1. Vrste, svojstva i nomenklatura organskih spojeva

1. Vrste, svojstva i nomenklatura
organskih spojeva
Doc. dr. sc. Lidija Barišić
Definicija organske kemije
•
U skladu s Berzeliusovom podjelom spojeva na organske [izvedeni iz živih organizama i
njihovih prirodnih produkata djelovanjem životne sile (vis vitalis, vital force)] i anorganske
(dobiveni iz minerala, bez sudjelovanja životne sile), organska se kemija početkom 19.
stoljeća definirala kao studij spojeva izvedenih iz prirodnih materijala.
•
1828. Friedrich Wöhler je sušenjem amonijeva
cijanata (anorganskog spoja) dobio organski spoj
ureu (urea se dotada izolirala iz ljudskih i
životinjskih bubrega)
NH4OCN
(NH2)2CO
Letter from Wöhler to Berzelius:
"I must tell you that I can prepare urea
without requiring a kidney or an animal ...“
•
Suvremena organska kemija definira se kao kemija ugljikovih spojeva.
U čemu je značaj organske kemije?
• Građeni smo uglavnom iz organskih molekula (proteini u koži, lipidi u staničnim
membranama, glikogen u jetri, DNA u našim stanicama).
• Našu hranu čine organske molekule (ugljikohidrati, proteini, lipidi, emulgatori, bojila, arome,
antioksidansi,...) koje određuju esencijalna svojstva hrane: okus, konzistenciju, reološka
svojstva, boju, nutritivnu vrijednost, miris,...
• Osim prirodnih, sintetizirani su milijuni organskih spojeva (umjetne tkanine, plastika, guma,
lijekovi, ...) kojima se nadoknađuje oskudnost prirodnih organskih molekula. Sintetski lijekovi
omogućavaju borbu s
bolestima, dok se novi polimerni materijali
koriste za izradu
nadomjestaka za organe.
• Organski kemičari pripravljaju umjetne arome pržene hrane, svježega kruha, kave, roštilja,
dimljene šunke, čokolade, karamela...
N
O
O
H
O
H
O
H
O
O
O
N
O
alkil-pirazin
(kava, prženo meso)
mesne arome
furonol
korilon
maltol
(ananas)
aroma karamela
Što ugljik čini posebnim?
•
centralni položaj u 2. periodi PSE – dok se atomi pozicionirani lijevo odn. desno od ugljika
odlikuju sposobnošću doniranja odn. akceptiranja elektrona, ugljik dijeli elektrone s nekoliko
različitih vrsta atoma (H, O, N, S, P, halogeni) kao i sa susjednim istovrsnim atomima,
stvarajući pri tom jake veze u milijunima stabilnih organskih spojeva,
•
tvori četiri veze (nerazgranate i razgranate lance),
•
ugljikovi atomi mogu biti vezani jednostrukim, dvostrukim i trostrukim vezama,
•
stvaraju zasićene i nezasićene prstene različitih veličina.
PSE organskog kemičara
Organske građevne molekule
Ugljikovodici
Ugljikohidrati i lipidi
Aminokiseline i proteini
Aminokiseline i proteini
Nukleinske kiseline (RNA i DNA)
•
Cross Fire Beilstein: 11.8 milijuna sintetskih organskih spojeva, 23.3. milijuna organskih
reakcija, te 2.3 milijuna literaturnih navoda (1771-2010).
Podjela organskih spojeva
Osnovna svojstva
Kemijske veze
Aciklički (alifatski)
Zasićeni
Ciklički
Nezasićeni
Aliciklički
Aromatski
Heterociklički
N
O
Supstitucija
Nesupstituirani
Supstituirani
Ugljikovodični
Heteroatomni
supstituenti
supstituenti
O
Ugljikovodici
•
organski spojevi građeni iz ugljika i vodika: alkani, alkeni, alkini i aromatski ugljikovodici.
1) Alkani (parafini): zasićeni (jednostruke veze) ugljikovodici (sadrže maksimalan broj
vezanih vodikovih atoma), CnH2n+2
o
3
H
C
2
H
C
propan
2
H
C
3
H
C
3
H
C
2
H
C
etan
3
H
C
•
3
H
C
4
metan
3
H
C
homologni niz: serija spojeva koji se razlikuju samo u broju metilenskih (−CH2−) skupina
H
C
•
Cikloalkani: prstenasti alkani CnH2n
...
butan
nepolarni spojevi slabe reaktivnosti (lat. parum affinis, slabo poveziv)
C1-C4 plinovi
C5-C15 tekućine (goriva)
> C15 krutine (vosak)
• dva elektrona iz 2p orbitale jedini su nespareni elektroni – zašto struktura metana nije CH2?
z
p
2
y
p
2
x
p
2
s
2
s
2
z
p
2
y
p
2
px
2
2
p
2
2
2 s
s
1 2
C
6
• tvorbom veza oslobađa se energija i sustav se stabilizira ⇒ ukoliko bi ugljik tvorio četiri
veze oslobodilo bi se duplo više energije te bi rezultirajuća molekula bila još stabilnija,
• mala energetska barijera između 2s i 2p orbitale omogućava prijelaz jednog elektrona iz
2s u praznu 2p orbitalu čime se dobivaju četiri nesparena elektrona raspoloživa za
vezivanje ⇒ CH4!
• u metanu su sve ugljik−vodik veze jednake, a elektroni su smješteni u dvjema različitim
vrstama orbitala?
• elektroni su ponovno preraspodijeljeni u procesu hibridizacije: jedna s i tri p orbitale daju
četiri identične sp3 hibridne orbitale.
z
p
2
y
p
2
px
2
s
2
z
p
2
y
p
2
px
2
s
2
4 sp3 hibridne orbitale
o
5
.
9
0
1
• sp3 hibridne orbitale usmjerene su prema kutevima
pravilnog tetraedra, jer su pri takvom geometrijskom
rasporedu četiri orbitale međusobno najudaljenije.
H
H
H CH
H
C
H
H
H
metan
H
H
s σ veza
sp3
sp3 σ veza
+
sp3
C
C
H
H
H
H
sp3
sp3
ispred ravnine
etan
H
H C H
H C H
iza ravnine
H
u ravnini
Nomenklatura alkana
• Geneva, 1892., sastanak vodećih europskih kemičara na kojem
se raspravljalo o uvođenju sustava za imenovanje kemijskih
spojeva – IUPAC (International Union of Pure and Applied
Chemistry).
Pravila za imenovanje alkana:
lanac s najvećim brojem C-atoma
1. Izbor glavnog lanca
više lanaca jednake duljine → glavni lanac sadržava više
bočnih lanaca (alkila)
alkilima se dodjeljuju što manji brojevi
2. Numeriranje
simetrično supstituirani alkani − abecedni kriterij
3 2
H
C
3
H
C
3
H
C
2
H
C
H
C
3
H
C
H
C
3
H
C
H
C
3
H
C
2
H
C
H
C
H
C
H
C
3
H
C
3
H
C
3 2
H
C
H
C
H
C
H
C
H
C
3
H
C
3
H
C
3
H
C
pogrešno
ispravno
(sedmoročlani glavni lanac, tri supstituenta)
(sedmoročlani glavni lanac, četiri supstituenta)
2
H
C
3
H
C
2
3
H
C
1
3
H
C
H
C
3
H
C
pogrešno
3 2
H H
C C
2
H
C
3
H
C
7
3
H
C
3
H
C
H
C
H
C
3
H
C
6
4
6
H
C
5
H
C
3
H
C
H
C
5
7
3
H
C
H
C
3
H
C
4
2
3
3 2
H H
C C
1
3-etil-2,4,5-trimetilheptan
• najčešće alkilne skupine
3
H H
C C
3
H
C
2
H
C
2
H
C
3
H
C
2
H
C
3
H
C
3
H
C
metilna
metil
etil
propil
metilenska
izopropil
metinska
3
H
C C
3
H
C
3
H H
C C
2
H
C
3
H
C
2
H
C
3
H H
C C
3
H
C
2
H
C
2
H
C
2
H
C
3
H
C
3
H
C
izobutil
butil
sec-butil
H3C
CH (CH2)n
.
.
.
,
2
,
1
,
0
(
=
n
l
i
k
l
a
o
z
i
H3C
)
3
H
C
H
C
2
H
C
2
H
C
3
H
C
primarni (1°) ugljik
3
H
C
sekundarni (2°) ugljik
tercijarni (3°) ugljik
tert-butil
2) Alkeni (olefini, lat. oleum, ulje): nezasićeni ugljikovodici, dvostruka ugljik-ugljik veza, CnH2n
vrlo reaktivni (adicija na dvostruku vezu)
•
važne biološke funkcije
o
biljni hormon eten kontrolira rast i
2
H
C
•
2
H
C
eten
3
H
C
2
H
C
homologni niz
2
H
C
•
...
propen
o
biljne arome i mirisi
3
H
C
3
H
C
dozrijevanje voća i povrća
2
H
C
o
feromoni
muskalur
limonen
z
p
2
y
p
2
px
2
s
2
z
p
2
y
p
2
x
p
2
s
2
3 sp2 hibridne orbitale
o
0
2
1
• tri sp2 hibridne orbitale su planarne, a nehibridizirana p
orbitala smještena je okomito na njihovu ravninu.
+
H
C H
C H
H
eten
σ veze
π veza
3) Alkini (acetileni): nezasićeni ugljikovodici, trostruka ugljik-ugljik veza, CnH2n-2
.
.
.
propin
•
vrlo reaktivni (adicija na trostruku vezu)
•
alkini u prirodi
O C
C
C
C
C
3
H
C
fungicid
antibiotik
H
O
sintetski alkini - lijekovi
O
3
H
C
antihipertenziv
oralni kontraceptiv
H
C
H
C
C
2
3 H
H C
C N
2
H
C
C
C
3
H
•
H
C
etin
H
C
homologni niz
3
H
C
H
C
H
C
•
z
p
2
y
p
2
x
p
2
s
2
z
p
2
y
p
2
x
p
2
s
2
2 sp hibridne orbitale
• dvije sp hibridne orbitale su linearne, a nehibridizirane
p orbitale okomite su i međusobno i u odnosu na
ravninu hibridnih orbitala.
+
H
C
C
H
H
C
C
H
etin
σ veza
π veza, π veza
Nomenklatura alkena i alkina
najviše nezasićenih veza
lanac s najvećim brojem C-atoma
1. Izbor glavnog lanca
najviše dvostrukih veza
najveći broj bočnih lanaca
nezasićenim vezama dodjeljuju se što manji brojevi
2. Numeriranje
što manji broj dvostrukim vezama
što manji broj bočnim lancima
CH3 CH CH CH CH CH CH2
7
6
5
4
3
hepta-1,3,5-trien
2
1
4
3
3
2
2
1
1
CH3 C CH CH3
1
2
CH2 CH2 CH3
3
4
4
5
5
6
3-metilheks-2-en
4
1
1
2
3
6
CH3 CH CH CH2
5
CH3
4
4
2-etilcikloheksa-1,3-dien
3
3
2
2
1
1
3
4
5
CH2 C CH2 C
1
2
CH2CH3
4
3-metilbut-1-en
5
2
3
CH
CH3
5
2-metilpent-1-en-4-in
• alkeni kao supstituenti
CH CH2
CH2 CH CH2
vinil
alil
Allium sp.
Alkoholi i fenoli
H
O
r
A
H
O
R
H
O
H
• organski derivati vode u kojima je vodikov atom supstituiran organskom skupinom:
R = (ciklo)alkil, alkenil, ...
Ar = fenil, naftil, ...
• hidroksilna skupina (sp3 hibridizirani atom kisika) u alkoholima vezana je za sp3
hibridizirani ugljikov atom
HHHH
HHHH
HHHH
HHHH
OOOO
CCCC
OOOO
OOOO
CCCC
CCCC
HHHH
HHHH
HHHH
HHHH
• često su prisutni u prirodi, imaju industrijsku, farmaceutsku i biološku primjenu [etanol se
koristi kao industrijsko otapalo, mentol kao tvar arome, BHT (butilirani hidroksitoluen) kao
antioksidans u prehrambenim aditivima]
H
O
R
H
O
H C H
R
R C R
tercijarni (3°)
primarni (1°)
H
3 O
H
C C
3
H
C
H
O
2
H
C
3
H
C
benzil-alkohol
tert-butil-alkohol (t-BuOH)
H
sekundarni (2°)
H
O
C
R
R
H
H
H
O
C
2
H
C
3
H
C
H
O
C
3
H
C
3
H
C
3
H
C
izopropil-alkohol (i-PrOH)
sec-butil-alkohol (sec-BuOH)
• MeOH (CH3OH, metil-alkohol, metanol): otrov (15 ml uzrokuje sljepoću, a letalne su doze
iznad 100 ml), industrijski se koristi kao otapalo i sirovina za proizvodnju formaldehida i
octene kiseline,
• EtOH (C2H5OH, etil-alkohol, etanol): fermentacijom žitarica i
šećera proizvodio se prije 9000 godina, a pročišćavanje
destilacijom poznato je od XII stoljeća,
• PhOH (C6H5OH, fenol, karbolna kiselina): služi
kao intermedijar u industrijskoj sintezi adheziva i
antiseptika,
• BnOH (C6H5CH2OH, benzil-alkohol): koristi se
kao otapalo, lokalni anestetik, te u farmaceutskoj
industriji. Prirodni je sastojak različitoga voća i
čajeva, te se kao tvar arome dodaje hrani i
pićima.
Britanski kirurg Joseph Lister (1865.)
• alkoholi zauzimaju središnje mjesto u organskoj kemiji
R
R
'
R
O C
ketoni
karboksilne kiseline
H
O C
R
'
R
O
O C
R
esteri
R X
alkil-halogenidi
R
alkeni
R
R
H
O
R
O C
C C
aldehidi
R OH
alkoholi
R O R'
eteri
Struktura i svojstva alkohola
Elektronegativnost
• svojstvo pomoću kojeg pozitivni naboj jezgre jednog atoma privlači vezni elektronski par,
odnosno elektrone iz njegove veze s drugim atomom,
F
H
• mogućnost predviđanja polarnosti kovalentne veze,
• elementi veće elektronegativnosti jače privlače vezni elektronski par i ujedno predstavljaju
negativni kraj dipola.
Međumolekulska privlačenja
• osobiti značaji u čvrstom i tekućem stanju (jer su molekule u neprekidnom međusobnom
kontaktu),
• tališta, vrelišta i topljivost organskih spojeva pod utjecajem su triju vrsta međumolekulskih
privlačnih sila: dipol-dipol privlačenja između polarnih molekula, van der Waalsovih sila
prisutnih u svim vrstama molekula te vodikovih veza među molekulama s -OH ili -NH
skupinama.
• dipol-dipol privlačenja: međusobna privlačenja pozitivnih i negativnih dipola polarnih
molekula (polarne veze u molekulama osiguravaju trajni dipolni moment s pozitivnim i
negativnim krajem),
δ
µ
l
C
δ
C
H
H
µ
H
δ
l
C
δ
C
H
H
l
C
prilikom prelaska molekule iz tekućeg
C
H
H
δ
H
H
• dipol-dipol sile moraju biti nadvladane
δ
µ
u plinovito stanje (porast temperature
vrelišta!).
+
-+
- +
-
• van der Waalsove interakcije: ugljikovi i vodikovi atomi u molekulama alkana slične su
elektronegativnosti, uslijed čega su veze u alkanima nepolarne. Ipak, neprestanim
gibanjem elektrona gustoća elektronskog oblaka može se malo povećati na jednoj strani
molekule što dovodi do stvaranja privremenog dipola,
-
+
++
+
- +
- + -
• negativni kraj privremenog dipola jedne molekule
privlači pozitivni kraj privremenog dipola susjedne
molekule ≡ van der Waalsova sila (najslabija
međumolekulska sila).
-
+ + +
- + - +
- +
• Vrenje alkana ostvaruje se prevladavanjem van der Waalsovih privlačnih sila čija
magnituda ovisi o dodirnoj površini (veća dodirna površina ⇒ jača van der Waalsova sila
⇒ viša temperatura vrelišta),
• s porastom molekula alkana, rastu i tv jer svaka dodatna metilenska (–CH2) skupina
povećava dodirnu površinu,
• zbog veće dodirne površine nerazgranati alkani (olovke) imaju viša vrelišta od razgranatih
izomera (teniska loptica).
HHHH
• vodikova veza: O−H i N−H veze su zbog razlika u
afinitet za nevezne elektrone
δ
OOOO RRRR
RRRR
atom je parcijalno pozitivno nabijen te pokazuje visok
HHHH
OOOO
elektronegativnosti vezanih atoma polarizirane. Vodikov
δ
susjednog kisikova ili
dušikova atoma,
• vodikove su veze najjače intermolekulske sile, ali su daleko slabije od kovalentnih veza.
• U alkoholima nespareni elektronski par elektronegativnog O atoma iz jedne molekule
privlači pozitivno polarizirani H atom iz hidroksilne skupine susjedne molekule (vodikova
veza) uslijed čega dolazi do porasta temperature vrelišta (najjače međumolekulsko
δ
δ
δ
RRRR OOOO
HHHH
δ
OOOO RRRR
δ
δ
HHHH
OOOO RRRR
δ
RRRR OOOO
HHHH
δ
HHHH
HHHH
δ
RRRR OOOO
privlačenje).
δ
Spoj
Mr (gmol-1)
tv (oC)
CH3CH2CH2OH
60
97
CH3CH2CH2CH3
58
-0,5
ClCH2CH3
65
12,5
• Međumolekulskim privlačnim silama tumači se velika razlika u temperaturama vrelišta
spojeva sličnih molekulskih masa.
• alkoholi manje molekulske mase miješaju
OH skupinu koja je i donor i akceptor
HHHH
• topljivost u vodi opada s povećanjem
OOOO
2222
HHHH
CCCC
2222
HHHH
CCCC
2222
HHHH
CCCC
2222
HHHH
CCCC
3333
HHHH
CCCC
vodikove veze,
akceptor
hidrofobne alkilne skupine.
Topljivost u vodi
Alkohol
(pri 25 oC)
Topljivost u vodi
(pri 25 oC)
metanol
topljiv
pentanol
2,7%
etanol
topljiv
heksanol
0,6%
propanol
topljiv
fenol
topljiv
HHHH
OOOO
HHHH
Alkohol
HHHH
HHHH
OOOO
HHHH
OOOO
HHHH
se (otapaju) s vodom jer sadrže hidrofilnu
donor
Eteri
'
R
O
R
H
O
H
• Eteri su, kao i alkoholi, derivati vode u kojima su organske skupine vezane na atom kisika
(R = alkil, alkenil ili aril)
• simetrični, asimetrični i ciklički eteri
3
H
C
O
3
H
C
2
H
C
O
2
H
C
3
H
C
dietil-eter
O
tetrahidrofuran
(THF)
metil-fenil-eter
• stabilni, nereaktivni spojevi koji se najčešće koriste kao otapala (zbog zapaljivosti i
smanjene tolerancije više se ne koristi kao anestetik),
• niska temperatura vrelišta (olakšano uparavanje),
R
• elektronegativni atom kisika daje im dipolni
moment
⇒
među
molekulama
etera
uspostavljaju se dipol-dipol interakcije,
δ
R
O
R'
δ
δ
O
R'
δ
vezan
RRRR
atom
za
RRRR
elektronegativni atom kisika (ne mogu biti
OOOO RRRR
vodikov
RRRR
im
OOOO
• nedostaje
donori vodikove veze) te se međusobno ne
Nema vodikove veze!
mogu povezivati vodikovim vezama
⇓
imaju niža vrelišta u odnosu na alkohole,
Spoj
Mr (gmol-1)
tv (oC)
Spoj
Mr (gmol-1)
tv (oC)
CH3CH2CH3
44
-42,1
CH3(CH2)3CH3
72
36
CH3OCH3
46
-25
CH3CH2OCH2CH3
74
35
CH3CH2OH
46
78
CH3(CH2)3OH
74
118
RRRR
OOOO RRRR
HHHH
RRRR
hidrataciji, miješaju se s alkoholima).
OOOO
• eteri su akceptori vodikove veze (podliježu
Amini
• organski derivati amonijaka u kojima je jedan ili više vodikovih atoma zamijenjeno
NNNN
''''
''''
RRRR
''''
RRRR RRRR
' i
n
R r
a
d
H n
N u
k
e
R s
i
2n
H r
N a
m
i
r
p
R
k
a
3i
j
H n
N o
m
a
' i
R n
r
'
'
a
j
i
R N c
r
e
R t
alkilnim skupinama
• dušikov slobodni elektronski par osigurava im bazična i nukleofilna svojstva
• prirodni amini:
N
CH3
COOCH3
H3C
N
N
CH3
O
n
i
a
k
o
k
N
n
i
t
o
k
i
n
CH3
n
i
m
a
l
i
t
e
m
i
r
t
H3C
O
prisutan u animalnim tkivima,
jak miris po ribi
alkaloidi (zbog svoje bazičnosti (alkalnosti) amini izolirani iz
biljaka često se nazivaju alkaloidima)
• amini su građevne jedinice aminokiselina, proteina i nukleinskih kiselina
• neurološki aktivni spojevi (amfetamini - neurostimulansi)
• amini su polarni spojevi (veliki dipolni moment slobodnog
NNNN
CCCC
3333
HHHH
3333
HHHH
CCCC
2222
HHHH
CCCC
HHHH
elektronskog para atoma dušika pridonosi dipolnim momentima
C−N i H−N veza),
• primarni i sekundarni amini istovremeno su i donori i akceptori vodikove veze, dok se
tercijarni amini ne mogu međusobno povezivati vodikovim vezama (ne sadrže N−H
akceptor
NNNN
NNNN
RRRR
''''
RRRR
RRRR
''''
RRRR
RRRR
RRRR
HHHH
HHHH
OOOO
HHHH
RRRR
RRRR
podliježu hidrataciji.
NNNN
• amini manje molekulske mase (do 6 C atoma)
HHHH
HHHH
HHHH
HHHH
RRRR
''''
RRRR
NNNN
RRRR
RRRR
NNNN
HHHH
HHHH
NNNN
donor
RRRR
NNNN
'''' NNNN
RRRR
HHHH
RRRR
NNNN
'''' NNNN
RRRR
skupinu),
• dušik je manje elektronegativan od kisika ⇒ N−H veza je manje polarna od O−H veze ⇒
amini tvore slabije vodikove veze od alkohola ⇒ niže temperature vrelišta,
• tercijarni amini imaju niža vrelišta u odnosu na primarne i sekundarne,
Mr (gmol-1)
tv (oC)
(CH3)3N
59
3
CH3OCH2CH3
60
8
CH3NHCH2CH3
59
37
CH3(CH2)2NH2
59
48
CH3(CH2)2OH
60
97
X
R
nabijen dušikov atom vezane četiri različite skupine.
R
• kvaterne amonijeve soli: spojevi u kojima su na pozitivno
R N R
Spoj
Organohalogeni spojevi
• organski spojevi supstituirani halogenim atomima R−X (R = alkil, vinil, aril; X = F, Cl, Br, I)
kloreten (vinil-klorid)
H
O
O
C
2
H H
N C
2
H
C
O
OOOO
HHHH
l
C
IIII
IIII
1,4-diklorbenzen (kuglice protiv moljaca)
tetrafluoreten
IIII
IIII
l
C
aril-halogenidi
tiroksin
HHHH
• vrelišta alkil-halogenida slična su vrelištima odgovarajućih alkana
llll
CCCC
C−X polarnom
CCCC
HHHH
HHHH
• elektronegativni atom halogena u alkil-halogenidima čini vezu
F F
C
fluoretan
C
triklormetan (kloroform)
F
CH3CH3F
F
CHCl3
vinil-halogenidi
H H
C
C
l
C H
alkil-halogenidi
δ δ
OOOO C
• sadrže karbonilnu
Karbonilni spojevi
skupinu
• centralna uloga u organskoj kemiji, biokemiji i biologiji (proteini, ugljikohidrati, nukleinske
kiseline)
'
R
O
O
OOOO C OOOO C
'
R
S
OOOO C
N
C
OOOO C
N
R
OOOO C
OOOO C
O
R
X
O
OOOO C
Acil-fosfati
Amidi
O
OOOO P O
OOOO C
OOOO C
R
Anhidridi kiselina
R
H
O
R
R
Acil-halogenidi
OOOO C
OOOO C
Tioesteri
R
'
R
Karboksilne kiseline
Esteri
C
H
OOOO C
Laktoni
Aldehidi
Opća formula
R
OOOO C
Ketoni
R
Vrsta
R
Opća formula
R
Vrsta
Laktami
ACILNA SKUPINA
Aldehidi i ketoni
• vrlo reaktivni spojevi (adicija, supstitucija, eliminacija,
O
O
C
C
R
oksidacija),
R
H
R'
aldehidi
ketoni
(R, R' = alkil, alkenil, aril,...)
• polarizirana karbonilna dvostruka veza omogućava
međusobne dipol-dipol interakcije,
O
C
R
R
R
R
C
δ
C
O
R'
• ne
sadrže
OH
skupinu
O
δ
δ
R'
C
δ
O
δ
C
δ
O
R'
R'
⇒
međusobno se ne mogu povezivati
vodikovim vezama! ⇒ niža vrelišta
δ
u odnosu na alkohole,
• akceptorska CO skupina omogućuje
hidrataciju.
R
R
R
δ
O
H
δ
H
δ O
δ O
δ C
δ C
R'
R
δ
O
H
H
H
CH3 O CH3
O
CH3 C CH2 CH3
1
2
3
4
butan-2-on
O
C CH2 CH3
CH3 CH C CH CH3
1
3
2
4
5
1
2
3
1-fenilpropan-1-on
2,4-dimetilpentan-3-on
• otapala, sirovine i reagensi u kemijskoj industriji
O
O
d
i
h
H e
d
l
C a
m
r
H o
f
d
H i
h
e
C l
d
a
t
e
c
a
3
H
C
3
H
C n
o
t
e
C c
a
3
H
C
O
• aldehidi i ketoni u prehrambenoj i farmaceutskoj industriji
CH3O
CHO
CHO
COCH3
CH3CH2CH2CHO
HO
Miris:
butanal
vanilin
acetofenon
cinamaldehid
maslac
vanilija
pistacio
cimet
sladoled
slatkiši, hrana, lijekovi
Uporaba: margarin
hrana, parfemi
O
O
H
2-metilundekanal
HO
4-(4-hidroksifenil)butan-2-on
• ketoza, patološko stanje pri kojem organizam dijabetičara proizvodi više acetoacetata
nego što ga može metabolizirati; suvišak acetoacetata pretvara se u aceton (zadah)
O
O
O
H3C
H3C
O
acetoacetat
CH3
aceton
• male strukturne razlike uzrokuju goleme razlike u biološkoj aktivnosti
H3C
CH3
CH3
H
CH3 OH
O
CH3
H
H
H
H
H
O
O
progesteron
testosteron
+ CO2
Karboksilne kiseline
O
• karboksilna skupina R C OH : karbonilna i hidroksilna skupina na istom C atomu
• klasificiraju se prema supstituentu R vezanom na karboksilnu skupinu:
alifatske
aromatske
masne kiseline
O
O
C OH
CH3 CH2 C OH
propanska kiselina
O
CH3 (CH2)16 C OH
stearinska kiselina
benzojeva kiselina
• vrlo reaktivne, sirovine za pripravu različitih derivata
O
R C OH
karboksilna kiselina
O
R C Cl
acil-klorid
O
R C OR'
ester
O
R C NH2
amid
O
O
R C O C R'
anhidrid
O
R C SR'
tioester
O
R C OPO3
acil-fosfat
• karbonilni C atom je, kao kod aldehida i ketona sp2 hibridiziran; tri atoma vezana na
karbonilni ugljik leže u istoj ravnini,
• visoke
temperature
vrelišta
pripisuju
se
stabilnom dimeru, 8-članom prstenu kojeg tvore
dvije intermolekulske vodikove veze,
O
R
HO
δ
C
C
δ
R
O
δ
OH
O
CH3 C OH
CH3 CH2 CH2 OH
octena kiselina
propanol
tv 118 oC
δ
O
tv 97 oC
CH3 CH2 C H
propanal
tv 49 oC
• niže karboksilne kiseline (do C4) su topljive u vodi; povećanjem hidrofobne alkilne
skupine smanjuje se topljivost u vodi,
• dugolančane karboksilne kiseline su topljive u alkoholima (koji su manje polarni od vode).
Karboksilna (di)kiselina
IUPAC ime
Formula
tv (oC)
Topljivost
(g/100 g H2O)
Trivijalno ime
metanska
mravlja
HCOOH
101
∞
etanska
octena
CH3COOH
118
∞
propanska
propionska
CH3CH2COOH
141
∞
butanska
maslačna
CH3(CH2)2COOH
163
∞
pentanska
valerijanska
CH3(CH2)3COOH
186
3.7
etan-dikiselina
oksalna
HOOC−COOH
189
14
propan-dikiselina
malonska
HOOCCH2COOH
136
74
butan-dikiselina
jantarna
HOOC(CH2)2COOH
185
8
pentan-dikiselina
glutarna
HOOC(CH2)3COOH
98
64
heksan-dikiselina
adipinska
HOOC(CH2)4COOH
151
2
• prirodni izvori karboksilnih kiselina
OH
COOH
HOOC COOH
CH3 CH COOH
HOOC CH2 C CH2 COOH
oksalna kiselina
OH
limunska kiselina
mliječna kiselina
OH O
HOOC (CH2)2 COOH
sukcinska kiselina
O
OH
maleinska kiselina
Derivati karboksilnih kiselina
• sadrže skupinu L (leaving group) vezanu na acilnu skupinu koja može biti supstituirana
O
nukleofilom
R C L
O
R C X
acil-halogenid
O
O
R C OR'
ester
O
R C O C R'
anhidrid
O
R C NH2
amid
Acil-halogenidi
• aktivirani derivati karboksilnih kiselina
O
• halogeni atom X: povećava elektrofilnost C atoma, služi kao odlazeća skupina R C X
Anhidridi kiselina
• aktivirani derivati karboksilnih kiselina
O
R C OH
O
HO C R'
O
simetrični anhidridi R=R’
O
R C O C R'
+ H2O
asimetrični anhidridi R≠R’
O
Esteri
R C OR'
• sintetiziraju se iz karboksilnih kiselina i alkohola, uz izdvajanje vode
• ubrajaju se među najraširenije prirodne spojeve,
• ugodan voćni i cvijetni miris
O
O
izopentil-acetat
CH3 COOCH2
benzil-acetat
O
O
O
izobutil-valerat
O
izobutil-propionat
Amidi
• kiselinski derivati nastali kombinacijom karboksilnih kiselina s amonijakom ili aminima
O
O
R C N H
O
R C N H
H
R C N R''
R'
R'
• prirodni amidi
O
H
N
O
H3C
R
O
H
N
N
H
N
N
O
R
N
N
R
CH3
O
H3C
amidne veze
kafein
O
O
HN
N
O
piperin
O
CH3O
N
H
melatonin
Nomenklatura spojeva s funkcijskim (karakterističnim) skupinama
CH3OH
supstitucijska nomenklatura
funkcijsko-razredna nomenklatura
metanol
metil-alkohol
(ime osnovne + ime karakteristične skupine)
(ime supstituenta + razredno ime)
Supstitucijska nomenklatura
Karakteristična
Prefiks
4
skupina
–Br
brom-
–F
fluor-
–I
jod-
– Cl
klor-
– NO
nitrozo-
– NO2
nitro-
3
2
1
CH3 CH2 CH2 CH2 Cl
1-klorbutan
NO2
CH3 CH2 CH2 CH CH3
5
4
3
2
2-nitropentan
1
Karakteristične glavne skupine kao prefiksi i sufiksi
Vrsta spoja
Formula
Prefiks
Sufiks
–CO2H
karboksi-
-karboksilna kiselina
–(C)O2H
–
-ska kiselina
–SO3H
sulfo-
-sulfonska kiselina
–CO2R
R-oksikarbonil-
R...-karboksilat
–(C)O2R
–
R...-oat
–COHal
halogenkarbonil-
-karbonil-halogenid
–(C)OHal
–
-oil-halogenid
–CONH2
-karbamoil-
-karboksamid
–(C)ONH2
–
-amid
–CHO
formil-
-karbaldehid
–(C)HO
okso-
-al
ketoni
(C)═O
okso-
-on
alkoholi
–OH
hidroksi-
-ol
karboksilne kiseline
sulfonske kiseline
esteri
acil-halogenidi
amidi
aldehidi
Funkcijsko-razredna nomenklatura
Supstituent
Razred
halogenid
nitril
keton
alkohol
eter
Primjer
CH3CO–Cl
C2H5–C≡N
CH3–CO–CH3
CH3–OH
C2H5–O–C2H5
Razredno
(ime supstituenta)
ime
CH3CO–
–Cl
(acetil)
(klorid)
C2H5–
–C≡N
(etil)
(cijanid)
CH3–, CH3–
Cjelokupno ime
acetil-klorid
etil-cijanid
C=O
dimetil-keton
(dimetil)
(keton)
CH3–
–OH
(metil)
(alkohol)
C2H5–, C2H5–
–O–
(dietil)
(eter)
metil-alkohol
dietil-eter
Kiseline i kiselinski “ostatci”
R
RCO–
RCOO–
(acil)
(karboksilat)
RCOOH
formil
H
mravlja
formijat
metanoat
acetat
etanoat
metanoil
CH3
octena
acetil
C2H5
propionska
propionil
C3H7
maslačna
butiril
C4H9
valerijanska
valeril
etanoil
itd.
....
propionat
butirat
valerat
itd.
.....
Ime spoja: supstituent − glavni lanac − nezasićena veza − glavna skupina
OH
OH
CH3 CH CH2 OH
CH3 CH CH2 CH2 Cl
1
2
OCH3
3
4
1
5
4-hidroksi-4-metilpentan-2-on
CH2 CH C C CHO
5
4
3
2
1
pent-4-en-2-inal
1
H3C O CH3
butan-2-on
2,4-dimetilpentan-3-on
23
4
1
2
4
3 2
3 4
1
3-oksopentan-1-al
CHO
ciklopropankarbaldehid
5
O
OH
CH3CH2CCH2CHO
CH3
2
Br
OH
6-brom-4-etilheptan-2-ol
O
45
2 3
3
CH3CHCCHCH 3
OH
CH3CCH2CCH3
4
5
CH3CCH2CH3
1
2-metoksibutan
O
4
6
CH3CHCH2CHCH2CHCH3
O
CH3CHCH2CH3
2
3
4-klorbutan-2-ol
propan-1,2-diol
1
7
CH2CH3
CH3CHCH2CH
4
3
2
1
3-hidroksibutan-1-al
O
O
O
CH3CCHCOH
4
3 2
4
1
COOH
fenil-propanoat
CH3 CH CH COOCH3
etil-ciklopent-3-en-1-karboksilat
O
propanoil-klorid
3-oksobutanska kiselina
propil-etanoat
1
1
1
COOC2H5
metil 3-brombutanoat
2
32
CH3CH3COOPh
CH3CHCH2COOCH3
3
4
CH3 C OCH2CH2CH3
Br
CH3CH2CCl
CH3CCH2COOH
O
ciklobutankarboksilna kiselina
2
1
4-aminobutanska kiselina
3-okso-2-propilbutanska kiselina
3
2
H2NCH2CH2CH2COOH
CH2CH2CH3
4
3
CH3CHCH 2CBr
4
3
O
O
Br
2
1
3-brombutanoil-bromid
CH3CNHCH2CH3
2
1
N-etiletanamid
metil-but-2-enoat
O
HCN(CH3)2
1
N,N-dimetilmetanamid

Download Report