chemia organiczna

Transkrypt

chemia organiczna

Katarzyna Wińska
Wanda Mączka
Witold Gładkowski
Kurs wyrównawczy
z chemii organicznej
Wrocław 2009
„Program Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu dotyczący
dotycz
zwiększenia
kszenia liczby absolwentów kierunków
przyrodniczo-technicznych
technicznych o kluczowym znaczeniu dla gospodarki opartej na wiedzy”
Projekt realizowany w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki współfinansowanego ze środków
Europejskiego Funduszu Społecznego.
Kurs wyrównawczy z chemii organicznej
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu
Katedra Chemii
Materiały do kursu wyrównawczego z chemii nieorganicznej
przeznaczony dla studentów kierunków przyrodniczych i technicznych
Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu
w semestrze letnim roku akademickiego 2009/2010
Kurs przeprowadzono w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki
współfinansowanego ze środków
rodków Europejskiego Funduszu Społecznego
Redakcja merytoryczna: Zespół autorów.
© Copyright Katedra Chemii Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu.
Wrocław 2009
dotycz
zwiększenia liczby absolwentów kierunków
projekt realizowany w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki współfinansowanego ze środków
2
Spis treści.
................................
............................................ 5
Ćwiczenie 1. ................................................................................................................................
1.1
Elementy budowy związków
zwią
organicznych. Struktura cząsteczek.
steczek. Przestrzenne
rozmieszczenie atomów w cząsteczkach. ................................................................
............................................................ 5
1.1.1
Izomeria konstytucyjna ................................................................................................
................................... 6
1.1.2
Izomeria przestrzenna
estrzenna (steroizomeria) ................................................................
............................................ 7
1.2
Ustalenia budowy związków
zwią
organicznych. ................................................................
........................................... 9
1.2.1
Analiza elementarna ................................................................................................
........................................ 9
1.2.2
Wyznaczanie wzoru elementarnego i sumarycznego. ...................................................
................................
11
1.3
Zadania. ................................................................................................................................
................................
................................. 13
Ćwiczenie 2. ................................................................................................................................
................................
.......................................... 17
2.1
Grupy funkcyjne. ................................................................................................
................................
................................................... 17
2.2
Nazewnictwo związków
ązków organicznych. ................................................................
................................................ 18
2.3
Węglowodory. ................................................................................................
................................
....................................................... 22
2.3.1
Węglowodory
glowodory nasycone. ...............................................................................................
............................... 22
2.3.2
Węglowodory
glowodory nienasycone. ................................................................
.......................................................... 26
2.3.3
Węglowodory
glowodory aromatyczne. ................................................................
.......................................................... 28
2.4
Zadania. ................................................................................................................................
................................
................................. 30
Ćwiczenie 3. ................................................................................................................................
................................
.......................................... 34
3.1
Związki
zki organiczne jednofunkcyjne zawierające
zawieraj
tlen. ..........................................................
................................
34
3.1.1
Alkohole i fenole. ................................................................................................
.......................................... 34
3.1.2
Aldehydy i ketony. ................................................................................................
........................................ 37
3.1.3
Kwasy karboksylowe.................................................................................................
karboksylowe.
.................................... 40
dotycz
3
3.1.4
Estry...............................................................................................................................
................................
.............................. 43
3.1.5
Reakcje estrów.................................
................................................................................................
.............................................. 43
3.2
Zadania. ................................................................................................................................
................................
................................. 45
Ćwiczenie 4. ................................................................................................................................
................................
.......................................... 48
4.1
Związki organiczne jednofunkcyjne zwierające
zwieraj
azot. ...........................................................
................................
48
4.1.1
Aminy. ................................................................................................
................................
........................................................... 48
4.1.2
Amidy. ................................................................................................
................................
........................................................... 50
4.1.3
Związki pierścieniowe
cieniowe zawierające
zawieraj
azot, tlen i siarkę. ..................................................
................................
51
4.2
Związki
zki wielofunkcyjne. ................................................................................................
....................................... 52
4.2.1
Hydroksokwasy, ketokwasy. ................................................................
......................................................... 52
4.2.2
Węglowodany. ................................................................................................
................................
............................................... 54
4.2.3
Aminokwasy i białka. ................................................................................................
.................................... 56
4.3
Zadania. ................................................................................................................................
................................
................................. 57
Ćwiczenie 5. ................................................................................................................................
................................
.......................................... 61
5.1
Typy reakcji organicznych. ................................................................................................
................................... 61
5.2
Zadania. ................................................................................................................................
................................
................................. 63
dotycz
4
Ćwiczenie 1.
1.1 Elementy budowy związków
zwi zków organicznych. Struktura czą
cząsteczek.
Przestrzenne rozmieszczenie atomów w cząsteczkach.
cz
Główny szkielet cząsteczek
ąsteczek związków organicznych zbudowany jest z atomów węgla.
Pierwiastek ten leżyy w czwartej grupie układu okresowego, zatem może tworzyć cztery
wiązania
zania kowalencyjne z innymi atomami - przede wszystkim z wodorem, tlenem, azotem a
także, choć w mniejszym stopniu – z siarką, fosforem i fluorowcami. Atomy węgla mogą
łączyć się między sobąą a także z innymi pierwiastkami wiązaniami pojedynczymi,
podwójnymi lub potrójnymi. W ten sposób możemy otrzymywać różne typy szkieletów
węglowych.
Rodzaje szkieletów węglowych:
ęglowych:
•
Łańcuchy
cuchy proste z wiązaniami pojedynczymi i wielokrotnymi.
C
•
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
Łańcuchy
cuchy rozgałę
rozgałęzione.
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
dotycz
5
•
Połączenia
czenia pier
pierścieniowe
ścieniowe z wiązaniami pojedynczymi i wielokrotnymi.
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C C
C
C
C C
C
C
C
C
Przykład.
Mając do dyspozycji cztery atomy węgla możemy połączyć je na wiele sposobów.
sposobów
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C C
C C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C
C C
C
C
C
C
Rysując wzory związków
ązków organicznych pamiętaj, ze nie każda narysowana struktura
oznacza nowy związek.
CH3
CH3
=
CH
H2
CH2
CH2
CH3
CH2
CH3
CH2
C 2
CH
1.1.1 Izomeria konstytucyjna.
konstytucyjna
Izomerami konstytucyjnymi (strukturalnymi) nazywamy cząsteczki różniące się od
siebie sposobem i kolejnością połączenia atomów. Izomerię konstytucyjną możemy podzielić
na izomerię szkieletową (gdy cząsteczki będą różniły się tylko budową szkieletu węglowego)
lub izomerię podstawienia (gdy cząsteczki różnią się miedzy sobą tylko położeniem
dotycz
6
wiązania
zania podwójnego lub położeniem
poło
podstawnika funkcyjnego, przy zachowaniu ogólnego
szkieletu węglowego.
glowego. Izomery konstytucje mają
maj odmienne właściwości
ci fizyczne i chemiczne.
Przykład.
Izomery szkieletowe:
CH3
CH3CH2CH2CH2CH
H3
CH3
CH3 CH CH2 CH3
CH3 C
CH3
CH3
Izomery podstawienia o różnym miejscu położenia wiązania
zania podwójnego:
H2C
CH3 CH CH
C
CH2 CH3
CH CH2 CH2 CH3
Izomery podstawienia:
O
CH3 C
O
CH2 CH
C 2 CH3
CH3 CH2 C
CH2 CH3
1.1.2 Izomeria przestrzenna (steroizomeria).
(steroizomeria)
Izomerami przestrzennymi (steroizomerami) nazywamy cząsteczki,
steczki, które mają
maj tą samą
kolejność i sposób połączenia
czenia atomów a różnią
ró
się rozmieszczeniem atomów w przestrzeni.
Najprostszym przykładem tej izomerii są
s związki różniące się położeniem
żeniem podstawników
względem
dem podwójnego wiązania
wiązan lub innej określonej
lonej płaszczyzny. Jeżeli
Je
podstawniki
znajdują się po tej samej stronie płaszczyzny odniesienia – są to izomery cis lub Z, a jeżeli po
przeciwnych stronach – sąą to izomery trans lub E. Do opisywania przestrzennego ustawienia
atomów lub grup
up atomów w pierścieniach
pier
lub w dwupodstawionych wiązaniach
ązaniach podwójnych
stosujemy przedrostki cis lub trans. W przypadku rozpatrywania rozmieszczenia
podstawników wokół wiązania
ązania podwójnego według reguł pierwszeństwa
ństwa Cahna-InglodaCahna
Preloga w związkach łańcuchowych,
owych, będziemy stosowali przedrostki Z lub E.
dotycz
7
Przykład
Izomery cis-trans:
CH3
CH3
CH3
C
CH3
trans-1,2-dimetylocykloheksan
-1,2-dimetylocykloheksan
cis-1,2-dimetylocykloheksan
-1,2-dimetylocykloheksan
Izomery E, Z:
H
Br
H3C
H
C 3
CH
CH3
H3C
Br
(Z)-2-bromobut-2-en
(E)-2-bromobut-2-en
Izomery konfiguracyjne związane są z chiralnością danego związku. Jeżeli cząsteczka
nie jest identyczna ze swoim odbiciem lustrzanym to jest chiralna (jeżeli jest to
jest - achiralna). Najprostszym przykładem związku chiralnego jest atom węgla
o hybrydyzacji sp3 połączony
czony z czterema różnymi podstawnikami. Taki atom węgla będzie
nosił nazwę asymetrycznego i stanowi on centrum chiralności cząsteczki.
Przykład
H
Br
CH
H3
Cl
Cl
CH3
H
Br
dotycz
8
Pary izomerów konfiguracyjnych, które są
s swoimi odbiciami lustrzanymi, ale nie
można ich nałożyć na siebie nazywamy enancjomerami. Mają
Maj identyczne właściwości
wła
fizyczne i spektroskopowe, natomiast skręcają
skr
płaszczyznę światła
wiatła spolaryzowanego o ten
sam kątt ale w przeciwnych znakach. Wszystkie pozostałe izomery konfiguracyjne, które nie
są enancjomerami nazywamy diasteroizomerami. Diasteroizomery różnią
różnią się między sobą
właściwo
ściwościami fizycznymi i spektroskopowymi.
Przykład
COOH
H
OH
H
I
HO
H
H
OH
I
H
H
I
COOH
COOH
COOH
COOH
HO
H
I
H
COOH
COOH
COOH
enancjomery
enancjomery
diasteroizomery
1.2 Ustalenia budowy związków
zwi
organicznych.
1.2.1 Analiza elementarna.
elementarna
Wszystkie związki
zki organiczne mają
maj stały, niezmienny skład jakościowy i ilościowy.
ilo
Aby poznać budowę związku
ązku organicznego należy
nale doświadczalnie
wiadczalnie wyznaczyć
wyznaczy jego skład
procentowy wykorzystującc do tego celu metody
metod analizy elementarnej.
dotycz
9
Przykład
Po spaleniu 0,720 g nieznanego związku
zwi
organicznego wyłącznie
cznie otrzymano 1,05 g
dwutlenku węgla i 0,432 g wody. Oblicz skład procentowy związku.
zwi
(MC = 12 g/mol, MH = 1
g/mol, MO = 16 g/mol)
Rozwiązanie:
Po spaleniu związku
zku organicznego zawarty w nim węgiel
w
utworzył dwutlenek węgla
w
a
wodór wodę.. Obliczamy zatem masy węgla
w gla i wodoru w produktach spalania z nastepujących
proporcji:
MCO2 − MC
mCO2 − mC
mC , /
/
0,286 MH2O − 2MH
mH2O − mH
mH , /
! /
0,048 g
Odejmujemy od masy próbki przed
prze spaleniem masy węgla i wodoru:
0,720 g – (0,286 g + 0,048 g) = 0,386 g
Otrzymana różnica
nica miedzy wagą
wag próbki oraz masami węgla
gla i wodoru wskazuje na obecność
obecno
w badanym materiale jeszcze
szcze jednego pierwiastka – tlenu, ponieważż jedynymi produktami
spalania tego związku
zku były CO2 i H2O.
Obliczamy skład procentowy:
mpróbki − 100 %
mC − XC
dotycz
10
XC $ %
&'ó)*+
,!, %
,- 39,72 %
mpróbki − 100 %
mH − XH
XH %
&'ó)*+
,! %
,- 6,67 %
Zawartość procentowa tlenu jest wynikiem różnicy:
ró
XO = 100 % − 39,72 % − 6,67 % = 53,61 %
Badany związek
zek zawierał 39,72 % węgla,
w
6,67 % wodoru i 53,61 % tlenu.
1.2.2 Wyznaczanie wzoru elementarnego i sumarycznego.
Po obliczeniu składu procentowego można
mo
przystąpić do obliczania wzoru
elementarnego. Określa
la on stosunek liczb atomów poszczególnych pierwiastków w
cząsteczce badanego związku..
Przykład
Ustal wzór elementarny związku
zwi
z poprzedniego przykładu:
Rozwiązanie:
Możemy
emy łatwo obliczyć,
obliczyć że w 100 g badanego związku
zku znajduje się
si 39,72 g węgla,
6,67 g wodoru i 53,61 g tlenu.
dotycz
11
Obliczamy liczby moli pierwiastków:
8,- nC 7 / 3,3 %
$
nH nO ,,,- /
,, , /
6,6 %
3,3 %
Wyznaczamy stosunek liczb tych pierwiastków możliwie
mo liwie najmniejszymi liczbami
całkowitymi.
nC: nH : nO = 3,3 : 6,6 : 3,3 = 1 : 2 : 1
Otrzymujemy wzór elementarny związku CH2O. Nie jest on jednak rzeczywistym
wzorem a jedynie określa
la jaka jest zawartość
zawarto pierwiastków względem
dem siebie. Cząsteczka
Cz
może mieć wzór: CH2O, C2H4O2, C3H6O3, C4H8O itp.
Na
podstawie
obliczonego
wzoru
elementarnego
oraz
ustalonej
metodami
fizykochemicznymi masy cząsteczkowej,
ąsteczkowej, możemy
mo
ustalić wzór sumaryczny.
Przykład
Oblicz wzór sumaryczny związku
zwi
o wzorze elementarnym CH2O i masie cząsteczkowej
cz
180 g/mol.
Rozwiązanie:
Obliczamy masę cząsteczkow
ąsteczkową związku o wzorze elementarnym CH2O:
M 1 Mc 4 2 × MH 41 × MO 1 × 12 g/mol 4 2 × 1 g/mol 41 ×16 g/mol
g
30 g/mol
Wzór sumaryczny jest wielokrotnością
wielokrotno
wzoru elementarnego, czyli masa cząsteczkowa
cz
tego związku będzie wielokrotnością
wielokrotno
masy CH2O.
dotycz
12
Zatem możemy
emy obliczy
obliczyćć:
M M<=> x
czyli
180 g/mol 30 g/mol x
x6
Czyli wzorem sumarycznym badanego związku jest wzór: C6H12O6
Aby ustalić wzór strukturalny należy zastosować różne metody chemiczne, fizyczne i
spektroskopowe.
1.3 Zadania.
1. Ustal, który z podanych wzorów przedstawiają ten sam związek:
CH3CH2CH CH3
CH3
CH3
CH3CH2CH CH2CH3
CH2CH CH2
CH2CH3
CH3
CH3
CH3
H3C
CH3
CH3
CH3 CH CH CH2
CH3
Cl
Cl CH2
Cl CH3
CH3 CH CH CH3
CH
H3 C CH CH3
CH3
CH3
CH3
CH
H3
Cl CH2 CH CH CH
H3
CH3 CH CH
H CH3
CH3
Cl CH2
dotycz
13
2. Narysować wzory półstrukturalne wszystkich związków
zwi zków izomerycznych o wzorze
sumarycznym:
a. C5H12
b. C4H9Cl
c. C5H8
3. Ustal wzór rzeczywisty węglowodoru
w
o masie cząsteczkowej
steczkowej 60 g/mol, jeżeli
je
w
reakcji spalania 3 g tego związku
zwi
otrzymano 8,8 g dwutlenku węgla
ęgla i wodę.
4. Ustal najprostszy wzór sumaryczny związku,
zwi
który składa się z 58,80% węgla,
w
9,87%
wodoru oraz tlenu. Zaproponuj wzór półstrukturalny tego związku.
5. Podaj nazwy poniższych
ższych związków.
zwi
Które z podanych wzorów przedstawiają:
przedstawiaj
a) homologi
b) izomery
c) te same cząsteczki
a)
c)
b)
H2C CH
CH
H
CH3
CH
H3
d)
H3C CH
e)
CH
H
CH3
CH3
H3C C
CH3 CH
H3
CH
C 3
CH
CH3 CH3
f)
CH3 CH3
HC
CH
CH3 CH3
6. Narysuj stereoizomery E,Z 2-chlorobut-2-enu.
dotycz
14
7. Narysuj wzory półstrukturalne cząsteczek
steczek o wzorze sumarycznym C4H8Cl2, które są
wobec siebie
a) izomerami szkieletowymi
b) izomerami położenia
żenia podstawnika
c) izomerami optycznymi
8. Wymień rodzaje izomerii i podaj po jednym przykładzie.
9. Narysuj stereoizomery cis-trans 1,2-dimetylocykloheksanu.
10. Które z wymienionych związków
zwi
występują w formie stereoizomerów? Narysuj i
nazwij te stereoizomery.
a) but-2-en
d) pent-2-en
b) heks-2-en
e) metylopropen
c) 3,4-dimetylo-heks
heks-3-en
11. Narysuj model przestrzenny cząsteczki
cz
metanu, podaj długość
ść wiązań
wią
i wartość kąta
między wiązaniami.
12. Porównaj budowęę etanu, etenu i etynu. Jakiego typu wiązania
wi zania występują
wyst
w tych
cząsteczkach?
13. Określ liczbę atomów węgla
w
o hybrydyzacji sp, sp2, sp3 w cząsteczce 3-bromo-23
metylookta-1,6-dien-4--ynu.
14. Podaj stopnie utlenienia poszczególnych atomów węgla
w
w następują
ępujących związkach:
a) propan
d) propan-1--ol
b) propen
e) propanal
c) propyn
f)
kwas propanowy
15. Wskaż za pomocą gwiazdki asymetryczne atomy węgla w poniższych
ższych związkach.
zwi
dotycz
15
O
H2C CH
CH
HO
CH3
C H
H
O
OH
CH3
O
OH
I
NH2
CH2OH
O
H
Br
H
H
Cl
H
Cl
HO
O
CH3
Cl
Br
OH
CH3
OH
CH3
16. Na dowolnym przykładzie wyjaśnij pojęcia: enancjomery, diastereoizomery,
mieszanina racemiczna, prawoskrętność związku chemicznego.
17. Posługując się wzorami Fischera narysuj wszystkie stereoizomery 2-chloro-32
jodobutanu, wskażż pary enancjomerów i diastereoizomerów.
18. Posługując się wzorami Fischera narysuj stereoizomery kwasu winowego. Która
struktura przedstawia izomer mezo?
19. Określ przynależność
ść narysowanych w konwencji Fischera stereoizomerów
stereoiz
do
szeregu konfiguracyjnego D lub L. Narysuj ich enancjomery.
O
C OH
H
OH
CH3
O
C H
H
OH
HO
H
HO
H
H
O
O
C OH
H2N
H
C
H
OH
H
H
OH
CH3
OH
C
HO
O
CH2OH
dotycz
zwiększenia
16
2
Ćwiczenie 2.
2.1 Grupy funkcyjne.
Jak już wcześniej
niej wspomniano, wszystkie związki
zwi zki organiczne zbudowane są
s z szkieletu
węglowego,
glowego, do którego przyłączone
przyłą
są głównie atomy
omy wodoru. Do atomów węgla
w
mogą być
również przyłączone inne atomy
atom (np. chlor, siarka) lub grupy atomów,
atomów które nazywamy
grupami funkcyjnymi.. Decydują
Decyduj one o właściwościach
ciach chemicznych cząsteczki,
cz
bez
względu na jej wielkość i złożoność.
złożono
W tabeli zebrano najważ
ajważniejsze grupy funkcyjne z szczególnym omówieniem grupy
karbonylowej.
Tabela 1. Grupy funkcyjne.
Nazwa związku
Wzór
Alkohole i fenole
Etery
Aminy
Związki nitrowe
Grupa funkcyjna
hydroksylowa
eterowa
aminowa
nitrowa
R - OH
R-O-R
R - NH2
R - NO 2
O
Grupy funkcyjne zawierającą
zawieraj
grupę karbonylową.
C
*
Aldehydy
aldehydowa
O
R
Ketony
C
H
karbonylowa
O
R
Kwasy karboksylowe
C
R
karboksylowa
O
R
Estry
C
OH
estrowa
O
R
Amidy
O
R
C
NH2 R
C
*
OR
O
O
C
C
NHR R
amidowa
NR2
(R – łańcuch węglowodorowy
owy nasycony, nienasycony lub aromatyczny)
dotycz
zwiększenia
17
2.2 Nazewnictwo związków
ązków organicznych.
Obecnie stosowany system nazewnictwa związków jest zgodny z zaleceniami IUPAC
(International
International Union of Pure and Applied Chemistry). Nazwa związku organicznego powinna
składać się z trzech części:: przedrostka, rdzenia i przyrostka. Przedrostek informuje o miejscu
położenia
enia podstawników, rdzeń
rdzeń – opisuje główny szkielet cząsteczki (m. in. mówi o ilości
atomów węgla)
gla) a przyrostek określa główną grupę funkcyjną, do której należy cząsteczka.
Zasady nazywania zwi
związków
ązków organicznych:
1. Należy znaleźć
źć najdłuższy łańcuch węglowy w cząsteczce. (Uwaga! Najdłuższy
łańcuch może
że by
byćć „pozaginany”). Jeżeli w cząsteczce są dwa długie łańcuchy –
wybieramy ten, który ma większą liczbę punktów rozgałęzienia.
Przykład
CH2 CH3
C 2 CH3
CH
CH3 CH CH2 CH
H2 CH CH3
CH3 CH
C CH2 CH2 CH CH3
CH2 CH3
CH2 CH3
nie heksan
oktan
CH3
C 3
CH
CH3 CH CH2 CH
H2 CH CH3
CH3 CH
C CH2 CH2 CH CH3
CH CH3
nie
CH CH3
CH3
tak
CH3
dotycz
zwiększenia
18
2. Numerujemy atomy węgla. Jeżeli w cząsteczce nie ma grup charakterystycznych
(wiązanie
zanie wielokrotne, grupy funkcyjne itp.) to numerowanie rozpoczynamy od
końca,
ca, na którym znajduje się najbliższy punkt rozgałęzienia.
Przykład
CH3
1
2
C 3
CH
3
4
7
5
CH3 CH CH2 CH
H2 CH CH3
nie
6
CH CH3
7
CH3
6
5
4
3
CH3 CH
C CH2 CH2 CH CH3
2
CH CH3
1
CH3
tak
3. Nazywamy i numerujemy podstawniki. Nazwy podstawników alkilowych
pochodzą zazwyczaj od nazw odpowiednich węglowodorów. Dla niektórych
podstawników stosujemy ze względów historycznych nazwy zwyczajowe:
CH3 CH CH3
grupa izopropylowa
CH3
CH3 C CH3
grupa tert-butylowa
butylowa
CH3 CH2 CH CH3
CH3
CH3 CH CH2
grupa sec-butylowa
grupa izobutylowa
CH3
CH3
CH3 C
CH3 CH CH
H2 CH2
CH2
CH3
grupa neopentylowa
grupa izopentylowa
Jeżeli na atomie węgla znajdują się dwa podstawniki to obydwa uzyskują ten
sam numer.
dotycz
zwiększenia
19
4. Zapisujemy nazwę
nazw związku
zku w postaci jednego słowa. Jeżeli
Jeż
w cząsteczce
obecne są dwa lub więcej
wi
różnych
nych podstawników to zapisujemy je w kolejności
alfabetycznej. Jeżeli
Jeż występują dwa lub więcej
cej takich samych podstawników to
stosujemy przedrostki di-,
di tri-, tetra-,, ale bez układania ich w kolejności
kolejno
alfabetycznej.
Przykład
CH3
7
6
CH2CH3
5
4
3
CH3 CH CH2 CH2 C CH2 CH3
2
CH CH3
1
CH3
3,3-dietylo-2,6-dimetyloheptan
Ad. 2. Jeżeli
eli w cząsteczce
cz
występują różne
ne grupy charakterystyczne tylko jedna
z nich, leżąca
ąca najwyżej
najwy
w szeregu ważności, określa
śla nazwę
nazw przyrostka,
pozostałe ustawione w kolejności
kolejno ci alfabetycznej zapisywane są
s w przedrostku
nazwy. Atom węgla,
w
przy którym znajduje się „najważniejsza”
„najwa
grupa
charakterystyczna powinien mieć
mie jak najniższy numer.
Przykład
Dla eterów stosujemy przedrostek alkoksy np. grupa –OCH
OCH3 będzie nosiła
nazwę metoksy-..
O
1
2
CH3
3
4
5
6
7
CH3 C CH CH CH CH CH3
OH
6-hydroksy-5-metylohept-3-en-2-on
dotycz
zwiększenia
20
Tabela 2.. Nazwy związków organicznych.
Nazwa grupy funkcyjnej
Przyrostek nazwy
Przedrostek nazwy
Kwasy karboksylowe
kwas -owy
karboksy-
kwas -karboksylowy
Bezwodniki kwasowe
bezwodnik -owy
bezwodnik -karboksylowy
Estry
-an
alkoksykarbonylo
alkoksykarbonylo-
-karboksylan
Halogenki kwasowe
halogenek -oilu, -ylu
halokarbonylo-
Amidy
-amid
karbamoilo-
-karboksyamid
Aldehydy
-al
okso-
Ketony
-on
okso-
Alkohole
-ol
hydroksy-
Aminy
-amina
amino-
Alkeny
-en
alkenylo-
Alkiny
-yn
alkinylo-
Alkany
-an
alkilo-
dotycz
zwiększenia
21
2.3 Węglowodory.
Węglowodory
glowodory zbudowane są
s wyłącznie z atomów węgla
gla i wodoru. Ze względu
wzgl
na
budowę zostały podzielone na kilka grup:
Węglowodory
Nasycone
Acykliczne
Aromatyczne
Cykliczne
Nienasycone
Acykliczne
Cykliczne
Schemat 1. Podział węglowodorów.
2.3.1 Węglowodory
glowodory nasycone.
Węglowodory
glowodory nasycone nazywamy ogólnie alkanami. Łańcuch
cuch węglowy
w
szkieletu
cząsteczki
steczki zbudowany jest z wiązań
wi
pojedynczych. Skrajne atomy węgla
wę
połączone są
z trzema atomami wodoru a pozostałe z dwoma.
dotycz
zwiększenia
22
Tabela 3. Węglowodory nasycone.
Nazwa alkanu
Wzór sumaryczny
Wzór strukturalny uproszczony
Metan
CH4
CH4
Etan
C2H6
CH3CH3
Propan
C3H8
CH3CH2CH3
Butan
C4H10
CH3CH2CH2CH3
Pentan
C5H12
CH3CH2CH2CH2CH3
Heksan
C6H14
CH3CH2CH2CH2CH2CH3
Heptan
C7H16
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Oktan
C8H18
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Nonan
C9H20
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Dekan
C10H22
CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH2CH3
Undekan
C11H24
CH3(CH2)9CH3
Dodekan
C12H26
CH3(CH2)10CH3
Tridekan
C14H28
CH3(CH2)11CH3
Tetradekan
C16H30
CH3(CH2)12CH3
Pentadekan
C18H32
CH3(CH2)13CH3
Wzór sumaryczny alkanów zapisujemy wzorem: CnH2n+2, gdzie n oznacza liczbę
liczb
atomów węgla. Cząsteczki
steczki kolejnych węglowodorów
w
maja podobną budowę
budow i właściwości a
różnią sie od siebie jedynie o fragment –CH2–. Taką grupę związków
zków nazywamy szeregiem
homologicznym
ym a poszczególne związki
zwi
– homologami.
Poza węglowodorami
glowodorami łańcuchowymi
ła cuchowymi prostymi znamy również
równie węglowodory
łańcuchowe rozgałęzione,
zione, np. butan i 2-metylopropan.
2
dotycz
zwiększenia
23
Atom węgla ma rzędowo
ędowość równą liczbie atomów węgla
gla z nim zwi
związanych, zatem
możemy mieć atomy węgla
gla I, II, III i IV rzędowe:
rz
C C
C
C
C C
C C
C
C C C
C
I-rzędowy
II-rz
II-rzędowy
C
III-rzędowy
IV-rz
IV-rzędowy
Atomy węgla mogąą łączy
łączyć się nie tylko w łańcuchy, ale równieżż w pierścienie.
pier
Takie
węglowodory
glowodory nazywamy cykloalkanami. Podobnie jak alkany tworzą
tworzą szereg homologiczny
o wzorze ogólnym CnH2n.
CH2
CH2
CH2 CH2
cyklopropan
CH2
CH
H2 CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH
H2 CH2
CH2 CH2
CH2
cyklobutan
cyklopentan
cykloheksan
CH2
CH2
Jeżeli do pierścienia
cienia przyłączone
przył
są podstawniki to należyy wskaza
wskazać w nazwie jego
miejsce położenia
enia oraz jego rodzaj.
Przykład
4
5
3
6
2
1
2-etylo-1-izopropylo-4-metylocykloheksan
dotycz
zwiększenia
24
2.3.1.1 Reakcje węglowodorów
glowodorów nasyconych.
Węglowodory nasycone są
s związkami
zkami mało aktywnymi chemicznie. Alkany ulęgają
reakcjom spalania oraz reakcji z chlorem lub bromem w obecności
obecno światła.
wiatła.
W spalaniu węglowodorów
glowodorów możemy
mo
w zależności od ilości dostarczonego tlenu
otrzymać różne produkty:
C5H12 + 8 O2
5 CO2 + 6 H2O
2 C5H12 + 11 O2
10 CO + 12 H2O
C5H12 + 3 O2
5 C + 6 H2O
Alkany ulegają również reakcjom podstawienia jednego lub kilku atomów wodoru
atomami fluorowców. Reakcja wymaga jednak zainicjowania przez światło
wiatło lub podwyższoną
podwy
temperaturę. W wyniku reakcji tworzy się
si mieszanina produktów podstawienia.
Cl
Cl2, hν
Cl
Cl
Cl
+
+
+
Na podstawie doświadcze
wiadczeń stwierdzono, ze najbardziej reaktywne jest wiązanie
wi
C-H
przy trzeciorzędowym
dowym atomie węgla,
w gla, mniej reaktywne jest przy drugorzędowym
drugorzę
a najmniej
reaktywne – przy pierwszorzędowym.
pierwszorzę
Dlatego głównym produktem powyższej
powy
reakcji jest
2-chloro-2-metylobutan.
dotycz
zwiększenia
25
2.3.2 Węglowodory
glowodory nienasycone.
Węglowodory
glowodory nienasycone mają przynajmniej jedno wiązanie wielokrotne –
podwójne (alkeny) lub potrójne (alkiny). Obecność wiązań wielokrotnych decyduje
o reaktywności
ci tych grup zwią
związków. Mogą one ulęgać miedzy innymi reakcjom przyłączenia
(addycji) i polimeryzacji.
glowodorów nienasyconych.
Reakcje addycji elektrofilowej do wiązania
wi
wielokrotnego:
Regułaa Markownikowa: W reakcjach addycji elektrofilowej do wiązania
wielokrotnego w przewadze tworzy się ten produkt, gdzie odczynnik elektrofilowy (kation)
przyłącza się do węgla połączonego
ączonego z większą ilością wodorów (o niższej rzędowości).
Addycja halogenu.
Cl
H2C
CH CH3
Cl2
H2C
CH CH3
Cl
1,2-dichloropropan
propen
Br
HC
C
CH3
Br2
H C
Br Br
C CH3
Br
propyn
1,2-dibromopropen
Br2
H C C CH3
Br Br
1,1,2,2-tetrabromopropan
dotycz
zwiększenia
26
Addycja halogenowodoru.
HCl
CH2 CH CH3
CH3 CH CH3
Cl
propen
2-chloropropan
HBr
HC C CH3
H2C C CH3
Br
HBr
H3C C CH3
Br
propyn
Br
2-bromopropen
2,2-dibromopropen
Addycja wody.
H2O, H+
H2C CH CH3
CH3 CH CH
C 3
OH
propen
propan-2-ol
W reakcji addycji wody do wiązania potrójnego powstaje nietrwały
nienasycony alkohol, który izomeryzuje do bardziej trwałego związku
karbonylowego.
H2C CH CH3
H2O, H+
Hg2+
H2C
C
CH3
OH
propen
CH3 C
CH3
O
propanon
keton dimetylowy
aceton
Addycja wodoru.
H2C CH CH3
propen
H2
CH3 CH2 CH3
propan
dotycz
zwiększenia
27
HC C CH3
H2
H2C CH CH3
H2
CH3 CH2 CH3
propen
propyn
propan
Polimeryzacja:
Reakcja łączenia
ł
się pojedynczych cząsteczek
steczek (monomerów) w
policząsteczki
eczki nazywamy polimeryzacją:
polimeryzacj
H2C CH
Cl
+ H C CH +
2
...
...
Cl
Cl
polichlorek winylu
Cl
H2C CH + H2C CH
CH3 CH CH
C 2 CH
+
...
styren
CH3 CH CH
C 2 CH
...
polistyren
2.3.3 Węglowodory
glowodory aromatyczne.
Węglowodory
glowodory aromatyczne mają
maj cząsteczkę płaską,, cykliczną (pierścieniową)
i zawierają wiązania
zania zdelokalizowane, które łączą
ł
wszystkie atomy w pierścieniu.
pier
Liczba
elektronów π powinna byćć zgodna z regułą
reguł Hückla 4n+2, gdzie n = 0, 1, 2, 3….
Benzen jest najprostszym związkiem
zwi zkiem aromatycznym, tworzy różne szeregi
homologiczne.
dotycz
zwiększenia
28
C 3
CH
CH2
CH3
benzen
benzen
toluen
(metylobenzen)
naftalen
etylobenzen
fenantren
antracen
W nazwach dwupodstawionych pochodnych benzenu wykorzystuje się
si przedrostki
orto (podstawienie 1,2), meta (podstawienie 1,3) i para (podstawienie 1,4).
CH3
CH3
CH
H3
CH
H3
CH3
1,2-dimetylobenzen
orto-ksylen
1,3-dimetylobenzen
meta-ksylen
CH
H3
1,4-dimetylobenzen
para-ksylen
-ksylen
glowodorów aromatycznych.
Reakcje podstawienia (substytucji) elektrofilowej:
Reakcje substytucji elektrofilowej polega na podstawieniu atomu wodoru w
pierścieniu
cieniu aromatycznym innym atomem lub grupą
grup funkcyjną.. Reakcjami substytucji są
s
miedzy innymi reakcje nitrowania, sulfonowania, halogenowania i alkilowania.
dotycz
zwiększenia
29
NO2
HNO3+H2SO4
nitrobenzen
SO3H
H2SO4
kwas benzenosulfonowy
Br
Br2, FeBr3
bromobenzen
CH3Cl, AlCl3
CH3
toluen
Schemat 2. Reakcje substytucji elektrofilowej węglowodorów aromatycznych.
Reakcje uwodornienia:
uwodornienia
Benzen i inne węglowodory
ęglowodory aromatyczne w obecności
obecno ci katalizatora (nikiel) i
podwyższonego ciśnienia
nienia ulega reakcjom przyłączenia
przył czenia wodoru. Produktem reakcji są
s
odpowiednie cykloalkany.
H2, kat. 2,5 MPa, 200oC
2.4 Zadania.
1. Narysuj i nazwij po 3 związki
zwi
należące do węglowodorów
glowodorów nasyconych,
węglowodorów
glowodorów nienasyconych, arenów, chlorowcoalkanów, alkoholi, eterów,
aldehydów, ketonów, kwasów karboksylowych, estrów, amin, amidów. Wskaż
Wska
dotycz
zwiększenia
30
charakterystyczne fragmenty budowy (wiązania, grupy funkcyjne narysowane
w postaci pełnych wzorów strukturalnych) decydujące o przynależności tych
związków
zków do poszczególnej klasy.
2. Podaj nazwy systematyczne następujących związków:
CH3
CH2
CH3
CH3
CH
H3
CH3
Cl
Cl
CH3CH2CH2CH
H CH2CH2CH3
Cl
CH
H2CH2CH CH2CH3
C CH2CH
C CH CH3
Br
Br Cl
CH3
3. Określ rzędowość wszystkich atomów węgla w cząsteczkach następujących
związków:
metylooktan
a) 4-etylo-4-metylooktan
c) 2,3,4-trimetylopentan
trimetylopentan
b) 2,2-dimetylopropan
d) 3-etylo-2,2-dimetylopentan
dimetylopentan
4. Ile trzeciorzędowych atomów węgla zawiera: neopentan, 3-metyloheksan.
metyloheksan.
5. Podaj ogólne wzory oraz narysuj i nazwij trzy pierwsze związki w szeregu
homologicznym alkanów,
nów, alkenów i alkinów.
6. Napisz reakcje pełnego spalania butanu, propenu i acetylenu.
7. Ile produktów monochlorowania uzyskasz w wyniku reakcji 2,3-dimetylobutanu
2,3 dimetylobutanu oraz
etylocykloheksanu z chlorem? Dla pierwszego z wymienionych substratów podaj
nazwy wszystkichh produktów i zaznacz produkt główny.
8. Narysuj wzory półstrukturalne izomerycznych alkenów zawierających 5 atomów
węgla w cząsteczce. Podaj ich nazwy systematyczne.
9. Na przykładzie reakcji winylocykloheksanu z HBr wyjaśnij regułę Markownikowa.
dotycz
zwiększenia
31
10. Napisz reakcje addycji 1 mola HCl, Br2 oraz wody w środowisku
rodowisku kwaśnym
kwa
do:
a) etylenu
c) 2-metylobut-22-enu
b) metylopropenu
d) acetylenu
11. Napisz reakcje uwodornienia i polimeryzacji:
a) etenu
b) metylopropenu
c) chlorku winylu
pomoc których
12. Na dowolnym przykładzie napisz dwie reakcje probówkowe, za pomocą
odróżnisz węglowodór
glowodór nasycony od nienasyconego. Opisz krótko efekt wizualny tych
reakcji.
hybrydyzacj atomów węgla w cząsteczkach
steczkach cykloheksanu
cykloheksa
13. Porównaj budowęę i hybrydyzację
i benzenu. Napisz reakcję
reakcj cykloheksanu z bromem pod wpływem światła oraz
benzenu tym samym odczynnikiem w obecności
obecno FeBr3.
14. Narysuj i nazwij możliwe
żliwe
liwe izomery dowolnego dwupodstawionego benzenu.
15. Jakie będą główne produkty następujących
nast
reakcji:
a) bromobenzenu z chlorem w obecności
obecno FeCl3
b) nitrobenzenu z bromem w obecności
obecno FeBr3
c) toluenu z kwasem azotowym (V) w obecności
obecno H2SO4
d) fenolu z kwasem azotowym (V) w obecności
obecno H2SO4
16. Napisz po jednym przykładzie reakcji 1-bromopropanu
1
z KOH będą
ędącej reakcją:
a) substytucji
b) eliminacji
17. Uzupełnij poniższy
szy schemat reakcji.
dotycz
zwiększenia
32
A
H3C CH2 OH
H2C
CH2
B
H3C CH2 Cl
C
H3C CH2 CH2 CH3
D
H3C CH
CH2 CH3
Cl
18. Ustal strukturę alkenów, które w wyniku ozonolizy dają
daj następujące
ące produkty:
O
O
a)
H3C CH2 C
+
H
CH3 C
O
b)
H3C CH2 C CH3 + H C
O
c)
H
O
+
O
O
d)
CH3 C
H
H
H3C
C
CH3
O
+
CH3 C CH3
dotycz
zwiększenia
33
3
Ćwiczenie 3.
3.1 Związki
zki organiczne jednofunkcyjne zawierające tlen.
Wiele związków
zków organicznych poza węglem
w glem i wodorem ma grupy funkcyjne
zawierające
ce tlen np. grupa hydroksylowa, karbonylowa, karboksylowa.
3.1.1 Alkohole i fenole.
Alkohole to grupa związków
zwi
organicznych, gdzie do jednego lub więcej
wi
atomów
węgla przyłączone są grupy hydroksylowe. W alkoholach alifatycznych grupa hydroksylowa
przyłączona
czona jest do tetraedrycznego atomu węgla,
w
w fenolach zaś podstawiony jest jeden
z atomów wodory w pierścieniu
cieniu aromatycznym.
OH
H
CH3 CH
C 2 OH
alkohol etylowy
etanol
fenol
W zależności od rzędowo
ędowości atomu węgla, do którego przyłączona
ączona jest grupa –OH
alkohole nazywa się alkoholami pierwszorzędowymi,
pierwszorz
drugorzędowymi
dowymi i trzeciorzędowymi.
trzeciorz
CH3CH2CH2OH
alkohol pierwszorzędowy
OH
CH3CH CH3
OH
CH3 C CH3
CH3
alkohol drugorzędowy
alkohol trzeciorzędowy
trzeciorz
dotycz
zwiększenia
34
3.1.1.1 Reakcje alkoholi i fenoli.
Reakcje alkoholi i fenoli z zasadami:
Alkohole alifatyczne ssąą słabymi kwasami i w reakcji z aktywnymi metalami tworzą
alkoholany:
2 CH3CH2OH
+
2 CH3CH2 O-Na+
2 Na
H2
+
W reakcjach w wodzie alkoholany ulegają hydrolizie:
CH3CH2 O-Na +
CH3CH2OH + Na+ + OH-
H2O
Alkohole aromatyczne są silniejszymi kwasami niż alkohole i woda, więc fenolany
otrzymać można w reakcji z roztworami wodorotlenków litowców:
O Na+
OH
+
+
NaOH
H2O
Reakcja podstawienia grupy hydroksylowej atomem fluorowca:
W reakcji wymiany grupy hydroksylowej na atom fluorowca otrzymujemy
odpowiednią
halogenopochodną.
Alkohol
poddajemy
działaniu
silnych
kwasów
florowcowodorowych często w podwyższonej temperaturze. Możemy w ten sposób otrzymać
bromki i jodki z alkoholi, nie da się natomiast otrzymać z pierwszorzędowych alkoholi
chlorków.
dotycz
zwiększenia
35
CH3
CH3
H3C
OH
H
HBr
H3C
Br
CH3
CH3
Chlorki pierwszorzędowe
ędowe otrzymamy w reakcji alkoholi pierwszorzędowych z HCl
i ZnCl2 jako katalizatorem,, jednak reakcja powinna być prowadzona w podwyższonej
temperaturze.
Reakcja eliminacji wody.
Eliminacja cząsteczki
steczki wody z alkoholi prowadzi do powstania alkenu. Reakcja
zachodzi w obecności
ci mocnych stężonych kwasów i wysokiej temperatury.
OH
H+, - H2O
CH3 CH CH CH3
CH3 CH2 CH CH3
Reakcja utlenienia alkoholi alifatycznych.
Pierwszorzędowe alkohole alifatyczne utleniają się w zależności od użytego
odczynnika do aldehydów lub kwasów karboksylowych, natomiast drugorzędowe alkohole
utleniają się do ketonów. Trzeciorzędowe alkohole nie utleniają się powszechnie
stosowanymi utleniaczami.
C 3 CH2 CH2 C
CH
CH3 CH2 CH2 C
CH3 CH2 CH2 CH2 OH
O
O
K2Cr2O7, H+
OH
H
OH
K2Cr2O7, H+
O
CH
H3 CH2 C CH3
CH3 CH2 CH CH3
dotycz
zwiększenia
36
Reakcje podstawienia wodoru w pierścieniu
pier cieniu aromatycznym fenolu.
Fenol podobnie jak benzen ulega reakcji podstawienia jednego z wodorów
w pierścieniu
cieniu aromatycznym. W tej reakcji grupa hydroksylowa będzie
będzie kierowała drugi
z podstawników w pozycję orto lub para.
OH
OH
OH
NO2
HNO3, H2SO4
+
NO2
fenol
orto-nitrofenol
para-nitrofenol
3.1.2 Aldehydy i ketony.
W aldehydach i ketonach atom tlenu jest związany
zwi zany z atomem węgla
w
wiązaniem
podwójnym. Utworzona grupa funkcyjna nosi nazwę
nazw grupy karbonylowej:
O
C
*
*
W aldehydach grupa karbonylowa połączona
poł
jest z atomem wodoru oraz z resztą
reszt
węglowodorową – alifatyczną lub aromatyczną. Natomiast w cząsteczkach
steczkach ketonów grupa
karbonylowa połączona
czona jest z dwoma resztami węglowodorowymi.
w
dotycz
zwiększenia
37
O
C
R
O
H
R
aldehyd
C
R
keton
3.1.2.1 Reakcje aldehydów i ketonów.
Reakcje utlenienia:
Wszystkie aldehydy wykazują właściwości redukujące – ulegaj
gają utlenieniu do
kwasów karboksylowych.
•
próba Tollensa
Odczynnik Tollensa to amoniakalny
amoniak
roztwór azotanu(V)
(V) srebra (a
( właściwie
wodorotlenek diaminosrebrowy). O pozytywnym
wnym przebiegu reakcji świadczy
wydzielające sięę na ściankach probówki lustro srebrowe. Ketony nie ulegają
utlenieniu.
O
O
+ 2 Ag(NH3)2OH
CH3C
CH3C
O NH4
H
•
+ Ag + H2O + 3 NH3
+
próba Trommera
era
W próbie Trommera
Trom
czynnikiem utleniającym jest świeżo strącony
wodorotlenek miedzi(II).
miedzi(
Wydziela się ceglasty osad tlenku miedzi (I). Ketony nie
ulegają utlenieniu.
O
CH3C
+
O
Cu(OH)2
CH3C
H
+
OH
Cu2O + H2O
ceglasty osad
dotycz
zwiększenia
38
Reakcje redukcji:
Aldehydy i ketony redukowane są
s głównie za pomocąą wodorków metali
(glinowodorkiem litu lub borowodorkiem sodu) do odpowiednich pierwszo i drugorzędowych
alkoholi.
O
NaBH4
CH3 C
CH3CH2OH
H
O
CH3 C
OH
CH3
LiAlH4
CH3CH CH
H3
Reakcja przyłączenia alkoholi:
W obecności
ci kwasów może
mo
nastąpić przyłączenie cząsteczek
ąsteczek alkoholi do
karbonylowego atomu węgla
ęgla
gla aldehydów i ketonów. W wyniku tej reakcji tworzy się
si
hemiacetal. Jeżeli
eli reakcja jest prowadzona w nadmiarze alkoholu to następuje
nast
nastę
przyłączenie
kolejnej cząsteczki
steczki alkoholu do utworzenia acetalu. Acetale są
s nietrwałe i łatwo ulegają
ulegaj
rozpadowi pod wpływem wodnego roztworu kwasu.
O
CH3C
H
CH3CH2OH, H+
O H
CH3CH
O CH2CH3
hemiacetal
CH3CH2OH, H+
O CH2CH3
CH3CH
O CH2CH3
acetal
dotycz
zwiększenia
39
Reakcja haloformowa:
Ketony z grupą metylową
metylow przyłączoną bezpośrednio do karbonylowego
arbonylowego atomu węgla
w
utleniają się do kwasów w reakcji z fluorowcami w wodnym zasadowym roztworze. W
zależności od użytego
ytego reagenta produktem
produktem reakcji poza kwasem jest jodoform, chloroform
chlorofo
lub bromoform.
O
O
CH3C CH3
+ 3 I2 + NaOH
CH3C
+
OH
CHI3 +
3NaI
+
3H2O
3.1.3 Kwasy karboksylowe.
Grupą funkcyjną w kwasach karboksylowych jest grupa karboksylowa. W zależności
od budowy reszty węglowodorowej
glowodorowej kwasy możemy
mo
podzielić na alifatyczne i aromatyczne.
Kwasy mogą mieć więcej
ęcej niż
ni jedną grupę karboksylową – kwasy dikarboksylowe,
trikarboksylowe itp.
Nazwy systematyczne pochodzą
pochodz od odpowiednich węglowodorów
glowodorów a numeracje
w łańcuchu rozpoczyna sięę od grupy karboksylowej. Bardzo często
cz sto stosuje się
si jednak nazwy
zwyczajowe, które zazwyczaj określają pochodzenie danego kwasu. Wyprowadzając
Wyprowadzaj nazwy
zwyczajowe dla pochodnych kwasów karboksylowych stosujemy oznaczenia atomów węgla
w
literami greckimi zaczynając numerację
numeracj od węgla bezpośrednio
rednio połączonego
połą
z grupą
karboksylową.
5
4
3
2
1
CH3 CH2 CH2 CH2 COOH
δ
γ
β
α
dotycz
zwiększenia
40
Tabela 4.. Wzory i nazwy kwasów karboksylowych
Wzór
Nazwa systematyczna
Nazwa zwyczajowa.
HCOOH
Kwas metanowy
Kwas mrówkowy
CH3COOH
Kwas etanowy
Kwas octowy
CH3CH2COOH
Kwas propanowy
Kwas propionowy
CH3(CH2)2COOH
Kwas butanowy
Kwas masłowy
CH3(CH2)3COOH
Kwas pentanowy
Kwas walerianowy
CH3(CH2)4COOH
Kwas heksanowy
Kwas kapronowy
CH3(CH2)6COOH
Kwas oktanowy
Kwas kaprylowy
CH3(CH2)7COOH
Kwas nonanowy
Kwas pelargonowy
CH3(CH2)10COOH
Kwas dodekanowy
Kwas laurynowy
CH3(CH2)14COOH
Kwas heksadekanowy
Kwas palmitynowy
CH3(CH2)16COOH
Kwas oktadekanowy
Kwas stearynowy
Przykład.
OH
CH3 CH2 CH CH2 COOH
kwas 3-hydroksypentanowy
kwas β−hydroksywalerianowy
3.1.3.1 Reakcje kwasów karboksylowych.
Tworzenie soli:
W reakcjach kwasów karboksylowych z aktywnymi metalami, tlenkami metali lub
wodorotlenkami otrzymujemy
jemy sole kwasów karboksylowych. Niektóre z nich są
s stosowane
w życiu
yciu codziennym od dawna np. sole sodowe kwasów tłuszczowych są
s głównym
składnikiem mydła, benzoesan sodu jest znanym środkiem konserwującym.
cym.
dotycz
zwiększenia
41
CH3
CH2
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
C 2
CH
CH2
CH2
C 2
CH
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CO
OOH
CH2
CH2
+ NaOH
- +
CO
OO Na
+ H2O
CH2
Reakcja estryfikacji:
W wyniku reakcji kwasów karboksylowych z alkoholami w środowisku
rodowisku kwaśnym
kwa
otrzymuje się estry.
O
+
CH3CH2C
O
+
H
CH3CH2OH
CH3CH2C
OH
+
H2O
O 2CH3
OCH
Reakcja tworzenia amidów:
W pierwszym etapie reakcji kwasu karboksylowego z amoniakiem otrzymuje się
si sole
amonowe. Dopiero po ogrzaniu
grzaniu sole przechodzą
przechodz w amidy kwasowe.
O
O
+
CH3C
2 NH3
CH3C
OH
T
O NH4+
O
CH3C
NH2
dotycz
zwiększenia
42
Redukcja kwasów karboksylowych:
Kwasy karboksylowe można zredukować np. glinowodorkiem litu (LiAlH4) do
pierwszorzędowych alkoholi.
CH3COOH
LiAlH4
CH3CH2OH
3.1.4 Estry.
Produktami reakcji kwasów karboksylowych lub nieorganicznych z alkoholami
monowodorotlenowymi lub wielowodorotlenowymi są estry. Te szeroko rozpowszechnione
w świecie roślinnym i zwierzęcym związki mają zazwyczaj charakterystyczne przyjemne
zapachy,, np. mrówczan etylu ma zapach rumowy, a maślan etylu - ananasowy.
ananasowy Nazwy estrów
tworzy się podobnie ja nazwy soli, ale zamiast nazwy
nazwy metalu podaje się nazwę grupy
pochodzącej od alkoholu.
3.1.5 Reakcje estrów.
Estry otrzymuje się w reakcji kwasów z alkoholami w środowisku kwaśnym. Reakcja ta
jest odwracalna, ponieważ powstająca w reakcji woda reaguje z estrem powodując jego
hydrolizę do kwasu i alkoholu. W trakcie reakcji ustala się stan równowagi dynamicznej.
O
CH3CH2C
OH
+
+
O
H
+
CH3CH2C
CH3CH
C 2OH
O CH
H2CH3
H2O
dotycz
zwiększenia
43
Kwasy nieorganiczne również
również reagują z alkoholami dając estry:
CH3CH2OH
+
HNO3
CH3CH2O NO2
+
H2O
Reakcja hydrolizy kwaśnej:
Hydroliza kwaśna
na jest procesem odwrotnym do reakcji estryfikacji. Aby przesunąć
stan równowagi w kierunku produktów reakcji stosuje się duży nadmiar wody.
O
CH3CH2C
O CH2CH3
+
+
H2O
O
H
+
CH3CH2C
OH
CH3CH2OH
+
H
CH3CH2O NO2
+
CH3CH2OH
H2O
+
HNO3
Reakcja hydrolizy zasadowej:
Reakcja hydrolizy zasadowej jest procesem nieodwracalnym. Produkt
Produktami hydrolizy są
alkohol i sól kwasu.
OH -
O
+
CH3CH2C
O CH2CH3
H2O
O
CH3CH2C
+
CH3CH2OH
+
NO3-
O
OH -
CH3CH2O NO2
+
CH3CH2OH
H2O
dotycz
zwiększenia
44
3.2 Zadania.
1. Narysuj lub nazwij następujące
nastę
cząsteczki:
a) butan-1-ol
e) eter dietylowy
b) 2-metylopropan-2-ol
ol
f) octan etylu
c) etanal
g) fenol
d) propanon (aceton)
h)
O
i)
O
j)
OH
H
k)
OH
l)
O
2. Narysuj wzory izomerycznych alkoholi o 4 atomach węgla
w
w cząsteczce
ąsteczce i określ
okre ich
rzędowość.. Jak za pomocą
pomoc odczynnika Jonesa (K2Cr2O7 w H2SO4) rozróżnisz
rozró
alkohole
o różnej rzędowości?
ci? Napisz odpowiednie reakcje.
3. Porównaj kwasowość
ść etanolu i fenolu pisząc
pisz c odpowiednie reakcje. Napisz reakcję
reakcj
świadczącą, żee fenol jest kwasem słabszym od kwasu węglowego.
w
4. Jakie produkty otrzymasz w reakcjach butan-2-olu
butan
z:
a) HBr
c) K2Cr2O7
b) Al2O3 (300 oC)
d) CH3COOH
5. Napisz jednoetapowe reakcje otrzymywania 2,4-dimetylopentan-3-olu
2,4
olu z:
a) alkenu
b) chlorowcoalkanu
c) związku
ązku karbonylowego
dotycz
zwiększenia
45
6. Otrzymaj aldehyd octowy oraz aceton przez utlenianie odpowiednich alkoholi
tlenkiem miedzi (II), a następnie napisz reakcje aldehydu octowego z 1 molem oraz
z 2 molami etanolu w środowisku kwaśnym.
7. Napisz dwie reakcje probówkowe, za pomocą których odróżnisz aldehyd od ketonu.
Opisz efekty wizualne towarzyszące tym reakcjom.
8. Uzupełnij schemat reakcji:
HCl
A
2-metylobut-1-en
KOH, H2O
B
C
propanon
KMnO4, OHD
9. Narysuj wzory:
a) pięciu pierwszych kwasów z szeregu homologicznego nierozgałęzionych kwasów
alkanowych (podaj ich nazwy)
b) kwasu benzoesowego
c) kwasu stearynowego i palmitynowego
d) kwasu oleinowego i linolowego (uwzględnij konfigurację wiązań podwójnych)
e) octanu propylu
f) maślanu butylu
10. Napisz reakcje:
a) estryfikacji kwasu propionowego w środowisku kwaśnym
b) hydrolizy benzoesanu etylu w środowisku zasadowym
c) hydrolizy
zy mrówczanu etylu w środowisku kwaśnym
Która z wymienionych reakcji jest reakcją odwracalną?
dotycz
zwiększenia
11. Posługując się odpowiednimi reakcjami uszereguj podane związki
zwi zki według
wzrastających właściwo
ściwości kwasowych.kwas octowy, butan-1-ol,
ol, glikol etylenowy, pkrezol, etanol, kwas węglowy
wę
12. Narysuj wzór trioleinianu gliceryny i napisz reakcję:
reakcj
a) będącą podstawąą procesu produkcji mydeł
b) wykorzystywanąą w technologii produkcji margaryny
c) wykorzystywanąą do odróżnienia
odró
tego związku
zku od tripalmitynianu gliceryny (podaj
(pod
efekt wizualny)
13. Napisz reakcję nitrogliceryny
itrogliceryny z kwasem azotowym(V).
azotowym
14. Uzupełnij schemat reakcji:
etan
Cl2,hv
,
NaOH, H2O
A
E
NaOH
CuO
B
D
C
Ag2O
15. Zaproponuj ciągg reakcji chemicznych, w wyniku których z etanu można
mo
moż
otrzymać
octan izopropylu.
dotycz
zwiększenia
47
4
Ćwiczenie 4.
4.1 Związki organiczne jednofunkcyjne zwierające
zwieraj
azot.
Azot jest obok węgla,
gla, wodoru, tlenu i fluorowców jednym z najczęściej
najczęściej występujących
wyst
pierwiastków w związkach
zkach organicznych. Występuje
puje miedzy innymi w aminach, amidach,
związkach
zkach nitrowych oraz aminokwasach i białkach, a także
tak e jest w zasadach azotowych
budujących nukleotydy.
4.1.1 Aminy.
Aminy są to związki
zki organiczne wywodzące
wywodz
się od amoniaku, gdzie zamiast kolejnych
wodorów znajdują się grupy węglowodorowe.
w glowodorowe. Aminy dzielimy w zależności
zale
od ilości
wprowadzonych grup na pierwszorzędowe,
pierwszorz
drugorzędowe i trzeciorzędowe.
dowe.
Przykład
Aminy pierwszorzędowe.
ędowe.
H3C
H
CH3CH2
H
N
N
H
H
metyloamina
H
H
NH2
N
CH3CH CH3
etyloamina
izopropyloamina
anilina
dotycz
zwiększenia
48
Aminy drugorzędowe.
H3C
CH3CH2
CH3
CH3
N
N
H
H
H
N
CH3CH CH
C 3
etylometyloamina
dimetyloamina
C 3
CH
izopropylometyloamina
Aminy trzeciorzędowe.
dowe
H3C
N
CH2CH3
H3C
CH3
N
CH3
N-etylo-N-metyloanilina
trimetyloamina
4.1.1.1 Reakcje amin.
Aminy, podobnie jak amoniak, zachowują się jak słabe zasady (aminy aromatyczne są
słabszymi zasadami od amin alifatycznych i amoniaku). Reagują z kwasami dając sole
amoniowe:
CH3CH2NH2
+
CH3CH2NH
H3+ Cl -
HCl
chlorowodorek etyloaminy
Aminy pierwszorzędowe reagują z związkami karbonylowymi tworząc zasady Schiffa.
CH3CH2CH2C
O
H
H
+ H2N CH2CH3
CH3CH2CH2C N CH
C 2CH3
+
H2O
zasada Schiffa
dotycz
zwiększenia
49
Zasady Schiffa powstają
powstaj w organizmach żywych
ywych w przemianach biochemicznych
aminokwasów przy udziale enzymów.
enzymów
4.1.2 Amidy.
Amidy są pochodnymi kwasów karboksylowych i amin. Związki
Związki z ugrupowaniem
amidowym występują bardzo często
cz
w przyrodzie np. mocznik będący
cy końcowym
koń
produktem
przemiany związków
zków azotowych. Wiązanie
Wi
amidowe występuje
puje w białkach,
białkach w wielu
antybiotykach i alkaloidach.
O
C
O
H2N C NH2
H3C C
O
NH2
mocznik
amid kwasu octowego
acetamid
O
NH2
H3C C
N CH3
CH3
benzamid
N,N-dimetyloacetamid
4.1.2.1 Reakcje amidów.
Amidy w środowisku
rodowisku kwaśnym
kwa
hydrolizują do kwasu karboksylowego i soli
amoniowej. Natomiast w środowisku zasadowym hydrolizują
hydrolizuj do soli kwasu karboksylowego
i amoniaku lub aminy.
Przykład.
Hydroliza kwaśna.
O
O
+
H , H2O
H3C C
+
H3C C
OH
NH2
NH4+
dotycz
zwiększenia
50
Hydroliza zasadowa.
O
OH
H3C C
O
-
+
H3C C
NH3
O
NH2
4.1.3 Związki pierścieniowe
cieniowe zawierające
zawieraj
azot, tlen i siarkę.
Znamy wiele związków
zków naturalnych pierścieniowych zawierających
cych azot. Zazwyczaj
wiele z nich ma znaczenie w procesach biochemicznych. Najczęściej
Najcz ciej spotykane związki
zwi
to:
S
O
H
H
N
N
N
furan
tiofen
pirol
imidazol
H
N
N
N
N
pirydyna
puryna H
piperydyna
O
NH2
N
N
N
N
pirymidyna
N
N
N
N
N
N
H2N
H
N
N
H
guanina
adenina
dotycz
zwiększenia
51
O
H
N
NH
H2
N
O
N
O
N
H
cytozyna
uracyl
O
H
N
N
O
CH3
tymina
4.2 Związki
zki wielofunkcyjne.
Związki zawierające
ce więcej
wię
niż jedną grupę funkcyjną nazywamy wielofunkcyjnymi.
Na właściwości chemiczne, ich zachowanie i reaktywność takich związków
zwi
wpływają
wszystkie obecne w cząsteczce
steczce grupy, które mogą
mog reagować z poszczególnymi odczynnikami,
jak również wewnątrzcząsteczkowo.
steczkowo.
4.2.1 Hydroksokwasy,, ketokwasy.
ketokwasy
Związki zawierające
ące zarówno grupę
grup hydroksylową jak i karboksylową
karboksylow nazywamy
hydroksykwasami. W produktach naturalnych są
s często
sto spotykane w stanie wolnym lub też
te
w postaci estrów np. kwas jabłkowy w jabłkach, kwas winowy w winie. W procesach
biochemicznych występująą jako produkty pośrednie,
po
np. kwas cytrynowy
wy w cyklu Krebsa.
OH
CH2 COOH
kwas glikolowy
OH
OH
H3C CH COOH
HOOC CH2 CH COOH
kwas mlekowy
kwas jabłkowy
dotycz
zwiększenia
52
COOH
H
HOOC CH2 C
OH OH
CH
H2 COOH
COOH
HOOC CH CH COOH
OH
kwas cytrynowy
OH
kwas salicylowy
kwas winowy
Cząsteczki
steczki hydroksykwasów mogą tworzyć estry zarówno z kwasami jak i
alkoholami,
reagować
mogą
sobą
miedzy
dając
poliestry,
lub
też
przy
wewnatrzczasteczkowej estryfikacji – laktony.
Najbardziej znane ketokwasy to:
O
O
H3C C COOH
H3C C CH2COOH
kwas pirogronowy
kwas acetylooctowy
Ketokwasy posiadają
posiadają dwa rodzaje grup funkcyjnych – grupę karboksylową i
karbonylową. Związki
zki te odgrywają ważna role w wielu procesach biochemicznych.
Ketokwasy ulegają dekarboksylacji do związków karbonylowych
onylowych i dwutlenku węgla.
Przykład
O
O
H3C C CO
OOH
H3C C H
+
CO2
aldehyd octowy
kwas pirogronowy
O
O
H3C C CH2COOH
H3C C CH3
kwas acetylooctowy
aceton
+
CO2
dotycz
zwiększenia
53
4.2.2 Węglowodany.
Węglowodany posiadają w swojej strukturze dwa rodzaje grup funkcyjnych: grupę
grup
karbonylową (aldehydowa lub ketonowa) oraz grupy
grup hydroksylowe. Możemy
żemy podzielić
podzieli je na
trzy grupy: monosacharydy (cukry proste), disacharydy (dwucukry) i polisacharydy
(wielocukry). Ponadto w zależności
zależ ci od grupy funkcyjnej cukry proste dzielimy na ketozy i
aldozy. Cząsteczki cukrów prostych zawierają
zawieraj zazwyczaj od trzech do sześciu
sześ atomów węgla,
stądd podział na triozy (trzy atomy węgla), tetrozy (cztery atomy węgla
ęgla), pentozy (pięć
atomów węgla)
gla) i heksozy (sześć atomów węgla).
O
C H
H C OH
HO C H
O
C H
HO C H
O
C H
H C OH
HO C H
HO C H
C O
HO C H
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
H C OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
CH2OH
D-mannoza
D-galaktoza
D-fruktoza
D-glukoza
HO C H
CH2OH
H C OH
Wszystkie cukry (poza dihydroksyacetonem) mają przynajmniej jeden chiralny atom
węgla. W zależności
ci od konfiguracji na przedostatnim atomie węgla,
w gla, dany cukier zaliczamy
do szeregu D lub L. Konfigurację
Konfiguracj związku określa się względem
dem wzorca zaproponowanego
przez Fischera – aldehydu glicerynowego.
dotycz
zwiększenia
54
O
C H
H C OH
O
C H
H C OH
H C OH
CH2OH
H C OH
CH2OH
aldehyd D-glicerynowy
D-ryboza
Cukry proste mogą występować
wyst
w formie łańcuchowej i pierścieniowej.
cieniowej. Występujące
Wyst
w jednej cząsteczce grupy - aldehydowa lub ketonowa oraz hydroksylowa mogą
mog tworzyć
wewnątrzcząsteczkowe
steczkowe
wiązanie,
zwane
hemiacetalowym.
Utworzone
pi
pięcio-
lub
sześcioczłonowe heterocykliczne
cykliczne pierścienie
pier
są pochodnymi furanu lub piranu.
O
O
furan
piran
Izomery cukrów różni
żniące się tylko konfiguracja na acetalowym
alowym atomie węgla
w
nazywamy anomerami. Anomery
omery skręcają
skr
płaszczyznę światła
wiatła spolaryzowanego o odmienne
kąty. W roztworach cukrów następuje
nast
zmiana skręcalności
ci cukrów (mutarotacja) związana
zwi
z przejściem anomeru α w β (i odwrotnie) poprzez formę
form łańcuchową.
CH2OH
O
O OH
H
H
OH H
OH
H
H
OH
CH2OH
O H
H
H
OH H
OH
OH
H
OH
β−anomer
anomer
α−anomer
dotycz
zwiększenia
55
4.2.3 Aminokwasy i białka.
Aminokwasy należą
żą do związków dwufunkcyjnych – zawierajją grupę aminową
i karboksylową. Obydwie grupy,
grupy w charakterystycznych dla nich reakcjach,
reakcjach dają właściwe dla
nich pochodne, np. reagująą z kwasami i zasadami.
CH3
CH CH COOH
H
CH3
NH2
CH3
CH CH COOH
H
CH3
NH2
CH3
C CH COOH
CH
CH3
NH3+
+
+
H
+
OH
_
CH3
_
C CH COO
CH
CH3
NH2
Aminokwasy mogą również reagować ze sobą nawzajem tworząc wiązanie peptydowe.
Powstałe łańcuchy nazywamy peptydami (białkami), które mogą składać się z kilkuset reszt
aminokwasowych.
O
O
H2N CH C N CH C N CH COOH
CH3
H CH2
H CH2
CH2
COOH
alanyloglutamylofenyloalanina
Ala-Glu- Phe
W przyrodzie występuje około 20 aminokwasów białkowych.
wych. Ich nazwy są
zwyczajowe, a dla każdego aminokwasu obowiązuje również powszechnie stosowany
trzyliterowy skrót.
dotycz
zwiększenia
56
Większość aminokwasów (poza glicyną) ma przynajmniej jedno centrum chiralno
chi
ści
(węgiel asymetryczny), jest wi
więęc optycznie czynna.. Naturalne aminokwasy należą do szeregu
L zgodnie z konfiguracją aldehydu glicerynowego.
O
C H
HO C H
COOH
H2 N C H
CH
CH3
CH2OH
H
CH
H3
aldehyd L-glicerynowy
L-walina
Wartość pH roztworu, przy którym aminokwas występuje głównie w formie jonu
obojnaczego nazywamy punktem izoelektrycznym. Tworzenie jonu obojnaczego wynika
z istnienia równowagi miedzy formą kationową i anionową.
H2N CH COO
_
R
_
+
H
+H
+
+
NH3
CH COO
_
_
+
H
+
NH3
+
R
+H
CH COOH
R
4.3 Zadania.
1. Narysuj lub nazwij następujące związki:
a) metyloamina
d) N-metyloetyloamina
metyloetyloamina
b) n-propyloamina
e) amid kwasu octowego (acetamid)
c) fenyloamina (anilina)
f) N-etyloamid
etyloamid kwasu benzoesowego
(N-metylobenzamid)
metylobenzamid)
dotycz
zwiększenia
57
g)
h)
N
N
i)
O
j)
NH2
O
N
H
2. Napisz reakcje dysocjacji metyloaminy oraz aniliny i na ich podstawie określ
okre
właściwości kwasowo--zasadowe amin.
3. Na trzech dowolnych przykładach napisz reakcje otrzymywania amin z odpowiednich
halogenków alkilowych
wych oraz z odpowiednich nitrozwiązków.
nitrozwi
4. Jakie produkty powstaną w wyniku reakcji metyloaminy:
a) z kwasem solnym
b) z kwasem octowym podczas ogrzewania ?
5. Napisz reakcję hydrolizy N-etyloacetamidu
N
w środowisku kwaśnym
nym i zasadowym.
6. Narysuj wzoryy i nazwij następujące
nast
aminokwasy budujące białka:
a) aminokwasy alifatyczne
b) aminokwasy z pierścieniem aromatycznym
c) aminokwas z dodatkową
dodatkow grupą aminową
d) aminokwasy z grupą hydroksylową
e) aminokwasy siarkowe
7. Na przykładzie waliny napisz w zapisie cząsteczkowym
steczkowym i jonowym reakcje
uzasadniające
ce amfoteryczny charakter aminokwasów. Wskaż
Wska jon obojnaczy; zdefiniuj
punkt izoelektryczny. Wskaż
Wska formę, w której aminokwas tenn występuje
wystę
przy pH=11
i pH=2.
dotycz
zwiększenia
8. Napisz reakcję kondensacji cysteiny z seryną
seryn prowadzącą do powstania dipeptydu
Cys-Ser.
Ser. W otrzymanym produkcie wskaż
wska wiązanie
zanie peptydowe oraz aminokwas
N-końcowy i C-końcowy.
ńcowy.
8. Poniżej
ej przedstawiono wzór glutationu – tripeptydu występują
ępującego w żywych
komórkach. Napisz reakcję
reakcj hydrolizy tego związku w środowisku
rodowisku kwaśnym.
kwa
O
O
H2N CH
C
CH2 CH2 C NH CH C NH CH2 COOH
C
COOH
CH2SH
9. Co decyduje o przynależności
przynale
ci aminokwasów do szeregu D lub L? Które z tych
aminokwasów budująą białka?
10. Jakie produkty powstaną w wyniku reakcji treoniny z:
a) HCl
b) KOH
c) alkoholem etylowym w środowisku kwaśnym
d) kwasem benzoesowym w środowisku kwaśnym
11. Narysuj wzory łańcuchowe
ńcuchowe Fischera: aldehydu D-glicerynowego,
D glicerynowego, D-rybozy,
D
D-glukozy, D-fruktozy
fruktozy i D-galaktozy
D
oraz ich formy L.
12. Narysuj wzory pierścieniowe Hawortha: α-D-glukopiranozy,
glukopiranozy, β-D-fruktofuranozy,
β
β-D-rybopiranozy,
rybopiranozy,
sacharozy.
W
cz steczce
cząsteczce
sacharozy
wska
wskaż
i
nazwij
charakterystyczne dla dwudwu i polisacharydów wiązanie.
13. Napisz reakcję,, za pomocą
pomoc której możesz odróżnić α-D-maltozęę od sacharozy. Podaj
efekt wizualny; o jakich właściwościach
wła
świadczy
wiadczy pozytywny wynik tej reakcji?
dotycz
zwiększenia
59
14. Na przykładzie glukozy narysuj przemianę
przemian zwaną mutarotacją.
mutarotacją Jakie zjawisko
towarzyszy tej przemianie? Która z postaci glukozy wykazuje właściwości
wła
redukujące?
15. Napisz reakcję α-D-glukopiranozy
glukopiranozy z metanolem w środowisku
dowisku kwaśnym.
kwaś
Czy produkt
tej reakcji posiada właściwości
wła
redukujące?
ce? Czy ulega mutarotacji? Odpowiedź
Odpowied
uzasadnij.
16. Narysuj fragment cząsteczki
ąsteczki skrobi i celulozy. Wskaż
Wska i nazwij charakterystyczne dla
tych polisacharydów wiązania.
wią
dotycz
zwiększenia
60
5
Ćwiczenie 5.
5.1 Typy reakcji organicznych.
Reakcja podstawienia (substytucji): następuje zastąpienie
pienie jednej grupy lub
pierwiastka połączonego
czonego z atomem węgla
w
wiązaniem
zaniem pojedynczym przez inna grupę lub
pierwiastek.
Przykład:
Substytucja wolnorodnikowa: podstawienie atomu
mu wodoru lub innego atomu przy
udziale wolnych rodników.
Cl
Cl2, hν
+
HCl
Substytucja nukleofilowa: podstawienie atomu lub grupy atomów przez czynnik
nukleofilowy.
KOH
CH3 CH2 CH2 CH2 Cl
CH3 CH2 CH2 CH2 OH
H2O
Substytucja elektrofilowa: podstawienie atomu lub grupy atomów przez czynnik
elektrofilowy.
HNO3, H2SO4
NO2
dotycz
zwiększenia
61
Nukleofil to atom lub grupa atomów posiadająca wolną parę elektronów.
Elektrofil to atom lub grupa atomów z deficytem elektronów.
Reakcja przyłączenia
czenia (addycji): przyłączenie dwóch podstawników do wiązania
podwójnego z równoczesnym rozerwaniem go i utworzeniem dwóch nowych wiązań
pojedynczych.
Przykład:
Addycja elektrofilowa:
HBr
H2C CH CH3
H3C CH
H CH3
Br
Reakcja eliminacji: następuje odczepienie dwóch podstawników i utworzenie
utw
wiązania
podwójnego między atomami węgla.
CH3
H3 C
C
CH3
OH
H
CH
H3
+
- H2 O
H3 C
C
CH2
Reakcja przegrupowania: przemieszczenie grupy atomów lub pojedynczego atomu
w inne miejsce cząsteczki tworząc izomeryczny produkt.
CH3
CH3 C
C CH3
CH
CH3OH
O
H
+
- H2O
H3C
CH3
C
H3C
C
CH3
Reakcja polimeryzacji: w reakcji następuje rozerwanie wiązań podwójnych lub
nietrwałego pierścienia związku małocząsteczkowego (monomery), które prowadzi do
otrzymania produktu wielkocząsteczkowego (polimeru).
dotycz
zwiększenia
62
5.2 Zadania.
1. Napisz po jednym przykładzie reakcji:
a) substytucji
d) redukcji
b) eliminacji
f) utlenienia
c) addycji
g) hydrolizy
2. Zapisz równania reakcji przedstawionych na schemacie. Określ typ każdej reakcji.
a)
CaC2
A
b)
1-chloropropan
c)
etan
H2
H2O
Ni
KOH/H2O
Cl2, hv
A
Cl2
B
A
Zn
C
Al2O3
B
NaOH/C2H5OH
D
polimeryzacja
C
H2O
B
C
3. Napisz reakcje:
dichloropropanu z cynkiem
a) 1,2-dichloropropanu
b) kwasu butanowego z etanolem w środowisku kwaśnym
c) bromowania toluenu w obecności FeBr3
Które z powyższych reakcji przedstawiają reakcję substytucji a które eliminacji?
4. Otrzymaj aceton z propanolu w 55-etapowej syntezie dokonując kolejno reakcji:
re
redukcji, eliminacji, addycji, substytucji i utlenienia. Zapisz wszystkie reakcje i wzory
produktów pośrednich.
rednich.
5. Podaj nazwę poniższej
ższej reakcji:
CnH2n+2 + Br2
hv
CnH2n+1Br + HBr
dotycz
zwiększenia
63
6. Podaj po dwa przykłady reakcji zobojętniania
zoboj tniania oraz reakcji polimeryzacji w chemii
ch
organicznej.
ne przykłady reakcji substytucji i eliminacji w chemii organicznej.
7. Podaj dwa różne
8. Podaj przykłady, w których cząsteczka
cz steczka chloru bierze udział w reakcjach:
a) addycji elektrofilowej
b) substytucji elektrofilowej
c) substytucji wolnorodnikowej
9. Napisz reakcje, w których toluen ulega:
a) substytucji wolnorodnikowej
b) substytucji elektrofilowej
c) addycji
śl typ tych reakcji:
10. Napisz reakcje i określ
a) nitrowania benzenu
b) dehydratacji butan-22-olu w środowisku kwaśnym
c) 1-jodopropanu
jodopropanu z KOH w etanolu
d) wody ze styrenem (winylobenzenem) w środowisku kwaśnym
11. Napisz reakcje hydrolizy:
a) tripalmitynianu gliceryny w środowisku kwaśnym
b) laktozy
c) dowolnego dipeptydu
12. Uzupełnij schemat; wskaż
wska reakcję substytucji
ji nukleofilowej i wolnorodnikowej.
Br2
A
Cl2, hv
Na
B
C
KOH/H2O
D
heksan-1-ol
dotycz
zwiększenia
64
13. Po uzupełnieniu schematu wskaż
wska reakcję dekarboksylacji oraz addycji elektrofilowej.
NaOH
A
propionian sodu
Br2, hv
KOH/EtOH
B
ogrzewanie
C
H2O
D
14. Podaj przykład reakcji utlenienia:
a) alkenu
b) aldehydu
c) alkoholu
15. Uzupełnij schemat, wskaż
wska reakcję będącą przykładem reakcji kondensacji w chemii
organicznej.
HBr
B
OH -
CH3CH2OH
H+
A
H2O
C
K2Cr2O7
F
Cu2+
D
E
dotycz
zwiększenia
65

chemia organiczna

Transkrypt

Podobne dokumenty

MATERIAŁY DYDAKTYCZNE CHEMIA cz.2