Rozdělení organických sloučenin

Transkript

1 Rozdělení organických sloučenin nenasycené nasycené aromatické Uhlovodíky, halogenderiváty X = F, l, Br, I sloučeniny síry S alkoholy, fenoly Deriváty uhlovodíků,,x,,n,s aminy NR 3 aldehydy, ketony nitrosloučeniny N 2 karboxylové kyseliny a jejich deriváty

2 Nasycené uhlovodíky ALKANY (parafíny) a YKLALKANY (nafteny) Jednoduchá vazba, -sp 3 Konformace prostorové uspořádání molekuly vznikající otáčením kolem jednoduchých vazeb

3 Znázornění konformace Newmannovou projekcí: př. butan A B anti-periplanární A B Nejvýhodnější konformace Nejméně výhodná konformace syn-periplanární Další konformace A A B anti-klinální B syn-klinální

4 Stereochemie cyklických sloučenin Planární struktura, vynucená syn-periplanární konformace velké pnutí v molekule Valenční úhel je 60 (ale uhlík v sp 3 má 109 ) Pitzerovo pnutí pnutí v molekulách, které je dáno jejich konformací Beyerovo pnutí pnutí v molekulách, které je dáno deformací valenčního úhlu. (Rozdíl mezi přirozeným uhlem a úhlem v cyklu) Planární struktura Pitzerovo pnutí stejné jako u cyklopropanu Valenční úhel 90

5 obálková konformace zkřížená obálková konformace vaničková konformace (1 : 99) židličková konformace Reaktivita: 2 / Ni 120 Br Br 2 / Ni 180 Br nereaguje 2 / Ni nereaguje

6 Znázorněte Newmannovou projekcí vyznačené pohledy na vazby (o jakou konformaci se jedná?)

7 Příprava alkanů ydrogenační metody: 2 / kat / Pt A R mechanizmus Pt Pt R- 2 -X 2 /Pd R- R X -X R 2 2 / Pt R 2 R

8 Redukce alkoholů R- I R- 2 I 2 2P 3I 2 2PI 3 I/ P 2PI P 3 3I (-)-efedrin (1R, 2S)-1-fenyl-2-(methylamino)propan-1-ol N N ()-pervitin, ()-metamfetamin (S)-()-1-fenyl-N-methylpropan-2-amin ydrolýza Grignardových sloučenin ether R-X Mg RMgX 2 R- Mg()X Redukce karbonylových sloučenin lemmensenova redukce Zng x / l 2-2 N 2 4 Kižněr-Wolfova redukce NN 2 K -N 2

9 Dekarboxylace karboxylových kyselin T R-Na Na R- Na 2 3 Na Na 4 Na 2 3 Wurtzova syntéza 2 R-X 2 Na R-R 2 NaX mechanizmus R-X 2 Na RI Na R-X -NaX R-R NaX ( 2 )n 2 X 2 X Zn n = 1,2,3,4 ( 2 )n 2 2

10 Fyzikální vlastnosti alkanů a cykloalkanů Body tání a varu rostou v homologické řadě s rostoucím počtem uhlíků: Při plyny kapaliny 16 a výše -pevné látky počet v n-alkanu teplota varu teplota tání becně: -bod varu klesá se symetrií molekuly pentan b.v. 36 t.t isopentan b.v. 28 neopentan b.v. 9 t.t teplota tání vzrůstá se symetrií molekuly Bezbarvé látky, nepolárního charakteru, rozpustné v nepolárních rozpouštědlech, nerozpustné ve vodě, hustoty menší než 1g.cm -3 plavou na vodě Alkan

11 hemické vlastnosti Není žádné centrum reaktivity (díky nepolárním vazbám) málo reaktivní (parum affinis = málo slučivý). Reakce mají pouze radikálový charakter. alogenace: př. hlorace methanu S R Iniciace: l l h 2 l Propagace Terminace l l l l l l l l l l l l 4 l 2 l l l l 2 2 l 2 l 2 l 2 l 2 l 3 l l 3 l 2 l 4 l Radikálové reakce značně neselektivní (směs produktů) l 2 UV -l l l

12 Sulfochlorace S R R- l 2 S 2 E 2 -l R- 2 -S 3 R- 2 -S 2 l alkylsulfonylchlorid Nitrace S R R- N R- 2 -N 2 xidace - hoření ( 2 ) Iniciace: E..

13 Výskyt uhlovodíků Zemní plyn (methan, ethan, propan ), uhlí Ropa (uhlovodíky do 50, nasycené, nenasycené, aromatické, heterocyklické b.v benzinová frakce 5-11 b.v petrolejová frakce b.v plynový olej b.v mazací oleje a vosky (parafin) destilační zbytek mazut (topivo či asfalt) Benzínové frakce (pro zážehové motory s nejvyšším oktanovým číslem): uhlovodíky s rozvětveným řetězcem 2,2,4-trimethylpentan o.č. 100 n-heptan o.č. 0 (největší sklon k samozápalu) Motorová nafta (pro vznětové motory ): lineární uhlovodíky

14 Izomerace (převedení lineárních řetězců benzínové frakce v rozvětvené) All 3 Krakování (štěpení dlouhých řetězců) R / katal. R R- směs uhlovodíků s různou délkou řetězců nenasycené uhlovodíky Methan součást zemního plynu, střevních plynů, bahenní plyn. Palivo a důležitá průmyslová surovina výroba acetylénu, methanolu, vodíku, kyanovodíku a sazí Propan a butan doprovázejí ropu. Topné plyny, hnací plyny (nahrazují freony), palivo zážehových motorů (LPG), výroba butadienu a propenu (suroviny pro výrobu umělých hmot) Vyšší uhlovodíky paliva a rozpouštědla (heptakosan) a (hentriakosan) složky včelího vosku

15 Nenasycené uhlovodíky ALKENY (olefiny) Dvojná vazba, -sp 2, geometrická izomerie (E-Z) Příprava alkenů dehydrohalogenace 1. Eliminační metody dehalogenace R 3 R 4 X -X B I Zn -ZnX 2 X R 3 R 4 X dehydratace R 3 R 4 R 3 R (T, kat) R 3 R 4 katalytická dehydrogenace

16 2 Br K -Br Platí Zajcevovo pravidlo: Při eliminaci se bude odštěpovat atom vodíku z toho sousedního atomu, který má méně atomů vodíků. 3 3 ( 2 S 4 ) Snadnost dehydratace:terciální> sekundární>primární Retropinakolinový přesmyk: Průmyslová výroba butadienu: / kat T

17 2. Syntetické metody přípravy alkenů Wittigova metoda X R 3 PPh 3 R 3 R 4 R 4 Adolová kondenzace 2 Q R 3 B I - 2 Q R 3 mechanizmus: 2 Q B I -B I Q nukleofilní adice R 3 Q R 3 B -B I Q R 3 Q R 3-2

18 Fyzikální vlastnosti -přítomnost dvojné vazby snižuje teplotu tání a teplotu varu. -butan t.t 135 t.v.-0,5 -buten t.t.-190 t.v.-6,7 hemické vlastnosti Reaktivní díky násobné vazbě: Adice elektrofilní a radikálové A E : 2 X 2 X X X -komplex -komplex Platí Markovnikovo pravidlo: Při elektrofilních adicích se elektrofil aduje na ten atom uhlíku, kde je více atomů vodíků. (sterický faktor)

19 l l Br Br Br 2 ( 2 S 4 ) KMn 4, 2 S 3 2 ydroborace B B B 3 2 zonolýza (k určení polohy násobné vazby) R 1 3 R 3 R 3 R 4 R 4 R R R 4 isoozonid ozonid R 3

20 A R : ydrogenace R R - teplo, tlak, kat. R 2 2 R Ztužování tuků Rostlinný olej nenasycené kapalné tuky 2, Ni kat. teplo Margarin nasycené tuhé tuky Polyadice molekuly se spojují do dlouhých řetězců iniciace: Y-Y E 2 Y. Y. 2 Y 2. propagace: Y 2. n R 2 R R R Y 2 2 * R R n terminace: rekombinace dvou rostoucích řetězců Výroba: PE,PP, PS, PV

21 Ethen plyn, v malé míře provází methan. Vzniká při krakování ropných frakcí. Vyrábí se z něj ethylenglykol, syntetický ethanol, polyethylén Propen- rovněž vzniká při krakování ropných frakcí. Vyrábí se z něj glycerín, kumen (z něj pak fenol a aceton) a převážně popypropylén Izobutylén (2-methylpropen) složí k výrobě polyisobutylénu látka podobná kaučuku (duše pneumatik)

22 Řešené úlohy a schémata 1.Na základě reakcí vedoucí k přípravě nasycených uhlovodíků znázorněte přípravu hexanu. Zng x /l Na T Na 2 /Pd - Na N K Na 2 Br 2 I/P Mgl 2 /Pd 2 /Pd Mg l K 2 S 4 eliminace l eliminace 2

23 2. Na butanu znázorněte reaktivitu nasycených uhlovodíků dokonalé hoření S 2 l nedokonalé hoření 2 S 2 l 2 /UV - 2 /katalyzátor (dehydrogenace) 2 l 2 /UV I 2 / UV F 2 /UV N 3 /400 l l nereaguje l l směs fluoroderivátů lišící se polohou a počtem atomu uhlíků v řetězci N 2 N 2

24 3. Z jakých sloučenin se dá přímo připravit tento cykloalken? Br eliminace S 4 Zn -ZnBr 2 Br l K -l (-Kl) - 2 př.pt; vyšší tlak a teplota eliminace l katalytická dehydrogenace 4. Reakčním schématem znázorněte eliminací vody z 2-ethylcyklopentanolu a následnou adicí Br na tento produkt: 2 S 4-2 Br Br

25 5. Na principu Wittigovy syntézy připravte 1-(2-methylprop-1-en-1-yl)benzen: Br P 3 6. Na principu aldolové kondenzace připravte 1-(2-nitroethenyl)benzen 3 N 2 báze 2 N 2-2 N 2

26 7. Na 3-methylbutenu demonstrujte hlavní reakce alkenů a připravte z něj tyto následující sloučeniny: a) 2-chlor-3-methylbutan b)1,2-dichlor-3-methylbutan c) 1-chlor-3-methylbutan-2-ol d) 3-methylbutanol e) 3-methylbutan-2-ol f) 3-methylbutan-1,2-diol g) ekvimolární směs formaldehydu a 2-methylpropanalu h) 2-methylbutan h 2, Pd a l l l 2 l l b g KMn 4, 2 2 l ( 2 l 2 ) 1.B c l f e d

27 Seminární úkoly 1. Napište všechny příslušné alkeny, jejichž katalytickou hydrogenaci ( 2 /katalyzátor) může vzniknout: o vznikne katalytickou hydrogenaci 1,2-dimethylcyklohexenu? 3. Z cyklohexanolu připravte cyklohexan. 4. Z chlorbutanu připravte butan. 5. o vznikne reakcí propylmagnezium-bromidu s a) vodou b) D 2 (těžká voda). 6. Zredukujte pentan-2-on a) lemmensenovou b) Kižněr Wolffovou redukci. 7. Znázorněte reakčním schématem přípravu ethanu z kyseliny propanové (z její sodné soli). 8. Pomocí Wurtzovy syntézy připravte a) hexan b) cyklohexan c) cyklopropan. Který z těchto dvou cyklických uhlovodíků bude vznikat nejsnadněji? 9. Sestavte pořadí těchto uhlovodíků podle bodu varu: A: B: 1 2 3

28 10. Znázorněte chemickou rovnici hoření a) methanu b) propanu c) butanu v nadbytku kyslíku a rovnici vyčíslete. 11. Jaké produkty lze očekávat při hoření methanu v nedostatku kyslíku. 12. Průmyslově se používají radikálové reakce zejména při halogenacích uhlovodíků. Znázorněte reakčním schématem za použití vhodného halogenu halogenaci a ) 2,2-dimethylpropanu b) 2,2-dimethylbutanu c) butanu. Kolik možných monohalogenovaných derivátů můžeme získat? 13. Sulfochlorace, následné hydrolýze a tvorbě soli se používá k výrobě některých typů detergentů (látky snižující povrchové napětí dvou nemísitelných soustav). Znázorněte tuto reakční sekvenci s dodekanem na uhlíku č Srovnejte teplotu tání a) pentanu a pentenu b) hexanu a hexenu. Vysvětlete rozdíly 15. Eliminačními reakcemi připravte příslušný alken z těchto sloučenin: Doplňte produkty a příslušné reaktanty. 1 Br Br Br 6 Br 16. Pomocí Wittigovy metody připravte a) 2,3-dimethylbut-2-en b) 1-(2-methylprop-1-en-1-yl)benzen. 17. Na principu aldolové kondenzace připravte tyto nenasycené sloučeniny a) 3-fenylprop-2-ennitril b) 2,3-dimethylbut-2- enovou kyselinu

29 8. Doplňte produkty reakce: 1 2 l 4 2 l 2 / Raney Ni 5 Br S Doplňte produkty následujících reakcí: 7 1 l 4 s 4, 2 7 Br 2 KMn 4, 2 5 3, S 4 3 D 2 / Pt 6 2

30 20. o vznikne ozonolýzou a následnou hydrolýzou vzniklého meziproduktu a) 3-methylbutenu b) propylidencyklohexanu? Znázorněte reakčním schématem. 21. zonolýzou látky A vznikl formaldehyd a pentan-2-on. o je výchozí látka A? 22. o vznikne hydroborací butenu a následnou oxidací aduktu peroxidem vodíku. 23. Z bromcyklohexanu připravte 1,2-dibromcyklohexan. 24. Z ethanolu připravte ethan-1,2-diol. 25. Z 1-chlorbutanu připravte 2-chlorbutan. 26. Jakým způsobem lze z but-1-ynu připravit a) but-1-en b) but-2-en. 27. Schématicky naznačte výrobu polyethylenu radikálovým polyadičním mechanizmem. 28. Kterými chemickými reakcemi rozlišíme krakovaný benzín od normálně destilovaného. 29. Jak se ztužují roztlinné oleje na margaríny? Uveďte mechanizmus reakce a vysvětlete důvod a důsledek tohoto zpracování.