rganisk kemi AK KK012 2013-01-29 Ulf Ellervik
Föreläsning 3 Kolvätens egenskaper Kapitel 4 1) Introduktion 2) Konformationsanalys 3) Sura kolväten 4) Kolvätens reaktioner
1. Introduktion Vad händer egentligen här? Vad har det att göra med kolväten?
Enkla kolväten σ-bindningar har fri rotation Newmanprojektioner kryssform ekliptisk form (vätena ligger rakt bakom varandra)
Enkla kolväten σ-bindningar har fri rotation energi olika konformationer har olika energi 12 kj/mol 0 60 120 180 ekliptisk form kryssform ekliptisk form kryssform
Enkla kolväten σ-bindningar har fri rotation olika konformationer har olika energi energi 0 60 120 180 ekliptisk form kryssform ekliptisk form kryssform
Enkla kolväten gaucheinteraktion energi = 16 kj/mol 20 kj/mol 3,5 kj/mol -180-120 -60 0 kryssform anti ekliptisk form kryssform gauche ekliptisk form 60 120 180 kryssform gauche ekliptisk form kryssform anti
Cykliska alkaner generell formel Cn2n cykloalkaner har ringspänning hur mäter man ringspänning? förening ringspänning C36 C48 C510 C612 0 C714 C816 117 kj/mol 110 kj/mol 27 kj/mol 27 kj/mol 42 kj/mol
Cykliska alkaner vad är ringspänning? vinkelspänning vinklarna avviker från 109 dåligt orbitalöverlapp ringspänning vridspänning ekliptiska grupper C 2
Cykliska alkaner varför har inte cyklohexan ringspänning? 120 109
Cykliska alkaner ritteknik
Cykliska alkaner cyklohexan har flera möjliga konformationer 45 kj/mol 23 kj/mol 30 kj/mol stol halvstol tvistform båt tvistform halvstol stol
Cykliska alkaner varför är stolformen betydligt stabilare än båtformen? båtform eklipsad konformation flaggstångsväten C 2 C 2
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
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
Cykliska alkaner inget hålrum innan C18 cyklohexan cykloeikosan
Cykliska alkaner med stora ringar är det möjligt att göra katenaner
Polycykliska alkaner flera ringar kan kopplas ihop dekalin adamantan diamant
Polycykliska alkaner flera ringar kan kopplas ihop diamant
diamanter består bara av kol C + 2 C2 Lavoisier, 1774
Polycykliska alkaner flera ringar kan kopplas ihop kuban dodekahedran
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 (1879-1947)
3. Sura kolväten Vad är en syra? B) Lewis definition (1923) En syra är en elektronparsacceptor En bas är en elektronparsdonator Gilbert Lewis (1875-1946) + N 3 + N 3 F F B F + N 3 F 3 B N 3
3. Sura kolväten Vad är en syra? C) Syrastyrka A + 2 3 + A K e = [ 3 ] [A ] [A][ 2 ] K a = K e [ 2 ] = [ 3 ] [A ] [A] pk a = - 10 lg K a
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
Avsnitt 21.7 3. Sura kolväten 20.7 Viktiga pk a -värden syra pka kommentarer I I + -10 jodvätesyra 2 S 4 S 4 + -9 svavelsyra Br Br + -9 bromvätesyra Cl Cl + -7 saltsyra S S + -6 p-toluensulfonsyra, ptsa, viktig syra, löslig i många organiska lösningsmedel 3 2 + -2 oxoniumjon N 3 N 3 + -1 salpetersyra F 3 C F F + R F 3 C + N 3 N 2 + R 2 C 3 C 3 + + 0 trifluorättiksyra 3 fluorvätesyra varning, djupa frätskador! 3 5 aromatiska ammoniumjoner 4 5 karboxylsyror 6 natriumvätekarbonat vanlig vid extraktion N 4 N 3 + 9 ammoniumjon + + 10 fenol 9 mycket sur på grund av två elektrondragande grupper syra pka kommentarer C 3 N 2 C 2 N 2 + 10 nitrometan, relativt sur på grund av induktiv effekt från nitrogruppen RN 3 RN 2 + 10 11 alifatiska ammoniumjoner + 2 + 16 cyklopentadien blir aromatisk vid deprotonering 16 natriumhydroxid är en viktig bas R R + 16 18 natriummetoxid är en vanlig bas 19 20 ketoner + C 3 CN C 2 CN + Et Et + 2 + N 3 N 2 + C 4 C 3 + 25 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
3. Sura kolväten Är kolväten syror? pka = 48-50 extremt svag syra den konjugerade basen blir mycket stark F16
Är kolväten syror? 3. Sura kolväten pka = 48-50 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
Är kolväten syror? 3. Sura kolväten pka = 48-50 pka = 44 pka = 25 sp 3 sp 2 sp
4. Kemi och biologi Mättade kolväten är inte särskilt reaktiva det finns inget handtag förbränning radikalhalogenering 2 C 2 C C 3 C 2 6 3 2 C 4 Cl 2 C 3 Cl Cl C 2 C 22 C 2 F8 F9