Organische Chemie für Biologen


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Organische Chemie für Naturwissenschaftler/innen

Prof. Dr. Klaus Roth          21 275a V (Stand: SS 2004)

  1. Die chemische Struktur Organischer Verbindungen
  2. Alkane, Alkene & Alkine
  3. Aromaten
  4. Stereochemie
  5. Nukleophile Substitution und Eliminierungen
  6. Alkohole, Phenole und Thiole
  7. Aldehyde und Ketone
  8. Carbonsäuren und Ester
  9. Kohlenhydrate
  10. Organische Stickstoffverbindungen
  11. Aminosäuren, Peptide & Proteine
  12. Terpene, Farbstoffe und Polymere

1. Vorlesungsblock: Die chemische Struktur Organischer Verbindungen

Lernziele: Am Ende des 1. Vorlesungsblocks sollten Sie:
Inhalt des 1. Vorlesungsblocks
Was ist Organische Chemie?
Aufbau der Atome
Kovalente und ionische Bindungen
Edelgaskonfiguration und Elektronegativität
polare Bindungen
Energetik chemischer Reaktionen
Was macht das Kohlenstoffatom so besonders?
Hybridisierung und die räumliche Struktur organischer Verbindungen
Die verschiedenen Schreibweisen von Strukturformeln Organischer Verbindungen
Die Klassifizierung Organischer Verbindungen nach Gerüst und funktionellen Gruppen
Überblick über die verschiedenen funktionellen Gruppen

2. Vorlesungsblock: Alkane, Alkene & Alkine

Am Ende des 2. Vorlesungsblocks sollten Sie:
Inhalt des 2. Vorlesungsblocks
Die Struktur der Alkane
Nomenklatur der Alkane, IUPAC Regeln
Strukturisomerie in Alkanen
Physikalische und chemische Eigenschaften von Alkanen
Vorkommen in der Natur, technische Verwendung
Van der Waals Wechselwirkung
Konformation von Alkanen - Konformere, Energiediagramme
Diastereomerie
Radikalische Halogenierung von Alkanen
Struktur von Cycloalkanen
Nomenklatur der Cycloalkane
Konformation der Cycloalkane, Sessel-Wannen-Form
äquatoriale und axiale Substituenten
cis-trans-Isomerie in Cycloalkanen
Hybridisierung und Nomenklatur von Doppel- und Dreifachbindungen
Vorkommen und Rolle in der Natur
cis-trans-Isomerie in Alkenen, Rotation um Doppelbindung
E-Z-Regeln, CIP-System
Sehvorgang
elektrophile Additionsreaktionen an Doppelbindungen
Stereochemie der Addition
Markownikow-Regel und deren Deutung
Konjugierte Doppelbindungen und deren Reaktionen

3. Vorlesungsblock: Aromaten

Am Ende des 3. Vorlesungsblocks sollten Sie:
Inhalt des 3. Vorlesungsblocks
Die Geschichte des Begriffs "Aromat"
Vergleich Benzol - "Cyclohexatrien"
Hybridisierung und Elektronenverteilung in Benzol
Hückel-Regel und deren Anwendung
Elektrophile Substitution am Aromaten
verschiedene Reaktionen: Nitrierung, Bromierung, Friedel-Crafts
Substituenteneffekte auf die Geschwindigkeit von Zweitsubstitutionen
I- und M-Effekte: Definition und Anwendung auf Substituenten
Wer zeigt welchen Effekt
Der orientierende Einfluß von Erst-Substituenten: ortho/para und meta
Welcher Substituent dirigiert wohin
Überblick der Substituenteneffekte
Einige Aromaten in der Natur

4. Vorlesungsblock: Stereochemie

Am Ende des 4. Vorlesungsblocks sollten Sie:
Inhalt des 4. Vorlesungsblocks
Die Begriffe Konstitution, Konfiguration und Konformation
Konformere und Konfigurationsisomere
Konstitutions- und Stereoisomere
Diastereomere und Enantiomere
Chiralität und ihr Vorkommen in der Natur
Optische Aktivität
spezifische Rotation
Bedingungen für Chiralität
optischer Drehsinn und Struktur
Fischersche Projektionsformeln
CIP-System: Prioritätsregeln und Drehsinn
Biologische Eigenschaften von Enantiomeren
Racemattrennung per Hand (und Kopf!) nach Pasteur (Weinsäure)
weitere Methoden der Enantiomerentrennung
meso-Weinsäure

5. Vorlesungsblock: Nukleophile Substitution und Eliminierungen

Am Ende des 5. Vorlesungsblocks sollten Sie:
Inhalt des 5. Vorlesungsblocks
Die nukleophile Substitution
SN1 und SN2 Mechanismen als Stereotypen
der detaillierte kinetische und stereochemische Ablauf beider Mechanismen
Zusammenhang zwischen Mechanismus und Substratstruktur
Einfluß von Lösungsmittel, Abgangsgruppe und Nukleophil
Reihung der Abgangsgruppen nach Leichtigkeit der Abspaltung
Reihung der Nukleophile nach Stärke
Vergleich der beiden Substitutionsmechanismen
Eliminierung als Konkurrenzreaktion zur Substitution
Die detaillierten Mechanismen der E1 und E2 Reaktionen
Stereochemie beider Mechanismen
Anwendung der Stereochemie auf die elektrophile Addition an Doppelbindungen

6. Vorlesungsblock: Alkohole, Phenole und Thiole

Am Ende des 6. Vorlesungsblocks sollten Sie:
Inhalt des 6. Vorlesungsblocks
Die Hydroxylgruppe als funktionelle Gruppe
Herstellung von Alkoholen
Wiederholung: Hydratisierung von Enen (Markownikow)
Physikalische Eigenschaften, Wasserlöslichkeit, Siedepunkte
Physiologische Eigenschaften von Alkoholen, Toxizitäten, Süßkraft, Abbau im Körper
Diethylenglykol-Skandal
Chemische Reaktionen von Alkoholen
Oxidation von primären, sekundären und tertiären Alkoholen
Dehydratisierung von Alkoholen
Beispiele aus dem Citronensäurecyclus
Ether, chemische und physikalischen Eigenschaften
Phenole, chemische Eigenschaften, insbesondere Acidität
Das Hydrochinon/Chinon-Redoxsystem
Anwendungen in der Photographie
Thiole und Disulfide

7. Vorlesungsblock: Aldehyde und Ketone

Am Ende des 7. Vorlesungsblocks sollten Sie:
Inhalt des 7. Vorlesungsblocks
Die Ketogruppe als funktionelle Gruppe
Herstellung von Aldehyden und Ketonen
Synthese von Aldehyden und Ketonen durch Oxidation von Alkoholen
Angriff von Nukleophilen
Hydratbildung und Struktur
Mechanismus der Reaktion mit Alkoholen zu Halb- und Vollacetalen
Cyanhydrinsynthese
Mechanismus der Reaktion mit Aminen zu Aminalen und Iminen (Schiffsche Basen)
Transaminierung bei der Aminosäuresynthese
CH-Acidität von Ketoverbindungen: strukturelle Ursachen
Mechanismus der Aldoladdition und -kondensation

8. Vorlesungsblock: Carbonsäuren und Ester

Am Ende des 8. Vorlesungsblocks sollten Sie:
Inhalt des 8. Vorlesungsblocks
Die Carboxylgruppe als funktionelle Gruppe
Carbonsäure und Citratcyclus
reaktive Zentren der Carboxylgruppe
physikalische Eigenschaften der Carbonsäuren
Acidität von Carbonsäuren
Zusammenhang zwischen Struktur und Acidität
Substituenteneinflüsse auf die Acidität aliphatischer und aromatischer Carbonsäuren
Übersicht über gesättigte, ungesättigte und Dicarbonsäuren
Arachidonsäure und Prostaglandin
Synthese von Carbonsäuren
Seifen als Detergentien, moderne Waschmittel
Säurederivate und deren relative Reaktivitäten
Acetyl Co A
säurekatalysierte Veresterung, Isotopenmarkierung
Estersynthese durch Umsetzung von Alkylhalogeniden mit Carboxylatanionen
basenkatalysierte Esterspaltung (Verseifung)
Ester als Duftstoffe
Wachse, Fette und Öle
Zusammensetzung natürlicher Fette
Phospholipide und Membranstrukturen
Keto-Enol-Tautomerie des Acetessigester
Claisen-Kondensation

9. Vorlesungsblock: Kohlenhydrate

Am Ende des 9. Vorlesungsblocks sollten Sie:
Inhalt des 9. Vorlesungsblocks
Systematik der Saccharide:
Aldosen-Ketosen; Triosen-Tetrosen-Pentosen; Mono-, Oligo-, Polysaccharide
Triosen: Glycerinaldehyd - Dihydroxy-aceton
Stereochemie der Tetrosen (erythro/threo)
D,L-Nomenklatur - Unterschied zu (+) - (-) und R,S
Epimere Zuckerpaare, Anomere Zucker
Mutarotation, Pyranosen und Furanosen
Offenkettige Form - Fischer - Haworth
Chemie der Monosaccharide: Oxidation, reduzierende Wirkung von Ketosen (Fehling)
Weitere Monosaccharid-Abkömmlinge (Desoxy-ribose, Vitamin C)
Rolle der Zucker bei der Zuordnung zur AB0-Blutgruppen
Disaccharide:
Glykosidische Bindung, 1,2 und 1,4 und 1,6 Verknüpfung
Ribonucleoside, Disaccharide: Cellobiose, Maltose, Saccharose
Polysaccharide: Cellulose, Stärke, Glycogen, Chitin
Natürliche und künstliche Süßstoffe

10. Vorlesungsblock: Organische Stickstoffverbindungen

Am Ende des 10. Vorlesungsblocks sollten Sie:
Inhalt des 10. Vorlesungsblocks
Struktur der Amine: Hybridisierung, Chiralität und Racemisierung,
Nomenklatur der Amine, prim., sek., tertiäre Amine
physikalische Eigenschaften
Amine in der Natur
Basizität von Aminen, pKA und pKB-Werte
Zusammenhang zwischen Basizität und Struktur
Acidität von Aminen
Synthesen von Aminen
Reaktionen von Aminen
Bildung von N-Nitrosoaminen
Amide
Heterocyclen: Struktur und elektronische Eigenschaften
Nukleoside, Nucleotide, ATP
Nucleinsäuren, Aufklärung der DNA
Strukturunterschiede zwischen DNA und RNA

11. Vorlesungsblock: Aminosäuren, Peptide & Proteine

Am Ende des 11. Vorlesungsblocks sollten Sie:
Inhalt des 11. Vorlesungsblocks
Definition und Eigenschaften von Aminosäuren
Struktur der Aminosäuren im Festkörper und in wäßriger Lösung
Isoelektrischer Punkt, Elektrophorese
Neutrale, basische und saure Aminosäuren
Essentielle Aminosäuren
Stereochemie der Aminosäuren, D,L und R,S
Synthese von Aminosäuren
technische Synthese und Racematspaltung
Seltene Aminosäuren
Peptidbindung (Geometrie und Hybridisierung)
Strategie der Peptidsynthese
Schutz der Aminogruppe
Schutz der Carboxylgruppe
Aktivierung der Carboxylgruppe
Carbodiimid Methode
Merrifield Synthese
Sequenzanalyse, Sangers Reagenz, Edman Abbau
Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstruktur von Proteinen
Nachweis von Proteinen (Ninhydrin, Xanthoprotein-Reaktion)

12. Vorlesungsblock: Terpene, Farbstoffe und Polymere

Am Ende des 12. Vorlesungsblocks sollten Sie:
Inhalt des 12. Vorlesungsblocks

Isoprenoide (Terpene und Steroide)

Etherische Öle
Isopren als universeller Baustein
Monoterpene: acyclische, mono- und bicyclische Terpene
Sequiterpene
Diterpene: Phytol, Vitamin A, Retinal
Triterpene, Steroide
Biosynthese der Terpene und Steroide: Isopentenyl- und Dimethylallyl-pyrophosphat,
Claisen Kondensation
Biosynthese von Monoterpenen: Farnesylpyrophosphat, Squalen
Polyisopren: Kautschuk
Biosynthese von Steroiden
Östrogene und Gestagene, RU 486
Farbstoffe
Definition von natürlichen und künstlichen Farbstoffen
Wechselwirkung zwischen Materie und elektromagnetischer Strahlung, Plancksche Formel
Farbe-Komplementärfarbe
Lichtabsorption und Konjugation von Doppelbindungen
Prinzip eines UV/VIS-Spektrometers
Lambert-Beersches Gesetz
Zusammenhang zwischen Absorption und pi-Elektronensystem
Synthetische Farbstoffe: Azofarbstoffe, Triphenylmethanfarbstoffe
Natürliche Farbstoffe: Anthocyane (Flavyliumfarbstoffe)
Indigo als Küpenfarbstoff, Purpur
Porphinfarbstoffe: Häm, Chlorophyll
Biodegradation von Häm und Chlorophyll
Synthetische Farbstoffe: Triphenylmethanfarbstoffe
Polymere Polymere: Additions- und Kondensationspolymere
Mechanismus der Polymerisation
Beispiele für technisch und biologisch wichtige Polymere




 

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Letzte Änderung: 2004-05-07