rganska hemija emija ugljenikovih jedinjenja GANSKI MLEKULI. Ime GANSKA EMIJA je pogrešno, a potiče iz vremena tzv. VITALISTIČKE TEIJE (vis vitalis): "GANSKA JEDINJENJA (J) mogu biti sintetisana samo pod uticajem vitalnih sila u telima životinja i biljaka". Sintezom uree (organsko jedinjenje) iz amonijum cijanata (neorganska so), Veler (Wohler) 1828. god. pobija vitalističku teoriju: + - N 4 N amonijum-cijanat N 2 N 2 urea rganskih jedinjenja (J) ima preko 30,000,000. Predmet izučavanja Izolovanje i sintetsko dobijanje J. Dokazivanje strukture J. dređivanje fizičkih i hemijskih osobina J. Upoznavanje sa načinima primene J. 1 EMIJSKE EAKIJE Da bismo mogli da transformišemo jedne molekule u druge, moramo poznavati EMIJSKE EAKIJE i njihov MEANIZAM. Primer: eakcija hlorovanja metana (r-ja supstitucije) Međutim, 4 + l 2 3 l + l ili hν metan hlor hlormetan hlorovodonik EAKTANTI (SUPSTATI) PIZVDI simboli: - zagrevanje hν - ozracivanje ultra-ljubicastom (Ulj) svetlošcu 4 + l 2 s.t. nema r-je 2
MEANIZAM EMIJSKE EAKIJE Poznavati MEANIZAM EAKIJE znači znati: koje hemijske veze o se raskidaju o nastaju, postoji li na putu supstrat-proizvod intermedijarno jedinjenje, energetski bilans reakcije (da li je r-ja egzotermna ( < 0) ili endotermna ( > 0)). eakcija hlorovanja metana je primer egzotermne hemijske r-je: D o 3 + l l l l ili hν 3 + 105 58 85 103 D o = energija disocijacije veze = unos energije izlaz energije = ΣD (raskinutih veza) ΣD (nastalih veza) = (105 + 58) (85 + 103) = 25 kcal mol 1 Poznavanje EKING MEANIZMA nam omogućava da: utičemo na tok hemijske reakcije, planiramo sintezu (pravljenje) željenog J. 3 Sirovi proizvod Kao proizvod organske sinteze dobija se tzv. sirovi proizvod smeša željenog jedinjenja i različitih primesa, kao što su: neizreagovali regensi, intermedijarni proizvodi sinteze, sekundarni proizvodi nastali sporednim r-jama, rastvarač, proizvodi razgradnje čistih reaktanata. Izolovanje i prečišćavanje J Neke od metoda koje se koriste za izolovanje i prečišćavanje organskih supstanci su: prekristalizacija i kristalizacija, destilacija, ekstrakcija, hromatografija itd. ne se zasnivaju na različitim: hemijskim i fizičkim osobinama organskih supstanci. 4
Kao kriterijum čistoće J služe nam fizičke konstante, poput: temperatura o topljenja o ključanja, relativna gustina, indeks prelamanja. Spektroskopske tehnike Na čistoću ali i na strukturu organskih jedinjenja ukazuju njihovi SPEKTI, dobijeni primenom raznih SPEKTSKPSKI TENIKA: ultraljubičasta (UV) spektroskopija, infracrvena (I) spektroskopija, nuklearno-magnetna rezonantna (NM), spektroskopija, masena spektroskopija (MS), elektron-spin spektroskopija (ES). 5 EMPIIJSKA FMULA Prikazuje vrstu i relativni odnos atoma u molekulu. Najjednostavnija formula nekog jedinjenja. dređujemo je: elementarnom analizom, na osnovu rezultata kvalitativne i kvantitativne hem. analize. MLEKULSKA FMULA Prikazuje vrstu i broj atoma u molekulu. dređujemo je na osnovu EMPIIJSKE formule i MLEKULSKE MASE. MLEKULSKA MASA se određuje masenom spektroskopijom. STUKTUMA FMULA Prikazuje strukturu molekula, konstituciju (način vezivanja atoma u molekulu). Tabela 1. azličite formule butana Naziv formule Formula empirijska 2 5 ( : = 2 : 5; rel. odnos) molekulska 4 10 strukturna 3 2 2 3 6
7 8 STUKTUNA FMULA Tabela 2. Strukturne formule nekih jedinjenja Kekulé-ova formula formula u razvijenom obliku: veze su prikazane pomoću crtica, slobodni elektronski parovi su prikazani tačkicama. Formula Jedinjenje 1 Kekulé-ova. Br... acionalna formula: acionalna Br izostavljene su jednostruke veze i slob. el. parovi, osnovni ugljovodonični niz se crta horizontalno, a vezani -atomi, obično, sa desne strane odgovarajućeg -atoma, supstituenti u osnovnom nizu dodaju se vezani vertikalnim crtama. Formula veza-crta": veza-crta" 3 2 3 Formula Jedinjenje 2 Kekulé-ova Br N ugljovodični skelet se crta "cik-cak linijom, izostavljajući sve vodonikove atome, acionalna 2 N 2 2 3 svaki završetak predstavlja metil-grupu ( 3 ), a svaki vrh i račvanje -atom. veza-crta" N
MDELI Trodimenzionalni prikaz molekula Loptica i štapić Prostorni model 9 KLINASTE FMULE Predstavljanje TDMENZINALNE strukture organskih molekula: ugljovodični niz se crta "cik-cak" nalazi se u ravni hartije (table.), na svaki -atom duž niza dodaju se klinaste pune i isprekidane crte da bi se predstavile preostale dve veze: o isprekidana crta - veza se nalazi ISPD ravni lista hartije (table.), o klinasta crta veza se nalazi IZNAD ravni lista hartije (table.). uglenikov niz metan. metoksimetan 10
NEKI VAŽNI PJMVI: STUKTUA (konstitucija) redosled vezivanja atoma u molekulu. KNFIGUAIJA prostorni raspored atoma i atomskih u molekulu. KNFMAIJE različiti oblici molekula koji su posljedica rotacije dela molekula oko jednostruke veze (jedan isti molekul, određene konstitucije i konfiguracije, može zauzimati bezbroj različitih oblika u prostoru). IZMEI IZMEI su različita jedinjenja iste molekulske formule. Postoje: STUKTUNI (konstitucioni) izomeri - razlikuju se po strukturi tj. po redosledu vezivanja atoma u molekulu, STEEIZMEI (prostorni izomeri) - imaju istu strukturu tj. atomi u molekulu su vezani na isti način ali imaju različit prostorni raspored atoma i u molekulu (KNFIGUAIJU). 11 STUKTUNI (konstitucioni) izomeri a. Izomerija niza 3 2 2 3 butan b. Izomerija položaja l 2 2 3 1-hlorpropan 3 3 3 2-metilpropan l 3 3 2-hlorpropan c. Izomerija funkcionalnih 3 2 3 3 etanol (etil-alkohol) metoksimetan (dimetil-etar) d. Tautomeri (nalaze se u ravnoteži) 3 keto-oblik 2 enolni-oblik ( 4 10 ) ( 3 7 l) ( 2 6 ) ( 2 4 ) 12
STEEIZMEI (prostorni izomeri) Primer 1: mlečna kiselina 3 * Atom obeležen "* je tzv. ASIMETIČAN atom ili STEEENTA. Vezan je za 4 različita supstituenta! * * 3 3 * 3 (A) (B) (B') ravan rotacija za 180 refleksije o (osa rotacije: veza -) * translacija Strukture A i B' se NE mogu poklopiti NISU identične. A i B su ENANTIMEI (enantios, grčki, suprotan) stereoizomeri koji se međusobno odnose kao predmet i njegov NEpoklopivi lik u ogledalu. 13 Da bi se preveli jedan u drugi neophodno je raskinuti veze. Za molekule koji ne mogu da se preklope sa svojim likom u ogledalu, kaže se da su IALNI. Uslov hiralnosti je ASIMETIČAN atom (npr. *)! A i B su STEEIZMEI! GEMETIJSKA IZMEIJA is- i trans-izomeri. Primer 2: 2-buten cis-2-buten (Z)-2-buten 3 3 3 ravan refleksije 3 trans-2-buten (E)-2-buten is- i trans-2-buten su DIASTEEMEI stereoizomeri koji se NE odnose kao predmet i njegov lik u ogledalu! 14
PDELA GANSKI JEDINJENJA J su klasifikovana prema njihovoj strukturi. Podela J prema strukturi ugljenikovog niza: organska jedinjenja 15 FUNKINALNE GUPE Funkcionalna (FG) je atom ili atoma koja predstavlja deo organskog molekula i određuje hemijsko ponašanje celog molekula. Tabela 3. Uobičajene funkcionalne grupe 16 -atomi grade otvoreni niz zasicena aciklicna (alifaticna) prsten izgrađen samo od - atoma nezasicena karbociklicna ciklicna -atomi grade prsten heterociklicna prsten izgrađen od -atoma i jednog ili više heteroatoma Klasa jedinjenja pšta formula Funkc. (FG) alkani alkeni () () () () alkini () aromatična jedinjenja Naziv FG dvostruka veza () trostruka veza () () () () () () aromatičan prsten hem. osobine slične alifatičnim jed. aliciklicna (alifaticno- -ciklicna) aromaticna specifične hem. osobine alkilhalogenidi alkoholi X : X : X = F, l, Br, I atom halogena hidroksilna Dalja podela se vrši prema FUNKINALNIM GUPAMA! etri ' Ȯ. etarska
17 18 Tabela 3. Nastavak Klasa jedinjenja pšta formula Funkc. (FG) Naziv FG Zadatak: U sledećim primerima zaokružite karakteristične funkcionalne grupe pojedinih klasa organskih jedinjenja. tioli aldehidi ketoni S S : : : : ' karboksilne : : kiseline anhidridi : : : : '() merkapto : : aldehidna : : keto : : : : karboksilna : : anhidridna N 2 S 2 3 l N 2 S 2 3 l estri () : : ' : : estarska 3 3 3 3 amidi : : N '() N ''() : : amidna nitrili N: N: cijano amini Ṅ. amino N ''() '()