Obsah 1. Úvod Struktura organických sloučenin a její zobrazení Názvosloví organických sloučenin 26

Transkript

1 Předmluva Osvědčená koncepce základního kurzu organické chemie je založena na seznámení s přípravou, vlastnostmi, reaktivitou a praktickým použitím jednotlivých typů organických sloučenin. Při této koncepci však mohou unikat některé souvislosti mezi jednotlivými typy sloučenin a jejich reaktivitou. To bylo hlavní motivací pro sepsání této multimediální učebnice, které by měla přinášet určitý ucelený pohled na organickou chemii ještě před vlastním studiem. Současně by měla přispět k rychlému seznámení s některými základními pojmy, které toto studium usnadní. U každé kapitoly jsou zařazeny příklady k procvičení.

2 Obsah Předmluva 3 Obsah 4 1. Úvod Nejdůležitější historické mezníky Stanovení sumárního vzorce Strukturní teorie První organická syntéza Předmět organické chemie a její postavení mezi ostatními obory Předmět organická chemie Postavení mezi ostatními obory Prezentace výsledků a nových poznatků základního výzkumu a 15 literatura organické chemie Chemická periodika Referátové časopisy Kompendia organické chemie Učebnice organické chemie Struktura organických sloučenin a její zobrazení Prostorové modely Strukturní vzorce Projekční vzorce Newmanova projekce Fischerova projekce Projekce dle Cahna, Ingolda a Preloga Názvosloví organických sloučenin Obecné principy Základní skelety organické molekuly Substituenty odvozené od uhlovodíků a heterocyklů Vyjádření počtu stejných substituentů Názvosloví základního skeletu molekuly Alkany C n H 2n Jiné homogenní hydridy Heterogenní hydridy 30

3 Cykloalkany Monocyklické C n H 2n Vícecyklické Můstkové Spirocykly Aromatické uhlovodíky Nekondenzované areny Kondenzované aromatické uhlovodíky Ortho-kondenzované systémy Čistě benzoidní Obsahující i nebenzoidní cykly Obsahující jen nebenzoidní cykly Peri-kondenzované systémy Plně benzoidní Obsahující i jiné cykly Heterocykly Racionální názvosloví Tabulka předpon, které jsou seřazeny v sestupném pořadí nadřazenosti Tabulka přípon Příklady použití údajů v tabulkách Triviální názvosloví Pětičlenné heterocykly Šestičlenné heterocykly Vzájemně kondenzované heterocykly Modifikace základního skeletu molekuly Názvosloví nenasycených sloučenin Zavedení násobných vazeb Parciální hydrogenace Kondenzované uhlovodíky a heterocykly Větvený skelet Větvený alifatický uhlovodík Racionální názvosloví Triviální názvy 50

4 Substituované alicyklické uhlovodíky Racionální názvosloví Triviální názvy Substituované aromatické uhlovodíky Racionální názvosloví Triviální názvy Substituované a nasycené heterocykly a radikály od nich odvozené Funkční deriváty uhlovodíků, heterocyklů a dalších základních skeletů 56 molekuly Seřazení nejdůležitějších skupin podle klesající priority Přehled nejdůležitějších funkčních skupin mimo karboxylové kyseliny 57 a jejich derivátů Názvosloví karboxylových kyselin Racionální názvosloví Triviální názvosloví Některé funkční deriváty Halogenidy kyselin Estery Anhydridy Amidy Hydrazidy a azidy Nitrily Instruktivní příklady vytvoření názvu Isomerie Isomerie rovinná Isomerie polohová Isomerie násobných vazeb Isomerie řetězová Isomerie cyklo-řetězová Cyklořetězová isomerie s nenasycenou alifatickou a cyklickou 74 strukturou Struktury lišící se velikostí cyklu Cyklické struktury lišící se počtem a velikostí cyklů 75

5 Isomerie radikálová (skupinová, metamerie) Isomerie prostorová Isomerie geometrická Substituované alkeny Kumulované systémy s lichým počtem kumulovaných násobných 77 vazeb Dusíkaté nenasycené sloučeniny Substituované trojčlenné a čtyřčlenné cykly Vícečlenné cykly Isomerie optická Základní pojmy Typy asymetrických molekul Asymetrický atom Asymetrie u derivátů systémů se sudým počtem kumulovaných 80 násobných vazeb Asymetrie způsobená znemožněním volné otáčivosti Jiné asymetrické útvary Sloučeniny obsahující jedno asymetrické centrum Diastereomerie Metody štěpení racemátů na antipody nebo získání jednoho antipodu 86 z racemické směsi Dělení na základě enantiomorfie Dělení na základě převedení racemické směsi na směs dvou 86 diastereomerů Získání jen jednoho antipodu z racemické směsi Význam dělení racemických směsí Obecný přístup k posouzení vlastností a reaktivity organických 91 sloučenin 5.1. Vazebné faktory Základní typy vazeb Vazby jednoduché Dvojná vazba Trojná vazba 93

6 Konjugace a její vliv na vlastnosti a reaktivitu Mesomerní stav Princip výpočtu mesomerní energie Typy mesomerních systémů Isovalentní konjugace Normální konjugace Aromatický stav Shrnutí pravidel pro správné znázornění mesomerního stavu a 103 vzájemné srovnání různých typů konjugace na základě odhadu jejich delokalizační energie Některé příklady demonstrující vliv mesomerie na vznik a štěpení 107 vazeb Acidobazické reakce Vliv mesomerie na štěpení vazby C-X (X = halogen) Vliv mesomerie na štěpení vazby C-C Hyperkonjugace Vodíková vazba (dříve vodíkový můstek) Intermolekulární vodíková vazba Intramolekulární vodíková vazba Dvouelektronová třístředová vazba Efekty Efekty induční Indukční efekt (I s ) Efekt induktomerní (I d ) Efekty konjugační (K) Efekty mesomerní (M) Efekt elektromerní Efekt přímý (F-efekt) Celkový pohled na vlastnosti a reaktivitu dané sloučeniny z hlediska 131 vazebných faktorů 5.2. Sterické faktory Obecné údaje o prostorové stavbě molekul Základní parametry 132

7 Rozdělení molekul v závislosti na uspořádání řetězce Celkový tvar molekuly Molekuly obsahující alespoň jednu jednoduchou vazbu s volnou 134 otáčivostí atomů Rigidní molekuly Sterické poměry u alifatických sloučenin Sloučeniny neobsahující násobné vazby Sloučeniny obsahující isolované a konjugované dvojné vazby Sloučeniny obsahující trojné vazby Sloučeniny obsahující kumulované násobné vazby Sterické poměry u cyklických systémů Pnutí v cyklech Pnutí u nasycených cyklů a jeho vliv na konformaci Sterické poměry u nenasycených cyklů Konformace a podoba geometrické isomerie u vyšších cyklů Stabilita a otevírání cyklů Faktory hrající roli při cyklizačních reakcích Pnutí tvořícího se cyklu Pravděpodobnostní faktor Cyklus jako tranzitní stav Sterické uspořádání podporující reaktivitu Reakce podporovaná přechodem sp 3 hybridizace na planární sp hybridizaci Sterická zábrana Zastínění centra v nejbližším okolí Six rule Sterická zábrana v důsledku zablokování volné otáčivosti Sterická zábrana v důsledku rigidního uspořádání a v důsledku 154 nevýhodných valenčních úhlů 6. Roztřídění reakcí a principy jejich zařazení do jednotlivých typů Základní kriteria roztřídění reakcí Formální hledisko Dle reakčního mechanismu 156

8 Molekularita reakce Typy činidel Radikálová činidla (R. ) Nukleofilní činidla Elektrofilní činidla Příklady některých reakcí Adiční reakce Elektrofilní adice (A E ) Nukleofilní adice (A N ) Silné nukleofily Slabé nukleofily Reakce s C-kyselinami za bazické katalýza (aldolisace) Radikálové adice Cyklické adice Substituční reakce (S) Nukleofilní substituční reakce Na nasyceném atomu C V aromatické řadě Elektrofilní substituce S E V aromatické řadě Na nasyceném atomu C Radikálová substituce S R Eliminační reakce Trans-eliminace Dehydrohalogenace Dehalogenace Dehydratace Štěpení kvarterních amoniových hydroxidů Směr eliminace Cis-eliminace Přesmyky Přesmyky nasycených systémů Nukleofilní přesmyky 170

9 Elektrofilní přesmyky na nasyceném atomu C Přesmyky nenasycených systémů Cyklické přesmyky Intramolekulární aromatické přesmyky 173