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Dienstag, 7. Januar 2014, 11:09

endo und exo Übergangszustände der Diels Alder Reaktion

Hallo,

ich habe mich hier neu registriert, um direkt eine Frage zur angehängten Diels Alder Reaktion loszuwerden.




Meine Frage wäre hier wie man auf das Endprodukt kommt, bei welchem beide Substituenten cis am Ring gebunden sind.

In der Vorlesung wurde das Produkt (mit 80% Ausbeute!) als endo bezeichnet, welches ich aber nicht ganz verstanden habe. Unten habe ich zusätzlich meine Überlegungen angefügt.



Vielen Dank im Voraus!

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Dienstag, 7. Januar 2014, 14:29

Zunächst einmal müsste man hier über die Regiochemie reden, d.h. die Frage, warum hauptsächlich ortho-Produkt (1,2-substituiert) entsteht und nicht etwa meta-Produkt (1,5-subst.). Da Sie aber ausschließlich nach der Stereo- und nicht nach Regiochemie gefragt haben, werde ich das überspringen. Wenn das auch geklärt werden soll, fragen Sie bitte danach.

Zur Stereochemie: die in Ihrer obigen Zeichnung dargestellte, racemische cis-Verbindung ist korrekt und das Produkt eines endo-Übergangszustandes. Die 80% "Ausbeute" wurden übrigens durch eine Reaktionsführung unter kinetischer Kontrolle erreicht.

In einem anderen Forum wurde Ihnen sinngemäß gesagt, "endo ist stabiler". Die Aussage ist in dieser Schlichtheit unbrauchbar. Denn im Allgemeinen ist das exo-Produkt thermodynamisch stabiler (meist aus sterischen Gründen). D.h. wenn man nur lange genug bei genügend hohen Temperaturen darauf rumkocht, entstehen auch wesentliche Mengen exo-Produkt. Jedoch ist das endo-Produkt bei Diels-Alder-Reaktionen kinetisch bevorzugt, weil der endo-Übergangszustand energetisch günstiger ist. D.h. unter kinetischer Kontrolle (kurze Reaktionszeit, niedrige Temperatur) kommt man zu den angegebenen 80% endo.

Diese sog. endo-Regel bei der Diels-Alder-Reaktion erklärt man sich über elektronische Gründe (hier sekundäre Orbitalwechselwirkung) im endo-Übergangszustand. Im exo-ÜZ ist diese nicht möglich, das ist klar ersichtlich, da der entsprechende Orbitallappen der Carbonylgruppe "seitlich versetzt" ist und nicht direkt unter dem Dien liegt.

Falls Sie Schwierigkeiten haben sollten nachzuvollziehen, wie aus dem endo-ÜZ das cis-Produkt folgt, dann schauen Sie sich anstatt der größeren Substituenten einfach mal die H-Atome an. Die stehen im endo-ÜZ nämlich klar ersichtlich cis, woraus auch für das Produkt diese Stereochemie folgt.

Gibt es noch Fragen dazu?
»HerrBiernot« hat folgende Datei angehängt:
  • endo.jpg (42,9 kB - 35 mal heruntergeladen - zuletzt: 10. November 2017, 12:20)

3

Dienstag, 7. Januar 2014, 16:15

Vielen Dank,

die Erklärung ist wirklich gut, besser als die , die wir in der Vorlesung geliefert bekommen haben.

Dennoch zwei kleine Fragen:

Ob die Substituenten beim Produkt auf einer Seite stehen ist nur ersichtlich, wenn sie im Übergangszustand auf einer Seite stehen, oder? Liegt es daran, dass die Diels Alder Reaktion eine konzertierte Reaktion ist?

Und noch eine Frage: Die H-Atome zeigen ja nun nach rechts im Übergangszustand. Ist es anhand dieser Info möglich vorauszusagen, ob sie nachher nach oben oder unten zeigen, oder ist das der Grund warum wir nachher ein Racemat erhalten?

4

Dienstag, 7. Januar 2014, 16:44

Liegt es daran, dass die Diels Alder Reaktion eine konzertierte Reaktion ist?

Da sehe ich momentan keinen direkten Zusammenhang. Oder sagen wir mal besser so, Ihre Aussage ist keine hinreichende Erklärung für die hier beobachteten Phänomene.


Ist es anhand dieser Info möglich vorauszusagen, ob sie nachher nach oben oder unten zeigen

Nein, es ist keine Vorhersage möglich und die hier behandelte Reaktion ist im Übrigen auch gar nicht enantioselektiv, sondern nur diastereoselektiv. Es entsteht bevorzugt das Racemat zweier cis-konfigurierter Enantiomere, und nicht etwa nur eines davon.

5

Dienstag, 7. Januar 2014, 17:58

@Chilledkroete: Ich habe die Bilder etwas zusammengeschnitten und im Anschluss nochmal bei directupload.net hochgeladen (damit man den Inhalt besser erkennt). Ich kann nur empfehlen den Link "Bild in Originalgröße" auszuwählen



und diesen einfach ohne weitere Befehle hier einzufügen (ggf. mit der Vorschau-Funktion kontrollieren) und schon kann man das Bild im Beitrag beliebig platzieren.

6

Dienstag, 7. Januar 2014, 22:01

Danke, jetzt ist alles klar!

7

Montag, 13. Oktober 2014, 13:31

Immer wieder scheint es Probleme beim Thema Diels-Alder im Zusammenhang mit endo / exo zu geben. Ein aktuelles Beispiel: http://www.chemieonline.de/forum/showthread.php?t=220056

Mein (vorläufiger) chemiewolf'scher Höhepunkt in diesem Semester:

Zitat

Da entsteht ein Racemat. das aus den beiden endo-Produkten und den beiden exo-Produkten besteht

Mein Kommentar (vornehm ausgedrückt): da kommt mir die kalte Kotze von vorgestern hoch.

8

Montag, 20. Oktober 2014, 09:48

Zitat von FK aus obig zitiertem Beispiel :

Zitat

Es steht Ihnen selbstverständlich frei, zusätzlich noch einen konstruktiven Beitrag zu leisten.

Gerne doch. Allein, den Ort, an dem ich das tue, suche ich mir selbst aus.

Zunächst scheint eine Definition des Begriffs Racemat angebracht zu sein. Ein Racemat ist eine äquimolare Mischung zweier zueinander enantiomerer Verbindungen. *) Aus der Definition wird klar, dass ein Racemat also immer nur aus zwei Verbindungen bestehen kann, nicht etwa aus einer, drei, vier, etc... Diese Tatsache hielt ich bis dato für so selbstverständlich, dass mir eine Erwähnung überflüssig erschien.

Gesetzt den Fall, es gibt bei einer chemischen Reaktion mehrere mögliche Übergangszustände, Orientierungen, etc., welche zu einer Anzahl von unterschiedlichen Produkten führen können, so ist man selbstverständlich verpflichtet, etwaige identische Produkte bei der Angabe der theoretisch möglichen Anzahl von Produkten nicht doppelt zu zählen. Oder anders formuliert: identische Produkte darf man nicht als unterschiedlich bezeichnen (auch diese Tatsache hielt ich bis dato für so selbstverständlich, dass mir eine Erwähnung überflüssig erschien)!

Tut man dies dennoch, so kann dies nur zwei Ursachen haben: entweder man hat die Identität nicht erkannt, oder man will sein Gegenüber absichtlich in die Irre führen. Wobei ich in dem hier vorliegenden Fall fest davon überzeugt bin, dass für chemiewolf Ersteres galt, und ein entsprechender Nachdenke-Prozess erst nach meinem vehementen Protestieren einsetzte und in Beitrag #12 mündete.


*) Man beachte die Abgrenzung zu den Fachbegriffen "racemische Verbindung" und "nichtracemisches Enantiomerengemisch", die man an geeigneter Stelle nachlesen kann. Dies aber nur am Rande.

PS: Mehr zu den Themen endo-Regel und sekundäre Orbitalwechselwirkungen bei Diels-Alder-Reaktionen beabsichtige ich in einem späteren Beitrag zu schreiben.

9

Montag, 27. Oktober 2014, 11:07

Mehr zu den Themen endo-Regel und sekundäre Orbitalwechselwirkungen bei Diels-Alder-Reaktionen beabsichtige ich in einem späteren Beitrag zu schreiben.
Man beachte das Bild mit dem Orbitalschema in Beitrag #8 des verlinkten CO-Threads. Warum ist dieses Bild nicht geeignet, hier die sek. Orbital-WW zu erklären? Weil die Orbital-Phasen fehlen. Bekanntermaßen findet eine bindende Wechselwirkung dann statt, wenn Orbitallappen gleicher Phase überlappen. Für den anderen Fall, also Orbitallappen entgegengesetzter Phasen, gilt dementsprechend antibindende Wechselwirkung.

Zur Verdeutlichung ein Ausschnitt aus einem früher hier veröffentlichten Schema.
»HerrBiernot« hat folgende Datei angehängt:
  • endo_2.jpg (34,47 kB - 6 mal heruntergeladen - zuletzt: 10. November 2017, 12:26)

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