Transcript Organska uvod II

UNIVERZITET U NOVOM SADU
PRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET
DEPARTMAN ZA HEMIJU
UVOD U ORGANSKU
HEMIJU II
IZOMERIJA
ORGANSKIH
JEDINJENJA
IZOMERI
1. Jedinjenja sa istim brojem i vrstom atoma u
molekulu, ili različitim vrstama, vezama i
položajima funkcionalnih grupa u molekulu –
STRUKTURNI IZOMERI
2. Jedinjenja sa različitim rasporedom atomskih
grupa u krutim sistemima – GEOMETRIJSKI
IZOMERI
3. Jedinjenja sa različitim rasporedom supstituenata
na hiralnim C atomima – OPTIČKI IZOMERI
STRUKTURNA IZOMERIJA
1. IZOMERIJA NIZA
a) Obična izomerija normalnog niza
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3
n-pentan
C5H12
H3C
CH-CH2-CH3
H3C
CH3
CH3-C-CH3
CH3
2-metilbutan (izopentan)
2,3-dimetilpropan (neopentan)
.
STRUKTURNA IZOMERIJA
b) Izomerija bočnog niza kod
aromatičnih jedinjenja
CH3
C8H10
CH3
CH3
CH3
.
.
CH3
1,2-dimetilbenzen
(o-ksilen)
CH3
1,3-dimetilbenzen
(m-ksilen)
1,4-dimetilbenzen
(p-ksilen)
STRUKTURNA IZOMERIJA
C9H12
CH2-CH2-CH3
CH3
CH-CH3
CH3
propilbenzen
CH2-CH3
etil-(2-metil)-benzen
1-metil-2-etilbenzen
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
CH2-CH3
1-metil-3etilbenzen
CH3
H3C
CH3
CH3
1,2,3-trimetilbenzen 1,2,4-trimetilbenzen 1,3,5-trimetilbenzen
(vicinalni)
(asimetrični)
(simetrični)
STRUKTURNA IZOMERIJA
c) Izomerija prstena
C6H12
CH3
.
.
cikloheksan
metilciklopentan
STRUKTURNA IZOMERIJA
2. IZOMERIJA POLOŽAJA
a) Izomerija funkcionalnih grupa
CH3-CHOH-CH2-CH2-COOH
4-hidroksipentanska kiselina
(- hidroksipentanska kiselina)
CH3-CH2-CHOH-CH2-COOH
3-hidroksipentanska kiselina
(- hidroksipentanska kiselina)
b) Izomerija dvostruke i trostruke veze
CH2=CH-CH2-CH3
CH3-CH=CH-CH3
1-buten
2-buten
.
STRUKTURNA IZOMERIJA
c) Izomerija supstituenata
R
R
R
R
.
R
.
orto
R
meta
R
para
R
R
R
R
R
vicinalni
R
R
asimetrični
simetrični
R
STRUKTURNA IZOMERIJA
3. IZOMERIJA FUNKCIONALNIH GRUPA
a) Kiseline i estri
CH3-COOH
HCOOCH3
b) Alkoholi i etri
CH3-CH2OH
CH3-O-CH3
c) Aldehidi i ketoni
CH3-CH2CHO
CH3-CO-CH3
d) 10, 20 i 30 amini
CH3-CH2-CH2-NH2
CH3CH2NHCH3
N(CH3)3
e) Monohidroksikiseline i hidroksialdehidi
CH3-CHOH-COOH
CH2OH-CHOH-CHO
STRUKTURNA IZOMERIJA
4. KETO-ENOL TAUTOMERIJA – javlja se kada se –OH
grupa nalazi na C-atomu koji je povezan dvostrukom vezom.
CH2=CHOH
vinil alkohol
CH3-CHO
acetaldehid
CH2-C=CH2
OH
N
HO
N
uracil
OH
2-hidroksi-1-propen
O
H N
O
N
H
CH3-C-CH3
O
aceton
• Ako je izomerija posledica različitog prostornog
rasporeda atoma u molekulu tj. izomeri imaju istu
strukturu, a različite perspektivne formule radi se o
PROSTORNOJ IZOMERIJI ili STEREOIZOMERIJI.
• Stereoizomerija može biti:
• Geometrijska
• Optička izomerija
GEOMETRIJSKA IZOMERIJA
Javlja se u sistemima sa dvostrukom vezom kod
kojih ne postoji mogućnost rotacije oko C-C veze.
Ne postoji kod sp3
hibridizovanih C-atoma:
Slobodna rotacija oko C-C veze
GEOMETRIJSKA IZOMERIJA
Kod sp2 hibridizovanih C-atoma:
Slobodna rotacija je nemoguca oko C=C veze
GEOMETRIJSKA IZOMERIJA
H
H
CH3CH=CHCH3
C C
CH3
CH3
CIS-buten
CH3
H
C
C
CH3
TRANS-buten
H
GEOMETRIJSKA IZOMERIJA
Cl
Cl
Cl
CISdihlorcikloheksan
Cl
TRANSdihlorcikloheksan
OPTIČKA IZOMERIJA
OPTIČKA IZOMERIJA
• Javlja se kada se na
tetraedarskom C-atomu nalaze
vezane četiri različite
funkcionalne grupe.
• Hiralni (asimetrični) C-atom;
obeležava se *
D
*
C
A
B
• Molekulske vrste koje se odnose kao predmet i lik u ogledalu
zovu se enantiomeri, a pojava enantiomerija.
• Imaju istu gustinu, tt, tk, indeks prelamanja svetlosti, istom
brzinom reaguju sa simetričnim molekulima
• Razlikuju se samo po tome što ravan polarizovane svetlosti
obrću u suprotnom smeru.
OPTIČKA IZOMERIJA
H
CH3
C
MLEČNA KISELINA
CH3 CHOH COOH
COOH
OH
Broj opt.
izomera =
2n
n-broj C*
COOH
H
C
OH
CH3A
(+)-mlečna kis.
COOH
HO C* H
CH3
(-)-mlečna
kis.
B
OPTIČKA IZOMERIJA
• Npr. vinska kiselina – ima 2 hiralna C-atoma, pa se očekuju
4 optički aktivna oblika.
COOH
COOH
COOH
COOH
H
C
OH
HO
C
H
HO
C
H
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
COOH
COOH
(+)-vinska kis. (-)-vinska kis.
COOH
COOH
mezo-vinska kis.
B
ODREĐIVANJE RELATIVNE KONFIGURACIJE MOLEKULA
CHO
H
C
CHO
OH
HO
CH2OH
C
H
CH2OH
D-gliceraldehid
L-gliceraldehid
CHO
H
C
OH
CH3
D-mlečna kis.
HO
HO
C
H
H
C
OH
OH
HO
C
H
OH
HO
C
H
H
C
OH
HO
C
H
C* H
H
C
CH3
H
C
COOH
COOH
CHO
L-mlečna kis.
CH2OH
B
D-(+)-glukoza
CH2OH
L-(-)-glukoza
PREDSTAVLJANJE
ORGANSKIH
JEDINJENJA
• Empirijske formule – daju kvalitativan sastav jedinjenja
i relativne odnose elemenata u jedinjenjima. Npr. 40% C,
6,66% H i 53,34% O
C:H:O = 1:2:1 
CH2O
• Molekulska formula predstavlja celobrojni umnožak
empirijske formule
 CH2O; CH2O • 2 = C2H4O2
(sirćetna kiselina,
metilformijat, glikolaldehid)
• Zbog mogućnosti da 3 različita jedinjenja imaju istu
molekulsku formulu uvodi se strukturna formula u kojoj
se obeležava svaka pojedinačna veza.
H
OH
O
O H
O
H C C
H C
H C C
H
O H
O C H
H
H
H
• Racionalne formule – u njima su označene samo
određene veze
O
H3C C
CH3 COOH
CH3COOH
CH3CO2H
OH
• Pogodne su za prikazivanje cikličnih i aromatičnih
jedinjenja, kao i dugih lanaca C-atoma.
Benzen
Steranski sistem prstenova
-D-glukopiranoza
• Perspektivne formule
- puna crta – iznad ravni
- isprekidana crta – ispod ravni
COOH
H
C
OH
OH
COOH
H
C
CH3
• Fischer-ove projekcione formule
- horizontalna crta – iznad ravni
- vertikalna crta – ispod ravni
CH3
• Newman-ove projekcione formule
- atom C se predstavlja krugom
• Trodimenzionalni model
H
H
OH
H
H
COOH
VRSTE REAKCIJA
• Postoji pet klasa reakcija. U svakoj od njih dolazi do
raskidanja kovalentne veze:
a)
Homolitičko raskidanje
A : B  A + B
CH3-CH3  CH3 + CH3
b)
Heterolitičko raskidanje
A : B  A+ + B
CH3-CH3  CH3+ + :CH3
• Pri heterolitičkom raskidanju veze koju gradi ugljenik
nastaju karbanjon (:CH3) i karbenijum jon (CH3+)
1. REAKCIJE ADICIJE
• Učestvuju jedinjenja sa = i  vezom i gradi se – veza.
H
H
-1
C
-1
C
-1
C
-1
C
H + H2
H + Cl2
H
H
-2
-2
H
H
C
0
C
C
0
C
H + H2
H
H + Cl2
H
H
-2
-2
C
C
H
H
-3
H + HCl
H
H
C
C
H
H
Cl
Cl
C
C
-3
+1
-3
+1
Cl Cl
Cl Cl
H
H
H
-1
C
C
H
Cl
H
.
H
.
H
.
2. REAKCIJE ELIMINACIJE
• Izdvajaju se manji molekuli pri čemu se najčešće formira
nezasićeno jedinjenje
CH3
CH2OH
CH2
CH2 + H2O
dehidratacija
R
CH2
CH3
CH2Br
CH3
- H2
R
CH2
CH
CH2
CH2 + HBr
- H2
dehidrohalogenovanje
CH
CH
dehidrogenizacija
R
CH
NH2
COOH
R
CH2 + CO2
NH2
dekarboksilacija
3. REAKCIJE SUPSTITUCIJE
• Dolazi do zamene jednog ili više atoma nekim drugim
atomom ili atomskom grupom
CH4 + Cl2
CH3
CH3
½ O2
CH3
CH3Cl + KOH
½ O2
CH2OH
- H2 O
CH3
CH3OH
C
O½ O
2
H
O
CH3
C
• Mogu biti nukleofilne, elektrofilne ili radikalske reakcije
• Može doći do promene oksidacionog broja, ali ne mora.
OH
4. REAKCIJE PREMEŠTANJA
• Dolazi do premeštanja atoma ili atomskih grupa u okviru
jednog jedinjenja i nastaje drugo
CH3
CH
CH
CH3
CH3
CH2
CH
CH2
5. REAKCIJE OKSIDOREDUKCIJE
3 CH3CH2OH + 2 K2Cr2O7 + 8 H2SO4 
3 CH3COOH + 2 Cr2(SO4)3 + 2 K2SO4 + 11 H2O
5 CH2=CH2 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 + 2 H2O 
5 CH2OH-CH2OH + 2 MnSO4 + K2SO4
.
NOMENKLATURA
ORGANSKIH
JEDINJENJA
IUPAC (International Union of Pure and Applied
Chemistry)
- SISTEMSKA NOMENKLATURA
1. Nazivi jedinjenja izvode se
iz naziva normalnih
ugljovodoniičnih nizova
(metan, etan, propan,
butan, pentan; eten, butin
itd.)
1
2. Mesta račvanja obeležavaju
se brojem, računajući od bližeg
kraja molekula
3. Grupe vezane za najduži niz na
mestima račvanja nazivaju se
ALKIL-grupe (metil-, etil-, propil-)
4. Za svaku vrstu alkil-grupe
navodi se njihov položaj i broj
u molekulu.
2
3
4
5
6
7
8
9
2,4,6-trimetil-4-etilnonan
NOMENKLATURA CIKLIČNIH JEDINJENJA
OH
1
2
NH2
COOH
O2N
6
1
3
5
2-aminocikloheksanol
NO2
2
4
NO2
2,4,6-trinitrobenzoeva kiselina
POLOŽAJI SUPSTITUENATA U BENZENU
o
o
1,2 = orto
1,2,3 =
vicinalni
1,3 = meta
1,2,4 =
asimetrični
1,4 = para
1,3,5 =
simetrični
m
m
p
TRIVIJALNI NAZIVI
HCOOH – mravlja kiselina
aspirin
Imena poznatih
molekula veoma
komplikovane
strukture
Složeni molekuli
izolovani iz prirodnog
materijala uvek nose
trivijalne nazive jer je u
većini slučajeva
praktično nemoguće
dati im sistemski naziv.
Vitamin B12
KLASE ORGANSKIH JEDINJENJA
• Ugljovodonici
• Zasićeni – alkani
• Nezasićeni – alkeni, polieni, alkini, ciklični, aromatični
• Alkilhalogenidi (C-X)
• Alkoholi i fenoli (funkcionalna grupa –OH)
• Karbonilna jedinjenja (funkcionalna grupa C=O)
• Aldehidi (R-CHO)
• Ketoni (R2C=O)
KLASE ORGANSKIH JEDINJENJA
• Karboksilne kiseline (funkcionalna grupa –COOH)
• Funkcionalni derivati karboksilnih kiselina
• Halogenidi (R-COX)
• Estri (R1COOR2)
• Etri (C-O-C)
• Amini (C-N)
• Tioli (C-SH)
• Sulfidi (C-S-C)
• Anhidridi (R1-COOOC-R2)
• Amidi (RCONH2)