Upload
truongnhu
View
217
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
‹#›
RJC
AlkenyAlkenyAlkenyAlkeny
Hybrydyzacja spHybrydyzacja sp22
Izomery geometryczneIzomery geometryczneIzomery geometryczneIzomery geometryczne
cis vs trans & E vs Zcis vs trans & E vs Z
Slides 1 to 36
‹#›
RJC
AlkenyAlkeny
Alkeny Alkeny –– są to węglowodory, w których występuje są to węglowodory, w których występuje wiązanie podwójne węgielwiązanie podwójne węgiel--węgiel; alkeny węgiel; alkeny
charakteryzują się wzorem ogólnym charakteryzują się wzorem ogólnym
CnH2n
‹#›
RJC
Toeria Orbitali i Hybrydyzacja Toeria Orbitali i Hybrydyzacja
... pamiętajmy, Ŝe atomy węgla w alkanach (oraz ... pamiętajmy, Ŝe atomy węgla w alkanach (oraz cyklalkanach) są zhybrydyzowane tetraedrycznie cyklalkanach) są zhybrydyzowane tetraedrycznie
(czyli sp(czyli sp33).).
‹#›
RJC
Teoria Orbitali Teoria Orbitali –– CzteroCztero--wiązalnośćwiązalność
Konfiguracja elektronowa stanu podstawowego i Konfiguracja elektronowa stanu podstawowego i stanu wzbudzonego.stanu wzbudzonego.
stan podstawowystan podstawowy stan wzbudzonystan wzbudzony
węgiel węgiel
1s
2s
2p
1s
2s
2p
‹#›
RJC
Hybrydyzacja: TetraedrycznaHybrydyzacja: Tetraedryczna
Po hybrydyzacji, atom węgla posiada cztery, Po hybrydyzacji, atom węgla posiada cztery, równe co do energii i kształtu orbitale sprówne co do energii i kształtu orbitale sp33..
Stan wzbudzonyStan wzbudzony Stan po hybrydyzacjiStan po hybrydyzacji
Atom węgla Atom węgla
1s
2s
2p
1s
2sp3
‹#›
RJC
A co w przypadku alkenów ?A co w przypadku alkenów ?
Proces hybrydyzacji dotyczy jednego orbitalu s oraz Proces hybrydyzacji dotyczy jednego orbitalu s oraz dwóch orbitali p; w ten sposób powstają trzy orbitale spdwóch orbitali p; w ten sposób powstają trzy orbitale sp22i wtedy jeden orbital p pozostaje nie zhybrydyzowany.i wtedy jeden orbital p pozostaje nie zhybrydyzowany.
Stan wzbudzonyStan wzbudzony Po hybrydyzacjiPo hybrydyzacji
2p
Atom węgla Atom węgla
1s
2s
2p
1s
2sp22p
‹#›
RJC
Geometria Orbitali spGeometria Orbitali sp22
Orbitale spOrbitale sp22 są rozłoŜone w jednej płaszczyźnie, a są rozłoŜone w jednej płaszczyźnie, a kąt pomiędzy nimi wynosi 120kąt pomiędzy nimi wynosi 120oo... ...
...niezhybrydyzowany orbital p jest zlokalizowany ...niezhybrydyzowany orbital p jest zlokalizowany prostopadle do płaszczyzny.prostopadle do płaszczyzny.
pp
spsp22
spsp22spsp22
pp
‹#›
RJC
Nakładanie Orbitali spNakładanie Orbitali sp22
Orbitale spOrbitale sp22 są zorientowane w przestrzeni ...są zorientowane w przestrzeni ...
...po nałoŜeniu tworzą silne wiązanie ...po nałoŜeniu tworzą silne wiązanie σσ..
σσ
‹#›
RJC
WiązaniaWiązania π π π π π π π π
Nakładanie Nakładanie niezhybrydyzowanychniezhybrydyzowanych orbitali p z dwóch orbitali p z dwóch sąsiadujących atomów węgla tworzy wiązanie sąsiadujących atomów węgla tworzy wiązanie ππ . .
ππ
‹#›
RJC
Przykład EtylenuPrzykład Etylenu
Orbitale spOrbitale sp22 przenikają się z orbitalami innego typu przenikają się z orbitalami innego typu dając wiązania Cdając wiązania C--C oraz CC oraz C--H typu H typu σσσσσσσσ ... ...
...orbitale ...orbitale pp przenikają się wzajemnie dając wiązanie przenikają się wzajemnie dając wiązanie CC--CCππ..
H
H
H
H
‹#›
RJC
Energia WiązaniaEnergia Wiązania
Energia wiązania ma związek z odległością Energia wiązania ma związek z odległością pomiędzy atomami.pomiędzy atomami.
1.54 Å 1.33 Å
Im mniejsza odległość pomiędzy atomami, tym silniejsze wiązanie.
88 kcal/mol 152 kcal/mol
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
‹#›
RJC
Jak silne jest wiązanie Jak silne jest wiązanie π π π π π π π π ??
etylen (σ + π) 152 kcal/mol
etan (σ) 88 kcal/mol
etylen (π) 64 kcal/mol
‹#›
RJC
Rotacja Wokół Wiązania Pojedynczego (Rotacja Wokół Wiązania Pojedynczego (σσσσσσσσ) )
Rotacja wokół wiązania pojedynczego jest Rotacja wokół wiązania pojedynczego jest moŜliwa.moŜliwa.
H H• •
9090°°
Konformery rotacyjne nie mają wpływu na przenikanie orbitali oraz na siłę wiązania.
H
H
H
H
H
H
‹#›
RJC
Rotacja Wokół Wiązania Podwójnego (Rotacja Wokół Wiązania Podwójnego (σσσσσσσσ++ππππππππ) ?) ?
Rotacja wokół wiązania podwójnego nie jest Rotacja wokół wiązania podwójnego nie jest moŜliwa !moŜliwa !
HH• •
9090°°
H
H
H
H
‹#›
RJC
Izomery GeometryczneIzomery Geometryczne
Alkeny mogą występować w postaci izomerów Alkeny mogą występować w postaci izomerów geometrycznych, których istnienie wynika z braku geometrycznych, których istnienie wynika z braku
rotacji wokół wiązania podwójnego C=C.rotacji wokół wiązania podwójnego C=C.
cis-but-2-entrans-but-2-en
CH3
H
H
CH3
CH3
H
CH3
H
‹#›
RJC
Nazewnictwo Nazewnictwo TransTrans i i CisCis
NazwyNazwytranstrans i i ciscis rozróŜniają izomery rozróŜniają izomery geometryczne w oparciu o róŜne rozmieszczenie geometryczne w oparciu o róŜne rozmieszczenie podstawników wokół wiązania podwójnego C=C.podstawników wokół wiązania podwójnego C=C.
trans = po przeciwnej cis = po tej samej
CH3
H
H
CH3
CH3
H
CH3
H
‹#›
RJC
Nomenklatura Nomenklatura EE i i ZZ
Nazwy Nazwy EE i i ZZ rozróŜnią się sposobem rozróŜnią się sposobem rozmieszczenia podstawników, uporządkowanych rozmieszczenia podstawników, uporządkowanych
wg kryterium waŜności.wg kryterium waŜności.
E = po przeciwnej Z = po tej samej
CH3
H
CH3
Br
CH3
H
Br
CH3
‹#›
RJC
Przypisanie Konfiguracji Przypisanie Konfiguracji EE vs vs ZZ
Stosując reguły Stosując reguły CahnaCahna--IngoldaIngolda--PrelogaPreloga moŜna moŜna ustalić jaka jest orientacja podstawników ustalić jaka jest orientacja podstawników
połoŜonych przy wiązaniu podwójnym (‘waŜny z połoŜonych przy wiązaniu podwójnym (‘waŜny z waŜnym’ lub ‘waŜny z mniej waŜnym’).waŜnym’ lub ‘waŜny z mniej waŜnym’).
WaŜny
Mniej waŜny WaŜny
Mniej waŜny
CH3
H
CH3
Br
‹#›
RJC
Przypisanie konfiguracji Przypisanie konfiguracji EE lub lub ZZ
JeŜeli podstawniki ‘waŜne’ są po przeciwnej JeŜeli podstawniki ‘waŜne’ są po przeciwnej stronie wiązania stronie wiązania ππ to mamy do czynienia z to mamy do czynienia z
izomerem izomerem EE; w przeciwnym razie opisujemy ; w przeciwnym razie opisujemy izomer Z.izomer Z.
WaŜny
Mniej waŜny
WaŜny
Mniej waŜny
WaŜny
Mniej waŜny
WaŜny
MniejwaŜny
(E)-2-bromo-but-2-en (Z)-2-bromo-but-2-en
CH3
H
H3C
Br
CH3
H
Br
CH3
‹#›
RJC
Nomenklatura IUPAC dla AlkenówNomenklatura IUPAC dla Alkenów
Zidentyfikuj macierzysty węglowodór (najdłuŜszy nierozgałęziony łańcuch).
Ponumeruj atomy węgla w najdłuŜszym łańcuchu; atomy Ponumeruj atomy węgla w najdłuŜszym łańcuchu; atomy wiązania podwójnego powinny otrzymać moŜliwie niski numer.
WskaŜ połoŜenie wiązania podwójnego C=C przez podanie numeru pierwszego atomu tworzącego to wiązanie.
‹#›
RJC
Nomenklatura IUPAC dla AlkenówNomenklatura IUPAC dla Alkenów
JeŜeli wiązanie podwójne jest podstawione niesymetrycznie, dopisz odpowiednie oznaczenie dla izomeru geometrycznego... E lub Z.
Oznaczenie izomeru poprzedza nazwę IUPAC i zostaje podane w nawiasach ... (E) or (Z).
JeŜeli potrzeba podać nazwę dokładniejszą to oznaczenie zostaje poprzedzone lokantem ... (2E) or (2Z).
‹#›
RJC
Nazwy IUPAC dla AlkenówNazwy IUPAC dla Alkenów
Dodaj końcówkę:Dodaj końcówkę:
-ene dla jednego wiązania C=C
-diene dla dwóch wiązań C=C
-triene dla trzech wiązań C=C
‹#›
RJC
Przykładowo … alkeny CPrzykładowo … alkeny C44HH 88
(E)-but-2-en (Z)-but-2-en
but-1-en 2-metylo-prop-1-en
‹#›
RJC
Przykładowo ... alkeny CPrzykładowo ... alkeny C33HH 55BrBr
BrBr
(E)-1-bromo-prop-1-en (Z)-1-bromo-prop-1-en
2-bromo-prop-1-en 3-bromo-prop-1-en
BrBr
‹#›
RJC
Przykładowo ... dieny CPrzykładowo ... dieny C55HH 88
(E)-pentan-1,3-dien (Z)-pentan-1,3-dien
pentan-1,4-dien 2-methyl-butan-1,3-dien
‹#›
RJC
Przykładowo ... 1Przykładowo ... 1--bromobromo--pentanpentan--1,31,3--dienydieny
Br
Br
(1E,3E)-1-bromo-pentan-1,3-dien (1Z,3E)-1-bromo-pentan-1,3-dien
(1E,3Z)-1-bromo-pentan-1,3-dien (1Z,3Z)-1-bromo-pentan-1,3-dien
Br
Br
‹#›
RJC
Względne Energie ... Względne Energie ... EE vs vs ZZ
W izomerze geometrycznym W izomerze geometrycznym ZZ występują większe występują większe napręŜenia steryczne; dlatego jest on mniej trwały napręŜenia steryczne; dlatego jest on mniej trwały
niŜ izomer niŜ izomer EE. .
W sprzyjających warunkach (fotoliza, termoliza) izomer Z ulega przekształceniu w izomer E.
H+CH3
H
CH3
H
CH3
H
H
CH3
‹#›
RJC
SprzęŜone Wiązania PodwójneSprzęŜone Wiązania Podwójne
Przylegające do siebie wiązania podwójne Przylegające do siebie wiązania podwójne (przedzielone jednym wiązaniem pojedynczym) są (przedzielone jednym wiązaniem pojedynczym) są
określane jako wiązania sprzęŜone.określane jako wiązania sprzęŜone.
‹#›
RJC
Konformery w SprzęŜonych DienachKonformery w SprzęŜonych Dienach
Konformery, które umoŜliwiają sprzęŜenie Konformery, które umoŜliwiają sprzęŜenie pomiędzy wiązaniami pomiędzy wiązaniami π π posiadają niŜszą energię posiadają niŜszą energię
(niŜ te, które nie umoŜliwiają sprzęŜenia).(niŜ te, które nie umoŜliwiają sprzęŜenia).
‹#›
RJC
Wiązania Podwójne NieWiązania Podwójne Nie--sprzęŜone sprzęŜone (Izolowane)(Izolowane)
JeŜeli wiązania podwójne są przedzielone atomem JeŜeli wiązania podwójne są przedzielone atomem CCsp3sp3, to nie ma pomiędzy nimi sprzęŜenia i takie , to nie ma pomiędzy nimi sprzęŜenia i takie
dieny nazywamy ’dienami izolowanymi’.dieny nazywamy ’dienami izolowanymi’.
‹#›
RJC
Izomery Geometryczne w NaturzeIzomery Geometryczne w Naturze
Pomarańczowy barwnik Pomarańczowy barwnik ββ--karoten, karoten, rozpowszechniony w warzywach, w organizmach rozpowszechniony w warzywach, w organizmach Ŝywych jest przekształcany w VitaminęŜywych jest przekształcany w Vitaminę--A.A.
CH2OH
‹#›
RJC
VitaminaVitamina--A i 11A i 11--ciscis--RetinalRetinal
Enzymy obecne w wątrobie przeprowadzają Enzymy obecne w wątrobie przeprowadzają VitaminęVitaminę--A w 11A w 11--ciscis--Retinal.Retinal.
CH2OH
E
Z
CHO
‹#›
RJC
PodsumowaniePodsumowanie
Alkeny
Orbitale zhybrydyzowane sp2
Wiązania σ vs π, siła wiązaniaWiązania σ vs π, siła wiązania
Nazewnictwo IUPAC dla alkenów
Izomery strukturalne, izomery geometryczne
Rotacja wokół wiązań
cis vs trans, Z vs E
Podwójne wiązanie sprzęŜone vs niesprzęŜone