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



Relevanta dokument
ORGANISK KEMI Del A-2009

ORGANISK KEMI Fö

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

Varför kan kolatomen bilda så många olika föreningar?

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

Kap 2 McMurry Viktiga Begrepp

ORGANISK KEMI KOLFÖRENINGARNAS KEMI

Kolföreningar. Oändliga variationsmöjligheter

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

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

Grundläggande ORGANISK KEMI

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

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

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

Organisk kemi. Till provet ska du

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

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

d=236

Föreläsning 3. Kolvätens egenskaper! Kapitel 3 och 4

Lärare: Jimmy Pettersson. Kol och kolföreningar

4. Organiska föreningars struktur

Inför provet Kolföreningarnas kemi

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

Kemi A. Kap 9: kolföreningar

Organisk kemi Kolföreningarnas kemi

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

FUNKTIONELLA GRUPPER (Ämnesklasser) Fö

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

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

Kapitel 2. Kovalent bindning

Vad bestämmer ett ämnes kokpunkt? Niklas Dahrén

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

Organiska föreningar Kokpunkt och löslighet. Niklas Dahrén

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

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

Föreläsning 12. Alkener III Kapitel 12 F12

Kol och kolföreningar

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

KEMI 1 MÄNNISKANS KEMI OCH KEMIN I LIVSMILJÖ

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

Inläsningsblad, organisk kemi

ORGANISK KEMI KOLFÖRENINGARNAS KEMI

Repetition kemi och instuderings/övningsfrågor

Mål och betygskriterier för kemi

ALKOHOLER Del C Metanol. Etanol. 2-propanol isopropanol

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

Organisk kemi Kolföreningarnas kemi

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

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

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

Organisk kemi AK KOK Ulf Ellervik

Organisk kemi Kolets kemi

Definitioner. Kemi. Naturvetenskap

SAMMANFATTNING AV NOMENKLATUR

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

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

Lösning till Tentamen i Kemi (TFKE16),

Organisk kemi Kolföreningarnas kemi

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

Organiska föreningar Indelning, struktur och egenskaper. Niklas Dahrén

Svar: Tentamen i Organisk kemi 2, TFKE06, ,

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

Kemiska reaktioner: Olika reaktionstyper och reaktionsmekanismer. Niklas Dahrén

Kemiska bindningar. Matti Hotokka

Valenselektroner = elektronerna i yttersta skalet visas nedan för några element ur grupperna

van der Waalsbindningar (London dispersionskrafter) Niklas Dahrén

Kap. 8. Bindning: Generella begrepp, fortsättning

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

KEMINS ÄMNESSPECIFIKA BEGREPP

Organiska föreningar Struktur- och stereoisomerer. Niklas Dahrén

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

Rättningstiden är i normalfall 15 arbetsdagar, annars är det detta datum som gäller:

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

Några enkla organiska föreningar

Arbetslag Gamma År 8 HT 2018

TK061B Tillämpad bioteknik, antagna 2012, Inga hjälpmedel är tillåtna. 100 poäng

Namnge och rita organiska föreningar - del 5

Efterarbete: LÖSNINGSFÖRSLAG TILL UPPGIFTER - O +

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

KEMI 1 MÄNNISKANS KEMI OCH KEMIN I LIVSMILJÖ

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

TENTAMEN I ALLMÄN OCH ORGANISK KEMI: FACIT

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

NOMENKLATUR (kort version)

Organiska föreningar - Struktur- och stereoisomerer. Niklas Dahrén

Föreläsning 4. Stereokemi Kapitel 6

Hückels metod. Matti Hotokka

Organiska ämnen (2) s

Aromatiska föreningar

Organiska ämnen (2) s

Alkylatbensin. ..men varför Alkylat?

2. SUBSTITUTION (Nukleofil substitution) S N 2

Kovalenta bindningar, elektronegativitet och elektronformler. Niklas Dahrén

Viktigt! Glöm inte att skriva Tentamenskod på alla blad du lämnar in.

Molekyler och molekylmodeller. En modell av strukturen hos is, fruset vatten

Föreläsning 10. Alkener I Kapitel 10 F10

Inga hjälpmedel är tillåtna. 100 poäng

Tentamen i Organisk kemi- grundkurs 7.5 hp (KEMA01),

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

Transkript:

ORGANISK KEMI Fö12-2013/TFKE52 KOLFÖRENINGANRNAS KEMI 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. 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. Idag finns över 14 miljoner organiska föreningar och runt 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. Tyvärr nog finns även organiska miljögifter som ansvarslöst och/eller ovetande har spritts i vår globala miljö. Den globala uppvärmning anses även bero på förhöjd koldioxidhalt som är resultatet av förbränning av orgaiska föreningar. 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 kemisten Wöhler urinämne (urea) genom upphettning av ammoniumcyanat, 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 och är ofta raka motsatser. Nedan visas ett antal jämförande egenskaper. 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 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 har ringar kan man dela in organiska kolväten enligt schema nedan.

Kolets kretslopp: Schema: Organiska kemins skelett - Indelning av kolväten KOLVÄTEN ALIFATISKA KOLVÄTEN AROMATISKA KOLVÄTEN MÄTTADE OMÄTTADE BENSEN-DERIVAT POLYAROMATER ALKANER YKLOALKANER ALKENER ALKYNER 3 3 Kol har en tetraedisk struktur Exempel: Metan, 4 4 bindande elektronpar som delas med väten Olika sätt att visa bindningar: Electron dot Lewis Space structure structure structure

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 Eten 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 kolväten Generell summaformel n2n+2 Metan 4 109,5 o Tetrahedrisk riktade sp 3 orbitaler Etan 2 6 3 3 Olika skrivsätt Propan 3 8 3 2 3 Butan 4 10 3 2 2 3 Pentan 5 12 exan 6 14 eptan 7 16 Oktan 8 18 Nonan 9 20 Förenklat skrivsätt - :n utelämnas Tetrahedriska bindningsvinklar Rotation sker kring enkelbindning. omolog serie (kedjan förlängs med en - 2 -) Dekan 10 22 2. Grenade kolväten: exempel: 3. ykliska kolväten: ykloalkaner Generell formel: n2n (en ring) prefix: cyklo- yklopropan yklobutan yklopentan yklohexan ar inskränkt rotation kring - bindningar Egenskaper: Smältpunkt och kokpunkt ökar med ökad kedjelängd Laird: Tab 16.1 Råolja är främsta källan Energiförbränning (oxidation) är främsta reaktion och användning Oreaktiva ämnen, olösliga i vatten pga opolära egenskaper

STRUKTURISOMERER: föreningar med samma molekylformel (summaformel) men med olika strukturformel. Förutom raka kolkedjor kan även grenade kolskelett förkomma. Ex. 3 st isomerer finns av summaformeln 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. 30 62 > 4 x 10 9! Namngivning (nomenklatur) nödvändig NOMENKLTUR Studera även på egen hand: Organisk kemisk nomenklatur med Övningsuppgifter (se hemsidan) Systematisk namngivning (enligt IUPA, International Union of Pure and Applied hemistry) 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. 5. Flera identiska substituenter anges med: di, tri, tetra,... Vanliga namn på strukturfragment är ALKYL-substituenter Allmänt: Alkyl Metyl (Me -) Etyl (Et -) Propyl (Pr -) Isopropyl R 3 3 2 3 2 2 3-3 Butyl (Bu-) 3 2 2 2 Isobutyl 3-2 2 3 3 tert.-butyl 3-3 Pentyl 3 2 2 2 2 Begynnelsebokstaven används vid alfabetisk ordning av substituenter, gäller även iso- men ej tert.-. Ex. 4-etyl-3-metyl-5-propylnonan 3-etyl-3,4-dimetylhexan 2,4,6-trimetylheptan 3-etyl-2,3-dimetylpentan

ykloalkaner Exempel: prefix: cyklo- 4-Isopropyl-1,1-dimetylcyklohexan i basnamnet 3-yklohexylheptan som substituent Trivialnamn är historisk vedertagna icke-systematiska namn som ofta används, Exempelvis: Ättiksyra, acetylen, aceton Alkaner erhålls genom 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 Oktantal: ögt oktantal i bensin minskar att motorer självantänder då kolven komprimeras (knackning) Grenade kolväten har högre oktantal än raka kedjor 3 n-eptan (n=normal, dvs rak kedja) 2,2,4-Trimetylpentan (Isooktan) yklohexan Toluen Oktantal: 0 100 83 103 T.ex 95 oktanig bensin består av blandning som motsvaras av referensföreningarna n-heptan och isooktan i 5% respektive 95% blandning 3 3 3 O 3 Tert-Butyl Metyl Eter (TBME) används i bensin ( 5 %) som tillsats för att minska självtändning. Tidigare användes miljöfarliga blyorganiska föreningar.

ALKENER Omättade kolväten med en eller flera dubbelbindningar Generell formel: n2n Ändelsen -an ändras till en ETEN (etylen) Plan struktur med 120 o vinkel!-bindning 3 st. sp 2 -orbitaler (σ-bindningar) Resterande 2pz ger π-bindningen Fri rotation kring dubbelbindning omöjlig utan att bryta bindningen "-bindning Vanliga exempel Propen 1-Buten 2-Buten Isopren (But-1-en) (But-2-en) (2-Metylbuta-1,3-dien) Eten, propen m.fl. används istora mängder för polymertillverkning - plaster Nomenklatur: Alkener a) Basnamnet skall innehålla den viktigaste funktionella gruppen och den längsta kolkedjan b) Numrering väljs så att alkengruppen får lägst nummer 1 6 Alltid numrering genom dubbelbindningen 2-Etyl-5-metyl-1-hexen 6,7-Dimetyl-1-okten (äldre regler: 1-okten) (2-Etyl-5-metylhex-1-en) (6,7-Dimetylokt-1-en) (nya regler: okt-1-en Olika typer av dubbelbindningar 1,3-Butadien (Buta-1,3-dien) 1,3,5-exatrien (exa-1,3,5-trien) Konjugerade dubbelbindningar är växelvis enkel och dubbelbindningar Ex.vis. Karoten och Vitamin A har 11 resp. 6 konj. dubbelbindningar, vilket ger färgade föreningar yklohexen 1,5-exadien (exa-1,5-dien) Isolerade dubbebindningar Uppgift: Ge strukturformler för alla icke-cykliska isomerer med molekylformeln 510 (=6 st)

Geometriska isomerer = en typ av stereoisomerer : atomer och atomgrp binds till kol på lika sätt, men är arrangerade i rymden på olika sätt 3 3 3 3 3 is-2-buten Trans-2-buten is =samma sida T rans =olika sidor 3 3 3 is-1,2-dimetylcyklopropan Trans-1,2-dimetylcyklopropan ALKYNER Omättade kolväten med trippelbindning n2n-2 -an ändras till -yn Etyn (Acetylen) 2 st sp-orbitaler bildar 2 σ-bindningar och de fria p-orbitalerna bildar 2 st π-bindningar - -2-3 1-Butyn (But-1-yn) 3- -3 2-butyn (but-2-yn) Reaktioner med alkener och alkyner: ADDITION ydrogenering: addition av vätgas med katalysator Pt 3 2 + 2 alogenering: addition av halogen 3 2 3 3 2 Propen + Br 2 3 2 Br Br 1,2-dibrompropan 3 + 2 l 2 Propyn ydratisering: addition av vatten 3 2 + 2 O l l 3 1,1,2,2-tetraklorpropan l l 2 SO 4 O 3 3 katalysator ydrohalogenering: addition av l eller Br 3 2 + -Br 3 3 > 90 % Br

Aromatiska kolväten Bensen - den enklaste aromaten Plan sp 2 -hybridiserad ring med ett väte på varje kol elektronerna är delokaliserade runt i ringen vilket kan beskrivas med resonansstrukturer Resonansstrukturer (enskilda strukturer) Resonanshybrid (sammanfattad struktur) Substituerade aromater 3 3 3 3 = 2 3 Metylbensen Toluen 1,2-Dimetylbensen orto-xylen 1,3-Dimetylbensen meta-xylen 3 3 1,4-Dimetylbensen para-xylen Fenyleten Styren Som substituent betecknas en bensenring (65-) som fenyl och förkortas Ph- (engl. Phenyl) Styren heter därför fenyleten med ett systematiskt namn Polycykliska aromatiska kolväten (sammankopplade bensenringar) Naftalen Antracen Fenantren Benspyren Några exempel: Br 3 Ph 7 8 1 2 4-brommetylbensen (p-bromtoluen) 5-fenyl-2-hepten 6 3 5 4 2-etylnaftalen

Stereokemi 1: Konformationer 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" 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 alternativt nära varandra Staggered konformation lägre energi Bindningar långt ifrån varandra Eclipsed konformation högre energi Bindningar nära varandra

Konformationen hos cyklohexanringar: Stolformer Ekvatoriell bindning Axial Bindning ring flipp Vid ringflipp byter - till -bindn. och tvärtom Vardagsexempel: Glukos O O O O O O Ring med en Metyl-substituent: två konformationer av stolform möjliga Me Axial substitution av Me-grp ring flipp Me Ekvatoriell substitution av Me-grp är stabilare Att rita och flippa cyklohexanringar: Rita två paralella linjer Tänk en streckad linje som sammanbinder de paralella linjerna, fyll i de röda streckade Sammanfoga ringen enligt de blå streckade linjerna Rita in lodräta iala bindningar i vinkelspetsens förlängning Rita in ekvatoriella bindningar i paralellt med näst nästa bindning i ringen (se motsv. färg) Färdigt slutresultat! Ringflipp Genom att flytta ringkolen enligt pilarana fås dena andra formen - ekvatoriella bindningar blir i nya strukturen iala och tvärtom

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 trans 3 Olika Konfigrationer 3 2 cis 3 Stabilaste konformationen för respetive konfiguration med största substituenten ekvatoriellt Olika Konforma -tioner 3 Axialt läge 1 3 mindre gynnsamt pga 3 sterisk1,3-interaktion Olika Konforma -tioner