Microsoft PowerPoint - chemia 7 2014

Wyk

ad 7

Podstawy chemii organicznej

Hybrydyzacja sp

, sp

Budowa metanu, etanu, etenu i etynu

Nomenklatura alkanów

Konformacja alkanów

giel

Atom w

gla posiada cztery elektrony walencyjne, dwa na

orbitalu 2s i po jednym na orbitalach 2p

i 2p

, orbital 2p

jest pusty. Taka konfiguracja elektronowa wskazuje,

e do

tworzenia wi

dost

pne s

tylko 2 elektrony.

Podstawy chemii organicznej

giel

Jeden z elektronów z orbitalu 2s podczas tworzenia

zania jest przenoszony na pusty orbital 2p

(promocja

elektronu – wzbudzenie go na wy

szy poziom

energetyczny), co powoduje,

e w

giel zyskuje cztery

niesparowane elektrony i mo

e utworzy

cztery wi

zania.

Podstawy chemii organicznej

Konfiguracja elektronowa w

stanie podstawowym

Konfiguracja elektronowa w

stanie wzbudzonym

giel - hybrydyzacja orbitali

W stanie wzbudzonym orbital 2s i trzy orbitale 2p (2p

, 2p

)

nakładaj

na siebie (hybrydyzuj

). W efekcie powstaj

cztery równocenne energetycznie orbitale zhybrydyzowane

. Proces ten ma miejsce tylko podczas tworzenia wi

jest nazywany hybrydyzacj

orbitali.

Podstawy chemii organicznej

http://zasoby1.open.agh.edu.pl/dydaktyka/chemia/a_e_chemia/1_3_budowa_materii/01_04_03_2b.html

giel - hybrydyzacja orbitali

Hybrydyzacja

→

nakładanie si

(mieszanie) orbitali

atomowych podczas tworzenia si

, w wyniku czego

powstaj

orbitale zhybrydyzowane (ró

ce si

kształtem i

energi

od wyj

ciowych orbitali atomowych).

Podstawy chemii organicznej

↑

↑↓

↑

↑↓

↑

↑↓

http://iws.collin.edu/biopage/faculty/mcculloch/1406/outlines/chapter%204/Ma2-6.JPG

Metan – wi

zania

W cz

steczce CH

, ka

dy z czterech orbitali

shybrydyzowanych sp

nakłada si

z orbitalem 1s

wodoru, w wyniku czego powstaj

cztery identyczne

zania

(o tej samej sile i długo

ci).

Podstawy chemii organicznej

http://www.chemtube3d.com/orbitalshybrid.html

Metan

Metan – najprostszy zwi

zek organiczny, cz

steczka ma

kształt tetraedru (czworo

cianu foremnego), z czterema

równocennymi wi

zaniami C-H (k

ty pomi

dzy

zaniami wynosz

109°28 ').

Podstawy chemii organicznej

http://www.earthtimes.org/pollution/scientists-
doubt-microbes-consumed-deepwater-horizon-
methane-plume/928/

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Methane-2D-dimensions.svg

zania w

giel-wodór

Wszystkie wi

zania w

giel-wodór s

zaniami

, w

alkanach powstaj

poprzez nakładanie si

orbitali sp

gla i orbitali s wodoru. Wi

zania C-H s

silne i trwałe.

Podstawy chemii organicznej

s–hybrid

http://en.wikipedia.org/wiki/Sigma_bond

Struktura etanu

zania tworzone przez atomy w

gla w cz

steczce etanu

), jak równie

w innych alkanach ka

dy z atomów

e utworzy

cztery wi

zania skierowane ku naro

tetraedru.

Podstawy chemii organicznej

http://en.wikipedia.org/wiki/Ethane

Struktura etanu

zanie w

giel-w

giel w etanie to wi

zanie

stworzone

przez dwa nakładaj

ce si

orbitale sp

. Tak

e wi

zania

giel-wodór to wi

zania

(orbital sp

gla i orbital s

wodoru).

Podstawy chemii organicznej

http://www.chemguide.co.uk/basicorg/bonding/methane.html

Struktura etanu

zanie

(powstałe dzi

ki współosiowemu nakładaniu

orbitali atomowych ) ł

ce dwa atomy umo

liwia

swobodny obrót.

Podstawy chemii organicznej

http://chemwiki.ucdavis.edu/Organic_Chemistry/Organic_Chemistry_With_a_Biological_Emphasis/Chapter__1%3A_

Budowa etenu

Dwa atomy w

gla mog

dzieli

dwie pary elektronów

→

podwójne wi

zanie w

giel-w

giel.

Alkeny – w

glowodory, których cz

steczki zawieraj

zanie podwójne w

giel – w

giel.

Eten (inaczej etylen) – najprostszy alken.

Podstawy chemii organicznej

https://sites.google.com/site/ed350201003/Task

Budowa etenu

orbitals – orbital 1s miesza si

(hybrydyzuje) z dwoma

orbitalami 2p co prowadzi do powstania trzech orbitali sp

Jeden orbital 2p nie podlega hybrydyzacji.

Podstawy chemii organicznej

http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/carey5e/Ch02/ch2-3-2.html

Budowa etenu

Trzy orbitale sp

orbitals s

skierowane do wierzchołków

trójk

ta równobocznego (k

t pomi

dzy nimi wynosi 120°).

Podstawy chemii organicznej

http://personal.monm.edu/gebauer_peter/chem_230/Lect_pages/Bruice_jpgs&pgs/sp2_hybrids.html

Budowa etenu

• 4 wi

zania C-H powstaj

poprzez oddziaływanie orbitali

gla z orbitalem 1s wodoru (

czerwone strzałki

)

• jedno wi

zanie C-C powstaje przez oddziaływanie

orbitali sp

obu atomów w

gla (

zielona strzałka

)

• Jedno wi

zanie C-C powstaje przez oddziaływanie

orbitali p obu atomów w

gla p (czarne strzałki)

Podstawy chemii organicznej

http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/carey5e/Ch02/ch2-3-2.html

Budowa etenu

Istnieje du

a bariera energetyczna zwi

zana z rotacj

(obrotem) podstawników po obu stronach wi

zania

podwójnego. Eten jest płask

steczk

Podstawy chemii organicznej

http://chemwiki.ucdavis.edu/Organic_Chemistry/Organic_Chemistry_With_a_Biological_Emphasis/Chapter__1%3A_Chapter_1%3A_

Introduction_to_organic_structure_and_bonding_I/Section_1.5%3A_Valence_bond_theory%3A_sp,_sp2,_and_sp3_hybrid_orbitals

htt

p:/

all.

m/w

bje

cts

2/w

Budowa etenu

zanie

nie podlega rotacji, poniewa

powstaje poprzez

boczne nakładanie orbitali p. Obrót o 90°spowodował by

przesuni

cie orbitali p dwóch s

siaduj

cych atomów w

gla

do poło

, w których nie mog

one ju

wzajemnie

nakłada

Podstawy chemii organicznej

http://chemwiki.ucdavis.edu/Organic_Chemistry/Organic_Chemistry_With_a_Biological_Emphasis/Chapter__1%3A_Chapter_1%3A_

Introduction_to_organic_structure_and_bonding_I/Section_1.5%3A_Valence_bond_theory%3A_sp,_sp2,_and_sp3_hybrid_orbitals

Budowa etenu

Obecno

ść

zania

w cz

steczce powoduje,

e sze

ść

atomów (dwa w

gle wi

zania i bezpo

rednio zwi

zane z

nimi atomy) znajduje si

w tej samej płaszczy

nie.

Podstawy chemii organicznej

http://chemwiki.ucdavis.edu/Organic_Chemistry/Organic_Chemistry_With_a_Biological_Emphasis/Chapter__1%3A_Chapter_1%3A_

Introduction_to_organic_structure_and_bonding_I/Section_1.5%3A_Valence_bond_theory%3A_sp,_sp2,_and_sp3_hybrid_orbitals

Izomeria cis-trans

Izomeria cis-trans mo

e wyst

tylko wówczas, gdy dwie

grupy poł

czone z atomem w

gla zarówno na jednym i

drugim ko

cu podwójnego wi

zania ró

od siebie.

Podstawy chemii organicznej

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/340/348272/wade_ch07.html

Budowa etynu (acetylenu)

Dwa atomy w

gla mog

dzieli

trzy pary elektronów

→

potrójne wi

zanie w

giel-w

giel.

Alkiny – w

glowodory, których cz

steczki zawieraj

zanie potrójne w

giel – w

giel.

Etyn (inaczej acetylen) – najprostszy alkin.

Podstawy chemii organicznej

http://chemwiki.ucdavis.edu/Organic_Chemistry/Organic_Chemistry_With_a_Biological_Emphasis/Chapter__1%3A_Chapter_1%3A_

Introduction_to_organic_structure_and_bonding_I/Section_1.5%3A_Valence_bond_theory%3A_sp,_sp2,_and_sp3_hybrid_orbitals

Budowa etynu (acetylenu)

• Obydwa atomy w

gla s

w stanie hybrydyzacji sp

• Dwa wi

zania C-H powstaj

poprzez nało

enie orbitalu

sp w

gla z orbitalem 1s wodoru (

czerwone strzałki

)

• wi

zanie

C-C powstaje poprzez nało

enie orbitali sp

pochodz

cych od obu atomów w

gla (

zielone strzałki

)

• Dwa wi

zania

C-C powstaj

poprzez oddziaływanie

dwóch par orbitali p od obu atomów w

gla (czarne

strzałki)

Podstawy chemii organicznej

http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/carey5e/Ch02/ch2-3-2.html

Budowa etynu (acetylenu)

Potrójne wi

zanie w

giel-w

giel składa si

z jednego

zania

i dwóch wi

ń π

Podstawy chemii organicznej

http://chemwiki.ucdavis.edu/Organic_Chemistry/Organic_Chemistry_With_a_Biological_Emphasis/Chapter__1%3A_Chapter_1%3A_

Introduction_to_organic_structure_and_bonding_I/Section_1.5%3A_Valence_bond_theory%3A_sp,_sp2,_and_sp3_hybrid_orbitals

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/340/348272/wade_ch09.html

Budowa etynu (acetylenu)

zanie potrójne przypomina rodzaj walca o symetrii

osiowej. Swobodny obrót wokół osi ł

cej atomy C

≡≡≡≡

C jest

liwy.

Podstawy chemii organicznej

http://personal.monm.edu/gebauer_peter/CHEM_230/Lect_pages/Bruice_jpgs&pgs/ethyne_hybrids.htm

Budowa etynu (acetylenu)

Alkiny, zawieraj

ce wi

zanie potrójne, w miejscu

wyst

powania tych wi

liniowe.

Podstawy chemii organicznej

http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/209alkynes.html

Długo

ść

w etanie, etenie i etynie

Im wi

kszy udział orbitali s w nakładaj

cych si

orbitalach

gla tym krótsze wi

zanie.

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/340/348272/wade_ch09.html

Podstawy chemii organicznej

cztery orbitale
typu sp

109°28’

Cztery
orbitale
skierowane
ku
wierzchołkom
czworo

cianu

foremnego

jeden orbital s
trzy orbitale p

trzy orbitale
typu sp

120°

Orbitale
skierowane
ku
wierzchołkom
trójk

foremnego

jeden orbital s

dwa orbitale p

dwa orbitale
typu sp

180°

liniowy

jeden orbital s

jeden orbital p

Ilo

ść

zhybrydyzowa-
nych orbitali

dzy

zaniami

Układ
przestrzenny

Ilo

ść

orbitali

tworz

cych

hybryd

Typ
hybrydyzacji

Alkany - nomenklatura

•

ogólny wzór alkanów C

2n+2

•

wszystkie izomery strukturalne s

znane do nonanu C

•

dekan C

– 75 izomerów,

•

eikozan C

– 366 319 mo

liwych izomerów

Podstawy chemii organicznej

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/340/348272/wade_ch03.html

Grupy alkilowe

Grupy alkilowe tworzymy z odpowiednich alkanów przez

odj

cie jednego wodoru. Grupy alkilowe nie s

zwi

zkami

trwałymi, stanowi

ęść

kszej cz

steczki. Nazwa alkilu

powstaje w wyniku zast

pienia zako

czenia -an w nazwie

alkanu ko

cówk

-yl.

Podstawy chemii organicznej

http://www.chemorganiczna.com/organiczna/kurs/9-alkany.html?start=1

dowo

ść

atomu w

gla

•

liczba atomów w

gla bezpo

rednio poł

czonych z rozpatrywanym

atomem w

gla w cz

steczce zwi

zku organicznego.

•

reaktywno

ść

, jakie tworzy w

giel z atomami innych

pierwiastków w znacznym stopniu zale

y od rz

dowo

ci atomu

gla.

Podstawy chemii organicznej

http://pl.wikibooks.org/wiki/Chemia_organiczna/Alkany/Grupy_alkilowe._Rz%C4%99dowo%C5%9B%C4%87_atom%C3%B3w_w%C4%99gla

Konformacja alkanów

Konformacje - ró

ne układy atomów w obr

bie cz

steczek,

powstaj

ce w wyniku obrotów dokoła osi wi

Podstawy chemii organicznej

Konformacja

naprzemianległa

projekcja
Newmana

projekcja

konikowa

(koziołkowa)

Konformacja

naprzeciwległa

Konformacja alkanów

Poszczególne konformacje ró

energi

, ró

nica energii konformeru

naprzeciw- i naprzemianległego wynosi ok. 12 kJ/mol i stanowi barier

swobodnej rotacji w cz

steczce etanu. Energia ta nazywana jest

napr

ęż

eniem torsyjnym. Im napr

ęż

enie torsyjne jest wi

ksze, tym

prawdopodobie

stwo odchylenia od struktury najni

ej energetycznej

jest mniejsze.

Podstawy chemii organicznej

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/340/348272/wade_ch03.html

Konformacja alkanów

Konformery n-butanu maj

swoje nazwy w zale

ci od k

ta, jaki

zawarty jest pomi

dzy grupami metylowymi. 180°to konformacja

antyperiplanarna, 60°synklinarna, 0°synperiplanarna .

http://www.chemmix.edu.pl/artnet/index.php?s1=02&s2=004&s3=006

Podstawy chemii organicznej

Konformacja alkanów

Stereoizomery - zwi

zki o

tym samym wzorze i tych

samych wi

zaniach

chemicznych, ró

ce si

budow

przestrzenn

Konformery

(stereoizomery

konformacyjne) -

przekształcaj

w siebie

na skutek obrotu jednej

ęś

ci cz

steczki wzgl

dem

drugiej.

Podstawy chemii organicznej

http://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/VirtTxtJml/sterisom.htm

Konformacja alkanów

Konformacje naprzeciwległe (120°i 0°) s

mniej trwałe od

naprzemianległych (180°i 60°). Oprócz napr

ęż

enia

torsyjnego wyst

puje te

inne - napr

ęż

enie steryczne.

Powstaje ono, kiedy grupy funkcyjne fizycznie sobie

przeszkadzaj

zachodz

c na siebie.

http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/340/348272/wade_ch03.html

Podstawy chemii organicznej