WYKA
AD SIÓDMY
ELEMENTY CHEMII ORGANICZNEJ
Związkami organicznymi nazywa się związki węgla. Wyjątkiem są
tlenki węgla (CO i CO2), sole kwasu węglowego (węglany) oraz kilka
innych, rzadziej spotykanych związków.
Chemia organiczna to subdyscyplina chemii, zajmująca się badaniem
i otrzymywaniem związków organicznych.
Do 1828 roku panował pogląd zwany witalizmem (vis vitalis), kiedy
Friedrich W�hler zsyntezował mocznik ze związku nieorganicznego,
cyjanianu amonu:
       
Podstawowe założenia teorii strukturalnej:
1. Każdy związek chemiczny ma jedną, właściwą sobie budowę,
określoną przez ułożenie i sposób powiązania atomów w obrębie
cząsteczki.
2. Atomy węgla w związkach organicznych są czterowartościowe.
3. Atomy węgla mogą łączyć się ze sobą, tworząc łańcuchy o
dowolnej długości, proste lub rozgałęzione, pierścienie o
dowolnej wielkości oraz dowolne kombinacje pierścieni i
łańcuchów.
4. Atomy węgla mogą łączyć się ze sobą lub z atomami innych
pierwiastków wiązaniami pojedynczymi, podwójnymi lub
potrójnymi.
5. Wszystkie wartościowości nie wykorzystane do połączenia
atomów węgla ze sobą zostają wysycone przez przyłączenie
atomów innych pierwiastków.
Rodzaje wzorów związków organicznych:
Wzory szkieletowe
Tworzenie wiązań przez atomy węgla (hybrydyzacja):
Proces tworzenia się zespołu nowych, jednakowych i
ukierunkowanych w przestrzeni orbitali atomowych z kombinacji
orbitali s i p nazywany jest hybrydyzacją, a utworzone orbitale 
orbitalami hybrydyzowanymi.
W hybrydyzacji sp3 bierze udział orbital s i trzy orbitale p. Suma tych
czterech orbitali wytwarza cztery nowe orbitale (sp3), które
skierowane są ze środka, ku narożom czworościanu foremnego
(tetraedru). Kąty między dowolną parą orbitali sp3, wynoszą 109�28'.
Cząsteczki z atomem węgla w hybrydyzacji sp3 mają geometrię
tetraedryczną, np. metan CH4. Wszystkie wiązania C-H w metanie są
typu �.
Tworzenie wiązań podwójnych między atomami węgla (wiązanie Ą):
W hybrydyzacji sp2 bierze udział orbital s i dwa orbitale p. Suma tych
trzech orbitali wytwarza trzy nowe orbitale (sp2), które leżą w jednej
płaszczyz
nie z jądrem atomu i skierowane są ze środka, ku narożom
trójkąta równobocznego. Kąty między dowolną parą orbitali sp2,
wynoszą 120�. Jeden z orbitali p atomu węgla pozostaje
niezhybrydyzowany. Cząsteczki z atomem węgla w hybrydyzacji sp2
mają geometrię trygonalną, np. eten H2C=CH2. Wiązania tworzone
przez orbitale hybrydyzowane sp2 są wiązaniami typu �. Wiązanie
pomiędzy atomami węgla, utworzone przez orbitale
niezhybrydyzowane p jest typu Ą. Pomiędzy atomami węgla w
cząsteczce etenu występuje zatem jedno wiązanie podwójne,
składające się z jednego wiązania � i jednego wiązania Ą.
Tworzenie wiązań potrójnych między atomami węgla (wiązania Ą):
W hybrydyzacji sp bierze udział orbital s i jeden orbital p. Suma tych
dwóch orbitali wytwarza dwa nowe orbitale (sp), które leżą na jednej
prostej z jądrem atomu  ułożone są liniowo. Kąty między orbitalami
sp, wynoszą zatem 180�. Dwa z orbitali p atomu węgla pozostają
niezhybrydyzowane. Cząsteczki z atomem węgla w hybrydyzacji sp
mają geometrię liniową, np. etyn HCa"CH. Wiązania tworzone przez
orbitale hybrydyzowane sp są wiązaniami typu �. Dwa wiązania
pomiędzy atomami węgla, utworzone przez orbitale
niezhybrydyzowane p są oba typu Ą. Pomiędzy atomami węgla w
cząsteczce etynu występuje zatem wiązanie potrójne, składające się z
jednego wiązania � i dwóch wiązań Ą.
Podsumowując, tak można przedstawić przestrzenne rozmieszczenie
hybryd każdego z trzech typów hybrydyzacji.
Kolorem czerwonym zaznaczono orbitale zhybrydyzowane a kolorem
zielonym niezhybrydyzowane orbitale p.
Zdelokalizowane wiązania Ą :
ązania
W cząsteczce benzenu, C6H6, wszystkie atomy węgla są połączone w
steczce benzenu ęgla są
pierścień i są w hybrydyzacji sp ę trygonaln
w hybrydyzacji sp2  mają strukturę trygonalną. Spośród
trzech orbitali sp2 każdego atomu węgla dwa tworzą wiązania � z
każ gla dwa tworzą wi
dwoma innymi orbitalami sp2 atomów węgla, trzeci orbital sp2 tworzy
dwoma innymi orbitalami sp gla, trzeci orbital sp
wiązanie � z orbitalem s atomu wodoru. Ka dy atom węgla ma poza
z orbitalem s atomu wodoru. Każdy atom wę
tym jeden niezhybrydyzowany orbital p, który jest prostopadły do
tym jeden niezhybrydyzowany orbital p, który jest prostopadły do
płaszczyzny pierścienia. Wszystkie 6 orbitali p tworzą wspólny orbital
ścienia. Wszystkie 6 orbitali p tworzą wspólny orbital
cząsteczkowy Ą (sekstet elektronowy Ą). Orbital cząsteczkowy Ą
Ą (sekstet elektronowy czą
benzenu jest wielocentowy (obejmuje wi ż dwa j
benzenu jest wielocentowy (obejmuje więcej niż dwa jądra). W
związku z tym wszystkie 6 elektronów Ą w cząsteczce benzenu nie ma
zku z tym wszystkie 6 elektronów ąsteczce benzenu nie ma
stałych miejsc  są zdelokalizowane.
ą zdelokalizowane.
Izomeria związków organicznych
Izomeria to istnienie związków chemicznych (izomerów), mających
taki sam wzór sumaryczny, ale różniących się budową lub
rozmieszczeniem atomów w przestrzeni.
Własności fizyczne izomerów butanu
Izomeria optyczna to zjawisko występowania związków, których
cząsteczki są identyczne z własnym odbiciem lustrzanym. Czynność
optyczna związku chemicznego związana jest z obecnością w
cząsteczce przynajmniej jednego centrum asymetrii. Najczęściej
stanowi je asymetryczny atom węgla, w hybrydyzacji sp3, połączony z
czterema różnymi podstawnikami>
Przykładem może być kwas mlekowy:
alanina lub limonen:
Podstawowe typy reakcji organicznych
" Reakcje podstawienia (substytucji) polegają na wymianie atomu
lub grupy atomów w cząsteczce organicznej na inny atom lub
grupę atomów, np.:
metan chlorometan
Atom chloru zastąpił jeden z atomów wodoru w metanie.
" Reakcje przyłączenia (addycji) to reakcje przyłączenia jednej
cząsteczki do drugiej, bez odszczepienia żadnej innej cząsteczki,
np.:
eten 1,2-dibromoetan
" Reakcje eliminacji polegają na odszczepieniu od substratu
stosunkowo małej cząsteczki, np.:
etanol eten
Heterolityczne i homolityczne rozerwanie wiązania
" W przypadku rozerwania heterolitycznego wiążąca para
elektronowa przechodzi do jednego z atomów, które były
połączone tym wiązaniem:
: :
Powstałe fragmenty są obdarzone ładunkami elektrycznymi
(dodatnim  kation i ujemnym  anion), są one zatem jonami.
" Przy homolitycznym rozerwaniu wiązania każdy z fragmentów
podzielonej cząsteczki zachowuje po jednym z elektronów
wiążącej pary. Fragmenty te noszą nazwę rodników:
� �
:
Reaktywność to skłonność cząsteczek do ulegania przemianom
chemicznym. Określa się ją również jako charakterystykę własności
związku chemicznego, określającą jego zdolność do brania udziału w
reakcjach chemicznych.
W
GLOWODORY NASYCONE  ALKANY
Szereg homologiczny to grupa związków o podobnej budowie i
właściwościach, których cząsteczki różnią się o jedną lub więcej grup
 CH2 . Każdy następny człon szeregu różni się od poprzedniego o
jedną grupę  CH2 .
W alkanach wszystkie wiązania między atomami węgla są pojedyncze
(typu �). Każdy atom węgla jest w hybrydyzacji sp3.
Wzór ogólny alkanów (zwanych też parafinami) :
Alkany są głównymi składnikami ropy naftowej, gazu ziemnego, jak
również stanowią produkty destylacji smoły węglowej uzyskiwanej z
węgla brunatnego.
Właściwości chemiczne alkanów
Alkany są mało reaktywne. W temperaturze pokojowej są całkowicie
obojętne na działanie kwasów, zasad oraz tlenu z powietrza. Po
osiągnięciu temperatury zapłonu (najniższa temperatura, przy której
wytworzona mieszanina par cieczy z powietrzem pod wpływem
czynnika inicjującego ulega zapaleniu) łatwo ulegają spaleniu. Alkany
reagują z fluorowcami, dając jako produkty reakcji substytucji
fluorowcoalkany. Alkany o większych masach cząsteczkowych łatwo
reagują w podwyższonej temperaturze z tlenem (utlenianie parafin),
mieszaniną ditlenku siarki z chlorem (chloro sulfonowanie), a także ze
stężonym kwasem azotowym (nitrowanie).
3. Izomeryzacja :
łę ł ń
Liczbę oktanową wyznacza się przez porównanie właściwości
benzyny z właściwościami wzorca w specjalnie skonstruowanym
silniku pomiarowym. Jest ona miarą odporności benzyny na tzw.
spalanie detonacyjne.
4. Krakowanie katalityczne  reakcje alkanów, podczas których
następuje  pękanie łańcuchów węglowych:
ó ł ń
5. Reakcja z parą wodną  największe znaczenie praktyczne ma
otrzymywanie wodoru i tlenku węgla z metanu:
3
Jest to ważne z
ródło wodoru i tzw. gazu wodnego, który ma
zastosowanie jako gaz syntezowy do różnorodnych procesów.
Opracowane zostały metody katalitycznej syntezy z gazu wodnego
aldehydu mrówkowego i kwasu octowego. Gaz wodny stanowi w
technice jedno z głównych z
ródeł wodoru.
W
GLOWODORY NIENASYCONE  ALKENY
W alkenach jedno wiązanie między atomami węgla jest podwójne
C=C (typów � i Ą). Atomy węgla tworzące podwójne wiązanie są w
hybrydyzacji sp2, pozostałe atomy węgla są w hybrydyzacji sp3.
Wzór ogólny alkenów (zwanych też olefinami) :
Węglowodory, których cząsteczki zawierają wiązania wielokrotne
nazywamy węglowodorami nienasyconymi.
Alkeny otrzymuje się w dużych ilościach z produktów krakingu ropy
naftowej. Alkeny nie występują powszechnie w przyrodzie.
Przykładem jest eten (etylen), który jest hormonem roślinnym,
stymulującym dojrzewanie owoców. Technicznie otrzymuje się go z
gazu koksowniczego. Laboratoryjnie otrzymuje się alkeny stosując
różne reakcje eliminacji lub przez addycję wodoru do alkinów.
Nazewnictwo węglowodorów nienasyconych:
Właściwości chemiczne alkenów wynikają przede wszystkim z
obecności podwójnego wiązania C = C, które stanowi reaktywne
centrum cząsteczki alkenu.
W przypadku addycji bromowodoru do propenu powstają dwa
produkty, przy czym produktem powstającym w przewadze jest
2-bromopropan:
Kierunek tego typu reakcji addycji (elektrofilowej) do alkenu
odczynnika o ogólnym wzorze HX (X= Cl, Br, OH) jest określony
przez regułę Markownikowa.
Polimeryzacją jest każda reakcja, w wyniku której wiele małych
cząsteczek substratów łączy się ze sobą i powstają duże cząsteczki
produktu. Produkty polimeryzacji nazywamy związkami
wielkocząsteczkowymi lub polimerami. Małe cząsteczki ulegające
polimeryzacji nazywamy monomerami. Materiały użytkowe
otrzymywane z polimerów nazywamy tworzywami sztucznymi.
          
ę ę
 monomery polimery
ALKADIENY I POLIENY
Alkadieny to alkeny, których cząsteczki zawierają dwa podwójne
wiązania węgiel  węgiel. Związki te wykazują bardzo podobne
właściwości do alkenów. Związki zawierające w cząsteczce więcej niż
dwa wiązania podwójne nazywamy polienami.
Wiązania podwójne w cząsteczkach alka dienów mogą występować w
trzech różnych układach:
1,3-butadien
Alkadieny i polieny nie są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie,
i polieny nie s szeroko rozpowszechnione w przyrodzie,
za wyjątkiem węglowodorów z grupy terpenów.
ęglowodorów z grupy terpenów.
Terpeny są węglowodorami o wzorze ogólnym (C5H8)n lub
ęglowodorami o wzorze ogólnym (C
glowodorami o wzorze ogólnym (C
wywodzącymi się z takich węglowodorów związkami tlenowymi.
ę z takich w ązkami tlenowymi.
Szkielety węglowe terpenów są zbudowane z 2, 3, 4, 6 lub 8
ęglowe terpenów s zbudowane z 2, 3, 4, 6 lub 8
cząsteczek izoprenu. Terpeny są składnikami olejków eterycznych.
steczek izoprenu. T jków eterycznych.
Ich przykładami są mircen, związek o silnych właściwościach
zek o silnych właś
zapachowych, likopen  czerwony barwnik pomidorów czy karen 
, likopen czerwony barwnik pomidorów czy karen
jeden ze składników terpentyny
jeden ze składników terpentyny.
wzór strukturalny mircenu karen
zór strukturalny mircenu
likopen
Ważnym polienem jest również występujący w marchwi �-karoten,
jest równie cy w marchwi
zawierający 11 wiązań witaminy A, uwa
ązań podwójnych. y
ródło witaminy A, uważany za
czynnik chroniący przeciw niektórym typom raka.
ący przeciw niektórym typom raka.
wzór strukturalny �-karotenu.
zór strukturalny
ALKINY
Cechą charakterystyczną alkinów jest obecność w ich cząsteczkach
charakterystyczną ść w ich cz
jednego potrójnego wią :
potrójnego wiązania węgiel  węgiel (1� + 2Ą):  Ca"C .
Właś
Właściwości fizyczne wybranych alkinów
Alkiny są związkami o stosunkowo dużej reaktywności a ich
właściwości chemiczne są pod wieloma względami podobne do
właściwości alkenów.
Wzór ogólny alkinów: CnH2n-2 .
Najprostszym alkinem jest etyn (acetylen), związek o wzorze:
HCa"CH
Otrzymuje się go przez działanie wodą na węglik wapnia, potocznie
zwany karbidem:
2
lub w wyniku pirolizy metanu:
2          3
Acetylen i jego homologi mają właściwości kwasowe, pod
warunkiem, że wiązanie potrójne znajduje się przy skrajnym atomie
węgla.
Podstawowe reakcje alkinów:
Najbardziej typowe reakcje acetylenu znajdujące zastosowanie
przemysłowe:
Polimeryzacja acetylenu, np.
Reakcja Kuczerowa służy do otrzymywania etanalu (aldehydu
octowego) z acetylenu, w obecności jonów Hg2+ i kwasu siarkowego:
       
etyn etanal
Alkiny ulegają reakcji spalania całkowitego (CO2), półspalania (CO) i
spalania niecałkowitego (C  sadza), w zależności od dostępności
tlenu.