Organisk kemi AK
Organisk kemi AK
Organisk kemi AK
Transform your PDFs into Flipbooks and boost your revenue!
Leverage SEO-optimized Flipbooks, powerful backlinks, and multimedia content to professionally showcase your products and significantly increase your reach.
<strong>Organisk</strong> <strong>kemi</strong> <strong>AK</strong><br />
KOK012<br />
2013-01-29<br />
Ulf Ellervik
Föreläsning 3<br />
• Kolvätens egenskaper<br />
• Kapitel 4<br />
1) Introduktion<br />
2) Konformationsanalys<br />
3) Sura kolväten<br />
4) Kolvätens reaktioner<br />
F3
1. Introduktion<br />
• Vad händer egentligen här?<br />
• Vad har det att göra med kolväten?<br />
F3
2. Konformationsanalys<br />
• Enkla kolväten<br />
•σ-bindningar har fri rotation<br />
•Newmanprojektioner<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
kryssform<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H H<br />
ekliptisk form<br />
(vätena ligger<br />
rakt bakom<br />
varandra)<br />
F3
2. Konformationsanalys<br />
• Enkla kolväten<br />
•σ-bindningar har fri rotation<br />
energi<br />
•olika konformationer<br />
har olika energi<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
0° 60° 120° 180°<br />
ekliptisk<br />
form<br />
H<br />
H<br />
H<br />
12 kJ/mol<br />
kryssform ekliptisk<br />
form<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
kryssform<br />
F3
2. Konformationsanalys<br />
• Enkla kolväten<br />
•σ-bindningar har fri rotation<br />
•olika konformationer<br />
har olika energi<br />
energi<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
0° 60° 120° 180°<br />
ekliptisk<br />
form<br />
H<br />
H<br />
kryssform ekliptisk<br />
form<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
kryssform<br />
F3
2. Konformationsanalys<br />
• Enkla kolväten<br />
•gaucheinteraktion<br />
energi<br />
H<br />
Me<br />
H<br />
H H<br />
Me<br />
H<br />
16 kJ/mol<br />
Me<br />
H<br />
Me<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H Me<br />
Me<br />
H<br />
Me<br />
Me<br />
-180° -120° -60° 0°<br />
kryssform<br />
anti<br />
ekliptisk<br />
form<br />
20 kJ/mol<br />
3,5 kJ/mol<br />
kryssform<br />
gauche<br />
H<br />
ekliptisk<br />
form<br />
H<br />
H<br />
H<br />
Me H<br />
Me<br />
H<br />
Me<br />
Me<br />
H<br />
Me<br />
H<br />
H H<br />
Me<br />
60° 120° 180°<br />
kryssform<br />
gauche<br />
H<br />
ekliptisk<br />
form<br />
kryssform<br />
anti<br />
=<br />
H<br />
H<br />
Me<br />
H H<br />
Me<br />
H<br />
H<br />
H<br />
Me H<br />
Me<br />
F3
2. Konformationsanalys<br />
• Cykliska alkaner<br />
•generell formel CnH2n<br />
•cykloalkaner har ringspänning<br />
•hur mäter man ringspänning?<br />
förening ringspänning<br />
C3H6<br />
C4H8<br />
C5H10<br />
C6H12<br />
C7H14<br />
C8H16<br />
117 kJ/mol<br />
110 kJ/mol<br />
27 kJ/mol<br />
0<br />
27 kJ/mol<br />
42 kJ/mol<br />
F3
2. Konformationsanalys<br />
• Cykliska alkaner<br />
•vad är ringspänning?<br />
ringspänning<br />
vinkelspänning<br />
vridspänning<br />
•vinklarna avviker från 109°<br />
•dåligt orbitalöverlapp<br />
•ekliptiska grupper<br />
H<br />
H<br />
HH<br />
CH 2<br />
F3
2. Konformationsanalys<br />
• Cykliska alkaner<br />
•varför har inte cyklohexan ringspänning?<br />
120°<br />
109°<br />
F3
2. Konformationsanalys<br />
• Cykliska alkaner<br />
•ritteknik<br />
F3
2. Konformationsanalys<br />
• Cykliska alkaner<br />
•cyklohexan har flera möjliga konformationer<br />
45 kJ/mol 23 kJ/mol<br />
30 kJ/mol<br />
stol halvstol tvistform båt tvistform halvstol stol<br />
F3
2. Konformationsanalys F3<br />
• Cykliska alkaner<br />
•varför är stolformen betydligt stabilare än båtformen?<br />
båtform<br />
•eklipsad konformation<br />
•flaggstångsväten<br />
H<br />
CH 2<br />
H CH 2<br />
H H<br />
H<br />
H
2. Konformationsanalys<br />
• Cykliska alkaner<br />
•substituenter kan vara axiella eller ekvatoriella<br />
He He He He Ha He He Ha Ha H a<br />
H a<br />
Ha He He He He He He ekvatoriella positioner<br />
axiella positioner<br />
F3
2. Konformationsanalys<br />
• Cykliska alkaner<br />
H 3C<br />
•substituenter vill helst vara ekvatoriella<br />
1,3-diaxiella<br />
interaktioner<br />
CH3 H H<br />
H<br />
H 3C<br />
gaucheinteraktion<br />
CH 3<br />
CH 2<br />
H CH2 H<br />
H<br />
CH 2<br />
H CH2 H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
F3
2. Konformationsanalys<br />
• Cykliska alkaner<br />
•inget hålrum innan C18<br />
cyklohexan<br />
cykloeikosan<br />
F3
2. Konformationsanalys<br />
• Cykliska alkaner<br />
•med stora ringar är det möjligt att göra katenaner<br />
F3
2. Konformationsanalys<br />
• Polycykliska alkaner<br />
•flera ringar kan kopplas ihop<br />
dekalin adamantan diamant<br />
F3
2. Konformationsanalys<br />
• Polycykliska alkaner<br />
•flera ringar kan kopplas ihop<br />
diamant<br />
F3
2. Konformationsanalys<br />
• diamanter består bara av kol<br />
C + O2 CO2<br />
Lavoisier, 1774<br />
F3
2. Konformationsanalys<br />
• Polycykliska alkaner<br />
•flera ringar kan kopplas ihop<br />
kuban dodekahedran<br />
F3
3. Sura kolväten<br />
• Vad är en syra?<br />
A) Brønsteds definition (1923)<br />
•En syra är en protondonator<br />
•En bas är en protonacceptor<br />
O<br />
OH + NMe 3<br />
O<br />
O + HNMe 3<br />
Johannes Brønsted<br />
(1879-1947)<br />
F3
3. Sura kolväten<br />
• Vad är en syra?<br />
B) Lewis definition (1923)<br />
O<br />
•En syra är en elektronparsacceptor<br />
•En bas är en elektronparsdonator<br />
O H + NMe3 F<br />
B<br />
F F<br />
+ NMe 3<br />
O<br />
F3B<br />
O + HNMe 3<br />
NMe3<br />
F3<br />
Gilbert Lewis (1875-1946)
3. Sura kolväten<br />
• Vad är en syra?<br />
C) Syrastyrka<br />
HA + H2O H3O + A K e =<br />
K a =<br />
K e [H 2O] =<br />
pK a = - 10 lg K a<br />
[H 3O ] [A ]<br />
[HA]<br />
[H 3O ] [A ]<br />
[HA][H2O]<br />
F3
• Vad är en syra?<br />
C) Syrastyrka<br />
pKa = - 10 lg Ka<br />
3. Sura kolväten<br />
ju lägre pKa, desto starkare syra<br />
•syrastyrka är definierad i vatten<br />
•det går att extrapolera utanför 0 till 16<br />
•praktiskt sett -30 till 50<br />
F3<br />
George Olah (1927-), Nobelpris 1994
• Avsnitt 21.7<br />
20.7 Viktiga pK a-värden<br />
syra pKa kommentarer<br />
HI I + H -10 jodvätesyra<br />
H 2SO 4 HSO4 + H -9 svavelsyra<br />
HBr Br + H -9 bromvätesyra<br />
HCl Cl + H -7 saltsyra<br />
O<br />
S OH S O + H<br />
O<br />
O<br />
O<br />
-6 p-toluensulfonsyra,<br />
pTSA, viktig syra,<br />
löslig i många<br />
organiska<br />
lösningsmedel<br />
H 3O H 2O + H -2 oxoniumjon<br />
HNO 3 NO3 + H -1 salpetersyra<br />
F 3C<br />
O<br />
OH F3C O + H<br />
HF F + H<br />
R<br />
O<br />
O<br />
NH 3 NH 2 + H<br />
O<br />
OH R O + H<br />
H 2CO 3 HCO3 + H<br />
0 trifluorättiksyra<br />
3 fluorvätesyra<br />
varning, djupa<br />
frätskador!<br />
3–5 aromatiska<br />
ammoniumjoner<br />
4–5 karboxylsyror<br />
6 natriumvätekarbonat<br />
vanlig vid extraktion<br />
NH 4 NH3 + H 9 ammoniumjon<br />
O O<br />
H H<br />
OH O + H<br />
O O<br />
H<br />
3. Sura kolväten<br />
+ H<br />
10 fenol<br />
9 mycket sur på grund<br />
av två elektrondragande<br />
grupper<br />
syra pKa kommentarer<br />
CH 3NO 2 CH 2NO 2 + H 10 nitrometan, relativt<br />
sur på grund av<br />
induktiv effekt från<br />
nitrogruppen<br />
RNH 3 RNH2 + H 10–11 alifatiska<br />
ammoniumjoner<br />
H H<br />
+ H<br />
H 2O HO + H<br />
16 cyklopentadien blir<br />
aromatisk vid<br />
deprotonering<br />
16 natriumhydroxid är<br />
en viktig bas<br />
ROH RO + H 16–18 natriummetoxid är en<br />
vanlig bas<br />
O<br />
H<br />
O<br />
H 19–20 ketoner<br />
H<br />
+ H<br />
H<br />
H<br />
CH 3CN CH 2CN + H<br />
EtO<br />
O<br />
H<br />
H<br />
H<br />
EtO<br />
H H H + H<br />
H 2 H + H<br />
NH 3 NH2 + H<br />
H<br />
H H<br />
H H<br />
O<br />
H H<br />
CH 4 CH3 + H<br />
H<br />
25 nitriler är relativt sura<br />
på grund av<br />
cyanogruppen<br />
H 25 estrar är mindre sura<br />
+ H<br />
är ketoner<br />
+ H<br />
25 alkyner är relativt<br />
sura på grund av<br />
sp-hybridisering<br />
35 natriumhydrid är en<br />
vanlig bas<br />
38 litiumamid är en<br />
vanlig bas<br />
44 alkener är surare än<br />
alkaner på grund av<br />
sp 2 -hybridisering<br />
48 många<br />
metallorganiska<br />
reagens är kraftiga<br />
baser och<br />
nukleofiler,<br />
exempelvis<br />
MeMgBr och MeLi<br />
F3
3. Sura kolväten<br />
• Är kolväten syror?<br />
•extremt svag syra<br />
•den konjugerade basen<br />
blir mycket stark<br />
F16<br />
pKa = 48-50<br />
F3
• Är kolväten syror?<br />
3. Sura kolväten<br />
pKa = 48-50 pKa = 44 pKa = 25<br />
sp3 sp2 sp<br />
p sp 3 sp 2 sp s<br />
H<br />
H<br />
•ju mer s-karaktär, desto<br />
närmare kärnan ligger<br />
elektronerna<br />
•detta ger svagare bindning<br />
•väte lossnar lättare<br />
•starkare syra<br />
H<br />
F3
• Är kolväten syror?<br />
3. Sura kolväten<br />
pKa = 48-50 pKa = 44 pKa = 25<br />
sp 3 sp 2 sp<br />
H<br />
H<br />
H<br />
F3
4. Kemi och biologi<br />
• Mättade kolväten är inte särskilt reaktiva<br />
•det finns inget handtag<br />
•förbränning •radikalhalogenering<br />
HO 2<br />
CH 3<br />
OH<br />
CO<br />
C 2H 6<br />
C 2<br />
CH<br />
H 2CO<br />
H<br />
O 3 H2<br />
H 2O 2<br />
CH 2<br />
CH 4 Cl 2 CH 3Cl HCl<br />
F8<br />
F9<br />
F3
Change language