Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 11.07.19


Wittig und sein Werk

 - über den 100. Geburtstag hinaus von Bedeutung -

Vortag von Thomas Ströhlein und Felicitas Dankwärt im Rahmen der "Übungen im Vortragen und Demonstrationen - Organische Chemie" SS 2004, SS 2018


Gliederung

Einstieg 1: Vitamine und Vitaminpräparate sind heute alltäglich und sogar im Supermarkt erhältlich. Keiner macht sich darüber Gedanken wie man zu den Vitaminen gekommen ist und wie man sie synthetisieren konnte. Wittig hatte einen großen Anteil daran, dass die Vitaminsynthese heutzutage relativ einfach ist.
Dem Auditorium werden zur Demonstration einige im Supermarkt gekaufte Vitaminpräparate zur Ansicht gegeben.

Einstieg 2: Jeder von uns hat schon einmal gehört, dass Karotten gut für die Augen seien. Dies liegt an dem darin enthaltenen Vitamin A. Um den Bedarf an Vitamin A zu decken müsste man pro Tag 118 g Karotten essen. Für die gesamte deutsche Bevölkerung benötigte man täglich ca. 9.6 Mio. und jährlich 3.5 Mrd. Kilogramm Karotten. Da diese Menge unmöglich zu erwirtschaften ist – auch nicht durch internationale Landwirtschaft – hat man sich Gedanken über eine chemische Synthese gemacht. Die dafür benötigte Reaktion trägt den Namen ihres Entdeckers: Wittig

Lebenslauf

1897 geboren in Berlin
1916 Beginn des Chemiestudiums in Tübingen
1916-1919
Kriegsteilnahme und Gefangenschaft
1919-1923 Chemiestudium in Marburg
1923-1926 Habilitation in Marburg
1926-1932 Privatdozent in Marburg
1932-1937 Professor in Braunschweig
1935 Entdeckung des Dehydrobenzols
1937-1944 Professor in Freiburg
1942 Entdeckung der Wittig-Ether-Umlagerung
1944-1956 Professor in Tübingen
1949 Entdeckung der Wittig-Reaktion
1956-1967 Professor in Heidelberg
1957 Ehrendoktor der Sorbonne
1967 Emeritierung
1967 Otto-Hahn Preis
1979 Nobelpreis für Chemie
1987 gestorben in Heidelberg

1 Arbeitsgebiete

Wittig hatte folgende Hauptarbeitsgebiete:
 
  • Theoretische und präparative Metallorganische Chemie
  • Freie Radikale
 
  • Heterocyclen
z.B.
  • Dehydrobenzol
     
  • Carbanionen
  • Phenyllithium
  • Ylide
 

2 Wittig-Reaktion

Wittig war von seiner Arbeitsweise her schon immer ein Querdenker. So wollte er gewisse Dogmen widerlegen. Als Beispiel hierfür soll nun der Stickstoff dienen. Er hatte es sich zum Ziel gesetzt 5-bindige Stickstoffverbindungen zu generieren. Bei einem Blick ins Periodensystem der Elemente fällt einem sicher auf, dass der Stickstoff in der 2. Periode steht. Hier gilt die Oktettregel streng und folglich sollte es Wittig auch nicht gelingen 5-bindige Stickstoffverbindungen zu entdecken. Er erhielt stattdessen eine Stickstoffverbindung, die er als Stickstoffylid bezeichnete.

Um sein Ergebnis zu überprüfen wiederholte er diesen Versuch mit "Phosphor". Aber auch hier erhielt er lediglich Phosphorylide, die in seinen weiteren Arbeiten noch ein große Rolle spielen sollten

Mit diesem Yliden wurde nämlich die nach ihm benannte Wittig-Reaktion erst möglich. Bei dieser Reaktion wird ein Phosphonium-Ylid mit einem Carbonyl umgesetzt und man erhält dadurch ein Olefin. Allerdings muss das für diese Reaktion benötigte Phosphonium-Ylid erst hergestellt werden. Hierzu wird Triphenylphosphin mit einem Alkylhalogenid im ersten Schritt zu einem Phosphoniumsalz umgesetzt.

Nachdem man dieses Salz mit einer Base behandelt, erhält man schließlich das Phosphonium-Ylid.

Bei der Umsetztung des Ylides mit dem Carbonyl erhält man ein cis-Olefin und Triphenylphosphinoxid.


Die Bedeutung der Wittig-Reaktion liegt zum einen darin, dass man zu ca. 80% cis-Produkte erhält. Zudem kann man hier recht einfach neue C-C Doppelbindungen erzeugen, was in der Naturstoff- und Vitaminsynthese ausgenutzt wird.


Will man statt cis- überwiegend trans-Produkte, so bieten sich hierfür zwei Varianten an. Entweder die Horner-Wittig-Reaktion oder die Schlosser-Variante. Bei beiden Reaktionen erhält man zu ca. 80% trans-Produkte.


3 Wittig-Ether-Umlagerung

Eine weitere Reaktion, die Wittig eigentlich nur durch Zufall entdeckte, ist die Wittig-Ether-Umlagerung. Eigentlich wollte er Benzylether in ein Carbanion überführen. Als Resultat erhielt er allerdings einen Alkohol.


4 Bedeutung seiner Arbeit

Das seine Arbeit von großer Bedeutung gewesen sein muss, erkennt man schon alleine daran, dass er 1979 den Nobelpreis für Chemie erhalten hat. Diesen Preis erhielt er für seine Forschungen mit den Carbanionen, die dadurch entdeckten Ylide und die damit entwickelte Wittig-Reaktion. Seine Arbeit war auch so vielschichtig, dass seine Beobachtungen auch der heutigen Wissenschaft noch als große Fundgrube zur Verfügung steht. Zudem hat seine Wittig-Reaktion sehr schnell Einzug in die industrielle Synthese erhalten. Bereits ein Jahr nach ihrer Entdeckung erhielt sie eben hier Einzug, was eine enorm kurze Zeit ist. Man kann an Wittigs Werk sicher erkennen, dass wissenschaftliches Arbeiten und Forschen keine geradlinige Tätigkeit ist. Er hat zum Beispiel die Ylide nicht bewusst entdeckt. Sie waren lediglich ein unerwartetes "Abfallprodukt". Auch die Wittig-Ether-Umlagerung wurde quasi per Zufall entdeckt. Seine Arbeit war aber auch von praktischer Bedeutung. So wird die Wittig-Reaktion für die industrielle Vitaminsynthese genutzt.


Zusammenfassung: Wissenschaftliches Arbeiten und Forschen ist oftmals keine geradlinige Tätigkeit. Viele Errungenschaften basieren auf zufälligen Entdeckungen, die nicht den Erwartungen entsprachen. Folglich sind solche Errungenschaften nicht planbar. Ein Beispiel hierfür ist die Entdeckung der Ylide und die daraus folgende Wittig-Reaktion. Georg Wittig arbeitete ursprünglich mit organischen Radikalen und stellte Hexaphenylethan her, bei dem er eine eine biradikale Struktur vermutete. Dies konnte jedoch nicht falzifiziert werden. Um eine Phenylgruppe einzufügen nutzte Wittig Phenyllithium, welches sich als starke Reagenz zur Phenylierung erwies. So postulierte Wittig das Dehydrobenzol. Im Laufe seiner Forschungen und Experimente stieß er so auf einen Mechanismus zur Herstellung von Vitamin A ohne die Nutzung eines zuvor unumgänglichen Patents. Durch die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten ist sein Werk und sein Wirken für die Chemie sowohl damals, als auch heute unverzichtbar.


Abschluss 1: Somit sind durch Wittig heute Vitamine und Vitaminpräparate sogar im Supermarkt erhältlich, da die Synthese von Naturstoffen und Vitaminen durch ihn wesentlich vereinfacht und verbilligt wurde. Wittig hatte einen großen Anteil daran, dass die Vitaminsynthese heutzutage relativ einfach ist.

Abschluss 2: Dank der Wittigreaktion ist es heute sehr einfach, Vitaminpräparate ohne aufwändigen Syntheseweg und ohne zu Hilfenahme eines Patentes herzustellen. Somit muss man weder 118g Möhren, noch 147g Butter täglich zu sich nehmen, um seinen Tagesbedarf an Vitamin A zu decken. Nimmt man eine Vitamin A - Tablette, welche synthetisch hergestellt wurde, ist der Tagesbedarf in einem Zug gedeckt.


Quellen:

[1] http://www.uni-heidelberg.de/institute/fak12/texte/wittig.html, 17.02.2019
[2] R. W. Hoffmann; Angew. Chemie; Wiley-VCH, Weinheim 2001.
[3] G. Wittig, M. Rieber; Justus Liebigs Ann. der Chemie, 1949 Bd. 562.
[4] G. Wittig, L. Löhrmann; Justus Liebigs. Ann der Chemie 1942 Bd. 550.
[5] T. Laue, A. Plagens; Namen- und Schlagwort-Reaktionen; Teubner, Stuttgart 1998.
[6] P. Sykes; Reaktionsmechanismen der Organischen Chemie, VCH, Weinheim 1988.
[7] A. Wollrab; Organische Chemie; Springer, Heidelberg 2002.
[8] H. Becker, W. Berger, G. Domschke; Organikum; Wiley-VCH; Weinheim 2001.
[9] CD Römpp Chemie Lexikon Version 1.0, Thieme, Stuttgart 1995.
[10] P. Nuhn; L. Wessjohann; Naturstoffchemie: Mikrobielle, pflanzliche und tierische Naturstoffe; S. Hirzel Verlag, Stuttgart; 4. Auflage, 2006


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