1 / 137

Organická chemie 1

Organická chemie 1. KCH/ORGC1. Stavba organických sloučenin. Druhy vazeb - iontová Na + Cl - - kovalentní - nepolární C – C - polární C δ + - Cl δ - C ◄ Cl. Rozdělení vazeb dle násobnosti. Jednoduchá vazba uhlík - uhlík - hybridizace sp 3

sidone
Télécharger la présentation

Organická chemie 1

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Organická chemie 1 KCH/ORGC1

  2. Stavba organických sloučenin • Druhyvazeb - iontová Na+ Cl- - kovalentní - nepolární C – C - polární Cδ+ - Clδ- C ◄ Cl

  3. Rozdělení vazeb dle násobnosti • Jednoduchá vazba uhlík - uhlík - hybridizace sp3 - vazebný úhel 109°28’ - délka vazby 0,154 nm

  4. Dvojná vazba uhlík - uhlík • - hybridizace sp2 • - vazebný úhel 120° • - délka vazby 0,133 nm

  5. Trojná vazba uhlík - uhlík • - hybridizace sp • - vazebný úhel 180° • - délka vazby 0,119 nm

  6. Izomerie • Izomery jsou sloučeniny, které mají stejný sumární vzorec ale různou strukturu.

  7. Konstituční izomerie • C2H6O: CH3 – CH2 – OH nebo CH3 – O - CH3 • C3H7O: CH3– CH2–CH2–OH nebo CH3– CH–CH3 ׀ OH • C2H4O: CH3 – CH = O nebo CH2 = CH – OH

  8. Geometrická izomerie

  9. Optická izomerie

  10. Konformační izomerie • Konformační izomery nelze samostatně izolovat, existují vždy ve směsi. Příklad:

  11. Alkany • Alkanyjsou uhlovodíky, ve kterých jsou atomy uhlíku vázány pouze jednoduchou vazbou. Vazebné úhly 109°28´, viz například molekula methanu, jsou způsobeny hybridizací původních atomárních orbitalů s, px, py, pz na hybridní orbital sp3. Vzniklé vazby tak směřují do vrcholu tetraedru (proto úhel 109°28´) a délka jednoduché vazby C – C je 0,154 nm.

  12. Homologická řada CH4 methan CH3CH3 ethan CH3CH2CH3 propan CH3(CH2 )2CH3 butan CH3(CH2 )3CH3 pentan CH3(CH2 )4CH3 hexan CH3(CH2 )5CH3 heptan CH3(CH2 )6CH3 oktan CH3(CH2 )7CH3 nonan CH3(CH2 )8CH3 dekan CH3(CH2 )9CH3 undekan CH3(CH2 )10CH3 dodekan CH3(CH2 )11CH3 tridekan CH3(CH2 )18CH3 eikosan CH3(CH2 )28CH3 triakontan Názvosloví alkanů

  13. Názvosloví cykloalkanů(pomocí předpony cyklo)

  14. Systematické názvosloví alkanů CH3CHCH3 1-methylethyl  propan-2-yl • Uhlovodíkové zbytky • -CH3 methyl • -CH2CH3 ethyl (ethan-1-yl) • -CH2CH2CH3 propyl • -CH2(CH2 )2CH3 butyl • -CH2(CH2 )3CH3 pentyl • -CH2(CH2 )4CH3 hexyl • -CH2(CH2 )5CH3 heptyl

  15. Příklady systematických názvů

  16. Přírodní zdroje alkanů a jejich využití • Alkany se vyskytují v přírodě a jejich zdrojem je hlavně zemní plyn (obsahuje zejména methan) a ropa (obsahuje hlavně vyšší alkany).

  17. Chemické vlastnosti alkanů • Malý rozdíl v elektronegativitě uhlíku (2,5) a vodíku (2,2) (hodnoty dle Paulinga) • Důsledek – vazba uhlík – vodík se přednostně štěpí na radikály – radikálové reakce

  18. Průmyslově využívané reakce Nejrozšířenější reakcí, využívající zemní plyn, je jeho úplná oxidace CH4 + O2CO2 + 2 H2O Tato reakce se využívá díky svému tepelnému zabarvení jako zdroj energie.

  19. Parciální oxidacezemního plynu CH4 + O2C + 2 H2O je průmyslově využívána pro přípravu sazí, které se používají jako tiskařská čerň a jsou rovněž důležitou surovinou pro výrobu pneumatik.

  20. Parciální oxidacezemního plynu při teplotách nad 1500°C (výroba ethynu) 6 CH4 + O2 2 CH  CH + 2 CO + 10 H2 Reakce methanu s vodou při 850°C na Ni katalyzátoru (výroba syntézního plynu) CH4 + H2O  CO + 3 H2

  21. Amoxidace zemního plynu (výroba kyanovodíku) 2 CH4 + 3 O2 + 2 NH3 2 HCN + 6 H2O

  22. Zpracování ropy • „Krakování • tepelné (teplota cca 600°C) • 2. katalytické (teplota cca 500°C, katalyzátor alumosilikát)

  23. „Tepelné krakování Působením vysoké teploty dochází jak ke štěpenívazeb C – C CH3 – CH2 - CH3 CH3 – CH2 + CH3 tak ke štěpení vazeb C – H CH3 – CH2 - CH3 CH3 – CH2 – CH2 + H CH3 – CH2 - CH3 CH3 – CH - CH3 + H

  24. Vzniklé radikály však mají tak vysokou energii, že buď atakují neutrální molekuly: CH3+ CH3 – CH2 - CH3 CH4+ C3H7 CH3 – CH2 +CH3 – CH2 - CH3CH3 – CH3+ C3H7 H+CH3 – CH2 - CH3 H2 + C3H7 nebo se stabilizují: CH3–CH2 CH2=CH2+ H CH3–CH2 – CH2  CH3– CH =CH2+ H CH3–CH -CH3 CH3– CH =CH2+H

  25. Katalytické krakování Reakce probíhá iontovým mechanismem. Produktem jsou buď vysoce rozvětvené uhlovodíky s 6 – 8 uhlíky, nebo aromatické uhlovodíky (benzen, toluen). Většina těchto produktů se spotřebovává jako vysokooktanové bezolovnaté benzíny.

  26. Radikálová substituce • Nejjednodušší příklad – chlorace methanu • CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl • Reakce probíhá ve třech krocích: • Iniciace (vznik radikálů) • 2. Propagace (vlastní reakce – koncentrace radikálů se • nemění) • 3. Terminace (ukončení reakce – volné radikály mizí)

  27. 1. Iniciace • Dodáním energie se štěpí vazba, která je nejméně • pevná (v tomto případě vazba Cl – Cl): • Cl2 2 Cl • Pro dodání energie jsou nejběžnější tři způsoby: • Zahřátí. • 2. Záření o vysoké energii (většinou UV) • 3. Přidání látky (iniciátoru), která se snadno štěpí na radikály (například organické peroxidy R–O–O–R)

  28. 2. Propagace Radikál je částice o vysoké energii, která je schopna atakovat i neutrální molekuly: Cl + CH4  HCl + CH3 CH3 + Cl2CH3Cl + Cl Radikál Cl, vzniklý v druhé reakci, atakuje další molekulu methanu a tak reakce pokračuje dále (koncentrace radikálů je velmi nízká).

  29. 3. Terminace Pokud se setkají dva radikály, okamžitě vytvoří kovalentní vazbu: 2 Cl Cl2 2 CH3 CH3 – CH3 CH3 + Cl CH3Cl Tímto způsobem dojde k vymizení volných radikálů a reakce se zastaví.

  30. Sulfochlorace • CH4 + Cl2 + SO2 CH3SO2Cl + HCl • Iniciace: • Cl2 2 Cl • 2. Propagace: • Cl + CH4  HCl + CH3 • CH3 + SO2  CH3SO2 • CH3SO2 + Cl2 CH3SO2Cl + Cl • 3. Terminace: Kombinací všech možných radikálů.

  31. Příprava alkanů • Katalytická hydrogenace(alkenů, alkynů, arenů). • R1 – CH = CH – R2 + H2 R1 – CH2 – CH2 – R2 • Katalyzátory: • v laboratoři hlavně platinové kovy (Pt, Pd...) • v průmyslu Ni, Co, Mo, W... (méně účinné, ale levnější) • Reakce je radikálová. Katalyzátor napomáhá štěpení • molekuly vodíku na radikály

  32. 2. Z halogenderivátů Katalytická hydrogenace (hydrogenolýza) CH3 – CH2 – Br + H2 CH3 – CH3 + HBr

  33. 3. Z alkoholů Průmyslově: R – OH + H2 R – H + H2O Za katalýzy WS2,teplota 350 °C, tlak na 30 MPa V laboratoři častěji dvoustupňově (bez tlaku) R – CH2 – CH2 – OH  R – CH = CH2 + H2O R – CH = CH2 + H2 R – CH2 – CH3

  34. 4. Ze sulfidů (reakcí s Raneyovým niklem) CH3 – CH2 – S – CH2 – CH3 + Ni + H2 2 CH3 – CH3 + NiS

  35. 5. Z halogenderivátů (využití kovů) CH3 – CH2 – Br + H+ + Zn  CH3 – CH3 + Zn2+ + Br- R – Br + Mg  R – Mg – Br R – Mg – Br + H2O  R – H + Mg(OH)Br R1+ – Br- + R- – Mg+ – Br  R1 – R + MgBr2. R – Br + Na  R – R + NaBr

  36. 6. Deriváty cyklopropanu z alkenů CH2I2 + Zn  I-CH2-Zn-I

  37. 7. Z aldehydů a ketonů • Přes alkoholy vhodnou redukcí (H2/katal, Zn/HCl, LiAlH4 apod.): • R – CH = O  R – CH2 – OH • Z alkoholů se připraví alkan některým výše uvedeným • způsobem. • 2. Přímo: • - v kyselém prostředí: • R – CH = O + ZnHgx + H+ R – CH3 + H2O + Zn2+ + x Hg • - v alkalickém prostředí • R – CH = O + NH2 - NH2  R – CH = N - NH2 + H2O • R – CH = N - NH2 (+ KOH)  R – CH3 + N2.

  38. 8. Z derivátů karboxylových kyselin Vycházíme-li z esterů, pak se opět nejprve používá redukce vhodnými činidly (H2/katal., Na/alkohol, LiAlH4): R – CO – O – R1 R – CH2 – OH + R1 – OH Následně se vzniklé alkoholy již známým způsobem převedou na alkany. Vycházíme-li z alkalických solí karboxylových kyselin, pak k jejich převedení na alkan používáme tavení s pevným NaOH či natronovým vápnem: R – COONa + NaOH  R – H + Na2CO3

  39. Shrnutí kapitoly. Alkany se vyskytují v přírodě ve formě ropy a zemního plynu a obě suroviny zpracovává ve velkém petrochemický průmysl. Jelikož jsou alkany nepolární látky, jsou poměrně málo reaktivní (prakticky nepodléhají iontovým reakcím) a jejich typickou reakcí je radikálová substituce. Na alkany můžeme převést velké množství derivátů uhlovodíků. Tento typ reakcí se však v praxi používá zejména v případě, chceme-li odstranit danou funkční skupinu a obnovit tak část uhlovodíkového řetězce.

  40. Alkeny • Alkeny jsou uhlovodíky, které mají ve své molekule jednu nebo více dvojných vazeb. • Přítomnost dvojných vazeb, kde je koncentrován záporný náboj -elektronů, způsobuje vysokou reaktivitu alkenů (ve srovnání s alkany).

  41. Názvosloví alkenů CH2 = CH2 ethen CH3 -CH = CH2 propen CH3 -CH = CH- CH3 but-2-en CH3 – CH2 -CH = CH2but-1-en CH2 = CH -CH = CH2 buta-1,3-dien CH2 = CH -CH = CH -CH = CH2 hexa-1,3,5-trien

  42. Názvy uhlovodíkových zbytků s dvojnou vazbou CH2 = CH- vinyl - CH2 -CH = CH2 allyl CH3 -CH = CH- prop-1-en-1-yl CH3 -CH = CH- CH2 - but-2-en-1-yl CH2 = CH -CH = CH-buta-1,3-dien-1-yl Uhlík, který nese volnou valenci, má vždy číslo 1.

  43. Vznik a elektronová struktura dvojné vazby Z původních atomárních orbitalů uhlíku (2s, 2px, 2py, 2pz) se hybridizace účastní pouze jeden orbital s a dva orbitaly p (proto hybridizace sp2)

  44. Vazby v molekule ethenu (CH2 = CH2)

  45. CH2 = CH2 CH2 = CH – CH = CH2

  46. Chemické vlastnosti alkenů Typická reakce elektrofilní adice. Pro vysvětlení průběhu adice je nutno znát polaritu dvojné vazby. Polaritu dvojné vazby ovlivňují substituenty hlavně indukčním a mezomerním efektem.

  47. Indukční efekt Jde o elektrostatické působení substituentů způsobené hlavně rozdílnou elektronegativitou atomů. Příklad: +I uhlík má větší elektronegativitu než vodík vazby uhlík – vodík jsou polarizovány (C- – H+) -I

  48. Mezomerní efekt Podmínkou vzniku mezomerního efektu je konjugace -M +M

More Related