Chemie der Heterocyclen: Theoretische Grundlagen · Darstellungsmethoden · Reaktionen

1. Einführung.- 1. Zur Benutzung dieses Buches durch Studenten.- 2. Grundlagen der Elektronentheorie der organischen Chemie.- 3. Beziehungen zwischen heterocyclischen und carbocyclischen aromatischen Verbindungen.- 4. Gliederung des Buches.- 5. Konventionen.- 6. Nomenklatur.- 7. Die Literatur der heterocyclischen Chemie.- 2. Sechsgliedrige Ringe mit einem Heteroatom.- I. Nomenklatur und wichtige Verbindungen.- 1. Monocyelisehe, Stickstoff enthaltende Verbindungen.- a) Nomenklatur.- b) Vorkommen.- c) Verwendung.- 2. Benzopyridine.- 3. Monocyclische, Sauerstoff und Schwefel enthaltende Verbindungen.- a) Nomenklatur.- b) Vorkommen.- 4. Monobenzopyrone und –pyryliumsalze.- a) Nomenklatur.- b) Vorkommen.- 5. Dibenzopyrone und –pyryliumsalze.- II. Ringsynthesen.- A. Allgemeiner Überblick.- B. Darstellung monocyclischer Verbindungen (Pyridine, Pyridone, Pyryliumsalze usw.).- 1. Aus Pentan-1,5-dionen.- a) Allgemeines.- b) Die Hantzsche Pyridin-Synthese.- 2. Aus Pent-2-en-1,5-dionen.- 3. Aus Pentan-1,3,5-trionen.- 4. Aus anderen 1,5-disubstituierten Pentanen.- 5. Methoden mit C— C-Bindungsbildung.- C. Darstellung von 2,3-Benzoderivaten (Chinolinen, Chinolonen, Chromanen usw.).- 1. Ringschluß o-substituierter Aniline oder Phenole.- a) o-Substituierte Cinnamoyl-Derivate.- b) Andere o-substi-tuierte Benzole.- 2. Bildung einer C— C-Bindung durch Reaktion einer Carbonyl-Gruppe oder Äthylen-Doppelbindung mit einem Benzolring.- a) Chinolone und Benzopyrone.- b) Chinoline.- c) Dibenzoderivate.- D. Darstellung von 3,4-Benzoderivaten (Isochinolinen usw.).- a) Ringschluß disubstituierter Benzole.- b) Ausgehend von einem ?-Phenäthylamin.- c) Ausgehend von einem Benzylamin.- III. Reaktionen der aromatischen Kerne.- A. Allgemeiner Überblick über die Reaktivität.- 1. Pyridine.- a) Reaktionen elektrophiler Reagentien am Ring-Stickstoffatom.- b) Reaktionen elektrophiler Reagentien an einem Ring-Kohlenstoffatom.- c) Reaktionen nucleophiler Reagentien an Ring-Kohlenstoffatomen.- d) Angriff freier Radikale an einem Ring-Kohlenstoffatom.- 2. Pyridinium-, Pyrylium- und Thiopyrylium-Kationen.- a) Reaktion mit elektrophilen Reagentien.- b) Reaktionen mit nucleophilen Reagentien an einem Ring-Kohlenstoffatom.- c) Reaktionen nucleophiler Reagentien an einem Wasserstoff-Atom.- d) Reaktionen nucleophiler Reagentien an einem Ring-Schwefel-Atom.- 3. Pyridone, Pyrone und Thiopyrone.- a) Elektrophile Reagentien: Angriff an einem Ring-Kohlenstoffatom.- b) Elektrophile Reagentien: Angriff an einem Carbonyl-Sauerstoffatom.- c) Nucleophile Reagentien: Protonenabspaltung vom Ring-Stickstoffatom.- d) Nucleophile Reagentien: Angriff an einem Ring-Kohlenstoffatom.- e) Radikalreaktionen.- f) ?-Pyrone.- 4. N-Oxyde.- a) Elektrophile Reagentien.- b) Stark nucleophile Reagentien.- c) Schwächer nucleophile Reagentien.- 5. Substituenteneffekte.- a) Elektrophiler Angriff am Ring-Stickstoff.- b) Elektrophiler Angriff an einem Ring-Kohlenstoffatom.- c) Nucleophiler Angriff an einem Ring-Kohlenstoffatom.- d) Angriff durch freie Radikale.- B. Elektrophiler Angriff am Pyridin-Stickstoffatom.- 1. Protonensäuren.- a) Salzbildung.- b) Substituenteneffekte.- 2. Metall-Ionen.- a) Einfache Komplexe.- b) Chelatkomplexe.- 3. Reaktive Halogenide und verwandte Verbindungen.- a) Alkylhalogenide.- b) Arylhalogenide.- c) Säurechloride.- 4. Halogene.- 5. Peroxysäuren.- 6. Andere Lewis-Säuren.- C. Elektrophiler Angriff an den Ring-Kohlenstoffatomen.- 1. Nitrierung.- a) Pyridine.- b) Pyridone.- c) Pyridin-1-oxyde.- 2. Sulfonierung.- 3. Halogenierung.- 4. Nitrosierung, Diazo-Kupplung und Reaktion mit Aldehyden.- 5. Oxydation.- 6. Säurekatalysierter Wasserstoff-Austausch.- D. Nucleophiler Angriff an den Ring-Kohlenstoffatomen.- 1. Hydroxyd-Ion.- a) Pyridin.- b) Alkylpyridinium-Ionen.- c) Andere Pyridinium-Ionen.- d) Pyryliumsalze.- e) Pyrone.- 2. Amine und Amid-Ionen.- a) Pyridine.- b) Pyridinium-Ionen.- c) Pyrylium-Ionen.- 3. Sulfid-Ionen.- 4. Chlorid-Ionen.- 5. Carbanionen.- a) Metallorganische Verbindungen.- b) Aktivierte Methyl- und Methylen-Carbanionen.- c) Cyanid-Ionen.- 6. Chemische Reduktion.- E. Angriff freier Radikale an den Ring-Kohlenstoffatomen.- 1. Halogen-Atome.- 2. Aryl-Radikale.- 3. Dimerisationen.- F. Verschiedene Reaktionen.- 1. Protonenabspaltung vom Ring-Stickstoffatom.- 2. Katalytische Hydrierung.- 3. Andere Reaktionen.- IV. Die Reaktionen von Substituenten an aromatischen Ringen.- A. Substituenten am Kohlenstoff.- 1. Allgemeiner Überblick.- a) Umgebung des Substituenten.- b) Die Carbonyl-Analogie.- c) Der Einfluß eines Substituenten auf die Reaktivität weiterer Substituenten.- d) Reaktionen von Substituenten, die nicht direkt am heterocyclischen Ring sitzen.- 2. Benzolringe.- a) Ankondensierte Benzolringe..- b) Aryl-Gruppen.- 3. Alkyl-Gruppen.- a) Alkylgruppen, die an heteroaromatische Systeme gebunden sind.- b) ?- und ?-Alkylpyridine.- c) Alkylpyridin-1-oxyde und Alkylpyridone.- d) Alkylpyridinium- und -pyrylium-Verbindungen.- e) Tautomerie von Alkylpyridinen.- 4. Andere Kohlenstoff enthaltende funktionelle Gruppen.- a) Carbonsäuren.- b) Aldehyde und Ketone.- c) Vinyl- und Äthinyl-Gruppen.- 5. Halogenatome.- 6. Sauerstoff enthaltende funktionelle Gruppen.- a) Alkoxyl-Gruppen.- b) Acyloxy-Gruppen.- c) Hydroxyl-Gruppen.- d) Pyridone, Pyrone und Thiopyrone.- 7. Stickstoff enthaltende funktionelle Gruppen.- a) Amino-Imino-Tautomerie.- b) ?- und ?-Amino-Gruppen..- c) ?-Amino-Gruppen.- d) Andere Amino-Gruppen.- e) Nitro-Gruppen.- 8. Schwefel enthaltende funktionelle Gruppen.- a) Mercapto-Thion-Tautomerie.- b) Thione.- c) Sulfonsäure-Gruppen.- B. Substituenten am Ring-Stickstoffatom.- 1. Umlagerungsreaktionen.- 2. Abspaltung von N-Substituenten.- 3. Protonenabspaltung von N-Substituenten.- 4. Reaktionen von N-Substituenten mit elektrophilen Reagentien.- C. Übersicht über Synthesemöglichkeiten substituierter Pyridine.- a) 2-Stellung.- b) 4-Stellung.- c) 3-Stellung.- V. Reaktionen nichtaromatischer Verbindungen.- A. Dihydro-Verbindungen.- a) Tautomeric.- b) Aromatisierung.- c) Andere Reaktionen.- B. Tetra- und Hexahydro-Verbindungen.- a) Aromatisierung.- b) Ringspaltung.- c) Andere Reaktionen.- d) Stereochemie.- 3. Sechsgliedrige Ringe mit zwei oder mehr Heteroatomen.- I. Nomenklatur und wichtige Verbindungen.- 1.Diazine.- a) Monocyclische Verbindungen.- b) Benzodiazine.- c) Andere kondensierte Diazine.- 2. Andere Verbindungen.- a) Triazine und Tetrazine.- b) Oxazine und Thiazine.- II. Ringsynthesen.- A. Heteroatome in 1,2-Stellung.- 1. Allgemeiner Überbück.- 2. Methoden, ausgehend von Hydrazin oder Hydroxylamin.- 3. Andere Methoden.- B. Heteroatome in 1,3-Stellung.- 1. Allgemeiner Überblick.- 2. Typ C-C-C+Z-C-Z.- 3. Typ C-C-C-Z+C-Z.- 4. Typ Z-C-C-C-Z+C.- C. Heteroatome in 1,4-Stellung.- 1. Allgemeiner Überblick.- 2. Typ Z-C-C-Z+C-C.- 3. Typ C-C-Z+C-C-Z.- 4. Typ C-C-Z-C-C+Z.- D. Verbindungen mit drei oder vier Heteroatomen.- III. Reaktionen der aromatischen Ringe.- 1. Allgemeiner Überblick.- 2. Elektrophiler Angriff an den Ring-Stickstoffatomen.- 3. Elektrophiler Angriff an den Ring-Kohlenstoffatomen.- 4. Nucleophiler Angriff an den Ring-Kohlenstoffatomen.- IV. Reaktionen von Substituenten an aromatischen Ringen.- 1. Allgemeiner Überblick.- 2. Kohlenstoff enthaltende Substituenten.- a) Ankondensierte Benzolringe.- b) Arylgruppen.- c) Alkylgruppen.- d) Carbonsäuren, Aldehyde und Ketone.- 3. Halogenatome.- 4. Sauerstoff enthaltende funktionelle Gruppen.- a) Tautomeric.- b)Diazinone.- c) Alkoxyl-Gruppen.- 5. Stickstoff und Schwefel enthaltende funktionelle Gruppen.- a) Amino-Gruppen.- b) Nitro- und Nitroso-Gruppen.- c) Schwefel enthaltende Gruppen.- V. Reaktionen nichtaromatischer Verbindungen.- 1. Reaktionen, die unter „Typ-Erhaltung“ verlaufen.- 2. Aromatisierung.- 3. Andere Reaktionen.- 4. Fünfgliedrige Ringe mit einem Heteroatom.- I. Nomenklatur und wichtige Verbindungen.- 1. Aromatische monocyclische Verbindungen.- a) Nomenklatur.- b) Thiophene.- c) Furane.- d) Pyrrole.- 2. Nichtaromatische monocyclische Verbindungen.- a) Nomenklatur.- b) Reduzierte Furane.- c) Reduzierte Pyrrole.- d) Reduzierte Thiophene.- 3. 2,3-Benzoderivate.- a) Nomenklatur.- b) Indole.- 4. Andere Verbindungen.- a) 3,4-Benzoderivate.- b) Dibenzoderivate.- c) Andere kondensierte Ringverbindungen.- II. Ringsynthesen.- 1. Allgemeiner Überblick.- 2. Bildung von C-Z-Bindungen.- a) Gesättigte Verbindungen.- b) Ringe mit einer Äthylen-Doppelbindung.- c) Aromatische Verbindungen.- 3. Bildung der C3-C4-Bindung.- a) Die Knorrsche Pyrrol-Synthese.- b) Die Fischersche Indol-Synthese.- c) Cyclisierung von ?-Halogenketonen unter Bildung von Pyrrolen, Furanen und Indolen.- d) Andere Cycli-sierungen an einem Benzolring.- III. Reaktionen der aromatischen Kerne.- A. Allgemeiner Überblick über die Reaktivität.- a) Vergleich mit der aliphatischen Reihe.- b) Aromatischer Charakter.- B. Reaktionen mit elektrophilen Reagentien.- 1. Leichtigkeit der Reaktion.- 2. Orientierung.- 3. Nitrierung.- 4. Sulfonierung.- 5. Halogenierung.- 6. Acylierung.- 7. Reaktionen mit Aldehyden und Ketonen.- a) Bildung von Carbinolen oder Carbonium-Ionen.- b) Weiterreaktion der Carbonium-Ionen.- c) Chlormethylierung.- d) Mannich-Reaktion.- 8. Diazo-Kupplung, Nitrosierung und Mercurierung.- 9. Reaktionen mit Säuren.- a) Kationische Funktion.- b) Ringöffnung.- c) Polymerisation.- d) Picrate.- 10. Oxydation.- a) Pyrrole und Furane.- b) Indole.- c) Thiophene.- C. Andere Reaktionen der aromatischen Kerne.- 1. Reaktionen unter Deprotonierung von Pyrrolen.- a) Pyrrole als Säuren.- b) Pyrrol-Grignard-Reagentien.- c) Andere Pyrrol-Anion-Zwischenstufen.- 2. Katalytische und chemische Reduktion.- 3. Andere Reaktionen mit nucleophilen Reagentien.- 4. Radikalische Reaktionen.- 5. Diels-Alder-Reaktionen.- IV. Reaktionen von Substituenten an aromatischen Kernen.- 1. Allgemeiner Überblick über die Reaktivität.- 2. Ankondensierte Benzolringe.- 3. Alkyl- und substituierte Alkylgruppen.- a) Alkylgruppen.- b) Substituierte Alkylgruppen: Allgemeines.- c) Halogenmethyl-Gruppen.- d) Hydroxy-methyl-Gruppen.- e) Aminomethyl-Gruppen.- 4. Carbonsäuren.- 5. Formyl- und Acylgruppen.- 6. Halogen.- 7. Nitro-, Sulfonsäure- und Mercuri-Gruppen.- 8. N-Substituenten an Pyrrolen.- V. Reaktionen von Hydroxyl-, Amino- und verwandten Verbindungen.- 1. Überblick über die Reaktivität.- a) Allgemeines.- b) Tautomeric monocyclischer Verbindungen.- c) Tautomeric von Benzoderivaten.- d) Gegenseitige Umwandlung und Reaktivität tautomerer Formen.- 2. Reaktionen mit elektrophüen Reagentien.- a) Hydroxyverbindungen.- b) Anionen.- 3. Reaktionen von Carbonyl-Verbindungen mit nucleophilen Reagentien.- a) Carbonyl-Gruppen in Nachbarschaft zum Heteroatom.- b) Carbonyl-Gruppen nicht in Nachbarschaft zum Heteroatom.- 4. Reduktion von Carbonyl- und Hydroxyl-Verbindungen.- 5. Reaktionen an anderen Ringpositionen.- 6. Amino- und Iminoverbindungen.- VI. Reaktionen anderer nichtaromatischer Verbindungen.- 1. Pyrrolenine und Indolenine.- 2. Thiophensulfone.- 3. Dihydro-Verbindungen.- 4. Tetrahydro-Verbindungen.- 5. Fünfgliedrige Ringe mit zwei oder mehr Heteroatomen.- I. Nomenklatur und wichtige Verbindungen.- 1. Monocyclische Verbindungen, die nur Ring-Stickstoffatome enthalten.- 2. Monocyclische Verbindungen, die Stickstoff- und Sauerstoff- oder Schwefelatome im Ring enthalten.- 3. Polycyclische Derivate.- II. Ringsynthesen.- A. Heteroatome in 1,2-Stellung.- 1. Monocyclische Verbindungen.- 2. Benzoderivate.- B. Heteroatome in 1,3-Stellung.- 1. Oxazole, Thiazole und Imidazole.- 2. Andere monocyclische Derivate.- 3. Benzoderivate.- C. Verbindungen mit drei oder mehr Heteroatomen.- 1. Heteroatome in 1,2,3-Stellung.- 2. Heteroatome in 1,2,4-Stellung.- 3. Vier oder fünf Heteroatome.- III. Reaktionen der aromatischen Ringe.- A. Allgemeiner Überblick.- 1. Vergleich mit anderen Heterocyclen.- 2. Tautomeric.- B. Elektrophiler Angriff an einem mehrfach gebundenen Ring-Stickstoffatom.- 1. Reaktionsfolgen.- 2. Protonensäuren.- 3. Alkyl- und Acylhalogenide und verwandte Verbindungen.- C. Elektrophiler Angriff an einem Ring-Kohlenstoffatom.- 1. Reaktivität und Orientierung.- a) Leichtigkeit der Reaktion.- b) Orientierung.- c) Substituenteneffekte.- 2. Nitrierung, Sulfonierung und Halogenierung.- 3. Andere elektrophile Reagentien.- D. Nucleophiler Angriff an den Ring-Kohlenstoffatomen.- a) Allgemeines.- b) Hydroxyd- und Alkoxyd-Ionen.- c) Amine.- d) Reduktionsmittel.- e) Deprotonierung.- E. Andere Reaktionen der aromatischen Kerne.- a) Nucleophiler Angriff an Ring-NH-Gruppen.- b) Stickstoff-Abspaltung.- IV. Reaktionen von Substituenten an aromatischen Kernen.- 1. Allgemeiner Überblick.- a) Heteroatome in 1,3-Stellung.- b) Heteroatome in 1,2-Stellung.- 2. Kohlenstoff enthaltende Substituenten.- a) Ankondensierte Benzolringe.- b) Aryl-Gruppen.- c) Alkyl-Gruppen.- d) Acyl-Gruppen.- 3. Halogene.- 4. Potentielle Hydroxyverbindungen.- a) 2-Hydroxy, Heteroatome-1,3.- b) 3-Hydroxy, Hetero-atome-1,2.- c) 4- und 5-Hydroxy, Heteroatome-1,3 und 4-Hydroxy, Heteroatome-1,2.- d) 5-Hydroxy, Heteroatome-1,2.- 5. Amino-Gruppen.- V. Reaktionen nichtaromatischer Verbindungen.- a) Dihydro-Verbindungen.- b) Tetrahydro-Verbindungen.- c) Nichtaromatische Derivate von Azolinonen.- 6. Heterocyclische Verbindungen mit drei- und viergliedrigen Ringen.- I. Dreigliedrige Ringe.- A. Dreigliedrige Ringe mit einem Heteroatom.- 1. Nomenklatur und Verbindungen.- 2. Darstellung.- 3. Reaktionen.- B. Dreigliedrige Ringe mit zwei Heteroatomen.- II. Viergliedrige Ringe.- A. Viergliedrige Ringe mit einem Heteroatom.- 1. Nomenklatur und Verbindungen.- 2. Darstellung.- 3. Reaktionen.- a) Gesättigte Ringe.- b) Carbonyl-Derivate.- B. Viergliedrige Ringe mit zwei Heteroatomen.- 7. Physikalische Eigenschaften.- 1. Schmelz- und Siedepunkte.- a) Unsubstituierte Verbindungen.- b) Einfluß von Substi-tuenten.- 2. Brechungsindex, Dichte und Viskosität.- 3. Dipolmomente.- 4. p Ka-Werte.- 5. Ultraviolettspektren.- 6. Infrarotspektren.- 7. Kernmagnetische Resonanzspektren.- 8. Massenspektren.