Úvod do organickej chémie prednášky. Predmet organickej chémie. Vlastnosti organických látok. Izolácia organických látok. Reakcie organických látok. Klasifikácia organických zlúčenín. Charakterizácia vybraných skupín organických látok ich využitie a vzťah k ŽP. ŽP a rizikové organické zlúčeniny.
Úvod do organickej chémie cvičenia. 1. Izolácia organických látok. Výpočty v extrakcii. 2. - 6. Názvoslovie v organickej chémii. 7. 1. Priebežná písomná kontrola. 8. Vybrané reakcie organických zlúčenín. 9. 11. Stechiometrické výpočty v organickej chémii. 12. 2. Priebežná písomná kontrola. 13. Zápočet.
Úvod do organickej chémie - podmienky absolvovania predmetu a spôsob hodnotenia študentov. 25 % neúčasť riadne ospravedlnená, 2 priebežné kontroly: max. 15 b/kontrola min. 8 b + 1 opravný termín, 1 písomná kontrola neúspešná zápočtová kontrola úspešná minimum = 8 b, zápočet: max. 30 bodov min. 16 bodov skúška písomná: max. 70 b úspešné absolvovanie: max. 100 b min. 51 b.
ORGANICKÁ CHÉMIA. Samostatná disciplína v rámci chemických vied. Chémia - uhlíka, - uhľovodíkov a ich derivátov. Obrovské množstvo zlúčenín (8 000 000) málo druhov prvkov. Teoretický základ špecializovaných disciplín (chémia liečiv, farbív, makromolekulová chémia...).
ÚLOHY ORGANICKEJ CHÉMIE. syntéza nových látok, skúmanie vzťahov medzi štruktúrou a reakčnými schopnosťami, identifikácia nepopísaných zlúčenín.
ZDROJE ORGANICKÝCH LÁTOK. Súčasné: rastliny, živočíchy, ostatné organizmy. Predhistorické: rašelina, uhlie, ropa, zemný asfalt, zemný plyn, zemné vosky. VYUŽITIE: ekonomické priemyselné, neekonomické spaľovanie.
VLASTNOSTI ORGANICKÝCH LÁTOK Stavebné prvky: C, H, O, N, S, P, X. organogénne Svetová produkcia organických látok = 200 300 Mt rok -1 0,2 % z prirodzenej tvorby rastlín
ZÁKLADNÁ VLASTNOSŤ ORGANICKÝCH LÁTOK Organická látka HORÍ!!! čistá organická látka organická látka + kovové súčasti C CO 2 / CO H H 2 O O S SO 2 N NO x X - HX plynné oxidy, halogénvodíky tuhé oxidy popol
FYZIKÁLNE VLASTNOSTI ORGANICKÝCH LÁTOK. 1 Teplota topenia, varu, sublimácie cie. 2 Hustota. 3 Mólová hmotnosť. 4 Dipólov lový moment. 5 Index lomu. 6 Polarizovateľnos nosť molekúl, l, refrakcia. 7 Optická otáčavos avosť. 8 Spektrálne vlastnosti.
1 Teplota topenia. Rovnováha medzi tuhou a kvapalnou fázou. T top (s l) = T tuh (l s). Čisté látky ostrá T top. Nečistoty T top vždy znižuj ujú T top(zmes) = T top(čistá látka) látky sú identické. T top(zmes) < T top(čistá látka) látky sú rôzne. Meranie teploty topenia: sklenená kapilára (mg), vyhrievacie bloky (µg).
sklenená kapilára vysušená prášková vzorka teplomer 1. meranie = orientačné 15 C min -1 priehľadná tavenina teplotný interval. 2. meranie = presné 1 C min -1. ohrievací kúpeľ sledovanie topenia
osvetľovacie teleso nastavenie rýchlosti ohrevu vyhrievací blok lupa držiak vzorky krycie sklíčko teplomer
1 Teplota varu. Rovnováha medzi kvapalnou a plynnou fázou (parami). Závislá od tlaku. Nečistoty T V zvyšuj ujú aj znižuj ujú Menej presné kritérium čistoty. Meranie teploty varu: destilácia (väčšie objemy), stanovenie podľa Siwoloboffa (menšie objemy).
Stanovenie destiláciou. Jednoduchá destilácia väčších objemov kvapalín teplota varu = ustálenej hodnote teploty po predestilovaní kvapaliny.
Stanovenie podľa Siwoloboffa. Orientačné meranie únik bubliniek z kapiláry pravidelný prúd teplotný interval ochladenie prerušenie prúdu + nasatie kvapaliny do kapiláry presnejšie meranie.
2 Hustota. Hmotnosť látky v jednotkovom objeme: = ρ m V ρ = M V m / kg m 3, g cm 3 Meranie hustoty: Pyknometre (kvapaliny, tuhé látky). ρ t = m pyknometer + vzorka p+ v V t m p + 0,0012 pyknometer ρ vzduch / kg m -3 V t = 10 cm 3 t = 20 C
kalibrovaná stupnica hustomery (kvapaliny) menej presné ale rýchlejšie.
3 Mólová hmotnosť. Hmotnosť 1 mólu = M / g mol -1. Posúdenie identity 2 podobných látok. Stanovenie mólovej hmotnosti: Eudiometricky (prchavé látky). V m, p, T M
4 Dipólov lový moment. Vplyv nerovnomerného rozloženia elektrónovej hustoty na polárnych väzbách: µ = e. d dipólový moment náboj vzdialenosť ťažísk nábojov vektorová veličina A δ+ B δ- molekuly súčet µ = vektorový µ väzieb
Stanovenie dipólového momentu: presne stanovenie teplotného koeficientu dielektrickej konštanty látky v plynnom stave, približne meranie dielektrickej konštanty látky v nepolárnom rozpúšťadle. symetrické molekuly nulový diplólový moment!!! počet substituentov µ, symetria molekuly µ.
uhol dopadu 5 Index lomu (n). rýchlosť svetla v prostredí 1 (vákuum, resp. opt. redšie) sinα v1 n = = = sin β v 2 c v v 1 > v 2, c > v n > 1 uhol lomu rýchlosť svetla v prostredí 2 (opticky hustejšie) β α n 2 > n 1 lom svetla = refrakcia (disperzia)
Meranie indexu lomu: Abbého refraktometer (kvapaliny, tuhé látky) 1 = vzduch 2 = voda t n D závisí od teploty lúč = vlnová dĺžka (λ)( Na čiary hranol skúmaná látka
6 Polarizovateľnos nosť molekúl. l. vplyv vonkajšieho elektrického poľa na nepolárne alebo málo polárne látky posun ťažiska záporného aj kladného náboja indukovaný dipólový moment: µ = α. i E polarizovateľnosť = f(n) intenzita elektrického poľa
α 2 3 n 1.. 2 4πN A n + 2 M ρ = mólová polarizácia (P) polarizovateľnosť α. 4πN A = P 3 priehľadné a nepolárne látky n 2 = ε (priepustnosť) P = R M ε 1 P = RM =. ε + 2 M ρ mólová refrakcia (R M )
7 Optická otáčavos avosť. schopnosť opticky aktívnej látky l (v ) pozostávajúcej z chirálnych molekúl (asymetrický uhlík) otáčať rovinu lineárne polarizovaného svetla do prava pravotočivé (+) uhol otočenia (α):( α = do ľava ľavotočivé (-) [ ] t α d. cm hrúbka vrstvy špecifická otáčavosť (konštanta) α = [α] d = 10 cm, c m = 1 g cm -3 vlnová dĺžka svetla (najčastejšie Na čiary) λ. teplota hmot. konc. látky v / g cm -3
Meranie optickej otáčavosti: polarimetre. c m
IZOLÁCIA ORGANICKÝCH LÁTOK. Organické reakcie pomalé,, dlhý reakčnýčas as zmes produktov izolácia: žiadanej zložky nežiadúcich prímesí na základe rozdielnych fyzikálno-chemických vlastností
1 Kryštaliz talizácia. METÓDY IZOLÁCIE ORGANICKÝCH LÁTOK. 2 Filtrácia. 3 Destilácia. 4 Extrakcia. 5 Chromatografia. klasické metódy, izolácia, čistenie deliace metódy prístrojová metóda
1 Kryštaliz talizácia. Delenie na základe rozdielnej rozpustnosti tuhých látok l v rozpúš úšťadle pri rôznych r teplotách, resp. rozdielnej kryštaliza talizačnej schopnosti (kryštaliz talizácia pri rôznych r teplotách). Výhody: možnosť pracovať pri nízkych teplotách, ľubovoľné množstvo látky (µg t), opakovaná kryštaliz talizácia vysokočist isté látky, izolácia izomérov.
Postup: 1) Rozpustenie látky vo vhodnom rozpúšťadle. (dobre rozpustná za horúca, málo za studena!) 2) Postupné ochladzovanie roztoku kryštalizácia. 3) Filtrácia. (prednostne kryštalizuje zložka s vyšš ššou kryštaliza talizačnou schopnosťou ou, resp. nižšou rozpustnosťou ou)!!! Podobné sa rozpúšťa v podobnom!!!
filtrácia, sušenie
2 Filtrácia. Separácia tuhej fázy od kvapalnej, príp. kvapalnej od kvapalnej na základe rozdielnej veľkosti častíc, prostredníctvom filtrov s definovanou veľkosťou pórov. 2a) Filtrácia za atmosferického tlaku hydrostatickým tlakom filtrovanej zmesi. Filtračné lieviky: hladké, rebrovité. Filtračný materiál: papierový, vláknitý.
2b) Filtrácia za zníženého tlaku. Filtračné lieviky: sklo, porcelán, umiestnené v odsávacej nádobe napojenej na vývevu. Filtračný materiál: Filtračný materiál: papierový, membreánový.
2c) Filtrácia za horúca pre filtráciu z rozpúšťadiel, ktoré za normálnych pracovných podmienok kryštalizujú. Vyhrievanie pred filtráciou parami rozpúšťadla: preliatie filtra horúcim rozpúšťadlom, vyhrievané lieviky, frity. vyhrievané frity
3 Destilácia. Separácia na základe rozdielnych teplôt t varu, resp. prchavosti. 3a) Jednoduchá destilácia odobratie celého destilátu po jeho skondenzovaní v chladiči (! Rozdiel T v > 150 C!). Za normálneho tlaku atmosferická: teplomer (4) chladič (5) destilačná banka (2) nádoba na zachytávanie destilátu (8) vyhrievacie teleso (13) + sledovanie teploty
Za znížen eného tlaku (vákuová)( = nižší tlak nižšia teplota varu: látka je menej tepelne namáhaná, odstránenie pár, eliminácia úniku pár do okolia. Pre tepelne nestále látky, rozkladajúce sa pri vysokých teplotách, oxidovateľné pri normálnom tlaku (vitamíny). odsávanie výveva
Destilácia s vodnou parou pre látky nemiešateľné a nereagujúce s vodou, prchajúce s vodnou parou. T v (zmesi) < T v (H 2 O). poistná trubica vyvíjač vodnej pary destilačná banka destilát
3b) Frakčná destilácia: rozdiel T v < 100 C, prerušovaný diskontinuálny proces oddelenie frakcií podľa rastúcej T v v časovej postupnosti: časovo náročná. T v, prchavosť
3b) Rektifikácia mnohonásobná frakčná destilácia. frakčná destilácia v jednej kolóne s viacerými výstupmi frakcie, menej časovo náročná, menej prchavá látka viac prchavá látka vyparovanie = destilát (pary) kondenzácia = kondenzát návrat do destilačnej časti (reflux) vyparovanie... neustály kontakt medzi plynnou a kvapalnou fázou, teplo uvoľnen nené pri kondenzácii (exotermický proces) sa spotrebuje na vyparenie (endotermický proces).
Účinnosť kolóny vyjadruje výškový ekvivalent teoretickej priehradky (VETP): VETP = L n dĺžka kolóny počet priehradiek VETP účinnosť L a n VETP
Frakčná destilácia spracovanie ropy: 1. atmosferická prchavosť T V 2. vákuová
Rektifikačné kolóny ropnej rafinérie
Princíp deliacich metód. Distribúcia (delenie) zložiek medzi 2 fázyf na základe z povahy síl, s ktoré delenie spôsobujú. Ak je rovnováha medzi fázami f posunutá tak, že e sa určit itá zložka vyskytuje len v jednej fáze f oddelenie zo zmesi.
Klasifikácia deliacich metód. Klasifikácia podľa povahy síl (princípu delenia): rozdeľovacie ovacie koeficienty (extrakcia), rozdielna afinita k fázam (chromatografia). Klasifikácia podľa fáz medzi, ktoré sa zložky delia: 2 rovnaké fázy (nemiešateľné kvapaliny extrakcia, chromatog.), 2 rôzne fázy (g l, g s / chromatografia, l s / aj extrakcia).
4 Extrakcia. Delenie na základe rozdielnej rozpustnosti tuhých zložiek v kvapaline extrakcia v systéme s l: a) diskontinuálna kontinuálna s l za studena - macerácia za tepla - digescia l s Delenie na základe rozdielnej afinity zložiek k dvom navzájom nemiešateľným kvapalným fázam extrakcia v systéme l l, b) organická, vodná kvapalinová extrakcia.
4a) Extrakcia z tuhej fázy (s l). Soxhletov extraktor.
Extrakcia z tuhej fázy - príklady.
Extrakcia na tuhú fázu (SPE = solid phase extraction,, l s) l s). extrakcia z kvapaliny na tuhú fázu, adsorbčné sily, súčasti kvapaliny (roztoku) sa sorbujú na tuhú fázu (polárnu, nepolárnu).
4b) Kvapalinová extrakcia. vytrepávanie, protiprúdne roztrepávanie, kontinuálna extrakcia perforácia. Delenie na základe rozdielnych hodnôt - - deliaceho koeficientu (K), resp. deliaceho pomeru (D). rozdeľovacia rovnováha Z vodnej do organickej fázy prechádzajú len elektroneutrálne zložky.
Nernstov rozdeľovací zákon: Deliaci koeficient: K A = a a ( A) org ( A) vod T, ph = konšt. Deliaci pomer: D A = c c ( A) org ( A) vod Separačný faktor: = D A α >> DB >> 1 rozdelenie 2 zložiek
E = 1+ r. D ( A) r. D ( A).100 výťažnosť extrakcie / % V org r = V V org voda pomer objemov fáz V voda
Kvapalinová extrakcia - príklady.
Využitie extrakčných metód. oddeľovanie zložiek zo zmesi a ich nabohacovanie, čistenie látok od prímesí, využíva väčšie množstvo látky ako chromatografia.
5 Chromatografia. deliaca (koncentračne ne separačná) metóda, delenie medzi nepohyblivou (stacionárnou) a pohyblivou (mobilnou) fázou, stacionárna fáza f tuhá,, kvapalná (zakotvená na tuhom nosiči), i), mobilná fáza kvapalná,, plynná.
Rýchlosť pohybu zložky chromatografickým médiom = f(veľkosti afinitnej sily k jednotlivým m fázam, f resp. distribučnej konštanty) vysoká afinita k mobilnej fáze f vysoká rýchlosť (A), vysoká afinita k stacionárnej fáze f nízka rýchlosr chlosť (B).
Klasifikácia chromatografických metód. plynová chromatografia (sústava g l, g s):
mobilná fáza kvapalinová chromatografia (sústava l l, l s):
Klasifikácia chromatografických metód. adsorpčná chromatografia: (povaha síl = rozdielna adsorpčná afinita stacionárnej fázy k molekulám zložiek, sústava l s, g s). rozdeľovacia chromatografia: (povaha síl rovnaká ako pri extrakcii, sústava l l). gélová chromatografia: (distribúcia zložiek na základe veľkosti molekúl, s = jemnozrnný pórovitý materiál / zosieťovaný org. kopolymér). iónovýmenná chromatografia: (distribúcia zložiek iónovej povahy medzi fázy pôsobením elektrostatických síl, sústava l s).
Klasifikácia chromatografických metód. kolónová chromatografia (stacionárna fáza v tvare stĺpca). plošná chromatografia: na tenkej vrstve papierová (identifikácia + separácia) 1 mobilná fáza 2 papier stacionárna fáza 3 separovaná zmes (kvapalín alebo roztok) 4 štandardy 5 čelo rozpúšťadla 6 štart
Chromatografia na tenkej vrstve: Mobilná fáza l = roztok obsahujúci separované zložky. Stacionárna fáza s = tenká vrstva adsorpčného materiálu zakotvená na inertnom nosiči.
Využitie chromatografických metód. čistenie látok od prímesí, delenie zmesi látok na jednotlivé zložky, oddelenie zložiek zo zmesi, identifikácia a stanovenie koncentrácie zložiek zmesi.