Organická chemie 1
RNDr. Petr Cankař, Ph.D. Katedra organické chemie Přírodovědecká fakulta Univerzita Palackého v Olomouci
přednáška OC1 pracovní verze 2009
1
Literatura
Jan Slouka, Iveta Wiedermannová: Průvodce některými úvodními kapitolami organické chemie, 2003, Univerzita Palackého Olomouc, ISBN: 80-244-0603-9.
přednáška OC1 pracovní verze 2009
2
Literatura • John McMurry: Organická chemie, 2007, VUT v Brně, ISBN: 978-80-214-3291-8/ Nakladatelství VUTIUM, VŠCHT Praha, ISBN:978-807080-637-1, přeloženo z anglického originálu John McMurry: Organic Chemistry, Sixth Edition, 2004, Brooks/Cole, a Thomson Learning Company, ISBN: 0534389996 přednáška OC1 pracovní verze 2009
3
Literatura •R. Panico, W.H. Powell, Jean-Claude Richer: Průvodce názvoslovím organických sloučenin, 2000, Academia Praha, přeloženo z anglického originálu (Jaroslav Kahovec, František Liška, Oldřich Paleta). •Otakar Červinka, Václav Dědek, Miloslav Ferles: Organická chemie, 1969, Praha/Bratislava, (další 4 vydání).
přednáška OC1 pracovní verze 2009
4
Literatura: internet • www.google.com (univerzální vyhledávač i pro oblast organické chemie, včetně velmi specializovaných témat). • www.iupac.org (International Union of Pure and Applied Chemistry, nadnárodní nevládní organizace pomáhající tvořit normy v oblasti chemie v globálním měřítku). • www.organic-chemistry.org (odkazy na zajímavá témata, reakce a články). • www.orgchem.upol.cz (Katedra organické chemie PřF UP, studijní portál).
přednáška OC1 pracovní verze 2009
5
Literatura: internet
přednáška OC1 pracovní verze 2009
6
Obsah přednášky • • • • • • • • • • • • •
Úvod do historie organické chemie Struktura a vazba Úvod do názvosloví organické chemie Izomerie Indukční efekty Konjugační efekty Hyperkonjugace Field efekt Tautomerie Sterické efekty Kyselost a zásaditost organických sloučenin Přehled typů organických reakcí Reakce a syntéza přednáška OC1 pracovní verze 2009
7
Historický vývoj organické chemie: vitalistická teorie • V polovině 18. Století byly položeny základy chemie. • Postupně byl definován rozdíl mezi anorganickou a organickou chemií Tornbern Bergman (1770) • Vznik vitalistické teorie. Pro přípravu organických sloučenin je třeba zvláštní síla, kterou mají jen živé organimy. • Vyvrácení Vitalistické teorie FriedrichWöhler (1828) přípravou močoviny z kyanatanu amonného NH4OCN
T
H2N
NH2
O přednáška OC1 pracovní verze 2009
8
Historický vývoj organické chemie: vznik strukturní teorie C
•
• •
•
V polovině 19. století již bylo k dispozici velké množství důkazů v neprospěch Vitalistické teorie a zároveň dostatečné množství pro vznik teorie strukturní. Organická chemie je v podstatě chemií sloučenin uhlíku. Počátek strukturní teorie (1858): August Kekulé a Archibald Scott Couper postulovali, že uhlík je čtyřvazný. Kekulé šel ještě dál. Řekl, že atomy uhlíku se mohou vzájemně spojovat a tvořit násobné vazby. Později formuloval, že také mohou tvořit cykly. Do roku (1874) byly organické sloučeniny vnímány jako plošné útvary (2D). Le Bel a van’t Hoff přidali představám třetí rozměr (3D). Čtyřvazný uhlík má tvar tetraedru, čímž tyto vazby nejsou náhodně orientovány v prostoru. přednáška OC1 pracovní verze 2009
C
C
C
C
C
C
C C
C
C
C C
9
Struktura organických sloučenin a její zobrazení Pro přesné zobrazení organické molekuly je třeba znát: a)
Přesné propojení a typ vazby mezi jednotlivými atomy. b) Délku všech vazeb. c) Vazebné úhly. d) Velikost jednotlivých atomů a prostor, který ovlivňují. e) Schopnost volného otáčení atomů kolem jednotlivých vazeb. Ve skutečnosti je přesné znázornění velmi komplikované a bude vždy jen aproximativní. přednáška OC1 pracovní verze 2009
10
Struktura organických sloučenin a její zobrazení sp3
109,5°
C
154 pm
C
tetraedrické uspořádání
121,7°
sp2 sp
C
133 pm
C 116,6°
180°
C
121 pm
C
planární uspořádání
lineární uspořádání
přednáška OC1 pracovní verze 2009
11
Struktura organických sloučenin a její zobrazení: prostorové modely modely Kekuleho
počítačové 3D zobrazení
modely Stuartovy
přednáška OC1 pracovní verze 2009
12
Struktura organických sloučenin a její zobrazení: strukturní vzorce Rovinný strukturní vzorec vytvoříme nejzazší aproximací, tedy je jen vyjádřeno propojení mezi jednotlivými atomy v molekule a typ vazby. Prostorové uspořádání molekuly je zcela zanedbáno. Kekuleho vzorec H H čárový vzorec H
C
Cl C
H
H
C
C
C
H
S
H H
O C O
Cl H
C
H
C H
H
H
S
O
H
CH3 Cl (CH3)2C=CClCH(SCH3)COOC2H5
O C
C C
H
C
H3C
racionální vzorce
C
C
O H C
C
OC2H5
SCH3
přednáška OC1 pracovní verze 2009
13
Struktura organických sloučenin a její zobrazení: strukturní vzorce- polarita vazeb zobrazení polarity vazeb pomocí šipek
H
pomocí mezních vzorců
F
H
H
F
H
H C
O
H C
H
F
O
C
H
O
H
Oboustranná šipka ↔ je vyhrazena pro znázornění mezních vzorců! Dvě šipky zobrazující oba směry jsou určeny pro vratné reakce. CH3COOH
(CH3)3N
CH3COO
přednáška OC1 pracovní verze 2009
(CH3)3NH
14
Struktura organických sloučenin a její zobrazení: projekční vzorce Newmanova projekce
Cl H2C
CH2
2-chlorethanol Cl
HO
OH
směr pohledu
HO Cl
HO
HO
HO
Cl
Cl Cl syn-periplanární
syn-klinální
anti-klinální
přednáška OC1 pracovní verze 2009
anti-periplanární 15
Struktura organických sloučenin a její zobrazení: projekční vzorce Newmanova projekce A A
C
směr pohledu
D
C B
D
B A směr pohledu
A
C
D
D C
C
C
C
B
B
přednáška OC1 pracovní verze 2009
16
Struktura organických sloučenin a její zobrazení: projekční vzorce Fischerova projekce CH3CH(OH)CH(NH2)COOH
HOOC
H
HOOC
směr pohledu
H
NH2
H HO
NH2 OH
CH3
směr pohledu
H3C
≡
A
směr pohledu
směr pohledu
H
B
COOH
H2N
H
H CH3
Fischerova projekce je v podstatě OH použitelná jen u sloučenin protáhlého tvaru.
přednáška OC1 pracovní verze 2009
17
Struktura organických sloučenin a její zobrazení: projekční vzorce Fischerova projekce
CHO H
OH
OHC
OH
směr pohledu
H H
H
OH CH2OH
směr pohledu
HO
CH3
D-erythrosa Fischerův projekční vzorec neposkytuje žádnou informaci o konformaci molekuly!
přednáška OC1 pracovní verze 2009
18
Struktura organických sloučenin a její zobrazení: projekční vzorce Projekce dle Cahna, Ingolda a Preloga
COOH H
OH
≡
2 HOOC 3 H3C
OH 1 H4
směr pohledu
≡
2
3
HOOC
CH3 OH
CH3
1
H 2
HO
H
(rectus) pravotočivé
4
kyselina mléčná
COOH
R
≡
HOOC
2 HOOC 3 H3C
H 4 OH 1
OH
≡
CH3 H
CH3
3
1
S
(sinister) levotočivé
4 přednáška OC1 pracovní verze 2009
19
Struktura organických sloučenin a její zobrazení: projekční vzorce Pravidlo posloupnosti určuje nadřazenost skupin připojených k chirálnímu centru: atom s vyšším atomovým číslem má přednost před atomem s nižším atomovým číslem. O
2
3
HOOC
CH3 OH H
O>C,C>H 1
2a3
H
C
H
O
O
(C)
C
(O)
O
4
1
O
H H
4
Pokud nelze rozhodnout o nadřazenosti podle atomů v první úrovni, rozhodují atomy v dalším sledu přímo vázané na atomy v první úrovni.
H
C
C
H,H,H H 3
O O,O,(O) 2
O H
1
H
4 přednáška OC1 pracovní verze 2009
20
