Struktura organických sloučenin

Transkript

1 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 vynecháváněkterésymboly vazeb nebo i označeníatomůuhlíku a vodíku Empirický Sumární Strukturní Racionální Benzen C C 6 6 Izomerie: Izomerie konstituční: způsob a navázání atomů v molekule Struktura organických sloučenin butan C 4 10 C 3 3 C C C 3 2-methylpropan C 2 6 O ethanol dimethylether 1

2 Izomerie: Izomerie konstituční: způsob a navázání atomů v molekule Struktura organických sloučenin Tautomerie liší se polohou vodíkového atomu a dvojné vazby Acetaldehyd oxo forma C 2 4 O Acetaldehyd enol forma Struktura organických sloučenin Izomerie: 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

3 Struktura organických sloučenin Izomerie: 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: Izomerie konfigurační: stejná konstituce, odlišné rozložení v prostoru Konformační izomerie: volné otáčení kolem vazeb, konformery přecházejí jeden na druhý (např. butan) C 3 C 3 C 3 C 3 3

4 Názvosloví Alkany: Alkeny: Alkyny: C1 methan C2 ethan ethen ethyn C3 propan propen propyn C4 butan buten butyn C5 pentan penten pentyn C6 hexan hexen hexyn C7 heptan hepten heptyn C8 oktan okten oktyn C9 nonan nonen nonyn C10 dekan decen decyn C11 undekan undecen undecyn C12 dodekan dodecen dodecyn Nejdelší řetězec: Názvosloví 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 volíčíslovánítak, aby byly lokanty co nejnižší. Pokud jsou dvě možnosti nejnižších lokantůstejné, pak mádvojnávazba přednost před trojnou. but-2-en but-1-en-3-yn pent-1,3-dien 4

5 Názvosloví Cykly: předpona cyklo C 3 methylcyklohexa n 3-methylcyklohexen Nejčastější funkční skupiny: předpona koncovka alogen fluorchlorbromjod- Amin amino- Nitro nitro- Alkohol hydroxy- -ol Aldehyd oxo- -al Keton oxo- -on Karboxyl karboxy- -ová kyselina Další informace o názvosloví jsou ještě u jednotlivých skupin sloučenin Typy vazeb : viz Obecná chemie Chemická vazba Prvky s vyššíelektronegativitou si přitahujíelektrony => 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, -O, -OR, -N 2, -NR, -NR 2, -S, -SR záporný (substituenty s násobnou vazbou) např. -C=O, -C(=O)R, -COO, -COOR, -CON 2, -NO 2, -SO 3, -CN 5

6 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 Zrcadlovéobrazy jsou enantiomery (lišíse pouze směrem stáčeníroviny polarizovaného světla) Směs enantiomerů1 : 1 je racemát Stereochemie Způsoby zobrazování: prostorové vzorce plná vazba směřuje před rovinu a čárkovaná za rovinu Fischerova projekce = Vodorovnévazby směřujívždy k nám, svislévždy od nás Svisle se kreslí uhlíkový řetězce; nejvyšší oxidační stupeň se kreslí nahoru Pro stanoveníkonfigurace je nutnéstanovit si prioritu jednotlivých substituentů 6

7 Stereochemie Priorita podle sekvenčních pravidel (Cahn, Ingold, Prelog) Vyjdeme z chirálního centra ve směru šipek a zjistíme k jakému atomu dojdeme V uvedeném případěto jsou vodík, uhlík, dusík a uhlík Priorita atomů se stanovuje podle jejich atomového čísla (= hmotnost) V uvedeném případěje 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 mávyššíprioritu nežvodík => 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 nejnižšíprioritou směřoval od nás a zbylé tři substituenty tvořily jakýsi volant Směr otáčeníod jedničky přes dvojku k trojce je buďpo směru hodinových ručiček, tj. konfigurace R (výše uvedený případ), nebo proti směru hodinových ručiček, tj. konfigurace S 7

8 Stereochemie Molekula, kterámávíce chirálních center vede k počtu izomerů2 n, kde n je počet chirálních center. Např. molekula se dvěma chirálními centry má tedy čtyři izomery. enantiomery enantiomery diastereomery diastereomery Stereochemie Možnéjsou tedy celkem čtyři kombinace R,R; S,S; R,S a S,R Zrcadlovéobrazy (R,R x S,S a R,S x S,R) jsou enantiomery Molekuly, kterémajíjedno chirálnícentrum se shodnou konfiguracía druhés 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 symetrickápodle naznačenéosy, otočením pravémolekuly v roviněpapíru ve směru hodinových ručiček získáme jejízrcadlový obraz. Molekula tedy není opticky aktivní. Je to mesoforma. 8

9 Stereochemie Pro označenírelativníkonfigurace dvou substituentůse používáoznačeníthreo 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 S R S E S N adice A R A E A N eliminace E - reakce se třídí podle činidel (nukleofilní činidlo nukleofilní reakce atd.) - řád vazby se nemění(substituce), zvětšuje (eliminace) nebo zmenšuje (adice); 9