ΒΑΣΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ

1 ΒΑΣΙΚΕΣ ΓΝΩΣΕΙΣ ΟΡΓΑΝΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ( από τη Β / λυκείου) - Κορεσμένες ενώσεις : είναι οι οργανικές ενώσεις που περιέχουν μόνο απλούς δεσμούς μεταξύ ατόμων άνθρακα. Π.χ. CH 3 -CH=O - Ακόρεστες ενώσεις : είναι οι οργανικές ενώσεις που περιέχουν τουλάχιστον ένα διπλό ή τριπλό δεσμό μεταξύ ατόμων άνθρακα. Π.χ. CH 3 -CH=CH 2 - Οι οργανικές ενώσεις μπορεί να αποτελούνται μόνο από άτομα C και Η (υδρογονάνθρακες) ή να περιέχουν και κάποια χαρακτηριστική ομάδα. -Χαρακτηριστική ομάδα: ονομάζεται ένα άτομο ή μια ομάδα ατόμων στην οποία οφείλονται οι περισσότερες ιδιότητες της ένωσης στην οποία ανήκει.

2 Ομόλογη σειρά: ονομάζεται ένα σύνολο οργανικών ενώσεων που έχουν: i) Ίδιο είδος ατόμων ii) Ίδιο είδος χημικών δεσμών iii) Ίδια χαρακτηριστική ομάδα iv) Η προηγούμενη από την επόμενη διαφέρουν κατά μία μεθυλενομάδα (-CH 2 -) v) Έχουν κοινές μεθόδους παρασκευής vi) Έχουν παρόμοιες χημικές ιδιότητες και ανάλογες φυσικές ιδιότητες. Π.χ. CH 3 -OH CH 3 -CH 2 -OH CH 3 -CH 2 -CH 2 -OH ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΟΜΟΛΟΓΕΣ ΣΕΙΡΕΣ 1) Αλκάνια (ή παραφίνες): είναι οι κορεσμένοι υδρογονάνθρακες Γενικός μοριακός τύπος: C v H 2v+2 v 1 Συμβολισμός: R-H και R-R / π.χ. CH 3 -CH 3 όπου R- είναι αλκύλιο: δηλαδή ρίζα που προκύπτει όταν από το μόριο ενός αλκανίου αποσπαστεί ένα άτομο Η. (Γενικός μοριακός τύπος: C v H 2v+1 - v 1) 2) Αλκένια (ή ολεφίνες): είναι οι υδρογονάνθρακες με ένα διπλό δεσμό στο μόριό τους Γενικός μοριακός τύπος: C v H 2v v 2 Συμβολισμός: R-CH=CH-R / π.χ. CH 2 =CH 2 3) Αλκίνια: είναι οι υδρογονάνθρακες με ένα τριπλό δεσμό στο μόριό τους. Γενικός μοριακός τύπος: C v H 2v-2 v 2 Συμβολισμός: R-C C-R / π.χ. CH C-CH 3 4) Αλκαδιένια: είναι οι υδρογονάνθρακες με δύο διπλούς δεσμούς στο μόριό τους. Γενικός μοριακός τύπος: C v H 2v-2 v 3 Συμβολισμός: R-CΗ=CΗ-CH=CH-R / π.χ. CH 2 =CH-CH=CH-CH 3 5) Κορεσμένες μονοσθενείς αλκοόλες: είναι οι κορεσμένες ενώσεις που περιέχουν ένα υδροξύλιο (-ΟΗ) στο μόριό τους. Γενικός μοριακός τύπος: C v H 2v+1 ΟΗ ή C v H 2v+2 O v 1 Συμβολισμός: R-OH π.χ. CH 3 -CH 2 -OH 6) Κορεσμένοι μονοαιθέρες: είναι οι κορεσμένες ενώσεις που περιέχουν μία αιθερομάδα (-C-O- C-) στο μόριό τους. Γενικός μοριακός τύπος: C v H 2v+2 O v 2 Συμβολισμός: R-O-R / π.χ. CH 3 -O-CH 3

3 7) Κορεσμένες μονοκαρβονυλικές αλδεϋδες: είναι οι κορεσμένες ενώσεις που περιέχουν μία αλδεϋδομάδα (-CH=O) στο μόριό τους. Γενικός μοριακός τύπος: C v H 2v O v 1 Συμβολισμός: R-CH=O π.χ. CH 3 -CH=O 8) Κορεσμένες μονοκαρβονυλικές κετόνες: είναι οι κορεσμένες ενώσεις που O περιέχουν μία κετονομάδα װ ( -C-C -C-) στο μόριό τους. Γενικός μοριακός τύπος: C v H 2v O v 3 Συμβολισμός: R- C -R / װ O π.χ. CH 3 -C-CH 3 װ O 9) Κορεσμένα μονοκαρβοξυλικά οξέα: είναι οι κορεσμένες ενώσεις που περιέχουν ένα καρβοξύλιο (-COΟΗ) στο μόριό τους. Γενικός μοριακός τύπος: C v H 2v Ο 2 v 1 Συμβολισμός: R-COOH π.χ. CH 3 -CH 2 -COOH 10) Κορεσμένοι μονοεστέρες: είναι οι κορεσμένες ενώσεις που περιέχουν μία εστερομάδα (-COΟ-C-) στο μόριό τους. Γενικός μοριακός τύπος: C v H 2v Ο 2 v 2 Συμβολισμός: R-COO-R / π.χ. CH 3 -CH 2 -COO-CH 3 11) Κορεσμένα νιτρίλια: είναι οι κορεσμένες ενώσεις που περιέχουν μία κυανοομάδα (-CN) στο μόριό τους. Γενικός μοριακός τύπος: C v H 2v+1 CN v 1 Συμβολισμός: R-CN π.χ. CH 3 -CH 2 -CN 12) Κορεσμένες μονοσθενείς αμίνες ( πρωτοταγείς): είναι οι κορεσμένες ενώσεις που περιέχουν μία αμινομάδα (-NH 2 ) στο μόριό τους. Γενικός μοριακός τύπος: C v H 2v+1 NH 2 v 1 Συμβολισμός: R-NH 2 π.χ. CH 3 -CH 2 -NΗ 2 13) Αλκυλαλογονίδια: είναι οι κορεσμένες ενώσεις που περιέχουν ένα άτομο αλογόνου (X: Cl, Br, I, F) στο μόριό τους. Γενικός μοριακός τύπος: C v H 2v+1 X v 1 Συμβολισμός: R-X π.χ. CH 3 -CH 2 -Br 14) Νιτροαλκάνια ή νιτροπαραφίνες : είναι οι κορεσμένες ενώσεις που περιέχουν μία νιτροομάδα (-NΟ 2 ) στο μόριό τους. Γενικός μοριακός τύπος: C v H 2v+1 NΟ 2 v 1 Συμβολισμός: R-NΟ 2 π.χ. CH 3 -CH 2 -NΟ 2

4 ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΟΜΟΛΟΓΕΣ ΣΕΙΡΕΣ Κορεσμένα μονοκαρβοξυλικά οξέα μονοκαρβοξυλικών

5 ΓΕΝΙΚΟΣ ΤΡΟΠΟΣ ΟΝΟΜΑΣΙΑΣ ΑΚΥΚΛΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ 1. Εντοπίζεται η κύρια ομάδα της ένωσης. (Η σειρά προτεραιότητας των ομάδων αναγράφεται στον πίνακα 1) 2. Επιλέγεται η κύρια ανθρακική αλυσίδα: είναι η μεγαλύτερη αλυσίδα που περιλαμβάνει την κύρια ομάδα και που περιέχει όσο το δυνατόν περισσότερες χαρακτηριστικές ομάδες και πολλαπλούς δεσμούς. 3. Αριθμούνται τα άτομα C της αλυσίδας, αρχίζοντας από την άκρη εκείνη που βρίσκεται πιο κοντά στην χαρακτηριστική ομάδα. Π.χ. 4 3 2 1 CH 3 -CH-CH=CH-COOH 5 CH 2 6 CH 3 -Αν δεν υπάρχει χαρακτηριστική ομάδα διαλέγουμε την άκρη που βρίσκεται πιο κοντά στον πολλαπλό δεσμό. Π.χ. 1 2 3 4 5 CH 2 =CH - CH 2 CH CH 3 CH 3 -Αν δεν υπάρχει πολλαπλός δεσμός διαλέγουμε εκείνη την άκρη έτσι ώστε οι αριθμοί που δίνονται στις διακλαδώσεις να είναι όσο το δυνατό μικρότεροι. CH 3 Π.χ. 1 2 3 4 5 CH 3 -CH - CH 2 CH CH 3 CH 3 CH 3 -Αν υπάρχουν διπλός και τριπλός δεσμός η αρίθμηση γίνεται έτσι ώστε οι δεσμοί να δηλωθούν με τους μικρότερους δυνατούς αριθμούς. -Αν υπάρχουν διπλός και τριπλός δεσμός που ισαπέχουν από τα άκρα προτεραιότητα στην αρίθμηση έχει ο διπλός δεσμός. 4. Πριν το όνομα της κύριας ανθρακικής αλυσίδας γράφονται οι διάφοροι υποκαταστάτες (αλκύλια ή δευτερεύουσες χαρακτηριστικές ομάδες). Η θέση των υποκαταστατών δηλώνεται με τον αριθμό του ατόμου C με τον οποίο είναι ενωμένοι και ο αριθμός αυτός προηγείται της ονομασίας του υποκαταστάτη. -Οι υποκαταστάτες γράφονται με αλφαβητική σειρά. -Όταν ένας υποκαταστάτης υπάρχει περισσότερες από μία φορά, προτάσσεται του ονόματος του το κατάλληλο αριθμητικό: δι-, τρι-, τετρα-, κ.λ.π., ενώ οι αριθμοί που δηλώνουν τις θέσεις τους γράφονται όλοι μαζί.

6 5. Ονομάζουμε την κύρια ανθρακική αλυσίδα. Το όνομα της κύριας ανθρακικής αλυσίδας αποτελείτε από τρία συνθετικά: 1 0 Συνθετικό 2 0 Συνθετικό 3 0 Συνθετικό (αριθμός ατόμων C) (βαθμός κορεσμού της ένωσης) (χαρακτηριστική ομάδα) 1C Μεθ- κορεσμένη ένωση: -αν- Υδρογονάνθρακας:-ιο 2C Αιθ- ακόρεστη με 1δ.δ.: -εν- -OH -ολη 3C Προπ- ακόρεστη με 1τ.δ.: -ιν- -CHO -αλη 4C Βουτ- ακόρεστη με 2δ..δ: -διεν- -C-CO- C- -ονη 5C Πεντ- ακόρεστη με 1δ.δ. 6C Εξ- και 1τ.δ. : -ενιν- -COOH -ικο οξύ 7C Επτ- -CN -νιτριλιο 8C Οκτ- 6. Η θέση της χαρακτηριστικής ομάδας ή του πολλαπλού δεσμού καθορίζεται με ένα αριθμό που γράφεται στην αρχή του ονόματος της κύριας ανθρακικής αλυσίδας και δηλώνει τον αριθμό του ατόμου C της χαρακτηριστικής ομάδας ή τον αριθμό του πρώτου ατόμου C του πολλαπλού δεσμού. -Αν η ένωση έχει χαρακτηριστική ομάδα και πολλαπλό δεσμό, τότε η θέση τους δηλώνεται με αριθμούς που μπαίνουν για τον πολλαπλό δεσμό στην αρχή του ονόματος της κύριας ανθρακικής αλυσίδας και για την χαρακτηριστική ομάδα πριν από το συνθετικό που τη δηλώνει. Π.χ. 5 4 3 2 1 CH 2 =CH - CH 2 CH CH 2 -ΟΗ CH 3 (2-μεθυλο-4-πεντεν-1-ολη) -Αν η ένωση έχει διπλό και τριπλό δεσμό αρχικά πριν το κύριο όνομα δηλώνεται ο διπλός δεσμός ενώ ο τριπλός πριν τη χαρακτηριστική συλλαβή. Π.χ. 1 2 3 4 5 6 7 8 CH 3 -CH=CH-C C-CH 2 -CH 2 -CH 3 (2-οκτεν-4-ινιο) 7. Αν μία ένωση περιέχει περισσότερες από μία χαρακτηριστικές ομάδες, οι δευτερεύουσες ομάδες δηλώνονται με κατάλληλα προθέματα (που αναφέρονται στον πίνακα 1) ως υποκαταστάτες. Π.χ. 4 3 2 1 CH 3 -CH - CH 2 CΟΟΗ ΟΗ (3-υδροξυ-βουτανικό οξύ) 8. Αν υπάρχουν δύο ή περισσότερες ίδιες χαρακτηριστικές ομάδες πριν τη χαρακτηριστική συλλαβή γράφουμε το κατάλληλο αριθμητικό. Π.χ. 2 υδροξύλια: -διολη 2 καρβοξύλια: -διϊκο οξύ Π.χ. 4 3 2 1 CH 3 -CH - CH 2 CH 2 -OH ΟΗ (1,3-βουτανοδιόλη)

7 ΠΙΝΑΚΑΣ 1. Τάξη Ομάδα Πρόθεμα Κατάληξη 1) Καρβοξυλικά οξέα -COOH Καρβόξυ- -ικο οξύ 2) Κυάνιο -CN Κύανο- -νιτριλιο 3) Αλδεύδες -CHO Αλδεϋδο- -αλη 4)Κετόνες -C-CO-C- Κέτο- ή όξο- -ονη 5)Αλκοόλες -OH Υδρόξυ- -ολη ΑΛΚΥΛΙΑ (R-, C ν Η 2ν+1 -) 1) Μεθύλιο: CH 3-2) Αιθύλιο: CH 3 -CH 2 - ή C 2 H 5-3) Προπύλιο: CH 3 -CH 2 -CH 2 - ΠΙΝΑΚΑΣ 2. Ισοπροπύλιο: CH 3 -CH- CH 3 4) Βουτύλιο: CH 3 -CH 2 -CH 2 CH 2 - Δευτεροταγές βουτύλιο: CH 3 -CH 2 -CH- CH 3 Ισοβουτύλιο: CH 3 -CH-CH 2 - CH 3 CH 3 Τριτοταγές βουτύλιο: CH 3 -C- CH 3 Παρατηρήσεις: 1) Τα άτομα των αλογόνων αν και είναι χαρακτηριστικές ομάδες λαμβάνονται ως υποκαταστάτες και δηλώνονται με προθέματα: Το Cl: χλώρο-, το Br: βρώμο-, το I: ιωδο-, το F: φθορο- Επίσης όταν σε μία οργανική ένωση υπάρχει πολλαπλός δεσμός και άτομο αλογόνου προτεραιότητα ως προς την αρίθμηση έχει ο πολλαπλός δεσμός. 2) Οι αιθέρες ακολουθούν ιδιαίτερο τρόπο ονοματολογίας: Ένας αιθέρας R-O-R / ονομάζεται ως εξής: Γράφουμε το όνομα του αλκυλίου R και στη συνέχεια το όνομα του αλκυλίου R / με την κατάληξη αιθέρας. Π.χ. CH 3 -O-CH-CH 3 : μεθυλο-ισοπροπυλαιθέρας. CH 3 Αν ο αιθέρας είναι απλός (R-O-R) γράφουμε το πρόθεμα δι- το όνομα του αλκυλίου R και την κατάληξη αιθέρας. Π.χ. CH 3 - CH 2 -O-CH 2 -CH 3 : διαιθυλαιθέρας.

8 ΔΕΣΜΟΙ σ ΚΑΙ ΔΕΣΜΟΙ π - Δεσμοί σ και π δημιουργούνται από αμοιβαία επικάλυψη δύο ημισυμπληρωμένων ατομικών τροχιακών δύο ατόμων. - σ δεσμοί (Μοριακά τροχιακά σ) προκύπτουν με επικαλύψεις s-s, s-p και p-p ατομικών τροχιακών κατά τον άξονα που συνδέει τους πυρήνες των δύο συνδεόμενων ατόμων (γραμμική επικάλυψη). 1. Επικάλυψη ατομικών τροχιακών s-s : 2. Επικάλυψη ατομικών τροχιακών s-p, p-p:

9 3. Πλευρική επικάλυψη ατομικών τροχιακών p-p : - π δεσμοί (Μοριακά τροχιακά π) προκύπτουν με πλευρική επικάλυψη ατομικών τροχιακών (δηλαδή οι άξονες συμμετρίας των τροχιακών είναι κάθετοι στον άξονα που συνδέει τους πυρήνες των δύο συνδεόμενων ατόμων). Πλευρική επικάλυψη τροχιακών p-p : ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ : - Τα s ατομικά τροχιακά δεν συμμετέχουν σε π δεσμούς καθώς δεν είναι δυνατή η πλευρική τους επικάλυψη. - Ο δεσμός π δημιουργείται μόνο εφ όσον έχει προηγηθεί ο σχηματισμός ενός σ δεσμού. - Ο δεσμός σ είναι ισχυρότερος του π καθώς στην πρώτη περίπτωση επιτυγχάνεται μεγαλύτερη επικάλυψη τροχιακών. - Όταν γίνεται επικάλυψη δύο υβριδισμένων τροχιακών ή ενός υβριδισμένου και ενός ατομικού τροχιακού σχηματίζεται σ δεσμός.

10 ΥΒΡΙΔΙΣΜΈΝΑ ΤΡΟΧΙΑΚΑ - Υβριδισμένα τροχιακά είναι αυτά που προέρχονται από την συγχώνευση δύο ή περισσοτέρων ατομικών τροχιακών του ίδιου ατόμου. - Τα υβριδισμένα τροχιακά που προκύπτουν είναι ίσα σε πλήθος με τα ατομικά τροχιακά που συγχωνεύονται. ΕΙΔΗ ΥΒΡΙΔΙΣΜΕΝΩΝ ΤΡΟΧΙΑΚΩΝ ΠΟΥ ΕΜΦΑΝΙΖΟΝΤΑΙ ΣΤΟ ΑΤΟΜΟ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ 1. Υβριδισμός sp 3 : 1s 2s 2p x 2p y 2p z 6C _θεμελιώδης κατάσταση 1s 2s 2p x 2p y 2p z 6C προωθημένη κατάσταση 1s 2s 2p x 2p y 2p z 6C υβριδισμός sp 3 sp 3 Όταν το άτομο του άνθρακα εμφανίζει sp 3 υβριδισμό έχει τετραεδρική διάταξη : 2. Υβριδισμός sp 2 : 1s 2s 2p x 2p y 2p z 5B θεμελιώδης κατάσταση 1s 2s 2p x 2p y 2p z 5B _προωθημένη κατάσταση 1s 2s 2p x 2p y 2p z 5B _υβριδισμός sp 2 sp 2

11 Όταν το άτομο του άνθρακα εμφανίζει sp 2 υβριδισμό έχει επίπεδη τριγωνική διάταξη: 3. Υβριδισμός sp : 1s 2s 2p x 2p y 2p z 6C _ θεμελιώδης κατάσταση 1s 2s 2p x 2p y 2p z 6C προωθημένη κατάσταση 1s sp 2p y 2p z 6C τελική κατάσταση Όταν το άτομο του άνθρακα εμφανίζει sp υβριδισμό έχει ευθύγραμμη διάταξη :

12 1. Απλός δεσμός ( -C-C- ) : ΔΕΣΜΟΙ ΜΕΤΑΞΥ ΑΤΟΜΩΝ ΑΝΘΡΑΚΑ Ο απλός δεσμός είναι σ δεσμός. Όταν τα άτομα του άνθρακα ενώνονται με απλό δεσμό εμφανίζουν sp 3 υβριδισμό και επομένως τετραεδρική διάταξη. Παράδειγμα : σχηματισμός μορίου αιθανίου 2. Διπλός δεσμός ( >C=C<) : Ο διπλός δεσμός αποτελείται από ένα σ δεσμό και ένα π δεσμό. Όταν τα άτομα του άνθρακα ενώνονται με διπλό δεσμό εμφανίζουν sp 2 υβριδισμό και επομένως επίπεδη τριγωνική διάταξη. Παράδειγμα : σχηματισμός μορίου αιθενίου

13 3. Τριπλός δεσμός ( - C C- ) : Ο τριπλός δεσμός αποτελείται από ένα σ δεσμό και δύο π δεσμούς. Όταν τα άτομα του άνθρακα ενώνονται με τριπλό δεσμό εμφανίζουν sp υβριδισμό και επομένως επίπεδη γραμμική διάταξη. Παράδειγμα : σχηματισμός μορίου αιθινίου ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΕΙΣ : - Ο τριπλός δεσμός είναι ισχυρότερος του διπλού, ο οποίος είναι ισχυρότερος του απλού δεσμού. - Τα άτομα του άνθρακα που ενώνονται με διπλό δεσμό και ότι είναι απευθείας ενωμένο με αυτούς βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο. - Τα άτομα του άνθρακα που ενώνονται με τριπλό δεσμό και ότι είναι απευθείας ενωμένο με αυτούς βρίσκονται στην ίδια ευθεία (και άρα στο ίδιο επίπεδο)

14 ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΟΡΓΑΝΙΚΩΝ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΩΝ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟ ΕΙΔΟΣ ΤΗΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ 1. Αντιδράσεις προσθήκης. Ι) Προσθήκη στο διπλό δεσμό > C=C < RCH-CH 2 (Κανόνας Markovnikov) κύριο προϊόν RCH=CH 2 +A δ+ -Β δ- B A Παραδείγματα : RCH-CH 2 (προϊόν σε πολύ μικρή αναλογία) A B Pt ή Pd ή Ni Προσθήκη Η 2 : RCH=CH 2 + H 2 RCH 2 CH 3 Προσθήκη Αλογόνου (Χ 2 ) : RCH=CH 2 + Χ 2 RCHCH 2 Χ Χ Προσθήκη υδραλογόνου (Η δ+ - Χ δ- ) : CH 3 - CH=CH 2 + HΧ CH 3 -CH-CH 2 (Κανόνας Markovnikov) κύριο προϊόν Χ H Προσθήκη νερού (Η δ+ -ΟΗ δ- ) : CH 3 - CH=CH 2 + HΟΗ CH 3 -CH-CH 2 (Κανόνας Markovnikov) κύριο προϊόν OH H

15 ΙΙ) Προσθήκη στον τριπλό δεσμό - C C - (ισχύει ο κανόνας του Markownikov) B A + Α-Β Γενικά : R-C CH + A δ+ - Β δ- R-C=CH R-C-CH B A B A Cl H + HCl π.χ. : CH 3 -C CH + HCl CH 3 -C=CH CH 3 -C-CH Cl H Cl H Με την προσθήκη νερού παράγονται καρβονυλικές ενώσεις : H 2 SO 4 Γενικά : R-C CH + H δ+ - OH δ- R-C = CH R-C-CH 3 Hg/HgSO 4 װ OH H O (κετόνη) (ενόλη) Αν το αλκίνιο είναι το αιθίνιο (CH CH) σχηματίζεται η αιθανάλη (αλδεΰδη) ΙΙΙ) Προσθήκη στον διπλό δεσμό του καρβονυλίου (αλδεϋδών κετονών) > C = O δ+ δ- δ+ δ- Γενικό σχήμα : >C=O + Η Α >C - OH A Παραδείγματα αντιδράσεων προσθήκης στο καρβονύλιο : Α) Προσθήκη Η 2 (οδηγεί στο σχηματισμό αλκοολών). Η προσθήκη Η 2 σε αλδεΰδες οδηγεί στο σχηματισμό πρωτοταγών αλκοολών ενώ η προσθήκη Η 2 σε κετόνες οδηγεί στο σχηματισμό δευτεροταγών αλκοολών. R- CH = O + H 2 R- CH 2 - OH R / R / R- C = O + H 2 R- CH - OH

16 Β) Προσθήκη HCN (οδηγεί στο σχηματισμό κυανυδρινών). δ+ δ- δ+ δ- R-CH=O + H-CN R-CH-OH CN CN δ+ δ- δ+ δ- R-C =Ο + H-CN R-C-OH R / R / Παρατήρηση : Η όξινη υδρόλυση των κυανυδρινών με περίσσεια νερού οδηγεί στο σχηματισμό 2-υδροξυοξέων (α υδροξυοξέα). R-CH-CN + 2 H 2 O + H + R-CH-COOH + NH 4 OH OH (κυανυδρίνη) (α υδροξυοξύ) Γ) Προσθήκη αντιδραστηρίων Grignard (οδηγεί, μετά από υδρόλυση, στο σχηματισμό αλκοολών). Τα αντιδραστήρια Grignard (ή οργανομαγνησιακές ενώσεις) παρασκευάζονται με την αντίδραση μεταλλικού μαγνησίου με αλκυλαλογονίδια, σε αιθερικό διάλυμα : R X + Mg απόλυτος αιθέρας R-MgX Ο αιθέρας πρέπει να είναι άνυδρος διότι η παραμικρή ποσότητα νερού αντιδρά με το αντιδραστήριο Grignard προς το σχηματισμό αλκανίου : R-MgX + H 2 O R-H + Mg(OH)X δ+ δ- δ- δ+ +H-OH H-CH=O + R-MgX R-CH 2 -OMgX R-CH 2 -OH (μεθανάλη) - Mg(OH)X (πρωτοταγής αλκοόλη) δ+ δ- δ- δ+ +H-OH R / -CH=O + R-MgX R / -CH-OMgX R / -CH-OH (αλδεΰδη) - Mg(OH)X R R (δευτεροταγής αλκοόλη) R R δ+ δ- δ- δ+ +H-OH R / -C =Ο + R-MgX R / -C-OMgX R / -C-OH -Mg(OH)X R // R // R // (κετόνη) (τριτοταγής αλκοόλη) ΠΡΟΣΟΧΗ: Τα αντιδραστήρια Grignard είναι ισχυρές βάσεις κατά Bronsted-Lowry

17 2. Αντιδράσεις απόσπασης Ι) Αφυδάτωση κορεσμένων μονοσθενών αλκοολών προς σχηματισμό αλκενίων H 2 SO 4 R- CH 2 -CH-CH 3 R-CH=CH-CH 3 + Η 2 Ο 170 0 C (κανόνας Saytseff) ΟΗ κύριο προϊόν ΙΙ) Αφυδραλογόνωση αλκυλαλογονιδίων προς σχηματισμό αλκενίων. αλκοόλη R- CH 2 -CH-CH 3 + ΝαΟΗ R-CH=CH-CH 3 + ΝαX + Η 2 Ο (κανόνας Saytseff) X κύριο προϊόν (όπου Χ : Cl, Br, I ) ΙII) Αφυδραλογόνωση διαλογονιδίων προς σχηματισμό αλκινίων. R-CH-CH 2 + 2 NaOH X X αλκοόλη R-C CH + 2 NaX + 2 H 2 O X αλκοόλη R-CH 2 -CH + 2 NaOH X R-C CH + 2 NaX + 2 H 2 O ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ : Στις παραπάνω αντιδράσεις αντί του ΝαΟΗ μπορεί να χρησιμοποιηθεί ΚΟΗ. 3. Αντιδράσεις αντικατάστασης. Οι αντιδράσεις αυτές έχουν τη γενικά μορφή : Α Β + Γ Δ Α Γ + Β Δ Ι) Αντιδράσεις αλκυλαλογονιδίων (R-X) με ενώσεις του τύπου Α δ+ - Β δ-. Έχουν τη γενική μορφή : R δ+ - X δ- + Α δ+ - Β δ- R-B + AX

18 Αντικατάσταση του αλογόνου από : α) OH : R δ+ - X δ- + Na + OH - H 2 O R-OH + NaX (αλκοόλη) Αντί για υδατικό διάλυμα NaOH μπορεί να χρησιμοποιηθεί υδατικό διάλυμα Ag 2 O. (Ag 2 O + H 2 O 2 AgOH) β) OR / : R δ+ - X δ- + R / -O - Na + R-O-R / + NaX (αιθέρας) γ) R / COO- : R δ+ - X δ- + R / COO - Na + R / -COO-R + NaX (εστέρας) δ) CN : R δ+ - X δ- + Κ + CN - R-CN + ΚX (νιτρίλιο) ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ: Η όξινη υδρόλυση των νιτριλίων με περίσσεια νερού οδηγεί στο σχηματισμό καρβοξυλικών οξέων. δ+ δ- δ+ δ- R-C N + 2 H-OH + H + R-COOH + NH 4 ε) -C CR / : R δ+ - X δ- + R / C C - N a + R / C C-R + NaX (αλκίνιο) + ΟΗ - στ) NH 2 : R δ+ - X δ- + NH 3 R-NH + 3 X - R-NH 2 + H 2 O + X - (άλας αμίνης) (αμίνη) ΙΙ) Αντιδράσεις αλογόνωσης των αλκοολών. R-OH + SOCl 2 R-Cl + SO 2 + HCl ΙΙΙ) Αντιδράσεις όξινης υδρόλυσης των εστέρων και εστεροποίησης των αλκοολών. O O Υδρόλυση R- C-O-R / + H-OH R-C-OH + R / O-H Εστεροποίηση

19 IV) Αλογόνωση των αλκανίων. διάχυτο R-H + X 2 R-X + HX φως Η αλογόνωση είναι μια αλυσιδωτή αντίδραση στην οποία αντικαθίσταται ένα ή περισσότερα άτομα Η οπότε σχηματίζεται τελικά μίγμα από αλογονοπαράγωγα. Π.χ. διάχυτο CH 4 + Cl 2 CH 3 -Cl + HCl Φως (χλωρομεθάνιο) CH 3 -Cl + Cl 2 CH 2 Cl 2 + HCl (διχλωρομεθάνιο) CH 2 Cl 2 + Cl 2 CHCl 3 + HCl (τριχλωρομεθάνιο ή χλωροφόρμιο) CHCl 3 + Cl 2 CCl 4 + HCl (τετραχλωράνθρακας) 4. Αντιδράσεις πολυμερισμού. Πολυμερισμός ονομάζεται η αντίδραση σύνδεσης πολλών μικρών μορίων που ονομάζονται μονομερή. Το προϊόν του πολυμερισμού λέγεται πολυμερές. Τα πολυμερή είναι μεγαλομόρια, δηλαδή μόρια μεγάλου μοριακού βάρους, τα οποία αποτελούνται από επαναλαμβανόμενες δομικές μονάδες. Πολυμερισμός προσθήκης : (Πολυακρυλονιτρίλιο)

20 Πολυμερισμός 1,4 : Την αντίδραση αυτή δίνουν τα συζυγή αλκαδιένια και τα παράγωγά τους. v CH 2 =C-CH=CH 2 (-CH 2 -C=CH-CH 2 -) V A A 5. Αντιδράσεις οξείδωσης. Ι) Οξείδωση αλκοολών. -Πρωτοταγείς: Οξειδώνονται αρχικά σε αλδεΰδες και στη συνέχεια σε οξέα (2 στάδια οξείδωσης). [O] [O] R-CH 2 -OH R-CH=O R-COOH -H 2 O [O] [O] π.χ. CH 3 -CH 2 -OH CH 3 -CH=O CH 3 -COOH -H 2 O -Δευτεροταγείς: Οξειδώνονται σε κετόνες (1 στάδιο οξείδωσης). [O] R-CH-R / R -C -R / + H 2 O OH O [O] π.χ, CH 3 -CH-CH 3 CH 3 - C CH 3 + H 2 O OH O -Τριτοταγείς: Δεν οξειδώνονται (παρά μόνο σε πολύ δραστικές συνθήκες με διάσπαση του μορίου τους). Συνηθισμένα οξειδωτικά μέσα: i) Όξινο διάλυμα υπερμαγγανικού καλίου (KMnO 4 ): έχει ερυθροϊώδες χρώμα και όταν αντιδρά πλήρως σε μία οξείδωση το διάλυμα αποχρωματίζεται. ii) Όξινο διάλυμα διχρωμικού καλίου (K 2 Cr 2 O 7 ): όταν αντιδρά πλήρως σε μία οξείδωση από πορτοκαλί που είναι μετατρέπεται σε πράσινο. ΠΡΟΣΟΧΗ: Το όξινο διάλυμα KMnO 4 είναι ισχυρότερο οξειδωτικό από το όξινο διάλυμα K 2 Cr 2 O 7 και οξειδώνει τις πρωτοταγείς αλκοόλες απευθείας σε καρβοξυλικά οξέα.

21 ΜΕΘΟΔΟΣ ΕΥΡΕΣΗΣ ΤΩΝ ΠΡΟΪΟΝΤΩΝ ΚΑΙ ΤΩΝ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΩΝ ΜΙΑΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΟΞΕΙΔΟΑΝΑΓΩΓΗΣ 1 0 Στάδιο: Γράφουμε τα αντιδρώντα, προσδιορίζουμε το οξειδωτικό και το αναγωγικό και γράφουμε τα προϊόντα τους. 2 0 Στάδιο: Σημειώνουμε τη μεταβολή του αριθμού οξείδωσης των στοιχείων που οξειδώνονται και ανάγονται. Η μεταβολή του αριθμού οξείδωσης σε μία οργανική ένωση μπορεί να υπολογιστεί εύκολα ως εξής : - Για κάθε άτομο Η ή αλκαλίου (Νa, Κ) που χάνει η οργανική ένωση έχουμε αύξηση στον αριθμό οξείδωσης 1 μονάδα. - Για κάθε άτομο Ο που εισάγεται στην οργανική ένωση έχουμε αύξηση στον αριθμό οξείδωσης 2 μονάδες. 3 0 Στάδιο: Η μεταβολή του αριθμού οξείδωσης του οξειδωτικού μπαίνει συντελεστής μπροστά από το προϊόν του αναγωγικού ενώ η μεταβολή του αριθμού οξείδωσης του αναγωγικού μπαίνει συντελεστής μπροστά από το προϊόν του οξειδωτικού στο 2 0 μέλος. (Παρατήρηση: αν το στοιχείο που ανάγεται έχει δείκτη διάφορο του 1, διαιρούμε την μεταβολή του αριθμού οξείδωσης με τον δείκτη αυτόν). 4 0 Στάδιο: Ισοσταθμίζουμε τα άτομα του οξειδωτικού και αναγωγικού στοιχείου στο πρώτο μέλος της χημικής εξίσωσης. 5 0 Στάδιο: Ισοσταθμίζουμε τα υπόλοιπα άτομα των άλλων στοιχείων με απλή μέτρηση. ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ : Οι μεταβολές των αριθμών οξείδωσης οξειδωτικού και αναγωγικού μπορούν να απλοποιούνται ή να πολλαπλασιάζονται με τον ίδιο αριθμό έτσι ώστε να μην προκύψουν κλασματικοί συντελεστές. α) Οξείδωση πρωτοταγών αλκοολών : 2 +6 +3 3 RCH 2 OH + K 2 Cr 2 O 7 + 4 H 2 SO 4 3 RCH=O + Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + 7 H 2 O 3 4 +6 +3 3 RCH 2 OH + 2 K 2 Cr 2 O 7 + 8 H 2 SO 4 3 RCOOH + 2 Cr 2 (SO 4 ) 3 + 2 K 2 SO 4 + 11 H 2 O 3

22 4 +7 +2 5 RCH 2 OH + 4 KMnO 4 + 6 H 2 SO 4 5 RCOOH + 4 MnSO 4 + 2 K 2 SO 4 + 11 H 2 O 5 β) Οξείδωση δευτεροταγών αλκοολών : 2 +7 +2 5 RCHR / + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 5 R-C-R / + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O װ OH O 5 2 +6 +3 3 RCHR / + K 2 Cr 2 O 7 + 4 H 2 SO 4 3 R-C-R / + Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + 7 H 2 O װ OH O 3 ΙΙ) Οξείδωση αλδεϋδών. Οι αλδεΰδες δεν οξειδώνονται μόνο από τα αντιδραστήρια που οξειδώνουν τις πρωτοταγείς και δευτεροταγείς αλκοόλες αλλά και με πολύ ήπια οξειδωτικά μέσα, όπως είναι : 1. Το αντιδραστήριο Fehling (φελίγγειο υγρό): είναι αλκαλικό διάλυμα CuSO 4, γαλάζιου χρώματος, το οποίο ανάγεται σε καστανέρυθρο ίζημα Cu 2 O, σύμφωνα με τη χημική εξίσωση : 2 +2 +1 RCH=O + 2 CuSO 4 + 4 NaOH RCOOH + Cu 2 O + 2 Na 2 SO 4 + 2 H 2 O 1 RCOOH + NaOH RCOONa + H 2 O Συνολικά : RCH=O + 2CuSO 4 + 5NaOH RCOONa + Cu 2 O + 2Na 2 SO 4 + 3H 2 O

23 2. Το αντιδραστήριο Tollens : είναι αμμωνιακό διάλυμα AgNO 3. Το ιόν Ag + μετατρέπεται σε Ag, ο οποίος σχηματίζει στα τοιχώματα του δοχείου που γίνεται η αντίδραση κάτοπτρο (καθρέφτη). 2 +1 0 RCH=O + 2AgNO 3 + 2NH 3 + H 2 O RCOOH +2Ag + 2NH 4 NO 3 1 RCOOH + NH 3 RCOONH 4 Συνολικά : RCH=O + 2AgNO 3 + 3NH 3 + H 2 O RCOONH 4 + 2Ag + 2NH 4 NO 3 Οι δύο παραπάνω αντιδράσεις χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση των αλδεϋδών. III) Οξείδωση μεθανικού (ή μυρμηκικού) οξέος και αλάτων του. 2 +7 +2 5 HCOOH + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 5CO 2 + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O 5 IV) Οξείδωση αιθανοδιικού(ή οξαλικού) οξέος και αλάτων του. Οξαλικό οξύ : COOH COOH 1x2=2 +3 +7 +4 +2 5H 2 C 2 O 4 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 10 CO 2 + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O 5x2=10 1x2=2 +3 +7 +4 +2 5 (COO) 2 Na 2 + 2 KMnO 4 + 8H 2 SO 4 10 CO 2 + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 +5Na 2 SO 4 + 8 H 2 O 5x2=10

24 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ : Μια περίπτωση οξείδωσης αποτελεί η καταλυτική αφυδρογόνωση των αλκοολών - Οι πρωτοταγείς αλκοόλες σχηματίζουν αλδεΰδες : Cu R-CH 2 -OH R-CH=O + H 2 300 0 C - Οι δευτεροταγείς αλκοόλες σχηματίζουν κετόνες : Cu R-CH-R / R -C -R / + H 2 300 0 C OH O 6. Αντιδράσεις αναγωγής. Οι αντιδράσεις προσθήκης υδρογόνου στα αλκένια αλκίνια, στις αλδεΰδες κετόνες και στα νιτρίλια είναι αντιδράσεις αναγωγής αυτών των οργανικών ενώσεων. Παραδείγματα : α) Η προσθήκη Η 2 σε αλδεϋδες οδηγεί στο σχηματισμό πρωτοταγών αλκοολών ενώ η προσθήκη Η 2 σε κετόνες οδηγεί στο σχηματισμό δευτεροταγών αλκοολών. R- CH = O + H 2 R- CH 2 - OH R / R / R- C = O + H 2 R- CH - OH β) Προσθήκη υδρογόνου σε νιτρίλια (οδηγεί στο σχηματισμό αμινών) δ+ δ- Pd, Pt, Ni R-C N + 2 Η-Η R-CH 2 -NH 2 (πρωτοταγής αμίνη)

25 7.Αντιδράσεις οξέων. Σημαντικές οργανικές ενώσεις που έχουν όξινο υδρογόνο είναι : α) τα καρβοξυλικά οξέα, β) οι φαινόλες γ) οι αλκοόλες και δ) τα αλκίνια με ακετυλενικό υδρογόνο (δηλαδή τα αλκίνια με τον τριπλό δεσμό στην άκρη) Ι) Αντιδράσεις καρβοξυλικών οξέων : α) Με Na ή Κ R-COOH + Na R-COOH + Κ R-COONa + ½ H 2 R-COOΚ + ½ H 2 β) Με καυστικά αλκάλια R-COOH + NaΟΗ R-COOH + ΚΟΗ R-COONa + H 2 O R-COOΚ + H 2 O γ) Με Na 2 CO 3 (ανθρακικό νάτριο) και NaHCO 3 (όξινο ανθρακικό νάτριο) 2 R-COOH + Na 2 CO 3 2 R-COONa + CO 2 + H 2 O R-COOH + NaHCO 3 R-COONa + CO 2 + H 2 O δ) Με αμμωνία : R-COOH + NH 3 R-COONH 4 II) Αντιδράσεις φαινόλης ( C 6 H 5 OH) : α) Με Na ή Κ β) Με NaOH ή ΚΟΗ

26 III) Αντιδράσεις αλκοολών : Με Na ή Κ : R-OH + Na R-ONa + ½ H 2 IV) Αντιδράσεις αλκινίων με ακετυλενικό υδρογόνο : Αντίδραση με Na ή Κ: R-C CH + Na R-C CNa + ½ H 2 Ειδικά για το ακετυλένιο : HC CH + Na HC CNa + ½ H 2 HC CNa + Na NaC CNa + ½ H 2 Συνολικά : HC CH + 2 Na NaC CNa + H 2 ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ : Από τα παραπάνω οξέα ισχυρότερα από το νερό είναι μόνο τα καρβοξυλικά οξέα και οι φαινόλες. R-COOH + H 2 O R-COO - + H 3 O +

27 8. Αντιδράσεις βάσεων. Σημαντικές οργανικές ενώσεις που εμφανίζουν βασικές ιδιότητες είναι : α) τα αλκυλοανιόντα R - (ή καρβανιόντα) β) τα ανιόντα ακετυλιδίου R-C C - γ) το αλκόξυ ανιόν RO - και οι ενώσεις που περιέχουν (π.χ. RONa) δ) οι αμίνες ε) το καρβοξυλικό ανιόν R-COO - και οι ενώσεις που περιέχουν (π.χ. R-COONa) και στ) το φαινυλοξυανιόν C 6 H 5 O - I) Αντιδράσεις αμινών : α) Με οργανικά οξέα : R-COOH + R / -NH 2 R-COO - R / -NH 3 + β) Με ανόργανα οξέα : R-NH 2 + HCl R-NH + 3 Cl - (πρωτοταγής αμίνη) (υδροχλωρικό άλας πρωτοταγούς αμίνης) R-NH + HCl R-NH + 2 Cl - R / R / (δευτεροταγής αμίνη) (υδροχλωρικό άλας δευτεροταγούς αμίνης) ΙΙ) Αντίδραση του ανιόντος RO - με νερό : RO - + H 2 O ROH + OH - (RO - Na + + H-OH ROH + NaOH) III) Αντίδραση του ανιόντος R-COO - με νερό : R-COO - + H 2 O R-COOH + OH -

28 9. Αλογονοφορμική αντίδραση. Την αλογονοφορμική αντίδραση δίνουν : Α) Οι δευτεροταγείς αλκοόλες της μορφής C v H 2v+1 -CH-OH v 0 CH 3 δηλαδή και η αιθανόλη [CH 3 -CH 2 -OH] που είναι η μοναδική πρωτοταγής αλκοόλη που δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση Β) Οι καρβονυλικές ενώσεις της μορφής C v H 2v+1 -C=O v 0 CH 3 δηλαδή όλες οι μεθυλοκετόνες και η αιθανάλη [CH 3 -CH=O] που είναι η μοναδική αλδεΰδη που δίνει την αλογονοφορμική αντίδραση. Η αλογονοφορμική αντίδραση είναι μια σύνθετη αντίδραση που περιλαμβάνει τέσσερα στάδια και πραγματοποιείται με την προσθήκη αλκαλικού διαλύματος αλογόνου [Cl 2, Br 2, I 2 ] : I) ΟΞΕΙΔΩΣΗ : R-CH-OH + X 2 R-C=O + 2 HX CH 3 CH 3 II) ΥΠΟΚΑΤΑΣΤΑΣΗ : R-C=O + 3 X 2 R-C=O + 3 HX CH 3 CΧ 3 ΙΙΙ) ΥΠΟΚΑΤΆΣΤΑΣΗ (Διάσπαση δεσμού C-C) : R-C=O + OH - R-C=O + CHX 3 CX 3 O - IV) ΕΞΟΥΔΕΤΕΡΩΣΗ : 5 HX + 5 OH - 5 H 2 O + 5 X - Συνολικά : R-CH-OH + 4 X 2 + 6 OH - R-COO - + CHX 3 + 5H 2 O + 5 X - CH 3 Στην περίπτωση που στην αντίδραση συμμετέχει κετόνη τότε λείπει το πρώτο στάδιο της αντίδρασης, η οξείδωση. Η συνολική αντίδραση είναι : R-C=O + 3 X 2 + 4 OH - R-COO - + CHX 3 + 3H 2 O + 3 X - CH 3 Αν το αλογόνο που χρησιμοποιείται είναι το Ι 2 (ιωδοφορμική αντίδραση) τότε σχηματίζεται κίτρινο ίζημα.

29 Πίνακας αντιδράσεων ανίχνευσης των κυριότερων χαρακτηριστικών ομάδων Ομάδα Αντίδραση ανίχνευσης >C = C< ή -C C- διάλυμα Br 2 σε Cl 4 => αποχρωματισμός -C CH διάλυμα CuCl - ΝΗ 3 => -C C - Cu (κεραμέρυθρο ίζημα) ή Νa => έκλυση αερίου Η 2 -ΟΗ Na => H 2 (έκλυση αερίου) -CH 2 OH -CH- OH CH 3 - CH- ή CH 3 C- ΟΗ Ο Όξινο διάλυμα KMnO 4 => (αποχρωματισμός KMnO 4, προϊόν με όξινες ιδιότητες COOH ) Όξινο διάλυμα KMnO 4 (αποχρωματισμός διαλύματος KMnO 4 ) Ι 2 - NaOH => CHI 3 (κίτρινο ίζημα) -CH = O φελίγγειο υγρό => Cu 2 Ο. (κεραμέρυθρο ίζημα) AgNO 3 NH 3 (Tollens) => AgI. (μαύρο ίζημα ή κάτοπτρο) -COOH δείκτες => αλλαγή χρώματος (ρη < 7) Na 2 CO 3 => CO 2 (έκλυση αερίου) Αναγωγικά οξέα: HCOOH, (COOH) 2 -NH 2, -NH, -N- όξινο διάλυμα ΚMnO 4 => αποχρωματισμός δείκτες => αλλαγή χρώματος (pη > 7) Ταυτοποίηση Εστέρα RCOOR / + H 2 O RCOOR / + NaOH RCOOH + R / OH RCOONa + R / OH Αλκοόλες, Φαινόλες C 6 H 5 OH + NaOH C 6 H 5 ONa + H 2 O