Izomerie Reakce organických sloučenin Názvosloví organické chemie

1. IzomerieReakce organických sloučeninNázvosloví organické chemie Tomáš Hauer 2.LF UK

2. Izomerie

3. Izomerie • izomerní sloučeniny • stejný sumární vzorec, různá • struktura • prostorové uspořádání • = izomery • různé fyzikální nebo chem. vlastnosti

4. I. Konstituční (strukturní) izomerie • izomery se stejnými sumárními vzorci a odlišnými strukturními vzorci • liší se svou konstitucí (skladbou) • pořadím atomů • druhem vazeb

5. Ia. Řetězcová izomerie • izomery se liší uspořádáním řetězce, ale patří ke stejné homologické řadě butan x 2-methylpropan pentan x 2-methylbutan x 2,2 -dimethylpropan hexan x 2-methylpentan x 3-methylpentan x 2,2-dimethylbutan x 2,3-dimethylbutan

6. prefix iso- používá se pro označení methylové skupiny na druhém uhlíkovém atomu řetězce =vidlička

7. Ib. Polohová izomerie • izomery se liší polohou • substituentů • násobné vazby • v molekule

8. 2,3-dichlorbutan x 2,2-dichlorbutan 1,2-dichlorcyklohexan x 1,4-dichlorcyklohexan but-1-en x but-2-en penta-1,4-dien x penta-1,3-dien

9. I.c skupinová (funkční) izomerie • liší se typem funkční skupiny, patří tedy k jiným homologickým řadám. • velmi rozdílné chemické i fyzikální vlastnosti

11. Id. Tautomerie • tautomery se liší polohou vodíku a typem a polohou dvojné vazby • uhlíkový řetězec stejný • obě formy v dynamické rovnováze • dle podmínek se mohou navzájem přesmykovat • tedy: • stejný empirický a molekulový vzorec, různý strukturní a racionální vzorec

14. II. Konfigurační izomerie (stereoizomerie) • liší se pouze prostorovým uspořádáním atomů nebo skupin atomů • mají různý geometrický vzorec

15. IIa. Geometrická izomerie (cis, trans) • liší se konfigurací subtituentů na dvojné vazbě nebo cyklu • různé chemické i fyzikální vlastnosti • tato izomerie se vyskytuje u: • některé sloučeniny s dvojnou vazbou • substituované nebo rozvětvené cykloalkany

16. IIa. Geometrická izomerie (cis, trans) • cis izomer • substituenty jsou na stejné straně dvojné vazby nebo roviny kruhu • trans izomer • substituenty leží na opačných stranách dvojné vazby nebo roviny kruhu

19. IIb. Optická izomerie (chiralita) • některé org. sloučeniny • schopnost otáčet polarizované světlo • = optická aktivita = opticky aktivní sloučeniny • u molekul, které nemají rovinu, ani střed symetrie • většina opticky aktivních látek obsahuje min. jeden asymetrický uhlíkový atom • chirální uhlík, chirální centrum • je to uhlík vážící 4 různé substituenty – označujeme ho C*

20. IIb. Optická izomerie (chiralita) • tyto 2 formy – zrcadlové obrazy • nelze je tedy ztotožnit ani otáčením v prostoru • je mezi nimi chirální vztah, jako mezi pravou a levou rukou • nazýváme je enantiomery nebo také optické antipody • mají stejné fyz. i chem. vlastnosti • liší se ve své optické aktivitě • mohou se drobně lišit v biochemických reakcích

21. IIb. Optická izomerie (chiralita) • enantiomery otáčejí rovinu polarizovaného světla o stejný úhel, ale opačným směrem • otáčivost zjišťujeme v polarimetru • určujeme směr a velikost úhlu otáčení

22. IIb. Optická izomerie (chiralita)

23. IIb. Optická izomerie (chiralita) • Racemát • směs dvou optických antipodů • stejná koncentrace • opticky inaktivní • vzájemné vyrušení optických účinků • Vyjádření konfigurace na asymetrickém uhlíku • označení D- a L- • tato označení nesouvisí se směrem otáčení roviny polarizovaného světla!!!!!! • Označení D(+), D(-), L(+), L(-)

24. IIb. Optická izomerie (chiralita) • Pro znázornění D- a L- forem – klasická Fischerova projekce • pravidla: • uhlík č. 1 je nahoře • vertikální vazby daného C* směřují dozadu • horizontální vazby daného C* směřují dopředu • D- (dexter) – funkční skupina napravo • L- (laevus) – funkční skupina nalevo

25. IIb. Optická izomerie (chiralita) • je li v molekule víc chirálních uhlíků • formu určujeme dle konfigurace na posledním chirálním uhlíku • optické antipody – běžně v biochemii • živ. org.: • pouze L- aminokyseliny • pouze D- cukry • enzymy umí rozlišit enantiomery

26. III. Konformace • různá prostorová uspořádání molekul stejné sloučeniny • KONFORMERY • vznikají rotací jednotlivých částí molekuly kolem jednoduchých vazeb • Konformery • rozdílná potenciální energie • čím jsou nevazebné interakce v molekule slabší, tím jsou stabilnější (vzdálenost atomů) • konformer s nejnižší potenciální energií = nejstabilnější

27. III. Konformace • mezi konformery se ustavuje rovnováha • při určité teplotě převažuje ten, který je za daných podmínek nejstálejší • příklad –cykloalkany: • vyskytují se v několika konformacích • energeticky nejchudší = nejstálejší: • židličková konformace • energeticky nejbohatší = rel. nejméně stálá: • vaničková konformace • ergo--- čím vyšší teplota, tím vyšší zastoupení vaničkové konformace ve směsi

30. Reakce organických sloučenin Typy reakcí dle jejich průběhu

31. Substituce • nahrazení jednoho nebo více atomů nebo skupin vázaných na uhlík jinými • hybridizace ani násobnost vazby se nemění

32. Adice • vazba dalších atomů na násobné vazby • spojení dvou částic v jednu • pozor!!! • násobnost vazeb klesá • co se děje s hybridizací atomu uhlíku?? ZVYŠUJE SE, PROČ? KLESÁ POČET VAZEB PÍ

33. Adice

34. Eliminace • odštěpení „jednodušší“ látky z molekuly • je to opak adice • násobnost vazby roste • hybridizace atomu uhlíku se snižuje

35. Kondenzace • spojení dvou molekul při odštěpení jednoduché sloučeniny (př. voda) • častá je kondenzace mnoha molekul • vznik makromolekulárních látek • kondenzace aminokyselin • vznik peptidů a bílkovin • kondenzace monosacharidů • oligosacharidy, polysacharidy

36. Přesmyk • přeskupení atomů uvnitř molekuly • vzniká izomer s jinou strukturou

37. Kombinace reakcí • nepřeberně

38. Reakce organických sloučenin Oxidačně-redukční reakce

39. Oxidačně-redukční reakce • Oxidace??? • Redukce??? • Oxidace v org. chemii: • látka přijímá kyslík (oxidace oxidačními činidly) • KMnO4, HNO3, peroxidy, K2Cr2O7 • látka ztrácí vodík (dehydrogenace ze dvou sousedních atomů uhlíku…Zajcevovo pravidlo) • Redukce v org. chemii: • látka ztrácí kyslík • přijímá vodík (hydrogenace) ztráta elektronů příjem elektronů

40. Reakce organických sloučenin Způsoby štěpení vazeb

41. Homolytické reakce – radikálové reakce (nepolární a málo polární vazby) • kovalentní vazba se štěpí symetricky • každý vazebný partner si z vazby ponechá jeden nepárový elektron a přechodně vznikají radikály • vysoce reaktivní částice s nepárovým elektronem • aby vznikl radikál, je třeba dodat vysoké množství energie na rozštěpení vazby • reaktivnost radikálů tedy spočívá v jejich vysoké energii

42. Heterolytické reakce – iontové reakce (polární vazby) • kovalentní vazbase štěpí nesymetricky a vznikají ionty • elektronegativnější atom si ponechá celý elektronový pár • anion • elektropozitivnější atom postrádá jeden elektron • kation

43. Reakce organických sloučenin Typy reakčních činidel

44. Radikálová (homolytická) činidla • částice s nepárovým elektronem a s krátkou dobou existence

45. Iontová (heterolytická) činidla • Nukleofilní činidla • částice s volným elektronovým párem (anionty nebo neutrální molekuly) • jsou donory elektronů • napadají v molekulách místa s nedostatkem elektronů • Elektrofilní činidla • částice s nedostatkem elektronů, obvykle kationty • akceptory elektronů • napadají v molekulách místa s nadbytkem elektronů

46. Reakce organických sloučenin Polarita a polarizovatelnost vazeb

47. Polarita a polarizovatelnost vazeb • Polarita • logicky závisí na rozdílu elektronegativit vázaných atomů • je li rozdíl těchto EN větší než 0,4 a menší než 1,7, je vazba polární a na atomech vznikají parciální náboje + a – • Polarizovatelnost • schopnost vazby být polarizována • přiblíží li se k molekule s původně nepolární vazbou el. nabitá částice, dojde k posunu vazebných el. a v molekule vznikne elektrický dipól • vazba se polarizuje

48. Polarita a polarizovatelnost vazeb • po opětovném vzdálení elektricky nabité částice • elektrony se vrací do původní polohy • polarizace vazby zanikne • polarizovatelnost vazby • dynamický děj • polarita vazby • statický děj

49. Reakce organických sloučenin Indukční efekt

50. Indukční efekt • je vyvolán substituenty, které mají EN odlišnou od uhlíku • substituent vyvolává posun sigma elektronů a tím i polarizaci sousedních vazeb sigma • efekt se projevuje na1., 2. i 3. atomu uhlíku od místa polarizované vazby