w 5 cz1, ROK I, Chemia, wykłady
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
CHEMIA ORGANICZNA WYKŁAD 5/2006-10-27 CHEMIA ORGANICZNA I. -Wstęp do chemii organicznej . II. -Aldehydy i ketony: III. -Izomeria: I. Przegląd ( krótkie przypomnienie) głównych rodzajów reakcji organicznych. Reakcje: - addycji; zachodzą wówczas, gdy dwa substraty reakcji łączą się ze sobą, tworząc jeden nowy produkt: ( A + B ã C ), np. reakcje alkenów z HBr prowadzące do powstawania halogenków alkilu; - eliminacji; zachodzą, gdy pojedynczy substrat rozszczepia się na dwa produkty: (A ã B + C), np . w obecności zasady z bromoetanu powstaje etylen i kwas (HBr); - substytucji (podstawienia); zachodzą, gdy dwa substraty wymieniaja się fragmentami swoich cząsteczek, dając dwa nowe produkty: ( A-B + C-D ã A-C + B-D ) , np. reakcje alkanów z chlorem w obecności światła dając w halogenek alkilu ( metan + chlor/hν ã chlorometan); - przegrupowania; zachodzą wtedy, gdy pojedynczy substrat ulega reorganizacj i wiązań i atomów, dając produkt izomeryczny: ( A ã B) , np. przemiana 1-butenu w jego izomer konstytucyjny 2-buten, co zachodzi w obecności katalizatora kwasowego. 3. Podział reakcji organicznych ze względu na ich mechanizm (całkowity opis przebiegu reakcji, pokazuje co dzieje się z elektronami walencyjnymi podczas tworzenia się i rozrywania wiązań ). 3a.-Reakcje rodnikowe , polegają na ruchu pojedynczych elektronów a nie par elektronowych (tzw. reakcje wolnorodnikowe w sposób symetryczny). - Homolityczne rozrywanie wiązania, to znaczy po jednym elektronie zostaje przy każdej części produktu. np . A : B → A + B -Homogeniczne tworzenie wiązania, to znaczy każdy substrat dostarcza po jednym elektronie do tego procesu. Produkty reakcji rodnikowej zawierają nieparzystą liczbę elektronów walencyjnych, zatem posiadają pojedynczy niesmarowany elektron na jednym ze swoich orbitali np. A + B → A : B - Reakcje substytucji rodnikowej przebiegają zazwyczaj w trzech kolejnych etapach: - nicjacji (zapoczątkowania), np.: Cl : Cl światło → 2Cl ; - propagacji (kontynuowania), np.: Cl + CH 4 → HCl + CH 3 ; - terminacji (zakończenia reakcji), np.: CH 3 + CH 3 → CH 3 : CH 3 . 3b.-Reakcje polarne w których następuje niesymetryczne rozrywanie lub tworzenie wiązań . W wyniku tego powstaje produkt, który ma parzystą liczbę elektronów walencyjnych na swoich orbitalach (jedynie pary elektronowe). Reakcje polarne są bardziej popularnym typem reakcji w chemii organicznej niż rodnikowe. Polarność wiązania jest konsekwencją niesymetrycznego rozkładu elektronów w wiązaniu na skutek różnicy elektroujemności wiążących się atomów. Podstawową charakterystyczną cechą wszystkich polarnych reakcji organicznych jest to, że miejsca bogate w elektrony w jednej cząsteczce reagują z miejscami ubogimi w elektrony w drugiej cząsteczce. Wiązania chemiczne powstają, gdy reagent bogaty w elektrony dostarcza pary elektronowej reagentowi ubogiemu w elektrony, a wiązania ulegają rozerwaniu, gdy jeden z dwóch fragmentów cząsteczki odchodzi z parą elektronów. A + + :B − → A : B Elektrofil ; nukleofil Nukleofil (bogaty w elektrony) jest indywiduum molekularnym, które „lubi jądro” (czyli ładunek dodatni), zatem jest to często (nie zawsze np.-wiązania C=C w alkenach, RNH 2 , NH 3 , H 2 O, ROH) obojętna cząsteczka łatwo oddająca atom wodoru oraz ujemne jony np.: OH ‾ , CN ‾ , H ‾ , R 3 C ‾ , RO ‾ , NC ‾ . Elektrofil (ubogi w elektrony) , to indywiduum molekularne „lubiące elektrony”, zatem jest ono często (nie zawsze) naładowane dodatnio oraz dodatnie jony. Występuje korelacja między elektrofilowością i nukleofilowością a kwasowością i zasadowością wg. Lewisa. Natomiast główna różnica polega na tym, że okreslenia elektrofil i nukleofil stosuje się najczęściej wtedy, gdy dotyczy to wiązania z atomem węgla. II. ALDEHYDY I KETONY Grupa karbonylowa (=C=O), występuje w aldehydach, ketonach, kwasach karboksylowych, estrach i wielu innych klas związków. W aldehydach karbonylowy atom węgla połączony jest z jednym atomem wodoru oraz pozostałą grupą może być drugi atom wodoru lub inna grupa organiczna. Grupą funkcyjną charakterystyczną dla aldehydów jest więc CHO i nazywana grupą formylową albo aldehydową . W ketonach karbonylowy atom węgla polączony jest z dwoma innymi atomami węgla. Oba atomy tworzące takie podwójne wiązanie charakteryzują się hybrydyzacją typu sp 2 . Przestrzennie te dwa atomy oraz dwa inne atomy związane bezpośrednio z atomem węgla leżą w jednej płaszczyźnie. Jedno z wiązań węgiel-tlen jest typu , realizowane dzięki uwspólnianiu elektronów niezhybrydyzowanych z orbitali p . Poniższy Rys.1. pokazuje budowę grupy karbonylowej. Należy go rozumieć w ten sposób, że osie wiązań węgiel-tlen, węgiel-podstawniki oraz osie orbitali zawierających wolne (tzn. nietworzące wiązań, oznaczane literą n ) pary elektronowe leżą w zaznaczonej płaszczyźnie, a chmura elektronowa wiązania p p znajduje się pod i nad tą płaszczyzną. Rys.1 s , utworzone przez dwa nakładające się orbitale sp 2 , natomiast drugie jest typu NAZEWNICTWO –aldehydów Zgodnie z regułami nazewnictwa IUPAC nazwy aldehydów mają końcówkę -al. W podstawionych aldehydach łańcuch węglowy numeruje się zaczynając od karbonylowego atomu węgla. Dla aldehydów cyklicznych stosuje się przyrostek –karboaldehyd. Dla aldehydów aromatycznych najczęściej stosuje się nazwy zwyczajowe. Przykłady budowy wybranych aldehydów podaje rys.2. ). Wolne pary elektronowe przy atomie tlenu mogą tworzyć wiązania wodorowe np. z grupami OH, dlatego aldehydy o małych cząsteczkach dobrze rozpuszczają się w wodzie. Ok. 40% roztwór metanalu w wodzie znany jest jako formalina, stosowana do konserwacji preparatów biologicznych. Polarność cząsteczek aldehydów powoduje pojawienie się oddziaływań międzycząsteczkowych dipol-dipol, dlatego aldehydy wykazują znacznie wyższą temperaturę wrzenia niż alkany czy etery o zbliżonych masach cząsteczkowych. Oddziaływania dipol-dipol są znacznie słabsze od oddziaływań poprzez mostki wodorowe, stąd temperatury wrzenia alkoholi są jeszcze wyższe niż odpowiednich aldehydów. Obecność grupy -CHO jako przedrostek okresla się jako formylo-. Metanal (HCHO) jest gazem, a inne aldehydy cieczami albo ciałami stałymi (etanal ma temp. wrzenia 20 o C). Grupa aldehydowa jest polarna, z cząstkowym ładunkiem dodatnim na karbonylowym atomie węgla (elektroujemny tlen ściąga na siebie elektrony szczególnie wiązania p Nazewnictwo ketonów W nazwach systematycznych ketonów znajduje się końcówka –on. Łańcuch węglowy ketonu numerowany jest w taki sposób, aby karbonylowy atom węgla miał jak najniższy numer. Nazwy zwyczajowe ketonów tworzone są przez dodanie słowa keton do nazw alkilowych lub arylowych grup połączonych z karbonylowym atomem wegla. - budowę niektórych ketonów przedstawia rys.3 - przedrostek okso- stosowany jest , gdy w związku jest grupa majaca pierwszeństwo w wyborze grupy głównejnp.; kwas 4-okso-1- cykloheksanokarboksylowy. WAŻNE aldehydy i ketony: Formaldehyd ( tw. –21 o C) , 37% wodny roztwór zwany jest formaliną. Aldehyd octowy (tw.20 o C), produkowany jest głównie w procesie Wackera. Aceton (tw.56 o C, miesza się z wodą w całym zakresie stężeń) otrzymywany na skalę przemysłową przez utlenianie: propenu, alkoholu izopropylowego lub izopropylobenzenu. Chinony są cyklicznymi sprzężonymi diketonami np.:1,4-benzochinon powstaje w odwracalnej reakcji utleniania hydrochinonu. Odwracalnośc tej [ Pobierz całość w formacie PDF ] |