Organisk kemi AK KOK Ulf Ellervik

Transkript

1 rganisk kemi AK KK Ulf Ellervik

2 Föreläsning 3 Kolvätens egenskaper Kapitel 4 1) Introduktion 2) Konformationsanalys 3) Sura kolväten 4) Kolvätens reaktioner

3 1. Introduktion Vad händer egentligen här? Vad har det att göra med kolväten?

4 Enkla kolväten σ-bindningar har fri rotation Newmanprojektioner kryssform ekliptisk form (vätena ligger rakt bakom varandra)

5 Enkla kolväten σ-bindningar har fri rotation energi olika konformationer har olika energi 12 kj/mol ekliptisk form kryssform ekliptisk form kryssform

6 Enkla kolväten σ-bindningar har fri rotation olika konformationer har olika energi energi ekliptisk form kryssform ekliptisk form kryssform

7 Enkla kolväten gaucheinteraktion energi = 16 kj/mol 20 kj/mol 3,5 kj/mol kryssform anti ekliptisk form kryssform gauche ekliptisk form kryssform gauche ekliptisk form kryssform anti

8 Cykliska alkaner generell formel Cn2n cykloalkaner har ringspänning hur mäter man ringspänning? förening ringspänning C36 C48 C510 C612 0 C714 C kj/mol 110 kj/mol 27 kj/mol 27 kj/mol 42 kj/mol

9 Cykliska alkaner vad är ringspänning? vinkelspänning vinklarna avviker från 109 dåligt orbitalöverlapp ringspänning vridspänning ekliptiska grupper C 2

10 Cykliska alkaner varför har inte cyklohexan ringspänning?

11 Cykliska alkaner ritteknik

12 Cykliska alkaner cyklohexan har flera möjliga konformationer 45 kj/mol 23 kj/mol 30 kj/mol stol halvstol tvistform båt tvistform halvstol stol

13 Cykliska alkaner varför är stolformen betydligt stabilare än båtformen? båtform eklipsad konformation flaggstångsväten C 2 C 2

14 Cykliska alkaner substituenter kan vara axiella eller ekvatoriella e a a e a e e a a e e a e ekvatoriella positioner axiella positioner

15 Cykliska alkaner substituenter vill helst vara ekvatoriella 1,3-diaxiella interaktioner gaucheinteraktion C 3 C 3 C 2 C 2 3 C C 2 3 C C 2

16 Cykliska alkaner inget hålrum innan C18 cyklohexan cykloeikosan

17 Cykliska alkaner med stora ringar är det möjligt att göra katenaner

18 Polycykliska alkaner flera ringar kan kopplas ihop dekalin adamantan diamant

19 Polycykliska alkaner flera ringar kan kopplas ihop diamant

20 diamanter består bara av kol C + 2 C2 Lavoisier, 1774

21 Polycykliska alkaner flera ringar kan kopplas ihop kuban dodekahedran

22 3. Sura kolväten Vad är en syra? A) Brønsteds definition (1923) En syra är en protondonator En bas är en protonacceptor + N 3 + N 3 Johannes Brønsted ( )

23 3. Sura kolväten Vad är en syra? B) Lewis definition (1923) En syra är en elektronparsacceptor En bas är en elektronparsdonator Gilbert Lewis ( ) + N 3 + N 3 F F B F + N 3 F 3 B N 3

24 3. Sura kolväten Vad är en syra? C) Syrastyrka A A K e = [ 3 ] [A ] [A][ 2 ] K a = K e [ 2 ] = [ 3 ] [A ] [A] pk a = - 10 lg K a

25 3. Sura kolväten Vad är en syra? C) Syrastyrka pka = - 10lg Ka ju lägre pka, desto starkare syra syrastyrka är definierad i vatten det går att extrapolera utanför 0 till 16 praktiskt sett -30 till 50 George lah (1927-), Nobelpris 1994

26 Avsnitt Sura kolväten 20.7 Viktiga pk a -värden syra pka kommentarer I I jodvätesyra 2 S 4 S svavelsyra Br Br + -9 bromvätesyra Cl Cl + -7 saltsyra S S + -6 p-toluensulfonsyra, ptsa, viktig syra, löslig i många organiska lösningsmedel oxoniumjon N 3 N salpetersyra F 3 C F F + R F 3 C + N 3 N 2 + R 2 C 3 C trifluorättiksyra 3 fluorvätesyra varning, djupa frätskador! 3 5 aromatiska ammoniumjoner 4 5 karboxylsyror 6 natriumvätekarbonat vanlig vid extraktion N 4 N ammoniumjon fenol 9 mycket sur på grund av två elektrondragande grupper syra pka kommentarer C 3 N 2 C 2 N nitrometan, relativt sur på grund av induktiv effekt från nitrogruppen RN 3 RN alifatiska ammoniumjoner cyklopentadien blir aromatisk vid deprotonering 16 natriumhydroxid är en viktig bas R R natriummetoxid är en vanlig bas ketoner + C 3 CN C 2 CN + Et Et N 3 N 2 + C 4 C nitriler är relativt sura på grund av cyanogruppen 25 estrar är mindre sura + är ketoner + 25 alkyner är relativt sura på grund av sp-hybridisering 35 natriumhydrid är en vanlig bas 38 litiumamid är en vanlig bas 44 alkener är surare än alkaner på grund av sp 2 -hybridisering 48 många metallorganiska reagens är kraftiga baser och nukleofiler, exempelvis MgBr och Li

27 3. Sura kolväten Är kolväten syror? pka = extremt svag syra den konjugerade basen blir mycket stark F16

28 Är kolväten syror? 3. Sura kolväten pka = pka = 44 pka = 25 sp 3 sp 2 sp p sp 3 sp 2 sp s ju mer s-karaktär, desto närmare kärnan ligger elektronerna detta ger svagare bindning väte lossnar lättare starkare syra

29 Är kolväten syror? 3. Sura kolväten pka = pka = 44 pka = 25 sp 3 sp 2 sp

30 4. Kemi och biologi Mättade kolväten är inte särskilt reaktiva det finns inget handtag förbränning radikalhalogenering 2 C 2 C C 3 C C 4 Cl 2 C 3 Cl Cl C 2 C 22 C 2 F8 F9