Struktura organických sloučenin Vzorce: Empirický (stechiometrický) – druh atomů a jejich poměrné zastoupení v molekule Sumární (molekulový) – druh a počet atomů v molekule Strukturní – které atomy jsou spojeny s kterými a jakými vazbami Racionální – vynechává některé symboly vazeb nebo i označení atomů uhlíku a vodíku
Benzen
Empirický
Sumární
CH
C6H6
Strukturní
Racionální
Struktura organických sloučenin Izomerie: Sloučeniny stejného sumárního vzorce lišící se svou strukturou Izomerie konstituční: způsob a navázání atomů v molekule butan C4H10
CH3 2-methylpropan
H3C
C H
CH3
ethanol C2H6O dimethylether
1
Struktura organických sloučenin Izomerie: Sloučeniny stejného sumárního vzorce lišící se svou strukturou Izomerie konstituční: způsob a navázání atomů v molekule Tautomerie – liší se polohou vodíkového atomu a dvojné vazby
Acetaldehyd – oxo forma C2H4O Acetaldehyd – enol forma
Struktura organických sloučenin Izomerie: Sloučeniny stejného sumárního vzorce lišící se svou strukturou Izomerie konfigurační: stejná konstituce, odlišné rozložení v prostoru Geometrická izomerie
Z-but-2-en (Z = zusammen = spolu); starší označení je „cis“
E-but-2-en (E = entgegen = proti); starší označení je „trans“
2
Struktura organických sloučenin Izomerie: Sloučeniny stejného sumárního vzorce lišící se svou strukturou Izomerie konfigurační: stejná konstituce, odlišné rozložení v prostoru Optická izomerie (zrcadlové obrazy)
S-2-aminopropanová kyselina (S-alanin) „plná“ vazba směřuje před rovinu nákresu, „čárkovaná“ vazba směřuje za rovinu nákresu R-2-aminopropanová kyselina (R-alanin) „plná“ vazba směřuje před rovinu nákresu, „čárkovaná“ vazba směřuje za rovinu nákresu
Struktura organických sloučenin Izomerie: Sloučeniny stejného sumárního vzorce lišící se svou strukturou Izomerie konfigurační: stejná konstituce, odlišné rozložení v prostoru Konformační izomerie: volné otáčení kolem vazeb, konformery přecházejí jeden na druhý (např. butan) CH3
H
CH3
H
H
H
CH3 H
H H
H
CH3
3
Názvosloví C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12
Alkany: methan ethan propan butan pentan hexan heptan oktan nonan dekan undekan dodekan
Alkeny:
Alkyny:
ethen propen buten penten hexen hepten okten nonen decen undecen dodecen
ethyn propyn butyn pentyn hexyn heptyn oktyn nonyn decyn undecyn dodecyn
Názvosloví Nejdelší řetězec: 2-methylbutan
3-methylpentan (není to 2-ethylbutan)
jinak nakreslený 3-methylpentan je stále 3-methylpentan Dvojná nebo trojná vazba má číslo atomu, ze kterého vychází. Pro více vazeb se volí číslování tak, aby byly lokanty co nejnižší. Pokud jsou dvě možnosti nejnižších lokantů stejné, pak má dvojná vazba přednost před trojnou. but-2-en but-1-en-3-yn pent-1,3-dien
4
Názvosloví Cykly: předpona „cyklo“ CH3
methylcyklohexa n Nejčastější funkční skupiny: předpona Halogen fluorchlorbromjodAmin aminoNitro nitroAlkohol hydroxyAldehyd oxoKeton oxoKarboxyl karboxy-
3-methylcyklohexen
koncovka
-ol -al -on -ová kyselina
Další informace o názvosloví jsou ještě u jednotlivých skupin sloučenin
Chemická vazba Typy vazeb : viz „Obecná chemie“ Prvky s vyšší elektronegativitou si přitahují elektrony => polarizace vazby (např. C->halogen; C->O; C->N; C<-Li, C<-Mg) Indukční efekt
kladný (substituent poskytuje elektrony více než vodík) např. alkyl záporný (substituent odtahuje elektrony více než vodík) např. halogen, hydroxyl, amin
Mezomerní efekt
kladný
(substituent s volným elektronovým párem jej poskytuje do konjugace (pravidelné střídání dvojných a jednoduchých vazeb)
např. -F, -Cl, -Br, -I, -OH, -OR, -NH2, -NHR, -NR2, -SH, -SR záporný (substituenty s násobnou vazbou) např. -CH=O, -C(=O)R, -COOH, -COOR, -CONH2, - NO2, -SO3H, -CN
5
Stereochemie Optická izomerie: Chiralita – molekuly jsou neztotožnitelné zrcadlové obrazy atom uhlíku se čtyřmi různými substituenty (asymetrický uhlík) = centrální (bodová) chiralita Další typy chirality – podle osy, podle roviny Zrcadlové obrazy jsou enantiomery (liší se pouze směrem stáčení roviny polarizovaného světla)
Směs enantiomerů 1 : 1 je racemát
Stereochemie Způsoby zobrazování: prostorové vzorce – plná vazba směřuje před rovinu a čárkovaná za rovinu
Fischerova projekce
=
Vodorovné vazby směřují vždy k nám, svislé vždy od nás Svisle se kreslí uhlíkový řetězce; nejvyšší oxidační stupeň se kreslí nahoru Pro stanovení konfigurace je nutné stanovit si prioritu jednotlivých substituentů
6
Stereochemie Priorita podle sekvenčních pravidel (Cahn, Ingold, Prelog)
Vyjdeme z chirálního centra ve směru šipek a zjistíme k jakému atomu dojdeme V uvedeném případě to jsou vodík, uhlík, dusík a uhlík Priorita atomů se stanovuje podle jejich atomového čísla (= hmotnost) V uvedeném případě je vodík tedy číslo čtyři a dusík číslo jedna, mezi uhlíky nemůžeme rozhodnout. Pokud nelze rozhodnout, pokračujeme „sekvenčně“ dál. Za uhlíkem umístěným dole jsou navázány tři atomy vodíku. Za uhlíkem umístěným nahoře jsou navázány tři atomy kyslíku (jsou sice dva, ale jeden je vázaný dvojnou vazbou, tj. dvakrát). Kyslík má vyšší prioritu než vodík => karboxyl je číslo dva a methyl je číslo tři.
Stereochemie V našem případě je tedy pořadí substituentů následující:
Vzorec je potřeba umístit tak, aby substituent s nejnižší prioritou směřoval od nás a zbylé tři substituenty tvořily jakýsi „volant“. 4 1
2
3
Směr otáčení od jedničky přes dvojku k trojce je buď po směru hodinových ručiček, tj. konfigurace R (výše uvedený případ), nebo proti směru hodinových ručiček, tj. konfigurace S
7
Stereochemie Molekula, která má více chirálních center vede k počtu izomerů 2n, kde n je počet chirálních center. Např. molekula se dvěma chirálními centry má tedy čtyři izomery.
enantiomery
enantiomery
diastereomery
diastereomery
Stereochemie Možné jsou tedy celkem čtyři kombinace R,R; S,S; R,S a S,R Zrcadlové obrazy (R,R x S,S a R,S x S,R) jsou enantiomery Molekuly, které mají jedno chirální centrum se shodnou konfigurací a druhé s odlišnou (R,R x R,S nebo R,R x S,R a S,S x S,R nebo S,S x R,S) jsou diastereomery. Diastereomery mají odlišné fyzikální vlastnosti. Mesoforma:
Pokud je molekula symetrická podle naznačené osy, otočením pravé molekuly v rovině papíru ve směru hodinových ručiček získáme její zrcadlový obraz. Molekula tedy není opticky aktivní. Je to mesoforma.
8
Stereochemie Pro označení relativní konfigurace dvou substituentů se používá označení threo a erythro
erythro
threo
Pokud se tedy jedná o erythro 2,3,4-trihydroxybutanal, je to jeden z dvojice uvedené vlevo, kdy jsou obě hydroxylové skupiny na stejné straně
Rozdělení reakcí radikálové
elektrofilní
nukleofilní
substituce
SR
SE
SN
adice
AR
AE
AN
eliminace
E
- reakce se třídí podle činidel (nukleofilní činidlo ⇒ nukleofilní reakce atd.) - řád vazby se nemění (substituce), zvětšuje (eliminace) nebo zmenšuje (adice);
9
