FUKTIELLA GUPPE (Ämnesklasser) Fö 9-10 Del B-2010 Ex. 32-l + 2 ¾ 32- + l Kloretan Etanol Generellt: -l - = - Z = generell kolvätekedja (alkyl) 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 omättade kolväten Alkan Enkelbindning Alkener Dubbelbindning Alkyn Trippelbindning Aromater Aromatring Ar- Funktionella grp med syre Alkohol - Eter -- Fenol Ar- Aldehyd - Keton 1 -(=)- 2 Karboxylsyra - Estrar -- Se även Table 5.5 (p.146) Funktionella grp med kväve Aminer - 2 Aniliner Ar- 2 Amid ---() Övriga: Alkylhalider -X itroförening - 2 Ju större dipol mellan olika atomer i en bindning Ju polärare bindning Vilket leder till : starkare bindningskrafter mellan molekyler (smp. kp), bättre löslighet för molekylen i polära lösningsmedel (ex. vatten) ökad reaktivitet för polariserad bindning.
Vanliga funktionella grupper i organisk kemi: Z Ämnesklass Funktionell grupp amn på funk.grp Exempel mättade kolväten: 1. Alkener Dubbelbindning Alkenylgrupp eten 2. Alkyn Trippelbindning Alkynylgrupp acetylen 3. Aromater Aromatring Aromatgrupp bensen - bunden till elektronegativ atom:,, X (F, l, Br, I): 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 -bunden till karbonylgrupp (=): 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 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 2 8. 9. 3 3 3 3 3 2 3 10. 11. 12. 13. 2 3 3 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 3 2 3 3 Etanol 2-propanol isopropanol Primära alkoholer * Sekundär alkohol* 3 3 2-Metyl-2-propanol tert.-butanol Tertiär alkohol* 3 * anger antal kol som är bundet till -grupppens substitutionskol Alkoholgruppen som substituent: hydroxi- 4-isopropyl-2-heptanol 3-hydroxi-4-metylcyklohexen Flervärda alkoholer 2 2 Etandiol etylenglykol Kylarvätska 2 2 1,2,3-propantriol glycerol Beståndsdel i fett
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 (se även fig 6.2 och 6.3) Vätebindning Alkoholer med långa kolkedjor har liknande egenskaper som alkaner, då gruppens polära egenskaper får mindre betydelse ETA -- amnges: Alkyl alkyl eter 3 3 3 2 2 3 Alkoxi- som substituent: dimetyleter dietyleter ("vanlig" eter) ex. etoxietan Fysikaliska egenskaper: Kokpunkt lägre än motsvarande alkohol. Kan inte vätebinda till sig själv (lägre kokpunkt än alkoholer) Fig 6-6 Etrar är generellt rel. oreaktiva, vattenolösliga, eldfarliga lösningsmedel. FELE Ar- Föreningar med en hydroxylgrupp bunden direkt till en aromatisk ring eagerar olika jämfört med alkoholer -. Fenoler är svaga syror fenol Ph- 1-naftol Ar- 2-naftol bensylalkohol bs! ingen fenol = -
SY och BASE Definitioner: Syror donerar protoner Baser accepterar protoner. Ex. Ättiksyra - en relativt stark syra 3 Dissociationskonstanten Ka: K a = K [ 2 ] = [ 3 + ] [ 3 - ] [ 3 ] + 2 3 syra bas bas syra K = [ 3 + ] [ 3 - ] [ 3 ][ 2 ] = 1,76 x 10-5 Ju starkare syra - ju svagare konjugerande bas. Ju större pka värde - Ju svagare syra Fenoler är svaga syror och alkoholer är mycket svaga syror: + 3 pk a = -log K a =4,76 + Bas + Bas pk a! 10 3 2 + Bas 3 2 + Bas pk a! 16 Basstyrkan kan relateras till pka för sin konjugerande syra: Ju större pka värde för den konjugerande syran ju starkare bas. TABELL: ågra generella syra-baspar och dess pka SYA pka Konjugerande BAS Starkast syra SbF6 >-12 SbF6 - Svagast bas l - 7 l - Karboxylsyra 3-5 3- - Amin 3-3 + 10 3-2 Fenol Ph- 10 Ph- - 2 15 - Alkohol (3)3-18 (3)3-3 33 2 - Svagast syra 33 50 32 - Starkast bas
Effekter som styr reaktivitet och syra-bas egenskaper 1 ESAS delokalisering av elektroner Ex. Karboxylsyror, Fenolatanjon. (se även bensen tidigare) 3 3 bs! 3 FEL: Kol har 10 e - Pilens riktning utgår alltid från e-par eller π-bindning till π-bindning resp. e-par Fenoxidjonen är resonansstabiliserad: esonansstrukturer förklarar elektronfördelningen esonanshybrid av fenolatanjonen -! -! = något högre elektrontäthet. -! -! egativa laddingen är delokaliserad (utspridd) över 4 atomer. Ju mer utspridd jon - Ju stabilare -! Fenoler är svagare syror än alkoholer -, eftersom alkoholer inte har denna resonansstabilisering av anjonen 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 σ bindningar får brytas, bara π bindningar och e - -par får flyttas.
ALDEYDE och KETE Karbonylgrupp +! -! Dipol, sp 2 kol, 120 vinkel Aldehyd - ändelse: -al 3 3 2 Metanal Etanal Propanal Formaldehyd Acetaldehyd Propionaldehyd (formalin) (Box 6.2) (Baksmälla) (Box 6.1) l 1 3-klorpropanal umrering från aldehydkolet Bensaldehyd "bittermandelolja" Keton 3 3 3 2 3 ändelse: -on Propanon Aceton kp 56 Butanon 2-Pentanon 3-Pentanon Aldehyder och ketoner är halvpolära, med lägre kokpunkt än alkoholer (dipol-dipol interaktioner)
ågra vanliga reaktioner för Aldehyder / Ketoner eduktion till alkoholer ab 4 2 Primära alkohol Aldehyd atruim Borhydrid Keton ab 4 Sekundär alkohol xidation av alkoholer: Primära alkoholer 3 2 a 2 r 2 7 2 S 4 3 Aldehyd xideras lätt vidare 3 Karboxylsyra Special reagens krävs för aldehyder: P 2 l 2 P = Pyridinum hloro hromate i metylenklorid Aldehyd Sekundär alkohol: a 2 r 2 7 2 S 4 Aceton - en Keton
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 a elativt starka syror Ättiksyra: 3 + Bas pka! 5 3 + Bas- esonansstabiliserad anjon bidrar till lågt pka Dimerer och vätebindning ger höga kp och smp för karboxylsyror Vardagliga karboxylsyror Ph- Bensoesyra är en aromatisk karboxylsyra. Användn.: konserveringsmedel - 3!Etandisyra!!!xalsyra! Finns i naturligt i t.ex rabarber och harsyra Mjölksyra se Box 6.3 Salicylsyra Se Box 6.4
Effekter som styr reaktivitet och syra-bas egenskaper - 2 Induktiv effekt: polarisering av elektroner från elektronegativa atomslag (dipoler) (se även kap 4.2) l 2 är en starkare syra än 3 Dipol l 2 l 2 2 pka 2,8 4,1 pka =4.8 Induktiva effekten av elektronegativa kloratomen avtar med avståndet Minskad syrastyrka l 2 2 2 4,5 eaktioner som ger karboxylsyror: xidation av primär alkohol: a 2 r 2 7 3 2 3 3 Kp 78 2 S 4 20 118 xideras lätt vidare xidation av aromatisk sidkedja: 3 KMn 4 2 S 4 Bensoesyra
ESTE - ett karboxylsyraderivat (- grupp bytt mot ) Funktionell grupp - ' Framställning Änderlse: -yl -oat Syra 3 + -- 2 3 3 2 3 + 2 ättiksyra etanol etylacetat + 3 3 Salicylsyra Acetylsalicylsyra amngivning 3 2 3 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: + ' 2 17 35 Saponifiering 2 17 35 + 3 a + 3 17 35 a 2 17 35 glycerylstearat 2 glycerol natrium stearat "tvål"
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 -etylpropylamin -etyl--metylpropylamin Aminogruppen kan även behandlas som substituent och betecknas då amino- Ex 2 3 3 2-aminopropan 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.
Anilin Ar- 2 en aromatisk bas 2 Anilin är en svagare bas än etylamin esonans ger lägre elektrontäthet på kvävet! lägre basstyka ågra vanliga aromatiska aminer 2 2 2 2 anilin 2-metylanilin o-toluidin 3-metylanilin m-toluidin 4-metylanilin p-toluidin 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 3 3 Et 3 S Losec (meprazol) 3 Viagra S 3
2 I DA och A ingår bl.a. Adenin- en purin bas 2 ytosin - en pyrimidin bas DA ( eller A) strängarna hålls ihop med vätebindningar mellan en purinbas och en annan pyrimidinbas
AMID - ett karboxylsyraderivat (- grupp bytt mot 2 ) 3 2 Ändelse: -amid ' ' '' Primär Sekundär Tertiär 2 metanamid formamid 2 etanamid acetamid 3 2 2 propanamid propionamid Sekundära och tertiära amider namnges som -alkyl substituerade primära amider 3 3 Br 3 3 -metyletanamid,-dimetylmetanamid,-dimetylformamid (DMF),-dietyl-3-brombutanamid Framställning: + '- 2 ' + 2 Ex.vis Peptdbindning esonans: 2 2 Amidkvävet är mindre basiskt jämfört med aminer (- 2-2 ) [ågot mindre vanliga karboxylsyraderivat är: SYAKLID och KABXYLSYA AYDID (Se laborationen) --l ---- ]
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 2 l 2 Freon 12 F 3 -lbr alotan l l l 3 l l Dioxin - ett fruktat miljögift l DDT l l 1-5 l 1-5 PBs > 200 isomerer 2l2 Diklormetan Metylenklorid Vanligt lösningsmedel l3 Triklormetan Kloroform ancerogent lösningsmedel 2=-l Vinylklorid PV-plast tillverkning Alla halogenföreningar är brandofarliga, 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 3 2 2 2 2 3 2 2 2 2 2 2 itrometan 3-itrocyklohexen nitroglycerin 2,4,6-trinitrotoluen Trotyl (TT) itroföreningar brinner generellt exotermt och explosivt
Stereokemi 1: Konformationer Del -2009 Konformationer är strukturer som uppträder vid rotation kring en enkelbindning Ex. n-butan 3-2 - 2-3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 "Staggered" Anti "Eclipsed" Syn Den Stabilaste konformationen Konformationen med högst energi Kilprojektion Sågbock ewmanprojektion Konformationen hos cyklohexanringar: Ekvatoriell bindning Axial Bindning Exempel: Stolformer ring flipp Trans- och is-1-etyl-4-metylcyklohexan 3 2 lika Konfigrationer 3 2 3 trans 3 cis Stabilaste konformationen för respetive konfiguration med största substituenten ekvatoriellt lika Konforma -tioner 3 Axialt läge 1 3 mindre gynnsamt pga 3 sterisk1,3-interaktion lika Konforma -tioner
FMATIAL AALYSIS F BUTAE ewman projections: otation about the 2-3 single bond: 3 3 3 3 3 3 I Anti II Eclipsed III Gauche 3 3 3 3 3 3 IV Syn Eclipsed V Gauche VI Eclipsed I II III IV V VI I Energy changes that arise from rotation about the 2 3 bond of butane.