UVOD U ORGANSKU HEMIJU II
UVOD U ORGANSKU HEMIJU II
UNIVERZITET U NOVOM SADUPRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET
DEPARTMAN ZA HEMIJU
UNIVERZITET U NOVOM SADUPRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET
DEPARTMAN ZA HEMIJU
IZOMERIJA ORGANSKIH JEDINJENJA
IZOMERI
1. Jedinjenja sa istim brojem i vrstom atoma u molekulu, ili različitim vrstama, vezama i položajima funkcionalnih grupa u molekulu – STRUKTURNI IZOMERI
2. Jedinjenja sa različitim rasporedom atomskih grupa u krutim sistemima – GEOMETRIJSKI IZOMERI
3. Jedinjenja sa različitim rasporedom supstituenata na hiralnim C atomima – OPTIČKI IZOMERI
STRUKTURNA IZOMERIJASTRUKTURNA IZOMERIJA
C5H12
a) Obična izomerija normalnog niza
1. IZOMERIJA NIZA
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 n-pentanH3C
CH-CH2-CH3 2-metilbutan (izopentan)H3C
CH3
CH3-C-CH3 2,3-dimetilpropan (neopentan) CH3
STRUKTURNA IZOMERIJASTRUKTURNA IZOMERIJA
C8H10
b) Izomerija bočnog niza kod aromatičnih jedinjenja
1,2-dimetilbenzen
(o-ksilen)
1,3-dimetilbenzen
(m-ksilen)
1,4-dimetilbenzen
(p-ksilen)
CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
CH3
.. .
STRUKTURNA IZOMERIJASTRUKTURNA IZOMERIJA
C9H12
propilbenzen etil-(2-metil)-benzen 1-metil-2-etilbenzen
1-metil-3-etilbenzen
1,2,3-trimetilbenzen(vicinalni)
1,2,4-trimetilbenzen(asimetrični)
1,3,5-trimetilbenzen(simetrični)
CH2-CH2-CH3 CH-CH3
CH3
CH3
CH2-CH3
CH3
CH2-CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
CH3
CH3
H3C
CH3
CH3
STRUKTURNA IZOMERIJASTRUKTURNA IZOMERIJA
C6H12
c) Izomerija prstena
cikloheksan metilciklopentan
.
CH3
.
STRUKTURNA IZOMERIJASTRUKTURNA IZOMERIJA2. IZOMERIJA POLOŽAJA
4-hidroksipentanska kiselina(- hidroksipentanska
kiselina)
a) Izomerija funkcionalnih grupa
CH3-CHOH-CH2-CH2-COOH
CH3-CH2-CHOH-CH2-COOH3-hidroksipentanska kiselina(- hidroksipentanska
kiselina)
b) Izomerija dvostruke i trostruke veze
CH2=CH-CH2-CH3 CH3-CH=CH-CH3 1-buten 2-buten
STRUKTURNA IZOMERIJASTRUKTURNA IZOMERIJAc) Izomerija supstituenata
orto
. .
R
R
R
R
R
R
R
R
R
R
.
R
R
R
RR
metapara
vicinalni asimetrični
simetrični
STRUKTURNA IZOMERIJASTRUKTURNA IZOMERIJA
a) Kiseline i estri
3. IZOMERIJA FUNKCIONALNIH GRUPA
CH3-COOH HCOOCH3
b) Alkoholi i etri CH3-CH2OH CH3-O-CH3
c) Aldehidi i ketoni CH3-CH2CHO CH3-CO-CH3
d) 10, 20 i 30 amini
CH3-CH2-CH2-NH2 CH3CH2NHCH3 N(CH3)3
e) Monohidroksikiseline i hidroksialdehidi
CH3-CHOH-COOH CH2OH-CHOH-CHO
STRUKTURNA IZOMERIJASTRUKTURNA IZOMERIJA
4. KETO-ENOL TAUTOMERIJA – javlja se kada se –OH grupa nalazi na C-atomu koji je povezan dvostrukom vezom.CH2=CHOH CH3-CHO
CH2-C=CH2 CH3-C-CH3OH O
2-hidroksi-1-propen
acetaldehidvinil alkohol
aceton
N
N
OH
HO
N
N
H
H
O
Ouracil
• Ako je izomerija posledica različitog prostornog rasporeda atoma u molekulu tj. izomeri imaju istu strukturu, a različite perspektivne formule radi se o PROSTORNOJ IZOMERIJI ili STEREOIZOMERIJI.
• Stereoizomerija može biti:
• Geometrijska• Optička izomerija
GEOMETRIJSKA IZOMERIJAGEOMETRIJSKA IZOMERIJA
Javlja se u sistemima sa dvostrukom vezom kod kojih ne postoji mogućnost rotacije oko C-C veze.
Ne postoji kod sp3 hibridizovanih C-atoma:
Slobodna rotacija oko C-C veze
GEOMETRIJSKA IZOMERIJAGEOMETRIJSKA IZOMERIJA
Kod sp2 hibridizovanih C-atoma:
Slobodna rotacija je nemoguca oko C=C veze
GEOMETRIJSKA IZOMERIJAGEOMETRIJSKA IZOMERIJA
CCH
CH3
H
CH3
CIS-buten
CCH
CH3
CH3
H
TRANS-buten
CH3CH=CHCH3
GEOMETRIJSKA IZOMERIJAGEOMETRIJSKA IZOMERIJA
CIS-dihlorcikloheksan
TRANS-dihlorcikloheksan
ClCl
Cl
Cl
OPTIČKA IZOMERIJAOPTIČKA IZOMERIJA
OPTIČKA IZOMERIJAOPTIČKA IZOMERIJA
A
B
C
D
*
• Javlja se kada se na tetraedarskom C-atomu nalaze vezane četiri različite funkcionalne grupe.
• Hiralni (asimetrični) C-atom; obeležava se *
• Molekulske vrste koje se odnose kao predmet i lik u ogledalu zovu se enantiomeri, a pojava enantiomerija.
• Imaju istu gustinu, tt, tk, indeks prelamanja svetlosti, istom brzinom reaguju sa simetričnim molekulima
• Razlikuju se samo po tome što ravan polarizovane svetlosti obrću u suprotnom smeru.
OPTIČKA IZOMERIJAOPTIČKA IZOMERIJA
B
C
H
OH
CH3 COOHMLEČNA KISELINA CH3 CHOH COOH
(+)-mlečna kis. (-)-mlečna kis.
Broj opt. izomera = 2n
n-broj C*A
*CHO H
CH3
COOH
CH OH
CH3
COOH
OPTIČKA IZOMERIJAOPTIČKA IZOMERIJA
B(+)-vinska
kis.(-)-vinska
kis.mezo-vinska kis.
COOH
H C OH
HO C H
COOH
COOH
HO C H
H C OH
COOH
COOH
HO C H
COOH
HO C H
COOH
H C OH
COOH
H C OH
• Npr. vinska kiselina – ima 2 hiralna C-atoma, pa se očekuju 4 optički aktivna oblika.
ODREĐIVANJE RELATIVNE KONFIGURACIJE MOLEKULA
ODREĐIVANJE RELATIVNE KONFIGURACIJE MOLEKULA
BD-mlečna kis. L-mlečna kis.
*CH OH
CH3
COOH
D-gliceraldehid L-gliceraldehid
CHO
H C OH
CH2OH
CHO
HO C H
CH2OH
CHO H
CH3
COOH
D-(+)-glukoza L-(-)-glukoza
CHO
CH2OH
H C OH
HO C H
H C OH
H C OH
CHO
CH2OH
H C OH
HO C H
HO C H
HO C H
PREDSTAVLJANJE ORGANSKIH
JEDINJENJA
PREDSTAVLJANJE ORGANSKIH
JEDINJENJA
• Empirijske formule – daju kvalitativan sastav jedinjenja i relativne odnose elemenata u jedinjenjima. Npr. 40% C, 6,66% H i 53,34% O
C:H:O = 1:2:1 CH2O
• Molekulska formula predstavlja celobrojni umnožak empirijske formule CH2O; CH2O • 2 = C2H4O2
(sirćetna kiselina,
metilformijat, glikolaldehid)• Zbog mogućnosti da 3 različita jedinjenja imaju istu
molekulsku formulu uvodi se strukturna formula u kojoj se obeležava svaka pojedinačna veza.
HO H O C H
OH C C H C H C C
O OH
H
OH
H
H
H
• Racionalne formule – u njima su označene samo određene veze
• Pogodne su za prikazivanje cikličnih i aromatičnih jedinjenja, kao i dugih lanaca C-atoma.
OH H3C C CH3 COOH CH3COOH CH3CO2H
O
Benzen Steranski sistem prstenova -D-glukopiranoza
• Perspektivne formule - puna crta – iznad ravni- isprekidana crta – ispod ravni
H C OH
COOH
CH3
H CCH3
COOHOH
• Fischer-ove projekcione formule- horizontalna crta – iznad ravni- vertikalna crta – ispod ravni
• Newman-ove projekcione formule- atom C se predstavlja krugom
H
H
OHH
H
COOH• Trodimenzionalni model
VRSTE REAKCIJAVRSTE REAKCIJA
• Postoji pet klasa reakcija. U svakoj od njih dolazi do raskidanja kovalentne veze:
a) Homolitičko raskidanjeA : B A + B
CH3-CH3 CH3 + CH3
b) Heterolitičko raskidanjeA : B A+ + B
CH3-CH3 CH3+ + :CH3
• Pri heterolitičkom raskidanju veze koju gradi ugljenik nastaju karbanjon (:CH3
) i karbenijum jon (CH3+)
1. REAKCIJE ADICIJE1. REAKCIJE ADICIJE• Učestvuju jedinjenja sa = i vezom i gradi se – veza.
.
H C C H + H2 H C C H + H2 H C C H
H H H H
H H
.
H C C H + Cl2 H C C H + Cl2 H C C H
Cl Cl Cl Cl
Cl Cl
.
H C C H + HCl H C C H
H H H Cl
H H
-1 -1
-1-1
-1
-2 -2
-2 -2 -3
-3 -3
+1 +10 0
2. REAKCIJE ELIMINACIJE2. REAKCIJE ELIMINACIJE• Izdvajaju se manji molekuli pri čemu se najčešće
formira nezasićeno jedinjenje
CH3 CH2OH CH2 CH2 + H2O
R CH2 CH2Br R CH CH2 + HBr
R CH COOH R CH2 + CO2
NH2 NH2
CH3 CH3 CH2 CH2 CH CH
dehidratacija
dehidrohalogenovanje
dehidrogenizacija
dekarboksilacija
- H2 - H2
3. REAKCIJE SUPSTITUCIJE3. REAKCIJE SUPSTITUCIJE
• Dolazi do zamene jednog ili više atoma nekim drugim atomom ili atomskom grupom
CH4 + Cl2 CH3Cl + KOH CH3OH
CH3 CH3 CH3 CH2OH CH3 C CH3 COHH
O O½ O2 ½ O2 ½ O2
- H2O
• Mogu biti nukleofilne, elektrofilne ili radikalske reakcije
• Može doći do promene oksidacionog broja, ali ne mora.
4. REAKCIJE PREMEŠTANJA• Dolazi do premeštanja atoma ili atomskih grupa u
okviru jednog jedinjenja i nastaje drugo
3 CH3CH2OH + 2 K2Cr2O7 + 8 H2SO4
CH3 CH CH CH3 CH3 CH2 CH CH2 .5. REAKCIJE
OKSIDOREDUKCIJE
3 CH3COOH + 2 Cr2(SO4)3 + 2 K2SO4 + 11 H2O
5 CH2=CH2 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 + 2 H2O
5 CH2OH-CH2OH + 2 MnSO4 + K2SO4
NOMENKLATURA ORGANSKIH
JEDINJENJA
NOMENKLATURA ORGANSKIH
JEDINJENJA
IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)
- SISTEMSKA NOMENKLATURA
IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry)
- SISTEMSKA NOMENKLATURA
1. Nazivi jedinjenja izvode se iz naziva normalnih ugljovodoniičnih nizova (metan, etan, propan, butan, pentan; eten, butin itd.)2. Mesta račvanja obeležavaju se brojem, računajući od bližeg kraja molekula3. Grupe vezane za najduži niz na mestima račvanja nazivaju se ALKIL-grupe (metil-, etil-, propil-)4. Za svaku vrstu alkil-grupe navodi se njihov položaj i broj u molekulu.
1 2 345
67 8 9
nonannonan2,4,6-trimetil-4-etil-2,4,6-trimetil-4-etil-
NOMENKLATURA CIKLIČNIH JEDINJENJANOMENKLATURA CIKLIČNIH JEDINJENJA
2-aminocikloheksanol
2,4,6-trinitrobenzoeva kiselina
OH
NH2
1
2COOH
NO2
NO2O2N1
2
3
4
5
6
POLOŽAJI SUPSTITUENATA U BENZENUPOLOŽAJI SUPSTITUENATA U BENZENU
oo
m m
p
1,2 = orto
1,3 = meta
1,4 = para
1,2,3 = vicinalni
1,2,4 = asimetrični
1,3,5 = simetrični
TRIVIJALNI NAZIVITRIVIJALNI NAZIVI
HCOOH – mravlja kiselina
aspirin
Imena poznatih molekula veoma
komplikovane strukture
Složeni molekuli izolovani iz prirodnog materijala uvek nose trivijalne nazive jer je
u većini slučajeva praktično nemoguće
dati im sistemski naziv.
Vitamin B12Vitamin B12
KLASE ORGANSKIH JEDINJENJAKLASE ORGANSKIH JEDINJENJA• Ugljovodonici
• Zasićeni – alkani• Nezasićeni – alkeni, polieni, alkini, ciklični,
aromatični
• Alkoholi i fenoli (funkcionalna grupa –OH)
• Karbonilna jedinjenja (funkcionalna grupa C=O)
• Aldehidi (R-CHO)
• Ketoni (R2C=O)
• Alkilhalogenidi (C-X)
KLASE ORGANSKIH JEDINJENJAKLASE ORGANSKIH JEDINJENJA
• Karboksilne kiseline (funkcionalna grupa –COOH)
• Funkcionalni derivati karboksilnih kiselina
• Halogenidi (R-COX)
• Estri (R1COOR2)• Anhidridi (R1-COOOC-R2)
• Amidi (RCONH2)
• Etri (C-O-C)
• Amini (C-N)
• Tioli (C-SH)
• Sulfidi (C-S-C)