Komp del D NKEA07-ht07

Introduktion till laborationen

NH2 O

O

O

NH

O COOH

EtOAc

+ +!

anilin bensoesyraanhydrid N-fenylbensamid bensoesyra

Lösliga i 1M HC1 RNH2 (org) + HCl (aq) → RNH3+ Cl-(aq) Tillsats av NaOH ger: RNH3+ Cl- (aq) → RNH2 (org)

Lösliga i 2M NaOH Starka syror: RCOOH (org) + NaOH (aq) → RCOO- Na+(aq) + H2O Svaga syror: Ar-OH (org) + NaOH (aq) → Ar-O- Na+ (aq) + H2O

Tillsats av konc. HCl ger:

RCOO- Na+(aq) → RCOOH (org)

Ar-O- Na+ (aq) → Ar-OH (org) Lösliga i 1M NaHCO3 Starka syror: RCOOH (org) + NaHCO3 (aq) ) → RCOO- Na+(aq) Tillsats av HCl ger:

RCOO- Na+(aq) → RCOOH (org) (aq) = vattenfas (org) = organisk fas

KROMATOGRAFISKA PRINCIPER

Kromatografi är ett samlingsnamn på ett antal analysmetoder där man skiljer ämnen med hjälp av deras specifika fysikaliska egenskaper såsom löslighet och polaritet Ursprungligen användes metoden för att skilja färgade ämnen, där av namnet kromatografi. Grekiskans kroma, färg, och grafein, skriva, sattes samman En mängd av olika metoder finns för att separera och identifiera ämnen som bygger på principen att olika ämnen interagerar olika med varandra genom absorption eller fördelning mellan olika faser. Schemat nedan visas hur man kan dela upp kromatografin enligt olika interaktionsprinciper och metoder.

ADSORPTION(fast stationär fas)

KROMATOGRAFI

FÖRDELNING(vätska stationär fas)

Rörlig fas: Vätska (A)

Gas (B)

Vätska (C)

Gas (D)

A: Tunnskiktskromatografi (TLC), Kolonnkromatografi, HPLC Jonbyteskromatografi, Gelfiltrering

C: TLC, Kolonnkromatografi, HPLC, Papperkromatografi

B, D: Gaskromatografi (packad kolonn resp. kapillärkolonn)

C H3

O

halv polärOpolär polär O H

CH3

Ökadelueringshastighet: Mer polär rörlig fas Mer opolär rörlig fas

C 1 8S i O2

OH

PolärIcke-polär

Stationär fas!!!!!!!!! !!!!!Rörlig fasStationär fast fas!!!!! !!!!!Rörlig fas

OH3C

O

H3C

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

O H

O H

O H

O H

O H

O H

O H

O H

HO

A: Adsoption B. Fördelning

A: Absorption:Polaritetsordning (ökande elueringshastighet med kiselgel som fast fas): Vatten > etanol > acetonitril > etylacetat > dietyl eter > metylenklorid > toluen > hexan B: Fördelning: Elueringsordning för "reversed-phase" ex. HPLC med C18-kolonn: Tetrahydrofuran > isopropanol > etanol > acetonitril > metanol > vatten.

DERIVAT AV KARBOXYLSYROR: 1) ESTER

Syra

ättiksyra etanol etylacetat

+ H2OC

O

CH3 OCH2CH3C

O

OHCH3

Framställning

Funktionell grupp -COORR C

O

OR'

+ H-O-CH2CH3

Änderlse: -yl -oat

2-brompropyl-3-nitrobutanoatO

O

Br

NO2

pentylacetat (banan lukt)

etylbutanoat (persika lukt)

etyletanoat etylacatat

O

OO

O

C

O

CH3 OCH2CH3

Alkoholens alkylgrupp följt av syrasaltets namn

alkyl alkanoat

Namngivning

Många enkla estrar med rel. korta kolkedjor har angenäm doft. Basisk hydrolys: Saponifiering (förtvålning av fetter)

natrium stearat

Saponifiering

Hydrolys:

CH2

CH

CH2

O

O

O

C

O

C17H35

C C17H35

C C17H35

O

O

+ 3 NaOH

CH2

CH

CH2

OH

OH

OH

C17H35 COO Na+ 3

glycerylstearat glycerol "tvål"

+ R'OHR C

O

O + OHR C

O

OR'

2) AMID

Ändelse: -amid

propanamid propionamid

etanamid acetamid

metanamid formamid

C

O

NH2CH3CH2

C

O

NH2CH3

C

O

NH2H

R C

O

N

R'

R''R C

O

NH R'R C

O

NH2

Sekundära och tertiära amider namnges som N-alkyl substituerade primära amider

C

O

NHCH3 CH3

N

OBr

N-metyletanamid

N,N-dietyl-3-brombutanamid

C

O

NH

CH3

CH3

N,N-dimetylmetanamid N,N-dimetylformamid

(DMF)

Ex.vis Peptdbindning

(R-CH2-NH2)Amidkvävet är mindre basiskt jämfört med aminer

R C

O

NH2R C

O

NH2

Resonans:

Framställning:

+ H2O+ R'-NH

2R C

O

OH R C

O

NH R'

Något mindre vanliga karboxylsyraderivat är: 3) SYRAKLORID 4) KARBOXYLSYRA ANHYDRID och 5) NITRILER R-CO-Cl R-CO-O-CO-R R-C≡N

REAKTIONER MED KARBOXYLSYRA DERIVAT

RC

O

OH RC

O

L L= lämnande grp Nukleofil substitution: Generell mekanism för karboxylsyra derivat

L+R C

O

L

Nu

+Nu R

C

O

L R

C

O

Nu

Addition + elimination ger totalt en substitution

A. Syraklorid

B. Karboxylsyraanhydrid

C. Karboxylsyra

D. Ester

E. Amid

R C

O

Cl

RC

O

O

O

CR

OH

O

CR

OR'

O

CR

NH2

O

CR

Cl

RC

O

O

O - H

O - R'

NH2

Reduceradreaktivitet

LR C

O

L

För hög reaktivitet: Lämnande grp ska vara en svag bas Karbonylkolet ska vara så positiv elektrofil som möjligt Alla A –E ovan kan med lämpliga reagens överföras i varandra i olika reaktioner. Gäller inte för:

Dåliga lämnande grp pga

mycket starka baserR

H

R C

O

R'

R C

O

HAldehyde

Ketone

Olika reaktioner på karboxylsyra derivat:

1. Ester 1. Från karboxylsyra Syrakatalyserad jämviktsreaktion:

+ H2O OH

O

CCH3+ CH3CH2OH

H / H2OO

O

CCH3CH2CH3

Mekanism A:

OH

O

CCH3

H / H2OOH

O

CCH3

H

CH3CH2OH

OH

O

CCH3

H

OCH2CH3

H

OH2

O

CCH3

H

OCH2CH3 OCH2CH3

O

CCH3

H

O

O

CCH3CH2CH3

(-H2O) - H

Protonbyte

Jämviktsreaktion: Hög [ROH] eller borttagande av H2O � ökad ester bildn. Hög [H2O] � minskad ester bildning (= Sur ester hydrolys) K ofta ≈ 1 (ex. etyl acetat bildningen ovan) Överkurs: /2. Från syraklorider

RO

O

CR+R C

O

Cl R OH NN

HCl

+

3 Från karboxylsyraanhydrider

100 °CO

O

O

OH

+

OH

O

O

O

Båda reaktionerna i 2) och 3) ovan ger irreversibla reaktioner i bra utbyte. Ger estrar med steriskt hindrade R-grupper i karboxylsyran and alkoholer. Reagerar även med fenoler som generellt är oreaktiva /

Basisk hydrolys av estrar

H2ONa + CH3CH2OH + NaOHO

O

CCH3CH2CH3 O

O

CCH3 Mekanism B:

OH

O

CCH3O

O

CCH3Et + OH + CH3CH2O O

O

CCH3Et

OH

O

O

CCH3+ CH3CH2OH

Irreversibelt steg

= 18O (Syreisotop 18)

Sista steget är irreversibelt (i motsats till den reversibla syra katalyserade hydrolysen) Sur hydrolys av estrar : är den samma som reversibla

esterbildningen ovan. Mekanism C:

- HOH

O

CCH3

H / H2O

OH

O

CCH3

H

- CH3CH2OHOH

O

CCH3

H

OCH2CH3

H

HO-H

O

CCH3

H

OCH2CH3OCH2CH3

O

CCH3

H

O

O

CCH3CH2CH3

H2O

Protonbyte

Laktoner = Cyklsika estrar

O

OHHO

O

OH

HO

Vitamin C

En laktonCyklisk ester

O

O

OH

O

CCH2CH2CH2

OH

H / H2O

Exempel på känd lakton:

2. Amid Viktig bindningstyp hos proteiner inom biokemin Amid från reaktion då ester reagerar med amin

OR'

O

CR + NH3 R C

O

NH2 + R'-OH

R C

O

NHR' R C

O

NR2'pss med NH2R' och NHR 2 resp.

Mekanism D:

OR'

O

CR + NH3R C

O

NH2 + R'-OH

O

CR NH2

HR'O

O

CR NH2

R'ONH3 + NH4

+ NH3

2.

1.

1.

Syra-bas jämvikt mellan karboxylsyra och amid.

OH

O

CCH3O

O

CCH3+ H2N-R + H3N-ROBS !

En Laktam = cyklisk amid, ingår exempelvis i penicilliner

N O

H

Amider kan bildas enkelt från reaktiva syraklorider och karboxylsyraanhydrider

Ex.

NH2

EtansyrakloridAcetylklorid

CH3 C

O

Cl+

Anilin

NH C

O

CH3

N-FenyletanamidAcetylanilid

+ H-Cl

Se även Labhandledning för motsvarande reaktion med bensoesyra anhydrid.

3. Syraklorid RCOCl (andra halogenider än klorid är för reaktiva) Framställs ofta från karboxylsyran:

OH

O

CCH2CH3 + SOCl2 + SO2 + HCl

Tionyl klorid

C

O

ClCH3 CH2

Propionsyraklorid 4. Karboxylsyraanhydrid RCOOCOR Kan fås genom att karboxylsyra reagerar med syraklorid 5. Nitril R-CN (inget egentligt karbonylderivat men närbesläkat)

H

HHR Br NH2

O

CRHCN

R C N OH

O

CR

= Hydrolys: surt: H+/H2O eller basiskt: OH

-/ H2O

+ VärmeAlkylhalid Amid KarboxylsyraNitril

6. Karboxylsyra RCOOH 1) Oxidation av a. alkener: KMnO4 b. prim. alkoholer, NaCr2O7 c. alkylbensener KMnO4 (se karboxylsyror ovan) 2) Hydrolys av nitriler (se ovan) och andra karboxylsyra derivat.

Överskurs.: Grignardreaktioner på karboxylsyraderivat:

Huvudprodukt efter hydrolys:

karboxylsyraKoldioxid R' MgX+

R C N

OR'

O

CR

R C

O

Cl R' MgX+ 2Syra klorid

Ester

Nitril

R C

OH

R'

R'

tert. alkohol

R' MgX+ 2

R' MgX+ R C

O

R' keton

OH

O

CR'CO2 (s) Resumé: Omfunktionalisering mellan olika funktionella grupper

Universitetet i Linköping 2007-10-23 KEMI Icke systematiska namn (Trivialnamn)

Etylen CH2=CH2

HC CH

Acetylen

Bensen

Bifenyl

Naftalen

Antracen

Fenantren

Toluen Ph-CH3

Isopren

o-Xylen

Trotyl

CH3

NO2

NO2NO2

CH3

CH3

Styren Ph-CH=CH2 Vinylklorid CH2=CH-Cl Allylbromid CH2=CH-CH2Br Kloroform CHCl3 Koltetraklorid CCl4 Metylenklorid CH2Cl2 Anilin Ph-NH2

Fenol PhOH Bensylalkohol Ph-CH2-OH Etylenglykol, Glykol HOCH2CH2OH Glycerol, Glycerin HOCH2CH(OH)CH2OH Eter CH3CH2OCH2CH3 Aceton CH3COCH3

Formaldehyd HCHO Formiat HCOO- Myrsyra HCOOH Acetaldehyd CH3CHO Acetat CH3COO- Ättiksyra CH3COOH Propionaldehyd CH3CH2CHO Propionat CH3CH2COO- Propionsyra CH3CH2COOH Butyraldehyd CH3CH2CH2CHO Butyrat CH3CH2CH2COO- Smörsyra CH3CH2CH2COOH Bensaldehyd Ph-CHO Bensoesyra Ph-COOH

Etylacetat CH3COOCH2CH3 Ättiksyraanhydrid CH3COOCOCH3

Supporting material:

ACID AND BASES Brönsted-Lowry :

Acids donates protons Bases accepts protons. Lewis :

Acids are electron pair acceptors Bases are electron pair donators.

Acetic acid + H2OC

O

OHCH3 C

O

OCH3 + H3O

Aniline + OH+ H2O NH3NH2

Keq = [H3O+] [CH3COO-]

[CH3COOH][H2O] Dissociation constant Ka:

pKa = -log Ka =4,76= 1,76 x 10 -5

[CH3COOH]

Ka = Keq [H2O] = [H3O+] [CH3COO-]

The stronger acid - the weaker conjugate base. Base strength can be related to the pKa for it’s conjugate acid: The greater pKa value for the conjugate acid -the stronger base.

ACID ≈ pKa Conj BASE

Strongest acid HSbF6 >-12 SbF6- Weakest base

HCl - 7 Cl-

Carboxylic Acid CH3-COOH 4.8 CH3-COO-

Amine CH3-NH3+ 10 CH3-NH2

Phenol Ph-OH 10 Ph-O-

H2O 15,7 OH-

Alcohol (CH3)3C-OH 18 (CH3)3CO-

NH3 33 NH2-

Weakest acid CH3CH3 50 CH3CH2- Strongest base

Factors that influence the acid strength 1-The bonding strength to the proton

H-F < H-Cl < H-Br < H-I Increased acid strength with

pKa: 3,2 -7 -9 -10 reduced bonding strength

F - > Cl - > Br - > I - Increased base strength H2O < H2S < H2Se Increased acid strength

OH - > SH - > SeH - Increased base strength 2- Acid strength increase with higher electronegativity CH4 < NH3 < H2O < HF Electronegativity affect both polarity and the relative stability of the anion. 3- Acid strength increase with increased s-character in the hybridisation. CH3-CH3 < H2C=CH2 < HC� CH Increased acid strength

sp3 sp2 sp pKa: ≈ 50 44 25 The more s-character - the lower energy and higher stability of the anion. Increased s-character will bind the electrons tight to the atom nuclei. E.g.

pKa = 38pKa = 25

+ NH3C CCH3NH3+ NH2C CCH3 H

4- Inductive effects polarisation of electrons

pKa

C

O

CH2Cl O HC

O

CH3 O H

pKa!!!!!!! ! !16!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 4,8!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2,9

C

O

OHCH2ClCH3CH2OH C

O

OHCH3

"electron withdrawing"

Cl-CH2COOH! 2.9

Cl-CH2CH2COOH 4.0

Cl-CH2CH2CH2COOH 4.5

The effect is transfered through the space and is decreased by distance. Electron with-drawing groups : X (F, Cl, Br, I), -NO2, -CN, -CO-, -Ph Electron donating groups: alkylgroups

Supporting material 2

Intermolecular bonding A. Ionic/Electrostatic Interactions also bondings in crystalline states

contribute -5 to -10 kcal/mole

B. Ion Dipole Interactions

contributes -3 to -7 kcal/ C. Dipole-Dipole Interactions Interactions between permanent dipoles

contribute -1 to -5 kcal/mole D. Hydrogen bonds Donor: X-H X is electronegative, removes electron density

from the H to form a dipole along X-H Acceptor: Y (or an anion) Y contains lone pairs (valance electrons not in

covalent bonds) O, N, S, F contribute -1 to -7 kcal/mole

E. Van der Waals/London-Dispersion forces

• Instantaneous dipole-induced dipole interactions Often work in concert with the hydrophobic effect

• Instantaneous dipole is due to a transient nonsymmetric distribution of electrons

around a nucleus: temporary dipole. these temporary dipoles induce opposite dipoles on surrounding molecules.

• Contribute approx. -0.5 kcal/mole per interaction between methylene groups.