organohalogeni spojevi

ORGANOHALOGENI SPOJEVIORGANOHALOGENI SPOJEVI

− organohalogeni spojevi − sadrže barem jedan atom halogenog elementa u molekuli

– najjednostavniji – ugljikovodici u čijim molekulama je jedan atom vodika zamijenjen atomom halogenog elementa:

alkilhalogenidi → halogenalkani

– rijetki u prirodi: mogu se naći u prirodi (neki morski organizmi, npr. koralji i alge)

– predstavljaju produkte kemijske industrije; kemijski intermedijeri, otapala, tvari s posebnom namjenom (npr. pesticidi)

– neki česti jednostavni halogenalkani i najčešće korišteni nazivi:

MOLEKULSKAFORMULA

SPOJA

SUPSTITUCIJSKO IME

SPOJA

FUNKCIJSKO--RAZREDNO

IME

TRIVIJALNO IME

SPOJACH3Cl klormetan metil-klorid

CH2Cl2 diklormetan metilen-diklorid

CHCl3 triklormetan metenil-triklorid kloroform

CCl4 tetraklormetan ugljik-tetraklorid

tetraklorugljik

CHI3 trijodmetan jodoform

CCl2F2 difluordiklormetan freon 12

CClF2CClF21,2-diklor-1,1,2,2-tetrafluoretan freon 114

CF3CHBrCl22-brom-2-klor-1,1,1-trifluoretan halotan

itd.

Kemijska svojstva halogenalkanaKemijska svojstva halogenalkana

– za halogenalkane karakteristične su:a) reakcije supstitucijeb) reakcije eliminacije

1.) Supstitucijske reakcije

2.) Eliminacijske reakcije

AA RR EE NN II

– benzen – najjednostavniji aromatični ugljikovodik

→ rezonancijske strukture rezonancijske strukture benzena:

– delokaliziranidelokalizirani elektronielektroni u zajedničkoj molekulskoj π orbitali– jednake duljine jednake duljine svih ugljik-ugljik vezaveza u prstenu red veze

C–C u benzenskom prstenu: 1,5

aromatični ugljikovodici podliježu reakcijama elektrofilne elektrofilne supstitucije supstitucije, a mnogo teže reakcijama adicije

→ → struktura molekule benzena:struktura molekule benzena:

– delokalizacija 6 π elektrona → Robinsonov krug:

Sir Robert Robinson (1886.-1975.), engleski organski kemičar

Moderni kriteriji aromatičnostiModerni kriteriji aromatičnosti

– u suvremenoj kemiji – definicija aromatičnosti temelji se na Hückelovom pravilu aromatičnosti (umjesto na procjeni mirisa)

→ aromatičnost – ovisi o strukturi molekule

Erich Armand Arthur Joseph Hückel (1896.-1980.), njemački fizičar i fizikalni kemičar

Hückelovo pravilo aromatičnosti:

– 4 kriterija aromatičnosti:1.) molekula mora biti ciklična2.) molekula mora biti planarna3.) molekula mora biti kompletno konjugirana4.) molekula mora zadovoljavati Hückelovo pravilo, odn.

sadržavati odgovarajući broj π-elektrona a) aromatični spojevi: (4n+2) π-elektrona, n ∈ 𝒩0

b) antiaromatični spojevi: (4n) π-elektrona, n ∈ 𝒩0 c) nearomatični spojevi: ne zadovoljavaju neki od

kriterija aromatičnosti pod 1, 2 ili 3.

Neki jednostavni areni – supstituirani benzeniNeki jednostavni areni – supstituirani benzeni

CH3

metilbenzenmetilbenzen(triv. ime: toluen)

CH=CH2

etenilbenzenetenilbenzen(triv. imena: stiren,

vinil-benzen)

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

1,2-dimetilbenzen1,2-dimetilbenzen(triv. ime: o-ksilen)

1,3-dimetilbenzen1,3-dimetilbenzen(triv. ime: m-ksilen)

1,4-dimetilbenzen1,4-dimetilbenzen(triv. ime: p-ksilen)

o = ortho ≡ 1,2 m = meta ≡ 1,3 p = para ≡ 1,4

naftalennaftalen(triv. ime: naftalin)

antracenantracen fenantrenfenantren

Neki policiklički areniNeki policiklički areni

itd.

fenilna skupinafenilna skupina(fenil-)

Arilne skupineArilne skupine

αα-naftilna skupina-naftilna skupina(α-naftil-)

CH2

benzilna skupinabenzilna skupina(benzil-)

ββ-naftilna skupina-naftilna skupina(β-naftil-)

itd.

Kemijska svojstva arenaKemijska svojstva arena

– u molekulama arena – aromatska stabilizacija veze → areni teško stupaju u reakcije adicije

– za arene su karakteristične reakcije elektrofilne supstitucije

1.) Izgaranje benzena

C C.......

2.) Reakcije elektrofilne supstitucije benzena

a) bromiranje benzena

b) alkiliranje benzena

c) nitriranje benzena

c) sulfoniranje benzena

3.) Reakcije adicije na benzen

a) adicija vodika (katalitičko hidrogeniranje)

b) adicija klora (halogeniranje)

ALKOHOLI I FENOLIALKOHOLI I FENOLI

SAŽETA STRUKTURNA

FORMULA

NAZIV

SPOJACH3OH metanol

C2H5OH etanol

C3H7OH propanol

C4H9OH butanol

C5H11OH pentanol

C6H13OH heksanol

C7H15OH heptanol

itd.

Homologni niz alkohola:

− alkoholi − organski spojevi koji u molekuli sadrže barem jednu hidroksilnu, –OH, funkcionalnu skupinu

kalotni model molekule metanola

kalotni model molekule etanola

Strukturnim projekcijskim formulama prikaži molekulu spoja formule C4H7OH.

konstitucijska izomerija

primarni alkoholi sekundarni alkoholi tercijarni alkoholi

NAZIV SPOJA FORMULA tt / ° C tv / ° C

topljivost (g / 100 g H2O), 20 °C

metanol CH3OH − 98 65 miješanje u svim omjerima

etanol CH3CH2OH − 115 78 miješanje u svim omjerima

propan-1-ol CH3(CH2)2OH − 127 97 miješanje u svim omjerima

butan-1-ol CH3(CH2)3OH − 90 117 7,9

pentan-1-ol CH3(CH2)4OH − 79 138 2,4

heksan-1-ol CH3(CH2)5OH − 52 157 0,6

Fizička svojstva nekih primarnih alkohola

→ vodikove veze između molekula jednostavnih alkohola

→ vodikove veze između molekula

jednostavnih alkohola

→ interakcija molekulâ jednostavnih alkohola i molekula vode vodikovim vezama

→ interakcija molekulâ jednostavnih alkohola i molekula vode vodikovim vezama

Kemijska svojstva alkoholaKemijska svojstva alkohola

– u molekulama alkohola – hidroksilna skupina – određuje kemijska svojstva alkohola

– za alkohole su karakteristične reakcije supstitucije:a) reakcije supstitucije na vezi O–Hb) reakcije nukleofilne supstitucije na vezi C–O

1.) Izgaranje alkohola

2.) Reakcije supstitucije na vezi O–H

a) reakcija alkohola s metalima

b) reakcija alkohola i fenolima s hidroksidima

3.) Reakcije supstitucije na vezi C–O

a) reakcije alkohola s jakim kiselinama

4.) Oksidacija alkohola jakim oksidacijskim sredstvima

→ cjevčice za alko-test

K2Cr2O7

Cr3+

3CH3CH2OH + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → 3CH3CHO + Cr2(SO4)2 + K2SO4 + 7H2O

ETERIETERI

SAŽETA STRUKTURNA

FORMULA

FUNKCIJSKO--RAZREDNO

IME

SUPSTITUCIJSKO IME

SPOJACH3OCH3 dimetil-eter metoksimetan

C2H5OCH3 etil-metil-eter metoksietan

C2H5OC2H5 dietil-eter etoksietan

C3H7OC2H5 etil-propil-eter 1-etoksipropan

C3H7OC3H7 dipropil-eter 1-propoksipropan

C6H5OCH3 fenil-metil-eter metoksibenzen

itd.

Neki jednostavniji eteri:

− eteri − organski spojevi koji u molekuli sadrže atom kisika na koji su vezane dvije ugljikovodične (alkilne ili arilne) skupine

kalotni model molekule etera

etereter – trivijalno ime dietil-etera

NAZIV SPOJA FORMULA tt / ° C tv / ° C

topljivost (g / 100 g H2O), 20 °C

etanol CH3CH2OH − 115 78 miješanje u svim omjerima

dimetil-eter CH3OCH3 − 139 − 23 7,1

butan-1-ol CH3(CH2)3OH − 90 117 7,9

dietil-eter C2H5OC2H5 − 117 35 6,0

Kako se odnose fizička svojstva međusobno izomernih alkohola i etera ?

Kemijska svojstva eteraKemijska svojstva etera

– kemijska svojstva etera – određena su skupinom

– za etere su karakteristične reakcije supstitucije

1.) Reakcije etera s halogenovodičnim kiselinama

O

ALDEHIDI I KETONIALDEHIDI I KETONI

− aldehidi i ketoni − organski spojevi koje karakterizira karbonilna funkcionalna skupina:

C

O: :

→ aldehidi i ketoni − međusobno se razlikuju prema položaju funkcionalne skupine u molekuli spoja

– aldehidialdehidi – funkcionalna skupina se nalazi na kraju ugljikovog lanca (ili vezana na cikličku skupinu) karbonilna skupina poprima oblik –CHO (aldehidna skupina, formilna skupina)

C

O: :

R' R''

HC

O: :

R

– ketoniketoni – funkcionalna skupina se nalazi unutar ugljikovog lanca ili cikličku alkilne ili arilne skupine)

karbonilna skupina poprima oblik

–CO– (ketonska skupina)

R’=R’’ ; R’≠ R’’

SAŽETA STRUKTURNA

FORMULA

NAZIV SPOJA

TRIVIJANLNINAZIV SPOJA

HCHO metanal formaldehidCH3CHO etanal acetaldehid

CH3CH2CHO propanal propionaldehid

CH3(CH2)2CHO butanal butiraldehid

C6H5CHO fenilmetanal benzaldehid

itd.

Neki jednostavniji aldehidi:

SAŽETA STRUKTURNA

FORMULA

SUPSTITUCIJSKO IME

SPOJA

FUNKCIJSKO--RAZREDNO

IME

TRIVIJALNINAZIV SPOJA

CH3COCH3 propanon dimetil-keton aceton

CH3COC2H5 butan-2-on etil-metil-keton

C2H5COC2H5 pentan-3-on dietil-keton

CH3COC3H7 pentan-2-on metil-propil-keton

C6H5COCH3 1-feniletanon fenil-metil-keton acetofenon

C6H5COC6H5 difenil-keton benzofenon

itd.

Neki jednostavniji ketoni:

NAZIV SPOJA FORMULA tt / ° C tv / ° C

metanol CH3OH − 98 65

metanal HCHO − 92 − 21

etanol CH3CH2OH − 115 78

etanal CH3CHO − 121 21

propan-1-ol CH3(CH2)2OH − 127 97

propanal CH3CH2CHO − 81 49

Kako se odnose fizička svojstva alkohola i aldehida s jednakim brojem ugljikovih atoma u molekuli?

Priprava aldehida i ketonaPriprava aldehida i ketona

1.) Dehidrogenacija alkohola

– primarni alkoholi → aldehidi– sekundarni alkoholi → ketoni

2.) Oksidacija alkohola

a) oksidacija kisikom uz katalizator

b) oksidacija jakim oksidacijskim sredstvom

3.) Adicija vode na alkine

Kemijska svojstva aldehida i ketonaKemijska svojstva aldehida i ketona

– karbonilna skupina C=O – određuje kemijska svojstva aldehida

i ketona

– za aldehide i ketone su karakteristične: a) adicijske reakcije na vezu C=O b) supstitucijske reakcije na vezi C–H u α-položaju

1.) Reakcije adicije na karbonilnu skupinu

a) adicija vodika (katalitičko hidrogeniranje)

b) reakcija s nascentnim vodikom (redukcija karbonilne skupine u metilensku)

c) reakcije s mješovitim metalnim hidridima (redukcija karbonilne skupine u hidroksilnu)

d) reakcije s organometalnim spojevima (redukcija karbonilne skupine u hidroksilnu)

2.) Reakcije supstitucije na vezi C–H u α-položaju

a) enolizacija aldehida i ketona

b) reakcija enolatnih iona

Kvalitativni testovi za aldehidnu skupinuKvalitativni testovi za aldehidnu skupinu

1.) Tollensov test („srebrno zrcalo”)– Tollensov reagens: amonijakalna vodena otopina AgNO3

CH3CHO + 2[Ag(NH3)2]+ +3OH− → CH3COO− + 2Ag + 4NH3 + 2H2O

Bernhard Christian Gottfried Tollens(1841.-1918.), njemački kemičar

2.) Fehlingov test

CH3CHO + 2Cu2+ +4OH− → CH3COOH + Cu2O + 2H2O

– Fehlingova otopina I: vodena otopina CuSO4, γ = 70 g dm−3

– Fehlingova otopina II: lužnata otopina KNa-tartarata γ(NaOH) = 120 g dm−3

γ(KNa-tartarat) = 50 g dm−3

Hermann von Fehling(1812.-1985.), njemački kemičar