Uvod
Organska kemija Organska hemija je nauka o molekulama koje sadrže karbon. Karbon ima sposobnost da se veže kovalentno sam sa sobom i sa drugim atomima (H, O, N, S i halogenima) formirajući mnogo različitih struktura. Postoje milioni različitih organskih jedinjenja. Karbohidrati su sastavljeni od C i H, od hemijskih baza za žive organizme.
Homologne serije
Homologne serije Obilje Obilje hemijs hemijskih kih jedinj jedinjenj enjaa formir formirani anih h od karbon karbonaa je pojedn pojednost ostavl avljen jeno o njihovim grupisanjem u karakteristične serije poznate kao homologne serije. Svaka homologna serija ima slijedeće karakteristike: Opšta formula • Slična hemija određena istom funkcionalnom grupom • Slične fizičke osobine određene za svaki član u nizu razlikujući se sa • jednom CH grupom.
Trebate biti upoznati sa slijedećim homolognim serijama i znati kako ih identifikovati i kako ih imenovati.
(Podebljana crvena slova pokazuju sufikse pripojene za imena pripadajućih jedinjenja svake serije.)
Tabela pokazuje homologne serije u njihovom najjednostavnijem obliku. Nalazit će se mnoga jedinjenja koja sadržavaju istu funkcionalnu grupu, međutim neće pripadati istim serijama. Funkcionalne grupe određuju hemiju serija, dok veličina i oblik unutrašnjosti molekula serija određuje fizičko ponašanje. Svaka funkcionalna grupa reaguje drugačije. Različite funkcionalne grupe i njihove tipične reakcije će biti obrađene kasnije.
Strukturni izomeri
Strukturni izomeri Izomeri su molekule koje imaju istu molekulsku formulu ali različite strukture. Mogu takođe imati različite hemijske, biološke ili fizičke osobine. Strukturni izomeri teže da budu različiti po njihovim fizičkim i hemijskim osobinama. Alkani su najjednostavnija organska jedinjenja. Ako se atomima zamijene mjesta mogu se formirati strukturni izomeri. Butan je prvi alkan koji može formirati dva strukturna izomera, a to su: butan CH3CH2CH2CH3 i 2-metilpropan CH3CH(CH3)CH3. Pentan može formirati 3 strukturna izomera. Kako bi atomi karbona ispod mogli biti raspoređeni u oblik 2 ne linearna strukturna izomera?
Rješenje:
Različiti izomeri će imati vrlo sličnu hemiju, međutim njihove fizičke osobine će biti drugačije kao što je iznad prikazano. Intermolekularne Van der Waals-ove sile postaju slabije sa skračivanjem dužine lanca. Porast u vanjskim lancima čini spoj manje efikasnin, prema tome reducira intermolekularne sile. Alkeni mogu takođe formirati strukturne izomere pomijeranjem dvostruke veze. Ispod su prikazani primjeri drugačije strukture za butan:
Drugi strukturni izomer iznad može postojati u dva različita rasporeda određena strogom ne rotacionom dvostrukom vezom, prikazani su ispod i poznati su kao geometrički izomeri (cis i trans izomeri):
(cis = obe glavne grupe su ispod ili iznad dvostruke veze) (trans = glavne grupe su poprečne dvostrukoj vezi) Geometrički izomeri pripadaju grupi stereoizomera. Ovaj oblik izomera odnosi se na strukture koje se razlikuju u odnosu na prostorni raspored istih grupa. Drugi oblik stereoizomerije je optička izomerija. Optička izomerija se javlja kada atom karbona u molekuli ima 4 različito vezane grupe. Postoje 2 načina rasporeda 4 različite grupe u obliku tetraedra u odnosu na centralni atom karbona. Slijedeće slike pokazuju kako 2 molekule ispod sadrže iste grupe ali se ne mogu poklapati:
Prikazane strukture gliceraldehida su enantiomeri. Različite molekule su u hiralnom odnosu i karbon sa 4 različite grupe je poznat kao hiralni centar (ili kao asimetrički centar).
Ispod je prikazan primjer dvije strukture gliceraldehida:
Dvije strukture su poznate kao enantiomeri jedna druge. (Gliceraldehid se koristi kao standard za upoređivanje drugih optičkih izomera.)
Enantiomeri će imati virtualno identične osobine ali će se razlikovati u 2 slučaja: Prva je fizička osobina koja naglašava pojam „optička izomerija“. • Rastvor jednog enantiomera će rotirati ravno-polarizovano svijetlo (svijetlo koje jedino oscilira u jednoj ravni) u specifičnoj količini. Suprotni enantiomer će rotirati svijetlo u istoj količini ali u suprotnom pravcu. Molekule koje rotiraju svijetlo na desno su ozančene znakom +, a na lijevo znakom -. Jednake smjese + i – enantiomera su poznate kao „racemic“ smjese i neće rotirati svijetlo. Sintetski pripremljeni hiralni spojevi će težiti da budu racemični, jer će prirodno težiti produkciji specifičnog enantiomera. •
Druga razlika je hemijska; dešava se kada različite hiralne molekule međusobno reaguju (kako je to čest slučaj u prirodi). Dobar primjer značajne promjene hiralnih molekula je čulo okusa. Receptori čula okusa na jeziku su hiralni i različito reaguju zavisno od enantiomera koji se kuša.
Organske reakcije
Organske reakcije Svaka funkcionalna grupa je karakteristična po tipu odvijanja reakcije. Slijedeći primjeri bi vas trebali upoznati sa hemijom najobičnijih organskih funkcionalnih grupa:
1. Slobodne reakcije radikala Neophodno je ispitati kako se veze kidaju u prvoj fazi reakcije prije razmatranja slobodnih reakcija radikala. Odlučujuće vrste koje su formirane i priroda reakcija koja iz toga slijedi. Kovalentna veza (preovladavajuća u organskom svijetu) može se srušiti na jedan od dva načina: homolitički ili heterolitički. (Kidanje veza se takođe odnosi na fiziju).
Hemolitička fisija se javlja kada se zajednički par elektrona razdvoji, svako dijeljenje sa jednim od atoma formira vezu. Ovaj tip fizije se jedino dešava kada dva atoma koji imaju slične elektronegativnosti dijele jedan elektronski par. Ovako nastaju dvije vrste svaka sa jednim ne uparenim elektronom bez mrežnog naelektrisanja. Ove vrste su poznate kao radikali i slobodni radikali. Formiranje slobodnih radikala:
Polukružne polustrelice pokazuju put elektrona (odakle kreću, gdje završavaju).
Tačke predstavljaju slobodne radikale ili ne uparene elektrone.
Heterolitička fizija će biti razmatrana primjerom nešto kasnije. Slijedi primjer slobodne radikalne reakcije:
Dio ispod pokazuje šta je mehanizam. Mehanizam je teoretsko objašnjenje koje služi da ilustrira kako se reakcija odvija korak po korak.
Energija aktivacije za formiranje slobodnog radikala kako je ilustrovano iznad je visoka. Međutim, jednom kad radikali nastanu mogu proširiti reakcije na razmatrajuće razmjere.
2. Elektrofilne adicione reakcije Potrebno je objasniti dva nova termina:
Elekrtofil je molekula koji prima (voli) negativno naelektrisanje ili elektrone. Primjeri uključujući katione (Na +, Ca 2+), i pozitivni kraj molekule sa parcijalnim pozitivnim naelektrisanjem ( δ+H–Br δ-). Oba tipa su elektrofili. Adiciona reakcija je kada je jedna molekula dodata drugoj tokom reakcije. Slijedi primjer elektrofilne adicione reakcije:
Mehanizam prikazan ispod pokazuje odličan primjer drugog oblika kidanja veze, to je heterolitička fisija. Ovo se najčešće dešava kada dva atoma
dijeleći par elektrona i formirajući vezu imaju vrlo različite elektronegativnosti. Heterolitička fisija je poboljšana sa gustinom elektrona alkena (ovo će biti objašnjeno u naknadnom dijelu).
Zapazite crnu strelicu koja predstavlja kretanje para elektrona. δ+ i δ- pokazuju parcijalna naelektrisanja koja su posljedica toga što je Br mnogo elektronegativniji od H. Slična reakcija će se desiti premiještanjem HBr (g) sa Br 2(g). Nečistoća kao što je voda na zidu suda će formirati dvostruki dipol ( δ+Br–Br δ-) za to da bude napadnut od gustine elektrona dvostruke veze alkena.
3. Nukleofilne reakcije supstitucije Imamo dva nova pojma koje treba objasniti:
Nukleofil je molekula koja prima (voli) pozitivna naelektrisanja. Suprotna je elektrofilu. Nukleofili uključuju molekule koje imaju negativna naelektrisanja (O 2-, OH-), veliku gustoču elektrona (eten, benzen itd.), i negativni kraj molekula sa polarnim naelektrisanjima. Reakcija supstitucije je ona u kojoj molekule imaju jednu grupu zamijenjenu sa drugom tokom reakcije. Alkohol će se u kiseloj sredini podvrći nukleofilnoj reakciji supstitucije .
Hidroksidna grupa je predstavljena kao vodeni Na-hidroksid i reakcija je postignuta pod povratnim uslovima. Povratnost uključuje ključanje u sistemu koji ne dopušta isparavanje rastvarača, često postignut koristeći hladnjak. Nastali produkt je alkohol (kao što je prikazano iznad).
4. Reakcije eliminacije Reakcije eliminacije obuhvataju eliminaciju iona iz spojeva koji posjeduju dvostruke veze. One su suprotne reakcijama adicije. Kada halogenoalkani reaguju sa jakim bazama često će se dogoditi slijedeće reakcije:
Specifični uslovi su izloženi jer slične smjese pod različitim uslovima mogu voditi ka reakcijama supstitucije.
5. Reakcije hidrolize Reakcija hidrolize je reakcja spojeva sa vodom. Halogenoalkeni se podvrgavaju reakcijama sa vodom koje su veoma slične nukleofilnoj supstituciji. Polarizacija δ+C–Halδ- će omogučiti vodi da reaguje kao nukleofil prema atomu karbona. Ispod je prikazan primjer:
Reakcija će se desiti vrlo sporim tempom na sobnoj temperaturi. Prethodni primjer koristeći OH- i toplotu je razmatrajuće brži.
6. Reakcije oksidacije Reakcije oksidacije se dešavaju kada organski spojevi reaguju sa oksigenom. Neki alkoholi mogu biti oksidovani u aldehide i ketone pod određenim uslovima. Kombinacija alkohola sa jakim oksidacionim sredstvom kao što je kalijum dihromat u prisustvu H + će formirati aldehid:
Alkohol je oksidovan, dok je kalij dihromat redukovan. Reakcija se široko koristi u uređajima za testiranje alkohola u krvi kod vozača. Redukcija kalijum dihromata uzrokuje promjenu boje iz narandžaste u zelenu.
7. Reakcije redukcije Reakcije redukcije su suprotne reakcijama oksidacije. Mnogi aldehidi i ketoni su dobijeni oksidacijom od primarnih i sekundarnih alkohola . Mnoge od ovih reakcija su reverzibilne:
Litijum tetrahidridoaluminat (LiAlH4) i natrijum tetrahidridoborat (NaBH4) su oba jaka redukciona sredstva, rastvoreni u odgovarajučim rastvorima pokreću reakcije redukcije.
Neke karboksilne kiseline mogu biti u potpunosti redukovane u primarne alkohole koristeći LiAlH 4 koji je takođe poznat kao litijum aluminijum hidrid. Primjer:
8. Elektrofilne reakcije supstitucije Potrebno je da se odabere grupa arena kako bi prikazali elektrofilnu reakciju supstitucije. Areni su spojevi koji sadržavaju aromatski prsten (o njima će kasnije biti govora). Tečni brom u prisustvu katalizatora će reagovati kao elektrofil sa benzenovim prstenom koji je bogat elektronima:
9. Nukleofilne reakcije adicije Ketoni i aldehidi su osjetljivi na napad nukleofila na njihove karbonilne centre (>C=O). Negativno naelektrisanje je raspoređeno prema više elektronegativnijem kiseoniku, napuštajući djelomično pozitivno naelektrisan atom karbona. To omogučava nukleofilnim adicionim reakcijama prikazanim ispod da se dese:
10.Reakcije esterifikacije Reakcije esterifikacije se dešavaju kada karboksilne kiseline reaguju sa alkoholima u prisustvu sulfurne kiseline. Ovo daje informacije o jednom esteru Ovo dovodi do nastanka estera sa oslobađanjem vode. Na primjer:
Ravnoteža će nastati u slučajevima ako su slične količine kiseline i alkohola kombinovane. Podešavanjem koncentracije kiseline ravnotežna pozicija može biti promijenjena.
11.Reakcije polimerizacuje Reakcije polimerizacuje formiraju duge molekularne lance poznate kao polimeri od malih molekula monomera . Sintetički polimeri teže da budu relativno jednostavne molekule i često se označavaju kao plastika. Nauka o polimerima je široka i raste konstantno kako nove tehnologije zahtjevaju nove sintetičke materijale. Postoje dva glavna oblika reakcija polimerizacije: adicija i kondenzacija. Adiciona polimerizacija: jedan od prvih sintetičkih polimera proizvedenih bio je polieten. Ovo je postignuto kombinacijom visokog pritiska i temperature (1600 atmosfera i 180ºC) sa oksigenom u tragu. Ovo se prikazuje na slijedeći način:
Zagrade pokazuju da je molekula lanac. Unutar zagrada se nalazi „ ponavljajuća jedinica“, to je monomer koji formira kičmu polimera. ´n´ u indeksu oznaćava broj polimera (preko 200 do desetine hiljada).
Ovo pokazuje primjer radikalne reakcije inicirane molekulom oksigena. Pod nestabilnim uslovima ovo je nestabilno i reformirat će se u dva radikala oksigena. Drugi polimeri su formirani tokom sličnih reakcija kao što su: polipropilen, polivinilhlorid (PVC) i politetrafluoroetilen (PTFE).
Kondenzacione reakcije polimerizacije su vrlo različite, ali takođe vode formiranju dugolančanih polimera. Ime „kondenzacija“ potiče od produkcije vode tokom reakcija polimerizacije. Tokom reakcija kondenzacije često se oslobađaju druge male molekule (ponekad je međutim samo polimer formiran). Najlon je tipični polimer koji je formiran reakcijama polimerizacije. Mogu se sintetisati različiti tipovi najlona zavisno od početnih materijala. Dikiselina (molekula koja sadrži dvije karboksilne kisele grupe) može se kombinovati sa diaminom (molekula koja sadrži dvije amino grupe) da nastane polimer. Na primjer:
Ovaj polimerje nazvan Najlon 6.6. Brojevi se odnose na broj atoma karbona u svakoj ponavljajućoj jedinici. Drugi prosti oblik najlona je poznat pod imenom Najlon 6. Ova struktura je izvedena iz amino-kiseline i ima jednostavnu ponavljajuću jedinicu koja je prikazana ispod:
Vezivanje
Vezivanje U poglavlju 3. „Vezivanje i molekulske strukture“ oblik orbitala je razmotren. Mi ćemo sada pogledati kako molekulske orbitale zauzimaju oblik kada se atomske orbitale sadržavajuči jedan elektron suprotnog spina preklapaju da formiraju kovalentne veze. Ako je elektronska konfiguracija karbona u njegovom osnovnom stanju analizirana, vidimo da su samo dva ne uparena elektrona dostupna za vezivaje, a znamo da je karbon obično četverovalentan. Zapazite zaokret elektrona:
Ako je karbon ekscitiran u prvo pobuđeno stanje koje je pokazano uzdizanjem jednog od 2s elektrona na 2p poziciju, vidimo da sada ima 2 ne uparena elektrona. Potrebna energija za pobudu karbona u ovo stanje je nadoknađena od energije oslobođene tokom formiranja četiri veze.
Karbon u pobuđenom stanju sa četiri ne uparena elektrona. Jedan treba sada očekivati kraću i jaču vezu da bude formirana između karbona 2s elektrona i hidrogena 1s elektrona, onda između tri karbon 2p elektrona sa vodikovim 1s vezama. Ovo, kako kad, nije uvijek slučaj. Kada se CH 4 proizodi ta pojava je poznata kao hibridizacija. Ovo rezulzira jednakom energijom i dužinom sve četiri veze. Karbon će biti formiran sa jednakim hibridnim orbitalama poznatim kao sp3 orbitalama prikazanim ispod. Oni će biti kombinovani sa hidrogenom 1s da formiraju jednovalentnu vezu poznatu kao sigma veza. Sigma veze postoje između C–H, C–C, C–hal. Itd. Slike molekule metana pokazuju kako su četiri kovalentne veze jednake i kako se odbijaju međusobno da bi formirale pravilan tetraedalni oblik:
Različit raspored postoji kada karbon 2s orbitale reaguje sa samo dvije 2p orbitale formirajući tri sp2 orbitale koje su slične obliku sp3. One se takođe odbijaju jedna od druge, ali kako ih je samo tri ležat će u istoj ravni. Preostale p-orbitale leže pod uglom od 90º iznad i ispod sp2 ravni.
Na slikama se može uočiti: (i) Oblik sp2 orbitala i struktura (ii) Kako dva atoma karbona formiraju jednostruku karbonsku vezu (sigma) praćena dvostrukom vezom pi. (iii) Kako se vodik veže sa takvom strukturom da formira najjednostavniju dvostruko vezanu strukturu eten. Trostruke veze između dva atoma karbona na sličan način: dvije ne hidrolizovane preklopljene p-orbitale u oblik dvije pi veze koje se onda vežu sigma vezom.
Pravci reaktivnosti
Pravci reaktivnosti Alkani i alkeni Alkani su prilično manje reaktivni od alkena. Alkani su zasićeni karbohidrati i podvrgavaju se nekim reakcijama supstitucije . Alkeni su ne zasićeni karbohidrati i podvrgavaju se broju reakcija adicije. Alkani će reagovati sa halogenim spojevima u specifičnim uslovima (preko slobodnih radikalnih lančanih mehanizama) te će nastati halogeno-alkani. Na primjer:
Dalja reakcija produkta sa viškom Cl 2 u specifičnim uslovima dovodi do formiranja supstitucionog jedinjenja CCl 4, karbontetrahlorid. Krekovanje (razbijanje) je proces koji se koristi u petrohemijskoj industriji za preradu alkana. Pregrijana para i katalizatori se koriste da se prekinu dugi lanci alkana u kraće lance, često formirajući veoma korisne alkene u industriji.
Halogeno-alkani Eksperimentalni podaci pokazuju kako se reaktivnost halogeno alkana povećava kako se pomijerate nadole u grupi periodnog sistema elemenata. Veze između karbona i fluora su veoma jake. Ovo vodi usavršavanju grupe hemikalija koje su poznate kao freoni. Oni su se koristili kao rashladna sredstva, aerosoli i rastvarači jer su bili veoma stabilni i vjerovalo se da su bezopasni. I nisu bili tokom mnogih godina poslije njihovog uvođenja dok njihov štetan uticaj na zaštitni ozonski sloj planete nije otkriven. To je dovelo do njihovog postepenog izbacivanja iz upotrebe. Reaktivnost:
Postoji broj esencijalnih razlika koje rasipaju svijetlo u ovom posmatranju. Kako pomijerate niz grupu (periodnog sistema): (i) (ii) (iii)
Elektronegativnost opada, rezultirajući u redukovanoj polarnosti veze. Veličina atoma se povećava. Entalpija veze opada, vodeći ka rastučoj dužini veze.
Promjene na energiji veze i reaktivnosti kako se pomijerate dole niz grupu (periodnog sistema) su potvrđene izračunatim entalpijama veze predstavljenim u tabeli (činjenica da dužina veze raste kako se pomijerate na dole u grupi još više potvrđuje argument):
Polarnost veze je recimo veća za C-Cl nego za C-Br, što bi trebalo težiti pretpostavci da bi hloro jedinjenje reagovalo na višoj razmjeri, ipak se to ne dešava. Jačina veze je odlučujući faktor neprimjetnosti efekata polarnosti veze.
Benzen
Benzen Benzen je bezbojna tečnost koja ima tačku ključanja na 80ºC i tačku topljenja na 6ºC. Otkriveno je da je kancerogen (uzročnik raka). Određeno njegovim jedinstvenim osobinama vrlo malo se znalo o njegovoj strukturi do mnogo godina poslije njegovog otkrića. Određeno je da benzen ima molekularnu formulu i ima sve te atome u istoj ravni, to je poput ravne molekule. Ima jednake karbon-karbon dužine veze negdje između sigma veze i pi veze (0.139 nm, 0.15 nm i 0.135 nm). Podvrgava se reakcijama supstitucije . 1865. Njemački naučnik, Kekule, pretpostavio je da molekula benzena ima cikličnu strukturu sastavljenu od jednostrukih i dvostrukih veza:
Ovaj model je prihvaćen i koristi se da objasni osobine benzena tokom niza godina. Međutim, takva struktura ne bi mogla imati veze jednake dužine i bilo bi očekivano da podliježe reakcijam adicije kao svaki drugi nezasićeni karbohidrat. Osim toga, proračuni entalpije za oblik gasovitog benzena u Kekule-ovoj strukturi od njegovih elemenata prelazilaze vrijednosti postignute kroz eksperimente. Ovo pokazuje da benzen ima mnogo stabilniju molekulu nego što je to prikazana struktura iznad. Prava struktura benzena leži negdje između dvije strukture prikazane ispod, to je poznato kao rezonansni hibrid:
Riječ rezonanca može vas navesti da usvojite da se struktura prebacuje između dva stanja, ali ovo nije slučaj. Ako se vratimo na sp 2 hibridni orbitalni koncept, moguće je formirati sliku koja daje mnogo precizniju predstavu o strukturi benzena. Slijedeće slike pokazuju kako atomi karbona u sp2 formi dolaze zajedno da formiraju sigma veze i cikličnu strukturu čiji su krakovi ne hibridizovane porbitale sa jednim elektronom iznad i ispod prstena. Ove orbitale se preklapaju i spajaju da formiraju dva prstena naelektrisanja iznad i ispod ciklične strukture, to je poznato kao nelokalizovano vezivanje. Ovca teorija objašnjava jedinstvena svojstva benzena.
Mehanizmi
Mehanizmi Ovaj naziv je skraćenica za prvi ( 1st) red Nukleofilne Supstitucije. Ovo je dvofazni mehanizam, kao što je demonstriran ispod :
Primjer:
1 – sporiji proces, te je označen sa RDS. 2 – veoma brz proces, pa je označen kao 'nula proces'
Ovo je prvi proces hidroliznog mehanizma koji je najsporiji korak, a označava se kao količinski odlučujući korak, skraćeno RDS. Zato količina reakcije može biti određena samo nadgledanjem promjene u koncentraciji halogenih alkana:
Količina = konstanta [halogeni alkani] Ova vrsta mehanizma je moguća samo za tercijalne halogene alkane koji mogu stvoriti stabilne srednje karbonacije. Struktura tercijalnog sklopa drži centralni karbon skrivenim od potencijalnih nukleofila i u isto vrijeme može formirati stabilnu sredu. Primjer gore ilustririra okružujuće metilne grupe koje mogu otpustiti naboj prema pozitivno naelektrisanom karbonu.
Reakcija hidrolize bromoetana (7) (npr. primarni halogeni alkan) će tipično pretrpjeti supstituciju S N2 mehanizma.
Ovo je još jedna nukleofilna supstitucija ali pomoću drugog kinetičkog reda. Mehanizam slijedi jednofazni nukleofilni napad:
Primjer :
Napad OH- i odvajanje Br - se dešavaju u isto vrijeme. Zato količina [OH -] koja opada je prvi red,a formacija [Br -] će također biti prvi red. Količina može biti iskazana kao:
Količina = konstanta [OH -] [Br-] Neće uvijek biti očigledno koji mehanizam će pratiti koju reakciju. Najbolja metoda za određivanje mehanizama jeste eksperimentalno mjerenje koncentracija tokom supstitucije, te raditi unatrag redove reakcija.
Ovo su 1. red i 2. red eliminacijskih mehanizama. Isti argumenti se ponavljaju kako kod supstitucijskih mehanizama. Primjeri:
1 – spori proces, pa je RDS
2 – veoma brz proces, Količina = konstanta [Br -]
Primarni halogenoalkan vjerovatno neće oformiti stabilnu srednju karbonaciju te će zato otići direktno na alken. Još jedanput, količina reakcije je funkija smanjenja [OH -], a povećanja [Br -]
Organska sinteza i analiza Sve je veći zahtjev za sintetizirane organske spojeve. Organske hemikalije su u mogućnosti da sintetiziraju ogromnu količinu spojeva koristeći mnoge različite uvjete i tehnike. Molekuli su sada dizajnirani za veoma specifične radnje za mnoge indstrije (npr. farmaceutsku, agrohemijsku, polimernu, kozmetičku, industriju održavanja kože itd.) Mnogi sintetički pravci će se sastojati više od jedne razine, od kojih će se zahtijevati određen broj određen broj različitih uvjeta, katalista, regenata itd. Svaka faza moći će uključivati proces čišćenja i analize za potvrdu reakcije. Postotak reakcije u industrijskom procesu je kritičan, posebno u multifaznoj sintezi, pošto niski postoci vode ka veoma siromašnoj postotku finalnog proizvoda, dovodeći porces potencijalo neekomičnim. Idnustrijski procesi se razlikuju od laboratorijskih priprema u ljestvici i potražnji za profitom. Međutim, sigurnost je pitanje koje se sastoji i od laboratorijskih i industrijskih uvjeta što više toksičnih, zapaljivih i eksplozivnih sastojaka. Slijedeće slike sadrže sintetičke puteve za uobičajene sastojke sa testovima koji ih analiziraju.
1.1Dehidracija alkohola
1.2Dehalogenizacija halogenih alkana
1.3. Krekovanje alkana dobijenih iz prirodnog gasa ( industrijski proces)
Testiranje za alkan (ili za nezasićenost) može se postići korištenjem bromnog rješenja. Bilo koji alkeni će reagirati sa smeđim bromom praveći ga bezbojnim
smeđa
bezbojna
Alkoholi se prave sintetičkim putem (hidroksilni alkeni) ili fermentacijom. 1.1Sintetički put
eten
propan-2-ol
1.2Fermentacija
saharoza
etanol
1.3Smanjenje karboksilnih kiselina i aldehida / ketona
¸ Ova reakcija je postinguta koristeći LiAlH 4 i H 2O
Dodavanje fosfornog pentahlorida ( PCl 5 ) suhom alkoholu (npr. –OH sadržavajuće sastojke) bi trebalo proizvesti vidljive bijele dimove HCl kiseline. Primjer:
Oprez: drugi nealkoholi bi mogli dati pozitivan rezultat ako je prisutna, npr. karbokslina kiselina.
–OH grupa
Aldehid: Kontrolirajući oksidaciju alkohola (primarnog samo), može se dobiti aldehid. Ova sinteza se može postići samo korištenjem destilacijskog procesa da se dobije aldehid. Aldehid će nastaviti oksidirati i formirat će karboksilnu kiselinu ako nije izdvojena iz reakcijske mješavine. etanol
etanal
Keton: oksidacijom sekundarnog alkohola.
butan-2-ol
butan-2-on
Ova reakcija ne zahtijeva destilaciju jer produkt (keton) ne može nastaviti daljnju oksidaciju ka karboksilnoj kiselini.
Aldehidi i ketoni sadrže karbonil grupe (>C=O) za koje je standard dobro poznat test.
Bradyjev reagent, npr. 2,4-dinitrofenilhidrazin će reagirati sa karbonil grupom da proizvede narandžaso/žuto padanje.
Kao što je prethodno raspravljano, karboksilne kiseline su sintetizirane oksidiranjem primarnih alkohola koristeći šivin dihromat u kiselinskim uvjetima.
Prethodni test za karbolnu grupu koristeći Brayjev reagent će također dati pozitivan rezultat za karboksilne kiseline. Specifičan test za funkcionalnu grupu (-COOH) može se napraviti dodavanjem natrij karbonatnog rješenja. U prisustvu karboksilne kiseline, karbon dioksid će se otpustiti koje se može testirati korištenjem krečne vode (mjehurići kroz krečnu vodu dovode do rješenja sa oblakom).
Fosforni halidi mogu regirati sa alkoholima da prizvedu halogene alkane; međutim ovaj način prizvodi i druge proizvode. Mnogo efektivniji metod jeste da se krosti sumpor dihlorid oksid da formira hlorisane strukture.
Npr.
Potrebna je kratka procedura: 1. Izmješajte nepoznatu mješavinu sa akva natrij hidrokisom.
2. Neutralizirajte bilo koji višak NaOH (aq) dodavanjem kiseline. 3. Dodajte nekoliko kapi srebrnog nitrata.
Rezultatujuća tabela:
Pitanja
Blic pitanja Pitanje 1: Dovrši slijedeću izjavu: Homologne serije će imati glavnu formulu , istu funkcijsku grupu, i svaki će se naredni član povećavati za jednu CH grupu. Pitanje 2:
i
su koja vrsta izomera?
a) Geometrijska b) Koncentrična c) Strukturalna d) Hiralna Pitanje 3: Dovrši slijedeću izjavu: Cis- i trans- su izrazi koji se koriste za odluku između različitih vrsta geometrijskih izomera. Pitanje 4: Dovrši slijedeću izjavu: Rješenje koje sadrži identične koncentracije enantiomera je poznato kao vinska mješavina. Pitanje 5: Dovrši sijedeću izjavu:
Elektrofil je vrsta koja traži negativne naboje elektrona, dok je nukleofil vrsta koja traži pozitivne naboje elektrona. Pitanje 6: Dovrši slijedeću izjavu: Homolitička fisija se događa kada se zajednički par elektrona razdvoji, svaki se dijeleći sa jednim od atoma koji formiraju lanac. Heterolitička fisija se događa kada atomi koji dijele elektronski par imaju različite elektronegativnosti. Pitanje 7: S N1 i S N2 su skraćenice za nukleofilne supstitucije reakcija prvog i drugog reda. Pitanje 8: Polietilen i polipropilen su polimeri koji su sintetizirani polimernom adicijom, gdje je najlon 6,6 polimerizovan kondenzacijskom polimerizacijom.
Pitanje 9: Koja od slijedećih opcija predstavlja vrstu hibridnih orbitala nađenih u: i) pentan
ii) buten
Pitanje 10: Dovrši slijedeću izjavu: Faktori koji utiču na povećanje reaktivnosti halogeniskih alkanskih jedinjenja idući ka dnu grupe uključuje elektronegativnost, atomsku veličinu i lanac entalpije. Pitanje 11: Dovrši slijedeću izjavu: Jednostruke i dvostruke veze se često odnose kao sigma i pi veze naizmjenično. Pitanje 12: Dovrši slijedeću izjavu: Prava struktura benzena se nalazi negdje između dvije strukture prikazane ispod i poznata je kao hibridna rezonanca.
Ispitna pitanja a) Jedinjenje X je bezbojna, slatka mirišljiva neutralna tečnost elementnog postotka supstanci mase C=54,53%; H=9,15%; O=36,32%. X ima molarnu masu 88,1 g mol -1. Pojednostavljeni infracrveni spektar i neki infracrveni podaci su pokazani ovdje. Spektar
Podaci Molekula ili grupa Alkil grupa Alkohol (ROH)
Vrsta vibracije C-H dužno C-O dužno O-H dužno (Hidrogenski lančano)
Frekvencija vibracije/cm-1 2960-2850 1200-1050 3200-3400
Karboksilna kiselina(RCOOH) Ester (RCO2R')
C=O dužno C=O dužno C-O dužno
1725-1700 1750-1730 1300-1050
Pažljivo razmatrajući sve dostupne podatke i dajući potpuna rješenja zaključite moguće jednjenje za X. 1. Empirijska formula za 100 g jedinjenja X.
Empirijska formula = C 2H 4O
b) Koristite dolje navedene informacije da biste odredili strukture jedinjenja od A do E. Organsko jedinjenje A molekularne formule C 3 H 6O 2 reaguje sa vodenim natrijevim karbonatom da da bezbojan gas. Kada je A zagrijano sa natrijevim krečom, formira se drugi bezbojni gas B formule C 2 H 6. U tretmanu sa fosfor pentahloridom A daje jedinjenje C molekularne formule C 3 H 5ClO. Smanjenjem sa litij tetrahidridoaluminatom (|||), LiAlH 4, A daje jedinjenje D molekularne formule C 3 H 8O. A i D reaguju zajedno u prisustvu koncentrisanih sumpornih kiselina da daju E, C 6 H 12O2. Rješenje Rastvorljivo organsko jedinjenje koje reaguje sa vodenim natrijevim karbonatom oslobađajući bezbojan gas (npr. CO 2) je kiselina. Zato struktura A može biti CH 3CH 2COOH .
