Sanja Ćavar - pmf.unsa.ba za organsku hemiju i biohemiju... · Mojim profesoricama, dr. Mariji Janković, koja je još u vrijeme mojih studentskih dana inicirala pisanje ovog udžbenika,

Sanja Ćavar

Sarajevo, februar 2013.

UVOD U ISPITIVANJE MEHANIZAMA ORGANSKIH

REAKCIJA

UVOD U ISPITIVANJE MEHANIZAMA ORGANSKIH REAKCIJA

Autor Sanja Ćavar

Izdavač Prirodno-matematički fakultet Sarajevo

Recenzenti Prof. dr Milka Maksimović, redovni profesor

Univerzitet u Sarajevu, Prirodno-matematički fakultet

Doc. dr Franc Požgan, docent Univerza v Ljubljani, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo

DTP Autor

Naslovna strana Autor

Štampa INDEX Line d.o.o.Sarajevo

Tiraž 200

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- CIP - Katalogizacija u publikaciji

Nacionalna i univerzitetska biblioteka

Bosne i Hercegovine, Sarajevo

547(075.8)

ĆAVAR, Sanja

Uvod u ispitivanje mehanizma organskih reakcija

/ Sanja Ćavar. - Sarajevo: Prirodno-matematički

fakultet, 2013. - IV, 113 str.: ilustr. ; 30 cm

Bibliografija: str. 111-112.

ISBN 978-9958-592-34-8

COBISS.BH-ID 20280070

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Objavljivanje ovog udžbenika kao univerzitetskog izdanja odobrio je Senat Univerziteta u Sarajevu odlukom broj: 01-38-269/13 od 30.01.2013. godine. Na osnovu Zakona o autorskim i srodnim pravima (”Službeni glasnik BiH”, br. 7/2002), zabranjeno je svako umnožavanje, fotokopiranje ili bilo kakvo reproduciranje knjige ili njenih dijelova bez odobrenja autora.

Sanja Ćavar

UVOD U ISPITIVANJE MEHANIZAMA ORGANSKIH

REAKCIJA

Sarajevo, 2013.

Mojim profesoricama,

dr. Mariji Janković, koja je još u vrijeme mojih studentskih dana inicirala pisanje ovog udžbenika, i

dr. Milki Maksimović, za njenu podršku, motivaciju, i ogromno znanje koje mi je nesebično pružala svo vrijeme.

I

PPRREEDDGGOOVVOORR

Studij organskih reakcija sa mehanističkog stanovišta i odnosa između strukture spojeva i

njihove reaktivnosti jedan je od glavnih subjekata fizikalne organske hemije koja kao naučna oblast

ima veoma dugu tradiciju. Predmeti istraživanja ove naučne oblasti se izučavaju na svim

dodiplomskim i postiplomskim studijima hemije širom svijeta.

Uvod u ispitivanje mehanizama organskih reakcija je prvenstveno namjenjen studentima hemije,

koji slušaju kurs Mehanizmi organskih reakcija, kao i studentima srodnih disciplina koji u okviru viših

kurseva iz organske hemije imaju integriran praktični dio nastave koji se bavi studijama reakcijskih

mehanizama bez velikog predznanja o fizikalnim aspektima organske hemije.

Ovaj udžbenik je nastao nadopunjavanjem i preuređivanjem interne skripte za vježbe iz

navedenog kursa. Poslije kraćih uvodnih poglavlja, udžbenik sadržava i laboratorijske vježbe na

kojima se studenti upoznaju sa osnovnim nekinetičkim i kinetičkim metodama izučavanja

mehanizama organskih reakcija. Svaka laboratorijska vježba se sastoji od teoretskog uvoda

eksperimenta, zadataka za pripremna vježbanja i izvještajem kojeg student treba popuniti nakon

izvršenog eksperimenta. Pored navedenog, svaka laboratorijska vježba sadrži i liste pribora i

hemikalija za svaki pojedini eksperiment, kao i tabele sa osnovnim podacima korištenih hemikalija.

Sa zahvalnošću ću prihvatiti sve kritike i sugestije čitalaca i korisnika radi poboljšanja kvaliteta

ovog udžbenika u slijedećim izdanjima.

Sarajevo, februar 2013. godine Sanja Ćavar

II

III

SSAADDRRŽŽAAJJ

ZNAČAJ ISPITIVANJA MEHANIZAMA ORGANSKIH REAKCIJA 1 UVOD U MEHANIZME ORGANSKIH REAKCIJA 3 OSNOVNA PRAVILA PISANJA REAKCIONIH MEHANIZAMA 17 METODE ISPITIVANJA MEHANIZAMA ORGANSKIH REAKCIJA 21 STEREOHEMIJA ELEKTROFILNIH ADICIONIH REAKCIJA Adicija broma na trans-cimetnu kiselinu i trans-stilben

27

IDENTIFIKACIJA PRODUKATA NUKLEOFILNE SUPSTITUCIJE NA ZASIĆENOM UGLJIKOVOM ATOMU Sinteza haloalkana nukleofilnom supstitucijom alkohola i drugih haloalkana

39

TERMODINAMIČKI FAKTORI KETO-ENOLNE TAUTOMERIJE Uticaj različitih faktora na konstantu ravnoteže keto-enolne tautomerije

51

ISPITIVANJE FAKTORA KOJI UTIČU NA NUKLEOFILNU SUPSTITUCIJU NA ZASIĆENOM UGLJIKOVOM ATOMU Hidroliza haloalkana

65

HIDROLIZA ESTERA KARBOKSILNIH KISELINA Uticaj pH reakcijske sredine na hidrolizu p-nitrofenilacetata

81

KOMPARACIJA FAKTORA KOD STRUKTURNO SLIČNIH SPOJEVA KOJI UTIČU NA BRZINU REAKCIJE Oksidacija alifatskih hidroksilnih spojeva (alkoholi i monosaharidi)

91

UTICAJ SUPSTITUENATA NA ELEKTROFILNU AROMATSKU SUPSTITUCIJU Bromiranje reaktivnih aromatskih spojeva

101

LITERATURA 111

IV

Uvod u ispitivanje mehanizama organskih reakcija

1

ZZNNAAČČAAJJ IISSPPIITTIIVVAANNJJAA

MMEEHHAANNIIZZAAMMAA OORRGGAANNSSKKIIHH RREEAAKKCCIIJJAA

Određivanjem mehanizma neke organske reakcije dolazi se do ključnih podataka o reakciji. Reakcioni mehanizam detaljno opisuje upravo ono što se događa u svakom koraku neke hemijske transformacije. On opisuje svako prelazno stanje, daje podatke o vezama koje su pukle i nastale tokom reakcije (i kojim redom).

Postoje mnogi razlozi zašto je bitno istraživati mehanizme organskih reakcija. Oni se mogu podijeliti prema tipovima osoba koje ih susreću tokom svog školovanja ili karijere:

a) Studenti – Studij mehanizama organskih reakcija je potreban radi razumjevanja organske hemije. Istraživanjem mehanizama moguće je naprimjer veoma lako naučiti vrste reagenasa koji se adiraju na karbonilnu grupu, klasificirati ih u grupu nukleofila, i čak shvatiti zašto ti reagensi napadaju atom karbona karbonilne grupe, a ne atom oksigena.

b) Hemičari koji se bave organskom sintezom – Poznavanje mehanizma neke reakcije sintetskom hemičaru olakšava odabir odgovarajućih reakcijskih uslova, temperature i odnosa reagenasa u cilju dobivanja maksimalno mogućeg prinosa željenog produkta.

c) Hemičari u industriji – Poznavanje mehanizama organskih reakcija omogućava planiranje i odabir nekih novih reagenasa i uslova reakcije koji mogu uticati na željenu hemijsku transformaciju. Također, hemičari koji rade u industriji imaju mogućnost jednostavnog optimiziranja sinteze u smislu visokih prinosa i smanjenja nusprodukata koji su nepotrebni. Na primjer, poboljšanje reakcije sinteze nekog antibiotika za 1% povećava dobit za oko milion dolara godišnje.

d) Biohemičari – S obzirom da su reakcije koje se dešavaju u organizmu organske prirode, od vitalnog je značaja poznavati njihov mehanizam, jer bi se lakše razumjelo kako neka bolest utiče na metabolizam, te kako se lijek može boriti protiv te bolesti i naravno kako dizajnirati neki novi lijek.

e) Hemičari koji se bave ekološkim problemima – S obzirom da organske molekule djeluju i štetno na okolinu, da bi se mogli zaštiti od njih, veoma je značajno poznavati mehanizam njihovog djelovanja. Na primjer, freoni (hlorofluorougljikovodici) su organski spojevi koji se koriste u rashladnim uređajima uništavaju prirodni ozonski omotač. Poznavanjem mehanizama njihovog djelovanja, danas su freoni zamjenjuju hidrohlorofluorougljikovodicima koji se raspadaju prije nego što dođu do ozonskog omotača.


2


3

UUVVOODD UU MMEEHHAANNIIZZMMEE OORRGGAANNSSKKIIHH RREEAAKKCCIIJJAA

Mehanizam je detaljan proces kojim teče neka hemijska reakcija i koji prikazuje koje su se veze prekinule, a koje nastale, koliko reakcionih koraka je uključeno u kompletnu reakciju, kakva je relativna brzina svakog pojedinog koraka, itd. Da bi se detaljno prikazao mehanizam neke reakcije potrebno je precizno prikazati poziciju svakog atoma molekula reaktanata, uključujući i atome otapala i odrediti energiju reakcionog sistema u svakom koraku reakcije. U predpostavljenom mehanizmu neke reakcije svi podaci se moraju slagati.

Na slici je prikazana reakcija esterifikacije za koju se ne može reći da prikazuje mehanizam reakcije, jer nema detaljnog opisa svakog pojedinog koraka na putu na kojem se reaktanti pretvaraju u produkte.

R1

O

OH

+ R2

OHH

+

R1

O

O R2+ OH2

Kompletan mehanizam Fischerove esterifikacije prikazan je na slici dolje. U ovom slučaju uočljiv je svaki pojedini prelaz naboja, odnosno svaki pojedini korak reakcije.

R1

O

O H

H+

R1

O+

O H

H

R1

O

O H

H

R1

O

O+

H

H

R2

O

H

R1

O

O H

H-H

+

R1

O

O H

H

OR2

H+

R1

O+

O H

H

OR2

H

O H

H

+

O+

R1

O HR2

-H+

O

R1

OR2

+

R2

O

H+


4

Prema svojoj definiciji, svaki detaljan opis, odnosno mehanizam reakcije mora sadržavati: a) opis kretanja elektrona koji sačinjavaju veze koje stupaju u reakciju; b) opis prostornog odnosa atoma tokom transformacije; c) opis strukturnih i energetskih promjena koje se dešavaju u svakom stepenu reakcije; d) opis veza koje se cijepaju; e) broj i brzinu stepena reakcije; f) identifikaciju intermedijata i prelaznih stanja preko kojih ide pretvorba; i g) opis faktora koji utiču na reaktivnost.

Pored gore navedenog, postoje i kriteriji mehanizama reakcije. Svaki pojedini mehanizam mora biti što jednostavniji, mora biti potvrđen eksperimentima, stepeni moraju biti mono- ili binuklearni, ne smije kršiti principe mikroskopske reverzibilnosti, te svaki stepen mora biti hemijski i energetski povoljan.

Iako se danas mogu napisati mehanizmi velike većine organskih reakcija, niti jedan mehanizam nije poznat u potpunosti. Veliki broj organskih reakcija u različitim uslovima teku pod drugačijim mehanizmima. U mnogim slučajevima, za jednu vrstu reakcije predloženo je više različitih mehanizama, od kojih svaki u potpunosti objašnjava sve podatke o reakciji.

Osnovni tipovi mehanizama organskih reakcija

U većini reakcija organskih spojeva dolazi do prekida jedne ili više kovalentnih veza. Generalno se mehanizmi organskih reakcija mogu podijeliti u tri osnovna tipa, ovisno o tipu pucanja veza:

a) Heterolitičke reakcije – veza puca na takav način da oba elektrona ostaju na jednom od atoma koji su činili vezu. Takve reakcije ne moraju nužno sadržavati ionske međuprodukte.

b) Homolitičke reakcije (slobodno-radikalske reakcije) – veza puca na takav način da svaki fragment molekule dobija po jedan elektron, pri čemu nastaju slobodni radikali.

c) Pericikličke reakcije – elektroni molekule supstrata, obično njih šest, se kreću u zatvorenom prstenu. U ovom tipu mehanizama ne postoje međuprodukti, ioni ili slobodni radikali.

Osnovne vrste reakcija u organskoj hemiji

Do sada je poznato preko 250 vrsta organskih reakcija, ali gotovo sve se mogu svrstati u šest osnovnih kategorija.

1. Supstitucione reakcije

Heterociklične supstitucione reakcije mogu se podijeliti na nukleofilne i elektrofilne, u zavisnosti od vrste reaktanta koji djeluje na molekulu supstrata.

Nukleofilna supstitucija

A X + Y-

A Y + X-


5

Elektrofilna supstitucija

A X + Y+

A Y + X+

Slobodno-radikalska supstitucija

A X + Y A Y + X

2. Adicione reakcije na dvostruku ili trostruku vezu

Adicione reakcije mogu biti heterolitičke i homolitičke, ali i periciklične.

Elektrofilna adicija

A B + Y W A B

Y

+ W-

A B

Y

W

Nukleofilna adicija

A B + Y W-A B

Y

+ W+

A B

Y

W

Slobodno-radikalska adicija

A B + Y W A B

Y

+ A B

Y

W-W

YW + Y

Simultana adicija

A B

YW

A B

Y

W

3. β-Eliminacione reakcije

Ove reakcije mogu teći po heterocikličnom ili pericikličnom mehanizmu. Slobodno-radikalske β-eliminacione reakcije su vrlo rijetke.

A B +A B

Y

W

W + Y-


6

4. Reakcije premještanja

Većina reakcija premještanja podrazumijeva migraciju atoma ili grupe atoma. U zavisnosti od broja elektrona na migrirajućem atomu, postoje tri tipa reakcja premještanja.

Nukleofilna migracija (migracija grupe W sa elektronskim parom)

A B

W

BA

W

Slobodno-radikalska migracija (migracija grupe W sa jednim elektronom)

A B

W

BA

W

Elektrofilna migracija (migracija grupe W bez elektrona)

A B

W

BA

W

5. Reakcije oksidacije i redukcije

Mnoge reakcije oksidacije i redukcije pripadaju već prikazanim tipovima reakcija, ali mnoge i ne. Njihovi mehanizmi su obično zasebno opisani.

6. Kombinacione reakcije

Veliki broj reakcija u organskoj hemiji su u stvari kombinacije prethodno prikazanih osnovnih tipova reakcija, pa se većina tih reakcija može svrstati u ovu grupu.

Reakcijski intermedijati

Svaka od prethodno navedenih organskih reakcija, više ili manje se odvija preko nekog od reakcijskih intermedijata, odnosno međuprodukata reakcije. Prema tome, intermedijati su specije koje nastaju, odnosno nestaju tokom neke reakcije.

Prema stabilnosti, intermedijati se dijele na stabilne, odnosno one koji se mogu izolirati i opisati, i nestabilne, odnosno one koji se opisuju brzim spektroskopskim metodama ili se hvataju hemijskim putem.

Prema vrsti naboja koji nose, što je još značajnije u istraživanju reakcijskih mehanizama, intermedijati se dijele na:

a) karbanione b) karbkatione, i c) slobodne radikale.


7

1. Karbanioni

Karbanion je svaka molekula sa negativno nabijenim atomom karbona, odnosno onim atomom karbona koji na sebi ima slobodni par elektrona. Karbanioni imaju tetraedarsku geometriju, odnosno trigonalnu piramidalnu geometriju, pri kojoj se slobodni elektronski par brzo izmjenjuje, pa su stoga karbanioni nestabilni i vrlo se teško izoliraju.

Njihova stabilnost, a samim tim i reaktivnost zavisi od više faktora: a) Induktivni efekat – u prisustvu elektonegativnog elementa stabilizira se negativni naboj na

atomu karbona (negativna hiperkonjugacija). Atom fluora snažno stabiliziraju karbanione.

C

F

F

CF3

F

F

CF3

F

F

CF3

F

F

CF2 F-

-

b) Stepen hibridizacije atoma koji nosi naboj – što je veći s-karakter atoma karbona koji nosi naboj, to je veća stabilnost karbaniona. Klasičan primjer takvih karbaniona su acetilidi.

C C-

R Na+

c) Stepen konjugacije – rezonancioni efekti snažno stabiliziraju karbanione. Klasičan primjer stabilnih karbaniona su enolati koji se čak mogu izolirati.

O

R

O-

R

CH2

CH

R2

R1

O

O

R2

R1

O-

O

R2

R1

O

O-

H2C-

-


8

Prvu strukturu karbaniona su postulirali Clark i Lapworth 1907. godine pri proučavanju mehanizma benzoinske kondenzacije.

O

H

N C-

O-

CN

H

C-

OH

CN

O

H

O- H

OHNC

OHH

O-

NC

OHH

O

+N C

-

+H+ / -H

+

Zbog svoje nestabilnosti, karbanioni se prilikom ispitivanja mehanizma neke reakcije najčešće prvo moraju „uhvatiti“ da bi se dokazalo njihovo prisustvo. U reakcije hvatanja karbaniona najčešće spadaju:

a) Adicija na polarizovane dvostruke veze

CH3

CH3

CH3

+ R-

C-

CH3

CH3

CH3

R

b) Reakcije eliminacije

ON

O

O-

OH- O CH

NO

O-

O-

+ CH2 NO

O-

+ +-

+

-H+

+ OH2


9

c) Reakcije premještanja

CH2C

-

-

Iako nestabilni, karbanioni su česti intermedijati u veoma važnim organskim reakcijama. Neke od njih

su:

a) Aldolna kondenzacija (bazno katalizirana)

R

O

H

H

OH-

R CH-

O

H

R

O-

H

+

R

O

H

H

O

R

O-

R

H

O

R

OHR

OH2

-OH-

b) Claisenova kondenzacija

R1

O

R2

O

H

OH- R

1

O

R2

O

R1

O

O

R2 +

R1

O

R2

O

O-

R1

O

R2

R1

O

R2

O

R1

O

-

-R2O

-


10

2. Karbkationi

Karbkationi su organske molekule kod kojih jedan od atoma karbona ima manjak elektrona, odnosno pozitivno je nabijen. Zbog nemogućnosti da se ispoštuje oktetno pravilo, takve molekule su nestabilne, a samim tim vrlo reaktivne.

Karbkationi imaju planarnu geometriju, gdje je atom karbona sp2 hibridizovan sa jednom nepopunjenom p-orbitalom.

Prvu strukturu karbkationa predpostavio je von Bayer 1902. godine analizirajući strukturu soli trifenilmetila.

OH

H2SO4

-H2O

C+

HSO4

-

Karbkationi su najčešći intermedijati u organskim reakcijama. Stabilniji od karbaniona i moguće ih je izolirati. Njihova stabilnost leži u hiperkonjugaciji koja je povećana brojem alkilnih grupa na centralnom atomu karbona.

C+

R2

R3

R

> C+

H

R2

R

> C+

H

R1

H

> C+

H

H

H1 1

Rezonantni efekat je još jedan od efekata koja utiče na stabilnost karbkationa. U tom slučaju elektrondonorski atomi povećavaju njihovu stabilnost.

C+

H

CH3

H

C+

H

O

H

CH3

H

O

H

CH3

+

<

Neke od organskih reakcija u kojima je dokazano prisustvo karbkationa su:

a) Direktna ionizacija

Cl

CH3

CH3 CH3

OH2

+ Cl-

C+

CH3

CH3

CH3


11

b) 1,2-Pregradnja

+CH3

Br

AlBr3

CH3CH3

CH3

CH2

HH

CH3 CH

CH3+

+

c) Reakcije nukleofilne supstitucije

Cl

CH3

CH3 CH3

C+

CH3

CH3 CH3

+OH-

OH

CH3

CH3 CH3

-Cl-

Za razliku od karbaniona, struktura karbkationa se može odrediti spektroskopskim metodama. Na slici je prikazana struktura terc-butilnog karbkationa koja je određena rentgenskom analizom.


12

3. Slobodni radikali

Slobodni radikali su specije koji imaju jedan nespareni elektron na centralnom atomu, koji vrlo često nije atom karbona.

Prvi slobodni radikal okarakterisao je Goomberg 1900. godine, prilikom pokušaja sinteze heksafeniletana.

Cl

Zn

C

O2

O

O

+ ZnCl2

Geometrija radikalnih specija može biti planarno-trigonalna, odnosno piramidalna, što zavisi od njihovog karaktera.

R

R

R

R

RR

R

RR

-radikal -radikal

Svi do sada poznati slobodni radikali se mogu podijeliti u tri grupe:

a) Kationski radikali – nastaju reakcijom oksidacije

Ph

Ph

Ph

Ph

+ e-

+*


13

b) Anionski radikali – nastaju reakcijom redukcije

+ Na Na+

-*

c) Neutralni radikali – najčešće nastaju reakcijama termolize ili fotolize

CH3

O O

CH3

CH3CH3

CH3

CH3

CH3

O

CH3CH3

+O

CH3

CH3

CH3

Generalno se može reći da su aromatski slobodni radikali stabilniji od alifatskih, što je posljedica delokalizacije elektrona kroz aromatski sistem.

C

i td.

Samim tim, njihova stabilnost opada porastom s-karaktera atoma koji nosi nespareni elektron.

> CH3 > CH2

CH3

>

*

H

R2

R1

p sp3 sp

2 sp

2


14

Termodinamički uslovi reakcije

Da bi neka reakcija tekla spontano ukupna slobodna energija produkata reakcije mora biti niža od ukupne slobodne energije reaktanata (-ΔG). Organske reakcije naravno mogu teći i u suprotnom pravcu, ali onda je reakcionom sistemu potrebno dovesti energiju.

Slobodna, odnosno Gibbsova energija se sastoji iz dvije komponente, entalpije i entropije, i one su povezane jednačinom:

ΔG = ΔH - TΔS

Promjena entalpije predstavlja razliku u energijama veza između reaktanata i produktata. Ona se može izračunati iz zbira energija veza koje su pukle tokom reakcije i zbira energija veza koje su nastale u reakciji.

Promjena entropije se odnosi na red, odnosno nered reakcionog sistema. Što je veći nered u sistemu, to je veća i entropija. Za većinu reakcija su neznatni entropijski efekti, dok promjena entalpije određuje spontanost reakcije.

Kinetički uslovi reakcije

Negativna vrijednost slobodne energije neke reakcije je bitan, ali ne i odlučujući uslov da bi reakcija tekla spontano. Naprimjer, reakcija između H2 i O2 kojom nastaje H2O ima veliku negativnu vrijednost slobodne energije, ali smjesa H2 i O2 može stajati na sobnoj temperaturi veliki vremenski period bez ikakve međusobne reakcije. Da bi potekla reakcija između te dvije molekule, potrebno je u reakcioni sistem uvesti slobodnu energiju aktivacije, ΔGǂ.

Prelazno stanje ima određenu geometriju i distribuciju naboja ali je veoma nestabilno i sistem brzo prelazi preko njega. Reakcioni sistem u tački prelaznog stanja se naziva aktivirani kompleks.

U teoriji prelaznog stanja reaktanti i aktivirani kompleks su u ravnoteži, a konstanta ravnoteže se označava sa Kǂ. Prema teoriji, svi aktivirani kompleksi prelaze u produkte reakcije po istoj konstanti brzine, pa prema tome, konstanta brzine reakcije zavisi samo od konstante ravnoteže između reaktanata i aktiviranog kompleksa Kǂ. Jedančina koja povezuje ΔGǂ i Kǂ glasi:

ΔGǂ = -2.303 RT log Kǂ

Kao i ΔG, ΔGǂ sadržava ukupnu promjenu entalpije i entropije aktiviranog kompleksa:

ΔGǂ = ΔHǂ- TΔSǂ

Dijagram na slici predstavlja energetski profil jednostepene reakcije koja nema međuprodukata, odnosno intermedijata. Apscisa dijagrama je reakciona koordinata koja predstavlja tok reakcije. Parametar ΔGf

ǂ predstavlja slobodnu energiju aktivacije potrebnu da bi se reakcija izvršila. Kada reakcija između dvije ili više molekula dođe do tačke koja se nalazi na vrhu krive, to stanje se naziva prelazno stanje.


15

gdje ΔHǂ predstavlja entalpiju aktivacije, odnosno razliku ukupne energije veza između reaktanata i prelaznog stanja. U većini reakcija su veze totalno ili gotovo prekinute u vremenu do nastanka prelaznog stanja. Energija potrebna za prekid tih veza je u stvari ΔHǂ.

Entropija aktivacije, ΔSǂ predstavlja razliku entropije između reaktanata i prelaznog stanja, i veoma je značajna u momentu kada molekule reaktanata prilaze jedna drugoj da bi reakcija među njima bila izvršena.

Maksimum na dijagramu ne predstavlje realne specije, već prelazna stanja u kojima veze među molekulama reaktanata pucaju ili nastaju.

Kinetičko i termodinamičko kontroliranje reakcije

Mnoge organske reakcije mogu pod različitim reakcionim uslovima dati različite produkte. Takve reakcije mogu biti u kompeticiji jedna u odnosu na drugu. To je vrlo čest slučaj u organskoj hemiji.

Na slici je prikazan energetski dijagram za reakciju u kojoj je produkat B termodinamički mnogo stabilniji od produkta C (ΔGB > ΔGC), ali produkat C nastaje mnogo brže od produkta B (ΔGǂ

B > ΔGǂ

C). I u slučaju da je reakcija nastajanja spoja C reverzibilna, opet bi spoja C bilo mnogo više u odnosu na spoj B, jer se spoj C formira mnogo brže. U ovom slučaju produkat C je kinetički kontroliran.

U slučaju da reakcija vrlo brzo dostiže ravnotežu, osnovni produkt reakcije će biti spoj B. Iako se i pod takvim uslovima prvo stvara spoj C, on se vraća u strukturu spoja A, a stabilniji spoj B u mnogo manjoj količini. U ovom slučaju produkat B je termodinamički kontroliran.

U mnogim organskim reakcijama produkt koji prvi nastaje je i najstabilniji produkat, pa se može reći da je produkt koji je kinetički kontroliran u stvari i termodinamički kontroliran.

Reakcije u kojima dolazi do stvaranja međuprodukata sadrže dva ili više koraka. Na dijagramu prikazanom na slici vide se dva prelazna stanja (maksimum na dijagramu) koja imaju višu energiju od intermedijata, odnosno međuprodukta. Minimum na dijagramu predstavlja energetski profil međuprodukta. Što je niži minimum, to je stabilniji nastali međuprodukt.

Realni međuprodukti nađeni tokom studija mehanizama organskih reakcija su karbkationi, karbanioni i slobodni radikali.


16

Hammondov postulat

S obzirom da prelazna stanja su vrlo kratkoživuća, nemoguće ih je istraživati direktno prateći neku reakciju, te se informacija o njihovoj geometriji može dobiti samo na osnovu zaključivanja.

U mnogim slučajevima je teško doći do zaključka kakva je geometrija prelaznog stanja, te se tada koristi Hammondov postulat koji kaže da će geometrija prelaznog stanja biti sličnija produktima ako im je energetski sličinije u odnosu na reaktante, i obrnuto.

Ovaj postulat je veoma koristan u istraživanju reakcija koje imaju međuprodukte. S obzirom da je lakše spoznati strukturu međuprodukta nego prelaznog stanja, onda se na osnovu strukture međuprodukata i energetskog profila reakcije može saznati geometrija prelaznog stanja.

Princip mikroskopske reverzibilnosti

Tokom neke reakcije jezgro i elektroni atoma koji stupaju u reakciju se pozicioniraju tako da zauzimaju najnižu moguću energiju. Ako je ta reakcija reverzibilna, onda te pozicije moraju biti identične i u suprotnom procesu.

To znači da sve reverzibilne reakcije pod istim uslovima moraju teći identičnim mehanizmom. Ova stavka se naziva principom mikroskopske reverzibilnosti.

Na primjer, za reakciju u kojoj B nastaje iz A preko intermedijata C, na osnovu principa mikroskopske reverzibilnosti intermedijat C mora postojati i za reakciju u kojoj A nastaje iz B. Ovaj princip vrijedi za sve poznate organske reakcije, osim za fotohemijske reakcije u kojima molekula koja je ekscitirana fotohemijski ne mora izgubiti energiju na isti način.

A → [C] → B B → [C] → A

Prelazno stanje i aktivirani kompleks

Svaka hemijska reakcija protiče kada je na raspolaganju energetski povoljan put pretvorbe, koji omogućuje tok elektrona od elektron donora ka elektron akceptoru. Tok elektrona ide od mjesta velike elektronske gustoće na mjesto male elektronske gustoće; od nukleofila ka elektrofilu; od Lewisove baze ka Lewisovoj kiselini.

Teoretski model koji opisuje ovaj proces naziva se teorija prelaznog stanja. Na osnovu ove teorije može se dobiti detaljna slika o konfiguraciji molekula koje stupaju u reakciju. Ta konfiguracija reaktanata, u kojoj su stečeni svi uslovi za djelotvorni sudar, naziva se prelazno stanje. Prelazno stanje se ne može izolirati. To je samo hipotetički opis rasporeda atoma u stepenu najveće energije na reakcijskom putu.

Često se u teoriji prelaznog stanja spominje i pojam aktivirani kompleks, koji je u velikom broju slučajeva sinonim za prelazno stanje. Na molekularnom nivou, ova dva pojma imaju sasvim različita značenja. Za razliku od prelaznog stanja, koje je hipotetičko termodinamičko stanje molekula reaktanata u trenutku sudara, aktivirani kompleks predstavljaju sve konfiguracije kroz koje atom, odnosno molekula prolazi tokom transformacije iz reaktanta u produkt.


17

OOSSNNOOVVNNAA PPRRAAVVIILLAA PPIISSAANNJJAA RREEAAKKCCIIOONNIIHH MMEEHHAANNIIZZAAMMAA

S obzirom na svoju definiciju, reakcioni mehanizam mora sadržavati svaki pojedini prelaz elektrona koji se dešava tokom neke reakcije, te se kao takav mora i prikazati. Upravo zbog toga su česte greške pri prikazivanju mehanizma neke reakcije. Neke od najčešćih grešaka su: prikazivanje atoma karbona kao petovalentnog, pogrešno prikazivanje pravca kretanja elektrona (strelice), nedostatak strelica, nedostatak formalnog naboja, nedostatak nesparenog elektronskog para u ključnom stepenu reakcije, prepoznavanje rezonantnih oblika međuprodukata, neispravna upotreba rezonancije ili strelica koje pokazuju ravnotežu, prepoznavanje reverzibilnog i ireverzibilnog procesa, označavanje determinirajućeg koraka reakcije, pogrešno prepoznavanje specija/medija, izostanak karbokationskih premještanja, izostanak reakcionog stepena (međuprodukta), neadektvatno prikazivanje stereohemijskog oblika itd.

Danas se koriste dva stila pisanja reakcionih mehanizama, stepenasti stil (engl. stepwise) i povezani stil (engl. merged-step).

Oba ova stila imaju zajednička pravila koja su od suštinske važnosti za svaki mehanizam reakcije: pri prikazivaju prenosa elektrona koriste se zakrivljene strelice, svi slobodni elektronski parovi moraju biti prikazani, svi elektronski parovi i formalni naboji moraju biti prikazani i mora biti označen stepen koji određuje brzinu hemijske reakcije.

Stepenasti stil je formalniji način pisanja mehanizma. Svaki korak reakcije piše se zasebno, a u svakom narednom koraku se ponovo piše međuprodukt koji je nastao u prethodnom koraku. Ovaj stil pisanja se koristi u prestižnim hemijskim časopisima koji se bave ovom problematikom (Journal of American Chemical Society, Perkin Transactions, Journal of Organic Chemistry itd). Primjer stepenastog stila pisanja dat je na reakciji solvolize haloalkana.

CH3

Cl

CH3 CH3

::. .

+ Cl-

: :. .

. .C

+CH3

CH3

CH3 sporo

:. .

+ O H

HCH3

CH3 CH3

O

H

H+

C+

CH3

CH3

CH3

brzo

CH3

O

CH3 CH3

H :. .

:. .

+ O H

HCH3

CH3 CH3

O

H

H+

brzo


18

U manje formalnom, povezanom stilu pisanja reakcionog mehanizma nije potrebno pisati svaki stepen zasebno, već jedan stepen prelazi u drugi bez ponovnog pisanja međuprodukta reakcije.

CH3

Cl

CH3 CH3

::. .

+ Cl-

: :. .

. .

+

O H

H

. .:

CH3

O

CH3 CH3

H

H

. .+

O H

H

. .:CH3

O

CH3 CH3

H :. .

sporo

brzo

brzo +

C+

CH3

CH3

CH3

Prije početka pisanja nekog reakcionog mehanizma potrebno je prvenstveno izbalansirati reakciju. Organska reakcija je izbalansirana ako je prvenstveno izjednačen broj atoma karbona, pa tek onda atoma hidrogena i oksigena, te ostalih heteroatoma i naboja, dok se ne uzima u obzir promjena anorganskih spojeva tokom reakcije.

Osnovna pravila izjednačavanja organskih reakcija su: a) prvo se izjednačavaju svi atomi sa obje strane jednačine

CH3

O

H

+ O+

H

H

H

CH3

O+

H

H:

nepravilno izjednačavanje

CH3

O

H

+ O+

H

H

H

CH3

O+

H

H:

+ O H

H

:..

pravilno izjednačavanje

b) zatim se izjednačavaju naboji

CH3

OEt

HO

H

HCH3

OEt

H

+ H O

H

+

nepravilno izjednačavanje


19

CH3

OEt

HO

H

HCH3 C

OEt

H

+ H O

H

. .. .

:+

+

pravilno izjednačavanje

Zakrivljene strelice (engl. curly arrows) predstavljaju prelazak elektrona sa jednog atoma na

drugi, odnosno sa popunjene orbitale u praznu, i od suštinske su važnosti za svaki reakcioni mehanizam. Taj prelazak se može dešavati sa jedne molekule na drugu ili unutar iste molekule.

Rep strelice predstavlja izvor elektrona, odnosno HOMO orbitale nukleofila (najčešće elektronski

par π ili veze), dok vrh strelice predstavlja destinaciju elektrona, odnosno LUMO orbitalu elektrofila

(najčešće je to odlazeća grupa ili nevezujuća orbitala π* ili * veze).

Strelice se nikada ne koriste za prikazivanje direktnog pomjeranja atoma. One to prikazuju jedino kada je to pomjeranje posljedica kretanja elektrona pri pucanju ili nastajanju veze.

CH3

O

O

H+ OH

-

:

. .

:

:. .

. .: CH3

O-

O:

. .

:

: :

+ H O

H

:. .

nepravilno korištenje strelica

CH3

O

O

H+ OH

-

:

. .

:

:. .

. .: CH3

O-

O:

. .

:

: :

+ H O

H

:. .

pravilno korištenje strelica

Tokom pisanja mehanizma reakcije potrebno je obratiti pažnju na reakcione uslove pod kojima je ona tekla. Prvensteno treba obratiti pažnju na kiselinsko-bazne uslove reakcije jer pri jako baznim uslovima pozitivni naboj pripada slaboj kiselini, pri jako kiselim uslovima negativni naboj pripada bazi, a pri slabo baznim/kiselim uslovima (vodena sredina) slabe baze i kiseline moraju biti sastavni dio mehanizma reakcije, odnosno nije potrebno pisanje Lewisovih struktura.

Iako ne još uvijek prihvaćene u IUPAC-u, u novije vrijeme su se počele koristiti tzv. zakrivljene „poskakujuće“ strelice (engl. bouncing curved arrows) koje detaljnije opisuju nastanak neke veze, pogotovo u reakcijama kod kojih su mogući različiti regioizomerni produkti.

Princip korištenja zakrivljenih „poskakujućih“ strelica je prikazan na primjeru elektrofilne adicije broma na asimetrični alken. Pri korištenju „konvencionalnih“ zakrivljenih strelica na ovakvim primjeru nije moguće odrediti kakav intermedijerni karbkation nastaje, primarni ili sekundarni, dok se to vidi ako se koriste „poskakujuće“ strelice.

dvostrana strelica – pomjeranje dva elektrona

jednostrana strelica – pomjeranje jednog elektrona


20

CH2

CH3

CH3

H Br+ :. .

. . C+

CH3

CH3 H

ili CH2

CH3

CH3 H

+:

. .

. .Br-

:+ „konvencionalne“ strelice

CH2

CH3

CH3

H Br+ :. .

. . C+

CH3

CH3 H

:. .

. .Br-

:+

„poskakujuće“ strelice (nastanak 2° karbkationa)

CH2

CH3

CH3

H Br+ :. .

. .CH2

CH3

CH3 H

+:

. .

. .Br-

:+

„poskakujuće“ strelice (nastanak 1° karbkationa)

Ovakav tip strelica se koristi kod prikazivanja mehanizama reakcija elektofilne adicije, elektrofilne aromatske supstitucije i karbkationskih premještanja.


21

MMEETTOODDEE IISSPPIITTIIVVAANNJJAA

MMEEHHAANNIIZZAAMMAA OORRGGAANNSSKKIIHH RREEAAKKCCIIJJAA

Postoji veliki broj metoda kojima se može odrediti mehanizam neke organske reakcije. U većini slučajeva korištenje samo jedne metode nije dovoljno da se odredi mehanizam reakcije, te se mora problemu određivanja pristupiti na više načina. Na slici je prikazana shema koja prikazuje način i korake određivanja mehanizma neke organske reakcije.

Generalno se sve metode određivanja reakcionih mehanizama mogu podijeliti u dvije velike grupe, i to nekinetičke i kinetičke metode.

NOVA HEMIJSKA REAKCIJA

IDENTIFIKACIJA PRODUKATA REAKCIJE SPOREDNI REAKCIONI PRODUKTI

KINETIČKE ANALIZE

Određivanje veza koje se prekidaju i nastaju u toku reakcije.

PREDLAGANJE MEHANIZMA REAKCIJE

TESTIRANJE MEHANIZMA REAKCIJE

KINETIČKE ANALIZE

IZOTOPSKE ANALIZE

ANALIZA INTERMEDIJATA

INTERMEDIJATA

STEREOHEMIJA REAKCIJE

UTICAJ OTAPALA

UTICAJ SUPSTITUENTA

REZULTATI NISU U SKLADU SA PREDLAGANIM MEHANIZMOM

REZULTATI SU U SKLADU SA PREDLAGANIM MEHANIZMOM

PREDLAGANJE NOVOG MEHANIZMA

PRIHVATLJIV MEHANIZAM

PRAVILAN MEHANIZAM REAKCIJE

DA LI JE PREDLAGANI MEHANIZAM U SKLADU SA

DOSADAŠNJIM REZULTATIMA? TESTIRANJE DODATNIM EKSPERIMENTIMA

RAZRAĐIVANJE DRUGIH REZULTATA

DA

NE

SLAGANJE

NESLAGANJE


22

Nekinetičke metode ispitivanja mehanizama organskih reakcija

Nekinetičkim metodama određuju se strukture i osobine produkata i međuprodukata reakcije. U sklopu nekinetičkog ispitivanja mehanizama podrazumijeva se određivanje produkata reakcije, dokazivanje mogućeg međuprodukta reakcije, hvatanje međuprodukata, kataliza reakcije, te izotopska i stereohemijska ispitivanja.

1. Određivanje strukture i prinosa produkata

S obzirom da iz istog polaznog spoja mogu nastati različiti produkti, što naravno zavisi od vrste mehanizma kojim je reakcija tekla, te prije bilo kakve detaljne mehanističke studije, reakcija mora biti definisana strukturama reaktanata i produkata.

CH3

+ Cl Cl

Cl

CH3

Cl

CH3

Cl

+

Danas je dostupan veliki broj spektroskopskih tehnika kojima se određuju strukture organskih

spojeva, pa je rijedak slučaj da se ne može odrediti struktura reaktanata i produkata neke reakcije. Najčešće se koriste infracrvena spektroskopija, nuklearna magnetna rezonancija, te masena spektrometrija i kristalografska analiza.

Preliminarne analize reakcione smjese se najčešće vrše hromatografskim metodama, i to gasnom ili tečnom hromatografijom, što zavisi od vrste spojeva koji čine smjesu. Prinos i čistoća nastalih produkata zavise od kompeticijskih reakcija koje se istražuju drugim metodama.

2. Dokazivanje i hvatanje međuprodukata

U nekim slučajevima međuprodukti reakcije su stabilne specije i mogu se izolirati i identificirati klasičnim spektroskopskim metodama, dok se relativno manje stabilne specije mogu detektovati brzim spektroskopskim metodama kao što su nuklearna magnetna rezonancija, elektron spinska rezonancija ili čak Raman spektroskopija kojom je identificiran nitronijum ion kao međuprodukt u reakciji nitriranja aromatskih spojeva.

HNO3 + 2 H2SO4 NO2

+ + H3O

+ + 2 HSO4

-

U slučaju da se međuprodukti reakcije ne mogu izolirati, oni se često mogu „uhvatiti“ korištenjem reagenasa koji imaju veliki afinitet prema potencijalnim međuproduktima reakcije. Takvim hvatanjem dobije se produkt koji nedvojbeno dokazuje prisutnost određenog međuprodukta

radikalska supstitucija

elektrofilna aromatska supstitucija


23

u reakciji. Na taj način se može dokazati prisustvo bromonijum iona u elektrofilnoj adicijji tako što se u reakcionu smjesu doda jača baza od bromidnog iona, kao što je na primjer metoksid.

+ Br Br Br+

Br

Br

Br

O

CH3

Br-

CH3O-

3. Kataliza

Način na koji se reakcija može ubrzati ili usporiti često ukazuje na određeni reakcioni mehanizam. Generalno se može reći da reakcije koje su katalizirane mineralnim kiselinama se odvijaju preko karbkationa kao intermedijata, dok reakcije katalizirane bazama protiču preko karbaniona kao intermedijata.

Primjer kiselo katalizirane reakcije je dehidratacija alkohola koja zasigurno ide preko karbkationa kao intermedijata.

CH3

OH

HH

+ CH3

O+

HH

H

H

C+

H

H

CH3

CH2

H

H

H

H H

H

. .

. .. .

+

O+

H

H

H

OH

H

. .:

-H2O-H2O

+


24

Primjer bazno katalizirane reakcije je halogeniranje ketona, odnosno iodoform reakcija koja se dešava preko karbaniona. Na slijedećem prijeru je prikazan samo prvi korak ove reakcije koja se inače dešava u pet koraka, a u svakom od koraka je karbanion intermedijat.

OH-

H

CH3

O

CH2

CH3

O-

. .

:

. .

::

Br Br

CH3

O

Br

+ Br-

: :. .

. .

4. Izotopska obilježavanja

Od razvoja nuklearne magnetne rezonancije kao jedne od osnovnih tehnika identifikacije organskih spojeva, metode obilježavanja izotopima su jedne od najosnovnijih za izučavanje reakcionih mehanizama. Metode se zasnivaju na izotopskim obilježavanjem određenog atoma u molekuli, pa se nakon izvršene reakcije ispituje raspodjela izotopa u produktima.

Klasičan primjer izotopskog obilježavanja je izučavanje reakcije Fisherove esterifikacije.

R1

OH

O

+ H O18

R2

R1

O18

R2

O

+ OH2

R1

O R2

O

+ OH2

18

5. Stereohemijska ispitivanja

Ispitivanja stereohemije reaktanata i produkata daju korisne podatke o vrsti reakcionog mehanizma. Tako naprimjer praćenjem stereohemijskih promjena reakcione smjese tokom reakcije nukleofilne supstitucije na zasićenom atomu karbona može se doći do zaključka da li je reakcija teklo po monomolekularnom ili bimolekularnom mehanizmu.

U slučaju monomolekularne nukleofilne supstitucije dolazi do racemizacije reakcione smjese, odnosno do smanjenja optičke čistoće koja se može mjeriti polarimetrom.


25

R3

X

R1

R2

-X-

C+

R3

R1

R2

Nu-

Nu-

Nu

R1

R3

R2

R3

R1

Nu R2

Kod bimolekularne nukleofilne supstitucije dolazi do inverzije konfiguracije produkta u odnosu na reaktant, što se također može mjeriti polarimetrom.

R3

X

R1

R2

Nu- + R

2

R1

Nu R3

+ X-

Kinetičke metode ispitivanja mehanizama organskih reakcija

Kinetičkim metodama analize nekog reakcionog mehanizma, odnosno praćenjem brzine reakcije, dolazi se do podataka o redu i molekularnosti reakcije, o odnosu strukture i reaktivnosti reaktanata i produkata reakcije, o termodinamici reakcije, te o uticaju otapala i supstituenata na brzinu i tok reakcije.

Red reakcije predstavlja zbir eksponenata izraza za koncentracije spojeva koji učestvuju u reakciji, dok molekularnost predstavlja broj molekula koje čine aktivirani kompleks – prelazno stanje svakog pojedinog koraka reakcije. Potrebno je naglasiti da svaki stepen reakcije ima svoju molekularnost.

Prilikom kinetičkih analiza potrebno je odrediti varijable koje će se kontrolirati tokom ispitivanja reakcionog mehanizma, a to su najčešće volumen, temperatura, pH reakcione smjese, otapalo, ionska sila itd.

Također je bitno odrediti i kako će se pratiti brzina reakcije. Danas se najčešće koriste tri vrste monitoringa, i to periodični, kontinuirani on-line i kontinuirani statični monitoring. Periodični monitoring je preliminarna metoda analize. U toku reakcije vrši se uzorkovanje malih količina reakcione smjese i određuju se relevantne koncentracije titrimetrijskim, hromatografskim i/ili spektroskopskim metodama, kao što su HPLC, GC/MS, UV-Vis i NMR. Ovaj monitoring ima reproducibilnost manju od 3%, a greška je relativno velika i iznosi do 10%. Protočni monitoring se najčešće koristi u industrijskim procesima sa veoma sofisticiranim instrumentima koji mjere neku fizikalnu veličinu in situ. U ovom monitoringu mora biti poznata brzina protoka, te broj i udaljenost komora za analizu. Kontinuirani statični monitoring je najčešća metoda analize. Ispitivana reakcija se najčešće vrši u termostatiranoj zatvorenoj posudi sa miješalicom, a u različitim vremenskim intervalima se vrši određivanje koncentracije reaktanata, produkata ili intermedijata spektrofotometrijskim, konduktometrijkim ili gasometrija metodama.


26

Dobiveni eksperimentalni podaci se također mogu obrađivati na tri različita načina, diferencijalnom metodom, metodom integracije i metodom izolacije. Diferencijalna metoda je jednostavna metoda koja se koristi za relativno spore reakcije. Za obradu podataka koriste se linearne matematičke operacije koje se mogu obrađivati dostupnim komputerskim programima. Nedostaci ove metode su da su relativno velike standardne devijacije, pogotovo u prvih 1% toka reakcije, te da ne daje predpostavke o vrsti reakcije, ali se može odrediti red reakcije u odnosu na koncentraciju i vrijeme. Metoda integracije se koristi za brzo određivanje konstante brzine reakcije, ali su potrebni posebni kompjuterski programi za obradu podataka. Logaritmiranjem podataka dolazi se do većeg stepena greške. U ovoj metodi poznata je koncentracija svakog reaktanta. Metoda izolacije se koristi u kombinaciji sa diferencijalnom ili integracijskom metodom i služi za pretvaranje složenih reakcija u reakcije pseudo prvog reda. Potrebno je biti vrlo oprezan sa ovom metodom jer u nekim slučajevima, kao što je aldolna kondenzacija, promjenom koncentracije reaktanata može se promijeniti red reakcije.

Prilikom odabira eksperimentalne metode kojim će se pratiti brzina reakcije potrebno je prvenstveno imati obzira na vrijeme analize, jer ono mora biti slično ili kraće od ukupnog vremena trajanja reakcije.

Spektrometrijske metode su najčešće korištene metode analize koje se koriste i u kinetičkim i u mehanističkim studijama. Na kojoj frekvenciji će se pratiti reakcija (NMR, ESR, IR, UV/Vis) zavisi od vrste reaktanta, odnosno produkta jer on mora imati mjerljiv apsorpcijski pik koji se mijenja u vremenu, signal mora biti proporcionalan njegovoj koncentraciji, otapalo/medij mora biti transparentan, i mora biti obezbjeđeno efektivno miješanje reaktanata (homogena smjesa). Kod relativno sporih reakcija UV/Vis spektrofotometrija ima prednost nad ostalim tehnikama jer ima veću osjetljivost i voda kao medij ne smeta tokom analize. Kod brzih reakcija, koje se odvijaju u toku 10-1 - 10-3 s, koristi se takozvana „stopped flow“ tehnika u kojoj se vrši analiza reakcione smjese u momentu miješanja reaktanata. Kod ultra brzih reakcija, koje se odvijaju u toku 10-3 - 10-15 s, koriste se takozvane relaksacijske metode (električni pulsevi, flash fotoliza, laserska fotoliza itd.). Korištenjem ovih metoda moguća je identifikacija kratkoživućih intermedijata, te se dobijaju strukturne, kinetičke i termodinamičke informacije o reakciji.

Pored spektroskopskih metoda, često se koriste i sljedeće metode: a) Kontuktometrija – metoda kojom se određuje prisustvo iona u reakcionom mediju, kao što je

slučaj kod hidrolize alkil halogenida. b) Polarimetrija – metoda kojom se određuju optičke osobine reakcione smjese. Ovom

metodom se ispituju mehanizmi reakcija ugljikohidrata i drugih hiralnih organskih spojeva. c) Potenciometrija – metoda kojom se najčešće određuje konstanta ravnoteže reakcije na

osnovu Nernstove jednačine. d) Dilatometrija – metoda u kojoj se prati promjena volumena reakcione smjese. Ovom

metodom se najčešće prate polimerizacijske reakcije. e) Gasometrija – metoda kojom se prati promjena pritiska reakcionog sistema. Ovom metodom

se izučavaju reakcije u gasovitoj fazi pri konstantnom volumenu i temperaturi. f) Kalorimetrija – metoda kojom se dobivaju i kinetički i termodinamički podaci. Najčešće se

koristi diferencijalna skenirajuća kalorimetrija i diferencijalna termalna analiza. g) Hromatografija – metoda kojom se brzo i jednostavno dolazi do kinetičkih parametara. Vrlo je

bitno da komponente reakcione smjese ne reaguju sa kolonom i eluentom.


27

STEREOHEMIJA ELEKTROFILNIH ADICIONIH REAKCIJA

Adicija broma na trans-cimetnu kiselinu i trans-stilben

TEORETSKI UVOD

Dvostruka i/ili trostruka veza nezasićenih organskih spojeva je mjesto povećane elektronske gustine. Zbog toga ona može biti napadnuta nekim elektrofilom (proton ili druga Lewisova kiselina), te stupiti u adicionu reakciju. Također se može reći da dvostruka veza može da se ponaša kao relativno dobar nukleofil.

Adicione reakcije mogu se vršiti na četiri načina:

a) dvostepeni mehanizam - nukleofilna adicija; - elektrofilna adicija; - slobodno radikalska adicija;

b) jednostepeni mehanizam - simultane, jednostepene adicije kod kojih reagens napada istovremeno oba atoma

nezasićene veze.

Kojim će se mehanizmom reakcija vršiti zavisi od prirode supstrata, reagensa i uslova reakcije. Generalno se u polarnim otapalima vrše elektrofilne i nukleofilne adicije, a u nepolarnim otapalima radikalske adicije. Također, s obzirom da su π-elektroni dvostruke veze lako pokretljivi i pristupačni može se očekivati da će se elektrofilne adicije lakše i češće vršiti od nukleofilnih.

Mehanizam reakcija elektrofilne adicije

Reakcije elektrofilne adicije pripadaju stupnjevitom mehanizmu gdje se u prvoj fazi elektrofil

približi π-elektronskom sloju dvostruke veze i stupa s njim u vezu, gradeći -vezu. Ova faza određuje brzinu reakcije. Intermedijat, karbonijum ion u drugoj fazi stupa u reakciju sa onom molekulskom vrstom koja ima slobodan elektronski par, odnosno nukleofilom. Elektrofil ne mora biti pozitivan ion. To može da bude i pozitivan kraj dipolne molekule ili indukovanog dipola, kod kojeg se veza raskida u toku napada (prva faza mehanizma). Druga faza ovog mehanizma je ista kao i kod SN1 reakcija.

Reakcija ima kinetiku drugog reda; prvog reda u odnosu na nezasićeni supstrat i prvog reda u odnosu na elektrofilni reagens. Takve reakcije se nazivaju bimolekularnim elektrofilnim adicijama (AE2).

R

RR

R

+ E-Nusporo

C

R

RR

ER

+ Nu-

+


28

C

R

RR

ER

+ Nu- brzo

R

RR

ER

Nu

+

S obzirom na vrstu elektrofila, adicije se mogu podijeliti na adicije Brønstedovih kiselina (kiselina sa protonom) i na adicije Lewisovih kiselina (kiselina bez protona). Elektrofilne adicije Brønstedovih kiselina slijede Markovnikovo pravilo da se proton adira na C-atom bogatiji vodicima. Na taj način se stvara stabilniji karbkation s većim brojem alkilnih grupa vezanih za elektropozitivni C-atom.

CH3

CH2

+ H-X

CH3 CH

CH3

CH3

CH2

+

+

X-

X-

CH3

CH3

X

CH3

X

+

+

Karbkation koji nastaje u prvoj fazi reakcije je identičan međuproduktima E1 i SN1 reakcija i ponaša se na isti način. Ako karbonijum ion pregrađivanjem može dati stabilniji ion, tada će doći do pregrađivanja i često se u ovakvim slučajevima dobiju mješoviti produkti.

CH3

CH3

CH2

+ OH2CH3

CH3

CH CH3

+ OH-

CH3 C

CH3

CH3

+ OH-

CH3

CH3

CH3

OH

CH3

CH3

CH3OH

+

+

Pri elektrofilnoj adiciji Lewisovih kiselina najčešće se adiraju halogeni (osim fluora) uz nastajanje 1,2-dihalogenih spojeva. Međudjelovanje π-veze nezasićenog spoja i dvoatomnog halogena uzrokuje

polarizaciju molekule halogena. Vezanjem pozitivnijeg atoma dipola sa dvostrukom vezom nastaje -veza, pri čemu se negativniji atom oslobađa kao halogenidni ion.


29

R

RR

R

+ X-Xsporo C

+

R

RR

XR

+ X- brzo

R

RR

XR

X

X

R R

RR

+

Stereohemija elektrofilne adicije

Gustina elektrona π-veze nezasićenih spojeva najviša je iznad i ispod ravni dvostruke veze. Stereoelektronska razmatranja pokazuju da je najpovoljniji pristup elektrofilu prema ovim područjima visoke elektronske gustoće, odnosno okomito na ravan dvostruke veze. Dijelovi reagensa (elektrofilni i nukleofilni dio) mogu se adirati na dvostruku vezu s iste strane molekule supstrata ili sa suprotnih strana.

Ako dolazi do adicije oba dijela reagensa na istru stranu supstrata, onda govorimo o sin-adiciji, pri čemu nastaju cis-produkti. Adicija dvaju komponenata reagensa sa suprotnih strana nezasićenog supstrata je anti-adicija, pri čemu nastaju trans-produkti.

R2

R4

R3

1R

sin

anti

R2

RR

4R

1

E Nu

R2

R3

R1

R4

E

Nu

Mnoge su adicijske reakcije stereoselektivne, a neke su i stereospecifične. Kod elektrofilnih adicija su obično povlašteni anti-procesi. To upućuje na činjenicu da u tom slučaju međudjelovanje reagens-supstrat na neki način doprinosi konfiguracijskoj stabilnosti tokom reakcije.

Stereohemijski se elektrofilne adicije Brønstedovih kiselina ponašaju isto kao i SN1 i E1 reakcije. Nastali međuprodukt (karbonijum ion) ima slobodu rotiranja oko C-C veze i ne dolazi do stereospecifične cis-adicije ili trans-adicije.

Adicije Lewisovih kiselina vrlo su stereospecifične reakcije; u pravilu su to trans-adicije, što isključuje stvaranje karbonijum iona kao međuprodukta. Samo neka vrsta premoštenog ili njemu sličnog neklasičnog iona može objasniti trans-adiciju, kao što je bromonijum ion.

Kod nesimetrično supstituirane dvostruke veze, nukleofil napada više supstituirani C-atom, što dokazuje, da ovdje međuprodukt nema jednoliko raspoređen pozitivni naboj i da čak postoji mogućnost da je klasični ion u prednosti pred premoštenim. Sve su te mogućnosti u kompeticiji i uvijek nastaje pretežno onaj ion koji je najstabilniji.


30

CH3

CH2

CH3Cl Cl

CH3

CH3

Cl+

+ OH2 CH3

CH3

Cl

OH

. .

. .

Zbog toga, pri ispitivanju mehanizma adicije korisne informacije se mogu dobiti na osnovu posmatranja stereohemijske konfiguracije nastalih produkata. Da bi se utvrdilo koja vrsta adicije je u pitanju, cis- ili trans-adicija, eksperimenti se vrše sa cis- i trans-izomerom alkena tipa ABC=CBA. Na primjer, ako se vrši adicija na cis-izomer, s obzirom da je ista vjerovatnoća da će Y napasti jedan ili drugi C-atom, dobiva se ekvivalentna smjesa D i L eritro-izomera (diastereoizomer kod kojeg su identične funkcionalne grupe sa iste strane molekule) koja je optički aktivna.

B

A A

B

X Y

B

A A

B

Y

X

B

A A

BB

A A

B

X

Y

Y X

X

Y

A BA B

X

Y

ABAB

Ako se vrši trans-adicija dobije se ekvimolarna smjesa D i L treo-izomera (diastereoizomer kod kojeg su identične funkcionalne grupe sa suprotnih strana molekule).

B

A A

BX Y X

A A

B

Y

B

B

A A

BY X Y

A A

B

X

B

X

Y

A BB A

X

Y

ABBA

U slučaju trans-izomera, cis-adicijom bi se dobili treo-, a trans-adicijom eritro-izomeri. Ukoliko je X=Y (na primjer Br2), umjesto eritro-izomera dobivaju se mezo-oblici (optički neaktivan oblik).

(D,L)-eritro-par

(D,L)-treo-par


31

PRIPREMNA VJEŽBANJA

1. Najpravilnije geometrijsko imenovanje slijedećeg spoja je...

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

2. Koje je pravilno ime slijedećeg spoja?

CH3

CH3CH2

3. Mehanizam reakcije propena sa H3O+ će proteći preko slijedećeg intermedijata...

CH3

OH2

CH3 CH

OH

CH3

CH3

OH2

CH3

CH2

OH

+

+

+

+

Objasni!

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Reakcija propena sa HBr u prisustvu ROOR protiče preko slijedećeg intermedijata...

CH3 CH

CH3

CH3 CH

Br

CH3

CH2

Br

CH3

CH2

Objasni!

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

cis

E

trans

Z

3-metilenheksan

2-propil-1-buten

4-etil-4-penten

2-etil-1-penten


32

5. Mehanizam reakcije propena sa HOCl (Cl2 + H2O) će proteći preko slijedećeg intermedijata....

CH3 CH

OH

CH3 CH

Cl

CH3

CH2

Cl

CH3

CH2

OH+ +

+ +

Objasni!

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Objasni stereospecifičnost bromiranja maleinske kiseline! Napiši mehanizam reakcije.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


33

EKSPERIMENTALNI RAD

Pribor

− Erlenmeyerova tikvica od 50 mL, 2 kom − Stakleni štapić, 1 kom − Pipeta od 1.0 mL, 1 kom − Büchnerov lijevak, 1 kom − Satno staklo, 1 kom − Menzura od 25 mL, 1 kom − Lijevak, 1 kom − Čaša od 50 mL, 2 kom − Epruveta, 1 kom − Vodeno kupatilo, 1 kom − Ledeno kupatilo, 1 kom − Filter papir, 2 kom

Reagensi i hemikalije

− trans-Cimetna kiselina − trans-Stilben − Hloroform − Otopina broma u hloroformu (10 mol/L) − 95% Etanol − Otopina srebro-nitrata (2%) − Amonij-hidroksid

Adicija broma na trans-cimetnu kiselinu

(Sinteza 2,3-dibrom-3-fenilpropanske kiseline)

H

O

OH

H

+ Br Br

CHBrCHBrCOOH

U Erlenmeyerovu tikvicu od 50 mL dodati 1.0 g trans-cimetne kiseline (3-fenilpropanska kiselina) i otopiti u 5-10 mL hloroforma. Tikvicu zagrijati u vodenom kupatilu (~50 °C) dok se sva kiselina ne otopi. Nakon hlađenja na sobnu temperaturu (~20 °C) dodati 1.0 mL 10 M otopine broma u hloroformu. Reakcionu smjesu dovesti do ključanja, te je onda mućkati na sobnoj temperaturi oko 15 minuta. Tamno-smeđa boja počinje iščezavati. Nakoh hlađenja na sobnoj temperaturi, tikvicu sa reakcionom smjesom ohladiti u ledenom kupatilu (do 5 °C), te izolirati sirovi produkat koristeći Büchnerov lijevak. Sirovi produkt isprati hloroformom ohlađenim u ledenom kupatilu.

Nakon sušenja, sirovi produkat prekristalizirati iz 50% etanola.


34

Izvršiti test na prisustvo bromidnih iona. Ako je test pozitivan, potrebno je ponovo izvršiti prekristalizaciju.

Osušiti prekristalizirani produkat, odrediti prinos reakcije i odrediti tačku topljenja dobivenog produkta. Na osnovu tačke topljenja dobivenog produkta odrediti dobiveni izomer i napisati mehanizam reakcije.

Adicija broma na trans-stilben

(Sinteza 1,2-dibromo-1,2-difeniletana)

H

H

+ Br Br

CHBrCHBr

U Erlenmeyerovu tikvicu od 50 mL dodati 1.0 g trans-stilbena (1,2-difeniletena) i otopiti u 5-10 mL hloroforma. Tikvicu zagrijati u vodenom kupatilu (~60 °C) dok se sav stilben ne otopi. Nakon hlađenja na sobnu temperaturu (~20 °C) dodati 1.0 mL 10 M otopine broma u hloroformu. Reakcionu smjesu dovesti do ključanja, te je onda mućkati na sobnoj temperaturi oko 15 minuta. Tamno-smeđa boja počinje iščezavati. Nakoh hlađenja na sobnoj temperaturi, tikvicu sa reakcionom smjesom ohladiti u ledenom kupatilu (do 5 °C), te izolirati sirovi produkt koristeći Büchnerov lijevak. Sirovi produkt isprati hloroformom ohlađenim u ledenom kupatilu.

Nakon sušenja, sirovi produkat preliti vrućim etanolom. Nešistoće će se otopiti u etanolu.

Izvršiti test na prisustvo bromidnih iona. Ako je test pozitivan, potrebno je ponovo izvršiti prekristalizaciju.

Osušiti prečišćeni produkat, odrediti prinos reakcije i odrediti tačku topljenja dobivenog produkta. Na osnovu tačke topljenja dobivenog produkta odrediti dobiveni izomer i napisati mehanizam reakcije.

Test na prisustvo bromidnog iona

U epruvetu staviti oko 10 mg sintetiziranog produkta i otopiti ga u 0.5 mL etanola. U otopinu dodati 0.5 mL 2% otopine srebro-nitrata. Ako se pojavi blijedo-smeđi talog srebro-bromida koji je slabo topiv u amonij-hidroksidu potrebno je ponovo prečistiti sintetizirane spojeve.


35

Osobine spojeva korištenih u eksperimentima

Spoj CAS # MF MM t.t. (°C) t.k. (°C)

Brom 7726-95-6 Br2 159.80 -7.2 58.8

Hloroform 67-66-3 CHCl3 119.38 -63.5 61.2

Etanol 64-17-5 C2H6O 46.07 -114.1 78.3

Srebro-nitrat 7761-88-8 AgNO3 169.87 212 400

Amonij-hidroksid (25%) 1336-21-6 NH4OH 35.04 -57.5 37.7

trans-Cimetna kiselina 140-10-3 C9H8O2 148.16 133 300

trans-Stilben 103-30-0 C14H12 180.25 124-126 306-307

(±)-eritro-Dibromcimetna kiselina 6286-30-2 C9H8Br2O2 307.97 203 -

(±)-treo-Dibromcimetna kiselina 6286-30-2 C9H8Br2O2 307.97 94 -

(±)-Dibromstilben 1344-24-9 C14H12Br2 340.06 110 -

mezo-Dibromstilben 1344-24-9 C14H12Br2 340.06 238 -


36

IZVJEŠTAJ

1. Popuni slijedeću tabelu podacima koje si dobio-la nakon izvođenja eksperimenta!


Prinos __________ g (teoretski)

__________ g __________ % (eksperimentalni)

Tačka topljenja __________ °C

Izomer _______________________________________

Struktura izomera




Tačka topljenja __________ °C

Izomer _______________________________________

Struktura izomera


37

2. Na osnovu podataka iz prethodne tabele napiši detaljan mehanizam bromiranja trans-cimetne kiseline, odnosno trans-stilbena! Navedi da li je izvršena sin- ili trans-adicija broma na navedene supstrate.



OVJERA VJEŽBE

Datum rada:

Datum ovjere:

Ocjena (teoretski dio):

Ocjena (eksperimentalni dio):

Ukupna ocjena:

Potpis:


38


39

IDENTIFIKACIJA PRODUKATA NUKLEOFILNE SUPSTITUCIJE NA ZASIĆENOM UGLJIKOVOM ATOMU

Sinteza haloalkana nukleofilnom supstitucijom alkohola i drugih haloalkana

TEORETSKI UVOD

Nukleofilna supstitucija je proces zamjene atoma, ili grupe atoma, na zasićenom C-atomu, sa atomom, ili grupom atoma, bogatim elektronima. Reakcijama nukleofilne supstitucije podliježu svi organski spojevi koji imaju parcijalno pozitivan C-atom, odnosno svi spojevi koji imaju C-atom koji je direktno vezan za neki elektronegativniji atom ili grupu, a koji istovremeno posjeduju osobine da se ponašaju kao dobre odlazeće grupe.

Bimolekularna nukleofilna supstitucija za zasićenom ugljikovom atomu (SN2)

Bimolekularna nukleofilna supstitucija (SN2) je vrsta nukleofilne supstitucije u kojoj se prekidanje jedne veze i stvaranje nove odvija istovremeno u jednom koraku. Reakcija slijedi kinetiku drugog reda jer brzina reakcije zavisi od koncentracija supstrata i nukleofila.

brzina reakcije = k2 [supstrat] [nukleofil]

Nukleofil se približava manjem režnju sp3 orbitale koja veže centralni C-atom i odlazeću grupu,

što znači da se približava sa strane suprotne od odlazeće grupe. Kako puca veza sa odlazećom grupom, tako se smanjuje veličina orbitale na toj strani dok se orbitala nukleofila s parom elektrona počinje odmah preklapati sa stražnjim dijelom sp3 orbitale C-atoma koja raste.

H

X

H

R

Nu-

C

RH

H

XNu

H

Nu

H

R

+ X-

Struktura sa najvećom energijom je ona u kojoj su alkilne grupe i centralni C-atom koplanaran, a hibridizacija centralnog C-atoma je blizu sp2. Cijeli proces je popraćen potpunom inverzijom konfiguracije na centralnom C-atomu.

Za ovaj mehanizam je karakteristično da nema međuprodukata i da ima jedno prelazno stanje.


40

Monomolekularna nukleofilna supstitucija za zasićenom uljikovom atomu (SN1)

Brzina monomolekularne nukleofilne supstitucije zavisi od koncentracije samo jednog reaktanta, i to supstrata. To znači da u reakcionom koraku koji određuje brzinu reakcije učestvuje samo supstrat.

brzina reakcije = k1 [supstrat]

Reakcija se odvija u dva koraka. U prvom koraku dolazi do disocijacije supstrata na odlazeću grupu i karbation. U drugoj fazi karbkation reaguje sa nukleofilom i nastaje krajnji proizvod reakcije.

R2

X

R3

R1

C

R3

R1

XR

2

sporo sporo

C+

R3

R1

R2 + X

-

C+

R3

R1

R2

Nu-

brzo

C

R3

R1

R2

Nu

brzo

C

R3

R1

R2

Nu

Za reakcije ovog tipa je karakteristično da imaju međuprodukat i više prelaznih stanja.

Zbog planarne geometrije karbkationa nukleofil može da priđe molekuli supstrata sa obje strane ravni sa podjednakom vjerovatnoćom. Polazeći od jednog enantiomera optički aktivnog supstrata, rekacijom nastaje smjesa (R)- i (S)-proizvoda.

Treba imati u vidu da opisani SN2 i SN1 mehanizmi predstavljaju samo granične mehanizme po kojima se reakcija odvija. Veoma su rijetki primjeri u kojima se reakcija dešava isključivo po jednom ili drugom mehanizmu. Određivanjem kinetike svake pojedinačne reakcije i detaljnom analizom reakcionih proizvoda moguće je precizno utvrditi koji mehanizam preovladava. Ipak analizom

faza I

faza II


41

strukture supstrata, nukleofila i reakcionih uslova, moguće je predvidjeti prema kojem mehanizmu će se reakcija odvijati.

Karakteristike reakcija nukleofilne supstitucije na zasićenom C-atomu

Faktor SN1 SN2

Kinetika reakcije v = k1 [supstrat] v = k2 [supstrat] [nukelofil]

Supstrat RCH2X ne reaguje reaguje

Supstrat R2CHX reaguje sporo reaguje sporo

Supstrat R3CX reaguje brzo ne reaguje

Tip odlazeće grupe bitan bitan

Tip nukleofila nije bitan bitan

Otapalo polaran protonski polaran aprotonski

Stereohemija racemizacija inverzija

Pregradnja moguća rijetka

Konkurentska reakcija eliminacija uz prisustvo baznih nukleofila

eliminacija uz povišenu temperaturu i uz prisustvo jako bazičnih nukleofila


42


1. Označi koji korak određuje brzinu SN1 reakcije:

formiranje bimolekularnog prelaznog stanja u kojem se halidni ion veže za oksonijum ion;

napad halidnog ion na karbkationa, pri čemu se formira haloalkan;

protoniranje alkohola pri čemu nastaje oksonijum ion;

gubitak molekule vode sa protoniziranog alkohola pri čemu nastaje karbkation.

2. Koji od slijedećih organohalogenih spojeva najbrže reaguje u SN2 reakcijama?

CH3F CH3Cl CH3Br CH3I

3. Koje dvije strukture daju isti karbkation?

CH3

CH3

Br

CH2

I II III

IV V

CH3

Br

CH3

CH3

CH2

Br

CH3

CH3

Br

CH3

CH3

CH3

Br

CH3

I i II II i III III i IV IV i V I i V

4. Slijedeći dijagram predstavlja energetski profil hidrolize haloalkana. Koja od navedenih činjenica se može zaključiti iz dijagrama?

Reakcija je endotermna.

X i Y predstavljaju intermedijate.

Prvi korak je sporiji od drugog.

Z predstavlja prelazno stanje.


43

5. Koji od slijedećih otapala će biti najpovoljniji u reakciji hlorheksana sa NaBr?

heksan voda DMSO benzen

6. Napiši reakcije sinteze terc-butiliodida polazeći od terc-butanola. Obrazloži svoj izbor!

________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


44

EKSPERIMENTALNI RAD

Pribor

− Balon okruglog dna od 250 mL, 1 kom − Stakleni štapić, 2 kom − Erlenmeyerova tikvica od 100 mL, 3 kom − Lula za destilaciju, 1 kom − Koljeno za aparaturu za destilaciju, 1 kom − Balon za destilaciju, 1 kom − Hladilo, 2 kom − Magnetna mješalica, 1 kom − Uljano kupatilo, 1 kom − Vodeno kupatilo, 1 kom − Lijevak za odvajanje, 1 kom


− Koncentrovana sulfatna kiselina − 1-Butanol − Natrij-bromid − 5% otopina natrij-hidroksida − Anhidrovani kalcijum-hlorid − 2-Propanol − Koncentrovana hloridna kiselina − Zasićena otopina natrij-hlorida − Natrij-iodid − Aceton − 1-Hlor-1,1-dimetilpropan − Dietileter − Otopina natrij-bisulfita − Anhidrovani magnezij-sulfat − Anhidrovani cink-hlorid

Sinteza primarnog haloalkana

(Sinteza brombutana)

CH3

OH

NaBr / H2SO4CH3

Br

U balon okruglog dna od 250 mL usuti 30 mL destilovane vode i polako dodati, uz pažljivo miješanje i hlađenje balona pod mlazom vode, 15 mL konc. H2SO4, a zatim 17 mL 1-butanola. Sadržaj balona blago promućkati uz istovremeno miješanje. U reakcionu smjesu dodati 17.5 g NaBr x 2H2O. Balon učvrstiti za stativ, postaviti ga u uljano kupatilo, i na balon postaviti povratno hladilo. Reakcionu smjesu miješati magetnom mješalicom dok se ne otopi većina NaBr, a onda pojačati temperaturu dok se ne dostigne temperatura ključanja reakcione smjese (~120 °C). Na toj


45

temperaturi dolazi do potpunog otapanja NaBr i sadržaj balona se razdvaja u dva sloja. Nakon toga smanjiti temperaturu reakcione smjese na oko 100 °C i zagrijavati je narednih 20 minuta. Reakcionu smjesu predestilirati, a destilat prebaciti u lijevak za odvajanje i donji sloj 1-brombutana izdvojiti u Erlenmeyerovu tikvicu od 100 mL. Dobiveni produkt isprati sa 15 mL vode, sa 10 mL 5% NaOH, te ponovo sa 15 mL vode. Dobiveni ekstrakt osušiti dodatkom par granula anhidrovanog CaCl2 i predestilirati ga koristeći uljano kupatilo.

Odrediti tačku ključanja dobivenog produkta, izračunati prinos reakcije i odrediti strukturu spoja raspoloživim spektroskopskim metodama. Na osnovu dobivenih podataka napisati mehanizam izvršene reakcije.

Sinteza sekundarnog haloalkana

(Sinteza 2-hlorpropana)

CH3

CH3 OHHCl / ZnCl2

CH3

CH3 Cl

U balon okruglog dna od 250 mL usuti 10 mL 2-propanola, 25 mL koncentrovane hloridne kiseline i 8 g anhidrovanog cink-hlorida. Balon postaviti na vodeno kupatilo i na njega staviti povratno hladilo koje na vrhu ima gumeno crijevo uronjeno u čašu sa destilovanom vodom. Tako će se sakupljati gasoviti HCl. Aparaturu postaviti na magnetnu mješalicu i zagrijavati na oko 80 °C u toku 1,5 sati. Ohlađenu reakcionu smjesu prenijeti u lijevak za odvajanje i izdvojiti gornji sloj u kojem se nalazi željeni produkt. Isprati produkat tri puta sa po 15 mL zasićene otopine NaCl i osušiti ga sa par granula anhidrovanog kalcijum-hlorida. Postaviti aparaturu za destilaciju i prečistiti dobiveni 2-hlorpropan. Balon za destilaciju zagrijavati na vodenom kupatilu.


Sinteza tercijarnog haloalkana

(Sinteza 1-iod-1,1-dimetilpropana)

CH3

CH3

CH3 Cl

NaI / acetonCH3

CH3

CH3 I

U balon okruglog dna od 250 mL otopiti 15 g NaI u 80 mL acetona, dodati 5.5 mL 1-hlor-1,1-dimetilpropana i na balon postaviti povratno hladilo. Aparaturu postaviti na vodeno kupatilo i oko 20 minuta je zagrijavati na temperaturi ključanja (~70 °C). Kada se reakciona smjesa ohladi na sobnu temperaturu, postaviti aparaturu za destilaciju i predestilirati prvih ~60 mL acetona. Preostalu reakcionu smjesu otopiti u 25 mL vode i ekstrahirati 3 puta sa po 15 mL dietiletera. Organski sloj


46

isprati vodenom otopinum natrij-bisulfita da se uklone preostali tragovi ioda. Osušiti dobiveni produkt granulama anhidrovanog magnezij-sulfata i prečistiti ga destilacijom na uljanom kupatilu.




Brombutan 109-65-9 C4H9Br 137.02 -112 101.4

2-Hlorpropan 75-29-6 C3H7Cl 78.54 -117.2 35.7

1-Iod-1,1-dimetilpropan 558-17-8 C4H9I 184.01 -38 99

Koncentrovana sulfatna kiselina 7664-93-9 H2SO4 98.98 10 337

1-Butanol 71-36-3 C4H10O 74.12 -89.5 117.7

Natrij-bromid 7647-15-6 NaBr x 2H2O 102.89 36 1396

Natrij-hidroksid 1310-73-2 NaOH 39.99 318 1388

Anhidrovani kalcijum-hlorid 10043-52-4 CaCl2 110.98 772 1935

Izopropanol 67-63-0 C3H8O 60.10 -89 82.5

Koncentrovana hloridna kiselina 7647-01-0 HCl 36.46 -27.3 110

Natrij-hlorid 7647-14-5 NaCl 58.44 810 1413

Natrij-iodid 7681-82-5 NaI 149.89 661 1304

Aceton 67-64-1 C3H6O 58.08 -94.9 56.5

1-Hlor-1,1-dimetilpropan 507-20-0 C4H9Cl 92.57 -26 51

Anhidrovani cink-hlorid 7646-85-7 ZnCl2 136.31 292 756


47

IZVJEŠTAJ


Sinteza primarnog haloalkana



Tačka ključanja __________ °C

Ime produkta _______________________________________________

MS (m/z)

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________

IR (cm-1)

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________

1H-NMR (δ)

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________

Struktura produkta


48

Sinteza sekundarnog haloalkana




Ime produkta _______________________________________________

MS (m/z)

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________

IR (cm-1)

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________

1H-NMR (δ)

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________

Struktura produkta


49

Sinteza tercijarnog haloalkana




Ime produkta _______________________________________________

MS (m/z)

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________

IR (cm-1)

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________

1H-NMR (δ)

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________

Struktura produkta


50

2. Na osnovu podataka iz prethodne tabele napiši detaljan mehanizam nukleofilne supstitucije koja je izvršena u eksperimentu!

OVJERA VJEŽBE

Datum rada:

Datum ovjere:



Ukupna ocjena:

Potpis:


51

TERMODINAMIČKI FAKTORI KETO-ENOLNE TAUTOMERIJE

Uticaj različitih faktora na konstantu ravnoteže keto-enolne tautomerije

TEORETSKI UVOD

Tautomerija predstavlja brzu i reverzibilnu interkonverziju izomera koja prikazuje stvarno kretanje elektrona, kao i jednog ili više protona. Za razliku od rezonancionih struktura, tautomerne strukture mogu samostalno postojati i moguće ih je izolirati.

Pojam keto-enolne tautomerije se odnosi na ravnotežnu reakciju između keto i enolne forme karbonilnih spojeva (aldehida i ketona). Interkonverzija između ove dvije forme se zasniva na

premiještanju protona sa C-atoma keto forme na O-atom karbonilne grupe pri čemu nastaje enolna forma.

R1

OH

R2

H

H

H R2

O

R1

U karbonilnim spojevima obično dominira keto forma, iako količina enolne forme nije zanemarljiva. Ona je vrlo značajna u reakcijama karbonilnih spojeva, jer nastali enolatni anion je vrlo jak nukleofil.

Mehanizam enolizacije

Mehanizam enolizacije se sastoji iz dva stepena u kojima se dešava prenos protona. Reakcija je relativno spora u neutralnoj sredini, dok se povećava u kiseloj sredini.

U prvom koraku se proton sa hidronijum iona prenosi na karbonilni O-atom. Proces se dešava veoma brzo.

R1

R2

O

H

H+ OH

H

H

:. .

brzoR

1

R2

O+

H

H

H. .

+ O

H

H

+

U drugom koraku molekula vode reaguje kao Brønstedova baza i uklanja proton sa C-atoma karbonilnog spoja. Ovaj korak je mnogo sporiji od prethodnog.


52

R1

R2

O+

H

H

H. .

+ O

H

H

:sporo

R1

R2

OH

H

OH

H

H

+ +

Erlenmeyerovo pravilo

Količina enolne forme u trenutku ravnoteže je veoma mala u gotovo svim slučajevima koji se tiču jednostavnih karbonilnih spojeva. Razlog leži u činjenici da je karbonilna dvostruka veza mnogo stabilnija od dvostruke C-C veze. Na osnovu te činjenice njemački hemičar Emil Erlenmeyer je 1880. godine razvio teoriju koja kaže da svi alkoholi kod kojih je hidroksilna grupa direktno vezana za C-atom koji gradi C-C dvostruku vezu, prelaze u aldehide ili ketone. Što je niža energija potrebna za formiranje karbonilnog izomera, to je u ravnoteži reakcije keto forma favoriziranija. Ovo pravilo se naziva Erlenmeyerovo pravilo.

Faktori koji utiču na brzinu stvaranja i stabilnost enolne forme

S obzirom da keto forma sadrži C-H, C-C i C=O, a enolna C=C, C-O i O-H veze, suma energija veza u keto formi iznosi oko 359 kcal/mol (1500 kJ/mol), a u enolnoj formi 347 kcal/mol (1452 kJ/mol), keto forma je termodinamički stabilnija od enolne forme za 12 kcal/mol (48 kJ/mol), te je nemoguće izolirati enolnu formu u njenom izvornom obliku.

U nekim slučajevima je količina enolne forme znatno veća od keto forme. U narednoj tabeli su predstavljene količine enolnih forme nekih karbonilnih spojeva.

Spoj Enolna

forma (%) Spoj

Enolna forma (%)

Spoj Enolna

forma (%)

CH3

O

O

CH3

- CH3

O

H 6.0x10-5

CH3

O

O

O

CH3

8.4

CH3

CH3

O

6.0x10-7

O

4.0x10-5

O H

9.1

CH3

O

1.1x10-6

O

H

CH3

5.5x10-4 CH3

CH3

O

O

80.0

O

1.0x10-6

O

H

CH3

CH3 1.4x10-2

CH3

O

O

89.2


53

Faktori koji utiču na brzinu stvaranja i stabilnost enolne forme su slijedeći:

a) aromatičnost – Teoretski fenoli mogu postojati u keto formi, ali je enolna forma favorizirana zbog stabiliziranog benzenskog prstena.

O OH

b) H-veze – Elektronegativni atomi koji se nalaze u blizini stabiliziraju enolnu formu jer grade H-veze.

CH3

CH3

O

O

CH3

CH3

O

O

H

c) otapala – Upravo zbog mogućnosti nastanka H-veza između otapala i supstrata, polarna protonska otapala favoriziraju stvaranje enolne forme.

CH3

CH3

O

O

CH3

CH3

O

O

H

Ali s obzirom da je keto forma polarnija od enolne forme polarna aprotonska oapala favoriziraju keto formu.

d) konjugacija – U molekulama karbonilnih spojeva koji imaju -sistem (najčešće aromatski prsten) u blizini karbonilne grupe dolazi do konjugacije dvostrukih veza, pri čemu se stabilizira enolna forma.

O

CH3

OH

CH3

6 : 94 (benzen)

81 : 19 (voda)


54

e) nivo supstitucije – Što je niži nivo supstitucije C-atoma karbonilnog spoja, to je veća stabilnost enolne forme. Razlog leži u termodinamičkoj stabilnosti spoja koji je više supstituiran.

f) temperatura – Povećanjem temperature sistema smanjuje se količina enolne forme jer na višim temperaturama ne postoji mogućnost nastanka H-veza koje stabiliziraju enolnu formu.


55


1. Napiši tautomerne oblike sjedećih ketona:

a) 2-propanon

b) 4-metil-3-heksanon

c) cikloheksanon

2. Hloriranjem 2-butanona nastaju dva izomerna produkta molekularne formule C4H7ClO. Napiši njihove strukture!


56

3. Objasni uticaj otapala na konstantu ravnoteže keto-enolne tautomerije 2,4-pentadienona!

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Napiši slijedeće strukturne formule:

a) dvije najstabilnije enolne forme CH3COCH2CHO

b) dvije najstabilnije enolne forme 1-fenil-1,3-butadienona


57

EKSPERIMENTALNI RAD

Pribor

− Erlenmeyerova tikvica od 250 mL, 10 kom − Pipeta od 25 mL, 5 kom − Stakleni štapić, 2 kom − Bireta od 50 mL, 1 kom − Magnetna mješalica, 1 kom − Vodeno kupatilo, 1 kom


− Koncentrovana sulfatna kiselina − Dimedon (5,5-Dimetilcikloheksan-1,3-dion) − Dibenzoilmetan − Benzoilaceton − Etilacetoacetat − Metilacetoacetat − Metanol − Aceton − β-Naftol − Kalij-iodid (0.1 mol/L) − Koncentrovana hloridna kiselina − Natrij-tiosulfat (0.1 mol/L)

Određivanje konstante ravnoteže keto-enolne tautomerije

R1

R2

OH

+ Br Br R1

R2

O

Br

OH

+ Br Br

OH

Br

+ drugi bromnaftoli

R1

R2

O

Br

+ 2I- R

1

R2

O

+ I2 + HBr+ 2H+

Pipetirati 25 mL otopine karbonilnog spoja u metanolu (dimedon, dibenzoilmetan, benzoilaceton, etilacetoacetat ili metilacetoacetat) u koncentraciji od 0.04 mol/L u Erlenmeyerovu tikvicu od 250 mL. Tikvicu postaviti na magnetnu miješalicu na kojoj se nalazi vodeno kupatilo i zabilježi temperaturu kupatila. U reakcionu smjesu dodati 25 mL 0.10 M otopine broma u metanolu, i u roku


58

od 20 sekundi dodati 0.8 g β-naftola u 10 mL metanola. Kada se sav β-naftol otopi dodati 25 mL otopine KI u koncentraciji od 0.1 mol/L i par kapi koncentrovane hloridne kiseline.

Koncentraciju oslobođenog elementarnog ioda odrediti titracijom sa standardnom otopinom natrij-tiosulfata u koncentraciji 0.1 mol/L.

Da bi se odredio uticaj otapala na konstantu ravnoteže reakcije, ponoviti ekperiment koristeći aceton kao otapalo. Također ponoviti eksperiment na najmanje 3 različite temperature.

Analiza rezultata

Konstanta ravnoteže keto-enolne tautomerije zavisi od koncentracije oba oblika koja se nalaze u ravnoteži:

K = [enol] / [keto]

Koncentracija oslobođenog ioda se može izračunati na osnovu reakcije:

I3−(aq) + 2 S2O3

2−(aq) → 3 I−(aq) + S4O62−(aq)

Na osnovu reakcija prikazanih u prethodnom odjeljku, može se zaključiti da je koncentracija oslobođenog ioda ekvivalentna koncentraciji enolne forme karbonilnog spoja:

[I2] = [enol]

Iz dobivenog podatka moguće je izračunati konstantu ravnoteže keto-enolne tautomerije K. Na osnovu vrijednosti konstante ravnoteže reakcije izračunati Gibbsovu energiju reakcije:

ΔG = - RT lnK

Promjena Gibbsove energije zavisi i od ukupe promjene entalpije i entropije sistema:

ΔG = ΔH-TΔS

Promjena entalpije i entropije se eksperimentalno mogu odrediti iz dijagrama koji predstavlja funkciju zavisnosti konstante ravnoteže od temperature reakcionog sistema:

ln K = -(ΔH/RT) + (ΔS/R)

Dijagrame koji su potrebni za dobivanje vrijednosti promjene entalpije i entropije reakcije priloži uz Izvještaj.


59




Koncentrovana hloridna kiselina 7647-01-0 HCl 36.46 -27.3 110

Aceton 67-64-1 C3H6O 58.08 -94.9 56.5

Dimedon 126-81-8 C8H12O2 140.18 147-150 -

Dibenzoilmetan 120-46-7 C15H12O2 224.26 75-79 -

Benzoilaceton 93-91-4 C10H10O2 162.19 54-58 -

Etilacetoacetat 141-97-9 C6H10O3 130.14 -45 180.8

Metilacetoacetat 105-45-3 C5H8O3 116.12 -28 169-170

Metanol 67-56-1 CH3OH 32.04 -97 64.7

β-Naftol 135-19-3 C10H8O 144.17 121-123 285

Kalij-iodid 7681-11-0 KI 166.00 681 1330

Natrij-tiosulfat 7772-98-7 Na2S2O3 158.11 48.3 100


60

IZVJEŠTAJ

1. Popuni slijedeće tabele podacima koje si dobio-la nakon izvođenja eksperimenta!

Supstrat: _____________________________________________

t (°C) Otapalo c(I2) mol/L [enol] mol/L K G (kJ/mol)

Supstrat: _____________________________________________



61

Supstrat: _____________________________________________


Supstrat: _____________________________________________



62

2. Na osnovu dijagrama lnK = f (1/T) odredi vrijednosti entalpije i entropije reakcione smjese i objasni njihov uticaj na količinu enolne, odnosno keto forme u reakcionoj smjesi. Račun i dijagram priloži uz izvještaj!

Supstrat: _____________________________________________

1/T(K) K ln K ΔS (kJ/mol) ΔH (kJ/mol)

3. Objasni uticaj temperature na konstantu ravnoteže keto-enolne tautomerije!

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Objasni uticaj otapala na konstantu ravnoteže keto-enolne tautomerije!

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


63

5. Keto-enolna tautomerija se obično proučava pomoću 1H-NMR spektroskopskih metoda. Na slici je prikazan 1H-NMR spektar 2,4-pentadienona u CDCl3.

Na osnovu intenziteta i pomaka signala odredi konstantu ravnoteže keto-enolne tautomerije 2,4-pentadienona.

Signal (ppm) Intenzitet signala

5.3 2

3.4 1

2.0 2

1.8 4

OVJERA VJEŽBE

Datum rada:

Datum ovjere:



Ukupna ocjena:

Potpis:


64


65

ISPITIVANJE FAKTORA KOJI UTIČU NA NUKLEOFILNU SUPSTITUCIJU NA ZASIĆENOM UGLJIKOVOM ATOMU

Hidroliza haloalkana

TEORETSKI UVOD

Mnogi faktori utiču na tok nukleofilne supstitucije na zasićenom C-atomu. Supstrat i nukleofil imaju svoja individualna svojstva. Reakcijska sredina (otapalo) i uslovi (temperatura, koncentracija, itd.) mogu često uticati na raspodjelu produkata, jednako kao i na mehanizam reakcije.

Uticaj izlazne grupe na tok SN reakcija

U reakcijama nukleofilne supstitucije na zasićenom C-atomu odcjepljuje se izlazna grupa sa svojim veznim elektronima. Što je sposobnost izlazne grupe da privuče elektrone veća, to je ta izlazna grupa bolja. Istovremeno, lakoća odlaska izlazeće grupe povezana je sa njenom bazičnošću.

Generalno su konjugovane baze (X-) jakih kiselina (HX) dobre izlazne grupe. Jačina halogenovodoničnih kiselina raste u smjeru HI > HBr > HCl > HF. U istom mjeru raste sposobnost halogenog iona da bude bolja izlazna grupa.

Porastom sposobnosti odlaska izlazeće grupe raste vjerovatnoća da se reakcija odvija po SN1 mehanizmu. Suprotno tome, smanjivanjem sposobnosti odlaska izlazne grupe, do izražaja više dolazi SN2 mehanizam.

U slijedećoj tabeli prikazane su najznačajnije izlazne grupe.

Izlazna grupa

sman

jen

je s

po

sob

no

sti o

dla

ska

gru

pe

p-CH3C6H4SO3-

I-

Br-

H2O

(CH3)2S

Cl-

H2PO4, -CH3COO-

lako izlazne grupe

CN-

NH3

C6H5O-

RNH2, R3NC2H5S-

dosta lako izlazne grupe

HO-

CH3O-

teško izlazne grupe

NH2-

CH3- vrlo teško izlazne grupe


66

Uticaj nukleofila na tok SN reakcija

Uticaj nukleofila na nukleofilne supstitucije na zasićenom C-atomu ogleda se u lakoći njegovog vezivanja za elektrofil. Što nukleofil lakše ostvaruje vezu sa elektrofilom, to je njegov nukleofilni karakter veći.

Porastom nukleofilnog karaktera nukleofila raste vjerovatnoća da će se reakcija vršiti prema SN2 mehanizmu. Što je nukleofil slabiji, on omogućava izlaznoj grupi da njena sposobnost odlaska više dođe do izražaja, pa je vjerovatnije da će se reakcija vršiti prema SN1 mehanizmu.

Nukleofilnost nekog atoma ili grupe zavisi od više faktora:

a) naelektrisanja - Kod parova nukleofila sa istim reaktivnim atomom, povećanjem naelektrisanja raste nukleofilni karakter, odnosno baze su bolji nukleofili od njihovih konjugovanih kiselina.

HO- > H2O; H2N- > NH3; RO- > ROH

b) bazičnosti - Kod nukleofila sa istim reaktivnim atomom povećanjem bazičnosti raste nukleofilni karakter. Konjugovane baze slabih kiselina su dobri nukelofili.

HO- > PhO- > AcO- > p-TsO-

c) veličine - Poredeći nukleofile čiji su reaktivni atomi u istoj periodi periodnog sistema, nukleofilnost opada s lijeva na desno.

C > N > O > halogen

Poredeći nukleofile čiji su reaktivni atomi u istog grupi periodnog sistema, nukleofilnost opada odozgo prema dole.

I- > Br- > Cl- > F-

d) steričkih efekata – Sterički zaklonjeni nukleofili usporavaju SN2 reakciju. Povećanjem steričke zaklonjenosti nukleofila opada njegov nukleofilni karakter. Time je izlaznoj grupi omogućeno da njena sposobnost odlaska više dođe do izražaja i raste vjerovatnoća da će se reakcija vršiti prema SN1 mehanizmu.

Uticaj strukture supstrata na tok SN reakcija

Proučavanjem kinetike reakcija nukleofilne supstitucije došlo se do zaključka da su kod tercijarnih C-atoma na kojima se vrši supstitucija povlaštene SN1 reakcje, a da SN2 reakcije imaju prednost kod primarnih C-atoma.

Zapravo je molekulska struktura supstrata oko mjesta supstitucije glavni faktor pri određivanju reakcijskog mehanizma. Za tok SN1 supstitucije potrebno je nastajenje karbkationa u početnom koraku koji određuje brzinu reakcije. Generalno je poznato da je tercijarni karbkation relativno stabilniji od primarnog karbkationa. To se pripisuje stabilizaciji pozitivnog naboja zbog djelovanja alkil-grupa na C-atomu kationa. Arilne grupe su za stabilizaciju susjednog karbkationa još bolje od alkilnih grpua. pa i za podupiranje SN1 reakcija. Sterički faktori su posebno važni za tok reakcija koje teku po SN2 mehanizmu. Stvaranje veze sa nukleofilom sastavni je dio stepena koji određuje brzinu. Približavanjem nukleofila središtu reakcije, guranje postaje sve veće. Zbog toga primarni supstrati imaju mnogo slabije gomilanje, pa samim tim i prednost u SN2 reakcijama.


67

Uticaj otapala na tok SN reakcija

Polarnost otapala, koja se obično izražava permitivnošću (dielektričnom konstantom) upućuje na to kako reakcijska sredina može smjestiti nabijene čestice koje međusobno reaguju.

Reakcije koje teku SN1 mehanizmom imaju prednost u polarnim otapalima, jer je nastajenje karbkationa stepen koji određuje brzinu reakcije.

Polarnost otapala također utiče i na reakcije koje teku po SN2 mehanizmu, jer se u SN2 procesima obično pojavljuju tri tipa naboja:

a) ako je supstrat neutralan, a nukleofil nabijen, u prelaznom stanju se naboj raspršuje i reakciji pogoduje manje polarano otapalo;

b) ako su neutralni i supstrat i reaktant, naboj se stvara u prelaznom stanju i reakciji pogoduje polarnije otapalo;

c) naboj se razara ako i nukelofil i supstrat imaju prividan naboj i za reakciju je pogodno manje polarano otapalo.

Protonska

otapala

Relativna polarnost

(μ/D) na 25°C

Aprotonska

otapala

polarna H2O 81

rast

mo

ći io

niz

acije

HCOOH 59

45 (CH3)3SO

38 CH3CN

37 HCON(CH3)2

CH3OH 33

30 [(CH3)2N]3CO

C2H5OH 24

23 (CH3)CO

(CH3)2CHOH 18

(CH3)3COH 11

CH3COOH 6

4 (C2H5)2O

nepolarna 2 n-C5H12, C6H6, CCl4


68


1. Poredaj svaki od prikazanih nizova slijedom slabljenja sposobnosti odlaska izlaznih grupa u nukleofilnoj supstituciji:

a) H2O, CH3-C6H4-SO3-, C6H5O

-, NO2-C6H4-O-

b) H-, Cl-, Br-, CH3COO-, HO-

2. Koji će reagens svakog od navedenih parova biti nukleofilniji prema CH3Br u etanolu?

a) C6H5OH ili C6H5O- b) CH3OH ili CH3SH

c) NH3 ili NH4+ d) (CH3)3B ili (CH3)3P

3. Kako se reakcijom nukleofilne supstitucije mogu dobiti fluoroalkani?

_________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________ _________________________________________________________

4. Koji od navedenih haloalkana će najbrže reagovati u reakciji solvolize sa CH3COOH?

fluorometan 1-brom-1,1-dimetilpropan

brometan 2-hlorpropan

5. Koji od slijedećih aniona je najviše nukleofilan u polarim aprotonskim otapalima?

hidorksid iodid

voda hlorid

6. Koji je tačan opadajući redoslijed aktivnosti sljedećih spojeva u reakciji solvolize?

BrCH3

BrCH3 Br CH3

CH3

CH3 Br

1 2 3 4

1>2>4>3 4>1>2>3 1>4>2>3 3>2>4>1


69

EKSPERIMENTALNI RAD

Pribor

− Erlenmeyerova tikvica od 100 mL, 9 kom − Vodeno kupatilo, 1 kom − Bireta od 10 mL, 1 kom − Termometar, 1 kom − Štoperica


− Aceton − Otopina natrij-hidroksida (0.010 mol/L) − Otopina indikatora brom-timol plavo (0.04% u etanolu) − Etanol − 1-hlor-1,1-dimetilpropan − 1-brom-1,1-dimetilpropan − 1-iod-1,1-dimetilpropan − 2-Hlorbutan − 2-Brombutan − 2-Iodbutan − 1-Hlorbutan − 1-Brombutan − 1-Iodbutan

Hidroliza haloalkana

X

R3

R2

R1

+ OH

R3

R2

R1

OH2

NaOH+ ClH

Primarni: R1=C3H7, R2=R3=H

Sekundarni: R1=C2H5, R2=CH3, R

3=H Tercijarni: R1=R2=R3=CH3

U Erlemeyerovu tikvicu od 100 mL usuti 50 mL smjese aceton voda (1:9). Tikvicu postaviti na

magnetnu mješalicu i podesiti temperaturu reakcione smjese na 20 °C koristeći vodeno kupatilo. Postaviti biretu iznad tikvice u kojoj se nalazi 10 mL 0.010 M otopina NaOH. U tikvicu dodati 4-5 kapi 0.04% otopine indikatora brom-timol plavo u etanolu, te zatim 2.00 mL otopine NaOH iz birete. Otopina bi se trebala obojiti intenzivno plavom bojom.

Pripremiti štopericu, i u istom trenutku uključiti štopericu i pipetom dodati 1.00 mL 0.095 M otopine 1-hlor-1,1-dimetilpropana u etanolu.

Zabilježiti vrijeme pri kojem je otopina postala kisela, odnosno obojena žuto, ali ne gasiti štopericu, te što je prije moguće dodati još 2.00 mL otopine NaOH iz birete. Otopina bi ponovo


70

trebala postati plava. Ponovo zabilježiti vrijeme na kojem se boja otopine mijenja iz plave u žutu i dodati novih 1.00 mL otopine NaOH iz birete.

U nastavku eksperimenta nakon svake promjene boje, dodavati po 1.00 mL otopine NaOH iz birete dok se ukupno ne utroši 8.00 mL otopine NaOH. Sljedeće tri porcije otopine NaOH trebaju biti po 0.50 mL.

Ako su otopine precizno pripremljene u navedenim koncentracijama, stehiometrijski gledano, ukupan volumen otopine NaOH potreban za hidrolizu haloalkana je 9.50 mL.

Ponovi eksperiment koristeći neki drugi tercijarni haloalkan (1-hlor-1,1-dimetilpropan, 1-brom-1,1-dimetilpropan ili 1-iod-1,1-dimetilpropan), odnosno sekundarni (2-hlorbutan, 2-brombutan, 2-iodbutan), odnosno primarni (1-hlorbutan, 1-brombutan, 1-iodbutan). Pri ispitivanju hidrolize primarnih haloalkana koristiti 10 puta veću količinu supstrata.

Ponovi eksperiment sa 1-hlor-1,1-dimetilpropanom tako što ćeš kao otapalo koristiti smjesu aceton-voda u omjerima 2:8 i 3:7.

Analiza rezultata

Konstanta brzine reakcije nukleofilne supstitucije na zasićenom C-atomu u slučaju tercijarnih i sekundarnih haloalkana kao supstrata, zavisi od koncentracije supstrata, (reakcija prvog reda):

v = k [R-X]

Pod datim reakcionim uslovima početna koncentracija tercijarnog i sekundarnog haloalkana bit će proporcionalna ukupnom utrošenom volumenu baze, a koncentracija supstrata o određenom vremenu bit će proporcionalna razlici između ukupnog utrošenog volumena baze i volumena baze utrošenog u datom vremenu:

[R-X] ~ [V∞-Vt]

Na osnovu ovih činjenica, jednačina kojom se grafički određuje konstanta brzine reakcije glasi:

log [(V∞-Vt) / V∞] = (-kt) / 2.303

Dijagrame koji su potrebni za dobivanje vrijednosti konstante brzine reakcije priloži uz izvještaj.

U slučaju hidrolize primarnih haloalkana, konstanta brzine reakcije nukleofilne supstitucije na zasićenom C-atomu zavisi od koncentracije oba reaktanta (reakcija drugog reda). Pod datim reakcionim uslovima (jedan od reaktanata je u višku, i to u ovom slučaju haloalkan) reakcija prati zakone kinetike pseudoprvog reda:

v = k` [OH-] k` = k [R-X]

Određivanje konstante brzine reakcije hidrolize primarnih haloalkana se pod ovakvim uslovima može izračunati na osnovu iste jednačine koja se koristi za hidrolizu sekundarnih i tercijarnih haloalkana.


71




Aceton 67-64-1 C3H6O 58.08 -94.9 56.5

Brom-timol plavo 76-59-5 C27H28Br2O5S 624.38 200-202 -

Etanol 64-17-5 C2H6O 46.07 -114.1 78.3

1-Hlor-1,1-dimetilpropan 507-20-0 C4H9Cl 92.57 -26 51

1-Brom-1,1-dimetilpropan 507-19-7 C4H9Br 137.02 -20 71-73

1-Iod-1,1-dimetilpropan 558-17-8 C4H9I 184.01 -38 99

2-Hlorbutan 75-29-6 C4H9Cl 92.57 -117.2 35.7

2-Brombutan 78-76-2 C4H9Br 137.02 - 91

2-Iodbutan 513-48-4 C4H9I 184.01 -104 119-120

1-Hlorbutan 109-69-3 C4H9Cl 92.57 -123 77-78

2-Brombutan 109-65-9 C4H9Br 137.02 -112 100-104

3-Iodbutan 542-69-8 C4H9I 184.01 -103 130-131


72

IZVJEŠTAJ

1. Podatke iz eksperimenata unesi u sljedeće tabele i izračunaj potrebne vrijednosti.

Hidroliza tercijarnog haloalkana (1-Hlor-1,1-dimetilpropan)

t = ____________°C Otapalo: aceton-voda (1:9)

t (s) Vt V∞ - Vt (V∞ - Vt) / V∞ log [(V∞ - Vt) / V∞]

0 0.00

2.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

8.50

9.00

∞ 9.50




0 0.00

2.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

8.50

9.00

∞ 9.50


73




0 0.00

2.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

8.50

9.00

∞ 9.50

Hidroliza tercijarnog haloalkana (1-Brom-1,1-dimetilpropan)



0 0.00

2.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

8.50

9.00

∞ 9.50


74

Hidroliza tercijarnog haloalkana (1-Iod-1,1-dimetilpropan)



0 0.00

2.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

8.50

9.00

∞ 9.50

Hidroliza sekundarnog haloalkana (2-Hlorbutan)



0 0.00

2.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

8.50

9.00

∞ 9.50


75

Hidroliza sekundarnog haloalkana (2-Brombutan)



0 0.00

2.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

8.50

9.00

∞ 9.50

Hidroliza sekundarnog haloalkana (2-Iodbutan)



0 0.00

2.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

8.50

9.00

∞ 9.50


76

Hidroliza primarnog haloalkana (1-Hlorbutan)



0 0.00

2.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

8.50

9.00

∞ 9.50

Hidroliza primarnog haloalkana (1-Brombutan)



0 0.00

2.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

8.50

9.00

∞ 9.50


77

Hidroliza primarnog haloalkana (1-Iodbutan)



0 0.00

2.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

8.50

9.00

∞ 9.50

2. Na osnovu podataka iz prethodnih tabela izračunaj konstantu brzine za svaku pojedinu reakciju! Dijagrame koji su potrebni za izračun konstante brzine priloži uz izvještaj.

Supstrat Otapalo Konstanta brzine reakcije

1-hlor-1,1-dimetilpropan aceton-voda (1:9)



1-brom-1,1-dimetilpropan aceton-voda (1:9)

1-iod-1,1-dimetilpropan aceton-voda (1:9)

2-hlorbutan aceton-voda (1:9)

2-brombutan aceton-voda (1:9)

2-iodbutan aceton-voda (1:9)

1-hlorbutan aceton-voda (1:9)

1-brombutan aceton-voda (1:9)

1-iodbutan aceton-voda (1:9)


78

3. Na osnovu podataka za konstantu brzine za svaku pojedinu reakciju, objasni uticaj otapala na brzinu reakcije!

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Na osnovu podataka za konstantu brzine za svaku pojedinu reakciju, objasni uticaj izlazne grupe

na brzinu reakcije!

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Na osnovu podataka za konstantu brzine za svaku pojedinu reakciju, objasni uticaj strukture

supstrata na brzinu reakcije!

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6. Odaberi jednu reakciju koja je izvršena u ekperimentima i napiši njen detaljan mehanizam!

Reakcija: ___________________________________________

Mehanizam reakcije: ____________________________________


79

7. Zašto se pri ispitivanju reakcije hidrolize primarnih haloalkana koristila deset puta veća količina supstrata?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

OVJERA VJEŽBE

Datum rada:

Datum ovjere:



Ukupna ocjena:

Potpis:


80


81

HIDROLIZA ESTERA KARBOKSILNIH KISELINA

Uticaj pH reakcijske sredine na hidrolizu p-nitrofenilacetata

TEORETSKI UVOD

Esterifikacije karboksilnih kiselina i obrnute reakcije hidrolize pripadaju reakcijama nukleofilne supstitucije na nezasićenom C-atomu, odnosno reakcijama nukleofilne adicije na karbonilnu grupu. S obzirom na kompleksnost mehanizma, reakcije esterifikacije, odnosno hidrolize se mogu podijeliti u tri grupe:

a) prema katalizatoru pri esterifikaciji, odnosno reagensu kojim se vrši hidroliza; b) prema položaju u kome se vrši hidroliza estera ili esterifikacija kiseline; i c) prema molekularnosti stepena koji određuje brzinu reakcije.

Esterifikacija, odnosno hidroliza estera se može izvršiti na dva načina, raskidanjem O-acil ili O-alkil veze.

Većina ovih mehanizama je eksperimentalno i dokazana, ali neki od njih se susreću veoma rijetko. Koji je mehanizam u pitanju može se zaključiti na osnovu brzine reakcije, strukturnih faktora, dobivenih proizvoda i eksperimentalnih uslova.

Mehanizam hidrolize estera Pod neutralnim uslovima reakcija hidrolize teče preko adicije O-atoma nukleofila na karbonilni C-

atom pri čemu nastaje tetrahedralni intermedijat.

R1

O R2

O

+ OH2sporo

k(H 2O)

R1

O R2

O-

OH

H+

Nastali intermedijat može podlijeći različitim transferima protona i na kraju eliminaciji alkoksilnog

iona nastaje slobodna karboksilna kiselina.


82

R1

O R2

O-

OH

H

R1

O R2

OH

OH

R1

OH

OH

+ O-

R2

R1

O R2

O-

OH

H

R1

OH

O

+ OH R2

+

+

+

Brzina reakcije hidrolize pri konstantnom pH (puferovani sistemi) se može opisati kinetikom reakcije pseudoprvog reda, gdje je kH konstanta brzine hidrolize izražena u s-1):

v = - d[ester] / dt = kH [ester]

Hidroliza estera karboksilne kiseline može proticati preko tri različita bimolekularna mehanizma, kiselo- i bazno-katalizirana i neutralna,

v(kisela reakcija) = kK [H+] [ester]

v(neutralna reakcija) = kH2O [H2O] [ester] v(bazna reakcija) = kB [OH-] [ester]

gdje su kK, kH2O i kB konstante brzina drugog reda izražene u mol-1 L s-1.

Ukupna brzina reakcije je u stvari suma svih prikazanih brzina:

v = { kK [H

+] + kH2O [H2O] + kB [OH-]} [ester]

A konstanta brzine reakcije pseudoprvog reda je:

kH = kK [H+] + kH2O [H2O] + kB [OH-]

S obzirom da je koncentracija vode uglavnom konstantna i iznosi oko 55.5 mol/L, pri neutralnim

uslovima reakcije konstanta brzine reakcije pseudoprvog reda se može prikazati kao kN = kH2O [H2O]:

kH = kK [H+] + kN + kB [OH-]

Poznato je da se brzina hidrolize estera može povećati dodatkom kiseline, odnosno baze, pa se može reći da reakcija hidrolize estera karboksilnih kiselina zavisi od pH vrijednosti reakcione sredine.


83


1. Zašto je karbonilni atom kisika estera bazičniji od alkoksida estera?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Napiši mehanizam hidrolize metilbenzoata u kojem se raskida O-alkil veza!

3. Napiši mehanizam hidrolize etilpropanoata u kojem se raskida O-acil veza!


84

4. Zašto konstanta reakcije drugog reda saponifikacije etiltrifluoroacetata je gotovo milion puta veća od konstante reakcije saponifikacije etilacetata?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5. Kiselom hidrolizom spoja A nastali su spoj B i spoj C. Na slici su prikazani 1H-NMR spektri

spojeva B i C. Na osnovu analize njihovih spektara identificiraj spoj A i napiši reakciju hidrolize!

B : 2.1 (3H), 11.4 (1H) ppm

C: 1.2 (3H), 2.6 (2H), 3.7 (1H) ppm

B C


85

EKSPERIMENTALNI RAD

Pribor

− Kvarcne kivete, 10 kom − Pipeta od 1 mL, 10 kom


− Vodena otopina kalij-hlorida (3.0 mol/L) − Fosfatni pufer (pH 7, 8, 9) − Vodena otopina natrij-hidroksida (0.0100 mol/L, pH 12) − p-Nitrofenilacetat − p-Nitrofenol − Metanol

Hidroliza p-nitrofenilacetata

O2N

O CH3

OO2N

OH

+OH CH3

O

OH2

Za eksperiment je potrebno slijedeće otopine:

- 100 mL otopine p-nitrofenilacetata u koncetraciji 1.00 x 10-4 mol/L u 3% otopini metanola u vodi - 100 mL topine p-nitrofenola u koncetraciji 1.00 x 10-4 mol/L u 3% otopini metanola u vodi - 100 mL slijepe probe koja sadrži 3% otopinu metanola u vodi - 10 mL otopine NaOH u koncentraciji 0.001 mol/L

S obzirom da p-nitrofenilacetat nije topiv u vodi osnovna otopina se priprema tako da se odgovarajuća masa p-nitrofenilacetata otopi u 30 mL metanola koji se razblaži vodom do 100 mL. Radna otopina se priprema razblaženjem osnovne otopine. Na isti način treba pripremiti otopinu p-nitrofenola.

Sve analize se trebaju vršiti pri konstantnom ionskom jačinom koristeći smjesu od otopine KCl, pufera ili otopine NaOH i supstrata u omjeru 1:1:1.

Snimanje apsorpcionog spektra

U kvarcnu kivetu pipetirati po 1.00 mL otopine KCl, pufera pH 7 i otopine p-nitrofenilacetata. Slijepa proba treba sadržavati po 1.00 mL otopine metanola u vodi, pufera pH 7 i otopine KCl. Snimiti apsorpcioni spektar od 500 do 200 nm. Na isti način snimiti apsorpcioni spektar p-nitrofenilacetata pri pH 8 i 9, te absorpcioni spektar p-nitrofenola pri pH 7, 8 i 9.

Izračunaj molarne apsorpcione koeficijente na maksimumima spektara koristeći se Lambert-Beerovim zakonom.


86

Praćenje toka reakcije snimanjem apsorpcionih spektara

U kvarcnu kivetu pipetirati po 1.00 mL otopine KCl, 0.001 mol/L otopine NaOH i otopine p-nitrofenilacetata. Slijepa proba treba sadržavati po 1.00 mL otopine metanola u vodi, 0.001 mol/L otopine NaOH i otopine KCl.

U toku 10 minuta snimiti seriju apsorpcionih spektara od 500 do 200 nm u intervalu od 120 sekundi.

Praćenje toka reakcije snimanjem apsorbance na određenoj talasnoj dužini

U kvarcnu kivetu pipetirati po 1.00 mL otopine KCl, 0.010 mol/L otopine NaOH i otopine p-nitrofenilacetata. Slijepa proba treba sadržavati po 1.00 mL otopine metanola u vodi, 0.010 mol/L otopine NaOH i otopine KCl.

U intervalima od 10 sekundi toku 5 minuta snimiti apsorbancu reakcione smjese na apsorpcionom maksimumu za p-nitrofenol.

Ponoviti eksperiment koristeći otopinu NaOH u koncentraciji od 0.001 mol/L. U intervalima od 30 sekundi toku 20 minuta snimiti apsorbancu reakcione smjese na apsorpcionom maksimumu za p-nitrofenol.

Na kraju laboratorijske vježbe pripremi kvarcnu kivetu u kojoj se nalazi po 1.00 mL otopine KCl, otopina pufera pH 8 i otopine p-nitrofenilacetata. Slijepa proba treba sadržavati po 1.00 mL otopine metanola u vodi, otopine pufera pH 8 i otopine KCl.

U intervalima od 10 minuta toku 12 sati snimiti apsorbancu reakcione smjese na apsorpcionom maksimumu za p-nitrofenol.

Analiza rezultata

U ovom eksperimentu će se spektrofotometrijski analizirati hidroliza p-nitrofenilacetata do p-nitrofenola.

Da bi se odredila konstanta brzine bazne hidrolize kB, reakcija je vršena pri visokim vrijednostima pH gdje je kB[OH-] >> kN, odnosno kH

≈ kB[OH-]. Sporiji korak u mehanizmu bazne hidrolize je napad hidroksidnog iona na ester, te reakcija pripada bimolekularnom mehanizmu.

v = kB [OH-] [p-NFA]

S obzirom da će se reakcija vršiti pod uslovima gdje je [OH-] >> [p-NFA], kinetika reakcije se može pojednostaviti tako da se smatra da podliježe kinetici pseudoprvog reda:

v = kH [p-NFA] kH = kB [OH-]

Koristeći integriranu formu jednačine za reakciju prvog reda ln([A]t / [A]0) = - kt, crtanjem dijagrama ln[p-NFA] = f (t) dobija se pravac čiji nagib odgovara kH.


87

Kada se eksperiment ponovi u neutralnim uslovima tada i molekula vode i hidorksidni ioni mogu stupiti u reakciju. U tom slučaju nagib pravca ln[p-NFA] = f (t) daje – kH koja se sastoji iz dvije konstante:

kH = kN + kB[OH-]

S obzirom da su poznate vrijednosti kB i [OH] moguće je izračunati vrijednost kN.

Da bi se odredila kinetika reakcije hidrolize p-nitrofenil acetata potrebno je znati koncentraciju estera tokom reakcije. S obzirom da je jednostavnije pratiti koncentraciju nastalog žutog p-nitrofenola, koncentracija estera se može izraziti jednačinom:

[p-NFA]t = [p-NFA]0 – [p-NF]t

U slučaju kada je poznat kraj reakcije (pH 11 ili 12) apsorpija p-nitrofenola na kraju reakcije je proporcionalna njegovoj maksimalno mogućoj koncentraciji, i odgovara početnoj koncentraciji p-nitrofenil acetata.

[p-NFA]t / [p-NFA]0 = (A∞ – At) / A∞

Crtanjem dijagrama ln [(A∞ – At) / A∞] = f (t) dobija se pravac čiji nagib odgovara konstanti hidrolize -kH.

U slučaju kada je nepoznat kraj reakcije (pH 8 i niže) koncentracija p-nitrofenola se može izdračunati pomoću molarnog apsorpcionog koeficijenta:

[p-NFA]t / [p-NFA]0 = {[p-NFA]0 – (At /ε} / [p-NFA]0

Crtanjem dijagrama ln {[p-NFA]0 – (At / ε} / [p-NFA]0 = f (t) dobija se pravac čiji nagib odgovara konstanti hidrolize -kH.



Kalij-hlorid 7447-40-7 KCl 74.55 770 1420


p-Nitrofenilacetat 830-03-5 C8H7NO4 181.15 75-77 -

p-Nitrofenol 100-02-7 C6H6NO3 139.11 113-114 279

Metanol 67-56-1 CH3OH 32.04 -97 64.7


88

IZVJEŠTAJ 1. Popuni sljedeće tabele podacima koje si dobio-la nakon izvođenja eksperimenta!

Spoj c (mol/L) λ (nm) A (L/mol cm)

pH k

12

11

7

kH kB kN

2. Na osnovu podataka iz prethodnih tabela napiši detaljan mehanizam nukleofilne supstitucije koja je izvršena u eksperimentu!


89

3. Koji mehanizam hidrolize p-nitrofenilacetata preovladava pri pH 7? Objasni!

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

OVJERA VJEŽBE

Datum rada:

Datum ovjere:



Ukupna ocjena:

Potpis:


90


91

KOMPARACIJA FAKTORA KOD STRUKTURNO SLIČNIH SPOJEVA KOJI UTIČU NA BRZINU REAKCIJE

Oksidacija alifatskih hidroksilnih spojeva

(alkoholi i monosaharidi)

TEORETSKI UVOD

Organske oksidacione reakcije spadaju u redoks reakcije u kojima se dešava prenos elektrona u elektrohemijskom smislu što znači da se tokom oksidacije supstrata smanjuje elektronska gustoća supstrata.

Ovakav koncept se primjenjuje na organske kovalentne spojeve, ali često je pojednostavljen kako bi lakše prepoznali te procese. Stoga se mora imati na umu da je definicija organskih redoks procesa vrlo pojednostavljena, ali služi za brzo identificiranje procesa oksidacije i redukcije u mnogim organskim reakcijama.

Oksidacija je proces u kojem se C-atom veže za neki elektronegativniji element, a redukcija je proces u kojem se C-atom veže za neki elektropozitivniji element, najčešće H-atom.

Slika prikazuje dati koncept primijenjen na organske reakcije, gdje [ox] predstavlja oksidacioni, a [red] redukcioni proces.

H

H

H H

[ox]

[red]

OH

H

H H

[ox]

[red]

O

H

H

[ox]

[red]

O

H

OH

[ox]

[red]

CO

O

Mehanizam oksidacije alkohola dihromatnom kiselinom

Mehanizam oksidacije organskih spojeva uz dihromatnu kiselinu kao oksidaciono sredstvo je veoma istražen i ima mnogo teorija. Trenutno je prihvaćena Westheimerova teorija koja kaže da u prvom koraku oksidacije nastaje hromatni esterski međuprodukt.

Baza potrebna u drugom koraku reakcije može biti i molekula vode. Ovaj mehanizam je dokazan

izotopskim testovima koji su pokazali da je -H-atom uklonjen u koraku koji određuje brzinu reakcije.

Mehanizmi oksidacije alkohola u kojima su korištena neka druga oksidaciona sredstva nisu baš kompletno definisani, ali je zasigurno da oksidans djeluje na supstrat preko mehanizma pomjeranja hidridnog iona.


92

OH

H

R2

R1

+ + H+

Cr O

O

O

O

H

R2

R1

H

Cr

O

O

OH

++

O H

H

-H3O+

O

H

R2

R1

Cr

O

O

OH

OH

H

+R2

R1

O

+ HCrO3

-

-H3O+

Mehanizam oksidacije ugljikohidrata dihromatnom kiselinom

Ugljikohidrati su u prirodi veoma zastupljeni organski spojevi. Njihova strukturna polifunkcionalnost im dopušta da grade helatne komlekse sa mnogim metalnim ionima.

Analizom reakcije oksidacije monosaharida sa dihromatnom kiselinom moguće je izvršiti njihovu komparaciju reaktivnosti sa šesterovalentnim hromom. Značaj ove reakcije leži u potencijalnim biološkim i ekološkim štetnostima ovog metala. Upravo iz ovog razloga je vrlo interesantno istražiti sposobnost monosaharida da reduciraju štetni šesterovalentni hrom u četverovalentni hrom, za koji je poznato da je manje štetan.

Reakcija redukciranja šesterovalentnog hroma se sastoji iz oksidacije monosaharidne hemiacetalne grupe.

+ HCrO4

-

+ H+

+ HCrO3

-

+

O OH

OHOH

OH

O O

OHOH

OHOH2

OH3

+

Ako se monosaharid nalazi u velikom višku u odnosu na dihromat, produkti reakcije su odgovarajući lakton i spojevi četverovalentnog hroma. S obzirom da su dva elektrona potrebna da oksidiraju aldozu do laktona, trovalentni hrom se ne formira direktno iz šesterovalentnog hroma, već se redukuje uz pomoć jednog elektrona iz monosaharida od četverovalentnog do trovalentnog. Četverovalentni intermedijat je mnogo reaktivniji od šesterovalentnog i on je uključen u brži stepen reakcije. Ovoj eksperiment je baziran na praćenje sporijeg, dvo-elektronskog procesa.

Faktori koji utiču na oksidaciju diola

Generalno prihvaćeni mehanizam oksidacije hidroksilne grupe je već naveden u prvom dijelu. U slučaju alifatskih 1,2-diola i cikličnih cis-1,2-diola nastaje petočlani biciklični esterski intermedijat.

Ciklični intermedijarni hromatni ester se ne formira kod reakcije sa cikličnim i alifatskim 1,3-diolima, te susjedna OH-grupa samo usporava brzinu reakcije, što znači da intermedijarni ester ne može biti sačinjen od šest članova.


93

Uticaj -supstituenata na brzinu reakcije je takav da se brzina reakcije povećava povećanjem broja alkilnih supstituenata, bez obzira na njihovu prirodu.

Faktori koji utiču na oksidaciju monosaharida

Generalno je prihvaćena činjenica da aldoze reaguju sa dihromatnom kiselinom u svojo cikličnoj hemiacetalnoj formi. S obzirom da aldoze imaju više vezivnih mjesta od glikola, one mogu reagovati kao bidentatni ili tridentatni ligandi, te formirati nekoliko izomernih monohelata.

U slučaju kada je koncentracija šećera mnogo veća od koncentracije dihromatne kiseline, jedini produkt reakcije je odgovarajući lakton, te jedino monosaharidni izomeri koji su u mogućnosti da grade kompleks C1-OH∙∙∙∙∙Cr(VI) mogu se smatrati reaktivnim redoks oblicima.

U primjeru aldoheksoza, kao i kod diola, brzina reakcije zavisi od od stepena formiranja helatnog kompleksa, te od stepena jednoelektronskog transfera. Drugim riječima, konstanta brzine redukcije šesterovalentnog hroma različitim aldoheksozama zavisi od stereohemije šećera. C1-OH grpua reaguje brže nego i jedna primarna ili sekundarna grupa. Dokaz leži u činjenici daj e lakton jedini produkt reakcije. Kao posljedica, prvi korak uključuje petočlani helatni kompleks sa šesterovalentnim hromom, gdje se C1-OH grupa nalazi na jednom od koordinacionih mjesta.

Kao posljedica veće stabilizacije intermedijarnog helatnog kompleksa konstante brzina oksidacije šećera su manje od konstante brzine oksidacije diola i poliola.

Što se tiče stereohemije šećera, općenito vrijedi pravilo da aksijalni supstituenti na prstenu šećera povećavaju brzinu reakcije oksidacije. Efekat je jači ako je aksijalni supstituent na poziciji C-4 nego na poziciji C-3.

Vrsta supstituenta također utiče na brzinu reakcije. Na primjer, u slučaju da je na šećeru prisutna amino-grupa, reakcija će teći sporije, jer N-atom, kao donor elektrona, će graditi stabilniji helatni kompleks sa hromom.


94

PRIPREMNA VJEŽBANJA 1. Napiši detaljan mehanizam oksidacije glukoze sa dihromatnom kiselinom!

2. Objasni redoslijed brzine reakcije oksidacije na slijedećem primjeru:

deoksialdoza > aldoza >> aminoaldoza

__________________________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Nabroj deset oksidirajućih reagenasa koji se koriste u organskoj sintezi!

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Objasni zašto se tercijarni alkoholi ne mogu oksidirati dihromatonom kiselinom?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


95

EKSPERIMENTALNI RAD

Pribor

− Odmjerni sud od 10 mL, 15 kom − Kivete − Pipeta od 1 mL, 10 kom − Pipeta od 2 mL, 2 kom − Termometar, 1 kom


− Koncentrovana sulfatna kiselina − Kalij-dihromat − Sorbitol − 1,2-Propandiol − Etilen glikol − 2,3-Butandiol − D-Galaktoza − D-Aloza − D-Glukoza − Glukozamin − 2-Deoksi-D-glukoza − Cikloheksanol − Glicerol − Fruktoza − Riboza − Manitol − 1,3-Butilenglikol − Etanol − D-Galaktoza

Spektrofotometrijsko određivanje konstante brzine reakcije oksidacije alkohola i monosaharida

Za eksperiment je potrebno pripremiti vodene otopine supstrata alkohola i monosaharida u koncentraciji od 0.24 mol/L i vodenu otopinu kalij-dihromata u koncentraciji od 6 x 10-4 mol/L.

Pipetirati 1.00 mL otopine supstrata u kivetu i dodati 1-2 kapi koncentrovane sulfatne kiseline. Podesiti UV/Vis spektrofotometar tako da mjeri absorbanu reakcione smjese na 350 nm u intervalima od 5 sekundi u toku 10 minuta.

U trenutku pipetiranja 2.00 mL otopine dihromata započeti mjerenje absorbance na spektrofotometru. Obavezno zabilježiti temperaturu na kojoj se vrši reakcija.

Ponoviti eksperiment sa svim ostalim raspoloživim alkoholima i monosaharidima.


96

Analiza rezultata

Konstanta brzine reakcije oksidacije alkohola i monosaharida dihromatnom kiselinom zavisi od koncentracije oba reaktanta (reakcija drugog reda):

v = k [R-OH] [Cr(VI)]

Pod datim reakcionim uslovima (jedan od reaktanata je u višku, i to u ovom slučaju alkohol, odnosno monosaharid) reakcija prati zakone kinetike pseudoprvog reda:

v = k` [Cr(VI)] k` = k [R-OH]

S obzirom da je po Lambert-Beerovom zakonu koncentracija direktno proporcionalna absorbanci, moguće je koristiti slijedeću jednačinu za određivanje konstante brzine reakcije:

A = A0e-k`t, odnosno lnA = -k`t + lnA0 (koristeći dijagram)

Dijagrame koji su potrebni za dobivanje vrijednosti konstante brzine reakcije priloži uz Izvještaj.


97




Kalij-dihromat 7778-50-9 K2Cr2O7 294.18 398 500 (r)

Sorbitol 50-70-4 C6H14O6 182.17 93-97 -

1,2-Propandiol 57-55-6 C2H6O 46.07 -114.1 78.3

Etilen glikol 107-21-1 C2H6O2 62.07 -13 195

2,3-Butandiol 513-85-9 C4H10O2 90.12 25 184

D-Galaktoza 59-23-4 C6H12O6 180.16 165-168 -

D-Aloza 2595-97-3 C6H12O6 180.16 - -

D-Glukoza 50-99-7 C6H12O6 180.16 - -

Glukozamin 3416-24-8 C6H13NO5 197.17 - -

2-Deoksi-D-glukoza 154-17-6 C6H14O5 164.16 142-144 -

Cikloheksanol 108-93-0 C6H12O 100.16 23-25 161

Glicerol 56-81-5 C3H8O3 92.09 17.8 290

Fruktoza 7660-25-5 C6H12O6 180.16 - -

Riboza 24259-59-4 C5H10O5 150.13 81-84 -

Manitol 87-78-5 C6H14O6 182.17 - -

1,3-Butilenglikol 107-88-0 C4H10O2 90.12 - 204

Etanol 67-17-5 C2H6O0 46-07 -114.1 78-3

D-Galaktoza 59-23-4 C6H12O6 180.16 165-168 -


98

IZVJEŠTAJ


t = ______________°C

Supstrat Struktura supstrata k` (s-1

) k (s-1

mol-1

L)


99

2. Na osnovu podataka iz prethodne tabele napiši redoslijed reaktivnosti pri reakciji oksidacije!

3. Objasni uticaj konfiguracije i udaljenosti OH grupe od reakcionog mjesta (C-1) monosaharida na reakcije njihove oksidacije dihromatnom kiselinom!

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

OVJERA VJEŽBE

Datum rada:

Datum ovjere:



Ukupna ocjena:

Potpis:


100


101

UTICAJ SUPSTITUENATA NA ELEKTROFILNU AROMATSKU SUPSTITUCIJU

Bromiranje reaktivnih aromatskih spojeva

TEORETSKI UVOD

Dok se najveći broj supsitucionih reakcija na zasićenom C-atomu vrši pomoću nukleofila, kod aromatskih spojeva se najveći broj supstitucija vrši elektrofilom. Kod elektrofilne supstitucije velika elektronska gustoća aromatskog sistema privlači pozitivne atomske i molekulske vrste koje imaju manjak elektrona. Kao elektrofili E+ kod ovakvih reakcija mogu poslužiti pozitivni ioni ili dipoli. Izlazne grupe Z obično su slabe Lewisove kiseline, a najčešća izlazna grupa je proton.

Reakcija ide preko asocijacijskog mehanizma, kod kojeg prvo dolazi do adicije elektrofila, pa zatim eliminacije odlazeće grupe.

E+

+

Z ZE

ZE

ZE

sporo brzoE

+ Z+

+

+ +

Međuprodukt, nazvan Whelandov kompleks ili -kompleks, koji je destabiliziran gubitkom aromatskog seksteta elektrona mora se stabilizirati gubitkom E+ ili Z+ da bi produkt ponovo dobio aromatski sekstet.

Reakcija slijedi kinetiku drugog reda, što znači da reakcija pripada bimolekularnoj elektrofilnoj supstituciji (SE2).

Usmjeravanje supstitucije

Opće je poznato da supstituent koji se nalazi u aromatskom prstenu određuje položaj slijedeće supstitucije. Orijentacija u elektrofilnoj aromatskoj supstituciji je obično posljedica kinetičke kontrole nastajanja produkata i samo je ograničeno ovisna o termodinamičkoj stabilnosti produkta.

Općenito se supstituenti na aromatskom prstenu dijele na:

a) aktivatore – atomi ili grupe atoma sa slobodnim elektronskim parom koji aktiviraju aromatski sistem povećavajući gustinu elektrona u njemu; rezonancija dopušta da se elektroni pozicioniraju u orto-i para-položajima;

b) deaktivatore – atomi ili grupe atoma koji su -vezama povezani sa elektronegativnijim

elementom; novi -sistem deaktivira aromatski prsten smanjivajući gustinu elektrona na njemu; rezonancija dopušta da se elektroni pozicioniraju u meta-položaju.


102

E++

Z

HE

Z

HE

Z

HE

Z

E

Z

+ H+

orto

meta

para

Z

H

E

Z

H

E

Z

H

E

Z

EH EH

Z

EH

Z

E

+ H+

Z

E

+ H+

+

++

+ +

++

+

+

Uticaj nekih supstituenata na brzinu reakcije i na orijentaciju elektrofilne aromatske supstitucije dat je u slijedećoj tabeli.

Supstituent Djelovanje na brzinu

reakcije Orjentacija

-NR2, -NH2, -OH, -O- jako aktivira o, p

-NCOR, -OCOR, -OR aktivira o, p

-R, -Ar slabo aktivira o, p

-H - -

-X, -CH2X slabo deaktivira o, p

-NO2, -SO3H, -CO, -CN, -NR3, -SR2, -CF3 jako deaktivira m

U slučaju da na aromatskom prstenu već postoji više supstituenata, orijentacije sljedeće supstitucije zavise od ukupnog međudjelovanja tih supstituenata. Općenito vrijedi pravilo da prevladava uticaj grupe koja jače aktivira.

Hammettova jednačina

Jednačina koja opisuje odnos slobodne Gibbsove energije sa konstantom brzine reakcije, odnosno konstantom ravnoteže reakcije koristeći samo dva parametra, konstantu supstituenta i reakcionu konstantu, naziva se Hammettova jednačina. Ona opisuje uticaj induktivnog i rezonancionog efekta supstituenta na brzinu reakcije.

Osnovna Hammettova jednačina glasi:

log (K/K0) =


103

i predstavlja logaritamski odnos konstante reakcije K za supstrat sa određenim supstituentom R i konstante rekacije K0 za supstrat bez supstituenta (R=H). Taj odnos je proporcionalan konstanti

supstituenta i reakcionoj konstanti .

Ova jednačina se može svesti i na odnos konstanti brzina reakcija:

log (k/k0) =

Ako se nacrta dijagram zavisnosti literaturnih vrijednosti konstanti supstituenata od log (k/k0) iz

nagiba pravce se može dobiti reakciona konstanta .

Konstanta supstituenta

Konstanta supstituenta predstavlja mjerilo djelovanja supstituenta na kiselost benzojeve kiseline, odnosno njenu disocijaciju u vodenoj sredini. Supstituenti koji povećavaju kiselost, u usporedbi sa nesusptituiranom benzojeve kiselinom imaju pozitivne vrijednosti, dok supstituenti koji smanjuju kiselost imaju negativne vrijednosti konstante.

Konstante supstituenata se odnose samo na supstituente u meta- i para-položaju. Za oređivanje konstatni supstituenata u orto-položaju moraju se ukjlučiti i sterički efekti.

Generalno se može reći da supstituenti sa visokim pozitivnim vrijednostima konstante supstituenta stabiliziraju negativan naboj na karboksilnom O-atomu negativnim induktivnim i mezomernim efektima. Supstituenti sa niskim pozitivnim vrijednostima konstante supstituenta imaju negativan induktivni, ali pozitivan mezomerni efekat.

Reakciona konstanta

Reakciona konstanta je mjerilo osjetljivosti neke određene reakcije na promjenu supstituenta supstrata. Iz vrijednosti reakcione konstante mogu se dobiti značajni podaci o dotičnom reakcionom mehanizmu.

Generalno se može reći da:

a) > 1 – reakcija je mnogo osjetljivija na promjenu supstituenta na supstratu; u toku reakcije nastaje negativan naboj;

b) < 1 – reakcija je manje osjetljivija na promjenu supstituenta na supstratu; u toku reakcije nastaje negativan naboj;

c) = 0 – reakcija nije osjetljiva na promjenu supstituenta na supstratu; u toku reakcije ne nastaje nikakav naboj (radikalska reakcija);

d) < 0 – u toku reakcije nastaje pozitivan naboj.


104


1. Zašto aktivatori elektrofilne aromatske supstitucije imaju negativne vrijednosti konstante

supstituenta ?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Ako je pKa p-metoksibenzojeve kiseline 4.49, a benzenske kiseline 4.19, izračunaj vrijednost konstante supstituenta za p-CH3O.

3. Bazno katalizirana hidroliza etil m-nitrobenzoata je 63.5 puta brža od hidrolize

nesupstituiranog estera. Ako je konstanta supstituenta (m-NO2) 0.71, a (p-CH3O) -0.27, izračunaj koliko je puta brža, odnosno sporija bazno katalizirana hidroliza etil p-metoksibenzoata?

4. Zašto je značajno znati vrijednost reakcione konstante u proučavanju mehanizma neke reakcije? Šta nam ona govori?

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________


105

5. Napiši detaljan mehanizam bromiranja benzojeve kiseline!


106

EKSPERIMENTALNI RAD

Pribor

− Kivete − Pipeta od 1 mL, 10 kom − Pipeta od 2 mL, 2 kom − Odmjerni sud od 10 mL, 13 kom − Termometar, 1 kom


− Otopina broma u 90% acetatnoj kisleini (0.02 mol/L) − Fenol − p-Nitrofenol − m-Nitrofenol − p-Aminofenol − m-Aminofenol − p-Krezol − m-Krezol − p-Hidroksianisol − m-Hidroksianisol − p-Hlorfenol − m-Hlorfenol

Bromiranje reaktivnih aromatskih spojeva

Za eksperiment je potrebno pripremiti 0.02 M otopinu broma u 90% acetatnoj kiselini (otopiti 0.160 g Br2 u 50 mL 90% acetatne kiseline). Također je potrebno pripremiti seriju derivata fenola 0.5 M u 90% acetatnoj kiselini.

U kivetu pipetirati 1.00 mL 0.5 M otopine aromatskog spoja. Podesiti UV/Vis spektrofotometar tako da mjeri absorbanu reakcione smjese na 420 nm u intervalima od 5 sekundi u toku 10 minuta.

U trenutku pipetiranja 2.00 mL 0.02 M otopine broma započeti mjerenje absorbance na spektrofotometru. Obavezno zabilježiti temperaturu na kojoj se vrši reakcija.

Ponoviti eksperiment sa svim ostalim raspoloživim fenolskim derivatima.

Analiza rezultata

Konstanta brzine reakcije elektrofilne aromatske supstitucije zavisi od koncentracije oba reaktanta, odnosno od koncentracije broma i od koncentracije aromatskog supstrata (reakcija drugog reda):

v = k [Ar] [Br2]


107

Pod datim reakcionim uslovima (jedan od reaktanata je u višku, i to u ovom slučaju aromatski spoj) reakcija prati zakone kinetike pseudoprvog reda:

v = k` [Br2] k` = k [Ar]

S obzirom da je po Lambert-Beerovom zakonu koncentracija direktno proporcionalna absorbanci, moguće je koristiti slijedeću jednačinu za određivanje konstante brzine reakcije:

A = A0e-k`t, odnosno lnA = -k`t + lnA0 (koristeći dijagram)

Dijagrame koji su potrebni za dobivanje vrijednosti konstante brzine reakcije priloži uz izvještaj.



Brom 7726-95-6 Br2 159.80 -7.2 58.8

Acetatna kiselina 64-19-7 C2H4O2 60.05 16.5 118.1

Fenol 108-95-2 C6H6O 94.11 40.5 181.7

p-Nitrofenol 100-02-7 C6H5NO3 139.11 114.9 279

m- Nitrofenol 554-84-7 C6H5NO3 139.11 98 194 (70 mm Hg)

p-Aminofenol 123-30-8 C6H7NO 109.13 189 284

m-Aminofenol 591-27-5 C6H7NO 109.13 125 164 (11 mmHg)

p-Krezol 106-44-5 C7H8O 108.14 32-34 201.8

m-Krezol 108-39-4 C7H8O 108.14 11.5 202.2

p-Hidroksianisol 150-76-5 C7H8O2 124.14 52.5 243

m-Hidroksianisol 150-19-6 C7H8O2 124.14 -17 244

p-Hlorfenol 106-48-9 C6H5ClO 128.56 43.5 220

m-Hlorfenol 108-43-0 C6H5ClO 128.56 34 214


108

IZVJEŠTAJ


t = ________°C

Supstrat k` (s-1) k (s-1 mol-1 L)


109

2. Koristeći se Hammetovom jednačinom izračunaj reakcionu konstantu za reakciju bromiranja

fenola. Prvo nacrtaj dijagram zavisnosti literaturnih vrijednosti konstanti supstituenata od log(k/k0). Podatke unesi u tabelu a dijagram priloži uz izvještaj.

Supstituent log(k/k0)

p-NH2- -0.66

p-CH3O- -0.27

p-CH3- -0.17

m-NH2- -0.16

m-CH3- -0.07

H- 0.00

m-CH3O- +0.12

p-Cl- +0.23

m-Cl- +0.37

m-NO2- +0.71

p-NO2- +0.78

3. Na osnovu podataka dobivenim procesiranjem rezultata eksperimenta objasni mehanizam bromiranja fenola!

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

OVJERA VJEŽBE

Datum rada:

Datum ovjere:



Ukupna ocjena:

Potpis:


110


111

LITERATURA

1. A. R. Straumanis, S. M. Ruder, New bouncing curved arrow technique for the depiction of

organic mechanisms, J. Chem. Edu. 2009, 86, 1389-1391.

2. A. C. Knipe, Organic Reaction Mechanisms, John Wiley & Sons, 2008.

3. J. McMurry, Organic Chemistry, 7th Ed., Thompson Learning, 2008.

4. D. M. Opsenica, Praktikum iz organske hemije, Data status, Beograd, 2008.

5. F. A. Corey, R. J. Sundberg, Advanced Organic Chemistry. Part A: Structure and Mechanism, 5th Ed., Springer, 2007.

6. M. B. Smith, J. March, March`s Advanced Organic Chemistry. Reactions, Mechanisms, and Structure, 6th Ed., Wiley-Interscience, 2007.

7. H. Maskill, The Investigation of Organic Reactions and Their Mechanisms, Blackwell Publishind Ltd, 2006.

8. J. L. Li, Name Reactions. A Collection of Detailed Reaction Mechanisms, 3rd Ed., Springer, 2006.

9. D. R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Ed., CRC Press, 2005.

10. P. Monk. Physical Chemistry. Understanding Our Chemical World, John Wiley & Sons, 2004.

11. K. P. C. Vollhardt, N. E. Schore, Organska hemija, Data status, Beograd, 2004.

12. M. G. Gallego, M. A. Sierra, Organic Reaction Mechanisms. 40 Solved Cases. Springer, 2004.

13. W. L. F. Armarego, C. L. L. Chai, Purification of Laboratory Chemicals, 5th Ed., Elsevier Science, 2003.

14. B.W. Wojciechowski, N.M. Rice, Experimental methods in Kinetic Studies, Elsevier Science, 2003.

15. R.B. Grossman, The art of writing reasonable organic reaction mechanisms, 2nd Ed., Springer, 2002.

16. F. A. Carey, Organic Chemistry. 4th Ed. Mg Graw Hill, 2000.

17. A. Miller, P. H. Solomon, Writing Reaction Mechanisms in Organic Chemistry, Elsevier Science & Technology Books, 1999.

18. J. Čanadi, M. Sakač, Organska hemija kroz probleme i rješenja, Stylos, Novi Sad, 1999.

19. A. I. Vogel, A. R. Tatchell, B. S. Furnis, A. J. Hannaford, P. W. G. Smith, Vogel's Textbook of Practical Organic Chemistry. 5th Ed. Prentice Hall, 1996.

20. J. W. Zubrick, The Organic Chem Lab Survival Manual, 2nd Ed., John Wiley & Sons, 1988.

21. P. Skykes, A Guidebook to Mechanism in Organic Chemistry, Longman Scientific & Technical, 1986.


112

22. J. H. Espenson, Chemical Kinetics and Reaction Mechanisms, 2nd Ed., McGraw.Hill, Inc., 1981.

23. T. H. Lowry, K. S. Richardson, Mechanisms and Theory in Organic Chemistry, Harper & Row, 1976.

24. K. Humski, Reakcijski mehanizmi u organskoj kemiji, Školska knjiga, Zagreb, 1974.

25. M. Hranisavljević-Jakovljević, Mehanizmi organskih reakcija, Građevinska knjiga, Beograd, 1973.

26. www.chemfinder.com

27. www.orgsyn.org

28. www.organic-chemistry.org

29. http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/

30. http://webbook.nist.gov/chemistry


113

Ovaj praktikum je napisan iz perspektive organskog hemičara sa iskustvom iz sintetske organske hemije,omogućujući studentima i istraživaačima da razumiju i prošire znanje o reakcijama koje su upoznali u osnovnimmodulima, te da to primijene u praktičnom kontekstu projektiranjem različitih sinteza organskih spojeva.Praktikum sadržajno i metodički potpuno odgovara oblasti i studentima kojima je namijenjen, a mogu ga koristitii ambiciozni studenti srodnih fundamentalnih i empirijskih disciplina kakve su biohemija, mediucinska hemija ifarmaceutska hemija.

Prof. dr Milka MaksimovićSarajevo, januar 2013.

»Uvod u ispitivanje mehanizama organskih reakcija« constitutes an original work on compilation of laboratorywork exercises aimed for the students of chemistry and related faculties. It is designed on contemporaryscientific approach to the field of organic reaction mechanisms. This textbook pedagogically and scientificallyfulfills the requirements for practical teaching of fundamentals of organic reaction mechanisms.Methodologically and in the sense of content meets the requirements for representing the fundamentals oforganic reaction mechanisms needed to acquire the practical knowledge in this field. Besides that, the givenliterature references offer additional information for more profound studying.

Doc. dr Franc PožganLjubljana, January 2013.

Documents

Sanja Ćavar - pmf.unsa.ba za organsku hemiju i biohemiju... · Mojim profesoricama, dr. Mariji Janković, koja je još u vrijeme mojih studentskih dana inicirala pisanje ovog udžbenika,