ORGANISK KEMI Fö

Relevanta dokument
ORGANISK KEMI Del A-2009

ORGANISK KEMI. Enkel Dubbel Trippel. En liten jämförelse mellan:

ORGANISK KEMI. Enkel Dubbel Trippel. En liten jämförelse mellan:

Varför kan kolatomen bilda så många olika föreningar?

Grundläggande ORGANISK KEMI

Kap 2 McMurry Viktiga Begrepp

Kolföreningar. Oändliga variationsmöjligheter

Organiska föreningar del 3: Rita och namnge alkaner, alkener och alkyner. Niklas Dahrén

Namnge och rita organiska föreningar - del 2 Alkaner, alkener, alkyner. Niklas Dahrén

ORGANISK KEMI KOLFÖRENINGARNAS KEMI

Organiska föreningar del 2: Introduktion till att rita och namnge organiska föreningar. Niklas Dahrén

Föreläsning 2. Kolväten Kapitel 3 och delar av 4. 1) Introduktion 2) Mättade kolväten 3) Omättade kolväten 4) Aromatiska föreningar

Organisk kemi. Till provet ska du

Nästan alla ämnen kan förekomma i tillstånden fast, flytande och gas. Exempelvis vatten kan finnas i flytande form, fast form (is) och gas (ånga).

Organiska föreningar del 1: Introduktion till organiska föreningar. Niklas Dahrén

Namnge och rita organiska föreningar - del 1 Introduktion till att rita och namnge organiska föreningar. Niklas Dahrén

Nämn ett ämne som kan omvandlas till diamant a, granit b, meteoritmineral c, kol d, grafit

d=236

Namnge och rita organiska föreningar - del 3 Halogenalkaner, cykliska kolväten och arener. Niklas Dahrén

4. Organiska föreningars struktur

Föreläsning 3. Kolvätens egenskaper! Kapitel 3 och 4

Inför provet Kolföreningarnas kemi

Lärare: Jimmy Pettersson. Kol och kolföreningar

Vad är det som gör att vi lever? Finns det en gud som har skapat livet?

Kapitel 2. Kovalent bindning

Organisk kemi Kolföreningarnas kemi

Kemi A. Kap 9: kolföreningar

SAMMANFATTNING AV NOMENKLATUR

C Dessa atomer är kolets isotoper. Isotoper har: olika A samma Z samma antal e likadana kemiska egenskaper

ALKOHOLER Del C Metanol. Etanol. 2-propanol isopropanol

Vad bestämmer ett ämnes kokpunkt? Niklas Dahrén

Organiska föreningar Kokpunkt och löslighet. Niklas Dahrén

Organiska föreningar del 10: Vad bestämmer kokpunkten hos en förening? Niklas Dahrén

Organiska föreningar del 5: Rita och namnge alkoholer, karboxylsyror och estrar. Niklas Dahrén

Repetition kemi och instuderings/övningsfrågor

Organisk kemi AK KOK Ulf Ellervik

Organiska föreningar Struktur- och stereoisomerer. Niklas Dahrén

van der Waalsbindningar (London dispersionskrafter) Niklas Dahrén

Kol och kolföreningar

Organisk kemi Kolföreningarnas kemi

Lösning till Tentamen i Kemi (TFKE16),

H 3 C. 5. Förklara varför fenol (se ovan) är en starkare syra än cyklohexanol (pk a =18).

ORGANISK KEMI KOLFÖRENINGARNAS KEMI

Inläsningsblad, organisk kemi

FUNKTIONELLA GRUPPER (Ämnesklasser) Fö

KEMI 1 MÄNNISKANS KEMI OCH KEMIN I LIVSMILJÖ

Isomerer. Samma molekylformel men olika strukturformel. Detta kallas isomeri. Båda har molekylformeln C 4 H 10

Kursplan och betygskriterier i kemi. Utgångspunkten för kemi är de allmänna mål som finns redovisade i lpo94

Namnge och rita organiska föreningar - del 4 Alkoholer, karboxylsyror och estrar. Niklas Dahrén

Föreläsning 5. Molekylers rymdgeometri, Dipolmoment, VSEPR-teori och hybridisering

Namnge och rita organiska föreningar - del 1-3. Niklas Dahrén

Kap. 8. Bindning: Generella begrepp, fortsättning

Organisk kemi Kolföreningarnas kemi

Organiska föreningar Indelning, struktur och egenskaper. Niklas Dahrén

Repetition F3. Lunds universitet / Naturvetenskapliga fakulteten / Kemiska institutionen / KEMA00

Kemiska bindningar. Matti Hotokka

Organisk kemi Kolets kemi

Föreläsning 4. Stereokemi Kapitel 6

Organiska föreningar - Struktur- och stereoisomerer. Niklas Dahrén

Hückels metod. Matti Hotokka

Definitioner. Kemi. Naturvetenskap

8.1 Se lärobokens svar och anvisningar. 8.2 Se lärobokens svar och anvisningar. 8.3 a) Skrivsättet innebär följande strukturformel

Svar till Testa dig i faktaboken Sid Namn fyra former av rent kol. Grafit, diamant, fulleren och nanorör. 9.2 Vilken sorts kol finns i

Omättade kolväten med dubbelbindning Generell formel: CnH2n Ändelsen -an ändras till -en

Efterarbete: LÖSNINGSFÖRSLAG TILL UPPGIFTER - O +

NOMENKLATUR (kort version)

Det finns alltså tre isomera pentaner. Dessa har olika fysikaliska egenskaper, t.ex. kokpunkt.

KEMINS ÄMNESSPECIFIKA BEGREPP

Alkylatbensin. ..men varför Alkylat?

Allmän kemi. Läromålen. Molekylers geometri. Viktigt i kap VSEPR-modellen Molekylers geometri

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER

Förteckning 1, kategori 1 Ämne Indexnummer EG-nummer CAS-nummer Anmärkning

Mål och betygskriterier för kemi

Kemiska reaktioner: Olika reaktionstyper och reaktionsmekanismer. Niklas Dahrén

Namnge och rita organiska föreningar - del 5

VAD ÄR KEMI? Vetenskapen om olika ämnens: Egenskaper Uppbyggnad Reaktioner med varandra KEMINS GRUNDER

Föreläsning 12. Alkener III Kapitel 12 F12

Tentamen i Organisk kemi 16/ ,

Några enkla organiska föreningar

Svar: Tentamen i Organisk kemi 2, TFKE06, ,

Föreläsning 4. Substituerade kolväten Kapitel 5

De delar i läroplanerna som dessa arbetsuppgifter berör finns redovisade på den sista sidan i detta häfte. PERIODISKA SYSTEMET

7,5 högskolepoäng. Organisk kemi Provmoment: Tentamen Ladokkod: A100TG Tentamen ges för: Kemiingenjör, tillämpad bioteknik.

Organiska föreningar - del 8: Struktur- och stereoisomerer. Niklas Dahrén

Föreläsning 13. Aromater I Kapitel 13 F13. 1) Introduktion 2) Bensens struktur och egenskaper 3) Aromaticitet 4) Aromatiska föreningar

KEMA00. Magnus Ullner. Föreläsningsanteckningar och säkerhetskompendium kan laddas ner från

Vätebindningar och Hydro-FON-regeln. Niklas Dahrén

Organiska föreningar del 6: Rita och namnge etrar, aldehyder, ketoner, tioler och disulfider. Niklas Dahrén

Kovalenta bindningar, elektronegativitet och elektronformler. Niklas Dahrén

Allmän och organisk kemi KOKA Ulf Ellervik

KARBOKATJON KARBANJON

Aromatiska föreningar

Namngivning av organiska föreningar del 2. Niklas Dahrén

Kap. 8. Bindning: Generella begrepp

Det finns alltså tre isomera pentaner. Dessa har olika fysikaliska egenskaper, t.ex. kokpunkt.

Organiska ämnen (2) s

Intermolekylära krafter

Arbetslag Gamma År 8 HT 2018

KEMI 1 MÄNNISKANS KEMI OCH KEMIN I LIVSMILJÖ

Tentamen i Organisk kemi 25/5 2011,

Transkript:

KOLFÖRENINGANRNAS KEMI ORGANISK KEMI Fö 1-2 2010 Förr ansågs organiska föreningar vara sådana som endast kunde fås från växt-och djurriket. En speciell levande kraft ansågs råda s.k. vitalism, vilket gjorde det omöjligt syntetisera dessa föreningar från icke levande materia. 1828 syntetiserade dock Wöhler urinämne (urea) genom upphettning av ammonium cyanat, vilket förändrade bilden av organisk kemi betydligt. Vid denna tid var den oorganiska kemi härskande, dvs den icke levande materien som t.ex. metaller och mineraler. Organiska och oorganiska ämnens egenskaper skiljer sig drastiskt, nedan visas ett antal jämförande egenskaper. Kol har fått en egen del inom kemisk vetenskap trots att den bara utgör 0.03 % av jordskorpans materia. Dock ingår kol i över 95 % av alla kända kemiska föreningar, de s.k. organiska föreningarna och av de miljoner olika föreningar karaktäriseras och syntetiseras årligen tiotusentals nya. Kol är unikt eftersom den kan binda andra kolatomer och bilda molekyler som kan bestå av långa kedjor, sk kolvätekedjor. Dessa kan vara ogrenade, grenade och cykliska. Eftersom kol har 4 valenselektroner och kan binda fyra olika atomer och/eller atomgrupper kan nära ett oändligt antal olika molekyler bildas. Bindningarna är enkel, dubbel eller trippelbindningar 4 valens elektroner Enkel Dubbel Trippel Varför Organisk kemi? Alla växter och djur är uppbyggda av kemiska föreningar som innehåller grundämnet kol. För att kunna undersöka och förstå hur organismerna fungerar måste vi ha kunskaper om kolföreningarnas kemi Organiska molekyler ingår bl.a. i människan och växter bl.a. som DNA, proteiner, men även i produkter som kläder, trä, plast, papper, mediciner, mat mm I nästan alla organiska molekyler ingår även väte. Syre och kväve är ofta förekommande, medan svavel fosfor och halogener är mindre ofta förekommande. Idag finns över 10 miljoner organiska föreningar och 10 000 nya föreningar framställs per år. Det kan vara fråga om nya material, läkemedel, kosmetika osv. Inom de närmaste åren kommer biokemin och gentekniken antagligen att bjuda på nya revolutioner En liten jämförelse mellan: Organiska ämnen De flesta eldfarliga Låga smält och kokpunkter De flesta vattenolösliga Lösliga i opolära lösningsmedel Kovalenta bindningar Reaktioner mellan molekyler Innehåller många atomer Komplexa strukturer Oorganiska ämnen De flesta icke eldfarliga öga smält och kokpunkter De flesta vattenlösliga Olösliga i opolära lösningsmedel Joniska bindningar främst Reaktioner mellan joner Innehåller få atomer Simpla strukturer Föreningar med bara kol och väte kallas kolväten och bildar grundstommen, skelettet, i organiska föreningar. Beroende på om kolskelettet är mättat, omättat eller ringar kan man dela in organiska kolväten enligt schema nedan.

Kolets kretslopp Schema: Indelning av kolväten med exempel: KOLVÄTEN MÄTTADE OMÄTTADE ALKANER YKLOALKANER ALKENER ALKYNER AROMATER 3 3 Kol har en tetraedisk struktur Exempel: Metan, 4 4 bindande elektronpar som delas med väten Elektron! punkt struktur Lewis! struktur Rymdstruktur

YBRIDISERING AV ORBITALER I KOL ALKANER, ALKENER och ALKYNER sp 3 sp 2 sp KOL: Grundtillstånd 2p 2s 2p 2s Exciterat tillstånd 1s 1s ybridisering sp 3 - sp 2 - eller sp - orbitaler sp 3 hybridisering: 4 st sp 3 ex Metan 109,5 4 sp 3 1s 4 st tetrahedrisk orienterade sp 3 orbitaler binder var sitt väte i!-bindningar sp 2 hybridisering: 3 st sp 2 +1st p ex Etan 1st 2p 3st sp 2 1s 120 "- Bindn.!- Bindn. sp hybridisering: 2 st sp + 2 st p ex Etyn 180 2st 2p "- Bindn. 2st sp 1s "- Bindn.!- Bindn. Bindningslängd minskar med ökad s-karaktär i bindningen sp 3 1,54 Å sp 2 1,34 Å sp 1,20 Å

ALKANER: Kolväten som är mättade (bara enkelbindningar) 1. Acykliska alkaner Generell summaformel n2n+2 Ändelse: -an a) Raka kolväten: Metan 4 Etan 2 6 3 3 Propan 3 8 3 2 3 Olika skrivsätt Butan 4 10 3-2 - 2-3 Pentan 5 12 exan 6 14 Förenklat skrivsätt med kolbindningar i Zig-Zag Väten () utelämnas Används generellt alltid! eptan 7 16 Oktan 8 18 Enkelbindningar kan rotera: Nonan 9 20 Decan 10 22 b) Grenade kolväten: exempel: 2. ykliska alkaner ykloalkaner Generell formel: n2n prefix: cyklo- yklopropan yklobutan yklopentan yklohexan ar inskränkt rotation kring - bindningar Ex. Steroidskellett (se även s. 132)

STRUKTURISOMERER: föreningar med samma molekylformel (summaformel) men med olika strukturformel. Förutom raka kolkedjor kan även grenade kolskelett förkomma. Ex. 3 st isomerer finns av summaformel: 5 12 : 4 10 2 st n-pentan metylbutan (isopentan) dimetylpropan (neopentan) 6 14 7 16 10 22 5 st 9 st 75 st Antalet strukturisomerer ökar snabbt T.ex. 3 0 6 2 > 4 x 10 9! Namngivning (nomenklatur) nödvändig NOMENKLATUR Studera även på egen hand: Organisk kemisk nomenklatur med Övningsuppgifter (se hemsidan) Systematisk namngivning (enligt IUPA) 1. Längsta kolkedjan blir basnamn 2. Kolatomerna numreras från den ände som ger lägst nummer åt första substituenten. 3. Substituent anges med nummer och substituentnamn, t.ex. alkyl-grupp. 4. Substituenter i alfabetisk ordning (se gällande understruken bokstav i nedan tabell) 5. Flera identiska substituenter anges med: di, tri, tetra,... Vanliga namn på ALKYL-substituenter (strukturfragment) (tab.22.2) metyl (Me-) 3 sek.-butyl 3 2 3 etyl (Et-) propyl (Pr-) isopropyl 3 2 3 2 2 3 Ex. 3 butyl (Bu-) 3 2 2 2 isobutyl 3 2 3 tert.-butyl 3 3 3 pentyl- 3 2 2 2 2 isopentyl Allmänt: alkyl 3 2 3 2 (iso = en metyl-grp till på näst sista kolet) R 4-etyl-3-metyl-5-propylnonan 3-etyl-3,4-dimetylhexan 2,4,6-trimetylheptan 3-etyl-2,3-dimetylpentan Notera: e före m före p 2 st Me ger dimetyl 3 st Me ger trimetyl

ykloalkaner Exempel: två möjligheter prefix: cyklo- 4-Isopropyl-1,1-dimetylcyklohexan i basnamnet 3-yklohexylheptan som substituent Trivialnamn: historisk vedertagna icke-systematiska namn som ofta används, Exempelvis: Ättiksyra, acetylen, aceton m.fl Alkaners egenskaper: Låga smält- och kokpunkter som ökar med ökad kedjelängd Tab 22.1 (pga van der Waalskrafter / dispertiponskrafter) Oreaktiva ämnen, olösliga i vatten pga opolära egenskaper Förbränning (oxidation) är främsta reaktion och användning Råolja är främsta källan Fraktionerad destillation av petroleum (råolja) 1. Naturgas 1-4 gasol 2. Råbensin 5-12 bensin, org. kemikalier 3. Råfotogen 12-16 jetbränsle, eldningsolja 4. Dieselolja 15-18 dieselbränsle, eldningsolja 5. Smörjolja 16-20 6. Paraffin 20-30 7. Asfalt > 25 Krackning: Stora molekyler bryts ner till små molekyler och ger för petrokemisk industri viktiga baskemikalier, t.ex. propen. ög temperatur och katalysatorer + + Reformering: isomeriseringsprocess där raka kolkedjor isomeriseras till mer grenade kolväten med högre oktantal: ex n-heptan till isooktan i figuren nedan

Oktantal: ögt oktantal minskar att motorer självantänder då kolven komprimeras (s.k. knackning). Grenade kolväten har högre oktantal 3 n-eptan 2,2,4-Trimetylpentan (isooktan) yklohexan Toluen Oktantal: 0 100 83 103 O Tert.butylmetyleter (TBME) Vanlig tillsats ibensin till 5-10%. öjer oktantal och ökar förbränningen. Konformationer: strukturer som uppträder vid rotation kring en enkelbindning Vid rumstemperatur sker denna rotation mycket snabbt. Ex. n-butan 3-2 - 2-3 Vanligen visas detta med tredimensionella projektioner: 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 "Staggered" 60 mellan bindn. Anti "Eclipsed" 0 mellan bindn. Syn Mest stabila konformationen Minst stabila konformationen Kilprojektion Sågbock Newmanprojektion = Olika projektioner Vid rotation kring en enkelbindning (2 3) ändras den steriska energin pga att bindningar och elektronmoln kommer nära varandra Staggered konformation lägre energi Bindningar långt ifrån varandra Eclipsed konformation högre energi Bindningar nära varandra

Rotation 360 kring kolen i etan ger följande energiförändring För ringar är rotationen inskränkt till att veckas i olika konformationer Konformationen hos cyklohexanringar: Olika stolformer Alla bindningar i en sex-ring är staggered, och antingen ekvatoriella eller iala: Ekvatoriell bindning Axial Bindning ring flipp Ringen till vänster kan vrida sig kring enkelbindningarna så att den vänstra ringen bildas istället (ring flipp) Ring med en Metyl-substituent: Stabilare

Ring med två Metyl-substituenter: För cis är den högra stolformen stabilare med de två substituenterna ekvatoriellt. För trans får båda ring flippade formerna samma energi (en stolform visas bara) Generellt är stolform med största gruppen ekvatoriellt stabilast. Exempel: Trans- och is-1-etyl-4-metylcyklohexan 3 2 Olika Konfigrationer 3 2 3 trans 3 cis Stabilaste konformationen för respetive konfiguration med största substituenten (Et-) ekvatoriellt Olika Konforma -tioner 3 Axialt läge 1 3 mindre gynnsamt pga 3 sterisk1,3-interaktion Olika Konforma -tioner I naturen förekommer t.ex. glukos i stärkelse och cellulosa som en sex-ringa

ALKENER ETEN (etylen) Plan struktur med 120 vinkel Omättade kolväten med dubbelbindning Generell formel: n2n Ändelsen -an ändras till en "#bindning 3 st. sp 2 -orbitaler (s-bindningar) Resterande 2p ger!-bindningen Fri rotation omöjlig utan att bryta dubbelbindningen!#bindning Vanliga exempel: propen 1-buten 2-buten isopren Eten, propen m.fl. används för plasttillverkning Dubbelbindningen styr alkeners reaktivitet alkandelar är oreaktiva Nomenklatur: a) Basnamnet skall innehålla den viktigaste funktionella gruppen (alken) och den längsta kolkedjan b) Numrering så att alkengruppen får lägst nummer. 2-etyl-5-metyl-1-hexen 6,7-dimetyl-1-okten Alltid numrering genom dubbelbindningen Olika typer av dubbelbindningar yklohexen 1,5-hexadien Isolerade dubbelbindningar 1,3-Butadien 1,3,5-hexatrien Konjugerade dubbelbindningar

Geometriska isomerer = en typ av stereoisomerer : atomer och atomgrp binds till kol på lika sätt, men är arrangerade i rymden på olika sätt. Grupperna på resp. kol måste vara olika is- och Trans-isomeri: (samma resp. motsatt sida av liknande grupp) 3 3 3 3 3 3 3 3 is-but-2-en Trans-But-2-en is-1,2-dimetylcyklopropan Trans--1,2-Dimetylcyklopropan Grupperna på resp. kol måste vara olika 3 2 3 3 2 2 3 3 2 l 3 l Ej is/trans (två etyl på samma kol) is - längsta kolkedjan på samma sida ALKYNER Omättade kolväten med trippelbindning n2n-2 -an ändras till -yn! Etyn (acetylen)! " 2 st. sp-orbitaler bilda σ-bindningar och 2 fria p-orbitaler bildar 2 st -bindningar -2-3 1-Butyn 3- -3 2-butyn För alkener och alkyner är inte rotation kring dubbel och trippelbindning möjlig. Uppgift: ur många icke-cykliska isomerer finns det för strukturformeln 5 10? ur många cykliska isomerer finns det för strukturformeln 5 10? (räkna även in eventuella cis-och transisomer)

Aromatiska kolväten Bensen - den enklaste aromaten Plan sp 2 -hybridiserad ring elektronerna är delokaliserade runt i ringen vilket kan beskrivas med resonansstrukturer Resonansstrukturer (enskilda strukturer) Resonanshybrid (sammanfattad struktur) Substituerade aromater 3 3 3 3 3 2 3 Toluen (metylbensen) 1,2-Dimetylbensen orto-xylen 1,3-Dimetylbensen meta-xylen 3 1,4-Dimetylbensen para-xylen Styren Som substituent betecknas bensenringen (65-) fenyl och förkortas Ph- Styren heter då fenyleten med ett systematiskt namn Polycykliska aromatiska kolväten Z:Tab.22.3 Naftalen Antracen Fenantren Benspyren Några namnexempel: Ph 8 1 7 Br 3 2 4-brommetylbensen (p-bromtoluen) 5-fenyl-2-hepten 6 5 4 3 2-etylnaftalen