เคมอนทรย (Organic Chemistry)

ISOMERปฏกรยาเคมอนทรย

กรดและเบสในเคมอนทรยอ.ดร.อทมพร กนแกว

สาขาวชาเคม คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยแมโจ1

ไอโซเมอร

ไอโซเมอรเชงสเตอรโอ

ไอโซเมอรเชงสายโซคารบอน

ไอโซเมอรเชงตาแหนงของหมฟงกชน

ไอโซเมอรเชงโครงสราง

ไอโซเมอรเชงเรขาคณต ไอโซเมอรเชงแสง

ไอโซเมอรเชงชนดของหมฟงกชน

2

1. ไอโซเมอรเชงโครงสราง (Structural isomer) สารอนทรยทมสตรโมเลกลเหมอนกนแตมสตรโครงสรางตางกน แบงไดเปน1.1 ไอโซเมอรเชงสายโซคารบอน (skeleton isomer)1.2 ไอโซเมอรเชงตาแหนงของหมฟงกชน (positional isomer)1.3 ไอโซเมอรเชงชนดของหมฟงกชน (functional isomer)

2. ไอโซเมอรเชงสเตอรโอ (Stereo isomer) เปนไอโซเมอรทมโครงแบบ (configuration) ตางกนคอมการจดเรยงอะตอมในทวางตางกน (การจดตาแหนงของอะตอมใน 3 มตแตกตางกน) แบงไดเปน 2 ชนด คอ2.1 ไอโซเมอรเชงเรขาคณต (geometrical isomer)2.2 ไอโซเมอรเชงแสง (optical isomer)

3

1. ไอโซเมอรเชงโครงสราง (Structural isomer) 1.1 ไอโซเมอรเชงสายโซคารบอน (skeleton isomer)• ไอโซเมอรทมการจดเรยงตวของคารบอนในโครงสรางหลกตางกน • คารบอนอะตอมอาจตอกนเปนเสนตรงหรอเปนแบบกงสาขา• จานวนไอโซเมอรจะเพมขนเมอจานวนคารบอนเพมขน เชน

– C5H12 ม 3 ไอโซเมอร C6H14 ม 5 ไอโซเมอร – C7H16 ม 9 ไอโซเมอร C8H18 ม 18 ไอโซเมอร – C9H20 ม 35 ไอโซเมอร C10H22 ม 75 ไอโซเมอร

• สารทเปนไอโซเมอรเชงโครงสรางกนจะมสมบตทางกายภาพและทางเคมตางกน

4

ไอโซเมอรชนดโครงสรางของ C5H12 และจดเดอด

5

1.2 ไอโซเมอรเชงตาแหนงของหมฟงกชน (positional isomer)• ไอโซเมอรทเกดจากหมฟงกชนนลมาเกาะกบอะตอมของคารบอนใน

โครงสรางหลกทตาแหนงตางกน • เชน C4H10O ม positional isomer ทเปนแอลกอโอล 2 ไอโซเมอร

6

1.3 ไอโซเมอรเชงชนดของหมฟงกชน (functional isomer)• ไอโซเมอรทมหมฟงกชนนลตางกน เปนสารอนทรยตางชนดกนทมสตรโมเลกล

เหมอนกนแตสตรโครงสรางตางกน• ตวอยาง เชน แอลกอฮอล กบ อเทอร ทมสตรโมเลกล C2H6O เปน functional

isomer กน

• แอลดไฮด กบ คโตน ทมสตรโมเลกล C3H6O เปน functional isomer กน

O

C CH2H CH3

O

C CH3H3C

propanal propanone

7

2. ไอโซเมอรเชงสเตอร (Stereo isomer)2.1 ไอโซเมอรเชงเรขาคณต (geometrical isomer)• เปนไอโซเมอรทมการจดเรยงของหมแทนทในโครงสรางทเปนวงหรอในพนธะค

ตางกน• เชน ไอโซเมอรแบบ ซส-ทรานส (cis-trans isomer) ซงเปนการพจารณาวา H

หรอหมทเหมอนกนอยในระนาบเดยวกนหรอตางระนาบกน (ลางและบนระนาบของพนธะค)

C CCH3

H

H3C

HC C

H

CH3

H3C

H

cis- 2-butene trans-2-butene

8

2.2 ไอโซเมอรเชงแสง (optical isomer)• เปนไอโซเมอรทมความไวตอการบดระนาบแสงโพลาไรซ (polarized light) ทงน

เนองจากความไมสมมาตรหรออสมมาตร (asymmetry) ในโมเลกล• ถา C อะตอมใดตอกบอะตอมหรอหมอะตอมทแตกตางกนทง 4 หม เรยกวา

คารบอนไครล (chiral carbon)• ถา C อะตอมใดตอกบอะตอมหรอหมอะตอมทไมแตกตางกนทง 4 หม เรยกวา

คารบอนอะไครล (achiral carbon)

CH

Br

Cl

H3C

CH

Br

H3C

H3C

*

คารบอนไครล คารบอนอะไครล9

โมเลกลอะไครล (Achiral molecule)• เมอฉายแสงโพลาไรซผานสารละลายของโมเลกลอะไครล ระนาบของแสง

โพลาไรซ (plane of polarized light) จะไมมการเปลยนแปลง เพราะวาโมเลกลอะไครลไมไดหมนระนาบของแสงโพลาไรซ

• โมเลกลอะไครลเปนสารทไมมอนตรกรยากบแสง (optically inactive)

10

โมเลกลไครล (Chiral molecule)• แตเมอฉายแสงโพลาไรซผานสารละลายของโมเลกลไครล โมเลกลเอไครลจะม

การหมนระนาบของแสงโพลาไรซ ซงอาจจะหมนระนาบของแสงตามเขมนาฬกาหรอทวนเขมนาฬกา

• โมเลกลไครลเปนสารทเกดอนตรกรยากบแสงได (optically active)

11 12

13 14

Enantiomers are different compounds:Same boiling point, melting point, densitySame refractive indexRotate plane polarized light in opposite directions (polarimetry)Different interaction with other chiral molecules

Each enantiomer must have a unique name.

15

สารประกอบทม ไครลคารบอน มากกวา 1 ตาแหนง

โมเลกลของสารทมไครลมากกวา 1 ตาแหนง จะม จานวน สเตอรโอไอโซเมอรทเพมขน โดยจานวนไอโซเมอรทมไดมากทสดจะเทากบ 2n โดย n คอ จานวนอะตอมทเปนไครล

16

17

•ปฏกรยาทมการแตกพนธะแบบโฮโมไลตก เรยกวาปฏกรยาแบบอนภาคหรออนมลอสระ (radical or free-radical reaction)

C + AC A

18

19

• ปฏกรยาทมการแตกพนธะแบบเฮเทอโรไลตก เรยกวา ปฏกรยาแบบไอออนก

(ionic reaction)

20

C + AC A

C + AC A

carbanion

(carbonium ion)carbocation

heterolytic clevage

heterolytic clevage

+

+

21

Intermediate

หรอ

C AC + A Homolytic

Clevage Free radical

C + A

C + AHeterolyticClevageCarbonium ion

or Carbocation

Carbanion C A

22

ทฤษฏของเบรนสเตดและลาวรกรด – สารทให H+ แกสารอน เบส – สารทรบโปรตอนจากสารอน

คกรด-เบสCH3COOH(aq) + H2O CH3COO-(aq) + H3O+(aq) กรด เบส เบส กรด

คกรด-เบส

กรด และ เบส

ทฤษฏของลวอสกรด – สารทรบคอเลกตรอน เบส - สารทใหคอเลกตรอน

23 24

ปฏกรยาระหวางกรดเบส มกดาเนนไปในทางทใหกรดออนกวา หรอเบสออนกวาซงมกอยดานเดยวกนของสมการ

25 26

กรดคารบอกซลก

ความเปนกรดของสารอนทรย

27 28

ปจจยทมผลตอความแรงของกรด

ผลของ resonance

29

ผลของ hybridization

30

31

Inductive effect

32

33

ความเปนเบสของสารอนทรย

34

ประเภทของตวเขาทาปฏกรยา1. นวคลโอไฟล (Nucleophile, Nu-) คอ อะตอมหรอโมเลกลทสามารถให

อเลกตรอนหนงคเพอใชในการสรางพนธะ (เบสลวอส = ชอบบวก อยากใหอเลกตรอน) เชน I-, OH-, OR-, CN-, H2O, ROH, NH3

2. อเลกโตรไฟล (Electrophile, E+) คอ อะตอมหรอโมเลกลทสามารถสรางพนธะใหม โดยการรบอเลกตรอนหนงค (กรดลวอส = ชอบลบ อยากไดอเลกตรอน) เชน H3O+, BF3, AlCl3, >C=O

3. เรดคลอสระ (Free Radical) คอ อะตอมหรอหมอะตอมทมอเลกตรอนเดยว (CH3)

35

substitution by an anionic nucleophile

R—X + :Nu— R—Nu + :X—

36

All nucleophiles, however, are Lewis bases.

The nucleophiles described have been anions.

..

..HO: – ....CH3O: –..

..HS: – –CN: : etc.

Not all nucleophiles are anions. Many are neutral.....HOH CH3OH..

..NH3: for example

Nucleophiles

37

..

..HOH CH3OH....

for example

Many of the solvents in which nucleophilic substitutions are carried out are themselvesnucleophiles.

Nucleophiles

38

ความสามารถในการเปนนวคลโอไฟลขนอยกบแนวโนมในการใหอเลคตรอน

ในแถวเดยวกนในตารางธาต ธาตทมคา EN สงจะมแนงโนมการเปนนวคลโอไฟลทนอยกวาเชนเดยวกบความเปนเบส

อะตอมชนดเดยวกนทมความหนาแนนของอเลคตรอนมากกวาเปน นวคลโอไฟลทดกวา

ในหมเดยวกนของตารางธาต ความเปนนวคลโอไฟลเพมตาม polarization ซงเพมตามขนาดของอะตอม

39

•Rank Nucleophile Relativerate

•strong I-, HS-, RS- >105

•good Br-, HO-, 104

• RO-, CN-, •fair NH3, Cl-, F-, - 103

•weak H2O, ROH 1•very weak RCO2H 10-2

Nucleophilicity

40

ความแตกตางระหวาง เบส และ นวคลโอไฟล

41