FUKTIELLA GUPPE (Ämnesklasser) Fö13-14-2013/EMM Funktionella grupper och egenskaper Vanliga funktionella grupper i organisk kemi Ämnesklass Funktionell grupp amn på funk.grp Exempel Ex. 32-l + 2!" 32- + l Kloretan Etanol 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 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. 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... 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
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 3 2 3 3 3 3 amngivning: 4-Isopropyl-2-heptanol 1-Butanol en primär alkohol 2-Butanol en sekundär alkohol 2-Metyl-2-propanol en tertiär alkohol Alkoholgruppen som substituent: hydr oxi- 2 3-ydroxi-4-metyl-1-cyklohexen 1 3 3 2 3 2 2 3 2 2 2 starkt polär avtagande polära egenskaper Vätebindning opolära del polär del Lipofil ydrofil ögre alkoholer (> 10 ) har liknande egenskaper som alkaner ETA -- amnges: Alkyl alkyl eter alt. alkoxi-alkan Flervärda alkoholer 3 3 Dimetyl eter 1,2-Etandiol Etylenglykol (= glykol) Giftig (kylarvätska) 2 2 2 2 1,2,3-Propantriol Glycrerol farlig Ingår i fett 3 2 2 3 Kan bilda s.k. peroxider: Fysikaliska egenskaper: 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- Varför är fenol en starkare syra relativt alkoholer? föreningar med en hydroxylgrupp bunden direkt till en aromatisk ring reagerar olika jämfört med alkoholer -. fenol 1-naftol Ph- Fenoler är svaga syror: + Base Ar- 2-naftol + - Base bensylalkohol bs! ingen fenol = - pk a! 10 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, vilket gör att syret inte binder upp vätet lika starkt i fenol: Ph--, detta i jämförelse med alkoholer -- esonanshybrid av fenolatanjonen = positioner med något högre elektrontäthet Ju mer utspridd jon - Ju stabilare 3 2 + Base 3 2 + - Base pk a! 16 Alkoholer är i jämförelse med fenoler mycket svaga syror (! som vatten i pk a ) ESASFMLE. Enskilt ritade strukturer av en molekyl eller molekyljon som visar hur fria 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)) 3 3 Pilens riktning utgår alltid från fria 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 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 fria e par får flyttas. Avgörande för stabiliteten hos olika resonansstrukturer a) De strukturer som har flest kovalenta bindningar är stabilast b) Endast en extra laddningsuppdelning räknas med (= ritas, se II och III nedan) c) Det mest elektronegativa atomslaget får den negativa laddningen 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 +! +! Bindningstyp som ingår i många funktionella grupper Aldehyd - ändelse: -al 3 3 2 l 1 3-klorpropanal umrering från aldehydkolet Metanal Formaldehyd (formalin som vattenlösning) Etanal Acetaldehyd (ger baksmälla av etanol) Propanal Propionaldehyd Bensaldehyd "bittermandelolja" ågra vanliga reaktioner för Aldehyder och Ketoner eduktion till alkoholer ab 4 2 Primära alkohol Aldehyd atruim Borhydrid ab 4 Sekundär alkohol Keton xidation av alkoholer: Primära alkoholer:! Aldehyd! Karboxylsyra a 2 r 2 7 a 2 r 2 7 3 2 3 3 2 S 4 2 S 4 Etanol Acetaldehyd Ättiksyra xideras lätt vidare Sekundär alkohol:! Keton Keton ändelse: -on a 2 r 2 7 2 S 4 Aceton - en Keton 3 3 3 2 3 Propanon Aceton kp 56 Butanon Metyletylketon Tertiära alkoholer oxideras ej Isomera pentanoner 2-Pentanon 3-Pentanon Aldehyder och ketoner är halvpolära, med lägre kokpunkt än alkoholer, men högre än etrar.
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 Salicylsyra amngivning etanol + -- 2 3 3 2 3 ' + 3 Syra Funktionell grupp - Änderlse: -yl -oat 3 2 3 + 2 etylacetat + 2 3 Acetylsalicylsyra - ett 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 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 Basisk hydrolys: Saponifiering (förtvålning av fetter) ydrolys: ' + + ' 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 en svag aromatisk bas Anilinium ion 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 Kväveinnehållande aromater Pyridin ikotin 3 3 3 3 Koffein istidin en aminosyra 2 DA ( eller A) strängarna hålls ihop med vätebindningar mellan en purinbas och en annan pyrimidinbas 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. ot: I organisk kemilaborationen på kursen görs en amidsyntes där en reaktiv karboxylsyra anhydrid används istället 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