Περίληψη Κεφαλαίου 2 Οργανικά µόρια: πολικούς οµοιοπολικούς δεσµούς λόγω ασύµµετρης κατανοµής e - (διαφορετική ηλεκτροαρνητικότητας ατόµων) Κάποιες ενώσεις υποδηλώνονται µε δοµές συντονισµού οι οποίες διαφέρουν µεταξύ τους ως προς τη θέση των ηλεκτρονίων Οξύ κατά Brønsted( Lowry): προσφέρει ένα πρωτόνιο Βάση κατά Brønsted( Lowry): δέχεται ένα πρωτόνιο Ισχύς ενός οξέος Brønsted εκφράζεται µε τον αρνητικό λογάριθµο της σταθεράς οξύτητας pk a. Ασθενή οξέα έχουν υψηλές τιµές pk a Οξύ κατά Lewis: ένωση που δέχεται ζεύγος e - Βάση κατά Lewis: ένωση που µπορεί να δώσει µονήρες ζεύγος e -
Οργανική Χηµεία Κεφάλαιο 3: Φύση οργανικών ενώσεων Αλκάνια και κυκλοαλκάνια
1. Οικογένειες οργανικών µορίων Οργανικές ενώσεις µπορούν να ταξινοµηθούν σε οµόλογες σειρές βάσει κοινών δοµικών χαρακτηριστικών Σκοπός αυτού του µαθήµατος είναι η µελέτη των ιδιοτήτων αυτών των οµόλογων σειρών Σε αυτό το κεφάλαιο θα εξετάσουµε τα αλκάνια, οργανικές ενώσεις που περιέχουν µόνο άτοµα άνθρακα και υδρογόνου ενωµένα µε απλό δεσµό
2. Λειτουργικές οµάδες (functional groups) Ταξινόµηση βάσει λειτουργικών οµάδων Λειτουργικές οµάδες = άτοµο ή σύνολο ατόµων που βρίσκονται σε µεγαλύτερο µόριο και εµφανίζουν χαρακτηριστική χηµική συµπεριφορά Η χηµική συµπεριφορά µίας λειτουργικής οµάδας είναι ίδια σε κάθε µόριο του οποίου αποτελεί τµήµα
3. Λειτουργικές οµάδες µε πολλαπλούς δεσµούς C-C: Αλκένια, αλκύνια και αρένια
4. C απλός δεσµό µε πιό ηλεκτροαρνητικό άτοµο Αλκυλαλογονίδια: C συνδέεται µε αλογόνο (C-X) Αλκοόλες: C συνδέεται µε O υδροξυλοµάδας (C-OH) Αιθέρες: Δύο C συνδέονται µε το ίδιο άτοµο O (C-O-C) Αµίνες: C συνδέεται µε N (C-N) Θειόλες: C συνδέεται µε την οµάδα SH (C-SH) Σουλφίδια: Δύο C συνδεδεµένοι µε το ίδιο S (C-S-C) Παραπάνω δεσµοί: πολικοί µε (d+) στον C και (d-) στο ηλεκτροαρνητικό άτοµο
5. Λειτουργικές οµάδες µε διπλό δεσµό C-O (καρβονυλοµάδες) Αλδεΰδες: ένα υδρογόνο (Η) συνδεδεµένο µε το C=O Κετόνες: άνθρακας (C) συνδεδεµένος µε το C=O Καρβοξυλικά οξέα: -OH συνδεδεµένο µε το C=O Εστέρες: οξυγόνο αιθερικού τύπου (C-O-) συνδεδεµένο µε C=O Αµίδια: άτοµο αξώτου (R 2 N-) συνδεδεµένο µε C=O Καρβονυλικός C έχει µερικό θετικό φορτίο (d+) Καρβονυλικό O έχει µερικό αρνητικό φορτίο (d-)
6. Αλκάνια Ενώσεις µε απλούς δεσµούς C-C και δεσµούς µόνο C-H Γενικός µοριακός τύπος: C v H 2v+2, όπου ν=ακέραιος αριθµός Ονοµάζονται και κορεσµένοι υδρογονάνθρακες (δεν µπορεί να προστεθεί κανένα άλλο άτοµο) ή αλειφατικές ενώσεις (άλειφαρ=λίπος)
7. Αλκάνια και ισοµερή αλκανίων CH 4 = µεθάνιο, C 2 H 6 = αιθάνιο, C 3 H 8 = προπάνιο Ο µοριακός τύπος αλκανίων µε παραπάνω από 3 άνθρακες µπορεί να γραφτεί µε παραπάνω από έναν τρόπους C 4 (βουτάνιο) = βουτάνιο και ισοβουτάνιο C 5 (πεντάνιο) = πεντάνιο, 2-µέθυλοβουτάνιο, and 2,2- διµέθυλοπροπάνιο Αλκάνια µε C που είναι ενωµένοι στη σειρά ονοµάζονται αλκάνια ευθείας αλυσίδας ή κανονικά (n) Αλκάνια όπου οι αλυσίδες του C διακλαδίζονται ονοµάζονται αλκάνια διακλαδισµένης αλυσίδας
8. Συντακτικά ισοµερή (constitutional isomers) Ενώσεις (όχι µόνο αλκανίων) που διαφέρουν στον τρόπο που τα άτοµά τους είναι συνδεδεµένα Για να είναι ισοµερή πρέπει να έχουν τον ίδιο µοριακό τύπο
9. Συµπυκνωµένες δοµές αλκανίων Μπορούµε να αναπαραστήσουµε ένα αλκάνιο µε συµπυκνωµένη ή ανεπτυγµένη µορφή Η συµπυκνωµένη µορφή δε δείχνει τους δεσµούς αλλά απλά παραθέτει τα άτοµα, όπως π.χ. CH 3 CH 2 CH 3 (προπάνιο) CH 3 C(CH 2 ) 2 CH 3 (2,2-διµεθυλπροπάνιο)
10. Ονοµατολογία µικρών αλκανίων No. of C Formula Name (C n H 2n+2 ) 1 Methane CH 4 2 Ethane C 2 H 6 3 Propane C 3 H 8 4 Butane C 4 H 10 5 Pentane C 5 H 12 6 Hexane C 6 H 14 7 Heptane C 7 H 16 8 Octane C 8 H 18 9 Nonane C 9 H 20 10 Decane C 10 H 22
11. Αλκυλοµάδες (alkyl- groups) Αλκυλοµάδες σχηµατίζονται µετά από απόσπαση ενός H από ένα αλκάνιο Αναπαράσταση αλκυλοµάδων µε γράµµα R Ονοµατολογία: αντικατάσταση κατάληξης -ανιο του αλκανίου µε κατάληξη -υλο -CH 3 είναι µέθυλο (από το µεθάνιο) -CH 2 CH 3 είναι αίθυλο (από το αιθάνιο) κλπ n-r: απόσπαση υδρογόνου από τελικό άνθρακα ευθείας αλυσίδας Διακλαδισµένα-R: απόσπαση υδρογόνου από εσωτερικό άνθρακα
12. Αλκυλοµάδες από ευθεία και διακλαδισµένη αλυσίδα
13. Χαρακτηρισµός C βάσει αλκυλο-υποκατάστασης Βάσει του βαθµού άλκυλο-υποκατάστασης, ένας C µπορεί να είναι: Πρωτοταγής (σύνδεση µε µία αλκυλοµάδα) Δευτεροταγής (σύνδεση µε δύο αλκυλοµάδες) Τριτοταγής (σύνδεση µε τρεις αλκυλοµάδες)
14. Ονοµατολογία αλκανίων κατά IUPAC Πρόθεµα - Κύριο µέρος - Κατάληξη Σε ποια θέση βρίσκονται οι υποκαταστάτες; Πόσα άτοµα C; Σε ποια οµόλογη σειρά ανήκει;
15. Κανόνες ονοµατολογίας αλκανίων 1. Βρίσκουµε την κύρια αλυσίδα του αλκανίου α) µεγαλύτερη συνεχόµενη C-αλυσίδα στο µόριο β)αν υπάρχουν 2 µε τον ίδιο αριθµό ατόµων C, αυτή µε το µεγαλύτερο αριθµό διακλαδώσεων 2. Αριθµούµε τα άτοµα της κύριας οµάδας α) από το άκρο που βρίσκεται πιο κοντά στην πρώτη διακλάδωση β) αν υπάρχουν 2 διακλαδώσει σε ίσες αποστάσεις από τα άκρα, από τον C που βρίσκεται πιο κοντά στη 2 η διακλάδωση 3. Προσδιορίζουµε και αριθµούµε τους υποκαταστάτες (α) ανάλογα µε την αρίθµηση του C της κύριας αλυσίδας (β) αν υπάρχουν 2 υποκαταστάτες στο ίδιο άτοµο C, δίνουµε και στους 2 την ίδια αρίθµηση 4. Χρησιµοποιούµε ( ) για να χωρίσουµε τα προθέµατα και (, ) για τους αριθµούς. Αν υπάρχουν 2 ή περισσότεροι υποκαταστάτες τους τοποθετούµε αλφαβητικά. Αν υπάρχουν 2 ή περισσότεροι όµοιοι υποκαταστάτες χρησιµοποιούµε προθέµατα δι-, τρι-, τετρα-.
16. Ιδιότητες αλκανίων Ονοµάζονται παραφίνες (=µόρια χαµηλής συγγένειας) διότι δεν αντιδρούν όσο τα άλλα µόρια Αντιδρούν µε το Ο 2 για να δώσουν CO 2 και Η 2 Ο, ενώ εκλύεται µεγάλη ποσότητα θερµότητας Αντιδρούν µε Cl 2 παρουσία υπεριώδους ακτινοβολίας όπου λαµβάνει διαδοχική υποκατάσταση των Η του αλκανίου από άτοµα Cl και προκύπτει µίγµα χλωριωµένων προϊόντων
17. Φυσικές ιδιότητες Σηµείο ζέσης και τήξης αυξάνεται καθώς αυξάνεται το µέγεθος του αλκανίου (Μοριακό βάρος) Ασθενείς δυνάµεις µεταξύ των µορίων (προσωρινή διπολική ροπή, van der Waals)
18. Κυκλοαλκάνια-Αλεικυκλικές ενώσεις Αλκάνια που περιέχουν άτοµα C που σχηµατίζουν δακτύλιο Λόγω των ¾CH 2 ¾ µονάδων, αντιστοιχούν στο γενικό µοριακό τύπο (CH 2 ) n, ή C n H 2n Οι σκελετικές τους δοµές αναπαρίστανται από πολύγωνα κυκλοβουτάνιο κυκλοπραπάνιο κυκλοπεντάνιο κυκλοεξάνιο
19. Παράδειγµα κυκλοαλκανίων Αλεικυκλικές ενώσεις αφθονούν στη φύση Παραδείγµατα: προσταγλανδίνες (κυκλοπεντάνιο), στεροειδή (κυκλοεξάνιο και κυκλοπεντάνιο)
20. Ιδιότητες κυκλοαλκανίων Σηµείο τήξης επηρεάζεται από το σχήµα και τον τρόπο που τα µόρια προσανατολίζονται στους κρυστάλλους και για αυτό το λόγο δε µεταβάλλεται οµοιόµορφα
21. Ονοµατολογία κυκλοαλκανίων 1. Σε υποκαταστηµένα κυκλοαλκάνια, αν: α) C δακτυλίου >C υποκαταστάτη : άλκυλο-υποκατεστηµένο κυκλοαλκάνιο, β) C δακτυλίου <C υποκαταστάτη : κύκλοαλκυλο υποκατεστηµένο αλκάνιο 2. Αλκυλο υποκατεστηµένα κυκλοαλκάνια αριθµούµε το δακτύλιο ώστε να έχουµε το µικρότερο άθροισµα της θέση υποκαταστατών α) αριθµούµε τους υποκαταστάτες αλφαβητικά β) τα αλογόνα τα αριθµούµε όπως και τις αλκυλοµάδες
22. Cis-Trans ισοµέρεια στα κυκλοαλκάνια Περιστροφή γύρω από απλούς δεσµούς C-C στα κυκλοαλκάνια παρεµποδίζεται από την ύπαρξη του δακτυλίου (γεωµετρικοί περιορισµοί) Ύπαρξη άνω και κάτω δοµής έχει σαν αποτέλεσµα την ύπαρξη ισοµέρειας στα υποκατεστηµένα κυκλοαλκάνια Υπάρχουν δύο ισοµερή του 1,2-διµέθυλοκυκλοπροπανίου, ένα µε τα δύο µεθύλια στην ίδια πλευρά του δακτυλίου (cis) και ένα µε τα µεθύλια εκατέρωθεν του δακτυλίου (trans)
23. Στερεοϊσοµέρεια Ενώσεις των οποίων τα άτοµα συνδέονται µε την ίδια σειρά, αλλά έχουν διαφορετική διευθέτηση στο χώρο Οι όροι cis και trans χρησιµοποιούνται για να καθορίσουν στερεοϊσοµερείς δοµές µορίων που περιλαµβάνουν δακτύλιους (Συντακτικά ισοµερή: ενώσεις των οποίων τα άτοµα είναι συνδεδεµένα µε διαφορετικό τρόπο)