52,7° statt 112,2°.
    • Tollens (1883) schloss daraus, dass Glucose nicht in der offenen Aldehydform vorliegt. 
    • Die Ursache hierfür ist in der intramolekularen Verknüpfung der Carbonylgruppe mit einer Hydroxylgruppe des gleichen Zuckermoleküls zu suchen. Es kommt also zu einer innermolekularen Halbacetalbildung.

    nucleophiler Angriff bei der Ringbildung



    Haworth-Schreibweise

    • zyklisches Glucose Molekül wird als liegendes Sechseck [Pyranosen] oder Fünfeck [Furanosen] gezeichnet;
    • Ringsauerstoffatom findet sich in der rechten hinteren Ecke [Pyranosen] bzw. im hinteren Eck [Furanosen];
    • Substituenten, die in der FISCHERprojektion nach links weisen, stehen in der HAWORTH-Projektion oben ["Kommunistenregel"]

     Ringbildung bei Glucose in der Hawoarth-Projektion

    Erklärung der negativen Reaktion der Glucose mit der Schiffschen Reagenz: Es liegt ein Gleichgewicht zwischen der offenen Kette und dem Ring vor, wobei der Anteil der offenen Kette, bei der wirklich ein Aldehyd vorliegt verschwindend gering ist (<  1%): 


    Aldehydform (offenkettig) ⇌ Halbacetalform (Ring)

    • Fuchsinschweflige Säure (Schiffsches Reagenz) bildet mit dem Aldehyd eine reversible (umkehrbare) Reaktion, daher findet kein Entzug des Aldehyds statt. Das heißt, es gibt keine GG-Verschiebung und damit keinen wirklichen Aldehydnachweis (der Anteil an offener aldehydhaltigen Glucose ist zu gering). 
    • Bei der Fehling-Probe und der Tollens-Probe (Silberspiegel) findet eine GG-Verschiebung statt! Die offene Form wird laufend entzogen, neue Ringe gehen auf und es findet langsam der Aldehydnachweis statt. 

     

     

    Durch Ringbildung entstehen 2 Strukturisomere der D-(+)-Glucose (keine Spiegelbildisomere).

     

    Mutarotation und Ringbildung von Glucose

    In wässriger Lösung liegen vor:

                      36%                                           0,26%                                                                64%

    Drehwinkel: 112,2°                                                                                                                   18,7°

       

    Es entsteht ein neues asymmetrisches C-Atom (= anomeres Kohlenstoffatom) und damit 2 Diasteromere. Anomere = Isomere, die sich nur durch die Stellung der Hydroxylgruppen am anomeren Kohlenstoffatom unterscheiden. 

    α-Form: OH-Gruppe am neuen asymmetrischen C-Atom liegt auf derselben Seite wie die am untersten asymmetrischen C-Atom. 

    Muta1rotation: Drehwinkel einer Lösung einer optisch aktiven Substanz ändert sich vom Zeitpunkt des Ansetzens der Lösung kontinuierlich bis zum Erreichen eines festen Wertes. Grund dafür ist, dass man z.B.  α-Glucose in eine wässrige Lösung gibt. Sobald sich das Molekül in Wasser löst, öffnen sich einige wenige Moleküle. Bei der erneuten Ringbildung, bildet sich auch β-Glucose. Erst wenn sich der Anteil wie oben angegeben einstellt, ändert sich der Drehwinkel nicht mehr. 

    Glucose α-Form ⇌ offene Form ⇌ β-Form

    Bei Glucose ist der Endwert: 0,36  *  112,2°    +    0,64  *  18,7°  =  52,36°



    Haworth-Schreibweise
    Achtet auf die Durchnummerierung der C-Atome. Am C1 war ursprünglich die Aldehydgruppe. 

    Glucose Rinigstrukturen in der Haworth-Schreibweise

    α-D-Glucose β-D-Glucose

    Nachweis von Glucose: GOD-Test (Glucose-Oxidase-Stäbchen); Achtung beim schriftlichen Abitur: Fehling oder Tollens ist kein Nachweis für Glucose, sondern nur für Aldehydgruppen!

    • Glucose-Oxidase = Enzym: Oxidiert Glucose am C1-Atom zu Gluconsäure und Wasserstoffperoxid (H2O2).
    • Durch das Enzym Peroxidase (z.B. aus Meerettich) wird das Wasserstoffperoxid zu Wasser reduziert. 
    • je mehr Glucose, umso intensiver die Farbe. 
      Im Handel als Teststreifen für Diabeteserkrankung.

     

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    1: Lat. mutare = ändern