UVOD U ORGANSKU HEMIJU II

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


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

.. .


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


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


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


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


Kod sp2 hibridizovanih C-atoma:

Slobodna rotacija je nemoguca oko C=C veze


CCH

CH3

H

CH3

CIS-buten

CCH

CH3

CH3

H

TRANS-buten

CH3CH=CHCH3


CIS-dihlorcikloheksan

TRANS-dihlorcikloheksan

ClCl

Cl

Cl

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.


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


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)

Documents

UVOD U ORGANSKU HEMIJU II