izomerie reakce organických sloučenin názvosloví organické chemie
DESCRIPTION
Izomerie Reakce organických sloučenin Názvosloví organické chemie. Tomáš Hauer 2.LF UK. Izomerie. Izomerie. izomerní sloučeniny stejný sumární vzorec, různá struktura prostorové uspořádání = izomery různé fyzikální nebo chem. vlastnosti. I. Konstituční (strukturní) izomerie. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Izomerie
• izomerní sloučeniny– stejný sumární vzorec, různá• struktura• prostorové uspořádání
• = izomery
• různé fyzikální nebo chem. vlastnosti
I. Konstituční (strukturní) izomerie
• izomery se stejnými sumárními vzorci a odlišnými strukturními vzorci
– liší se svou konstitucí (skladbou)• pořadím atomů• druhem vazeb
Ia. Řetězcová izomerie
• izomery se liší uspořádáním řetězce, ale patří ke stejné homologické řadě
butan x 2-methylpropan
pentan x 2-methylbutan x 2,2 -dimethylpropan
hexan x 2-methylpentan x 3-methylpentan x 2,2-dimethylbutan x 2,3-dimethylbutan
2,3-dichlorbutan x 2,2-dichlorbutan
1,2-dichlorcyklohexan x 1,4-dichlorcyklohexan
but-1-en x but-2-en
penta-1,4-dien x penta-1,3-dien
I.c skupinová (funkční) izomerie
• liší se typem funkční skupiny, patří tedy k jiným homologickým řadám.– velmi rozdílné chemické i fyzikální vlastnosti
Id. Tautomerie
• tautomery se liší polohou vodíku a typem a polohou dvojné vazby
• uhlíkový řetězec stejný• obě formy v dynamické rovnováze– dle podmínek se mohou navzájem přesmykovat
– tedy:• stejný empirický a molekulový vzorec, různý strukturní
a racionální vzorec
II. Konfigurační izomerie (stereoizomerie)
• liší se pouze prostorovým uspořádáním atomů nebo skupin atomů– mají různý geometrický vzorec
IIa. Geometrická izomerie (cis, trans)
• liší se konfigurací subtituentů na dvojné vazbě nebo cyklu
– různé chemické i fyzikální vlastnosti– tato izomerie se vyskytuje u:
• některé sloučeniny s dvojnou vazbou• substituované nebo rozvětvené cykloalkany
IIa. Geometrická izomerie (cis, trans)
• cis izomer– substituenty jsou na stejné straně dvojné vazby
nebo roviny kruhu
• trans izomer– substituenty leží na opačných stranách dvojné
vazby nebo roviny kruhu
IIb. Optická izomerie (chiralita)• některé org. sloučeniny
– schopnost otáčet polarizované světlo
• = optická aktivita = opticky aktivní sloučeniny• u molekul, které nemají rovinu, ani střed symetrie
– většina opticky aktivních látek obsahuje min. jeden asymetrický uhlíkový atom• chirální uhlík, chirální centrum
• je to uhlík vážící 4 různé substituenty – označujeme ho C*
IIb. Optická izomerie (chiralita)
• tyto 2 formy – zrcadlové obrazy– nelze je tedy ztotožnit ani otáčením v prostoru– je mezi nimi chirální vztah, jako mezi pravou a levou
rukou– nazýváme je enantiomery nebo také optické antipody– mají stejné fyz. i chem. vlastnosti
• liší se ve své optické aktivitě• mohou se drobně lišit v biochemických reakcích
IIb. Optická izomerie (chiralita)
• enantiomery otáčejí rovinu polarizovaného světla o stejný úhel, ale opačným směrem
• otáčivost zjišťujeme v polarimetru• určujeme směr a velikost úhlu otáčení
IIb. Optická izomerie (chiralita)
• Racemát– směs dvou optických antipodů– stejná koncentrace– opticky inaktivní
• vzájemné vyrušení optických účinků
– Vyjádření konfigurace na asymetrickém uhlíku• označení D- a L-• tato označení nesouvisí se směrem otáčení roviny
polarizovaného světla!!!!!!• Označení D(+), D(-), L(+), L(-)
IIb. Optická izomerie (chiralita)• Pro znázornění D- a L- forem – klasická Fischerova projekce
– pravidla:• uhlík č. 1 je nahoře• vertikální vazby daného C* směřují dozadu• horizontální vazby daného C* směřují dopředu
• D- (dexter) – funkční skupina napravo• L- (laevus) – funkční skupina nalevo
IIb. Optická izomerie (chiralita)
• je li v molekule víc chirálních uhlíků– formu určujeme dle konfigurace na posledním chirálním uhlíku– optické antipody – běžně v biochemii
• živ. org.:– pouze L- aminokyseliny– pouze D- cukry
– enzymy umí rozlišit enantiomery
III. Konformace
• různá prostorová uspořádání molekul stejné sloučeniny– KONFORMERY– vznikají rotací jednotlivých částí molekuly kolem
jednoduchých vazeb
• Konformery– rozdílná potenciální energie– čím jsou nevazebné interakce v molekule slabší, tím jsou
stabilnější (vzdálenost atomů)– konformer s nejnižší potenciální energií = nejstabilnější
III. Konformace• mezi konformery se ustavuje rovnováha• při určité teplotě převažuje ten, který je za daných
podmínek nejstálejší• příklad –cykloalkany:– vyskytují se v několika konformacích– energeticky nejchudší = nejstálejší:
• židličková konformace– energeticky nejbohatší = rel. nejméně stálá:
• vaničková konformace
• ergo--- čím vyšší teplota, tím vyšší zastoupení vaničkové konformace ve směsi
Substituce
• nahrazení jednoho nebo více atomů nebo skupin vázaných na uhlík jinými
• hybridizace ani násobnost vazby se nemění
Adice
• vazba dalších atomů na násobné vazby– spojení dvou částic v jednu
– pozor!!!• násobnost vazeb klesá
• co se děje s hybridizací atomu uhlíku??
ZVYŠUJE SE, PROČ?
KLESÁ POČET VAZEB PÍ
Eliminace
• odštěpení „jednodušší“ látky z molekuly• je to opak adice– násobnost vazby roste– hybridizace atomu uhlíku se snižuje
Kondenzace• spojení dvou molekul při odštěpení jednoduché
sloučeniny (př. voda)• častá je kondenzace mnoha molekul– vznik makromolekulárních látek
• kondenzace aminokyselin – vznik peptidů a bílkovin
• kondenzace monosacharidů– oligosacharidy, polysacharidy
Oxidačně-redukční reakce
• Oxidace???• Redukce???
• Oxidace v org. chemii:– látka přijímá kyslík (oxidace oxidačními činidly)
• KMnO4, HNO3, peroxidy, K2Cr2O7
– látka ztrácí vodík (dehydrogenace ze dvou sousedních atomů uhlíku…Zajcevovo pravidlo)
– Redukce v org. chemii:• látka ztrácí kyslík• přijímá vodík (hydrogenace)
ztráta elektronů
příjem elektronů
Homolytické reakce – radikálové reakce (nepolární a málo polární vazby)
• kovalentní vazba se štěpí symetricky• každý vazebný partner si z vazby ponechá jeden
nepárový elektron a přechodně vznikají radikály– vysoce reaktivní částice s nepárovým elektronem
• aby vznikl radikál, je třeba dodat vysoké množství energie na rozštěpení vazby• reaktivnost radikálů tedy spočívá v jejich vysoké energii
Heterolytické reakce – iontové reakce (polární vazby)
• kovalentní vazbase štěpí nesymetricky a vznikají ionty– elektronegativnější atom si ponechá celý elektronový pár
• anion
– elektropozitivnější atom postrádá jeden elektron• kation
Iontová (heterolytická) činidla• Nukleofilní činidla
– částice s volným elektronovým párem (anionty nebo neutrální molekuly)
– jsou donory elektronů– napadají v molekulách místa s nedostatkem elektronů
• Elektrofilní činidla– částice s nedostatkem elektronů, obvykle kationty– akceptory elektronů– napadají v molekulách místa s nadbytkem elektronů
Polarita a polarizovatelnost vazeb
• Polarita– logicky závisí na rozdílu elektronegativit vázaných atomů– je li rozdíl těchto EN větší než 0,4 a menší než 1,7, je vazba polární a
na atomech vznikají parciální náboje + a –
• Polarizovatelnost– schopnost vazby být polarizována– přiblíží li se k molekule s původně nepolární vazbou el. nabitá částice,
dojde k posunu vazebných el. a v molekule vznikne elektrický dipól– vazba se polarizuje
Polarita a polarizovatelnost vazeb
• po opětovném vzdálení elektricky nabité částice– elektrony se vrací do původní polohy• polarizace vazby zanikne
– polarizovatelnost vazby• dynamický děj
– polarita vazby• statický děj
Indukční efekt
• je vyvolán substituenty, které mají EN odlišnou od uhlíku– substituent vyvolává posun sigma elektronů a tím i polarizaci
sousedních vazeb sigma– efekt se projevuje na1., 2. i 3. atomu uhlíku od místa polarizované
vazby
Mezomerní efekt
• uvedené vzorce, lišící se pouze polohou pí elektronů = mezomerní nebo rezonanční struktury– nevyjadřují skutečnou strukturu sloučeniny, ale dva
extrémy• skutečná struktura leží uprostřed
• čím více rezonančních struktur lze pro danou molekulu napsat, tím je stabilnější