Wydział Technologii Drewna SGGW

Katedra Nauki o Drewnie i Ochrony Drewna

Chemia stosowana II

chemia organiczna

dr inż. Janusz

ZAWADZKI

p. 2/44
janusz_zawadzki@sggw

.pl

• E.Białecka-Florjańczyk, J.Włostowska,

Podstawy chemii organicznej, SGGW, Warszawa

1999

• E.Białecka-Florjańczyk, J.Włostowska,

Ćwiczenia laboratoryjne z chemii organicznej, Wyd.

SGGW Warszawa 2003

• T.Drapała

Chemia organiczna

• R.T.Morrison, R.N.Boyd

Chemia organiczna, PWN Warszawa 1994

• R.Brewster

Podstawy chemii organicznej PWN Warszwa1967

• D.Krutul

Ćwiczenia z chemii drewna oraz wybranych

zagadnień chemii

organicznej, SGGW Warszawa

2003.

Literatura

Zakaz Pauliego:
Dwa elektrony nie mogą mieć identycznych wartości
wszystkich czterech liczb kwantowych: n, l, m, m

s

.

Jeden orbital mogą zajmować co najwyżej dwa elektrony, o
przeciwnych spinach - elektrony sparowane.

Reguła Hunda:
Orbitale tego samego poziomu (podpowłoki)
zapełniane są tak aby jak najwięcej elektronów było
niesparowanych.

1s 2s 2p

Ne 



  

1s 2s 2p

F





  

1s 2s 2p

O





 



1s 2s 2p

N











1s 2s 2p

C









1s 2s 2p

B







1s 2s

Be 



1s 2s

Li





1s

He 

1s

H



Budowa sfery elektronowej w atomach

wieloelektronowych

Budowa atomu węgla

Z konfiguracji elektronowej zewnętrznej (walencyjnej) powłoki
atomu węgla w stanie podstawowym wynika, że atom ten
posiada 2 niesparowane elektrony, a więc jest dwuwiązalny
(C

podst

1s

2

2s

2

p

2

)

Doświadczenie wykazuje jednak, że atomy węgla w związkach
organicznych są czterowiązalne. Następuje rozbicie pary
elektronowej 2s

2

na 2 niesparowane elektrony, czyli atom węgla

ze stanu podstawowego przechodzi w stan wzbudzony (C

wzbudzony

1s

2

2s

1

2p

3

).

Niesparowane elektrony ulegają hybrydyzacji typu sp

3

, co

tłumaczy czterowartościowość atomów węgla w związkach
organicznych.

Orbitale molekularne

Gdy osie orbitali wiążących się
atomów leżą na prostej łączącej
jądra tych atomów wówczas
chmury elektronowe nakładają się
tworząc wiązania typu .

Wiązanie  powstaje

przez poprzeczne
nałożenie się chmur
elektronowych nie
zhybrydyzowanych
orbitali p .Osie nie leżą
na prostej łączącej
jądra.

Hybrydyzacje orbitali s i p

sp

3

wszystkie wiązania równej długości
wszystkie kąty równe (109,5°)

Hybrydyzacja orbitali atomowych

etylen

hybrydyzacja sp

2

cząsteczka płaska

acetylen

hybrydyzacja sp
cząsteczka liniowa

Układ okresowy pierwiastków z podaną

elektroujemnością

H

2,1

Li

1,0

Na

0,9

K

0,8

Rb

0,8

Cs

0,7

Fr

0,7

Be

1,5

Mg

1,2

Ca

1,0

Sr

1,0

Ba

0,9

Ra

0,9

La

1,0

Ac

1,1

Sc

1,3

Y

1,2

Ti

1,5

Zr

1,4

Hf

1,3

Rf

V

1,6

Nb

1,6

Ta

1,5

Db

Cr

1,6

Mo

1,8

W

1,7

Sg

Mn

1,5

Tc

1,9

Re

1,9

Bh

Fe

1,8

Ru

2,2

Os

2,2

Hs

Co

1,9

Rh

2,2

Ir

2,2

Mt

Ni

1,9

Pd

2,2

Pt

2,2

Cu

1,9

Ag

1,9

Au

2,4

Zn

1,6

Cd

1,7

Hg

1,9

B

2,0

Al

1,5

Ga

1,6

In

1,7

Tl

1,8

C

2,5

Si

1,8

Ge

1,8

Sn

1,8

Pb

1,9

N

3,0

P

2,1

As

2,0

Sb

1,9

Bi

1,9

O

3,5

S

2,5

Se

2,4

Te

2,1

Po

2,0

F

4,0

Cl

3,0

Br

2,8

I

2,5

At

2,2

He

Ne

Ar

Kr

Xe

Rn

Rodzaje dysocjacji wiązania kowalencyjnego

Rozpad heterolityczny (X- chlorowiec, Y –
metal)

Rozpad

homolityczny

C

X

C

+

X

–

+

+

C

Y

Y

+

C

–

+

+

C

C

C

C

+

 

Generalnie w związkach organicznych występuje wiązanie
kowalencyjne, względna elektroujemność pozwala przewidywać
kierunek polaryzowalności.

Szereg

elektroujemności

(uproszczony):

Na<Mg<H<C<J<Br<Cl<N<O<P

Siły oddziaływań międzycząsteczkowych

dla związków o budowie kowalencyjnej

Oddziaływanie typu dipol-
dipol.
Cząsteczki polarne oddziałują
na siebie znacznie silniej niż
niepolarne

Wiązanie wodorowe.
Forma asocjacji pomiędzy atomem silnie elektroujemnym i atomem
wodoru związanym kowalencyjnie z innym atomem elektroujemnym.
Atomy elektroujemne gł. F, O, N.

Siły van der Waalsa.
Wskutek ruchu elektronów w obszarze jąder
atomowych nawet wówczas, gdy =0 symetria

rozkładu ładunku może być zakłócona przez tworzenie
tzw. chwilowych dipoli. Taki dipol chwilowy może
indukować dipol w przeciwnej orientacji w cząsteczce
sąsiedniej.

H

H

O

H

H

O

H

H

O

H

F

H

F

H

F

+

–

+

–

przyciąganie

elektrostatyczne

+ – +–

+

–

+

– +–

+–

Podział węglowodorów

węglowodory

alifatyczn

e

aromatyczne

alkany

alkeny

alkiny

cykliczne

węglowodory

alifatyczne

dieny

Nazewnictwo węglowodorów wg

IUPAC

System ten zakłada stosowanie w znacznym stopniu takiego samego schematu dla wszystkich

klas związków organicznych. Dlatego omawiany jest dokładnie dla alkanów.

1.

Jako strukturę podstawową związku wybieramy najdłuższy ciągły łańcuch, a następnie
rozpatrujemy związek jako pochodną tej struktury, uzyskaną przez zastąpienie atomów
wodoru grupami alkilowymi.

2.

Gdy jest to konieczne, jak w przypadku izomerycznych metylopentanów, oznacza się
kolejnym numerem atom węgla, do którego przyłączona jest grupa alkilowa.

3.

Atomy

węgla

w

łańcuchu

podstawowym

numeruje się tak, by atom węgla, przy którym
znajduje się podstawnik, oznaczony był możliwie
jak

najniższą

liczbą.

Dlatego

piszemy

2-metylopentan, a nie 4-metylopentan.

4.

Jeżeli takie same łańcuchy alkilowe występują w
cząsteczce kilka razy jako łańcuchy boczne, to
liczbę tych grup określa się przedrostkiem di-,
tri-, tetra-…

5.

Jeżeli do łańcucha podstawowego dołączonych jest kilka grup alkilowych, to
wymienia się je kolejno w porządku alfabetycznym.

CH

3

CH

CH

2

CH

2

CH

3

CH

3

1

2

3

4

5

2-
metylopent
an

CH

3

CH

2

CH

CH

2

CH

3

CH

3

1

2

3

4

5

3-
metylopent
an

CH

3

CH

3

CH

3

CH

CH

2

C

CH

3

CH

3

1

2

3

4

5

2,2,4-
trimetylopentan

Rzędowość atomów węgla i wodoru

Pierwszorzędowy (1°) atom węgla jest połączony z jednym

atomem węgla

Drugorzędowy (2°) atom węgla jest połączony z dwoma

atomami węgla

Trzeciorzędowy (3°) atom węgla jest połączony z trzema

atomami węgla

Czwartorzędowy (4°) atom węgla jest połączony z czterema

atomami węgla

CH

3

CH

3

CH

3

CH

2

CH

CH

2

C

CH

3

CH

3

1°

1°

1°

1°

1°

2°

2°

3°

4°

Alkany (parafiny)

Otrzymywanie (przemysł)

   Metoda Fischera – Tropscha

CO + H

2

→ CH

4

+ H

2

O (kat., ∆T)

Wyższe alkany (C2-C4) spotykamy również w gazie ziemnym.

Alkany ciekłe są głównymi składnikami ropy naftowej, a alkany

stałe-wosku ziemneg towarzyszącego złożom ropy naftowej.

Wzór ogólny C

n

H

2n+2

; końcówka nazwy: -an

Ułożone są w szeregu homologicznym, różniącym się o stały element

–CH

2

–.

Otrzymywanie alkanów

(laboratorium)

1.    Uwodornienie alkenów

C

n

H

2n

+ H

2

→ C

n

H

2n+2

2.    Reakcja Wurtza

2 R–X + 2 Na → R–R + 2 NaX

R = alkil (CH

3

–, C

2

H

5

–, …)

X = chlorowiec (Cl, Br…)

3.     Redukcja halogenków alkilów poprzez związki
metaloorganiczne
(odczynniki Grignarda)

R–X + Mg → R–MgX

R–MgX + H

2

O → R–H + Mg(OH)X

R–X + R’–X + 2 Na → R–R’ + 2 NaX

R’ = alkil (CH

3

-, C

2

H

5

-, …) różny od R

Reakcje alkanów

1.    Halogenowanie – najważniejsza reakcja alkanów, ma charakter
rodnikowy.

Promieniowanie ultrafioletowe dostarcza w niej energii niezbędnej

do

rozerwania wiązań.

X = chlorowiec. Reaktywność Cl

2

> Br

2

> J

2

.

Łatwość tworzenia rodników 3°>2°>1°

Cl

2

h

2 Cl•

inicjacja

propagacja

Cl• + CH

4

CH

3

Cl + H•

H• + Cl

2

HCl + Cl•

CH

4

+ Cl

2

CH

3

Cl + HCl

2.    Utlenianie

Np. metanu:

CH

4

+ O

2

→ CO

2

+ 2H

2

O

Uwagi do ćwiczeń

grupy 4,5

dr inż.. Janusz

Zawadzki

grupy 1,2,3

dr inż.. Andrzej

Radomski

grupy 6,7

mgr Dymitr Kazem-Bek

Tymczasowy plan zajęć grup 6 i 7:

grupa 6

środa

g. 18

15

÷20

00

grupa 7

czwartek

g. 14

15

÷16

00

Obowiązuje do odwołania (informacja będzie podana na
wykładzie).