Die Zielsetzung dieses Lehrbuchs

Dieses Lehrbuch ist als Einführung in die organische Chemie konzipiert, wobei davon ausgegangen wird, dass auf Vorlesungen in allgemeiner Chemie aufgebaut werden kann. Sowohl die äußere Form als auch der Inhalt beruhen auf unseren Erfahrungen aus den Hörsälen und auf unseren Ansichten zur zeitgemäßen und zukunftsweisenden Ausgestaltung einer kurzen Einführung in die organische Chemie.

Eine Basisvorlesung in organischer Chemie verfolgt mehrere Ziele: Zunächst einmal werden zwar die meisten Studierenden, die diese Vorlesung hören, einen Beruf im Bereich der Naturwissenschaften ergreifen, nur einige wenige aber werden sich am Ende ihrer Ausbildung als vollausgebildete Chemikerinnen oder Chemiker wiederfinden. Sie werden sich vielmehr auf eine berufliche Tätigkeit vorbereiten, für die Grundlagenkenntnisse in organischer Chemie eine notwendige Basis sind. Man kann sich daher darauf beschränken, Struktur, Eigenschaften und Reaktionen vergleichsweise einfacher Verbindungen zu besprechen. Auf diesem Wissen können die Studierenden dann gegebenenfalls in weiteren Vorlesungen und im Laufe ihrer beruflichen Tätigkeit aufbauen.

Zum zweiten muss in einer Grundlagenvorlesung ein Gefühl für den riesigen Umfang und die vielfältigen Inhalte der organischen Chemie sowie für deren immensen Einfluss auf unser Lebens- und Arbeitsumfeld vermittelt werden. Um dies zu erreichen, werden ausgewählte Beispiele zu pharmazeutischen Wirkstoffen, Seifen und Detergenzien, natürlichen und künstlichen Textilfasern, zur Erdölraffination, zu Erdölprodukten, Pestiziden, künstlichen Duft- und Aromastoffen, zur chemischen Ökologie usw. an geeigneter Stelle im Lehrbuch besprochen.

Zum dritten muss eine Einführungsvorlesung Studierende davon überzeugen, dass die organische Chemie mehr ist als eine bloße Aufzählung von Verbindungsnamen und Reaktionen. Es gibt übergeordnete Konzepte und Prinzipien, die nicht nur das Verständnis dieser Disziplin erleichtern, sondern die auch den raschen Einstieg in neue Bereiche der Chemie ermöglichen. So ist der Zusammenhang zwischen Molekülstruktur und chemischer Reaktivität ein roter Faden, der sich durch die gesamte organische Chemie zieht. Elektronenkonfiguration, Lewis-Formeln, Atomorbitale und deren Hybridisierung sowie die Resonanztheorie werden in Kap. 1 vorgestellt. In Kap. 2 wird der Zusammenhang zwischen Molekülstruktur und einer wichtigen chemischen Eigenschaft, der Acidität bzw. Basizität, behandelt. Unterschiede in den Aciditäten und Basizitäten organisch-chemischer Verbindungen lassen sich mit den Konzepten der Elektronegativität, des induktiven Effekts und der Mesomerie verstehen. Auf diese Konzepte wird in diesem Lehrbuch immer wieder zurückgegriffen, wenn Molekülstrukturen und chemische Reaktivitäten diskutiert werden. Stereochemie ist ein weiteres übergeordnetes Thema, das in diesem Lehrbuch immer wieder relevant wird. Dieses Konzept und die Bedeutung der räumlichen Anordnung der Atome in Verbindungen kommen erstmalig in Kap. 3 zur Sprache, wenn es um die Konformationen von Alkanen und Cycloalkanen geht, und sind auch in der cis/trans-Isomerie von Cycloalkanen (Kap. 3) und Alkenen (Kap. 4) von Bedeutung. Molekülsymmetrie und Chiralität, Enantiomere und absolute Konfiguration sowie die Bedeutung der Chiralität in der biologischen Welt werden in Kap. 6 besprochen. Das mechanistische Verständnis der Reaktionen organischer Verbindungen ist das dritte große Thema. Reaktionsmechanismen werden erstmalig in Kap. 5 diskutiert. Ihr Verständnis erlaubt ein einfacheres Memorieren von Reaktionsabläufen und gibt einem das befriedigende Gefühl, das sich einstellt, wenn man die Logik der molekularen Abläufe hinter den organisch-chemischen Reaktionen verstanden hat. In diesem Kapitel werden fünf grundlegende Reaktionsmuster vorgestellt, aus denen die meisten Reaktionsmechanismen bestehen.

Die Zielgruppe dieses Lehrbuchs

Dieses Lehrbuch ist als Einführung in die organische Chemie für alle Studierenden gedacht, deren Berufsziel im naturwissenschaftlichen Bereich liegt und die dafür die Grundlagen in organischer Chemie benötigen. Aus diesem Grund haben wir uns besonders bemüht, stets auch die Beziehungen zwischen der organischen Chemie und anderen Naturwissenschaften, insbesondere der Biologie und den Gesundheitswissenschaften, hervorzuheben. Wir hoffen, dass Studierende, die mit diesem Buch arbeiten, die organische Chemie als ein notwendiges Rüstzeug für viele dieser Disziplinen verstehen werden und dabei erkennen, dass die organische Chemie - sowohl die synthetische Chemie im Labor als auch die Naturstoffchemie - überall um sie herum relevant ist - in Medikamenten, in allen Arten von Kunststoffen, in den Fasern ihrer Kleidung, in Agrochemikalien, in Oberflächenbeschichtungen, in Körperpflegemitteln und Kosmetikartikeln, in Nahrungsmittelzusätzen und in Klebstoffen. Diese Studierenden werden zudem hoffentlich erkennen, dass die organische Chemie ein dynamisches und sich ständig vergrößerndes naturwissenschaftliches Fach ist, das alle bereitwillig willkommen heißt, die durch eine gute Ausbildung, aber auch durch eine neugierige Grundhaltung darauf vorbereitet sind, die richtigen Fragen zu stellen und diese Wissenschaft zu erkunden.

Die Besonderheiten dieses Lehrbuchs

• Ein kurzer Einführungssatz zu jedem Kapitel soll zusammen mit einer Abbildung und dem Molekülmodell einer typischen Verbindung das Interesse für das Kapitel wecken.
• Alle in diesem Lehrbuch besprochenen Mechanismen sind in Kästen graphisch hervorgehoben. Hier sind die Mechanismen schrittweise und detailliert aufgeführt, wobei die immer wiederkehren Reaktionsmuster besonders betont werden, so dass mit Hilfe der diskutierten Mechanismen ein Verständnis einer großen Zahl organisch chemischer Reaktionen ermöglicht wird. Durch diese Vorgehensweise erkennen die Studierenden, dass viele Schritte in organischen Reaktionen immer wieder vorkommen, was sowohl das Verständnis als auch das Memorieren der Reaktionen erleichtert.
• Schlüsselbegriffe und Kernaussagen jedes Kapitels sind einer Zusammenfassung zusammengestellt.
• "Gewusst-wie-Rubriken": Schritt-für-Schritt-Anleitungen für bestimmte Vorgehensweisen und für die Lösung bestimmter Fragestellungen, die von Studierenden häufig als schwierig empfunden werden.
• "Exkurse" beschreiben die organisch-chemischen Aspekte abgeschlossener Themengebiete aus der realen Welt, insbesondere zu biochemischen, medizinischen und biologischen Fragestellungen. Die in diesen Rubriken behandelten Themen stellen Anwendungen aus der uns umgebenden Welt dar und heben die Bedeutung der organischen Chemie in der weiteren beruflichen Karriere der Studierenden hervor.
• Beschreibung der Vorgehensweise zu jedem Beispiel: Es ist oft nicht ganz einfach herauszufinden, wie man eine Aufgabe angeht. Deshalb wird im Lehrbuch zu jeder Beispielaufgabe eine Vorgehensweise zur Beantwortung der Frage beschrieben. Diese Strategie kann dann auch zur Bearbeitung der anderen Aufgaben genutzt werden.
• Ein Quiz mit einigen kurzen Fragen, die mit richtig oder falsch beantwortet werden können, findet sich am Ende jedes Kapitels. Studierende können hiermit schnell überprüfen, ob sie die notwendigen Kenntnisse erworben und die grundlegende Thematik verstanden haben. Direkt im Anschluss an das jeweilige Quiz sind die Antworten (richtig, R, oder falsch, F) angegeben, sodass die Studierenden sofort eine Rückmeldung zu ihrem Lernerfolg erhalten. Falls erforderlich, können sie den jeweiligen, in Klammern angegebenen Abschnitt im entsprechenden Kapitel noch einmal durchsehen.
• Größeres Augenmerk auf visuelles Lernen: Aus Untersuchungen in den Kognitionswissenschaften weiß man, dass übersichtliche Darstellungen und Visualisierungen den Lernprozess deutlich erleichtern können. Wir haben den Graphiken und Tabellen des Lehrbuchs über 100 erklärende Texte in Sprechblasen hinzugefügt, um besonders wichtige Aussagen nochmals hervorzuheben. Dadurch sind die wichtigsten Informationen an einer Stelle zu erfassen. Wenn Studierende später versuchen, sich ein Konzept in Erinnerung zu rufen oder eine Aufgabe zu lösen, werden sie möglicherweise versuchen, sich die zugehörige Abbildung aus dem Lehrbuch in Erinnerung zu rufen. Es wird sie dann freuen zu bemerken, dass die bildlichen Hinweise, die in den Sprechblasen gegeben wurden, dabei geholfen haben, sich den Inhalt und den Kontext der Abbildungen besser zu merken.

Aufbau des Lehrbuchs

In den Kap. 1 - 10 wird zunächst ein genauer Blick auf organische Verbindungen geworfen, wobei ein grundlegendes Verständnis der kovalenten Bindung, der Gestalt der Verbindungen und der Säure-Base-Chemie vermittelt wird. Anschließend werden die Strukturen und die Reaktionen der wichtigsten Verbindungsklassen diskutiert:der Alkane, Alkene und Alkine, der Halogenalkane, der Alkohole, Ether und Thiole, der aromatischen Verbindungen und der Amine.

In Kap. 11 werden die IR-Spektroskopie sowie die 1H- und 13C-NMR-Spektroskopie besprochen. Die Diskussion der Spektroskopie erfordert nicht mehr Hintergrundwissen, als...