FUKTIELLA GUPPE (Ämnesklasser) Fö2-2010/EMM Vanliga funktionella grupper i organisk kemi Ämnesklass Funktionell grupp amn på funk.grp Exempel Ex. 32-l + 2!" 32- + l Kloretan Etanol Generellt: -l - = - Z = generell kolvätekedja (alkyl) eller Ar = aromat Z= Funktionell grupp, Ex. -l, -, -, -2 m.fl. 1. Föreningars egenskaper bestäms av Z-gruppen och i mindre grad av -gruppen (smältpunkt, kokpunkt, löslighet, reaktivitet m.m.). 2. lika -grupp med samma funktionell grupp (Z) bildar föreningar med liknande kemiska egenskaper. Ex. metanol, etanol, propanol... 1. Alkener Dubbelbindning Alkenylgrupp eten 2. Alkyn Trippelbindning Alkynylgrupp acetylen 3. Aromater Aromatring Aromatgrupp bensen 4. Alkylhalid -X alogen kloroform 5. Alkohol - ydroxigrupp etanol 6. Eter -- Etergrupp eter 7. itroförening - 2 itrogrupp nitroglycerin 8. Aminer - 2 Aminogrupp metylamin 9. Fenol Ar- Fenolgrupp fenol 10. Aldehyd - Aldehydgrupp acetaldehyd 11. Keton 1-(=)- 2 Ketongrupp aceton 12. Karboxylsyra - Karboxylgrupp etansyra (ättiksyra) 13. Estrar -- Ester grupp etylacetat 14. Amid ---() Amid grupp bensamid 15. itril - yanogrupp acetonitril 16. Syraklorid -l Klorformylgrupp acetylklorid 17 Karboxylsyraanhydrid ---- Anhydridgrupp ättiksyraanhydrid Funktionella grp med bara kol Alkan! - Alken! -=- Alkyn! - - Aromat! Ar - Funktionella grp med syre Alkohol - Fenol Ar- Eter -- Aldehyd - Keton 1-(=)- 2 Karboxylsyra - Estrar -- Funktionella grp med kväve Amin - 2 Anilin Ar- 2 Amid ---() Övriga: Alkylhalid -X itroförening - 2 = KLSKELETTET Kursiv text för de något mindre vanliga funktionella grupper Exempelstrukturer på ämnesklasserna 1-17: l 3 1. 2. 3. 4. 3 2 2 2 5. 2 2 2 3 2 2 3 6. 7. 3 3 3 3 3 2 3 10. 11. 12. 13. 2 3 3 3 2 8. 9. l 3 3 14. 15. 16. 17.
Funktionella grp med syre ALKLE - Funktionell grupp - (alifatisk bunden) Derivat av kolväte där - byts ut mot - amnges genom att -ol läggs till motsvarande kolväte (-an " -anol) 3 Metanol träsprit 3 2 Etanol etylalkohol 3 3 2-Propanol isopropanol Fysikaliska egenskaper - Vätebindningar medför att smältpunkt och kokpunkt är högre för alkoholer än för vanliga alkaner Lägre alkoholer är lösliga i vatten = kolvätekedja < 4 kolatomer är vattenlöslig Vätebindning 3 2 2 1-Butanol en primär alkohol ögre alkoholer har liknande egenskaper som alkaner 3 2 3 amngivning: 3 3 3 2-Butanol en sekundär alkohol 2-Metyl-2-propanol en tertiär alkohol Alkoholgruppen som substituent: hydr oxi- 2 3-ydroxi-4-metyl-1-cyklohexen 3 3 2 3 2 2 3 2 2 2 starkt polär avtagande polära egenskaper Vätebindning 4-Isopropyl-2-heptanol 1 opolära del Lipofil polär del ydrofil Flervärda alkoholer Etendiol Etylenglykol (= glykol) Giftig (kylarvätska) 2 2 2 2 1,2,3-Propandiol Glycerol f arlig Ingår i fett ETA -- amnges: Alkyl alkyl eter alt. alkoxi-alkan 3 3 3 2 2 3 Kan bilda s.k. peroxider: Fysikaliska egenskaper: Dimetyl eter Dietyl eter (vanlig eter) alt. Etoxietan --- explosiva föreningar Kokpunkt lägre än motsvarande alkohol. Kan inte vätebinda till sig själv (lägre kokpunkt än alkoholer) Etrar är generellt rel. oreaktiva, vattenolösliga, eldfarliga lösningsmedel.
FELE Ar- föreningar med en hydroxylgrupp bunden direkt till en aromatisk ring reagerar olika jämfört med alkoholer -. fenol Ph- 1-naftol Ar- 2-naftol Fenoler är svaga syror: - i jämförelse med alkoholer + Base + - Base bensylalkohol bs! ingen fenol = - pk a! 10 Varför är fenol en starkare syra relativt alkoholer? Fenoxidjonen är resonansstabiliserad: lika resonansstrukturer förklarar elektronfördelningen där den negativa laddningen är delokaliserad över tre kol och ett syre. Elektroner polariseras från syret in i ringen. esonanshybrid av fenolatanjonen -! = positioner med något högre elektrontäthet Ju mer utspridd jon - Ju stabilare -! -! -! -! 3 2 + Base 3 2 + - Base ESASFMLE. pk a! 16 Enskilt ritade strukturer av en molekyl eller molekyljon som visar hur elektronpar och $-bindningar kan/får flyttas inom molekylen. De olika strukturerna ger en bild av var elektropositiva och elektronegativa laddningar är fördelade i molekylen Ex. Karboxylsyror, itrometan. (se även bensen tidigare, och fenol nästa sida)) egler för resonansstrukturformler 1) Valensreglerna måste gälla (oktettregeln: 8 elektroner i yttre skalet,,,) 2) esonansstrukturformlerna får bara skilja sig åt i omfördelningen av elektroner. Inga # bindningar får brytas, bara $ bindningar och e par får flyttas. Avgörande för stabiliteten hos olika resonansstrukturer a) De strukturer som har flest kovalenta bindningar är stabilast b) Så lite laddningsseparation som möjligt c) Det mest elektronegativa atomslaget får den negativa laddningen d) Endast en extra laddningsuppdelning räknas med (= ritas, se II och III nedan) 3 3 Pilens riktning utgår alltid från e-par eller!-bindning till!-bindning resp. e-par De olika strukturerna sätts generellt inom en klammer. 3 itrometan 3 esonansstrukturerna visar att den negativa laddningen är spridd på de ekvivalenta syrena Ex. Pent-3-en-2-on Polarisering = drar elektronerna mot syret Punkt c)!" +" I II III Laddningsfördelningen ger indikation på dipol riktningen, och på vilka positioner reaktioner företrädesvis sker på. Syret är mest elektronegativt vill ej ha positiv laddning -! +! Ej bra! instabilt
ALDEYDE och KETE -! Karbonylgrupp +! -! +! Dipol, sp 2 kol, 120 vinkel ågra vanliga reaktioner för Aldehyder och Ketoner eduktion till alkoholer ab 4 2 Aldehyd atruim Borhydrid Primära alkohol Bindningstyp som ingår i många funktionella grupper Aldehyd - ändelse: -al Keton ab 4 Sekundär alkohol 3 3 2 Metanal Formaldehyd (formalin som vattenlösning) Etanal Acetaldehyd (ger baksmälla) Propanal Propionaldehyd l 1 3-klorpropanal Bensaldehyd umrering från aldehydkolet "bittermandelolja" Keton ändelse: -on 3 3 Propanon Aceton kp 56 3 2 3 Butanon Isomera pentanoner 2-Pentanon 3-Pentanon Aldehyder och ketoner är halvpolära, med lägre kokpunkt än alkoholer, men högre än etrar. xidation av alkoholer: Primära alkoholer:! Aldehyd! Karboxylsyra 3 2 Etanol Sekundär alkohol: a 2 r 2 7 2 S 4 Special reagens för aldehyder: P Tertiära alkoholer oxideras ej! Keton Addition till karbonylgrupp!" - +" + + - Aldehyd eller Keton 3 Acetaldehyd xideras lätt vidare a 2 r 2 7 2 S 4 a 2 r 2 7 2 S 4 P 2 l 2 3 Ättiksyra Aceton - en Keton P = Pyridinum hloro hromate yanohydrin ny kol-kol bindning Det positivt polariserade karbonylkolet reagerar med elektronrik nukleofil, ex.vis en cyanidjon, varefter det negativa syret tar upp en vätejon
KABXYLSY - ändelse: -syra -oat Motsvarande salt Strukturformel Systemat. amn Trivialnamn Systemnamn Trivialnamn Metansyra Myrsyra metanoat formiat 3 Etansyra Ättiksyra etanoat acetat 3 2 Propansyra Propionsyra propanoat propionat 3 2 2 Butansyra Smörsyra butanoat butyrat 3 2 2 2 Pentansyra Valeriansyra pentanoat valeriat Dessa kortare karboxylsyror har alla stickande, frän och illaluktande lukt. Längre kolkedjor (>12 ) ger luktlösa och fasta karboxylsyror som kallas fettsyror Ph- Bensoesyra är en aromatisk karboxylsyra. Användning: konserveringsmedel Karboxylsyror är relativt starka syror Ättiksyra:!" 3 +" Vanliga dikarboxylsyror + Bas pk a! 5 3 + Bas- Karbonylens dipol och resonansstabiliserad anjon bidrar till lågt pk a Dimerer och vätebindning ger höga kp och smp för karboxylsyror Induktiv effekt:!" +" l 2 +" Dipol l Polarisering av elektroner från elektronegativa atomslag ger dipoler, vars styrka och riktning påverkar övriga molekylen. Induktiv effekt påverkar reaktiviteten i olika föreningar och syrastyrkor i bl.a. karboxylsyror!"!" 2 l 2 2 l 2 2 2 är en starkare syra än pka 2,8 4,1 4,5 eaktioner som ger karboxylsyror: 3 +" pka =4.8 Kloratomen "drar" elektroner från -, vars syre binder vätet sämre Induktiva effekten av elektronegativa kloratomen avtar med avståndet Minskad syrastyrka nedåt 3 xidation av primär alkohol: a 2 r 2 7 3 2 3 Kp 78 2 S 4 20 118 xideras lätt vidare xidation av aromatisk sidkedja: 3 KMn 4 - Etandisyra xalsyra oxalat Finns i naturligt i t.ex rabarber och harsyra - 2- Propandisyra Malonsyra malonat Finns naturligt i kroppens metabolism 2 S 4 Bensoesyra
ESTE - ett karboxylsyraderivat som fås genom kondensation av en karboxylsyra och en alkohol Framställning 3 ättiksyra etanol + -- 2 3 Salicylsyra amngivning 3 2 3 ' + 3 Syra Funktionell grupp - Änderlse: -yl -oat 3 2 3 + 2 etylacetat 3 Acetylsalicylsyra - en av världen äldsta läkemedel Alkoholens alkylgrupp följt av syrasaltets namn Alkyl alkanoat etyletanoat etylbutanoat pentylacetat etylacetat (persika smak/doft) (banansmak/doft) Många enkla estrar med rel. korta kolkedjor har angenäm doft Basisk hydrolys: Saponifiering (förtvålning av fetter) ' + ydrolys: + ' Funktionella grp med kväven: AMIE - 2 amnges med alkyl följt av ordet amin. 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 metylamin dimetylamin trimetylamin tetrametylammonium jon primär sekundär!!!!!!!!!!!!! tertiär!!!!!!!!!!!kvartenär Sekundära och tertiära aminer namnges genom att den mest komplexa (flest kol) alkylgruppen bildar basnamn och övriga alkylgrupper bundna till kvävet behandlas som substituenter med prefixet - 2 propylamin -etyl--metylpropylamin -etylpropylamin Aminogruppen kan även behandlas som substituent och betecknas då amino- Ex. 2 2-Aminopropan 3 3 Aminer är en organisk motsvarighet till ammoniak Aminer är baser: 3 2 2 + -l 3 2 3 l (aq) Ammoniumsalt Ammoniumjoner med stora -grupper är även vattenlösliga Aminer bildar vätebindningar, på samma sätt som alkoholer, med t ex annan amin eller vatten, genom aminogruppens väten och kvävets fria elektronpar. 2 17 35 Saponifiering 2 17 35 + 3 a + 3 17 35 a 2 17 35 glycerylstearat 2 glycerol natrium stearat "tvål"
Anilin Ar- 2 Anilinium ion en svag aromatisk bas 3 2 2 3 jämför pk a 4.58 10.64 yclohexylaminium ion 2 I DA och A ingår bl.a. Adenin- en purin bas 2 ytosin - en pyrimidin bas Den minskade basstyrkan hos anilin beror på delokalisering av kvävets fria elektronpar in i bensenringen, vilket minskar kvävets elektrontäthet: 2 2 2 2 2 ågra vanliga aromatiska aminer 2 2 2 2 anilin 2-metylanilin o-toluidin 3-metylanilin m-toluidin 4-metylanilin p-toluidin DA ( eller A) strängarna hålls ihop med vätebindningar mellan en purinbas och en annan pyrimidinbas Kväveinnehållande aromater Pyridin ikotin 3 3 3 3 Koffein istidin en aminosyra 2 Amniner ingår i många läkemedel och droger. Att kvävet kan protoniseras spelar en viktig roll för transport mellan olika membranväggar. Exempel: 3 S 3 Losec (meprazol) 3 3 Viagra Et S 3 3
AMID - ett karboxylsyraderivat 2 ' Ändelse: -amid 2 metanamid formamid 3 2 etanamid acetamid 3 2 2 propanamid propionamid ' '' alogenföreningar -X -F -l -Br -I = -X alogen betraktas alltid substituent l Br I 1-Klorbutan 2-Brombutan 2-Jod-2-metyl propan X bundet till primärt kol sekundärt kol tertiärt kol Vanliga halogenföreningar: Fl 3 Freon 11 F 2l 2 Freon 12 F 3-lBr alotan Sekundära och tertiära amider namnges som -alkyl substituerade primära amider 3 3 Br 3 3 -metyletanamid,-dimetylmetanamid,-dimetylformamid (DMF),-dietyl-3-brombutanamid Framställning av amid: Aminers reaktion med karboxylsyra via aktiverad syraklorid 3 Karboxylsyra Sl 2 Tionylklorid 3 l Syraklorid ' 2 3 ' T.ex Peptidbindning i proteiner Karboxylsyran överförs till den reaktiva syrakloriden som reagerar med en amin till amid. Amid resonans: 2 2 2 Amidkvävet mindre basiskt jämfört med aminer - 2-2, då resonans i amiden drar elektrontäthet från kvävet mot karbonylsyret. 2l2 Diklormetan Metylenklorid Vanligt lösningsmedel l3 Triklormetan Kloroform ancerogent lösningsmedel l4 Tetraklormetan Koltetraklorid ancerogent lösningsmedel 2=-l Vinylklorid PV-plast tillverkning Miljögifter: pga sin opolära natur och svårighet att brytas ned ackumuleras många i näringskedjan. ågra exempel: l l 3 DDT l l 1-5 l 1-5 PBs > 200 isomerer l l Dioxin Alla halogenföreningar är icke-brandfarliga, och har en densitet högre än vatten. polära. Användning: lösningsmedel, brandsläckare, dock även miljöbovar som kylmedel och miljögifter itroföreningar -2 itrogruppen betraktas alltid som substituent 2 2 3 2 2 2 2 2 2 3 2 2 itrometan 3-itrocyklohexen nitroglycerin 2,4,6-trinitrotoluen Trotyl (TT) l l itroföreningar brinner generellt exotermt och explosivt