rganická chemie Sloučeniny uhlíku rganické sloučeniny istorie vznik pouze v živém organismu působením životní síly (vis vitalis) Mezník syntéza močoviny z kyanatanu amonného (Wöhler, 1828) zahřívání N 4 N 2 NN 2 Dnes sloučeniny uhlíku, kromě, 2, S 2, N a kyanidy, 2 3 a její soli rganické sloučeniny rganické sloučeniny Uhlovodíky hydridy uhlíku (pouze prvky a ) Kovalentní vazby mezi atomy Čtyřvaznost uhlíku Deriváty uhlovodíků hydridy uhlíku obsahující ještě jiné prvky hybridizace sp 3 sp 2 sp vazebný úhel 109 o 28 120 o 180 o vazby 4 σ 3 σ, 1 π 2 σ, 2 π Různé typy atomů uhlíku různě reaktivní ve sloučenině 3 3 2 3 3 3 I II III IV primární uhlík sekundární uhlík terciární uhlík kvartérní uhlík Rozdělení uhlovodíků 2,3,3trimethylpentan 1
Acyklické (alifatické) uhlovodíky yklické uhlovodíky nerozvětvené rozvětvené alicyklické monocyklické aromatické pentan 2methylbutan 3 2 2 2 3 2 3 3 cyklohexan benzen zjednodušeně: 3 polycyklické, např bicyklické aromatické kondenzované perhydronaftalen (dekalin) naftalen Uhlovodíky nasycené nenasycené Aromatické uhlovodíky (areny) nenasycené cyklické uhlovodíky cyklopentan cyklopentadien konjugovaný systém dvojných vazeb atomy leží v jedné rovině (hybridizace atomů sp 2) nehybrizované p orbitaly nad/pod rovinou kruhu πm delokalizace πelektronů energeticky výhodné pentan pent2en ückelovo pravidlo: Σ(πelektronů) = 4n + 2 (kde n = 0, 1, 2, ) typické reakce: substituce a nikoliv adice Benzen Názvosloví 1865 Kekulé Triviální dle výskytu mravenčí, močovina rezonanční struktury dle vlastností glycerin z řec γλψκεροσ sladký 1,3,5cyklohexatrien vazby jsou rovnocenné delokalizační energie energie, která se uvolní při delokalizaci πelektronů u benzenu 151 kj/mol Semisystematické citronová, aceton, fruktosa glycerol, lipasa, pikrová (z řec πικροσ hořký) výjimky: pyrrol, glykogen, freon, teflon 2
Názvosloví Systematické z názvu sloučeniny lze odvodit její strukturu od roku 1892 na kongresu v Ženevě dnes Mezinárodní unie pro čistou a užitou chemii (International Union of Pure and Applied hemistry, IUPA) Názvosloví pisné (funkční skupinové názvy) jedno/více oddělených slov před/za názvem základní struktury sodná sůl octové natriumacetát, octan sodný ethylester octové ethylacetát anhydrid octové acetanhydrid chlorid octové amid octové acetylchlorid acetamid Názvosloví Principy systematického názvosloví Technické (obchodní) líh ethanol nitroglycerin glyceroltrinitrát freony chlorfluorderiváty methanu a ethanu silon polyamid PB polychlorované bifenyly 1) Substituční 2) Aditivní 3) Konjuktivní 4) Substraktivní (eliminační) 5) Záměnný Základní struktura a) Základní hydrid nevětvená acyklická/cyklická sloučenina k atomům řetězce vázány pouze atomy např Základní hydrid příklady ethan ethen ethyn 3 3 2 = 2 cyklohexan cyklohexen 4 Si 4 methan (karban) silan benzen pyridin N 3
Základní struktura b) Funkční základ = struktura obsahující: 1 nebo více charakteristických skupin aspoň 1 nahraditelný atom v základním řetězci / charakteristické skupině 3 octová 3 3 aceton N 2 anilin Míra nenasycenosti Nasycená sloučenina an Nenasycená s dvojnou vazbou en adien atrien Nenasycená s trojnou vazbou yn (in staré názvosloví) adiyn atriyn Substituent (dříve radikál) atom ( X, =, ) skupina atomů ( 3, 6 5,, N 2, ) harakteristická skupina atom / skupina atomů obsahující vždy heteroatom lavní skupina charakteristická skupina s nejvyšší prioritou v molekule (viz tabulka dále) Substituční princip nahrazení(substituce) jednoho nebo více atomů v základní struktuře jiným atomem / skupinou atomů vyjádříme v názvu předponou nebo příponou Substituční princip B) Předponami substituenty s nižší prioritou A) Příponou hlavní skupina více stejných skupin bis, tris, B) Předponami substituenty s nižší prioritou více stejných substituentů di, tri, tetra, při zdvojení samohlásek vypustíme písmeno a např tetra + ol = tetrol hexa + amin = hexamin poloha substituentu lokanty (1, 2,, N, ) řazení substituentů podle abecedy chlor podle písmene c násobící předpony/lokanty nemají vliv na abecední pořadí 4
harakteristické skupiny dle priority 1 niové kationty 2 Karboxylové / sulfonové 3 Funkční deriváty kyselin: anhydridy estery halogenidy amidy nitrily 8 Aldehydy 9 Ketony 10 Alkoholy / fenoly / thioly 11 12 / sulfidy 13 Peroxidy / disulfidy niový kation Karboxylové Sulfonové Soli karbox kyselin Estery Aldehydy Ketony Alkoholy, fenoly alogenderiváty S3 R N2 N = >= S N2 R F, l, Br, I N2 / N karboxysulfo Roxykarbonylkarbamoylkyanformyloxohydroxysulfanylamino Roxyfluor, chlor, brom, jodnitro / nitroso onium / ium (karboxyl)ová sulfonová (o)át, R(o)át, R karboxamid (karbo)nitril al, karbaldehyd on ol thiol amin ether niový kation onium / ium niový kation onium / ium Karboxylové 3 N + 3 Sulfonové S 3 3 + 2 Soli karbox kyselin Estery + R N N 2 karboxymethylamonium sulfomethyloxonium pyridinium Roxykarbonylkarbamoyl (karboxyl)ová sulfonová (o)át, R(o)át, R karboxamid Karboxylové Sulfonové 3 Soli karbox kyselin Estery karboxy (karboxyl)ová S 3 sulfo sulfonová ethanová semisyst octová (o)át, R Roxykarbonyl benzenkarboxylová R(o)át, kys R N 2 semisyst karbamoyl benzoová karboxamid N kyan (karbo)nitril N kyan (karbo)nitril Názvy kyselin niový kation onium / ium anorganická sírová organická octová Karboxylové Sulfonové S 3 karboxy sulfo (karboxyl)ová sulfonová uhličitá dusitá 2oxoglutarová kys askorbová Soli karbox kyselin Estery 3 ( 2 ) 11 SR 3 N 2 (o)át, Roxykarbonyl dodekansulfonová R(o)át, R karbamoyl karboxamid N kyan (karbo)nitril 5
niový kation 3 Na Karboxylové semisyst 6 5 K Sulfonové S 3 semisyst Soli karbox kyselin onium / ium natriumethanoát natriumacetát, karboxy česky octan (karboxyl)ová sodný kaliumbenzen sulfo sulfonová kaliumbenzoát, česky benzoan draselný (o)át, niový kation 3 3 onium / ium methylethanoát Karboxylové semisyst opisný název karboxy methylacetát (karboxyl)ová methylester octové Sulfonové S 3 sulfo sulfonová 6 5 3 Soli karbox kyselin semisyst opisný název methylbenzen methylbenzoát (o)át, methylester benzoové Estery R N 2 Roxykarbonyl karbamoyl R(o)át, R karboxamid Estery R N 2 Roxykarbonyl karbamoyl R(o)át, R karboxamid N kyan (karbo)nitril N kyan (karbo)nitril niový kation 3 N 2 Karboxylové Sulfonové 6 5 N 2 Soli karbox kyselin Estery semisyst ethanamid karboxy acetamid onium / ium (karboxyl)ová opisný název amid octové S 3 sulfo sulfonová benzenkarboxamid (o)át, semisyst benzamid R Roxykarbonyl R(o)át, R opisný název amid benzoové N 2 karbamoyl karboxamid niový kation 3 N Karboxylové semisyst opisný název Sulfonové aditivní S 3 princip Soli 6 karbox 5 Ν kyselin semisyst Estery R opisný název aditivní princip N 2 onium / ium ethanonitril karboxy acetonitril (karboxyl)ová nitril octové sulfo methylkyanid sulfonová benzenkarbonitril (o)át, benzonitril Roxykarbonyl R(o)át, R nitril benzoové fenylkyanid karbamoyl karboxamid N kyan (karbo)nitril N kyan (karbo)nitril Aldehydy = formyl al, karbaldehyd Aldehydy = formyl al, karbaldehyd Ketony Alkoholy, 3 fenoly 6 5 alogenderiváty >= oxo on ethanal hydroxy ol semisyst acetaldehyd S sulfanyl thiol opisný název aldehyd octové N 2 R amino amin benzenkarbaldehyd Roxy ether benzaldehyd semitriv F, l, fluor, chlor, opisný název aldehyd benzoové Br, I brom, jod N 2 nitro Ketony >= oxo on Alkoholy, 3 2 fenoly 3 hydroxy S aditivní princip sulfanyl butanon ol (butan2on) (ethyl)methylketon thiol difenylketon Naditivní 2 princip amino amin triv benzofenon R Roxy ether cyklohexa2,5dien1,4dion alogenderiváty F, semisyst l, Br, I fluor, 1,4benzochinon chlor, brom, benzen1,4chinon, jod pbenzochinon) triv chinon N 2 nitro 6
Aldehydy = formyl al, karbaldehyd Aldehydy = formyl al, karbaldehyd Ketony Alkoholy, fenoly >= oxo hydroxy on ol Ketony S 2 2 Alkoholy, fenoly >= oxostarší název hydroxy 2sulfanylethan1ol on merkaptoethanol ol 3 2 alogenderiváty 6 5 S sulfanylethanolthiol Naditivní 2 princip amino ethylalkohol amin triv líh R Roxy ether F, l, benzenol fluor, chlor, Br, semisyst/triv I brom, jod fenol 3 2 S alogenderiváty 6 5 S S N 2 R F, l, Br, I sulfanyl thiol dříve merkaptoamino amin Roxy fluor, chlor, brom, jod ether ethanthiol benzenthiol N 2 nitro N 2 nitro Aldehydy = formyl al, karbaldehyd Ketony 3 2 N 2 Alkoholy, fenoly >= oxohydroxyaditivní princip S N 2 sulfanylamino ethanamin on (ethylazan) ol ethylamin thiol amin Aldehydy = Ketony >= Alkoholy, fenoly 3 2 3 S aditivní princip N 2 formyl al, karbaldehyd oxo on methoxyethan hydroxy sulfanyl amino ol thiol ethyl(methyl)ether amin 6 5 N 2 alogenderiváty R Roxy F, l, fluor, chlor, Br, I aditivní brom, princip jodtriv N 2 nitro ether benzenamin (fenylazan) fenylamin anilin alogenderiváty R F, l, Br, I N 2 Roxyfluor, chlor, brom, jodnitro ether Aldehydy = formyl al, karbaldehyd Aldehydy = formyl al, karbaldehyd Ketony >= oxo on Ketony >= oxo on Alkoholy, fenoly 3 I S hydroxy jodmethan sulfanyl ol thiol Alkoholy, fenoly 3 N 2 S hydroxysulfanyl ol nitromethan thiol aditivní Nprincip 2 R alogenderiváty F, l, Br, I amino methyljodid Roxyfluor, chlor, brom, jod amin ether N alogenderiváty N 2 R F, l, Br, I amino Roxy amin ether nitrosobenzen fluor, chlor, brom, jod N 2 nitro N 2 /N nitro / nitroso 7
Aditivní princip a) použití předpony např přidání jednoho atomu předponou hydro Aditivní princip b) použití přípony např přidání jednoho iontu + příponou ium furan + 4 tetrahydrofuran perhydrofenanthren N pyridin + + + N pyridinium per = úplně, zcela Aditivní princip c) přidání dalšího (skupinového) názvu skládáním názvu substituentu a skupinového názvu (radikálově funkční princip, dvousložkové názvosloví, funkční skupinový název) 3 3 dimethylketon 3 2 2 3 diethylether Aditivní princip d) skládání názvů substituentů uváděných v předponě 6 5 fenyl + 6 5 oxy = fenoxy 3 2 ethylalkohol 3 l methylchlorid Konjuktivní princip názvy složitějších sloučenin Substraktivní princip a) předpona de (dehydro, deoxy, ) 5 N benzopyrrol 2 4 1 2deoxyβDribofuranosa 3 2 2 cyklopentanoctová 8
Substraktivní princip Substraktivní princip b) přípona anhydrid (odstranění vody) maleinová maleinanhydrid d) přípona en (yn) (ztráta 2 (4) atomů vedoucí k nenasycenosti) ethan ethen, ethyn c) přípona yl (ztráta ) methan 3 methyl e) přípona át (ztráta + ) octová acetát Záměnný princip atom zaměněn heteroatomem N aza, oxa, S thia Názvy uhlovodíkových zbytků S thiobenzoová Názvy alkylů Názvy cykloalkylů 3 3 2 3 2 2 3 3 2 methyl ethyl propyl propan2yl starší název sekpropyl, 2propyl triv isopropyl benzyl (aromatický alkyl, není arylem) cyklopentyl cyklohexyl 9
Názvy alkylenů, alkandiylů 2 2 2 methylen ethylen (methandiyl) (ethan1,2diyl) ( 2 ) 6 hexan1,6diyl starší název hexamethylen 2 2 2 propan1,3diyl starší název trimethylen 3 ethan1,1diyl 3 2 propan1,2diyl starší název propylen 3 = ethyliden Název trojvazného zbytku odvozeného od methanu Názvy alkenylů 2 = vinyl (ethenyl) = methin 3 2 2 = 2 1 allyl starší název (prop2en1yl) 2propenyl 1 2 3 = 3 prop1en1yl starší název 1propenyl Názvy arylů 6 5 1 1 2 2 3 1 4 1 4 3 fenyl 1naftyl 2naftyl 1,4fenylen pfenylen 4tolyl ptolyl 4methylfenyl 10
lavní zásady při určování názvu 1 hlavní řetězec/základní cyklus: max počet hlavních skupin max počet násobných vazeb max délka 2 nejnižší lokanty v pořadí: heteroatomům hlavní skupině násobným vazbám (poloha dvojné vazby nejnižší lokant) substituentům 3 hlavní skupina: příponou v názvu 4 ostatní substituenty: předponami v názvu dle abecedy Schéma tvorby názvu ze vzorce 1 Určit substituenty a násobné vazby 2 Určit charakteristické skupiny 3 Vyjádřit hlavní skupinu příponou 4 Určit hlavní řetězec/základní cyklus 5 Název základního hydridu 6 Název základního hydridu s hlavní skupinou 7 číslování základního hydridu 8 Vyjádření nenasycenosti: příponou vč lokantů 9 Názvy substituentů vyjádřené předponou 10 Abecední seřazení substituentů 11 Doplnění lokantů a násobících předpon 12 Sestavení názvu: předpony základní hydrid přípona (tzv novelizované názvosloví ) umístění lokantů buta1,3dien cyklohex2en1ol 1,3butadien 2cyklohexenol ale, výjimka stažené názvy 2naftol 2naftyl trojná vazba yn ethyn názvy esterů / solí (o)át ethin (česky an) ethylacetát ethylacetát (octan ethylnatý) kaliumdodekanoát glyceroltrinitát natriumdodecylsulfát dodekanoát draselný glyceroltrinitrát dodecylsulfát sodný (dodecylsíran) názvy kyselých solí / esterů natriumdihydrogencitrát ethylhydrogenftalát dihydrogencitran sodný ethylhydrogenftalát názvy dvojvazných uhlovodíkových zbytků propan1,2diyl propan1,3diyl propylen trimethylen ale methylen, ethylen, fenylen názvy azosloučenin N=N fenyl(2naftyl)diazen dle abecedy difenyldiazen předpona thiolů S diazen naftalen2azobenzen složitějšíazojednodušší azobenzen sulfanyl 4sulfanylbenzoová pmerkaptobenzoová 11
názvy laktamů / laktonů hexano6laktam 6hexanlaktam, εkaprolaktam pentano5lakton lakton 5hydroxypentanové závorky pro rovnocenné substituenty ethyl(methyl)keton ethyl(methyl)propylamin ethylmethylketon NethylNmethylpropylamin písmenné lokanty kurzívou Nmethylpropylamin pbenzochinon přednost číselných lokantů před písmennými 2aminooctová 2naftol 1,4benzochinon αaminooctová αnaftol pbenzochinon hranaté závorky pro opakující se skupiny 3 [ 2 ] 16 mezinárodní pravopis meth methan eth ethan, ethylalkohol, ether anth anthracen, fenanthren iso isopropyl názvy organických kyselin octová octová tradiční české názvy esterů / solí ethylacetát octan ethylnatý natriumacetát octan sodný kalciumoxalát šťavelan vápenatý Adice zánik násobných vazeb (sp sp 2 sp 3 ) Reakce podle reakčního mechanismu + l l sp 2 sp 3 12
Eliminace vznik násobné vazby a současně eliminace jednoduché molekuly ( 2 ) Substituce atom je nahrazen jiným atomem/skupinou (beze změny hybridizace) 3 2 2 2 + 2 4 + l 2 3 l + l sp 3 sp 2 sp 3 sp 3 Přesmyk atomy/skupiny migrují v rámci jedné molekuly Substrát Substrát & Činidlo větší uhlíkatá molekula Činidlo jednodušší, často anorganická molekula vyvolává změny v substrátu Radikálové reakce Iontové reakce heterolytické (nesouměrné) štěpení vazeb ionty homolytické štěpení vazeb radikály (částice s nepárovým elektronem) R R R + R energeticky náročné: T, iniciace světelným zářením nebo radikálovým činidlem A B A + + B nukleofilní činidlo (nukleofil) do vznikající kovalentní vazby poskytne svůj elektronový pár anionty/neutrální molekuly s volným elektronovým párem (X,, N, 2, N 3, ) elektrofilní činidlo (akceptor elektronů) +, 3 +, N 2+, X + 13