Upload
virginia-maria
View
271
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
1/86
Introducere in studiul chimiei organice
Defnitia chimiei organice
In 1809 J. Berzelius realizeaza un tratat de chimie in care clasifca substantele in :
- substante organice ( ro!enite din mediul animal si !egetal "
- substante anorganice ( ro!enite din mediul mineral "
#lasifcarea nu are la baza un criteriu stiintifc$ ci se bazeaza e obser!atii emi-
rice. Introduce notiunea de %orta !itala$ %orta inaccesibila omului$ ce sta la baza
%ormarii substantelor organice. &eoria !itala arata imosibilitatea crearii sub-
stantelor organice de catre om si a dominat rima treime a secolului al 'I'-lea.
In 188 )*hler realizeaza rima sinteza organica$ rintr-o simla incalzire$
trans%ormand cianatul de amoniu (sare tiic anorganica" in uree diamida +#,-
comus tiic organic".
+/#, t0# +
cianat de amoniu
# ,
+
uree
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
2/86
eactia este o reactie de izomerizare$ cei doi comusi find substante
izomere$ substante cu aceeasi %ormula moleculara$ dar %ormule structurale
di%erite.
23erienta lui )*hler arata ca obtinerea substantelor organice este
accesibila omului$ nefind necesara entru aceasta o %orta de natura di!ina$ ceea
ce a deschis calea sintezelor organice.
In aceste conditii defnitia e care a dat-o Berzelius chimiei organice nu era
corecta. 4naliza substantelor organice arata rezenta cu reonderenta a
atomului de carbon$ atom e care chimistii il un la baza chimiei organice.
#on%orm acestei teorii chimia organica este chimia carbonului. 4ceasta defnitie
este artial corecta deoarece :
- e3ista multi comusi ai carbonului de natura anorganica ( +#, si sarurile
sale$ #,$ #, ".
- e3ista multi comusi organici care in molecula lor nu rezinta atomi de carbon
( hidro3il amina +-,+$ hidrazina +-+ ".
4naliza comusilor organici duce la concluzia rezentei alaturi de atomii
de carbon al unui alt atom si anume atomul de hidrogen.
#omusii organici ai hidrogenului cu carbonul oarta denumirea de
hidrocarburi. 4nalizele moderne arata ca teoretic si in mare arte ractic$ toti
comusii organici ot f sintetizati din hidrocarburi$ acesti comusi denumindu-se
deri!ati ai hidrocarburilor.
Deri!atii hidrocarburilor: comusi organici rezultati rin inlocuirea unuiasau mai multor atomi de hidrogen cu atomi sau gruuri de atomi ai elementelor
organogene organizati in %unctiuni.
2lemente organice : elemente care se gasesc in comusii organici$ sunt
nemetale #$ +$ ,$ $ 5$ 6$ ' ( halogeni : 7 $#l$ Br$ I "
$$,rganogene dau nastere la comusi organici.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
3/86
7unctiunea
Deri!at
' ( halogen "
-' (deri!at halogenat "
#+-#l (clorura de metil"
,+ (hidro3il"
-,+ (alcool"
-,+ (enol"
4-,+ (%enol"
Deri!at hidro3ilic
#+-#+-,+ (alcool etilic"
#+#+-,+ (alcool alilic"
#+- ,+ (%enol"
+ (amina"
-+ (amina"
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
4/86
#+-+ (metil amina"
#himia organica - chimia hidrocarburilor si a deri!atilor acestora.
,biectul chimiei organice il constituie :
; izolarea si urifcarea substantelor organice.
; stabilirea comozitiei si structurii lor.
; cunoasterea rorietatilor lor si a osibilitatilor de trans%ormare.
; sinteza de laborator a comusilor organici ce rezinta imortanta.
5urse naturale de materie organica. #ircuitul carbonului in natura
#a urmare a nenumaratelor arderi$ inclusi! resiratia animala$ materia
organica este degenerata o3idati! ana la dio3id de carbon si aa. at de
enzimele !egetale e cai secifce. 5ubstantele organice rezultate din %otosinteza
ser!esc la dez!oltarea lantei hrana entru animale intretinerea si
dez!oltarea organism gc ului animal. ?nele substante sunt trans%ormate in
rodusi necesari celulei animale$ altele sunt trans%ormate %urnizand energie
organismului.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
5/86
In sol e3ista ana la adancimi de cati!a @ilometri materiale organice sub
%orma de zacaminte$ rezultatul trans%ormarii chimice si biochimice anaerobe
su%erite de organismele !egetale si animale in eoci geologice deartate.
#arbochimia ( chimizarea carbunilor " a %ost initiata in 180 si etrochimia (
chimizarea etrolului "- aaruta un secol mai tarziu - constituie doua ramuri de
baza a industriei organice de sinteza. #antitati enorme de materie organica
e3ista in aa marilor si oceanelor sub %orma de organisme !egetale si animale de
di%erite genuri si grade de e!olutie. 6e laneta noastra materia organica aare
%oarte rasandita :
In bios%era$ lante suerioare si ma>oritatea seciilor animale.
In hidros%era$ lante in%erioare$ animale$ lancton.
In litos%era$ zacaminte de etrol$ carbune$ gaze naturale.
5ubstante organice
6lante ,
carbune
+rana
etrol
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
6/86
+, = #, animale
5ubstante organice
. Izolarea si urifcarea substantelor organice
#aracterizarea unui comus organic incee intotdeauna cu stabilirea
comozitiei sale. 6entru aceasta$ comusul organic este mai intai izolat din
mediul din care a aarut ( mediul de reactie "$ aoi urifcat entru indeartarea
oricaror urme de substanta straina.
Izolarea si urifcarea comusilor organici se oate %ace cu o gama %oarte
larga de metode fzice$ fzico-chimice$ biochimice$ chimice. 23emlu : sublimarea$
distilarea$ cristalizarea$ e3tractia.
5ublimarea : oeratia de urifcare bazata e rorietatea unor substante solide
de a sublima$ de a trece rin incalzire direct in %aza gazoasa$ %ara a se toi.
#ondensarea !aorilor rezultati conduce la o masa de cristale ( nu de lichid " cu o
uritate suerioara robei initiale. 7olosirea sublimarii este limitata numai la
substantele care au rorietatea de a sublima.
Distilarea : metoda de izolare a comusului organic dintr-un amestec$ de obicei
lichid$ alcatuit din mai multi comusi ( comonenti ". 5e bazeaza e di%erenta
dintre unctele de ferbere ale comonentelor din amestec. 5e incalzeste
amestecul intru-un !as de distilare$ !aorii rezultati rin incalzirea amestecului la
di%erite temeraturi$ sunt condensati si lichidele obtinute sunt culese searat.
5e oate articia in di%erite !ariante de lucru in %unctie de !aloarea di%erentei
unctelor de ferbere ale comonentilor amestecului.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
7/86
Distilarea %ractionata simla : entru di%erente mari ale unctelor de ferbere ( 0
- 00# ".
Distilare %ractionata cu coloane de distilare : entru di%erente mici ale unctelor
de ferbere ( -100 # ".
Distilare %ractionata la resiune scazuta$ e!entual cu coloana de distilare
( 1 - 0 # ".
#ristalizarea ( metoda de %ractionare a comonentelor unui amestec " : sebazeaza e di%erenta de solubilitate a comonentelor unui amestec intr-un
dizol!ant oarecare$ la o temeratura aroiata de unctul sau de ferbere$ se
obtine o solutie saturata care rin racire conduce la o masa de cristale ure.
23tractia : alicata atat lichidelor cat si solidelor$ ermite seararea unui
comonent dintr-un amestec oarecare e baza solubilitatii sale selecti!e in
anumiti sol!enti.
ezultantul acestor oeratii de urifcare este urmarit rin intermediul unor
marimi caracteristice comusilor organici numite caracteristici fzice (unctul de
toire entru substantele solide si indicele de re%ractie al lichidelor".
#and dua doua oeratii de urifcare$ !aloarea constantelor fzice nu se
modifca$ atunci substanta izolata este sufcient de ura entru a f suusa
in!estigatiilor analitice.
4cti!itate e3erimentala
1. Distilarea unui amestec de substante organice.
5e reara in realabil un amestec de acid acetic si tetraclorura de carbon in
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
8/86
roortie de 1:1. 7ractionarea amestecului se oate realiza in doua moduri :
- in balonul )urtz se introduce o cantitate de amestec egala cu A din caacitateabalonului si cate!a bucati de ortelan oros entru omogenizarea ferberii. 5e
monteaza aoi termometrul$ a carei scala sa fe ast%el aleasa incat sa oata
masura cel mai ridicat unct de ferbere al comonentilor amestecului$ a!and
gri>a ca bazinul cu mercur sa a>unga ana in dretul tubului lateral al balonului de
distilare. 5e ataseaza aoi re%rigerentul$ se alimenteaza cu aa si la iesire se
laseaza !asul de culegere.
5e regleaza sursa de incalzire ( lama cu gaz sau sursa electrica " ast%el incat
ferberea amestecului sa nu fe !iolenta. 5e noteaza temeraturile la care cei doi
comonenti !or distila si se !a masura cu un cilindru gradat cantitatea din fecarecomonent. 5e stabileste randamentul distilarii ( tetraclorura de carbon are
unctual de ferbere $0 #$ acidul acetic are unctual de ferbere 1180 # " rin
raortarea la cantitatea initiala de amestec.
1 balon )urtz
termometru
re%rigerent racit cu aa
/ !as de culegere a distilari
lama de incalzire
sita de azbest
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
9/86
Distilarea %ractionata simla %olosita entru relucrarea unor cantitati mici de
amestecuri ( - ml ".
4mestecul suus distilarii este introdus intr-o erubeta la care s-a atasat
un manson de cauciuc etans$ un tub obisnuit de sticla cu rol de re%rigerent$ a!and
diametrul interior mai mare cu 1- mm decat diametrul e3terior al tubului lateral
cu care se imbina. Distilarea !a decurge in mod obisnuit$ urmarindu-se !ariatia
de temeratura.
1 erubeta cu tub lateral
termometru
re%rigerent racit cu aer
/ !as de culegere
baie de racire a !asului de culegere
. 6urifcarea acidului benzoic rin sublimare :
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
10/86
- 5e introduc 100 ml aa si g acid benzoic imur intr-un !as 2rlenmaCer de circa
00ml caacitate.
- 5e incalzeste amestecul ana la ferbere$ cand se obser!a distilarea totala a
acidului benzoic.
- 5e fltreaza solutia ferbinte cat mai reede osibil.
- 7iltrantul cules se imarte in doua arti egale : una !a f lasata sa se raceasca
lent ( 10 - 1 min."$ cealalta !a f racita raid cu un >et de aa rece. In ambele se%ormeaza cristale de acid benzoic. In ortiunea de solutie racita raid se !or
%orma microcristale cu %orma aciculara$ iar in cealalta se !or %orma cristale mari$
bine determinate$ !izibile cu ochiul liber.
. Determinarea unctului de toire :
Intr-un tubusor cailar se introduce o cantitate mica de substanta solida uscata
in realabil si bine maruntita. 4cesta se ataseaza de ti>a termometrului rin
adeziune sau cu a>utorul unui inel de cauciuc. 2rubeta se scu%unda intr-o baie de
incalzire si se f3eaza cu o clema de stati!.
5e incalzeste si se urmareste atent cresterea temeraturii$ notand !aloarea la
care %aza solida din tubusorul cailar se toeste$ de!enind lichida.
1 erubeta
cailar inchis la un caat
termometru
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
11/86
/ clema de f3are
baie de incalzire
lama de incalzire
do de luta
#a lichid de incalzire in baie se oate %olosi :
- aa ( entru substantele cu unct de toire ana la 90-90 # "
- ulei de arafna sau glicerina ( entru substante cu unct de ferbere ana
la 10-1800 # "
- acid sul%uric ( entru temeraturi mai mari ".
23erienta se oate realiza entru di%erite substante :
- na%talina cu unct de toire 800 #
- a-na%tilamina cu unctul de toire 00 #
- metadinitrobenzen cu unct de toire 910 #
- acid benzoic cu unct de toire 10 #
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
12/86
- uree cu unct de toire 10 #
- acid salicilic cu unct de toire 110 #
. #omozitia substantelor organice
Desi comusii organici au un numar imresionant$ ei sunt alcatuiti dintr-un
numar relati! restrans de elemente chimice denumite elemente organogene
( #$ +$ ,$ $ 5$ halogeni "$ nemetalele aate in 5.6. in coltul din dreata.
4naliza elementala a substantelor organice
6rezenta in substantele organice a elementelor organogene se determina
baza analizei chimice. Dua urifcare$ substanta organica este suusa analizei
elementale calitati!a si cantitati!a.
4naliza elementala calitati!a urmareste identifcarea seciilor de atomi
care comun substanta organica cercetata. 5ubstanta organica este suusa unor
trans%ormari chimice simle ai caror rodusi fnali sunt secifci si usor de
identifcat.
23emlu : carbonul imreuna cu hidrogenul se identifca rin incalzire ana
la descomunerea unei robe de substanta cu o3id de curu ( #, " cu %ormarea
de #,$ a aei din carbonul si hidrogenul din substanta si o3igenul din agentul
o3idant :
5ubstanta ( #$+ " = #, #, = +, = #u
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
13/86
#elelalte elemente organogene ( $5$ ' " sunt identifcate dua
descomunerea termica a substantei in rezenta de sodiu cu %ormarea unor
comusi anorganici usor de identifcat rin reactii simle$ secifce :
5ubstanta ( #$+$$5$' " = a a# = a5 =a'
in substantele organice$ o3igenul nu se identifca ca element.
4naliza elementala cantitati!a : dozeaza cu metode coresunzatoareelementele identifcate anterior$ cu e3cetia o3igenului care se dozeaza ca
di%erenta.
Eetodele %olosite sunt arderile ( combustiile " in care se %ormeaza
; #, din carbon$
; aa din hidrogen$
; 5, din sul%$
; azot elementar din azot.
ezultantul ei se e3rima in rocente si rerezinta %ormula rocentuala asubstantei.
4cti!itate e3erimentala. 4naliza elementala calitati!a
1. Identifcarea carbonului.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
14/86
5e ia o erubeta uscata$ re!azuta cu un do rin care trece un tub de sticla
indoit in unghi dret$ in care se amesteca 0$1 - 0$ g substanta cu 1- g ( e3ces "
de o3id de curu ( #, " ulbere$ calcinat in realabil entru er%ecta uscare.
5e astua erubeta si se f3eaza e un stati! in ozitie orizontala$ caatul liber altubului se introduce ana aroae de baza unei erubete ce contine solutie
diluata de hidro3id de calciu ( #a(,+" ". 5e incalzeste amestecul din ce in ce
mai mult.
- Fa inceut se barboteaza aerul$ aoi se dez!olta dio3idul de carbon :
5ubstanta (#" = #u, #, = #u
- Dio3idul de carbon se une in e!identa rin %ormarea carbonatului de calciu$
insolubil in aa.
#, = #a(,+" #a#, = +,
Identifcarea hidrogenului.
6e artile reci ale erubetei se deun icaturi mici de aa$ ce se %ormeaza
rin o3idarea hidrogenului din substanta.
#a(,+"
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
15/86
5ubstanta (+" = #, +, = #u
Eineralizarea substantei : intr-un tubusor de combustie se introduc
substanta cu o bucatica de sodiu neo3idat si uscat e hartie de in. 5e rinde
tubusorul intr-un cleste de lemn si se incalzeste tretat la acara unui bec$ mai
intai in zona unde se aa bucatica de sodiu$ iar dua toirea ei si in zona
substantei . Dua ce substanta a ars$ se incalzeste tubusorul ana la rosu si in
aceasta stare se arunca intr-un ahar cu aa distilata. 5e acoera cu o sticla de
ceas. 5e fltreaza solutia si se imarte fltrantul in trei arti egale$ in !ederea
identifcarii $ 5 si halogenilor.
Identifcarea azotului.
Intr-o erubeta se introduc - / ml din fltrantul de mai sus$ - icaturi
dintr-o solutie roasata de sul%at de fer (II" 0G si - icaturi solutie de
clorura de fer (III". 5e incalzeste ana la ferbere. 5e aciduleaza cu - mlsolutie de acid clorhidric :
- daca substanta contine azot utin se %ormeaza un reciitat !erde albastrui.
- daca continutul in azot este mare se %ormeaza un reciitat albastru de
he3aciano%erat (III" sau albastru de Berlin 7e/H7e(#"
&rans%ormari chimice
- sodiul cu carbonul si azotul %ormeaza bromura de sodiu ( a# "
5ubstanta (#$" = a a#
- cianura de sodiu reactioneaza cu sul%atul de fer (II" si %ormeaza cianura de fer
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
16/86
a# =7e5,/ 7e(#" = a5,/
- cianura de fer (II" cu e3ces de cianura de sodiu %ormeaza he3aciano%eratul (II"de sodiu.
7e(#" = /a# a/ H7e(#"
- in rezenta ionilor de fer (III"$ he3aciano%eratul (II" de sodiu %ormeaza albastru
de Berlin sau he3aciano%eratul (II" de fer (III"
a/ H7e(#" = /7e#l 7e/H7e(#" = 1a#l
Identifcarea sul%ului :
Intr-o erubeta se introduc ml fltrat de la mineralizarea substantei sodiu
si 1 ml de solutie aoasa de acetat de lumb. Daca substanta a a!ut sul% se
%ormeaza un reciitat negru$ sul%ura de lumb. 5ubstanta reactioneaza cu sodiu
cu %ormarea sul%urii de sodiu.
5ubstanta (5" = a a5
a5 =6b(#+#,," 6b5 = #+#,,a
Identifcarea halogenilor :
- Intr-o erubeta se introduc ml fltrant de la mineralizarea substantei de sodiu.
- 5e aciduleaza cu acid azotic care nu contine halogeni.
- 5e ferbe 1- min.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
17/86
- 5e raceste.
- 5e adauga 1 ml solutie G azotat de argint.
Daca substanta analizata contine halogeni se %ormeaza un reciitat de
halogenura de argint :
5ubstanta ('" = a a
a = 4g, a, = 4g'
7ormule rocentuale$ emirice$ brute$ moleculare
ezultatul analizei elementelor cantitati!e se e3rima sub %orma de
comozitie rocentuala. 7ie :
- s cantitatea de substanta suusa combustiei
- a cantitatea de #, ( dio3id de carbon " rezultata in urma arderii$ in
conditiile in care tot carbonul a trecut in Dio3id de carbon
- b cantitatea de aa rezultata
E
s
a
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
18/86
b
7 7e 7b 7E
,rice %ormula chimica ne o%era doua tiuri de in%ormatii :
#alitati!e : ne arata seciile de atomi comonente ale moleculei organice
comune tuturor %ormulelor chimice.
#antitati!e : in%ormatii caracteristice fecarui ti de %ormula chimica.
7ormula rocentuala 7 - asectul cantitati! ne arata cota de articiarenumerica a fecarei secii de atomi la %ormarea a 100 g substanta.
Determinarea # G : 1mol #, (//g".1 at g # (1g"
a g #,.3 g #
3 1a // K 3 a11
1g substantaa 11 g #
100g substanta # G
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
19/86
#G a 11s L 100 #G 00a 11s
+ G : 1mol +, (18g". at g + (g"
b g +,C g +
C b 18 K C b9 g +
s g substantab 9 g +
100g substanta + G
+G 100b 9s
In mod analog se determina continutul rocentual al tuturor celorlalte elemente
organice$ cu e3cetia o3igenului care se determina rin di%erenta :
, G 100 - ( #G = +G = .. "
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
20/86
ezultatul se scrie sub %orma 7 : # :
+ :
, :
Determinarea %ormulei emirice ( 7e "$ asectul cantitati! ne arata raortul
masic in care se gasesc seciile de atomi comonente ale moleculelor organice.
7ormula se determina rin imartirea rocentelor de la %ormula rocentuala la
masele atomilor resecti!i ( 4#1$ 4+1$ 4,1$ 45$ 4718 ". 5e obtin
indicii %ormulei emirice.
Determinarea %ormulei brute (7b" asectul cantitati! ne arata raortul
numeric (atomic" in care se gasesc seciile atomice comonente ale moleculei
organice. 6entru aceasta se imart indicii %ormulei emirice la cea mai mica
!aloare a lor$ rezultatul il rerezinta indicii %ormulei brute.
Determinarea %ormulei moleculare (7E" asectul cantitati! il rerezinta
numarul real din fecare secie de atomi comonente ale comusului organic.
7ormula moleculara este un multilu al %ormulei brute$ %actorul de multilicarefind n.
E
n
suma maselor atomice ale elementelor comonente tinand cont de indicii 7b
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
21/86
Mazele rezultate in urma combinatei sunt trecute rin !ase salatoare care au
rolul de a retine selecti! si cantitati! comonentele.
+, este retinuta de !asul salator cu:
acid sul%uric(+5,/" concentrat: retinerea este fzica$ a!and loc diluarea solutiei$
alicatia se bazeaza e rorietatile higroscoice ale acidului sul%uric.
#lorura de calciu(#a#l" anhidra: retinerea este chimica cu %ormarea clorurii de
calciu he3ahidratate(#a#lL+,"
#, este retinut de !asul salator cu :
Fate de !ar ( solutie de #a(,+"$ retinerea este chimica si se %ormeaza
reciitatul de carbonat de calciu ( #a#, "
#, = #a(,+" #a#, = +,
5olutie de otasa caustica (N,+"$ retinerea este chimica
N,+ = #, N#, = +,
23cesul de o3igen rezultat in urma combustiei este retinut de !asul salator cu
irogalol ( 1$$ - trihidro3i benzen "$ retinerea este chimica si se bazeaza e
sensibilitatea irogalolului %ata de o3igen.
In toate cazurile cresterea masei !asului salator se datoreaza comonentelor din
gazele de combustie$ datorata retinerii.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
22/86
u orice insiruire de simboluri chimice si indici rerezinta o %ormula a unei
substante organice. 6entru !erifcarea !alabilitatii unei %ormule moleculare se
%olosesc doua rinciii :
6rinciiul aritatii : 6entru o substanta reala suma tuturor co!alentelor
elementelor comonente tinand cont de indicii %ormulei moleculare trebuie sa fe
un numar ar.
6rinciiul nesaturarii echi!alente : nesaturarea echi!alenta este o masura a
gradului de nesaturare a unei substante. 6oate f %olosit entru determinarea
!aliditatii unei %ormule moleculare.
6entru o substanta de %ormal:
#a+b,cd'e$
indicele de nesaturare se calculeaza :
(a=" - (b - d =e"
.2.
6entru o substanta reala indicele de nesaturare trebuie sa fe intreg$
oziti!$ inclusi! zero.
,bser!atie - in e3rimarea !alorii indicelui de nesaturare echi!alenta nu intra
substantele di!alente.
/. 5tructura comusilor organici
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
23/86
Eodul de organizare al atomilor elementelor comonente in ansamblulmoleculei oarta denumirea de structura a moleculei. 6entru a cunoaste
structura unui comus organic este necesara cunoasterea naturii atomilor
elementelor comonente$ natura legaturilor ce se realizeaza intre atomi$
geometria atomilor si a legaturilor .
Intre atomii elementelor organice se stabilesc legaturi co!alente ( atomii
elementelor organice sunt atomi de nemetale". 4laturi de legaturile co!alente
intalnim legaturi co!alent - coordinati!e ( in secial in cazul comusilor de ti
amoniu " si chiar$ dar mai rar$ legaturi ionice. u se intalnesc legaturi metalice.
a." Fegatura co!alenta in comusii organici
Fa %ormarea legaturilor co!alente articia atomi atat in stare
%undamentala ( +$ '$ $ 5 " cat si in stare hibridizata ( #$ $ , ". Fegatura
co!alenta este legatura ce se realizeaza rin unerea in comun a cate unuielectron de catre fecare atom de nemetal articiant la %ormarea legaturii.
4tomul realizeaza un numar de legaturi co!alent egal cu numarul orbitalilor mo-
noelectronici nearticianti la %ormarea legaturi.
In cazul in care atomul considerat se aa in stare hibridizata$ legatura se
%ormeaza ast%el :
- rin intermediul orbitalilor hibrizi se %ormeaza numai legaturi co!alente O ( nu-
marul legaturilor O numarul orbitalilor hibrizi monoelectronici"
- rin intermediul orbitalilor uri ( nehibridizati " se %ormeaza legaturi co!alente
P ( numarul legaturilor co!alente P numarul orbitalilor P uri monoelectronici "
Daca atomul se aa in stare %undamentala$ el realizeaza rin intermediul
orbitalilor monoelectronici numai legaturi sigma.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
24/86
In comusii organici e3ista legaturi :
- simle ( o legatura co!alenta simla "
- multile - dubla ( o legatura sigma si o legatura P "
- trila ( o legatura sigma si doua legaturi P "
b." 4tomul de carbon in comusii organici
Eultitudinea comusilor organici se e3lica si rin %atul ca atomul de
carbon articia la %ormarea de legaturi in stare hibridizata$ este singurul care
are uterea de incatenare ( rorietatea atomului unui element de a %orma
lanturi de atomi de carbon ".
4ceasta rorietate se e3lica rin %atul ca atomul de carbon isi are
stratul de !alenta %oarte aroae de nucleu$ unde are atru electroni$ e care ii
distribuie ast%el incat in nici una din starile de hibridizare nu rezinta un orbital
comlet ocuat. 4ceasta asigura stabilitate ma3ima atomului de carbon hibridizat
si simetrie ma3ima.
#(z" : 1ss
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
25/86
2
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
26/86
ur
ur
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
27/86
#
s
#
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
28/86
s
#
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
29/86
s
s
5t. %undamentala
Diagrama energetica arata ca odata cu ridicarea cotei de articiare
energetica a orbitalilor s la %ormarea orbitalilor hibrizi energia orbitalilor hibrizi
scade.
&iul hibridizarii #ota de articiare a
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
30/86
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
31/86
+ # + + # + #+/
+ +
In toti comusii organici atomul de carbon este tetra!alent $ indi%erent de natura
hibridizarii.
+ +
+ # # + #+ #+ - #+
+ +
# s simetrie trigonala
6rezinta - orbitali hibrizi monoelectronici legaturi simle : 1 leg. dubla
leg. simle
1 orbital ur 1 legatura P
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
32/86
.
# : # ═ ( atomul de #s ce realizeaza legaturi simle si o
. legatura dubla "
+ +
+# #+ ( etena " # #
+ +
#s - simetrie diagonala
6rezinta orbitali hibrizi monoelectronici ---K legaturi sigma
orbitali uri ---K legaturi i
ealizeaza: a" - 1 legatura simla
1 legatura trila
b" - legaturi duble
.
.# . $ - # Q ( #s a realizat o legatura trila si o legatura simla "
.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
33/86
#+ +# Q #+ R + - # Q # - +
: # : $ # ( #s a realizat legaturi duble "
#+ # #+
4tomul de carbon rezinta co!alenta /$ atomul de hidrogen co!alenta 1$ atomul
de o3igen co!alenta $ atomul de azot co!alenta $ atomul de halogen co!alenta
1.
4tomul de azot in comusii organici articia la %ormarea legaturilor co!alente
atat in stare %undamentala$ cat si in stare hibridizata$ caz in care rezinta
!aloarea a co!alentei.
(S": 1ss
2
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
34/86
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
35/86
ur
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
36/86
ur
s
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
37/86
s
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
38/86
s
s
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
39/86
s rerezinta orbitali hibrizi monoelectronici $ legaturi co!alente simle.
..
. . s - simetrie de iramida turtita
.
+
#+ - + $ +# -
+
Daca atomul de azot %oloseste dubletul electroni nearticiant ca donator intr-olegatura co!alenta coordinati!a se modifca simetria in simetria tetragonala.
s rezinta - electroni sigma K legaturi sigma - 1 legatura dubla
1 legatura simla
1 electron i K 1 legatura i
.. electroni dintr- un orbital hibrid comlet ocuat cu electroni
- : ( dublet electronic nearticiant "
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
40/86
..
-
( s ce si-a realizat legaturile "
+ibridizarea la ,3igen
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
41/86
ur
s
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
42/86
s
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
43/86
, (S8": 1ss
4tomul de o3igen rezinta$ in stare %undamentala$ un numar de electroni
distribuiti: in s si / in . In aceasta stare rezinta orbitali semiocuati$ deci
!aloarea a co!alentei.
In stare hibridizata s$ rezinta / orbitale hibride$ comlet ocuate cu
electroni si semiocuate - !aloarea a co!alentei. 6rin intermediul acestor
orbitali se realizeaza co!alente O$ deci legaturi simle. 4tomul de o3igen s
rezinta o simetrie ungulara$ cu un unghi intre a3ele orbitalilor hibrizi de 10/$0.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
44/86
4tomul de o3igen s rezinta orbitale hibride ( comlet ocuate$ 1
semiocuat " si un orbital ur semiocuat. 6rin intermediul orbitalului hibrid
semiocuat se realizeaza o legatura co!alenta O$ iar rin intermediul orbitalului
ur semiocuat$ o legatura co!alenta P. 4tomul de o3igen s realizeaza o
legatura dubla (o legatura O si o legatura P"R el rezinta o simetrie trigonala.
4tomul de o3igen nu realizeaza hibridizare s.
#oncluzii
4tomii elementelor organogene$ find atomi de nemetal$ !or f legati intre ei
numai rin legaturi co!alente.
In comusii organici atomii elementelor organice rezinta urmatoarele !alori ale
co!alentei : #-/$ +-1$ -$ 5-$ 6-$ '-1. ealizarea legaturilor simle si multile
imlica urmatoarele !alori ale co!alentii ma3ime :
a" legatura simla - toti atomii elementelor organice$ indi%erent de !aloarea
ma3ima a co!alentei.
b" Fegatura dubla: atomii elementelor organice care au !aloarea a co!alentei
c" Fegatura simla: atomii elementelor organice care au !aloarea a
co!alentei
&oate co!alentele atomilor comonenti ai unei molecule organice satis%acutenumai rin legatura co!alenta. 4aritia legaturii co!alente coordinati!a se
datoreaza %olosirii de un atom a dubletelor electronice nearticiante ca donor
intr-o legatura co!alent-coordinati!a. 4aritia structurii organice are la baza
tocmai %atul ca atomii elementelor organice se unesc rin legaturi co!alente.
Fegatura co!alenta rezinta o serie de caracteristici ce e3lica structura
organica:
2ste diri>ata in satiu e directii bine determinate care se conser!a in
timul e3istentei moleculei in care aare.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
45/86
7ac intre ele unghiurile ale caror !alori sunt constante entru o substanta
chimica data.
4tomii legati rin legaturi co!alente sunt situati la distante defnite si
caracteristice.
umai atomii legati cu legaturi co!alente alcatuiesc molecule$ comusii
ionici nu sunt %ormati din molecule.
?n rim %actor determinant al e3istentei structurii chimice organice il
rerezinta e3istenta legaturii co!alente$ cu caracteristicile ei.
?n alt %actor imortant care e3lica multitudinea de comusi organici este
rorietatea e care o are atomul de carbon de a %orma lanturi in care e3ista zeci
si chiar sute de mii de atomi de carbon. 4ceasta rorietate$ la acest ni!el$ o are
doar atomul de carbon si oara denumirea de catene de atomi de carbon.
Intr-o catena$ un atom de carbon realizeaza un anumit numar de legaturi cu
alti atomi de carbon resectand tetra!alenta atomului de carbon.
&inand cont de numarul legaturi e care un atom de carbon le oate realiza
intr-o catena cu alti atomi de carbon$ atomul de carbon oate f:
; nular :atomul de carbon ce nu realizeaza nici o legatura cu un alt atom decarbon
+
+ # + (#+/" R #+-,-#+
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
46/86
+
; secundar: realizeaza legaturi cu alti atomi de carbon:
+#-#+-#+
#+#+
; tertiar: realizeaza legaturi cu alti atomi de carbon:
+# - #+ - #+
#+ +# #+ - #+
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
47/86
+# Q #+
- cuaternar: realizeaza / legaturi cu alti atomi de carbon:
#+
#+ - # - #+ +# # #+
#+
+#
# #+ +# Q # - #+
+#
6e langa rorietatea de a f rimar$ secundar$ o alta caracteristica a
acestora cauza %undamentala e e3istentei comusilor organici$ este rorietatea
de incatenare.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
48/86
umai atomul de carbon rezinta aceasta rorietate in catena utand
e3ista zeci$ sute ana la sute de mii de atomi de carbon legati intre ei.
&inand cont de natura hibridizarii$ atomilor de carbon ce intra in
comonenta unei catene$ aceasta oate f:
; saturata :contine numai atomi de carbon saturati$ atomi de carbon
hibridizati s
; nesaturata : contine e langa atomi de carbon s si atomi de carbon
nesaturati$ # s si s$ intre care se realizeaza legaturi multile
&inand cont de modul de disunere a atomilor de carbon in ansamblul unei
catene aceasta oate f:
; liniara:
# - # - # - # - # - # - # -
, ast%el de catena daca este saturata contine numai atomi de carbon rimar
si secundar.
; ramifcata:
#
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
49/86
# - # - # - # - # - # - # -
# #
, structura saturata ciclica contine toate tiurile de atomi de carbon.
#
# # # #
# # # #
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
50/86
#
#atenele ciclice saturate contin toate tiurile de atomi de carbon mi3te
# - # - # - # - # - # - # -
# #
#
5tructura chimica organica este asectul cel mai imortant al unei
molecule deoarece ne arata modul de aran>are al atomilor in ansamblul satial al
moleculei si interactiunile reciroce dintre atomi.
#atene de atomi de carbon T aciclice T liniare - saturate
- nesaturate
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
51/86
T ramifcate - saturate
- nesaturate
ciclice T simle - saturate
- nesaturate
T cu catena laterala - saturate
- nesaturate
5tructura chimica organica e3lica rorietatile fzico - chimice ale acestora.
#unoasterea structurii ermite identifcarea substantei. 7ormula moleculara ( ea
singura " o%era %oarte utine in%ormatii structurale$ la %ormula moleculara data ot
e3ista o multitudine de comusi chimici. 7enomenul oarta numele de izomerie.
Izomeria este %enomenul rin care unei %ormule moleculare i se atribuie
doua sau mai multe substante di%erite.
7E #+, ( izomeri " T #+ -, - #+ ( dimetileter "
T #+ - #+ - ,+ ( alcool etilic "
7E #+, are 9 izomeri
Determinarea structurii unui comus organic imlica mai multe etae %acandu -se as cu as$ %olosindu - se metode :
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
52/86
- fzice
- chimice ( analiza %unctionala si elementara "
- fzico - chimice ( sectro - %otometrie in ?
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
53/86
- %ormule de confguratie redau disozitia satiala a substituentilor legati direct la
atomul de carbon. 5e %oloseste un cod al liniilor entru rerezentare.
i " linie unctata entru legaturi ce se aa in satele %oii de hartie
ii" linie continua entru legaturi ce se aa in lanul %oii de hartie
iii" linie ana entru legaturi ce se aa in %ata lanului %oii de hartie$ sre
obser!ator ( artea ingrosata sre obser!ator "
+ +
# ▬ +
# ▬ +
+ +
- %ormule de con%ormatie indica aran>amentul geometric rezultat in urma rotirii
atomilor de hidrogen in >urul a3ei de simetrie a atomilor de carbon.
+ +
#
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
54/86
+
+
Introducere in studiul chimiei organice
Definitia chimiei organice
In 1809 J. Berzelius realizeaza un tratat de chimie in care clasifica
substantele in : - substante organice ( proenite din mediul animal si egetal !
- substante anorganice ( proenite din mediul mineral !
"lasificarea nu are la baza un criteriu stiintific# ci se bazeaza pe obseratii empi-
rice. Introduce notiunea de forta itala# forta inaccesibila omului# ce sta la baza
formarii substantelor organice. $eoria itala arata imposibilitatea crearii sub-
stantelor organice de catre om si a dominat prima treime a secolului al %I%-lea.
In 18&8 'hler realizeaza prima sinteza organica# printr-o simpla
incalzire# transformand cianatul de amoniu (sare tipic anorganica! in uree
diamida )&"*+- compus tipic organic!.
,) ,"* t0" )& ,
cianat de amoniu
C = O
)& ,
uree
eactia este o reactie de izomerizare# cei doi compusi fiind substante
izomere# substante cu aceeasi formula moleculara# dar formule structurale
diferite.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
55/86
/perienta lui 'hler arata ca obtinerea substantelor organice este
accesibila omului# nefiind necesara pentru aceasta o forta de natura diina# ceea
ce a deschis calea sintezelor organice.
In aceste conditii definitia pe care a dat-o Berzelius chimiei organice nu era corecta. Analiza substantelor organice
arata prezenta cu preponderenta a atomului de carbon, atom pe care chimistii il pun la baza chimiei organice. Conformacestei teorii chimia organica este chimia carbonului . Aceasta definitie este partial corecta deoarece
- eista multi compusi ai carbonului de natura anorganica ( )&"*+ si sarurile
sale# "* "* !.
- eista multi compusi organici care in molecula lor nu prezinta atomi de carbon
( hidroil amina )& ,-*)# hidrazina )& ,-,)& !.
Analiza compusilor organici duce la concluzia prezentei alaturi de atomii de carbon al unui alt atom si anumeatomul de hidrogen.
"ompusii organici ai hidrogenului cu carbonul poarta denumirea de
hidrocarburi. nalizele moderne arata ca teoretic si in mare parte practic# toti
compusii organici pot fi sintetizati din hidrocarburi# acesti compusi denumindu-
se deriati ai hidrocarburilor.
!eri"atii hidrocarburilor compusi organici rezultati prin inlocuirea unuia sau mai multor atomi de hidrogen cu atomisau grupuri de atomi ai elementelor organogene organizati in functiuni.
/lemente organice : elemente care se gasesc in compusii organici# sunt
nemetale "# )# *# ,# 2# 3# % ( halogeni : 4 #"l# Br# I !
##*rganogene55 6 dau nastere la compusi organici.
4unctiunea 7eriat
% ( halogen ! -% (deriat halogenat ! ")+-"l (clorura de metil!
*) (hidroil! -*) (alcool!
5-*) (enol!
-*) (fenol!
7eriat
hidroilic
")+-")&-*) (alcool etilic!
")&6")-*) (alcool alilic!
")- *) (fenol!
,)& (amina! -,)& (amina! ")+-,)& (metil amina!
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
56/86
"himia organica - chimia hidrocarburilor si a derivatilor acestora.
*biectul chimiei organice il constituie :
• izolarea si purificarea substantelor organice.
• stabilirea compozitiei si structurii lor.
• cunoasterea proprietatilor lor si a posibilitatilor de
transformare.
• sinteza de laborator a compusilor organici ce prezinta
importanta.
Surse naturale de materie organica. Circuitul carbonului in natura
"a urmare a nenumaratelor arderi# inclusi respiratia animala# materia
organica este degenerata oidati pana la dioid de carbon si apa. egetatia
retine dioidul de carbon# il transforma in prezenta apei si a razelor luminoase in
substante organice necesare plantei ( zaharide# proteine# grasimi ! cu eliminarea
unei cantitati corespunzatoare de oigen.
n"*& ; n)&* lumina materie organica ;
n*&
cest proces este catalizat de pigmentul erde al plantei ( clorofila ! si
diriilometri materiale organice sub
forma de zacaminte# rezultatul transformarii chimice si biochimice anaerobesuferite de organismele egetale si animale in epoci geologice departate.
"arbochimia ( chimizarea carbunilor ! a fost initiata in 18+0 si
petrochimia ( chimizarea petrolului !- aparuta un secol mai tarziu - constituie
doua ramuri de baza a industriei organice de sinteza. "antitati enorme de
materie organica eista in apa marilor si oceanelor sub forma de organisme
egetale si animale de diferite genuri si grade de eolutie. 3e planeta noastra
materia organica apare foarte raspandita :
In biosfera# plante superioare si ma
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
57/86
In hidrosfera# plante inferioare# animale# plancton.
In litosfera# zacaminte de petrol# carbune# gaze naturale.
#ubstante organice
3lant
e *&
carbune
$rana
petrol
)&* ;
"*& animale
2ubstante organice
&. Izolarea si purificarea substantelor organice
Caracterizarea unui compus organic incepe intotdeauna cu stabilirea compozitiei sale. %entru aceasta, compusulorganic este mai intai izolat din mediul din care a aparut & mediul de reactie ', apoi purificat pentru indepartarea oricaror urme de substanta straina.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
58/86
Izolarea si purificarea compusilor organici se poate face cu o gama foarte
larga de metode fizice# fizico-chimice# biochimice# chimice. /emplu :
sublimarea# distilarea# cristalizarea# etractia.
Sublimarea : operatia de purificare bazata pe proprietatea unor substantesolide de a sublima# de a trece prin incalzire direct in faza gazoasa# fara a se topi.
"ondensarea aporilor rezultati conduce la o masa de cristale ( nu de lichid ! cu
o puritate superioara probei initiale. 4olosirea sublimarii este limitata numai la
substantele care au proprietatea de a sublima.
Distilarea : metoda de izolare a compusului organic dintr-un amestec# de
obicei lichid# alcatuit din mai multi compusi ( componenti !. 2e bazeaza pe
diferenta dintre punctele de fierbere ale componentelor din amestec. 2e
incalzeste amestecul intru-un as de distilare# aporii rezultati prin incalzirea
amestecului la diferite temperaturi# sunt condensati si lichidele obtinute suntculese separat.
#e poate participa in diferite "ariante de lucru in functie de "aloarea diferentei punctelor de fierbere alecomponentilor amestecului.
!istilarea fractionata simpla pentru diferente mari ale punctelor de fierbere & ( - )((C '.
!istilare fractionata cu coloane de distilare pentru diferente mici ale punctelor de fierbere & ) -*(( C '.
!istilare fractionata la presiune scazuta, e"entual cu coloana de distilare
& * - ) ( C '.
Cristalizarea & metoda de fractionare a componentelor unui amestec ' se bazeaza pe diferenta de solubilitate acomponentelor unui amestec intr-un dizol"ant oarecare, la o temperatura apropiata de punctul sau de fierbere, se obtineo solutie saturata care prin racire conduce la o masa de cristale pure.
Extractia aplicata atat lichidelor cat si solidelor, permite separarea unui component dintr-un amestec oarecare pebaza solubilitatii sale selecti"e in anumiti sol"enti.
+ezultantul acestor operatii de purificare este urmarit prin intermediul unor marimi caracteristice compusilor organici numite caracteristici fizice &punctul de topire pentru substantele solide si indicele de refractie al lichidelor'.
Cand dupa doua operatii de purificare, "aloarea constantelor fizice nu se modifica, atunci substanta izolata este
suficient de pura pentru a fi supusa in"estigatiilor analitice.
Acti"itate eperimentala
*. !istilarea unui amestec de substante organice.
#e prepara in prealabil un amestec de acid acetic si tetraclorura de carbon in
proportie de **. ractionarea amestecului se poate realiza in doua moduri
- in balonul urtz se introduce o cantitate de amestec egala cu / din capacitatea balonului si cate"a bucati de portelanporos pentru omogenizarea fierberii. #e monteaza apoi termometrul, a carei scala sa fie astfel aleasa incat sa poatamasura cel mai ridicat punct de fierbere al componentilor amestecului, a"and gri0a ca bazinul cu mercur sa a0unga pana
in dreptul tubului lateral al balonului de distilare. #e ataseaza apoi refrigerentul, se alimenteaza cu apa si la iesire seplaseaza "asul de culegere.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
59/86
#e regleaza sursa de incalzire & lampa cu gaz sau sursa electrica ' astfel incat fierberea amestecului sa nu fie"iolenta. #e noteaza temperaturile la care cei doi componenti "or distila si se "a masura cu un cilindru gradat cantitateadin fiecare component. #e stabileste randamentul distilarii & tetraclorura de carbon are punctual de fierbere 12,)( C,acidul acetic are punctual de fierbere **3( C ' prin raportarea la cantitatea initiala de amestec.
1 balon 'urtz
& termometru
+ refrigerent racit cu apa
as de culegere a distilari
lampa de incalzire
sita de azbest
7istilarea fractionata simpla folosita pentru prelucrarea unor cantitati mici de
amestecuri ( + - ml !.
mestecul supus distilarii este introdus intr-o eprubeta la care s-a atasat
un manson de cauciuc etans# un tub obisnuit de sticla cu rol de refrigerent# aand
diametrul interior mai mare cu 1-& mm decat diametrul eterior al tubului lateral
cu care se imbina. 7istilarea a decurge in mod obisnuit# urmarindu-se ariatia
de temperatura.
1 eprubeta cu tub lateral
& termometru
+ refrigerent racit cu aer
as de culegere
baie de racire a asului de culegere
&. 3urificarea acidului benzoic prin sublimare :
- 2e introduc 100 ml apa si &g acid benzoic impur intr-un as /rlenma?er de
circa +00ml capacitate.
- 2e incalzeste amestecul pana la fierbere# cand se obsera distilarea totala a
acidului benzoic.
- 2e filtreaza solutia fierbinte cat mai repede posibil.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
60/86
- 4iltrantul cules se imparte in doua parti egale : una a fi lasata sa se raceasca
lent ( 10 - 1 min.!# cealalta a fi racita rapid cu un
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
61/86
/perienta se poate realiza pentru diferite substante :
- naftalina cu punct de topire 800 "
- α-naftilamina cu punctul de topire 00 "
- metadinitrobenzen cu punct de topire 910 "
- acid benzoic cu punct de topire 1&&0 "
- uree cu punct de topire 1++0 "
- acid salicilic cu punct de topire 110 "
3. Compozitia substantelor organice
7esi compusii organici au un numar impresionant# ei sunt alcatuiti dintr-
un numar relati restrans de elemente chimice denumite elemente organogene
( "# )# *# ,# 2# halogeni !# nemetalele aflate in 2.3. in coltul din dreapta.
naliza elementala a substantelor organice
3rezenta in substantele organice a elementelor organogene se
determina baza analizei chimice. 7upa purificare# substanta organica este
supusa analizei elementale calitatia si cantitatia.
Analiza elementala calitativa urmareste identificarea speciilor de atomi
care compun substanta organica cercetata. 2ubstanta organica este supusa unor
transformari chimice simple ai caror produsi finali sunt specifici si usor de
identificat.
/emplu : carbonul impreuna cu hidrogenul se identifica prin incalzire
pana la descompunerea unei probe de substanta cu oid de cupru ( "* ! cu
formarea de "* a apei din carbonul si hidrogenul din substanta si oigenul din
agentul oidant :
2ubstanta ( "#) ! ; "* "*& ; )&* ; "u
"elelalte elemente organogene ( ,#2# % ! sunt identificate dupa
descompunerea termica a substantei in prezenta de sodiu cu formarea unor
compusi anorganici usor de identificat prin reactii simple# specifice :
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
62/86
2ubstanta ( "#)#,#2#% ! ; ,a ,a", ; ,a&2 ;,a%
in substantele organice# oigenul nu se identifica ca element.
Analiza elementala cantitativa dozeaza cu metode corespunzatoare elementele identificate anterior, cu eceptia
oigenului care se dozeaza ca diferenta.
Aetodele folosite sunt arderile ( combustiile ! in care se formeaza
• "*& din carbon#
• apa din hidrogen#
• 2*& din sulf#
• azot elementar din azot.
ezultantul ei se eprima in procente si reprezinta formula procentuala a
substantei.
Acti"itate eperimentala. Analiza elementala calitati"a
*. Identificarea carbonului.
2e ia o eprubeta uscata# preazuta cu un dop prin care trece un tub de sticla
indoit in unghi drept# in care se amesteca 0#1 - 0#& g substanta cu 1-& g ( eces !de oid de cupru ( "* ! pulbere# calcinat in prealabil pentru perfecta uscare.
2e astupa eprubeta si se fieaza pe un stati in pozitie orizontala# capatul liber al
tubului se introduce pana aproape de baza unei eprubete ce contine solutie
diluata de hidroid de calciu ( "a(*)!& !. 2e incalzeste amestecul din ce in ce
mai mult.
- a inceput se barboteaza aerul# apoi se dezolta dioidul de carbon :
2ubstanta ("! ; &"u* "*& ; &"u
- 7ioidul de carbon se pune in eidenta prin formarea carbonatului de calciu#
insolubil in apa.
"*& ; "a(*)!& "a"*+ ; )&*
Identificarea hidrogenului.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
63/86
3e partile reci ale eprubetei se depun
picaturi mici de apa# ce se formeaza prin
oidarea hidrogenului din substanta.
"a(*)!&
2ubstanta ()! ;
"* )&* ; "u
Aineralizarea substantei : intr-un tubusor de combustie se introduc
substanta cu o bucatica de sodiu neoidat si uscat pe hartie de in. 2e prindetubusorul intr-un cleste de lemn si se incalzeste treptat la flacara unui bec# mai
intai in zona unde se afla bucatica de sodiu# iar dupa topirea ei si in zona
substantei . 7upa ce substanta a ars# se incalzeste tubusorul pana la rosu si in
aceasta stare se arunca intr-un pahar cu apa distilata. 2e acopera cu o sticla de
ceas. 2e filtreaza solutia si se imparte filtrantul in trei parti egale# in ederea
identificarii ,# 2 si halogenilor.
Identificarea azotului.
Intr-o eprubeta se introduc + - ml din filtrantul de maisus# & - + picaturi dintr-o solutie proaspata de sulfat de fier (II!
&0C si & -+ picaturi solutie de clorura de fier (III!. 2e incalzeste
pana la fierbere. 2e aciduleaza cu & - + ml solutie de acid
clorhidric :
- daca substanta contine azot putin se formeaza un precipitat
erde albastrui.
- daca continutul in azot este mare se formeaza un precipitat albastru deheacianoferat (III! sau albastru de Berlin 4eD4e(",!E+
$ransformari chimice
- sodiul cu carbonul si azotul formeaza bromura de sodiu ( ,a", !
2ubstanta ("#,! ; ,a ,a",
- cianura de sodiu reactioneaza cu sulfatul de fier (II! si formeaza cianura de fier
&,a", ;4e2* 4e(",!& ; ,a&2*
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
64/86
- cianura de fier (II! cu eces de cianura de sodiu formeaza heacianoferatul (II!
de sodiu.
4e(",!& ; ,a", ,a D4e(",!E
- in prezenta ionilor de fier &III', heacianoferatul &II' de sodiu formeaza albastru de Berlin sau heacianoferatul &II' defier &III'
,a D4e(",!E ; 4e"l+ 4eD4e(",!E+ ; 1&,a"l
Identificarea sulfului :
Intr-o eprubeta se introduc ml filtrat de la mineralizarea substantei sodiu
si 1 ml de solutie apoasa de acetat de plumb. 7aca substanta a aut sulf se
formeaza un precipitat negru# sulfura de plumb. 2ubstanta reactioneaza cu sodiu
cu formarea sulfurii de sodiu.
2ubstanta (2! ; &,a ,a&2
,a&2 ;3b(")+"**!& 3b2 ; &")+"**,a
Identificarea halogenilor :
- Intr-o eprubeta se introduc ml filtrant de la mineralizarea substantei de sodiu.
- 2e aciduleaza cu acid azotic care nu contine halogeni.
- 2e fierbe 1-& min.
- 2e raceste.
- 2e adauga 1 ml solutie C azotat de argint.
7aca substanta analizata contine halogeni se formeaza un precipitat de
halogenura de argint :
2ubstanta (%! ; ,a ,a
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
65/86
,a ; g,*+ ,a,*+ ;
g%
Formule procentuale, empirice, brute, moleculare
ezultatul analizei elementelor cantitatie se eprima sub forma de
compozitie procentuala. 4ie :
- s cantitatea de substanta supusa combustiei
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
66/86
- a cantitatea de "*& ( dioid de carbon ! rezultata in urma
arderii# in conditiile in care tot carbonul a trecut in 7ioid de
carbon
-
b cantitatea de apa rezultata4
s
a
b
Fp Fe Fb FM
*rice formula chimica ne ofera doua tipuri de informatii :
Calitative ne arata speciile de atomi componente ale moleculei organice comune tuturor formulelor chimice.
"antitatie : informatii caracteristice fiecarui tip de formula chimica.
4ormula procentuala 4p - aspectul cantitati ne arata cota de participare
numerica a fiecarei specii de atomi la formarea a 100 g substanta.
7eterminarea " C : 1mol "*& (g!.1 at g " (1&g!
a g "*&. g "
6 1&a F 6G 6 +aF11
1g substanta+a F 11 g "
100g substanta " C
"C 6 +a F11s H 100 "C 6 +00a F 11s
) C : 1mol )&* (18g!.& at g ) (&g!
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
67/86
b g )&*? g )
? 6 &b F 18 6G ? 6 bF9 g )
s g substantab F 9 g )
100g substanta ) C
)C 6 100b F 9s
In mod analog se determina continutul procentual al tuturor celorlalte elemente
organice# cu eceptia oigenului care se determina prin diferenta :
* C 6 100 - ( "C ; )C ; .. !
ezultatul se scrie sub forma 4p : " :
) :
* :
Determinarea formulei empirice & e ', aspectul cantitati" ne arata raportul masic in care se gasesc speciile deatomi componente ale moleculelor organice. ormula se determina prin impartirea procentelor de la formula procentualala masele atomilor respecti"i & AC=*5, A$=*, AO=*2, A#=65, A=*3 '. #e obtin indicii formulei empirice.
Determinarea formulei brute &b' aspectul cantitati" ne arata raportul numeric &atomic' in care se gasescspeciile atomice componente ale moleculei organice. %entru aceasta se impart indicii formulei empirice la cea mai mica"aloare a lor, rezultatul il reprezinta indicii formulei brute.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
68/86
Determinarea formulei moleculare &4' aspectul cantitati" il reprezinta numarul real din fiecare specie de atomicomponente ale compusului organic. ormula moleculara este un multiplu al formulei brute, factorul de multiplicare fiindn.
A
n 6
suma maselor atomice ale elementelor componente tinand cont de indicii 4 b
azele rezultate in urma combinatei sunt trecute prin ase spalatoare care au
rolul de a retine selecti si cantitati componentele.
H! este retinuta de asul spalator cu:
acid sulfuric&$5#O7' concentrat retinerea este fizica, a"and loc diluarea solutiei, aplicatia se bazeaza pe proprietatile
higroscopice ale acidului sulfuric.
"lorura de calciu("a"l&! anhidra: retinerea este chimica cu formarea clorurii de
calciu heahidratate("a"l&H)&*!
C! este retinut de asul spalator cu :
apte de ar ( solutie de "a(*)! retinerea este chimica si se formeaza
precipitatul de carbonat de calciu ( "a"*+ !
"*& ; "a(*)!& "a"*+ ; )&*
2olutie de potasa caustica (*)!# retinerea este chimica
&*) ; "*& &"*+ ; )&*
/cesul de oigen rezultat in urma combustiei este retinut de asul spalator cu
pirogalol ( 1#+ - trihidroi benzen !# retinerea este chimica si se bazeaza pe
sensibilitatea pirogalolului fata de oigen.
In toate cazurile cresterea masei "asului spalator se datoreaza componentelor din gazele de combustie, datorataretinerii.
8u orice insiruire de simboluri chimice si indici reprezinta o formula a unei substante organice. %entru "erificarea"alabilitatii unei formule moleculare se folosesc doua principii
Principiul paritatii %entru o substanta reala suma tuturor co"alentelor elementelor componente tinand cont de
indicii formulei moleculare trebuie sa fie un numar par .
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
69/86
Principiul nesaturarii echivalente nesaturarea echi"alenta este o masura a gradului de nesaturare a uneisubstante. %oate fi folosit pentru determinarea "aliditatii unei formule moleculare.
%entru o substanta de formal
CaHbOcNdXe,
indicele de nesaturare se calculeaza
&5a95' - &b - d 9e'
8.:.=
5
%entru o substanta reala indicele de nesaturare trebuie sa fie intreg, poziti", inclusi" zero.
Observatie - in exprimarea valorii indicelui de nesaturare echivalenta nu intra substantele divalente.
4. Structura compusilor organici
4odul de organizare al atomilor elementelor componente in ansamblul moleculei poarta denumirea de structura amoleculei. %entru a cunoaste structura unui compus organic este necesara cunoasterea naturii atomilor elementelor componente, natura legaturilor ce se realizeaza intre atomi, geometria atomilor si a legaturilor .
Intre atomii elementelor organice se stabilesc legaturi coalente ( atomii
elementelor organice sunt atomi de nemetale!. laturi de legaturile coalente
intalnim legaturi coalent - coordinatie ( in special in cazul compusilor de tip
amoniu ! si chiar# dar mai rar# legaturi ionice. ,u se intalnesc legaturi metalice.
a.! "egatura covalenta in compusii organici
a formarea legaturilor coalente participa atomi atat in stare
fundamentala ( )# %# ,# 2 ! cat si in stare hibridizata ( "# ,# * !. egatura
coalenta este legatura ce se realizeaza prin punerea in comun a cate unui
electron de catre fiecare atom de nemetal participant la formarea legaturii.
tomul realizeaza un numar de legaturi coalent egal cu numarul orbitalilor mo-noelectronici neparticipanti la formarea legaturi.
In cazul in care atomul considerat se afla in stare hibridizata# legatura se
formeaza astfel :
- prin intermediul orbitalilor hibrizi se formeaza numai legaturi coalente K ( nu-
marul legaturilor K 6 numarul orbitalilor hibrizi monoelectronici!
- prin intermediul orbitalilor p puri & nehibridizati ' se formeaza legaturi co"alente ; & numarul legaturilor co"alente ; =numarul orbitalilor ; puri monoelectronici '
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
70/86
!aca atomul se afla in stare fundamentala, el realizeaza prin intermediul orbitalilor monoelectronici numai legaturisigma.
In compusii organici eista legaturi
- simple & o legatura co"alenta simpla '
- multiple - dubla & o legatura sigma si o legatura ; '
- tripla & o legatura sigma si doua legaturi ; '
b.' Atomul de carbon in compusii organici
4ultitudinea compusilor organici se eplica si prin faptul ca atomul de carbon participa la formarea de legaturi instare hibridizata, este singurul care are puterea de incatenare & proprietatea atomului unui element de a forma lanturi deatomi de carbon '.
Aceasta proprietate se eplica prin faptul ca atomul de carbon isi are stratul de "alenta foarte aproape de nucleu,unde are patru electroni, pe care ii distribuie astfel incat in nici una din starile de hibridizare nu prezinta un orbitalcomplet ocupat. Aceasta asigura stabilitate maima atomului de carbon hibridizat si simetrie maima.
C&z=2' *s55s55p5
:
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
71/86
p ppur
ppur
C sp3
C sp2
C sp
s
#t. fundamentala
!iagrama energetica arata ca odata cu ridicarea cotei de participare energetica a orbitalilor s la formareaorbitalilor hibrizi energia orbitalilor hibrizi scade.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
72/86
Csp6 5)>
Csp5 66,6> scadere
Csp )(>
ariatia energiei orbitalilor hibrizi Csp6 ? Csp5 ? Csp
O legatura, sigma sau pi , formata de fapt din doi electroni, se reprezinta con"entional printr-o liniuta & - '.
O legatura dubla se reprezinta & = ' iar o legatura tripla & @ '.
Csp6 - simetrie tetragonala.
%rezinta 7 orbitali hibrizi monoelectronici 7 legaturi co"alente sigma
7 legaturi simple.
.
. C . &Csp6' - C - &Csp6 ce realizeaza 7 legaturi simple '
.
$ $
$ C $ $ C $ C$7
) )
In toti compusii organici atomul de carbon este tetraalent # indiferent de natura
hibridizarii.
$ $
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
73/86
$ C C $ C5$2 C$6 - C$6
) )
" sp& simetrie trigonala
3rezinta - + orbitali hibrizi monoelectronici + legaturi simple : 1 leg.
dubla
& leg. simple
1 orbital p pur 1 legatura L
.
" : " M ( atomul de "sp& ce realizeaza & legaturi simplesi o
. legatura dubla !
) )
)&" 6 ")& ( etena ! " 6 "
) )
Csp - simetrie diagonala
3rezinta & orbitali hibrizi monoelectronici ---G & legaturi sigma
& orbitali p puri ---G & legaturi pi
ealizeaza: a! - 1 legatura simpla
1 legatura tripla
b! - & legaturi duble
.
." . # - " N ( "sp a realizat o legatura tripla si o legatura simpla !
.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
74/86
"&)& )" N ") O ) - " N " - )
: " : # 6 " 6 ( "sp& a realizat & legaturi duble !
")& 6 " 6 ")&
tomul de carbon prezinta coalenta # atomul de hidrogen coalenta 1#
atomul de oigen coalenta atomul de azot coalenta +# atomul de halogen
coalenta 1.
tomul de azot in compusii organici participa la formarea legaturilor
coalente atat in stare fundamentala# cat si in stare hibridizata# caz in care
prezinta aloarea + a coalentei.
, (P6@!: 1s&
&s&
&p+
:
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
75/86
p
ppur
ppur
sp6
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
76/86
sp5
sp
s
,sp+
reprezinta + orbitali hibrizi monoelectronici # + legaturi coalente simple.
..
. , . ,sp+ - simetrie de piramida turtita
.
)
")+ - ,)& # )+" - ,
)
7aca atomul de azot foloseste dubletul electroni neparticipant ca donator intr-o
legatura coalenta coordinatia se modifica simetria in simetria tetragonala.
,sp& prezinta - & electroni sigma 6 G & legaturi sigma - 1 legatura dubla
1 legatura simpla
1 electron pi 6 G 1 legatura pi
.. electroni dintr- un orbital hibrid complet ocupat cu electroni
- , : ( dublet electronic neparticipant !
..
-, 6
( , sp& ce si-a realizat legaturile !
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
77/86
)ibridizarea la *igen
p ppur
sp6
sp5
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
78/86
* (P68!: 1s
&
&s
&
&p
tomul de oigen prezinta# in stare fundamentala# un numar de electroni
distribuiti: & in &s si in &p. In aceasta stare prezinta & orbitali semiocupati# deci
aloarea & a coalentei.
In stare hibridizata sp+# prezinta orbitale hibride# & complet ocupate cu
electroni si & semiocupate - aloarea & a coalentei. 3rin intermediul acestor
orbitali se realizeaza & coalente K# deci & legaturi simple. tomul de oigen
sp+ prezinta o simetrie ungulara# cu un unghi intre aele orbitalilor hibrizi de
10#0.
tomul de oigen sp& prezinta + orbitale hibride ( + complet ocupate# 1
semiocupat ! si un orbital p pur semiocupat. 3rin intermediul orbitalului hibrid
semiocupat se realizeaza o legatura coalenta K# iar prin intermediul orbitalului
p pur semiocupat# o legatura coalenta L. tomul de oigen sp& realizeaza o
legatura dubla (o legatura K si o legatura L!O el prezinta o simetrie trigonala.
tomul de oigen nu realizeaza hibridizare sp.
"oncluzii
tomii elementelor organogene# fiind atomi de nemetal# or fi legati intre ei
numai prin legaturi coalente.
In compusii organici atomii elementelor organice prezinta urmatoarele alori ale
coalentei : "-# )-1# ,-+# 2- 3-+# %-1. ealizarea legaturilor simple si
multiple implica urmatoarele alori ale coalentii maime :
a! legatura simpla - toti atomii elementelor organice# indiferent de aloareamaima a coalentei.
b! egatura dubla: atomii elementelor organice care au aloarea &
a coalentei
c! egatura simpla: atomii elementelor organice care au aloarea +
a coalentei
$oate coalentele atomilor componenti ai unei molecule organice satisfacute
numai prin legatura coalenta. paritia legaturii coalente coordinatia sedatoreaza folosirii de un atom a dubletelor electronice neparticipante ca donor
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
79/86
intr-o legatura coalent-coordinatia. paritia structurii organice are la baza
tocmai faptul ca atomii elementelor organice se unesc prin legaturi coalente.
egatura coalenta prezinta o serie de caracteristici ce eplica structura
organica:
/ste diri
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
80/86
)
• secundar: realizeaza & legaturi cu alti atomi de carbon:
)+"-")&-")+
")&6")&
• tertiar: realizeaza + legaturi cu alti atomi de carbon:
)+" - ") - ")+
")+ )&" 6 ") - ")+
)" N ")
- cuaternar: realizeaza legaturi cu alti atomi de carbon:
")+
")+ - " - ")+ )&" 6 " 6 ")&
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
81/86
")&
)+"
C = C$5 $C @ C - C$6
)+"
3e langa proprietatea de a fi primar# secundar# o alta caracteristica a
acestora cauza fundamentala e eistentei compusilor organici# este proprietatea
de incatenare.
,umai atomul de carbon prezinta aceasta proprietate in catena putand
eista zeci# sute pana la sute de mii de atomi de carbon legati intre ei.
$inand cont de natura hibridizarii# atomilor de carbon ce intra in
componenta unei catene# aceasta poate fi:
• saturata :contine numai atomi de carbon saturati# atomi de carbon
hibridizati sp+
• nesaturata : contine pe langa atomi de carbon sp + si atomi de carbon
nesaturati# " sp& si sp# intre care se realizeaza legaturi multiple
$inand cont de modul de dispunere a atomilor de carbon in ansamblulunei catene aceasta poate fi:
• liniara:
" - " - " - " - " - " - " -
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
82/86
* astfel de catena daca este saturata contine numai atomi de carbon
primar si secundar.
• ramificata:
"
" - " - " - " - " - " - " -
" "
* structura saturata ciclica contine toate tipurile de atomi de carbon.
"
" " " "
" " " "
"
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
83/86
"atenele ciclice saturate contin toate tipurile de atomi de carbon mite
" - " - " - " - " - " - " -
C C
"
#tructura chimica organica este aspectul cel mai important al unei molecule deoarece ne arata modul de aran0areal atomilor in ansamblul spatial al moleculei si interactiunile reciproce dintre atomi.
"atene de atomi de carbon Q aciclice Q liniare - saturate
- nesaturate
Q ramificate - saturate
- nesaturate
ciclice Q simple - saturate
- nesaturate
Q cu catena laterala - saturate
- nesaturate
2tructura chimica organica eplica proprietatile fizico - chimice ale acestora.
"unoasterea structurii permite identificarea substantei. 4ormula moleculara ( ea
singura ! ofera foarte putine informatii structurale# la formula moleculara data
pot eista o multitudine de compusi chimici. 4enomenul poarta numele deizomerie.
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
84/86
Izomeria este fenomenul prin care unei formule moleculare i se atribuie
doua sau mai multe substante diferite.
4A "&)* (& izomeri ! Q ")+ -* - ")+ ( dimetileter !
Q ")+ - ")& - *) ( alcool etilic !
4A "+)* are 9 izomeri
7eterminarea structurii unui compus organic implica mai multe etape facandu -
se pas cu pas# folosindu - se metode :
- fizice
- chimice ( analiza functionala si elementara !
- fizico - chimice ( spectro - fotometrie in =# A,# AR !
ezultatele analizei functionale sunt concretizate in formule structurale.
4ormulele structurale sunt reprezentari grafice ce scot in eidenta
particularitatile structurale ale moleculelor respectie.
ormulele structurale sunt
- formule plane# obisnuite# nu redau imaginea spatiala a moleculelor# dar sunt
folosite datorita comoditatii.
- formule de proiectie sunt rezultatul proiectiei imaginilor spatiale ale
moleculelor in planul hartiei. edau imaginea spatiala ( schema moleculara !
) )
) - " - " - )
) )
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
85/86
- formule de configuratie redau dispozitia spatiala a substituentilor legati direct
la atomul de carbon. 2e foloseste un cod al liniilor pentru reprezentare.
i ! linie punctata pentru legaturi ce se afla in spatele foii de hartie
ii! linie continua pentru legaturi ce se afla in planul foii de hartie
iii! linie pana pentru legaturi ce se afla in fata planului foii de hartie# spre
obserator ( partea ingrosata spre obserator !
) )
" S )
" S )
) )
- formule de conformatie indica aran
8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice
86/86
) )
- modele structurale reprezentari reale ale unor molecule organice confectionate
din diferite materiale care incearca sa reprezinte particularitatile structurale ale
compusilor
#
+ +
- modele structurale rerezentari reale ale unor molecule organice con%ectionate
din di%erite materiale care incearca sa rerezinte articularitatile structurale ale
comusilor