Skripta Organska hemija - osnove i pitanja

7/16/2019 Skripta Organska hemija - osnove i pitanja

http://slidepdf.com/reader/full/skripta-organska-hemija-osnove-i-pitanja 1/48



Uvod

Organska kemija

Organska hemija je nauka o molekulama koje sadrže karbon.

Karbon ima sposobnost da se veže kovalentno sam sa sobom i sa drugim

atomima (H, O, N, S i halogenima) formirajući mnogo različitih struktura.Postoje milioni različitih organskih jedinjenja. Karbohidrati su sastavljeni od

C i H, od hemijskih baza za žive organizme.



Homologne serije



Homologne serije

Obilje hemijskih jedinjenja formiranih od karbona je pojednostavljeno

njihovim grupisanjem u karakteristične serije poznate kao homologne serije.

Svaka homologna serija ima slijedeće karakteristike:• Opšta formula

• Slična hemija određena istom funkcionalnom grupom

• Slične fizičke osobine određene za svaki član u nizu razlikujući se sa

jednom CH grupom.

Trebate biti upoznati sa slijedećim homolognim serijama i znati kako ih

identifikovati i kako ih imenovati.

(Podebljana crvena slova pokazuju sufikse pripojene za imena pripadajućih

jedinjenja svake serije.)



Tabela pokazuje homologne serije u njihovom najjednostavnijem obliku.

Nalazit će se mnoga jedinjenja koja sadržavaju istu funkcionalnu grupu,

međutim neće pripadati istim serijama.

Funkcionalne grupe određuju hemiju serija, dok veličina i oblik

unutrašnjosti molekula serija određuje fizičko ponašanje. Svaka

funkcionalna grupa reaguje drugačije.

Različite funkcionalne grupe i njihove tipične reakcije će biti obrađene

kasnije.



Strukturni izomeri



Strukturni izomeri

Izomeri su molekule koje imaju istu molekulsku formulu ali različite

strukture.

Mogu takođe imati različite hemijske, biološke ili fizičke osobine.Strukturni izomeri teže da budu različiti po njihovim fizičkim i hemijskim

osobinama.

Alkani su najjednostavnija organska jedinjenja. Ako se atomima zamijene

mjesta mogu se formirati strukturni izomeri.

Butan je prvi alkan koji može formirati dva strukturna izomera, a to su:

butan CH3CH2CH2CH3 i 2-metilpropan CH3CH(CH3)CH3.

Pentan može formirati 3 strukturna izomera.

Kako bi atomi karbona ispod mogli biti raspoređeni u oblik 2 ne linearna

strukturna izomera?

Rješenje:



Različiti izomeri će imati vrlo sličnu hemiju, međutim njihove fizičke

osobine će biti drugačije kao što je iznad prikazano. Intermolekularne Van

der Waals-ove sile postaju slabije sa skračivanjem dužine lanca. Porast u

vanjskim lancima čini spoj manje efikasnin, prema tome reducira

intermolekularne sile.

Alkeni mogu takođe formirati strukturne izomere pomijeranjem dvostruke

veze. Ispod su prikazani primjeri drugačije strukture za butan:

Drugi strukturni izomer iznad može postojati u dva različita rasporeda

određena strogom ne rotacionom dvostrukom vezom, prikazani su ispod i

poznati su kao geometrički izomeri (cis i trans izomeri):

(cis = obe glavne grupe su ispod ili iznad dvostruke veze)

(trans = glavne grupe su poprečne dvostrukoj vezi)

Geometrički izomeri pripadaju grupi stereoizomera. Ovaj oblik izomera

odnosi se na strukture koje se razlikuju u odnosu na prostorni raspored istihgrupa.

Drugi oblik stereoizomerije je optička izomerija. Optička izomerija se

javlja kada atom karbona u molekuli ima 4 različito vezane grupe. Postoje 2

načina rasporeda 4 različite grupe u obliku tetraedra u odnosu na centralni

atom karbona. Slijedeće slike pokazuju kako 2 molekule ispod sadrže iste

grupe ali se ne mogu poklapati:



Prikazane strukture gliceraldehida su enantiomeri.

Različite molekule su u hiralnom odnosu i karbon sa 4 različite grupe je

poznat kao hiralni centar (ili kao asimetrički centar).



Ispod je prikazan primjer dvije strukture gliceraldehida:

Dvije strukture su poznate kao enantiomeri jedna druge.

(Gliceraldehid se koristi kao standard za upoređivanje drugih optičkihizomera.)

Enantiomeri će imati virtualno identične osobine ali će se razlikovati u 2

slučaja:

• Prva je fizička osobina koja naglašava pojam „optička izomerija“.

Rastvor jednog enantiomera će rotirati ravno-polarizovano svijetlo

(svijetlo koje jedino oscilira u jednoj ravni) u specifičnoj količini.

Suprotni enantiomer će rotirati svijetlo u istoj količini ali u suprotnom

pravcu.

Molekule koje rotiraju svijetlo na desno su ozančene znakom +, a nalijevo znakom -. Jednake smjese + i – enantiomera su poznate kao

„racemic“ smjese i neće rotirati svijetlo.

Sintetski pripremljeni hiralni spojevi će težiti da budu racemični, jer

će prirodno težiti produkciji specifičnog enantiomera.

• Druga razlika je hemijska; dešava se kada različite hiralne molekule

međusobno reaguju (kako je to čest slučaj u prirodi).

Dobar primjer značajne promjene hiralnih molekula je čulo okusa.

Receptori čula okusa na jeziku su hiralni i različito reaguju zavisno odenantiomera koji se kuša.



Organske reakcije



Organske reakcije

Svaka funkcionalna grupa je karakteristična po tipu odvijanja reakcije.

Slijedeći primjeri bi vas trebali upoznati sa hemijom najobičnijih organskih

funkcionalnih grupa:

1. Slobodne reakcije radikala

Neophodno je ispitati kako se veze kidaju u prvoj fazi reakcije prije

razmatranja slobodnih reakcija radikala. Odlučujuće vrste koje su

formirane i priroda reakcija koja iz toga slijedi.

Kovalentna veza (preovladavajuća u organskom svijetu) može se srušiti na

jedan od dva načina: homolitički ili heterolitički. (Kidanje veza se takođe

odnosi na fiziju).

Hemolitička fisija se javlja kada se zajednički par elektrona razdvoji, svako

dijeljenje sa jednim od atoma formira vezu. Ovaj tip fizije se jedino dešava

kada dva atoma koji imaju slične elektronegativnosti dijele jedan elektronski

par. Ovako nastaju dvije vrste svaka sa jednim ne uparenim elektronom bez

mrežnog naelektrisanja. Ove vrste su poznate kao radikali i slobodniradikali.

Formiranje slobodnih radikala:

Polukružne polustrelice

pokazuju put elektrona

(odakle kreću, gdje

završavaju).

Tačke predstavljaju

slobodne radikale ili ne

uparene elektrone.

Heterolitička fizija će biti razmatrana primjerom nešto kasnije.

Slijedi primjer slobodne radikalne reakcije:



Dio ispod pokazuje šta je mehanizam. Mehanizam je teoretsko objašnjenje

koje služi da ilustrira kako se reakcija odvija korak po korak.

Energija aktivacije za formiranje slobodnog radikala kako je ilustrovano

iznad je visoka. Međutim, jednom kad radikali nastanu mogu proširiti

reakcije na razmatrajuće razmjere.

2. Elektrofilne adicione reakcije

Potrebno je objasniti dva nova termina:

Elekrtofil je molekula koji prima (voli) negativno naelektrisanje ili

elektrone. Primjeri uključujući katione (Na+, Ca2+), i pozitivni kraj molekule

sa parcijalnim pozitivnim naelektrisanjem (δ+H–Br δ-). Oba tipa su elektrofili.

Adiciona reakcija je kada je jedna molekula dodata drugoj tokom reakcije.

Slijedi primjer elektrofilne adicione reakcije:

Mehanizam prikazan ispod pokazuje odličan primjer drugog oblika kidanja

veze, to je heterolitička fisija. Ovo se najčešće dešava kada dva atoma



dijeleći par elektrona i formirajući vezu imaju vrlo različite

elektronegativnosti. Heterolitička fisija je poboljšana sa gustinom elektrona

alkena (ovo će biti objašnjeno u naknadnom dijelu).

Zapazite crnu strelicu koja predstavlja kretanje para elektrona.

δ+ i δ- pokazuju parcijalna naelektrisanja koja su posljedica toga što je Br

mnogo elektronegativniji od H.

Slična reakcija će se desiti premiještanjem HBr (g) sa Br 2(g). Nečistoća kao što

je voda na zidu suda će formirati dvostruki dipol (δ+Br–Br δ-) za to da bude

napadnut od gustine elektrona dvostruke veze alkena.

3. Nukleofilne reakcije supstitucije

Imamo dva nova pojma koje treba objasniti:

Nukleofil je molekula koja prima (voli) pozitivna naelektrisanja. Suprotna je

elektrofilu. Nukleofili uključuju molekule koje imaju negativna

naelektrisanja (O2-

, OH-

), veliku gustoču elektrona (eten, benzen itd.), inegativni kraj molekula sa polarnim naelektrisanjima.

Reakcija supstitucije je ona u kojoj molekule imaju jednu grupu

zamijenjenu sa drugom tokom reakcije. Alkohol će se u kiseloj sredini

podvrći nukleofilnoj reakciji supstitucije.

Hidroksidna grupa je predstavljena kao vodeni Na-hidroksid i reakcija je postignuta pod povratnim uslovima. Povratnost uključuje ključanje u

sistemu koji ne dopušta isparavanje rastvarača, često postignut koristeći

hladnjak. Nastali produkt je alkohol (kao što je prikazano iznad).



4. Reakcije eliminacije

Reakcije eliminacije obuhvataju eliminaciju iona iz spojeva koji posjeduju

dvostruke veze. One su suprotne reakcijama adicije. Kada halogenoalkani

reaguju sa jakim bazama često će se dogoditi slijedeće reakcije:

Specifični uslovi su izloženi jer slične smjese pod različitim uslovima mogu

voditi ka reakcijama supstitucije.

5. Reakcije hidrolize

Reakcija hidrolize je reakcja spojeva sa vodom. Halogenoalkeni se

podvrgavaju reakcijama sa vodom koje su veoma slične nukleofilnoj

supstituciji.

Polarizacija δ+C–Halδ- će omogučiti vodi da reaguje kao nukleofil prema

atomu karbona. Ispod je prikazan primjer:

Reakcija će se desiti vrlo sporim tempom na sobnoj temperaturi. Prethodni

primjer koristeći OH- i toplotu je razmatrajuće brži.

6. Reakcije oksidacije

Reakcije oksidacije se dešavaju kada organski spojevi reaguju sa

oksigenom. Neki alkoholi mogu biti oksidovani u aldehide i ketone pod

određenim uslovima. Kombinacija alkohola sa jakim oksidacionim

sredstvom kao što je kalijum dihromat u prisustvu H+ će formirati aldehid:



Alkohol je oksidovan, dok je kalij dihromat redukovan. Reakcija se široko

koristi u uređajima za testiranje alkohola u krvi kod vozača. Redukcija

kalijum dihromata uzrokuje promjenu boje iz narandžaste u zelenu.

7. Reakcije redukcije

Reakcije redukcije su suprotne reakcijama oksidacije. Mnogi aldehidi i

ketoni su dobijeni oksidacijom od primarnih i sekundarnih alkohola. Mnogeod ovih reakcija su reverzibilne:

Litijum tetrahidridoaluminat (LiAlH4) i natrijum tetrahidridoborat

(NaBH4) su oba jaka redukciona sredstva, rastvoreni u odgovarajučim

rastvorima pokreću reakcije redukcije.

Neke karboksilne kiseline mogu biti u potpunosti redukovane u primarne

alkohole koristeći LiAlH4 koji je takođe poznat kao litijum aluminijum

hidrid. Primjer:



8. Elektrofilne reakcije supstitucije

Potrebno je da se odabere grupa arena kako bi prikazali elektrofilnu

reakciju supstitucije.

Areni su spojevi koji sadržavaju aromatski prsten (o njima će kasnije biti

govora).

Tečni brom u prisustvu katalizatora će reagovati kao elektrofil sa

benzenovim prstenom koji je bogat elektronima:

9. Nukleofilne reakcije adicije

Ketoni i aldehidi su osjetljivi na napad nukleofila na njihove karbonilne

centre (>C=O). Negativno naelektrisanje je raspoređeno prema više

elektronegativnijem kiseoniku, napuštajući djelomično pozitivno

naelektrisan atom karbona.

To omogučava nukleofilnim adicionim reakcijama prikazanim ispod da se

dese:



10.Reakcije esterifikacije

Reakcije esterifikacije se dešavaju kada karboksilne kiseline reaguju sa

alkoholima u prisustvu sulfurne kiseline. Ovo daje informacije o jednom

esteru

Ovo dovodi do nastanka estera sa oslobađanjem vode.

Na primjer:

Ravnoteža će nastati u slučajevima ako su slične količine kiseline i alkohola

kombinovane. Podešavanjem koncentracije kiseline ravnotežna pozicija

može biti promijenjena.

11.Reakcije polimerizacuje

Reakcije polimerizacuje formiraju duge molekularne lance poznate kao

polimeri od malih molekula monomera. Sintetički polimeri teže da budu

relativno jednostavne molekule i često se označavaju kao plastika. Nauka o

polimerima je široka i raste konstantno kako nove tehnologije zahtjevaju

nove sintetičke materijale.Postoje dva glavna oblika reakcija polimerizacije: adicija i kondenzacija.

Adiciona polimerizacija: jedan od prvih sintetičkih polimera proizvedenih

bio je polieten. Ovo je postignuto kombinacijom visokog pritiska i

temperature (1600 atmosfera i 180ºC) sa oksigenom u tragu. Ovo se

prikazuje na slijedeći način:

Zagrade pokazuju da je molekula lanac.

Unutar zagrada se nalazi „ponavljajuća

jedinica“, to je monomer koji formira kičmu

polimera. ´n´ u indeksu oznaćava broj

polimera (preko 200 do desetine hiljada).



Ovo pokazuje primjer radikalne reakcije inicirane molekulom oksigena. Pod

nestabilnim uslovima ovo je nestabilno i reformirat će se u dva radikala

oksigena. Drugi polimeri su formirani tokom sličnih reakcija kao što su:

polipropilen, polivinilhlorid (PVC) i politetrafluoroetilen (PTFE).

Kondenzacione reakcije polimerizacije su vrlo različite, ali takođe vode

formiranju dugolančanih polimera. Ime „kondenzacija“ potiče od produkcije

vode tokom reakcija polimerizacije. Tokom reakcija kondenzacije često se

oslobađaju druge male molekule (ponekad je međutim samo polimer

formiran).

Najlon je tipični polimer koji je formiran reakcijama polimerizacije. Mogu

se sintetisati različiti tipovi najlona zavisno od početnih materijala.

Dikiselina (molekula koja sadrži dvije karboksilne kisele grupe) može se

kombinovati sa diaminom (molekula koja sadrži dvije amino grupe) danastane polimer. Na primjer:

Ovaj polimerje nazvan Najlon 6.6. Brojevi se odnose na broj atoma karbona

u svakoj ponavljajućoj jedinici. Drugi prosti oblik najlona je poznat pod

imenom Najlon 6. Ova struktura je izvedena iz amino-kiseline i ima

jednostavnu ponavljajuću jedinicu koja je prikazana ispod:



Vezivanje



Vezivanje

U poglavlju 3. „Vezivanje i molekulske strukture“ oblik orbitala je

razmotren. Mi ćemo sada pogledati kako molekulske orbitale zauzimaju

oblik kada se atomske orbitale sadržavajuči jedan elektron suprotnog spina preklapaju da formiraju kovalentne veze.

Ako je elektronska konfiguracija karbona u njegovom osnovnom stanju

analizirana, vidimo da su samo dva ne uparena elektrona dostupna za

vezivaje, a znamo da je karbon obično četverovalentan. Zapazite zaokret

elektrona:

Ako je karbon ekscitiran u prvo pobuđeno stanje koje je pokazanouzdizanjem jednog od 2s elektrona na 2p poziciju, vidimo da sada ima 2 ne

uparena elektrona. Potrebna energija za pobudu karbona u ovo stanje je

nadoknađena od energije oslobođene tokom formiranja četiri veze.

Karbon u pobuđenom stanju sa

četiri ne uparena elektrona.

Jedan treba sada očekivati kraću i jaču vezu da bude formirana između

karbona 2s elektrona i hidrogena 1s elektrona, onda između tri karbon 2p

elektrona sa vodikovim 1s vezama.

Ovo, kako kad, nije uvijek slučaj. Kada se CH4 proizodi ta pojava je poznata

kao hibridizacija. Ovo rezulzira jednakom energijom i dužinom sve četiri

veze.

Karbon će biti formiran sa jednakim hibridnim orbitalama poznatim kao sp3

orbitalama prikazanim ispod.

Oni će biti kombinovani sa hidrogenom 1s da formiraju jednovalentnu vezu poznatu kao sigma veza.

Sigma veze postoje između C–H, C–C, C–hal. Itd.

Slike molekule metana pokazuju kako su četiri kovalentne veze jednake i

kako se odbijaju međusobno da bi formirale pravilan tetraedalni oblik:



Različit raspored postoji kada karbon 2s orbitale reaguje sa samo dvije 2p

orbitale formirajući tri sp2 orbitale koje su slične obliku sp3. One se takođe

odbijaju jedna od druge, ali kako ih je samo tri ležat će u istoj ravni.

Preostale p-orbitale leže pod uglom od 90º iznad i ispod sp2 ravni.







Na slikama se može uočiti:

(i) Oblik sp2 orbitala i struktura

(ii) Kako dva atoma karbona formiraju jednostruku karbonsku vezu

(sigma) praćena dvostrukom vezom pi.

(iii) Kako se vodik veže sa takvom strukturom da formira

najjednostavniju dvostruko vezanu strukturu eten.

Trostruke veze između dva atoma karbona na sličan način: dvije ne

hidrolizovane preklopljene p-orbitale u oblik dvije pi veze koje se onda vežu

sigma vezom.



Pravci reaktivnosti



Pravci reaktivnosti

Alkani i alkeni

Alkani su prilično manje reaktivni od alkena. Alkani su zasićeni karbohidrati

i podvrgavaju se nekim reakcijama supstitucije. Alkeni su ne zasićeni

karbohidrati i podvrgavaju se broju reakcija adicije.

Alkani će reagovati sa halogenim spojevima u specifičnim uslovima (preko

slobodnih radikalnih lančanih mehanizama) te će nastati halogeno-alkani. Na

primjer:

Dalja reakcija produkta sa viškom Cl2 u specifičnim uslovima dovodi do

formiranja supstitucionog jedinjenja CCl4, karbontetrahlorid.

Krekovanje (razbijanje) je proces koji se koristi u petrohemijskoj industriji

za preradu alkana. Pregrijana para i katalizatori se koriste da se prekinu dugi

lanci alkana u kraće lance, često formirajući veoma korisne alkene u

industriji.

Halogeno-alkani

Eksperimentalni podaci pokazuju kako se reaktivnost halogeno alkana

povećava kako se pomijerate nadole u grupi periodnog sistema elemenata.

Veze između karbona i fluora su veoma jake. Ovo vodi usavršavanju grupe

hemikalija koje su poznate kao freoni. Oni su se koristili kao rashladna

sredstva, aerosoli i rastvarači jer su bili veoma stabilni i vjerovalo se da su

bezopasni. I nisu bili tokom mnogih godina poslije njihovog uvođenja dok njihov štetan uticaj na zaštitni ozonski sloj planete nije otkriven. To je

dovelo do njihovog postepenog izbacivanja iz upotrebe.

Reaktivnost:



Postoji broj esencijalnih razlika koje rasipaju svijetlo u ovom posmatranju.

Kako pomijerate niz grupu (periodnog sistema):

(i) Elektronegativnost opada, rezultirajući u redukovanoj polarnosti

veze.

(ii) Veličina atoma se povećava.

(iii) Entalpija veze opada, vodeći ka rastučoj dužini veze.

Promjene na energiji veze i reaktivnosti kako se pomijerate dole niz grupu

(periodnog sistema) su potvrđene izračunatim entalpijama veze

predstavljenim u tabeli (činjenica da dužina veze raste kako se pomijerate na

dole u grupi još više potvrđuje argument):

Polarnost veze je recimo veća za C-Cl nego za C-Br, što bi trebalo težiti

pretpostavci da bi hloro jedinjenje reagovalo na višoj razmjeri, ipak se to ne

dešava. Jačina veze je odlučujući faktor neprimjetnosti efekata polarnostiveze.



Benzen



Benzen

Benzen je bezbojna tečnost koja ima tačku ključanja na 80ºC i tačku

topljenja na 6ºC. Otkriveno je da je kancerogen (uzročnik raka). Određeno

njegovim jedinstvenim osobinama vrlo malo se znalo o njegovoj strukturi domnogo godina poslije njegovog otkrića.

Određeno je da benzen ima molekularnu formulu i ima sve te atome u istoj

ravni, to je poput ravne molekule. Ima jednake karbon-karbon dužine veze

negdje između sigma veze i pi veze (0.139 nm, 0.15 nm i 0.135 nm).

Podvrgava se reakcijama supstitucije.

1865. Njemački naučnik, Kekule, pretpostavio je da molekula benzena ima

cikličnu strukturu sastavljenu od jednostrukih i dvostrukih veza:

Ovaj model je prihvaćen i koristi se da objasni osobine benzena tokom niza

godina.

Međutim, takva struktura ne bi mogla imati veze jednake dužine i bilo bi

očekivano da podliježe reakcijam adicije kao svaki drugi nezasićenikarbohidrat. Osim toga, proračuni entalpije za oblik gasovitog benzena u

Kekule-ovoj strukturi od njegovih elemenata prelazilaze vrijednosti

postignute kroz eksperimente. Ovo pokazuje da benzen ima mnogo

stabilniju molekulu nego što je to prikazana struktura iznad.

Prava struktura benzena leži negdje između dvije strukture prikazane ispod,

to je poznato kao rezonansni hibrid:



Riječ rezonanca može vas navesti da usvojite da se struktura prebacuje

između dva stanja, ali ovo nije slučaj. Ako se vratimo na sp2 hibridni

orbitalni koncept, moguće je formirati sliku koja daje mnogo precizniju

predstavu o strukturi benzena.

Slijedeće slike pokazuju kako atomi karbona u sp2 formi dolaze zajedno da

formiraju sigma veze i cikličnu strukturu čiji su krakovi ne hibridizovane p-

orbitale sa jednim elektronom iznad i ispod prstena.

Ove orbitale se preklapaju i spajaju da formiraju dva prstena naelektrisanja

iznad i ispod ciklične strukture, to je poznato kao nelokalizovano vezivanje.

Ovca teorija objašnjava jedinstvena svojstva benzena.





Mehanizmi



Mehanizmi

Ovaj naziv je skraćenica za prvi (1st) red Nukleofilne Supstitucije.

Ovo je dvofazni mehanizam, kao što je demonstriran ispod:

Primjer:

1 – sporiji proces, te je označen sa RDS. 2 – veoma brz proces, pa je označen kao 'nula proces'

Ovo je prvi proces hidroliznog mehanizma koji je najsporiji korak, a

označava se kao količinski odlučujući korak, skraćeno RDS. Zato količina

reakcije može biti određena samo nadgledanjem promjene u koncentracijihalogenih alkana:

Količina = konstanta [halogeni alkani]

Ova vrsta mehanizma je moguća samo za tercijalne halogene alkane koji

mogu stvoriti stabilne srednje karbonacije. Struktura tercijalnog sklopa drži

centralni karbon skrivenim od potencijalnih nukleofila i u isto vrijeme može

formirati stabilnu sredu. Primjer gore ilustririra okružujuće metilne grupe

koje mogu otpustiti naboj prema pozitivno naelektrisanom karbonu.

Reakcija hidrolize bromoetana (7) (npr. primarni halogeni alkan) će tipično

pretrpjeti supstituciju S N2 mehanizma.



Ovo je još jedna nukleofilna supstitucija ali pomoću drugog kinetičkog

reda. Mehanizam slijedi jednofazni nukleofilni napad:

Primjer :

Napad OH- i odvajanje Br - se dešavaju u isto vrijeme. Zato količina [OH-]

koja opada je prvi red,a formacija [Br -] će također biti prvi red. Količina

može biti iskazana kao:

Količina = konstanta [OH-] [Br-]

Neće uvijek biti očigledno koji mehanizam će pratiti koju reakciju. Najboljametoda za određivanje mehanizama jeste eksperimentalno mjerenje

koncentracija tokom supstitucije, te raditi unatrag redove reakcija.

Ovo su 1. red i 2. red eliminacijskih mehanizama. Isti argumenti se

ponavljaju kako kod supstitucijskih mehanizama.

Primjeri:



1 – spori proces, pa je RDS 2 – veoma brz proces, Količina = konstanta [Br-]

Primarni halogenoalkan vjerovatno neće oformiti stabilnu srednju karbonaciju te će zato otići

direktno na alken. Još jedanput, količina reakcije je funkija smanjenja [OH -], a povećanja [Br -]



Organska sinteza i analiza

Sve je veći zahtjev za sintetizirane organske spojeve. Organske hemikalije

su u mogućnosti da sintetiziraju ogromnu količinu spojeva koristeći mnoge

različite uvjete i tehnike. Molekuli su sada dizajnirani za veoma specifičneradnje za mnoge indstrije (npr. farmaceutsku, agrohemijsku, polimernu,

kozmetičku, industriju održavanja kože itd.)

Mnogi sintetički pravci će se sastojati više od jedne razine, od kojih će se

zahtijevati određen broj određen broj različitih uvjeta, katalista, regenata itd.

Svaka faza moći će uključivati proces čišćenja i analize za potvrdu reakcije.

Postotak reakcije u industrijskom procesu je kritičan, posebno u multifaznoj

sintezi, pošto niski postoci vode ka veoma siromašnoj postotku finalnog

proizvoda, dovodeći porces potencijalo neekomičnim.

Idnustrijski procesi se razlikuju od laboratorijskih priprema u ljestvici i

potražnji za profitom. Međutim, sigurnost je pitanje koje se sastoji i od

laboratorijskih i industrijskih uvjeta što više toksičnih, zapaljivih i

eksplozivnih sastojaka.

Slijedeće slike sadrže sintetičke puteve za uobičajene sastojke sa testovima

koji ih analiziraju.

1.1Dehidracija alkohola

1.2Dehalogenizacija halogenih alkana



1.3. Krekovanje alkana dobijenih iz prirodnog gasa ( industrijski proces)

Testiranje za alkan (ili za nezasićenost) može se postići korištenjem

bromnog rješenja. Bilo koji alkeni će reagirati sa smeđim bromom praveći

ga bezbojnim

smeđa bezbojna

Alkoholi se prave sintetičkim putem (hidroksilni alkeni) ili fermentacijom.

1.1Sintetički put

eten propan-2-ol

1.2Fermentacija

saharoza etanol

1.3Smanjenje karboksilnih kiselina i aldehida / ketona

¸

Ova reakcija je postinguta koristeći LiAlH 4 i H 2O

Dodavanje fosfornog pentahlorida ( PCl 5 ) suhom alkoholu (npr. –OH

sadržavajuće sastojke) bi trebalo proizvesti vidljive bijele dimove HCl

kiseline.

Primjer:



Oprez: drugi nealkoholi bi mogli dati pozitivan rezultat ako je –OH grupa

prisutna, npr. karbokslina kiselina.

Aldehid: Kontrolirajući oksidaciju alkohola (primarnog samo), može sedobiti aldehid.

Ova sinteza se može postići samo korištenjem destilacijskog procesa da se

dobije aldehid. Aldehid će nastaviti oksidirati i formirat će karboksilnu

kiselinu ako nije izdvojena iz reakcijske mješavine.

etanol etanal

Keton: oksidacijom sekundarnog alkohola.

butan-2-ol butan-2-on

Ova reakcija ne zahtijeva destilaciju jer produkt (keton) ne može nastaviti

daljnju oksidaciju ka karboksilnoj kiselini.

Aldehidi i ketoni sadrže karbonil grupe (>C=O) za koje je standard dobro

poznat test.



Bradyjev reagent, npr. 2,4-dinitrofenilhidrazin će reagirati sa karbonil

grupom da proizvede narandžaso/žuto padanje.

Kao što je prethodno raspravljano, karboksilne kiseline su sintetizirane

oksidiranjem primarnih alkohola koristeći šivin dihromat u kiselinskim

uvjetima.

Prethodni test za karbolnu grupu koristeći Brayjev reagent će također dati

pozitivan rezultat za karboksilne kiseline.

Specifičan test za funkcionalnu grupu (-COOH) može se napraviti

dodavanjem natrij karbonatnog rješenja. U prisustvu karboksilne kiseline,

karbon dioksid će se otpustiti koje se može testirati korištenjem krečne vode

(mjehurići kroz krečnu vodu dovode do rješenja sa oblakom).

Fosforni halidi mogu regirati sa alkoholima da prizvedu halogene alkane;

međutim ovaj način prizvodi i druge proizvode.

Mnogo efektivniji metod jeste da se krosti sumpor dihlorid oksid da formira

hlorisane strukture.

Npr.



Potrebna je kratka procedura:

1. Izmješajte nepoznatu mješavinu sa akva natrij hidrokisom.

2. Neutralizirajte bilo koji višak NaOH(aq) dodavanjem kiseline.

3. Dodajte nekoliko kapi srebrnog nitrata.

Rezultatujuća tabela:



Pitanja



Blic pitanja

Pitanje 1:

Dovrši slijedeću izjavu:

Homologne serije će imati glavnu formulu, istu funkcijsku grupu, i svaki

će se naredni član povećavati za jednu CH grupu.

Pitanje 2:

i su koja vrsta izomera?

a) Geometrijska

b) Koncentrična

c) Strukturalna

d) Hiralna

Pitanje 3:


Cis- i trans- su izrazi koji se koriste za odluku između različitih vrsta

geometrijskih izomera.

Pitanje 4:


Rješenje koje sadrži identične koncentracije enantiomera je poznato kao

vinska mješavina.

Pitanje 5:

Dovrši sijedeću izjavu:



Elektrofil je vrsta koja traži negativne naboje elektrona, dok je nukleofil

vrsta koja traži pozitivne naboje elektrona.

Pitanje 6:


Homolitička fisija se događa kada se zajednički par elektrona razdvoji, svaki

se dijeleći sa jednim od atoma koji formiraju lanac.

Heterolitička fisija se događa kada atomi koji dijele elektronski par imaju

različite elektronegativnosti.

Pitanje 7:

S N1 i S N2 su skraćenice za nukleofilne supstitucije reakcija prvog i drugogreda.

Pitanje 8:

Polietilen i polipropilen su polimeri koji su sintetizirani polimernom

adicijom, gdje je najlon 6,6 polimerizovan kondenzacijskom

polimerizacijom.



Pitanje 9:

Koja od slijedećih opcija predstavlja vrstu hibridnih orbitala nađenih u:

i) pentan ii) buten

Pitanje 10:


Faktori koji utiču na povećanje reaktivnosti halogeniskih alkanskih jedinjenja idući ka dnu grupe uključuje elektronegativnost, atomsku veličinu

i lanac entalpije.

Pitanje 11:


Jednostruke i dvostruke veze se često odnose kao sigma i pi veze

naizmjenično.

Pitanje 12:


Prava struktura benzena se nalazi negdje između dvije strukture prikazane

ispod i poznata je kao hibridna rezonanca.



Ispitna pitanja

a) Jedinjenje X je bezbojna, slatka mirišljiva neutralna tečnost

elementnog postotka supstanci mase C=54,53%; H=9,15%;

O=36,32%. X ima molarnu masu 88,1 g mol-1.

Pojednostavljeni infracrveni spektar i neki infracrveni podaci su pokazani

ovdje.

Spektar

PodaciMolekula ili grupa Vrsta vibracije Frekvencija vibracije/cm-1

Alkil grupa C-H dužno 2960-2850

Alkohol (ROH) C-O dužno

O-H dužno

(Hidrogenski lančano)

1200-1050

3200-3400



Karboksilna kiselina(RCOOH) C=O dužno 1725-1700

Ester (RCO2R') C=O dužno

C-O dužno

1750-1730

1300-1050

Pažljivo razmatrajući sve dostupne podatke i dajući potpuna rješenja

zaključite moguće jednjenje za X.

1. Empirijska formula za 100 g jedinjenja X.

Empirijska formula = C 2 H 4O

b) Koristite dolje navedene informacije da biste odredili strukture

jedinjenja od A do E.

Organsko jedinjenje A molekularne formule C 3 H 6 O2 reaguje sa vodenim

natrijevim karbonatom da da bezbojan gas.

Kada je A zagrijano sa natrijevim krečom, formira se drugi bezbojni gasB formule C 2 H 6 .

U tretmanu sa fosfor pentahloridom A daje jedinjenje C molekularne

formule C 3 H 5ClO.

Smanjenjem sa litij tetrahidridoaluminatom (|||), LiAlH 4, A daje jedinjenje

D molekularne formule C 3 H 8O.

A i D reaguju zajedno u prisustvu koncentrisanih sumpornih kiselina da

daju E, C 6 H 12O2.

Rješenje

Rastvorljivo organsko jedinjenje koje reaguje sa vodenim natrijevim

karbonatom oslobađajući bezbojan gas (npr. CO2) je kiselina.

Zato struktura A može biti CH 3CH 2COOH .



Natrij kreč će otpustiti alkan iz karboksilne kiseline.

Otpušteni gas B je etan CH 3CH 3.

Jedinjenje C je: CH 3CH 2COOH + PCl 5→CH 3CH 2COCl

Litij tetrahidridoaluminat će smanjiti karboksilnu kiselinu u alkohol.

Zato je D:

A i D, koji su kiselina i alkohol, će ragovati da formiraju ester u prisustvu

concentrisane kiseline. Zato je E:

c) U pripremi aspirina iz 2-hidroksibenzenkarboksilne kiseline,

C 6 H 4(OH)COOH 30.00 g čistog aspirina, C 6 H 4(OCOCH 3 )COOH , je

dobiveno iz 45.00 g 2-hidroksibenzenkarboksilne kiseline. Izračunajte

postotak materije u ovoj pripremi.

Molekularna [(7x12)+(3x16)+(6x1)] [(9x12)+(4x16)+(8x1)]

masa = 138 g mol-1 = 180 g mol-1

1 mol 2-hidroksibezoik (salicil) kiseline pravi 1 mol aspirina. %materije138 g 2-hidroksibezoik (salicil) kiseline pravi 180 g aspirina.

45 g 2-hidroksibezoik (salicil) kiseline pravi 58.7 g aspirina.

Documents

Skripta Organska hemija - osnove i pitanja