Úvod do organickej chémie PDF

Chémia 2.ročník CHE VII Organické látky, uhľovodíky CHE VII.1 Úvod do organickej chémie Organická chémia chémia zlúčenín uhlíka ( asi 5 miliónov ) mnohé súčasťou rastlinných a živočíšnych tiel, významné pre človeka ( potraviny, oble...

Chémia 2.ročník CHE VII Organické látky, uhľovodíky CHE VII.1 Úvod do organickej chémie Organická chémia chémia zlúčenín uhlíka ( asi 5 miliónov ) mnohé súčasťou rastlinných a živočíšnych tiel, významné pre človeka ( potraviny, oblečenie, farby, kozmetika, lieky...) možno pripraviť aj laboratóriu (1828 Wöhler príprava kyseliny šťavelovej, močoviny) Vlastnosti organických zlúčenín Pri vyšších teplotách málo stále, ľahko zápalné, rozkladajú sa Rozpustné prevažne v organických rozpúšťadlách ( etanol, éter, acetón, benzén) Mnohé prudko jedovaté( aj karcinogénne) Zložitejšia štruktúra, väčší počet atómov, s malou Mr- plyny ( zvyšok kvapalné, tuhé) Majú charakteristické nízke TV a TT, nevedú EP Vysoká stabilita uhlíkových reťazcov 1. pevnosť kovalentnej väzby C-C 2. všetky valenčné elektróny uhlíka väzbové 3. výhodné postavenie v PSP Väzby v organickej chémii- prevažne kovalentné, môže byť aj iónová, vodíková, koordinačná Typy väzieb v org. zlúčeninách Typ väzby Počet elektrónových Počet σ väzieb Počet π väzieb párov A. jednoduchá B. násobná dvojitá trojitá Dĺžka a pevnosť väzby 1. Pevnosť väzby- stúpa s násobnosťou- najmenej pevná jednoduchá, najviac trojitá ( keď sa štiepi trojitá ako prvá zaniká π väzba) 2. Dĺžka väzby- klesá s násobnosťou- najdlhšia jednoduchá, najkratšia trojitá Postavenie väzieb v reťazci A.Konjugované väzby B.Izolované väzby C.Kumulované väzby násobné väzby oddelené násobné väzby oddelené násobné väzby susedia jednou jednoduchou, strieda dvoma a viacerými sa násobná s jednoduchou, jednoduchými, navzájom sa navzájom sa ovplyvňujú neovplyvňujú 1 Chémia 2.ročník Polarita kovalentnej väzby Polárna väzba vznik čiastkových( 1. Polárne väzby:.......................................................... parciálnych nábojov na atómoch, na 2. Nepolárne väzby:..................................................... základe ich odlišnej elektronegativity Indukčný efekt- polarizácia na σ- väzbách (do vzdialenosti max 2 väzieb), posun elektrónov σ väzby vyvolaný elektronegativitou naviazaných atómov alebo skupín, označenie → -I efekt + I efekt atómy s vyššou elektronegativitou ako atómy s nižšou elektronegativitou ako uhlík, uhlík, katióny ( elektroakceptory) anióny ( elektrodonory) priťahujú väzbové elektróny k sebe a Väzbové elektróny sú priťahované uhlíkom, spôsobujú zníženie elektrónovej hustoty na spôsobujú zvýšenie elektrónovej hustoty na uhľovodíkovom reťazci reťazci -X, -OH, -NO2, -NO, -NH2, -OR -alkyly, kovy, -H, O-, S- Mezomerný efekt ( konjugačný)- polarizácia na π väzbách, vzniká posunom π- elektrónov po násobných väzbách , označenie ( oblá šípka) -M efekt +M efekt elektroakceptory, priťahujú elektróny, majú elektrodonory, s neväzbovými elektrónmi, elektrónový deficit ktoré poskytujú systému Zriedenie elektrónovej hustoty na zvyšovanie elektrónovej hustoty na aromatickom jadre/ násobnej väzbe aromatickom jadre/ násobnej väzbe -NO2, -COOH, -CO, -COOR, COH, -CN -X, -OH, -alkyly, -NH2, -OR Väzbovosť v organických zlúčeninách Väzbovosť: Počet kovalentných Uhlík: väzieb, ktorými sa atóm prvku viaže so základný stav: susednými atómami prvkov excitovaný stav: Väzbovosť iných atómov: H O N S Cl Typy hybridizácie v organických zlúčeninách: uhľovodíky väzbový uhol tvar molekuly 3 sp alkány 109° tetraéder 2 sp alkény, arény 120° trigonálna sp alkíny 180° lineárny 2 Chémia 2.ročník Vzorce v organickej chémii 1. Empirický najjednoduchší pomer počtu atómov ( stechiometrický) prvkov v zlúčenine 2. Sumárny ( molekulový) skutočný počet atómov v zlúčenine, násobok empirického 3. Racionálny ( funkčný) vyjadruje charakteristické zoskupenie atómov v molekule 4. Štruktúrny ( konštitučný) zobrazuje väzby v molekule, poradie , spôsob a typ viazania jednotlivých atómov v molekule, dvojrozmerné zobrazenie štruktúry, nevyjadrujú skutočné priestorové usporiadanie 5. Skrátený štruktúrny zjednodušený štruktúrny, bez niektorých jednoduchých väzieb ( väčšinou s vodíkom) 6. Elektrónový štruktúrny skrátený štruktúrny vzorec, s vyznačením voľných elektrónových párov ( čiarkou pri značke prvku 7. Zjednodušené pri organických zlúčeninách s väčším počtom atómov uhlíka, neuvádzajú sa v nich atómy uhlíka 8. Priestorový(stereomérny priestorové usporiadanie atómov Štruktúra molekuly- závisia od nej vlastnosti látok 1. Konštitúcia údaje o druhu, počte atómov, spôsobe a poradia vzájomného spojenia atómov väzbami 2. Konfigurácia údaje o priestorovom usporiadanie atómov v molekule, nemožno ho meniť otáčaním okolo jednoduchej väzby 3. Komformácia údaje o priestorovom usporiadaní atómov, nie sú spojené navzájom väzbou, usporiadanie je možné meniť voľnou rotáciou okolo jednoduchej väzby Izoméria v organickej chémii 3 Chémia 2.ročník A. Konštitučná izoméria- rovnaký sumárny vzorec, odlišný konštitučný vzorec 1. Reťazová- odlišný spôsob usporiadania uhlíkového reťazca 2. Polohová- odlišná poloha násobnej väzby a funkčnej( charakteristickej) skupiny 3. Skupinová- odlišný typ charakteristickej skupiny 3.1- tautoméria- typ skupinovej konštitučnej izomérie- odlišná poloha vodíka a dvojitej väzby B. Priestorová izoméria( stereoizoméria)- rovnaký sumárny a konštitučný vzorec¸ odlišné priestorové usporiadanie atómov 1.Konfiguračná- poloha atómov nesúvisí s rotáciou okolo jednoduchej väzby ( alkény) a. Geometrická odlišné umiestnenie atómových skupín na atómoch uhlíka viazaných dvojitou väzbou, nemožná voľná rotácia, preto iba dva druhy izomérov: 1. (Z)- cis izomér- substituenty na rovnakej strane roviny dvojitej väzby 2. (E)- trans- na opačných stranách roviny b. Optická- typ priestorovej konfiguračnej izomérie izoméry ( antipódy, enantioméry) sa líšia konfiguráciou na chirálnom ( asymetrickom) uhlíku, sú opticky aktívne, otáčajú rovinu polarizovaného svetla 2. konformačná- priestorové usporiadanie vzniká rotáciou okolo jednoduchej väzby C-C Alkány 1. zošikmená konformácia- atómy vodíka metylových skupín sa pri pohľade v smere väzby C-C zakrývajú 2. zákrytová ( zaclonená) konformácia- nezakrývajú sa Cykloalkány- otočením okolo jednoduchých väzieb dochádza k preklopeniu 1. vaničková konformácia 2. stoličková konformácia 4 Chémia 2.ročník Reakcie v organickej chémii Pomalšie (často iba za prítomnosti teploty, katalyzátora, tlaku) Priebeh zložitý (vznik množstva prechodných komplexov a medziproduktov) Pri nasýtených na väzbe C-C, C-H, pri nenasýtených na násobných väzbách, pri derivátoch na funkčnej skupine alebo v jej blízkosti Reakčný mechanizmus Podrobný opis zmien počas premeny reaktantov na produkty Substrát- reaktant na ktorom sa uskutočňuje zmena Činidlo- reaktant, ktorý vyvoláva zmeny na substráte Zápis chemickej reakcie 1.Reakčná schéma- nemusí byť zachovaná stechiometria, nad šípkou a pod šípkou reaktanty, tlak, teplota, výťažky.. 2.Chemická rovnica- presný zápis priebehu chemickej reakcie Typy reakcií A.Podľa charakteru zmien na substráte 1.Eliminácie- odštiepenie malej molekuly, vznik násobnej väzby ( opak adície) 2.Adície- nadviazanie molekuly inej zlúčeniny na násobnú väzbu, zníženie násobnej väzby 3.Substitúcie- nahradenie jedného atómu/skupiny atómov iným atómom/skupinou atómov 4.Prešmyk- preskupenie atómov vrámci jednej molekuly, vznik stabilnejšej molekuly, znižovanie vnútornej energie B.Podľa spôsobu štiepenia väzby 1.Homolýza- symetrické štiepenie väzby, elektrónový pár sa rozdelí medzi oba atómy(vznik radikálov)- vyvolaná radikálmi, UV, katalyzátorom 5 Chémia 2.ročník 2.Heterolýza- asymetrické štiepenie väzby, voľný elektrónový pár prechádza k elektronegatívnejšiemu prvku ( vznik katiónov, aniónov)- môžu ju vyvolať iónové činidlá C.Podľa druhu použitého činidla 1.Radikálové- častice s nespárenými elektrónmi (veľmi reaktívne, existujú iba krátky čas) 2.Iónové a. Nukleofilné častice poskytujúce e ( donory e) anióny, elektroneutrálne molekuly s voľnými elektrónovými pármi b. Elektrofilné častice priťahujúce elektróny( akceptory e) katióny, elektroneutrálne molekuly s elektroneutrálnym zriedením Organické zlúčeniny 1.Uhľovodíky Dvojprvkové zlúčeniny zložené iba z vodíka H a uhlíka C Väzba medzi C- jednoduchá alebo násobná Reťazec acyklický- otvorený/ cyklický- uzavretý, otvorený reťazec- rozvetvený/ nerozvetvený( priamy) Rozdelenie uhľovodíkov A.alifatické( acyklické)- otvorený reťazec, bez aromatického charakteru a. nasýtené- iba s jednoduchými väzbami (alkány) b. nenasýtené- obsahujú aspoň jednu násobnú väzbu (alkény, alkíny ) B.cyklické- uzavretý reťazec a. alicyklické- cyklická štruktúra bez aromatického charakteru 1. nasýtené 2. nenasýtené b. aromatické- cyklickú štruktúru s aromatickým charakterom 2. Deriváty uhľovodíkov Odvodené od uhľovodíkov Zložené z H, C a iných prvkov N, O, X( heteroatómy) Zložené z uhľovodíkového zvyšku a charakteristickej( funkčnej skupiny) 6