Vorlesung "OCIII - Synthetisch wichtige Organische Reaktionen"

LV-Nr. 21 203a/b

Das Wichtigste zuerst

Ort und Zeit: Mo 8-10 & Mi 10-12, Gr. HS Arnimallee 22 (Präsenzveranstaltung)
Die ersten vier Montage online, da Hörsaal besetzt ist: Webex-Link
Meeting-Nr.: 2734 885 1932; Meeting-Password: 4iEiPNCQw44
Bitte tragen Sie sich für eine der Arbeitsgruppen im Google-Spreadsheet ein

Downloads

Buch zur Vorlesung (erforderlich) - Download mit FU IP oder ZEDAT VPN kostenlos
Online-Lösungshinweise zu den Übungsaufgaben
detaillierter Terminplan zur Vorlesung

Quicklinks

Konzept - Formalitäten - Vorlesungsinhalte - Literaturempfehlungen - frühere Quickies und Klausuren

Konzept der Vorlesung/Übung

An der FU Berlin hat eine Umfrage unter den Studierenden ergeben, dass 91% vollständig geimpft oder genesen sind. Ich freue mich, dass die Impfquote so hoch ist, dass zwar möglicherweise noch Ansteckungen geschehen können, wir aber schwere Verläufe nahezu vollständig ausschließen können. Daher kehrt die FU Berlin weitmöglichst zu Präsenzveranstaltungen zurück. An der FU Berlin gelten dann die 3G-Regeln. Wer weder geimpft, noch innerhalb der letzten 6 Monate genesen ist, muss negative Testergebnisse vorlegen. Das wird stichprobenartig überprüft.

Die meisten von Ihnen haben ihre Lehrveranstaltungen bis auf Praktika bisher ausschließlich online erlebt; Kontakte untereinander haben darunter sicherlich gelitten. Daher habe ich die Vorlesung/Übung komplett umgestellt und möchte Sie bitten, sich mit mir zusammen auf das folgende Experiment einzulassen:

Die Vorlesung und die Übung werden zusammengelegt zu zwei Doppelstunden von je 1:45 h (montags von 08:15 bis 10:00 Uhr und mittwochs von 10:15 bis 12 Uhr). Die Veranstaltung ist als "inverted classroom" konzipiert. Das bedeutet, dass Sie die Inhalte selbständig zu Hause vorbereiten und sich mit den Übungsaufgaben auseinandersetzen. Dazu steht Ihnen das oben auf dieser Seite verlinkte Buch zur Vorlesung ebenso kostenfrei zum Download zur Verfügung wie die Lösungshinweise für die Aufgaben darin. Sie erhalten also für jede Woche eine Leseaufgabe und Ihnen werden Übungsaufgaben zugewiesen, die Sie vorbereiten. In den eigentlichen Veranstaltungszeiten werde ich Ihnen jeweils zu Beginn der Mittwochstermine Gelegenheit geben, Fragen zu den jeweiligen Kapiteln zu stellen, um Unklarheiten zu beseitigen. Daran anschließend präsentieren Sie die Aufgaben und deren Lösungen für die ganze Gruppe und wir diskutieren sie gemeinsam.

Nun zum eigentlichen Kern des Konzepts: Das Ziel ist es, Sie zu maximaler Eigenaktivität anzuregen, damit Sie einen größtmöglichen Lernerfolg erzielen können. Auch möchte ich Ihnen regelmäßig die Gelegenheit geben, selbst etwas zu erklären. Das hat einige Vorteile: Sie merken selbst sehr schnell, wo Sie etwas nicht verstanden haben, Sie lernen aktiv mit der Fachsprache umzugehen und sich korrekt auszudrücken und zugleich bekomme ich Rückmeldungen, wo vielleicht Verständnisprobleme sind, die ich dann versuchen kann zu beheben. Schließlich werden Sie keine Einzelkämpfer sein. Wir bilden neun kleine Gruppen, in denen Sie gemeinsam die Ihnen zugewiesenen Aufgaben lösen. Die Gruppen, für die Sie sich zu Beginn der Veranstaltung im Google-Spreadsheet eingetragen haben, bleiben das ganze Semester über unverändert. Mein Ziel ist es, Sie auf diesem Wege näher zueinander zu bringen, Ihnen den regelmäßigen Austausch untereinander zu ermöglichen und vielleicht die Bildung von festen Lerngruppen, die auch über dieses Semester hinaus bestehen bleiben, zu katalysieren.

Jede Gruppe wird jede Woche ca. 20 Minuten lang ihre Aufgaben und die dazugehörigen Lösungen präsentieren - die Gruppen 1 bis 4 jeweils Mittwochs, die Gruppen 5 bis 9 montags (detaillierter Terminplan hier). Jede Person aus einer Gruppe sollte reihum Präsentationen übernehmen; Sie werden merken, wie Sie ihre Scheu, vor größerem Publikum zu sprechen, schnell verlieren werden. Damit ist die aktive Teilnahme ganz zwanglos gleich mit abgedeckt. Mein Vorschlag ist, dass Sie sich mit Ihrer Lerngruppe regelmäßig persönlich oder per Webex treffen und die Aufgaben und Lösungen gemeinsam erörtern, bevor Sie sie dann in der Lehrveranstaltung besprechen. Über das ganze Semester hinweg sollte die Regel bestehen: Niemand wird zurückgelassen. Es liegt in der Verantwortung jeder einzelnen Gruppe, alle Mitstreiter und Mitstreiterinnen zu integrieren. Wie Sie Ihre Gruppe intern organisieren, ist der Gruppe selbst überlassen.

Da Ihnen die Lösungshinweise zu den Aufgaben im Buch ja bereits zur Verfügung stehen, wird erwartet, dass Sie nicht einfach nur diese vorgegebene Lösung "herunterbeten". Stattdessen ist die inhaltliche Anforderung an Ihre Präsentationen, dass Sie herausschälen:

welche grundlegenden Konzepte benötigt man für die Lösung?
wo bestehen thematische Querverbindungen zu früher bereits Gelerntem, nicht nur in dieser Veranstaltung, sondern auch anknüpfend an OCI und OCII?
wie geht man am besten an die Aufgabe heran, wenn man die Lösung nicht kennt? Wie analysiert man die Aufgabe und wie kann man sie, falls nötig, zerlegen in kleinere, einfacher lösbare Teilschritte?

Es geht also vor allem darum, im Sinne eines "Enabling" die Herangehensweise an Ihre Aufgaben und damit auch die Herangehensweise an selbständiges wissenschaftliches Arbeiten an gänzlich neuen Fragestellungen zu reflektieren und in den Vordergrund zu stellen. Sehr gern sollen und dürfen Sie die anderen Teilnehmer mit einbeziehen. Wenn Ihnen eine schöne Diskussion gelingt, umso besser!

Anmeldung

Die Anmeldung wird über Campus-Management abgewickelt. Bitte sorgen Sie hier selbst für die Einhaltung der nötigen Formalien. Sollten Sie bereits einmal angemeldet gewesen sein und die Modulprüfung nicht bestanden haben, müssen Sie für das Wiederholungssemester Ihre Anmeldung in Campus Management dennoch bestätigen; die Anmeldung gilt nicht automatisch für das nächste Semester, da Sie sich auch entscheiden könnten, erst in einem späteren Semester wieder teilzunehmen. Die Gruppeneinteilung erfolgt über ein Google-Spreadsheet, das ich nach beendeter Einteilung umgehend wieder lösche.

Prüfungsmodalitäten

Teilnahmepflicht

Auch wenn die Teilnahme in der Prüfungsordnung als nicht verpflichtend gekennzeichnet ist, lebt das oben skizzierte Experiment natürlich von den Beiträgen aller. Daher würde ich mich über eine rege Teilnahme und aktive Mitarbeit sehr freuen und die Chance an einer Form der Lehre beteiligt zu sein, die die üblichen Pfade verlässt, ist hoffentlich Anreiz und Motivation für Sie. Da eine regelmäßige Präsentation reihum von allen Teilnehmenden für die Bescheinigung der aktiven Teilnahme die Grundlage ist, ist es sicherlich in Ordnung, wenn Sie hin und wieder einmal fehlen, aber natürlich kann ich keine aktive Teilnahme bescheinigen, wenn Sie nur ein oder zweimal einen kleinen Beitrag geleistet haben.

Modulprüfung

Nach den Regelungen der Studien- und Prüfungsordnung wird eine Klausur am Semesterende (180 Minuten) geschrieben. Diese Modulprüfung ist bestanden, wenn in der Klausur mindestens 50% der Punkte erreicht werden. Die Modulprüfung kann nach Rahmen-Studien- und Prüfungsordnung (RSPO) und den Prüfungsordnungen für die Bachelorstudiengänge Chemie, Biochemie und Lehramt Chemie maximal dreimal wiederholt werden. Für Abmeldungen von der Prüfung gilt die Regelung der RSPO.

Wer aus triftigem Grund, z.B. wegen Krankheit, entschuldigt nicht teilnimmt, schreibt die nächstmögliche Ersatzklausur mit, in der Regel also die Wiederholungsklausur im gleichen Semester. Ein Attest oder ein anderer geeigneter Nachweis des triftigen Grundes muss innerhalb von 3 Werktagen beim Dozenten vorliegen. Die elektronische Übermittlung reicht zur Wahrung der Frist. Für die Anerkennung des triftigen Grundes ist aber das Original erforderlich, das bitte zuerst beim Dozenten vorzuweisen und erst dann beim Prüfungsbüro abzugeben ist.

Wer wegen Nichtbestehens die Prüfung wiederholen muss, schreibt ebenfalls die Wiederholungsprüfung mit.

Sie können gemäß Prüfungsordnung die Wiederholungsklausur zur Notenverbesserung nutzen, vorausgesetzt, dass Sie an der ersten Prüfungsmöglichkeit teilgenommen haben. Das bedeutet, dass Sie keine Möglichkeit zur Notenverbesserung mehr haben, wenn Sie sich von der ersten Prüfung wieder abmelden oder wenn Sie bereits einmal angemeldet waren, aber die Modulprüfung nicht bestanden haben.

Zur Zeit sind noch keine Klausurtermine bekannt, auch nicht, ob eine Präsenzklausur möglich sein wird, was aber wahrscheinlich der Fall sein wird. Ich hoffe, dass wir zu einer "normalen" Klausur zurückkehren können und gebe Näheres hierzu bekannt, sobald ich dazu etwas Genaueres weiß.

Aktive Teilnahme

Zu einem erfolgreichen Modulabschluss gehört neben der Modulprüfung auch die aktive Teilnahme, die unbenotet bleibt, aber bestanden werden muss. Die aktive Teilnahme ergibt sich quasi automatisch aus Ihren Präsentationen der Ihnen zugewiesenen Aufgaben. Wenn Sie regelmäßig mitarbeiten, steht nichts zu befürchten.

Termine

Vorlesungs- und Übungstermine

Vorlesung:
Zeit: Mo 8-10 & Mi 10-12
Ort: Großer Hörsaal, Arnimallee 22
Beginn: Mo, 18.10.2021

Klausurtermine

Klausur
Zeit: Di, 01.03.2022, 9-12 Uhr.
Ort: Großer Hörsaal Arnimallee 22

Wiederholungsklausur
Zeit: Di, 29.03.2022, 9-12 Uhr
Ort: Großer Hörsaal Arnimallee 22

Vorlesungsinhalte

Die Vorlesung führt neben synthetisch wichtigen Reakitionen und ihren Mechanismen in Synthesekonzepte ein, darunter insbesondere die Konzepte der Retrosynthese und Reaktivitätsumpolung. Der Vorlesungsstoff ist mit folgenden Stichwörtern umrissen.

Kapitel 1 - Retrosynthese

Begriffsdefinitionen, Synthon-Konzept, grundlegende Regeln, einfache Beispiele von Retrosynthesen

Kapitel 2 - Radikalreaktionen

Stabilität und Struktur von Radikalen, Initiatoren, Radikalkettenreaktionen, Bodenstein-Prinzip der Quasistationarität, Halogenierungen, Wohl-Ziegler-Bromierung, Sulfochlorierung, Barton-Reaktion, Norrish-Young I & II, Barton-Decarboxylierung, Hunsdiecker-Reaktion, Sandmeyer-Reaktion, Barton-McCombie-Reaktion, Tributylzinnhydrid-Methode, intramolekulare Cyclisierungskaskaden

Kapitel 3 - Elimninierungen

Klassifikationen: alpha-, beta-, gamma-Eliminierung, Eliminierungsmechanismen: E1, E2, E1_cb, Konkurrenz zur nukleophilen Substitution, nicht-nukleophile Basen, syn-/anti-Eliminierungen, Pyrolysen: Ester-Pyrolyse, Tshugaev-Reaktion, Cope-Eliminierung, Selenoxid-Eliminierung, Regio- und Stereoselektivität von Eliminierungen und stereoelektronische Effekte, Wittig-Reaktion, Corey-Winter-Reaktion

Kapitel 4 - Elektrophile und nukleophile aromatische Substitution

Aromatizität, Molekülorbitale und MO-Schemata von aromatischen Verbindungen, elektrophile aromatische Substitutionen: Nitrierung, Halogenierung, Sulfonierung, Friedel-Crafts-Alkylierung und -Acylierung, Gattermann- und Gattermann-Koch- Reaktionen, Vilsmeyer-Reaktion, Halogenalkylierungen, Hydroxyalkylierungen, Fries-Umlagerung, elektrophile aromatische Zweitsubstitution, Aktivierung und dirigierende Effekte von vorhandenen Substituenten, nukleophile aromatische Substitutionen: ipso-Substitution, Arinmechanismus, Phenolverkochung als S_N1-artiger Mechanismus

Kapitel 5 - Reaktivitätsumpolung

Das Konzept der Reaktivitätsumpolung, Beispiele für Umpolungsreaktionen: Grignard, Corey-Seebach, Epoxidierung, Julia-Trick, Dihydroxylierungen, Regelmäßigkeiten bei der Synthese von 1,n-difunktionalisierten Verbindungen

Kapitel 6 - Carbonylchemie: Retrosynthesen von 1,n-dioxigenierten Verbindungen

Reaktionen für die Herstellung 1,n-substituierter Verbindungen, 1,2: Cyanhydrine, Benzoinkondensation, 1,3: Aldolreaktion, Aldolkondensation und Varianten über doppelt aktivierte Methylenverbindungen, Enamine und Silylenolether, Mukayama-Aldolreaktion, gekreuzte Aldolreaktionen, intramolekulare Aldol- und Claisen/Dieckmann-Kondensationen, Henry- Reaktion, 1,4: alpha-bromierte Carbonyle, Haloform-Reaktion, Hell-Vollhardt-Zelinskii-Reaktion, Favorskii-Umlagerung, Reformatsky-Reaktion, Darzens-Glycidestersynthese, Vinylogie-Prinzip, Corey-Seebach analoge Michael-Addition, Stetter-Reaktion, 1,5: Michael-Addition, Robinson-Annellierung, 1,6: Diels-Alder gefolgt von Ozonolyse

Kapitel 7 -Reaktionen über Elektronensextetts

Carbene, Nitrene, "Oxene", Bayer-Villiger-Oxidation, Beckmann-Umlagerung, Arndt-Eistert-Kettenverlängerung, Wolff-Umlagerung, Carbonsäureabbau nach Curtius, Lossen, Hofmann, Schmidt, Heterocumulene: Isocyanate, Carbodiimide, Ketene, Kohlendioxid, Kohlenstoffdisulfid

Kapitel 8 - Reaktionen über Ylide

Synthese von Yliden und ihren Vorläufern, Phosphor-, Schwefel-Ylide, Wittig-Reaktion, Horner-Wadsworth-Emmons-Reaktion Epoxide aus Carbonylen über S-Ylide

Kapitel 9 - Pericyclische Reaktionen

Klassifizierung: Cycloadditionen, elektrocyclische Reaktionen, sigmatrope Umlagerungen, cheletrope Reaktionen, Gruppentransferreaktionen, Woodward-Hoffman-Regeln, Herleitung aus Molekülorbitalbetrachtungen, Grenzorbitalmethode, sekundäre Effekte, exo/endo-Produktverhältnisse bei Diels-Alder-Reaktionen von Maleinsäureanhydrid mit Cyclopentadien, 1,3-dipolare Cycloadditionen: Ozonolyse, Click-Reaktion, Vitamin D, (Hetero)-Cope-Umlagerung

Literaturempfehlungen

Über das Buch zur Vorlesung hinaus sollten Sie die Themen in klassischen Lehrbüchern (Vollhardt, Bruice, Clayden) weiter vertiefen. Diese Bücher werden Ihnen bereits bekannt sein. Einige Empfehlungen zu speziellen Themen finden Sie hier.

Buch zur Vorlesung

S. Leisering, C. A. Schalley, Tutorium Reaktivität und Synthese - Mechanismen synthetisch wichtiger Reaktionen der Organischen Chemie, Springer Spektrum, Heidelberg 2017
Das Buch deckt den Inhalt der Vorlesung ab und enthält eine Vielzahl von Übungsaufgaben. Lösungshinweise zu den Aufgaben sind im Internet kostenlos erhältlich.

Reaktionsmechanismen

R. Brückner, Reaktionsmechanismen: Organische Reaktionen, Stereochemie, Moderne Synthesemethoden, Spektrum Verlag, München 2004
U. Lüning, Organische Reaktionen - Eine Einführung in Reaktionswege und Mechanismen, Spektrum Verlag, München 2010

Retrosynthese

T. Wirth, Syntheseplanung - aber wie?, Spektrum, Heidelberg 1998
S. Warren, Organische Retrosynthese, Teubner, Stuttgart 1997
E. J. Corey, X.-M. Cheng, The Logic of Organic Synthesis, Wiley, New York 1989
Der Klassiker zur strategischen Syntheseplanung, aber eher zu empfehlen für das Masterstudium; die Cracks dürfen trotzdem gern hineinschauen...

Stereochemie

B. Testa, Grundlagen der Organischen Stereochemie, VCH, Weinheim 1983
scheint vergriffen zu sein: Bibliothek?
Eliel, Organische Stereochemie, VCH, Weinheim 1998

Aromatizität

P. Garratt, P. Vollhardt, Aromatizität, Thieme, Stuttgart 1973
zwar schon etwas älter und vergriffen, trotzdem sehr empfehlenswert; steht in der Bibliothek, soweit ich weiss

Pericyclische Reaktionen

I. Fleming, Grenzorbitale und Reaktionen organischer Verbindungen, VCH Weinheim 1988
Für den Anfänger in Sachen pericyclische Reaktionen sehr empfehlenswert. Bietet auch noch einiges mehr, was man mit Grenzorbitalen machen kann. Ein Muss!
R.B. Woodward, R. Hoffmann, Die Erhaltung der Orbitalsymmetrie, VCH, Weinheim 1970
wer sich hier durchbeißt (Das Buch geht sehr in die Tiefe!), hat ein für alle Mal die pericyclischen Reaktionen verstanden

Umpolungsreaktionen

D. Seebach, Angew. Chem., 1979, 91, 259
Ein Übersichtsartikel zur Umpolung. Der Link führt zum Abstract. Wenn Sie an einem FU-Rechner arbeiten oder über VPN eingeloggt sind, können Sie durch einen Klick auf "pdf" den Artikel herunterladen. Für die, die noch nicht mit der Zitierweise vertraut sind: Der Zeitschriftentitel wird abgekürzt, Angew. Chem. meint die "Angewandte Chemie"; dahinter folgen die Jahreszahl (fett), die Bandnummer (kursiv) und die Seitenzahl

Zum Zähneausbeissen

J.A. Gewert et al., Problems! Ein Übungsbuch zur organischen Synthese, Wiley-VCH, Weinheim 1998
anspruchsvolle Syntheseaufgaben, zur Lösung in kleine Schritte zerteilt! Sicher auch zur Übung im Hauptstudium wertvoll
R. Brückner, Organisch Chemischer Denksport, Vieweg, Braunschweig 1989
ebenfalls anspruchsvolle Denkaufgaben, auch fürs Hauptstudium

Archiv früherer Schalley-OCII- und OCIII-Klausuren

Meine früheren Klausuren zur OCII-Vorlesung finden Sie ebenfalls hier. Die Lösungen sind in einer gesonderten Datei zusammengestellt, so dass Sie sich ohne gleich auf die Lösungen zu schauen, erst einmal wirklich eingehend selbst an der Lösung der Aufgaben versuchen können, bevor Sie die zur Verfügung gestellte Lösung nachsehen. Dabei lernen Sie mehr als Sie glauben!

Schalley Lab Homepage