Kemiska reaktioner. Biologisk kemi Medicinsk Teknik vt 2012 Märit Karls. Läs Kemibok på nätet

Transkript

1 Kemiska reaktioner Biologisk kemi Medicinsk Teknik vt 2012 Märit Karls Läs Kemibok på nätet

2 Länkar från seminarium 2011 Kemibok på nätet: Virtual textbook visionlearning.com Svensk kemikurs, interaktiv Bra kemiguide på nätet

3 Länkar från seminarium The dynamic chemistry textbook Utforska! Föreläsning på Slide share. Mycket relevant för vår kurs. Ni som missade föreläsningen Intermolekylära attraktioner kan titta på denna presentation lecule/forces.htm Bra jämförelse olika typer av intermolekylära krafter!

4 Bild från en av länkarna

5 Repetition Kemisk bindning Varför är det viktigt att förstå kemisk bindning när man läser Biologisk kemi? Ex: signalmolekyler måste passa till sin receptor Läs mer här

6 Elektronfördelning I varje orbital finns plats för 2 elektroner He Ar Ne Jmf fig. 3.6 och tab. 3.3 Elektronerna fylls på enl Hunds regel bussprincipen Lägg märke till elektronfördelning för He, Ne och Ar Stabila föreningar

7 Oktettregeln Ett sätt för atomer att uppnå känslan av fullt skal är att ge bort elektroner ta upp elektroner dela elektroner med annan atom Detta leder till kemiska reaktioner och nya kemiska föreningar

8 Molekyl-resp jonföreningar

9 Organiska molekyler De flesta föreningar i kroppen består av atomer som delar elektronpar för att uppfylla oktettregeln. På hemsidan för University of Wisconsin finns fina bilder som illustrerar egenskaper för molekyler Öppna länkar på nästa två bilder! Bilderna hämtade från

10 Krafter mellan molekyler Jon-dipol kj/mol Vätebindning Dipol-dipol 5-25 Jon-inducerad dipol 3-15 Dipol-inducerad dipol 2-10 London dispersion 0,05-40 Se ex på länken nedan, tab Intermolekylära krafter

11 Hur ser man om en förening är en dipol? Finns polära bindningar? Titta på molekylformen, t ex linjär form: dipolmomenten tar ut varandra Titta på länken nedan för att se exempel på dipoler och på molekyler med polära bindningar som ej är dipoler Polära molekyler, dipoler

12 Opolära molekyler? Även molekyler med helt opolära kovalenta bindningar kan tillfälligt, korta stunder få en förskjutning av elektronmolnet, så att en temporär dipol bildas. Denna molekyl inducerar en dipol i grannmolekylen Mellan dessa molekyler bildas en attraktion- London dispersions krafter

13 Varför har n-pentan högre kokpunkt? C 5 H 12 C 5 H 12

14 Dagens föreläsning Kemiska reaktioner, kap , end redoxreaktioner Måste börja med att se olika typer av kemiska föreningar och hur man skriver dem. Delar av kap , dessa tas upp grundligt på senare föreläsningar

15 Kolföreningarnas kemi Organisk kemi Mer än 6 milj olika kolföreningar Orsaker, vad är unikt med kolatomen? Ledtråd, grupp i periodiskt system Vill C avge eller ta upp elektroner? Elektronegativitet s. 109 Vilka atomer vill kolatomen samarbeta med? Storlek på kolatomen?

16 12.1 Kolatomens bindningar C-H vanligast Andra atomer som kolatomen gärna binder: HONSP Se fig. s. 361! Extremfallet: Diamant, bara kolatomer med kovalenta bindningar Grafen, världens tunnaste material, starkare än stål! Läs om grafen (nobelpriset i fysik 2010)

17 Vilka egenskaper kan man förvänta sig i organiska föreningar? Kokpunkt (kp, eng: bp)? Löslighet i vatten? Ledtråd: ( Analysis ) Vilka krafter finns mellan molekylerna? Är molekylerna dipoler? Är bindningarna mellan atomerna polära/opolära? Hur stor är skillnaden i el.neg. Mellan C och H?

18 Slutsats Människokroppen består till stor del av organiska föreningar (kolföreningar) Organiska föreningar är till stor del opolära Opolära föreningar är hydrofila/hydrofoba

19 Människokroppen Organiska föreningar i vattenmiljö??? Hur går det om organiska föreningar är opolära = hydrofoba? Måste finnas polära bindningar också Håll utkik efter O, N! Ex. R-O-H, R-N-H, kan bilda bindningar Kan lösas i vatten, hydrofila

20 Funktionella grupper Vad är det; grupper som fungerar? De ger föreningen specifika Fysikaliska egenskaper Kemiska egenskaper Liknande för alla föreningar med samma funktionell grupp Se tab s. 365

21 Copyright 2010 Pearson Education, Inc. Chapter Twelve 21

22 Markera funktionella grupper i tetracyklin Leta efter en: Alkohol Keton Amin Amid

23 Organiska stamträdet

24 Vanligaste atomerna i organiska föreningar Hur många elektroner saknar atomerna för att uppnå full oktett? Hur många kovalenta bindningar kommer de att ha i en molekyl? Se tab. fig. 5.4 s. 111 och s.118 Förklarar kemiska egenskaper

25 12.4 Hur skriver man organiska föreningar? Kondenserade strukturer Underförstått: Molekylgeometri, behöver ej markera vinklade bindningar Fri rotation kring varje enkelbindning 4 bindningar till varje kolatom Behöver inte skriva ut C och H Träna på Worked ex. 12.4, 12.5 Skriv butan på olika sätt Träna på denna sida!

26 Isomeri Föreningar med samma molekylformel men med olika struktur Strukturisomeri Constitutional isomerism På hur många olika sätt kan man pussla ihop 4 kolatomer? Namnge systematiskt, kap Träna mer på föreläsning nästa vecka

27 Omättade föreningar Många organiska föreningar har dubbelbindning (två atomer delar på två elektronpar) Alkener Fettsyror (fleromättade = flera dubbelbindningar) Karbonylföreningar (C=O) Trippelbindning ovanligt

28 Kap.6 Kemiska reaktioner Kemiska reaktionsformler = recept?? Ex. Bakning med bikarbonat s. 143 OBS! atomer kan inte trollas bort! Reaktionen kan beskrivas med en reaktionsformel

29 6.2 Balansering av reaktionsformler Balansera atomer Balansera laddningar Ex. Bildning av NaCl Ex. Förbränning av kolväten Titta själva på Worked ex. 6.3 s. 146

30 Ex. Propen förbränns i syrgas Skriv upp antal atomer i varje led Balansera stora molekyler först Balansera antal atomer mha H 2 O Undvik halva molekyler, fördubbla

31 6.11 Redoxreaktioner ex. cellmetabolismen 2 Mg + O 2 2 MgO Först betydde: Oxidation = ett ämnes reaktion med syre Reduktion = borttagande av syre

32 Oxidation? Reduktion? Mg + Cl 2 MgCl 2 Bättre definition: Oxidation = avgivande av e -, Reduktion = upptagande av e -

33 Ny definition: Vid oxidation avges elektroner Mg Mg e - Vid reduktion upptas elektroner Cl e - 2Cl -

34 Redoxreaktioner Mg Mg e - Oxidation Cl e - 2 Cl - Reduktion Mg + Cl 2 Mg Cl - Oxidationsmedel, tar upp e-, reduceras Reduktionsmedel, avger e-, oxideras

35 Oxidationstal Ett hjälpmedel vid formelskrivning, ett sätt att hålla ordning på elektronerna vid en reaktion Definition: Den laddning som en atom får, om de i bindningen ingående elektronerna helt tillföres den mest elektronegativa atomen

36 Definitioner Oxidation = ett ämnes reaktion med syre Reduktion = borttagande av syre Bättre definition: Oxidation = avgivande av e - Reduktion = upptagande av e - Ännu bättre definition: Oxidation = ämnets oxidationstal ökar Reduktion = ämnets oxidationstal minskar

37 Regler för oxidationstal Ett grundämne i fri form har oxidationstal 0 I kemiska föreningar har syre oxidationstalet II väte oxidationstalet + I är summan av oxidationstalen 0 I en jon är summan av oxidationstalen lika med jonens laddning

38 Exempel HNO 3 N 2 NH 3 NO - 3 NO - 2 NH + 4 salpetersyra kvävgas ammoniak nitratjon nitritjon ammoniumjon

39 Tumregler I organiska molekyler gäller ofta att: En oxidation innebär att molekylen förlorar 2 H eller vinner 1 O Kallas dehydrogenering (ta bort hydrogen, H) ofta katalyserade av enzym som kallas dehydrogenas En reduktion innebär att molekylen förlorar 1 O eller vinner 2 H

40 Exempel Oxidation av alkolhol Återkommer i kap. 14 Oxidation ger aldehyd som ger karboxylsyra Ex. 1-butanol s.445 Application s.447: hur etanol oxideras i cellerna

41 Exempel Oxidation av alkener Elektronrika dubbelbindningar kan oxideras Dubbelbindningen bryts, produkten kan vara ketoner, karboxylsyror eller koldioxid Respiration (cellandning) C 6 H 12 O 6 + O 2 CO 2 + H 2 O Träna på att balansera formeln! Worked ex. 6.19

42 Exempel dehydrogenering S. 446, s hydroxipropansyra 2-oxopropansyra Mjölksyra, lactic acid pyrodruvsyra/pyruvat Inte så lätt att se elektronöverförandet. Ofta ingår elektronerna i väteatomer som upptas eller avges. Väteatomer kan inte existera fritt utan måste tas upp av någon annan organisk förening eller av syre. Dehydrogenaser kräver ett coenzym, NAD+, NADP+, FMN eller FAD. Återkommer vid metabolismen

43 Oxidationsmedel Oxidationsmedel oxiderar ett annat ämne Reduceras själv Ozon O 3 är ett av de starkaste oxidationsmedlen, Se Application s. 457

44 Viktiga oxidationer Citronsyracykeln i cellmetabolismen 4 dehydrogeneringar av olika dehydrogenas Varje dehydrogenering ger material till andningskedjan som i sin tur ger energi till cellen genom ATP

45 Viktiga reduktioner Reduktion av aldehyder och ketoner Återkommer i kap och i cellmetabolismen