Wszystkie Wykłady Chemia Organiczna PDF

Preview

Summary

1 Struktura elektronowa chemiczne Kwasy i zasady Chemia organiczna organiczne to takie, do lub elektrony. elektrony z innymi atomami lub atomami innych Struktura atomu Atom zawiera ujemnie elektrony, dodatnie protony i neutrony. To elektrony chemiczne. Liczba atomowa liczba w atomu. Liczba masowa li...

Description

Wykład 1" • Struktura elektronowa " • Wiązanie chemiczne " • Kwasy i zasady" Chemia organiczna • Związki organiczne to takie, które zawierają węgiel. " • Węgiel należy do pierwiastków, które chętnie oddają, lub przyjmują elektrony. " • Węgiel może dzielić elektrony z innymi atomami węgla, lub atomami innych pierwiastków." Struktura atomu • Atom zawiera ujemnie naładowane elektrony, dodatnie protony i obojętne neutrony. " • To elektrony tworzą wiązanie chemiczne. " • Liczba atomowa - liczba protonów w jądrze atomu. " • Liczba masowa - liczba protonów i neutronów w jądrze atomu. " • Izotopy mają tę samą liczbę atomową, a różną liczbę masową. " • Masa atomowa - średnia masa atomu. " • Masa cząsteczkowa - suma mas atomowych tworzących cząsteczkę. " Rozmieszczenie elektronów w atomie • Orbital atomowy położony najbliżej jądra ma najniższą energię. " • Orbitale zdegenerowane mają tą samą energię. " • W pierwszej kolejności elektrony zajmują orbitale o najniższej energii. " • Zakaz Pauliego: tylko dwa elektrony mogą zajmować ten sam orbital, przy czym muszą różnić się spinem. " • Reguła Hunda: elektrony zajmują puste orbitale zdegenerowane, zanim utworzą pary na tym samym orbitalu. " Związki jonowe • Powstają w wyniku przesunięcia wiążącej pary elektronowej do atomu pierwiastka o wysokiej elektroujemności. " • Np. chlorek sodu. " Związki kowalencyjne • Jednakowy podział elektronów —> wiązanie kowalencyjne spolaryzowane np. H2." • Podział elektronów pomiędzy atomy różniące się elektroujemnością —> wiązanie kowalencyjne spolaryzowane np. HF." Elektroujemność • Wartości elektroujemności są zawsze względne, odnoszone do innych pierwiastków. " • Nie ma jednak określonego stałego punktu odniesienia, a co za tym idzie, istnieją różne skale elektroujemności. " • Wartości liczbowe na powyższym rysunku pochodzą z najbardziej znanej skali Linusa Paulinga. " Dipol • Wiązanie spolaryzowane posiada koniec dodatni i ujemny. " • Moment dipolowy: "

- e —> wielkość ładunku na atomie. " - d —> odległość między ładunkami. " Cząsteczkowy moment dipolowy • Suma wartości wektorów i kierunków dipoli poszczególnych wiązań, określa łączny moment dipolowy cząsteczki."

Orbitale molekularne • Orbitale molekularne należą do całej cząsteczki. " • Wiązanie σ - utworzone z dwóch nałożonych orbitali s. " • Moc wiązania - energia niezbędna do rozerwania wiązania lub uwalniania w wyniku utworzenia wiązania." Oddziaływania van der Waalsa • Siły wytwarzające się między różnoimiennymi dipolami indukowanymi. " Podsumowanie • Wiązanie π jest słabsze niż wiązanie σ. " • Im większa gęstość elektronowa w danym fragmencie nałożonego orbitalu tym silniejsze wiązanie. " • Im wiązanie ma bardziej charakter s, tym jest krótsze i silniejsze. " • Im wiązanie ma bardziej charakter s, tym większy jest kąt pomiędzy wiązaniami. " Kwasy i zasady Brönsteda-Lowry’ego • Kwasy są donorami protonu. " • Zasady są akceptorami protonu. " • Mocny reagując daje słaby. " - Mocniejszy kwas + mocniejsza zasada —> słabszy kwas + słabsza zasad. " - Słabszy kwas + słabsza zasada —> mocniejszy kwas + mocniejsza zasada " • Im słabsza jest zasada, tym silniejszy jest sprzężony z nią kwas. " • Bardziej stabilne są słabe zasady. " " Równowaga kwasowo zasadowa

Kwasy i zasady Lewisa • Kwas Lewisa —> akceptor pary elektronowej. " • Zasada Lewisa —> donor pary elektronowej."

Wykład 2" • Alkany - nomenklatura, własności fizyczne, struktura. " Alkany • Węglowodory o ogólnym wzorze CnH2n+2." • Zawierające wyłącznie pojedyncze wiązania. " • Metan jest najprostszym z nich. " • Wszystkie są łatwopalne. " • Są gazami." • Są bezzapachowe. " • Są toksyczne. " • Dodaje się do nich nawaniaczy, aby można było je wyczuć i uniknąć zatrucia. " Metan • Najprostszy ze wszytkach węglowodorów." • Często uwalnia się w kopalniach, powodując wybuchy. " • Rozkład materii roślinnej i zwierzęcej w bagnach jest jego źródłem, stąd jego nazwa gaz bagienny. " Jest głównym składnikiem atmosfery Jowisza, Saturna, Uranu i Neptuna." • • Stanowi tylko niewielką część atmosfery ziemskiej. " • Bakterie żyjące w termitach oraz w przewodzie pokarmowym zwierząt roślinożernych mają zdolność do jego wytwarzania z materiału roślinnego (celulozy). " • Wydzielanie metanu przez dużą krowę (odbijanie i wzdęci) może osiągać 20 litrów dziennie. " Izomery konstytucyjne • Mają ten sam wór sumaryczny. " • Różnią się sposobem połączenia atomów. " • Izo." • Neo." • Kolejne izomery mają coraz krótszy łańcuch główny, a coraz więcej podstawników." Podstawniki alkilowe • Grupa metylowa. " • Grupa etylowa. " • Grupa propylowe. " • Grupa butylowa. " • Dowolna grupa alkilowa. " Skróty • N —> normalny. " • Sec —> dwurzędowy. " • Izo i tert —> trzeciorzędowy." Nazwy • Związek może mieć więcej niż jedną nazwę, ale nazwa może odpowiadać tylko jednemu związkowi. " • Określić liczbę atomów węgla w najdłuższym łańcuchu. " • Podstawniki powinny posiadać jak najdłuższe numery." • Podstawniki należy numerować, tak aby otrzymać jak najniższe numery. " • Wszystkie podstawniki powinny mieć jak najniższe numery. " • Jeśli numerowanie w obu kierunkach prowadzi do przydzielenia tego samego numeru to o kierunku numerowania decyduje niższy numer kolejnego podstawnika. " • Jeśli numerowanie w obu kierunkach prowadzi do przydzielenia tego samego numeru to niższy numer otrzymuje podstawnik wymieniony jako pierwszy." • Jeśli numerowanie łańcuch węglowego w różnych kierunkach należy wybrać taki sposób numerowania, aby liczba podstawnika była jak największa. " • Niektóre nazwy zwyczajowe są używane również w nomenklaturze IUPAC."

Nazewnictwo cykloalkanów • Nie numeruje się podstawników w monopodstawionych pierścieniach. " • Podstawniki wymienia się w kolejności alfabetycznej. " Nazewnictwo halogenków alkilu • W nomenklaturze IUPAC są nazywane tak jak podstawione alkany. " Rzędowość atomu • Określa się ją zarówno, dla atomów węgla jak i wodoru. " • Pierwszorzędowe. " • Drugorzędowe. " • Trzeciorzędowe. " • Czwartorzędowe - atomy wodoru nie mogą być czwartorzędowe." Podobne rozpuszcza podobne • Związki polarne rozpuszczają się w polarnych rozpuszczalnikach. " • Niepolarne rozpuszczalniki rozpuszczają się w niepolarnych rozpuszczalnikach. " Nierozpuszczalność alkanów w wodzie • Jest wykorzystywana przez wiele roślin, które wytwarzają rozgałęzione długołańcuchowe alkany służące jako powłoki ochronne na liściach i owocach. " • Takie powłoki ochronne pozwalają minimalizować straty wody przez rośliny. " • Jabłka można „wypolerować” ze względu na powłokę alkanów długołańcuchowych na skórce, która obejmuje nierozgałęzione alkany C27H56 i C29H60. " • Liście kapusty i brokułów pokrywa głównie rozgałęziony wosk C29H60." Półstałe mieszaniny alkanów • Takie jak wazelina (petrolatum), użyteczne są jako ochrona skóry ponieważ ani woda ani wodne roztwory (np. mocz) nie będą przenikać tej powłoki. " • W tym przypadku wazelina jest stosowana do ochrony pupy dziecka przed zawartością pieluchy, pozwalając uniknąć wysypki." Siły przyciągania • Siły van der Waalsa. " • Oddziaływanie dipol-dipol. " • Wiązania wodorowe —> jest specyficznym oddziaływaniem dipol-dipol. " • Im większe siły przyciągania cząsteczek tym większa temperatura wrzenia związku." • Temperatura wrzenia substancji rośnie wraz ze wzrostem siły van der Waalsa. " Ropa naftowa • Mieszanina węglowodorów " • Nie rozpuszcza się w wodzie - tworzy na jej powierzchni ok 0,3 mm warstwę, która nie przepuszcza powietrza anie promieni słonecznych. " • Zwierzęta morskie pozbawia w tlen w ten sam sposób możliwość pobierania tlenu, a roślinom ogranicza fotosyntezę, skazując wszystkie te organizmy na powolną śmierć.Związki polarne rozpuszczają się w polarnych rozpuszczalnikach"

Wykład 3 " • Alkeny - struktura i nazewnictwo." Wiązanie podwójne • Występują w alkenach. " • Jest grupą funkcyjną. " • Centrum reaktywności. " • Nałożone bocznie orbitale p tworzą wiązanie pi —> sześć atomów węgla leży w jednej płaszczyźnie. " • Wpływa na liczbę występowania odpowiednich izomerów —> więcej niż w alkanach. " Wzory sumaryczne • Łańcuchowe: CnH2n " • Pierścieniowe: CnH2n-2" Eten (etylen) • Jest najprostszym nienasyconym węglowodorem. " • Jest to bezbarwny, palny gaz o lekko słodkim zapachu. " • Występuje naturalnie w niewielkich ilościach w roślinach gdzie pełni funkcje hormonu roślinnego. " • Kilka części na milion etenu (mniej niż 10 części na milion) stymuluje proces dojrzewania owoców. " • W handlu owocami wykorzystuje się jego zdolności do przyspieszania dojrzewania. Banany pomidory i niektóre owoce cytrusowe sa wysyłane zielone aby zapobiec ich zepsuciu i zasinieniu podczasze transportu. W miejscu przeznaczenia, owoce są poddawane działaniu na niewielkich ilościach gazowego eteny, który stymuluje proces dojrzewania." Beta karoten • Cząsteczka beta karotenu odpowiedzialna jest za żółtopomarańczowy kolor marchwi, moreli i batatów. " • Żółtopomarańczowe kolor liści jesiennych pochodzi z beta karotenu. Zawierają one chlorofil (zielony barwnik) oraz beta karoten (żółty barwnik) w stosunku wynoszącym w przybliżeniu 3 do 1. Żółtopomarańczowy beta karoten, jest maskowany przez chlorofil do jesieni, kiedy to cząsteczki chlorofilu ulegają rozkładowi w wyniku niższych temperatur i mniejszej ilości światła słonecznego." Likopen • Cząsteczka likopenu jest czerwonym barwnikiem odpowiedzialnym za zabarwienie pomidorów, papryki i arbuza." • Likopen strukturalnie różni się od beta karotenu tym ze oba pierścienie na krańcach cząsteczki są otwarte. " • Dojrzewanie zielonych pomidorów polega na stopniowym rozkładzie chlorofilu powodujący ujawnienie czerwonego koloru likopenu." Nazewnictwo systematyczne • Należy wybrać najdłuższy łańcuch węglowy zawierający grupę funkcyjną. " • Podstawniki wymieniamy w kolejności alfabetycznej. " • Nazwę należy tworzyć, tak aby grupa funkcyjna oraz podstawniki miały jak najniższy numer." • W cyklicznych alkenach nie ma potrzeby podawania numeru określającego grupy funkcyjnej." Dodatkowe nazewnictwo • Węgiel winylowy —> atomy węgla tworzące wiązanie podwójne. " • Węgiel allilowy —> pozostałe węgle wchodzące w skład cząsteczki. " Izomeria • Związki te nie mają izomerów cis-trans, ponieważ podstawniki przy tym samym atomie węgla o hybrydyzacji sp2 są takie same. " • E - trans (na przeciwko podstawniki o wyższym priorytecie)." • Z - cis (po tej samej stronie podstawniki o wyższym priorytecie). "

Izomeria cis-trans pod wpływem światła • Rodopsyna ze względu na barwę nazywana, też purpurą wzrokową - światłoczuły barwnik występujący w narządzie wzroku (dokładniej w siatkówce) głowonogów, stawonogów i kręgowców. " • Pod wpływem świata docierającego do znajdującej się w pręcikach rodopsyny dochodzi do izomeryzacji formy cis retinalu w drugi izomer - formę trans. " • Metarodopsyna II pod wpływem witaminy A powraca do formy cis, łączy się z powrotem z opsyną w cząsteczce rodopsyny gotowa do rozpadu. Nazywa się to cyklem widzenia. " • W awitaminozie A synteza rodopsyny jest niemożliwa, co objawia się upośledzeniem widzenia po zmroku (ślepota zmierzchowa)." Zasady stosowania oznaczeń E i Z • Określić liczbę atomową atomów, bezpośrednio związanych z atomami węgla o hybrydyzacji sp2." • Jeśli pierwszy atom nie rozstrzyga, należy rozpatrywać kolejne atomy powiązane bezpośrednio z sąsiadującym atomem ." • Wiązanie wielokrotne, traktowane jest jak kilka atomów połączonych wiązaniami pojedynczymi. " • O pierwszeństwie izotopów decyduje większa liczba masowa. " Różnice między właściwościami izomerów • Środek wybielający jedwabnika płci żeńskiej jest pochodną 16-węglolwego alkenu zawierającego grupę -OH. Dwa podwójne wiązania znajdują się przy atomie węgla 10 (trans) i przy atomie 12 (trans) i przy atomie 12 (cis). Związek ten jest 10 miliardów razy skuteczniejszy w wywoływaniu odpowiedzi męskiego jedwabnika niż izomer 10-cis-12-trans i 10 bilionów razy bardziej skuteczny niż izomer, w którym oba wiązania są w konfiguracji trans. " Nukleofil • Bogaty w elektrony atom lub cząsteczka, która dzieli (uwspólnia) elektrony z elektrofilem. " • Alkeny są zawiązki, którymi cząsteczki są bogate w elektrony - są nukleofilami." • Nukleofile przyciągają atomy lub cząsteczki, posiadające deficyty elektronów (elektrofile)." • Np. OH-, Cl-, CH3NH2, H2O." Elektrofile • Atomy lub cząsteczki, posiadające deficyty elektronów ." • Np. H+, CH3+CH2, BH3, Br, RO." Reakcje • Addycja elektrofilowa do alkenów (np. addycja halogenowodoru). " • Addycja halogenu do alkenów." Reguła Markownikowa • Elektrofil przyłącza się do atomu węgla o hybrydyzacji sp2, do którego przyłączone jest więcej atomów wodoru. " • Profesor chemii na kilku rosyjskich uniwersytetach. " • Markownik zsyntezował związki zawierające pierścienie cztero- i siedmiowęglowe, a tym samym obalił teorię, że mogą istnieć tylko związki zawierające pierścienie pięcio- i sześciowęglowe. " Polimery • Ich tworzenie jest możliwe dzięki obecności wiązania podwójnego. " • Polietylen —> folia spożywcza. " • Polipropylen —> miski, wiaderka. " • Poli chlorek winylu —> ramy okienne." • Teflon —> powstaje z tetra-fluoroetenu. "

Wykład 5 " • Halogenki alkilu. " Freon-11 i freon-12 • Wykazują doskonałe właściwości, jako gazowy czynnik chłodzący. " • Oba są obojętne, nietoksyczne i łatwo ściśliwe. " • Przed ich zastosowaniem, do tego celu w urządzeniach chłodniczych używano amoniaku. Jednak amoniak jest toksyczny i jego wyciek powodował, często nawet śmiertelne wypadki. " • W stratosferze, gdzie zlokalizowana jest „warstwa ozonowa” chlorofluorowęglowodory wywołują niekorzystne działania. Na tych wysokościach freony wystawione są na działanie promieniowania ultrafioletowego (wpływ słońca). " • Światło ultrafioletowe przerywa wiązania węgiel-chlor w ciągu CFC uwalniając atomy chloru. " Protokół Montrealski • Z 1987 roku. " • Umowa międzynarodowa w sprawie substancji zubożających warstwę ozonową. " • Wraz z późniejszymi zmianami do niniejszej umowy, ograniczyła, a w niektórych przypadkach zakazała w przyszłości produkcji i stosowania CFC. " Izomery • Związki posiadające ten sam wzór sumaryczny. " • Izomery konstrukcyjne. " • Stereoizomery: " - Izomery cis-trans. " - Izomery zawierające centrum chiralności. " Chiralność • Związki achiralne mają nakładające się na siebie odbicia lustrzane. " • Związki chiralne mają nienakładające się na siebie odbicie lustrzane." • Podstawniki o najniższym priorytecie należy ustawić od siebie. " • Zgodnie z ruchem wskazówek zegara —> konfiguracja R. " • Niezgodnie z ruchem wskazówek zegara —> konfiguracja S. " Mieszanina racemiczna • Mieszanina zawierająca równe ilości obu enancjomerów. " • Jest nieaktywna optycznie. " Diasteroizomery • To stereoizomery nie będące enancjomerami. " Talidomid • Był sprzedawany bez recepty w latach 1957-1961 jako lek usypiający ogólnego stosowania, a większych dawkach jako lek przeciwbólowy dla kobiet, których ciąża przebiegała z powołaniami. " • Preparat został zarejestrowany w ponad 50 krajach, pod różnymi nazwami handlowymi. " • Pod koniec roku 1960 udowodniono, że ma silne działanie teratogenne (czyli powoduje uszkodzenie płodu). " • Było ono szczególnie duże podczas pierwszych 50 dni ciąży. " • Zanim wykryto ten aspekt jego działania, ofiarami tego specyfiku zostało około 15 tysięcy ludzkich płodów, z czego 12 tysięcy zostało donoszone i urodzone jako dziecki z głębokimi wadami rozwojowymi. " • Spowodowało to ponowne wpisanie tej substancji na listę leków (wyłącznie czystego enancjomeru leczniczego), którego podawanie osobą niebędącym w ciąży i nieplanującym w przyszłości potomstwa jest obciążone niewielkim ryzykiem. " • Sprawa ponownego uruchomienia produkcji preparatu, która nastąpiła w 2001 roku, budzi jednak kontrowersje. " Polarymetr • Mierzy skręcalność optyczną związku. "

Reakcja substytucji halogenków alkilu

Grupa odchodząca • Atom lub grupa, która ulega podstawieniu lub eliminacji." Dowody doświadczalne na istnienie mechanizmu SN2 • Szybkość reakcji zależy zarówno od stężenia halogenku alkilu jak i nukleofilu. " • Konfiguracja produktu jest przeciwna do substratowego halogenku alkilu. " • Introwersja konfiguracji (inwersja Waldena) reakcji SN2. " Dowody doświadczalne na istnienie mechanizmu SN1 • Szybkość reakcji zależy wyłącznie od stężenia halogenku alkilu. " • Podczas substytucji przy chiralnym atomie węgla powstaje mieszanina racemiczna. " Porównanie mechanizmów SN2 i SN1 SN2

SN1

Reakcja jednoetapowa

Mechanizm wieloetapowy, tworzy się karbokation

Reakcja pierwszego rzędu kinetycznego

Reakcja drugiego rzędu kinetycznego

Nie zachodzi przegrupowanie karbokationu

Może zachodzić przegrupowanie karbokationu

Produkt ma odwróconą konfigurację do substratu

Produkty mają odwróconą i zachowaną konfigurację w odniesieniu do substratu

Szereg reaktywności metyl>1O>2O>3O

Szereg reaktywności 3O>2O>1O>metyl

Halogenki alkilu a zwierzęta morskie • Halogenki alkilu wykorzystywane przez organizmy morskie do obrony przed drapieżnikami —> silnie trujące. " • Syntezowane przez czerwone algi i ślimaki morskie. "

Wykład 6" • Związki aromatyczne (inaczej węglowodory aromatyczne). Reguły aromatyczności • Związek musi posiadać cykliczną chmurę elektronową ponad i pod płaszczyzną cząsteczki. " • Chmura elektronów pi musi zawierać nieparzystą liczbę par elektronowych. " • Reguła Huckela:" - Płaski i cykliczny związek, aby mieć charakter aromatyczny musi posiadać cykliczna chmurę (4n+2) elektronów pi, gdzie n to liczba naturalna. " Wielopierścieniowe związki aromatyczne • Naftalen. " • Fenantren. " • Antracen." Antracyt • Był w Polsce wydobywany w latach 1993-1998 z z jedynego udokumentowanego w kraju złoża Wałbrzych-Gaj. " • Po likwidacji KWK Wałbrzych i KWK Victoria, skreślono go z listy zasobów geologicznych Polski. " Nazewnictwo związków aromatycznych

Aromatyczne związki heterocykliczne • To związki cykliczne, w których jeden lub większa liczba atomów węgla została zastąpiona innym atomem. " • Np.:" - Pirydyna. " - Pirol. " - Furan. " - Tiofen. "

Skondensowane węglowodory aromatyczne • Wiele skondensowanych aromatycznych węglowodorów znanych jest jako czynniki rakotwórcze. " • Trzy najbardziej niebezpieczne substancje rakotwórcze to:" - 1,2-Benzoantracen. " - 3,4-Benzopiren. " - 1,2,5,6-Dibenzenoantracen. " • Wszystkie one zawierają cztery lub więcej skondensowanych pierścieni i wszystkie mają taki sam „kąt” w szeregu pierścieni. " • Tworzą się często przy ogrzewaniu różnych materiałów do wysokiej temperatury. " • Związki te są obecne w niskich stężeniach w tytoniu, spalinach samochodowych, a czasami w przypalonej żywności. " Benzen • Jest nukleofilem, który reaguje z elektrofilem."

Halogenowanie benzenu

Nitrowanie benzenu

Acylowanie metoda Friedela-Craftsa • Musi być przeprowadzone przy użyciu nadmiaru AlCl3."

Halogenowanie łańcucha bocznego

Utlenianie łańcucha bocznego

Przykłady pochodnych benzenu

*Im układ jest trwalszy, tym jego energia jest niższa. "

Wykład 7 " • Alkohole i fenole " Zapach alkoholi • Charakterystyczny zapach grzyby zawdzięczają obecności dwóch alkoholi 1-oktanolu i 3oktanolu. " • Charakterystyczny zapach alkoholu etylowego pojawia się dopiero po zmieszaniu go z wodą. " Budowa alkoholi • Grupą funkcyjną jest -OH. " • Tlen posiada hybrydyzację sp3." Podział alkoholi • Pierwszorzędowe —> grupa -OH połączona jest z pierwszorzędowym atomem węgla. " • Drugorzędowe —> grupa -OH połączona jest z drugorzędowym atomem węgla." • Trzeciorzędowe —> grupa -OH połączona jest z trzeciorzędowym atomem węgla." • Aromatyczne (fenole) —> grupa -OH połączona jest z atomem węgla, który znajduje się w pierścieniu aromatycznym. " Naziewnizcto alkoholi • Nomenklatura IUPAC:" - Znaleźć najdłuższy łańcuch węglowy zawierający atom węgla z grupą -OH. " - W mielce litery -e na końcu nazwy alkanu wstawić -ol. " - Numerację łańcuchów należy rozpocząć od końca najbliższego alkoholowi węgla z grupą -OH. " • Nazwy zwyczajowe:" - Nazwy alkoholi można tworzyć od alkanów, z których się one wywodzą, ale jest to wygodne tylko dla prostych alkanów. " - Np. alkohol izobutylowy, alkohol sec-butylowy." Podstawnik hydroksylowy • Jeśli grupa -OH znajduje się w innym związku określa się ją jako gr...