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Tutorial MenueAromaten und HeterocyclenLerneinheit 9 von 10

Aromatische und gesättigte Heterocyclen

Dreiring-Heterocyclen

Den heterocyclischen Dreiringen ist, wie beim Cyclopropan, eine erhöhte Reaktivität im Vergleich zu den entsprechenden offenkettigen Verbindungen gemeinsam. Diese erhöhte Reaktivität beruht auf der hohen Ringspannung, die wiederum auf zwei Ursachen zurückzuführen ist.

  • Zum einen liegt im Dreiring eine starke Winkelspannung mit einem Bindungswinkel von 60° im Vergleich zum Tetraederwinkel von 109,5° vor. Diese Betrachtungsweise ist allerdings grob vereinfacht. Die Winkel zwischen den Atomen sind beim Cyclopropan natürlich 60°, aber die Orbitale der Bindungspartner müssen sich nicht im 180° Winkel zueinander überlappen. Der Winkel der bindenden Orbitale eines Kohlenstoffatoms beträgt statt der 60° etwa 104° (Bananenbindung).
Abb.1
Winkelspannung im Dreiring
  • Zum anderen stehen durch das starre Gerüst die Wasserstoffatome oder andere Substituenten zwangsweise verdeckt zueinander. Die Substituenten können nicht, wie zum Beispiel beim Ethan, einander durch die Rotation um eine Einfachbindung ausweichen. Die daraus resultierende Torsions-Spannung ist ebenfalls im Gerüst gespeichert und destabilisiert es so zusätzlich zur Winkelspannung. Die Höhe der Torsionspannung hängt von der Stärke und der Anzahl der Substituenten ab. Beim Cyclopropan stoßen sich zum Beispiel sechs und beim Cyclooxopropan nur vier Wasserstoffe gegenseitig ab.
Tab.1
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Abb.2
Cyclopropan
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Abb.3
Oxocyclopropan
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Abb.4
Azacyclopropan
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Abb.5
Thiocyclopropan
Substituenten-Abstoßung Substituenten-Abstoßung Substituenten-Abstoßung Substituenten-Abstoßung

Die hohe Gerüstspannung der Dreiringe wird bei einer Ringöffnung aufgehoben und so erklärt sich die erhöhte Reaktivität. Bei den Heterocyclen ist durch die Anwesenheit des Heteroatoms zudem noch eine gute Abgangsgruppe vorhanden und so sind diese für nucleophile Ringöffnungen besonders leicht zugänglich.

Abb.6
Nucleophile Ringöffnung

Die bekannteste Gruppe der Dreiring-Heterocyclen sind die Oxacyclopropane, sie werden auch als Oxirane oder Epoxide bezeichnet. Sie sind durch die Oxidation von Alkenen mit Persäuren zugänglich.

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