11. klassi
Orgaanika konspekt Jaan
Usin 1
Süsiniku valentsolekud Orgaanilistes ainetes on süsinik neljavalentne- st. moodustab neli kovalentset sidet I
valentsolek neli üksiksidet
109028´
CH4 jne
Tetraeeder
II valentsolek
2 üksiksidet ja
1200
1 kaksikside
Tasapind
CH2= CH2
III valentsolek
üksikside ja kolmikside 1800
=C= O=C=O
Või 2 kaksiksidet
Sirge
-C::: CH
:::CH
Metaan CH4 Lihtsaim süsivesinik, Õhust kergem ja ilma lõhna ning maitseta. Vees ei lahustu ja
oluliselt mürgine pole. Eraldatakse maagaasist, mille põhikomponent ta on.
Keemilised omadused Metaan on
redutseerija Sest ta on süsiniku kõige madalama oksüdatsiooniastmega (-IV) ühend.
Põlemisel oksüdeerub lõpuni ( oksüdatsiooniastmeni +IV) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O
Katalüsaatorite manulusel saab metaani oksüdeerida ka osaliselt
-IV -II 0 +II +IV
CH4 CH3- OH H – CHO H – COOH CO2
Metaan metanool metanaal metaanhape alkohol ) (aldehüüd) (karboksüülhape)
Looduslikku gaasi kasutatakse kütusena. Tal on kõrge kütteväärtus ja põlemisel ei teki eriti
kahjulikke jääke. Puuduseks on
plahvatusoht. Kata
lüütilisel oksüdeerimisel võib toota näiteks metanooli 2CH4 + O2 = 2CH3OH (sobib vedelkütuseks) või
metanaali CH4 + O2 =
HCHO + H2O , millest saab liime, plastmasse…
Metaani pürolüüs
Kuumutamisel laguneb metaani
molekul radikaalideks
( radikaal = osake, millel on paardumata elektrone, väga
reaktsioonivõimeline) Jahtumisel radikaalid rekombineeruvad.(taasühinevad)
. . . .
CH4 H3C
+ H ja hiljem 2H3C
H3C – CH3 2H
H2 jne.
Põhilised pürolüüsi
saadused on:
tahm ( C- kummitõõstusele) ; etüün e atsetüleen (
C2H2 – kasutatakse
keevitamiseks ja
mitmete ainete sünteesimiseks) ja
vesinik ( ammoniaagi sünteesiks)
Metaani
halogeenimine Vesiniku aatomeid saab
asendada halogeenide aatomitega.
Jood praktiliselt ei reageeri metaaniga ja fluori toimel ta
kipub lihtsalt põlema ( CH4 + 2F2 C + 4HF) Seega jäävad
kloor ja broom.
Reaktsioon kulgeb ahelreaktsioonina.
I etapp – ahela teke . sellel etapil tekivad aktiivsed osakesed, antud juhul radikaalid
.
Cl2 2 Cl Näiteks valguse toimel mõni kloori molekul laguneb
II etapp – ahela kasv. Sellel etapil kulgevad sellised reaktsioonid, mille käigus aktiivse osakese kadumisega kaasneb ka uue
aktiivse osakese teke
. . . . Cl + CH4
CH3Cl + H
ja H
+ Cl2 HCl + Cl
III etapp – ahela katkemine toimub siis, kui põrkuvad kaks aktiivset osakest. Kuna nad paiknevad väga hõredalt, siis juhtub
seda harva ja üks aktiivne osake jõuab põhjustada sadu muundumisi Näiteks. H
. + Cl
. HCl või 2H
. H2 ja muud
sellised vähetõenäolised protses sid Summaarselt CH4 + Cl2 HCl + CH3Cl -
klorometaan e metüülkloriid Asendada saab kõik vesinikud CH2Cl2 – diklorometaan;
CHCl3 – trikklorometaan e
kloroform; CCl4 –
tetraklorometaan e
süsiniktetrakloriid. Vesiniku asendamine klooriga on ka redoksreaktsioon ja CCl4 -jas on süsiniku oks.aste maksimaalne
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 2
(+IV). Süsiniktetrakloriid ei saa järelikult põleda ja on üks väga vähestest mittepõlevatest rasvade ja vaikude lahustitest.
Kahjuks on ta üpris mürgine
Alkaanid Küllastunud, alifaatsed
süsivesinikud, mille üldvalem on CnH2n+2
Küllastunud = molekulis on ainult üksiksidemed (pole mitmiksidemeid)
Alifaatne ( ka atsükliline) molekulis pole tsükleid
Alkaanid jagunevad
normaal (ahelaga)
alkaanideks ( sirgeks pole teda ilus
kutsuda , sest nurk on ikkagi ~1100) ja hargneva ahelaga alkaanideks
Diklorometaani molekuli
mudel
Nimetused Normaalahelaga alkaane nimetatakse Metaan CH4
Pentaan C5H12
Nonaan C9H20
Etaan C2H6 Heksaan C6H14
Dekaan C10H22 Propaan C3H8 Heptaan C7H16
Undekaan C11H24
Butaan C4H10 Oktaan C8H18
Dodekaan C12H26 jne
Hargneva ahela korral loetakse
pikim ahel peaahelaks ja muud
ahelad kõrvalahelateks
Peaahel määrab nime lõpu
Kõrvalahelate asukoht (mitmenda peaahela süsiniku küljes) näidatakse numbriga
Kõrvalahelaid nimetatakse nagu radikaale, -aan lõpp asendub lõpuga –üül
Näiteks:
CH3- metüül ; CH3CH2- etüül ; CH3CH2CH2- propüül – hargneda võib ka kõrvalahel – sellisel juhul
on nime andmine keeruline, kuid põhimõtteliselt analoogiline
. Lihtsamat hargnevat radikaali
CH3CHCH3 kutsutakse
isopropüüliks Ühesuguste kõrvalahelate arvu näidatakse eesliidet di-, tri-, jne. Abil
Radikaalid järjestatakse tähestiku järjekorras
6. 5. 4. 3. 2. 1.
Näiteks CH3 CH(CH3) CH2 CH2 C(CH3)2-CH3
Nummerdame peaahela paremalt vasakule – nii tulevad väiksemad
numbrid ja tulemuseks on heksaan
Metüülradikaale on 3 , seega trimetüül
Metüülid paiknevad 2., 2. ja 5. Peaahela C juures, seega 2,2,5-
Kokku : 2,2,5-trimetüülheksaan
Graafiliselt võib seda valemit kujutada
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7
CH3 CH(CH3) CH2 CH2 CH(
C2H5 ) CH2 CH3
5-etüül-2-metüülheptaan
Füüsikalised omadused
Vees
lahustumatud ained. C1 – C4 on gaasid, C5 – C15 vedelikud ja
raskemad tahked , kergesti sulavad ained. C-H sidemed on
väga vähe polaarsed, seega on alkaanide molekulide vahel väga nõrgad jõud (molekulivõre)- siit ka madalad sulamis- ja
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 3
keemistäpid. Alkaanide ja vee vahel ei saa ka tekkida vesiniksidemeid ( selleks vaja O-H või N-H
sidemeid ), siit halb
lahustuvus – tahked alkaanid tõukavad vett eemale –
Hüdrofoobsed ained.Gaasilistest alkaanidest on tuttavamad propaan ja
butaan, mis kuuluvad vedelgaasi koostisse Vedelad kuuluvad bensiini, diiselkütuse jne koostiss Poolvedelad on tuntud
vaseliinina ja tahked parafiinina.
Alkaane eraldatakse naftast, maagaasist kivisöetõrvast, põlevkiviõlist jne.
Nagu näha, muutuvad n-alkaanide füüsikalised omadused enam vähem korrapäraselt. Hargneva ahelaga alkaanide ja sama
aatomite arvuga n-alkaanide omadused on erinevad
vasakult paremale
pentaan
CH3-CH2- CH2- CH2-CH3
metüülbutaan
CH3-CH(CH3)-CH3
dimetüülpropaan
CH3-C(CH3)2-CH3
Nagu näha – erinevad sulamistemperatuurid üksteisest
oluliselt
Keemilised omadused Alkaanide keemilised omadused on analoogilised metaani
omadustele
Alkaanid on
redutseerijad Alkaanid põlevad (täielik oksüdeerimine) C6H14 +19/2 O2 = 6CO2 + 7H2O
Katalüsaatorite abil saab neid oksüdeerida alkoholideks, aldehüüdideks ja
hapeteks (pikem süsinikahel kipub seejuures katkema) C2H6 + 1/2O2 ==
C2H5OH Ka vesiniku ära võtmine (dehüdrogeenimine) on oksüdeerimine
C2H6
C2H4 + H2 seda protsessi on võimalik läbi viia ka õhuhapniku abil eritingimustel ( nn oksüdeeriv dehüdrogeenimine)
CH3CH3 + 1/2O2 CH2==CH2 + H2O
Pürolüüs
( raskemate naftasaaduste pürolüüsi nimetatakse
krakkimiseks) Mida pikem on molekul, seda rohkem erinevaid radikaale
saab tekkida tema lagunemisel
Propaanist saavad tekkida järgmised radikaalid: vesinik, propüül, isopropüül, metüül, etüül.
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 4
. . . . .
CH3CH2CH3 1.)H ; 2.)CH3CH2CH2
3.) CH3CHCH3
4.) CH3
5.) CH3CH2
Rekombineerumisel saavad tekkida näiteks järgmised ained
1+1 H2
1+4 CH4 1+5
C2H6 2+3
CH3CH2CH2CH(CH3)CH3
2+4 CH3CH2CH2CH3
2+5
CH3CH2CH2CH2CH3
3+3
CH3CH (CH3)CH(CH3)CH3
Nagu näha, tekib väga palju erinevaid saadusi ja pürolüüs pole hea meetod
mingite kindlate ainete sünteesiks. Krakkimist
kasutatakse eeskätt bensiini tootmiseks.
Pikemad molekulid lagunevad kõige sagedamini umbes keskelt. Kahe
alkaani tekkeks ei jätku vesinikku ja seetõttu tekivad ka küllastumata ühendid (
alkeenid ) C10H22 C5H12 +
C5H10 (
penteen )
Hargneva ahelaga alkaanid on kuumutamisele vastupidavamad, seetõttu on krakkimissaadustes palju hargnevaid alkaane.
Bensiinile on see hea, vastavad ühendid on detonatsioonikindlamad (neil on suurem oktaaniarv, kui normaalalkaanidel)
Tsükloalkaanid Tsüklilised alifaatses süsivesinikud üldvalemiga CnH2n Tsükloheksaani ja tsüklopentaani leidub naftas. Nad on head
lahustid .
Tsükloheksaanist toodeti kunagi nn heksakloraani,
Kaasajal keelatud taimekaitsevahendit ( looduskeskkonnas liiga püsiv)
Tsüklopropaani kasutatakse narkoosivahendina
"Suured" tsüklid - alates C5 ei erine keemilistelt omadustelt alkaanidest Põlevad
C6H12 +15 O2 = 6CO2 + 6H2O
Annavad asendusreaktsiooni halogeenidega C6H12 + 6 Cl2 = C6H6Cl6 + 6 HCl Liitumisreaktsioone praktiliselt ei anna
"Väikesed" tsüklid
C3 ja C4 on ebapüsivad, sest sidemetevahelised nurgad on oluliselt väiksemad
tetraeedri sisenurgast (109,50). Suuremad
tsüklid pole tasapinnalised ja sidemetevahelised nurgad on neis normaalsed
Väikesed tsüklid võivad anda liitumisreaktsioone - tsükkel seejuures
avaneb ja tekib biradikaal.
Näiteks liitub tsüklopropaanile kloor ja tekib 1,3 dikloropropaan
CH2
CH2 CH2
. . CH2 CH2 CH2 CH2Cl-CH2 CH2Cl
Nimetused
Üldjuhul loetakse tsükkel tuumühendiks - 1-etüül-2-metüültsükloheksaan
Kui tsükleid on mitu - valitakse peaahelaks midagi muud 1,2-ditsüklopentüületaan
CH2 CH2
Halogenoalkaanid Alkaanid, milles vähemalt üks vesiniku
aatom on asendatud halogeeniga
CH3Br – bromometaan
CH2Br-CH2 CH2Cl 1-bromo-3-kloropropaan CH2Cl-CH2 CHCl2 - 1,1,3-trikloropropaan
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 5
Molekuli ehitus
C - Hal side on
polaarne , või muutub polaarseks vee molekulide toimel ( C - I )
Olgu meil mingi R - CH2 - Cl kloor tõmbab ühise elektronpaari enda poole ja saab seega negatiivse laengu. Süsinikule jääb
positiivne laeng (karbkatioon) R - C+H2
: Cl-
Sideme C-Hal katkemiseks on kaks võimalust.
1.) Ühine
elektronpaar jagatakse võrdselt ja tekivad radikaalid (
sideme homolüütiline katkemine)
. .
R - C+H2
: Cl- R - CH2 + Cl
Radikaalide tekitamiseks kasutatakse naatriumi ja reaktsioon viiakse läbi mittepolaarses (veevabas) keskkonnas. Protsessi
kutsutakse Wurzi reaktsiooniks ja tema abil saab
* Pikendada süsinikahelat H3C - Cl +Na H3C
. + NaCl ja kokkuvõttes 2CH3Cl + 2Na C2H6 + NaCl
. . *Tekitada kaksiksidet R - CH Cl - CH2Cl
R - CH - CH2 R - CH = CH2
. . *Tekitada tsükleid CH3-CHCl-CH2-CH2-CH2Cl
CH3-CH-CH2-CH2-CH2
2.) Ühine elektronpaar jagatakse ebavõrdselt, see tähendab, et üks saab mõlemad elektronid ja teine ei saa midagi (
sideme heterolüütiline katkemine). Tekivad
ioonid Elektrofiilid: elektroni armastajad osakesed, mis seovad elektrone - neil on
vabu orbitaale ja tavaliselt ka positiivne
(osa)laeng
Nukleofiilid: tuuma armastajad osakesed, mis loovutavad elektrone. Tavaliselt on neil ka negatiivne (osa)laeng
Halogenoalkaanides on olemas nukleofiilsude ja elektrofiilsuse tsentrid
R - CefH2 : Clnf Nukleofiil ühineb elektrofiiliga ( nagu
anioon ja katioon)
Aktiivsem nukleofiil tõrjub vähemaktiivse välja - sama kehtib ka elektrofiilide kohta
Näiteks alkoholi teke halogeeni aatomi asendamisel hüdroksüüliga
Sideme heterolüütilisel dissotsiatsioonil: R - C+H2
:Cl- R - C+H2 +
:Cl- tekivad
ioonid Tugevam nukleofiil - hüdroksiidioon -võib kloori asendada,
andes alkoholi R - C+H2
:Cl- R - C+H2 +
:Cl-
NaOH Na+ +
:OH- .
R - C+H2 +
:OH- R - C+H2
:OH- summaarselt: R - CH2-
Cl + Na
OH R - CH2-
OH + Na
Cl C2H5Br + NaOH C2H5OH + NaBr jne
etanool CH3-CHBr- CHBr-CH3 + 2KOH CH3-CH(OH)- CH(OH)-CH3 + 2KBr 2,3 –butaandiool
Katkev side
δ
+δ
-Ründav
osake
Lahkuv
osake
H3C Br + : OH- H3C OH + : Br-
Elektro
fiilne
tsenter
Nukleo
fiilne
Veel tugevam nukleofiil on alkoksiidioon (
alkoholaat )
Alkoksiidi (alkoholaadi) saab leelismetalli reageerimisel alkoholiga ja ta on tugev alus
RONa RO
:- + Na+ CH3-C (CH3)2 -
CH2-Br + CH3
ONa CH3-C (CH3)2 -
CH2-O-CH3 + NaBr
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 6
Alkoholid Metanooli molekuli mudel
… on ühendid, milles hüdroksüülrühm on seotud 1. valentsolekus süsiniku aatomiga. Püsivatel alkoholidel ei ole ühe süsiniku aatomi juures mitut hüdroksüülrühma.
Nimetused: süsivesiniku nimetus + -ool
CH4 metaan
CH3 OH
metanool
ka metüülalkohol
e puupiiritus C2H5 OH
etanool ka
etüülalkohol
e
piiritus Vajadusel näidatakse ka hüdroksüülrühma asukoht
CH3-CH(OH)-CH2-CH3
2-
butanool CH3-CH(OH)-CH(OH)-CH3 2,3-butaandiool
CH3-CH(CH3)-CH(OH)-CH3
3 - metüül-2-butanool
Füüsikalised omadused
Lihtsamad alkoholid on suhteliselt kõrgete keemistemperatuuridega ja vees hästi lahustuvad. Molekulmassi kasvuga väheneb
lahustuvus kiiresti. Mitmealuselised alkoholid lahustuvad paremini, kui vastavad ühealuselised. Suhteliselt kõrged
keemistemperatuurid on seotud molekulivaheliste
vesiniksidemete tekkimisega ,Hea lahustuvus vesiniksidemete tekkega vee
ja alkoholi vahel
R -O-- H+ …..O-H2
Vesiniksidemed mõjutavad oluliselt füüsikalisi omadusi - aldehüüdide molekulide vahel neid pole
CH3CH2OH On OH (või NH) side
Etanool
M =
Keeb Lahustub vees piiramatult
Seega vesiniksidemed
Alkohol 46
78,150
on olemas
CH3CHO Pole OH (või NH)
Etanaal M =
210
Piiramatult , kuid raskemad aldehüüdid
sidet, seega vesinik-
Aldehüüd 44
lahustuvad halvemini vastavatest alkoholidest
sidemed võimatud
Homoloogilises reas muutuvad füüsikalised
omadused (näiteks keemistemperatuurid)
korrapäraselt Võrreldud on alkoholide ja neile
vastavate aldehüüdide keemistemperatuure
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 7
Alkoholid ei ole alused (valemi sarnasus hüdroksiididega on
petlik )
Kuna side O-H on pisut
polaarsem , kui C-O, siis on isegi tõenäolisem alkoholi dissotsieerumine happelise tüübi järgi ( R-O-
H RO
:- + H+) , kui aluselise tüübi kohaselt (R-O-H R+ +
:OH- ). Seega on alkoholide
happelised omadused isegi
tugevamad, kui
aluselised , aga hapeteks pole neid ka mõtet pidada, indikaatoreid nad ei värvi ja isegi leelistega ei reageeri.
Keemilised omadused (hüdroksüülrühma reaktsioonid)
• Happelised omadused on nii nõrgad, et leelistega alkoholid ei reageeri.
Leelismetallid tõrjuvad hüdroksüülrühmast vesiniku välja - tekivad alkoholaadid (alkoksiidid) 2CH3OH + 2Na == 2CH3ONa + H2 naatriummetanolaat
( naatriummetoksiid)alkoksiidid on alkoholilahustes tugevad alused (nagu hüdroksiidid vees, aga vesilahuses alkoksiidid
lagunevad alkoholiks ja hüdroksiidiks)
Alkoksiidide abil on mugav sünteesida
eetreid
δ+ δ- δ+ δ- δ+
CH3 O Na + Br - CH2 - CH3 CH3-O- CH2 - CH3 + NaBr etüülmetüüleeter
•
Vesinikhalogeniidide abil saab kogu hüdroksüülrühma asendada halogeeniga CH3-CH(OH)-CH3 + HBr CH3-CHBr-CH3 + HOH
Reaktsioon kulgeb vasakult paremale happelises keskkonnas ja paremalt vasakule aluselises keskkonnas.
•
Dehüdraatimine - vee eraldamine vettsiduvate ainete ( H2SO4 ;
P4O10 …)toimel
-
molekulisisene D annab saaduseks alkeeni C3H7OH H2O +
C3H6 (
propeen ) Tegelikult küll enamasti saadakse
alkohole alkeenide hüdreerimisel, mitte vastupidi
-
Molekulidevaheline, kahest molekulist võetakse 1 vee molekul ja saadakse
eeter 2C2H5OH H2O + C2H5OC2H5 dietüüleeter (narkoosivahend)
Eetrid ei tekita vesiniksidemeid ja ssetõttu lahustuvad
nad halvemini ja keevad madalamatel
temperatuuridel - antud juhul ~300
•
Hapetega annavad alkoholid estreid, väliselt meenutab see protsess happe ja aluse vahelist reaktsiooni. Sarnasus on
siiski puhtväline ja estrid pole soolad, ehk küll neid nimetatakse analoogiliselt
CH3OH +
HNO3 = CH3NO3 + H2O
(metüülnitraat) Tegelikult kulgeb protsess CH3OH + HONO2 = CH3 ONO2 + HOH
Lämmastikhappe estritest on tuntuim propüültrinitraat (nn nitroglütseriin)
kergestiplahvatav õline vedelik, mida kasutatakse südamerohuna (laiendab veresooni). Tahke kandjaga seotud
propüültrinitraati kutsutakse dünamiidiks ja ta pole nii ohtlik. Dünamiidi
leiutas Alfred Nobel .
Nitroglütseriin põleb temas sisalduva hapniku arvel , seda jääb isegi üle
2C3H5N3O9 5H2O + 3N2 + 6CO2 +1/ 2 O2 Seega tekib 1 mol (227 g) plahvatamisel
7,25 mol
gaase . Nende ruumala nt oleks 7,25*22,4 = 162,4 liitrit, aga plahvatusele iseloomuliku 20000 = 2273 K juures
162,4 (2273 / 273 ) = 1352 liitrit.
Redoksomadused IV
-II 0 +II +IV
CH4
CH3- OH H – CHO H – COOH CO2
Metaan
metanool metanaal metaanhape
(alkohol) (aldehüüd) (karboksüülhape)
Alkoholid on eeskätt redutseerijad ja kasutatavad ka kütustena. Nende põlemissoojused mooli kohta on pisut väiksemad, kui
süsivesinikel, sest nad on juba mõnevõrra oksüdeerunud. [Meie näidetes on oksüdeerumine eksotermiline ja redutseerumine
endotermiline protsess] CART
sarja (endine
INDY - CAR) vormelid tuhisevad igatahes puupiirituse väel -nii et vähe pole
CH3OH + 2O2 = CO2 + 2H2O. Kui te oma
lahja ja magusa veini lahtiselt vedelema jätate, poeb äädikhappebakter kärmelt
sisse ja oksüdeerib teie veini äädikhappeks .(Mina küll nii ei tee.) CH3CH2OH + O2 =
CH3COOH + H2O , seda võite poest
osta ka, kui maitseb -
laske käia
Joodud alkohol hakkab samuti oksüdeeruma, etanoolist tekkiv etanaal (CH3CHO) põhjustab
peavalu, südame pekslemist, seedehäireid ja üldse ja halba enesetunnet. Metanoolist tekkiv metanaal, aga kipub tõsiselt elu ja
eriti kurjasti silmavalguse kallale.
Alkoholide süntees
1.) Alkeenide hüdraatimine (vee
liitmine kaksiksidemele). Kui kaksiksideme
erinevas otsas oleva süsiniku aatomi küljes on
erinev arv vesiniku aatomeid on side pisut polaarne. R - C+H = C-H2
Ja kaksikside katkeb heterolüütiliselt järgmiselt: R - C+H
. . :C-H2
Hüdraatimisel läheb OH selle süsiniku juurde, mille küljes on vähem vesiniku aatomeid
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 8
R - Cδ+H = Cδ-H2 + Hδ+-OHδ- R - CH(OH) - CH3
2.) Halogenoalkaanide aluseline hüdrolüüs ( hüdroksiidioon asendab halogeeni aatomi)
R-Cδ+HClδ- -R´ + Na+OH- R-CH(OH) -R´ + Na Cl
3.) Alkoholid tekivad veel mitmel protsessil nagu
• estrite hüdrolüüsil RCH2ONO2 + NaOH RCH2OH + NaNO3
• Aldehüüdide ja karboksüülhapete redutseerimisel HCHO + H2 CH3OH
• Etc., etc., etc.
Tähtsamad alkoholid
Metanool ( metüülalkohol rahvapäraselt puupiiritus)
Väliselt väga sarnane etanoolile. Lõhn ja maitse on samad ja joove
samasugune , kui etanoolijoove. Suhteliselt pika aja
jooksul kuhjuvad organismi väga mürgised ainevahetussaadused (eeskätt metanaal) Eluohtliku mürgituse võib saada 30 g
joomisel . Sage tagajärg on pimedaks jäämine. Suur häda ongi eeskätt seotud esmaabi lootusetu hilinemisega
Saadakse põhiliselt vingugaasist ja vesinikust CO + 2H2 CH3OH. Põhimõtteliselt saab teda kivisöest või maagaasist. On
üks arvestatavaid tuleviku vedelkütuse kandidaate naftavarude lõppemisel.
Etanool
"viinapiiritus" Iseloomuliku lõhnaga veega igas vahekorras segunev vedelik. Joovastava toimega
Veega segunemisel esineb
kontraktsioon - ruumala vähenemine. Destileerimisel ei saa
veevaba piiritust vaid ~96% nn
aseotroobi . Aseotroop keeb 780 ja tema tihedus on 0,800 g/cm3.
Toidupiiritust ( kasutatakse ka meditsiinis tinktuuride valmistamiseks ja parfümeerias) valmistatakse toiduainetest.
Lühidalt võib toidupiirituse tootmise kokku võtta järgmise skeemi abil
Tärklis Maltaas Vees lahustuvad suhkrud Pärm Meski ( kartul , teravili) (linnased) Maltoos C12H22O11 Käärimine ~14% piiritust destilleerimine (C6H10O5)n
ja glükoos C6H12O6 Glükoosi käärimist kirjeldab järgmine võrrand
0 +IV -II
C6 H12 O6 2 C O2 + 2 CH3-
CH2OH seega käärimisel süsinik osaliselt oksüdeerub (süsinikdioksiidiks) ja osaliselt
redutseerub (piirituseks). Käärimissaadusi on tegelikult palju - üks olulisemaid on veel
piimhape CH3-CH(OH)-COOH
Tehnilist piiritust toodetakse ka tselluloosi hüdrolüüsil saadud glükoosist (hüdrolüüspiiritus) ja Eteeni hüdraatimisel
Allpoolnimetataud jooke ei rektifitseerita vaid laagerdatakse n aastat tammevaadis
Brandy ( Champagne Departemangus Cognac) - viinamarjamahlast
Grappa - Viinamarja pressimisjääkidest
Rumm -
Suhkruroost Tequilla - Siniagaavi mahlast
Calvados - Õunamahlast
Slivovits - Ploomidest etc. , etc., etc.
Mongolid ajavad ka piimast puskarit
Etaandiool
Magus, kuid tappev
viskoosne vedelik. Seguneb hästi veega ja kasutatakse antifriiside ja piduriõlide valmistamiseks,.
CH2(OH)-CH2OH
Propaantriool (glütseriin)
CH2(OH)-CH(OH)-CH2OH Magus, viskoosne vedelik. Seguneb hästi veega. Mürgine ei ole. Keemiliselt seotuna kuulub
rasvade koostisse. Kasutatakse
kosmeetikas nahapehmendajana Lämmastikhappe abil saab propüültrinitraadi (nn
nitroglütseriin), mida kasutatakse südameravimina ja millest toodeti dünamiiti CH2(ONO2)-CH(ONO2)-CH2ONO2
Propaandioole kasutatakse küpsetiste värskena hoidmiseks
Ksülitool ja sorbitool on vastavalt 5- ja 6 -aatomilised
alkoholid. Tahked ained mida kasutatakse magustitena.
Alkohoolsete jookide kangust väljendatakse mahuosades. 400 tähendab seda, et 40 mahuühikule aseotroobile lisatakse
vett ruumalani 100 mahuühikut. Kontraktsiooni tõttu on
massiosa leidmine raskendatud, kuid ligikaudu on ta 33%
Veini kääritamisel hakkab pärmiseentel paha ~14% juures ja varsti lõpetavad nad glükoosi redutseerimise sootuks.
Naturaalvein ei ole üle 16%
kange , pikaajalisel kääritamisel on võimalik saada ka 18% alkoholisisaldusega
veine , kuid
enamasti saadakse sellised kraadid piirituse lisamise teel.
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 9
Amiinid Amiinid on ammoniaagi derivaadid, milles vähemalt üks vesiniku aatom on asendatud orgaanilise radikaaliga
CH
Metüülamiin
Primaarne
amiin 3-NH2
Asendatud 1 H aatom
. .
CH3-CH(NH2)-CH2-CH3
2-aminobutaan
Sekundaarne amiin
Asendatud 2 H aatomit
. . Etüülmetüülamiin
CH
3-NH-CH2CH3
Tertsiaalne amiin
Asendatud 3 H aatomit
(CH
Trimetüülamiin
3)3 N
: :NH3
ammoniaak Ammoniaagi molekuli ehitus
N: +7/ 2) 5) 2s22p3 seega on N aatomil 3 paardumata elektroni, mille abil moodustab ta kolm kovalentset sidet. Üks
elektronpaar jääb kasutamata. Selle abil saab ta siduda endaga osakesi, milles on vabu orbitaale. Kõige lihtsam selline osake
on
vesinikioon (
prooton ), millel elektrone polegi Ammoniaak on nukleofiil ja vesinikioon (prooton)
elektrofiil . Lämmastik
annab sideme tekkeks elektronpaari (
doonor ) ja vesinikioonil on vaba orbitaal selle elektronpaari paigutamiseks (
aktseptor ).
H3 N : + H+ [NH4]+ tekib ammooniumioon
Brõnstedi järgi
Happed loovutavad ja alused liidavad prootoneid .Seega on ammoniaak alus
Alused reageerivad hapetega andes soola
:NH3 + HCl
NH4Cl ammooniumkloriid CH3NH2 + HCl (CH3NH3)Cl
metüülammooniumkloriid
2NH3 + H2SO4 (NH4)
2SO4 ammooniumsulfaat 2C2H5NH2 + H2SO4 (C2H5NH3)2SO4
etüülammooniumsulfaat
Ammoniaak ja kergemad amiinid lahustuvad hästi vees, sest
1. Vee ja
amiini vahel saavad tekkida vesiniksidemed
-N
:….H - O - H või - N: - H ……O H2 2. Vees ammoniaagi (amiini) molekul protoneerub (Liidab endale veest prootoni st. vesi käitub happena)
:NH
3 + HOH
NH4 +
:OH- või CH3 NH2 + HOH CH3 NH3 +
:OH-
Valemeid NH4OH ja (CH3 NH3)OH ei
soovitata kasutada, sest vastavaid aineid ei eksisteeri, kuid vahel on
kasulik. Samasugune situatsioon on süsihappega H2CO3
Ammooniumsoolad lagunevad leeliste toimel, sest
viimased on tugevamad alused
NaOH + NH4Cl = NH3 + H2O + NaCl
ammooniumkloriid
KOH + (CH3NH3)Cl = CH3 NH2 + H2O + KCl
metüülammooniumkloriid
Ca(OH)2 + (NH4)2SO4 = 2NH3 + 2H2O + CaCl2
ammooniumsulfaat
2NaOH + (C2H5NH3)2SO4= 2C2H5NH2 + 2H2O + Na2SO4
etüülammooniumsulfaat
Lihtsamad amiinid on pisut tugevamad alused, kui ammoniaak
Alkaloidid (
al`quhali - alus) taimsed aluselise reaktsiooniga lämmastikuühendid. Nende hulgas on palju tugevatoimelisi
mürkaineid (strühniin, kuraare,
nikotiin ); psühhotroopseid aineid (oopium,
morfiin , heroiin, psilotsübiin,
meskaliin , … ka
sünteetilised
amfetamiinid , poolsünteetiline LSD),
ravimid Vitamiinid ( elu amiinid)
Sisuliselt
ekslik termin, sest kõik vitamiinid pole tegelikult amiinid , aga esimeses, mida uuriti olid
ja nime ( Funk , Lunin) pole enam peetud vajalikuks muuta.
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 10
Amiinide süntees
1.) Halogenosüsivesinike reageerimisel ammoniaagiga ründab lämmastik oma jagamata elektronpaariga nukleofiilset
tsentrit, halogeniidioon
lahkub ja tekib ammooniumioon (sisuliselt tekib sool). Soola tõõtlemisel leelisega saab amiini
R- CH2- Cl +
:NH3 = ( RCH2N+H3)Cl- ja edasi NaOH + ( RCH2N+H3)Cl- RCH2NH2 + H2O + NaCl-
2.) Nitroühendite
redutseerimine monovesinikuga (Zinini reaktsioon). Monovesinik tekitatakse mingil keemilisel
reaktsioonil, mis toimub reaktoris ( näiteks Fe + HCl..). Siit ka termin "
vesinik tekkemomendil" või " In Statuae
Nascendi" R- CH2- NO2 + 6H R- CH2- NH2 + 2H2O
Küllastumata süsivesinikud (küllastumata = molekulis mitmikside) Alkeenid: küllastumata alifaatsed süsivesinikud, mille molekulis on kaksikside CnH2n (Süsinik II valentsolekus 1200)
Alküünid: küllastumata alifaatsed süsivesinikud, mille molekulis on kolmikside CnH2n-2 (Süsinik III valentsolekus 1800)
(Alka) dieenid : küllastumata alifaatsed süsivesinikud, mille molekulis on
kaks kaksiksidet CnH2n-2 analoogiliselt võib
rääkida dieenidest, trieenidest …… polüeenidest
Nimetused
Kaksiksidet tähistab
liide -een ja kolmiksidet -üün
Peaahel sisaldab kõige rohkem mitmiksidemeid - kõige olulisemad on just kaksiksidemed
Peaahel nummerdatakse nii ,et kaksiksidemed saavad väiksemad numbrid
Vajadusel kasutatakse liiteid: di- , tri- ,
tetra jne.
4. 3. 2. 1. 3-metüül-1-
buteen CH3-CH(CH3)-CH=CH2 6. 5. 4. 3. 2. 1. CH:::C- CH(C2H5)-CH2-CH=CH2 4-etüül -5-üün-1-hekseen
CH2=CH(CH3)-CH=CH2 2-metüül-1,3-
butadieen CH3-CHCl-CCl=CH2 2,3-dikloro-1-buteen
Kujutlus sigma (σ) ja pii (π)
sidemetest Sigmaside : aatomiorbitaalid kattuvad aatomitevahelisel
sirgel
Piiside tekib aatomiorbitaalide kattumisel kahel pool
aatomeid ühendavat sirget "külgepidi"
Piiside on nõrgem ja katkeb keemilistes reaktsioonides
kergesti. Ühest piisidemest tekib kaks uut sigmaside
Piiside pole iseseisev. Mitmiksidemesse kuulub alati
üks sigmaside, ülejäänud on piisidemed.
Kaksikside on tugevam, kui üksikside, kuid vähem kui
kaks korda
Pikkused: Üksikside 154 pm , kaksikside 134 pm,
kolmikside 126 pm
Kaksiksideme homolüütilisel katkemisel
….tekib biradikaal ja edasi võivad kulgeda mitmesugused liitumisreaktsioonid. Radikaalreaktsioonid kulgevad paremini
kõrgel temperatuuril (
gaasides ) ja mittepolaarses keskkonnas. Reaktsiooni esile kutsumiseks lisatakse mingeid aineid, millest
tekivad radikaaalid, näiteks aktiivseid
metalle või mingeid peroksiide ( R-O-O-R) või metalloorgaanilisi ühendeid (C2H5)4Pb
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 11
Hüdrogeenimine (vesiniku liitmine)
. .
H2C = CH2 H2C - CH2 ja edasi liitub H2 H2C = CH2 + H2 H3C - CH3
Analoogiliselt võib liituda ka
halogeen , kuid vee juuresolekul (polaarne keskkond) on tõenäolisem ioonireaktsioon, tulemus
on tõsi küll sama CH3-CH = CH2 + Br2 CH3-CHBr-CH2Br
Broomi pruun värvus kaob (valastub). Reaktsiooni kasutatakse küllastumata ühendite tõestamiseks.
Polümeerimisel liituvad omavahel paljud (isegi tuhanded) alkeeni molekulid. Reaktsioon võib kulgeda nii radikaal-, kui
ioonireaktsioonina. Radikaalpolümerisatsiooni, katalüüsivad Na ja peroksiidid, samuti metalloorgaanilised ühendid nagu
trietüülalumiinium (C2H5)3Al, mille lagunemisel tekivad radikaaalid. Ioonpolümerisatsiooni katalüüsivad Al2Cl6 ; Fe2Cl6 ;
TiCl4 jmt
Eteen Polüeteen
X CH2 == CH2 H-[-CH2-CH2-]x -H
Monomeer polümeeri elementaarlüli x = keskmine polümerisatsiooniaste
Polüeteen on tuntud laiatarbeplast, suhteliselt tagasihoidlike omadustega kuid odav
Sideme heterolüütiline katkemine
Kaksikside võib olla pisut polaarne RHC= CH2 süsinik tõmbab elektronpaari enda poole tugevamalt, kui vesinik ja seetõttu
δ+ δ-
ei ole laengujaotus päris ühtlane RHC = CH2 π sideme katkemisel läheb elektronpaar selle süsiniku juurde mille küljes on
rohkem vesiniku aatomeid RHCδ+
:: Cδ-H2 RHC
+. .:C-H2
Polaarsete molekulide liitumisel kaksiksidemele on
kaksiksideme
polaarsus oluline ja määrab kuhu liitub positiivne ja kuhu negatiivne osa
Hüdraatimine tulemuseks on alkohol
R-Cδ+H = Cδ-H2 + Hδ+ OHδ- RCH(OH) - CH3
CH3-CH = CH2 + HOH CH3-CH(OH)-CH3 tekib 2-
propanool Alküünide hüdraatimisel ei teki püsivat alkoholi , sest kaksiksideme juures ei või OH rühm olla, sellised alkoholid pole
püsivad ja isomeeruvad edasi vastavaks aldehüüdiks või ketooniks
CH
:::CH + HOH CH2=
CHOH CH3CHO etanaal
CH3-C
:::CH + HOH CH3- C(OH) = CH2 CH3-CO-CH3
propanoon e
atsetoon Reageerimine vesinikhalogeniididega R-CH == CH2 + H+Cl- R-CHCl- CH3 CH3-CH = CH2 + HCl CH3-CH(Cl)-CH3 tekib 2-kloropropaan
Redoksomadused
Võrreldes küllastunud ühenditega on nad mõnevõrra rohkem oksüdeerunud, kuid siiski eeskätt redutseerijad. Nad põlevad
C3H6 + 9/2O2 = 3CO2 + 3H2O. Etüüniga (atsetüleeniga ) keevitatakse-Ilma lisaõhuta on
leek tahmav, sest vesinikusisaldus on
väike C2H2 + 3/2O2 = 2CO2 + H2O
Alkeene võib oksüdeerida aldehüüdideks ja hapeteks. Alküüne hapeteks
Näiteks
eteenist saab
etanaali C2H4 + 1/2O2 = CH3CHO
Hüdrogeenimine on ühtlasi redutseerimine, selles reaktsioonis on küllastumata ühendid oksüdeerijad C2H4 + H2 C2H6
Kuna küllastumata ühendid on kallimad, siis alkeene praktiliselt ei hüdrogeenita Pigem vastupidi, alkaanide
dehüdrogeenimisel toodetakse alkeene.
Proov kaaliumpermanganaadiga
KMnO4 Õrnroosa lahuse toimel oksüdeeruvad alkeenid dioolideks, kuna värvus seejuures kaob (valastumine)
saab ka seda reaktsiooni kasutada küllastumata ühendite tõestamiseks. Võrrand on keeruline, tekib
diool R-CH=CH2 R -CH(OH)-CH2OH
Tähtsamad esindajad Eteen
H2C == CH2
Saadakse Etaani dehüdreerimisel C2H6 H2 +C2H4 või C2H6 + 1/2O2 = C2H4 + H2O
Samuti eraldatakse teda
nafta krakkgaasidest
Keemilised omadused
Redoksomadused Põleb: C2H4 + 3O2 = 2CO2 + 2H2O teda saab oksüdeerida vastavaks aldehüüdiks (etanaal)
C2H4 + 1/2 O2 = CH3CHO või etaanhappeks (äädikas) C2H4 + O2 = CH3COOH
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 12
Redutseerida saab teda vastavaks alkaaniks (etaan) C2H4 + H2 = C2H6
Liitumisreaktsioonid
Hüdreerimine (hüdrogeenimine) = H2 liitmine . saaduseks on vastav
alkaan - etaanC2H4 + H2 = C2H6
Hüdraatimine = vee liitmine, saaduseks on vastav alkohol, etanool C2H4 + H2O = C2H5OH
Halogeenimine = halogeenide või vesinikhalogeniidide liitumine. Eteen valastab broomivett
• C2H4 + Br2 = C2H4Br2 täpsemalt CH2=CH2 + Br2 = CH2Br-CH2Br 1,2-dibromoetaan
• C2H4 + HCl = C2H5Cl kloroetaan
Polümeerimine paljud eteeni molekulid liituvad pikaks polüeteeni molekuliks
X C2H4 [ -CH2-CH2-]X
• X =
polümerisatsiooniaste = elementaarlülide keskmine arv ( = Mpolümeer / Mmonomeer)
• C2H4 polümerisatsiooniprotsessi lähteaine =
monomeer • -CH2-CH2- Monomeeri molekulile vastav osa polümeeri molekulist =
elementaarlüli Propeen
H2C = CH - CH3
Saadakse propaani dehüdrogeenimisel C3H8 H2 +C3H6 või C3H8 + 1/2O2 = C3H6 + H2O
Samuti eraldatakse teda nafta krakkgaasidest
Keemilised omadused
Redoksomadused Põleb: C3H6 + 9/2 O2 = 3CO2 + 3H2O teda saab oksüdeerida vastavaks ketooniks (propanoon)
C3H6 + 1/2 O2 = CH3-CO-CH3 või propaanhappeks C3H6 + O2 = C2H5COOH
Redutseerida saab teda vastavaks alkaaniks (etaan) C3H6 + H2 = C3H8
Liitumisreaktsioonid
Hüdreerimine (hüdrogeenimine) = H2 liitmine . saaduseks on vastav alkaan - propaan
C3H6 + H2 = C3H8
Hüdraatimine = vee liitmine, saaduseks on vastav alkohol, Liitumine toimub vastavalt
Markovnikovi reeglile ja saaduseks
on põhiliselt 2-propanool H2C =CH - CH3 + HOH CH3-CH(OH)-CH3
Halogeenimine = halogeenide või vesinikhalogeniidide liitumine. propeen valastab broomivett
• C3H6 + Br2 = C3H6Br2 täpsemalt CH3- CH=CH2 + Br2 CH3-CH2Br-CH2Br 1,2-dibromopropaan
• C3H6 + HCl = C3H7Cl 2-bromopropaan.Täüsemalt CH2=CH-CH3 + HCl CH3-CHCl-CH3 Liitumine toimub vastavalt
Markovnikovi reeglile Vesinikhalogeniidide liitumisel kaksiksidemele, liitub vesinik sellele süsiniku aatomile, mille juures on rohkem vesiniku
aatomeid - M reegel on põhjendatav lähtudes kaksiksideme võimalikust polaarsusest
Polümeerimine paljud propeeni molekulid liituvad pikaks polüpropeeni molekuliks
X CH3-CH=CH2 [ -CH(CH3)-CH2-]X
Etüün e atsetüleen HC
:::CH , lihtsaim kolmiksidemega süsivesinik - alküün
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 13
Saadakse • Metaani pürolüüsil 2CH4 3H2 +C2H2 või oksüdeerival krakkimisel (vajalik
soojus saadakse maagaasi enda
põletamisel) 2CH4 +3/2 O2 = C2H2 + 3H2O
• Toodetakse niinimetatud karbiidimenetlusel. Kõigepealt toodetakse kivisöe kuumutamisel koks ja lubjakivist
lubi . Edasi
hõõgutatakse neid elektriahjus ja saadakse
kaltsiumkarbiid CaO + 3C CaC2 + CO Kaltsiumkarbiidi hüdrolüüsil saadakse atsetüleen
CaC2 + 2 H2O = Ca(OH)2 + C2H2
toorained on odavad, kuid meetod on väga energiamahukas
Keemilised omadused
Redoksomadused Põleb: C2H2 + 5/2 O2 = 2CO2 + H2O kasutatakse keevitamiseks, ilma lisaõhuta tahmab
Redutseerida saab teda vastavaks alkaaniks (etaan) või alkeeniks (eteeniks) C2H2 + 2H2 = C2H6
C2H2 + H2 = C2H4 eteeni mõnevõrra isegi toodetakse - maades kus on kivisütt, aga pole naftat
Liitumisreaktsioonid 2 π
- sideme tõttu toimub liitumine astmeliselt Hüdreerimine (hüdrogeenimine) = H2 liitmine Esialgu tekib vastav alkeen (eteen) C2H2 + H2 = C2H4
Ja teises
astmes alkaan -etaan C2H6
Hüdraatimine = vee liitmine, saaduseks on vastav alkohol, etenool (vinüülalkohol). Kuna alkoholid, milles OH on seotud
kaksiksideme juures oleva süsiniku aatomiga, pole püsivad ja isomeeruvad vastavaks aldehüüdiks või ketooniks- on
saaduseks etanaal
CH
:::CH + HOH CH2=CHOH CH3CHO
Halogeenimine = halogeenide või vesinikhalogeniidide liitumine. Etüün valastab broomivett
• C2H2 + Br2 = C2H2Br2 ja edasi C2H2Br2 + Br2 C2H2Br4
• C2H2 + HCl = C2H3Cl kloroeteen e vinüülkloriid
Vinüülkloriidi polümeerimise saadakse polüvinüülkloriidi (PVC)
X CH2=CHCl [-CH2-CHCl-]x
Polümeerimine ahelpolümeerid on ebapüsivad. Trimerisatsioonil tekib
benseen (kõrge rõhk + aktiivsüsi) 3 C2H4 C6H6
Benseeni molekuli kuju on kujutatud allpool
Alküünide näitena on al pool toodud propüüni struktuurvalem ja molekuli mudel
Alkadieenid Liigitus
•
Isoleeritud dieenid: Kahe kaksiksideme vahel vähemalt üks C aatomNäiteks 1,4-pentadieen CH2=CH-CH2 -CH=CH2
Omadustelt meenutavad alkeene •
Kumuleeritud dieenid: Ühe süsiniku juures on kaks kaksiksidetNäiteks propadieen CH2=C=CH2
Väga ebapüsivad •
Konjugeeritud dieenid: kaks kaksiksidet on järjest, vahel pole ühtegi süsinikku
Näiteks 1,3-butadieen CH2=CH-CH=CH2
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 14
Liitumisreaktsiooni astuvad korraga mõlemad kaksiksidemed ja uus kaksikside "rändab" keskele
Algul tekib tetraradikaal ja hiljem tekitavad kaks keskmist paardumata elektroni uue kaksiksideme
. . . . . .
CH2=CH-CH=CH2
CH2-CH-CH-CH2
CH2-CH=CH-CH2
CH2=CH-CH=CH2 + Br2 CH2Br-CH=CH-CH2Br Teises astmes tekib CH2Br-CHBr-CHBr-CH2Br
Konjugeeritud dieenides pole päris klassikalised üksik- ja kaksiksidemed,
sest naabersüsinike
orbitaalid kattuvad vähesel määral, ka 2ja 3 süsiniku
vahel. Seega on ka arusaadav, miks tekib uus kaksikside just sinna.
Selliseid "laialimääritud" sidemeid kutsutakse
Delokaliseeritud sidemetaks.
Mullu õpitud sidemetest on delokaliseeritud
sidemeks näiteks metalliline side
2-metüül-1,3-butadieen e isopreen CH2=C(CH3)-CH=CH2
Vabalt looduses ei leidu, kuid väga levinud on 2-3 isopreeni molekulist koosnevad tsükliliste molekulidega ained - terpeenid
( nimi tärpentiinist). Nende hulka kuuluvat kamper,
mentool jne. Isopreeni polümeer on looduslik kautšuk (LK)
X CH2=C(CH3)-CH=CH2 [-CH2-C(CH3)=CH-CH2-]x
Toodetakse põhiliselt piimalilleliste (euphorbidae) hulka kuuluvate
Hevea liikidest.ˇKautšukiteks nimetatakse kõrgelastseid
polümeere. Toorkautšukist toodetakse kummi, samuti eboniiti ( sisaldab rohkem väävlit ja on seetõttu jäik),
vesiemulsioonvärve (lateksid) ja kummiliimi
Kumm Koostis:
Kautsuk + väävel + tahm (või mõni muu aktiivne
täiteaine) + lisandid
Kummisegu segatakse valmis, vormitakse ese ja kuumutatakse
seda. (
Vulkaniseerimine , leiutas Goodyear). Väävli
aatomid liituvad kaksiksidemetele ja seovad kautsuki molekulid omavahel
võrguks.
Kummitooteid ümber vormida ei saa, ka ei tohi kummijäätmeid
põletada (S !)
Sünteetilised kautsukid (SK)
• Esimene tööstuslik SK saadi 1934-35 aastatel Venemaal ja Saksamaal
Butadieeni polümeeriti naatriumi juuresolekul (siit kaubamärk
buna) . Tegemist seega radikaalpolümerisatsiooniga.
Venelased tootsid piiritusest (seega teraviljast) ja
sakslased atsetüleenist (seega lubjakivist ja kivisöest)
X CH2=CH-CH=CH2 [-CH2-CH=CH-CH2-]x
• Umbes aasta hiljem polümeeriti Venemaal ja Ameerika Ühendriikides kloropreeni
X CH2=CCl-CH=CH2 [-CH2-CCl=CH-CH2-]x
Esimesed sünteeskautšukid polnud just suuremad asjad - kaasajal osatakse LK - d ka kopeerida
Samuti toodetakse mõne omaduse poolest looduslikku oluliselt ületavaid materjale. Näiteks on silikoonkautšukid (sisaldavad
räni) tunduvalt kuumuskindlamad.
• (Jalgratta)rehvi leiutas šotlane Dunlop - ta valmistas selle aiakastmisvoolikust. Vihmamantli leiutas samuti šotlane
MacIntosh. Kautšuki esimeseks patenteeritud
kasutusalaks oli "vahend pliiatsikirja eemaldamiseks" - leiutajaks kuulus
keemik Priestley . Indiaanlased tundsid selle materjali kasulikke külgi muidugi
sajandeid varem
Isomeeria Isomeeria on nähtus, mis seisneb selles, et leidub aineid millel on sama molekuli koostis
ja sama molekulmass, kuid mis on oma omadustelt erinevad. Vastavaid aineid kutsutakse isomeerideks
Isomeerid on ained, millel on sama summaarne valem, kuid erinev molekuli ehitus. 11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 15
Esimese isomeeride paari moodustasid kaks soola ,valemiga AgCNO. Üks sooladest oli püsiv, teine kippus plahvatama.
Nime nähtusele andis rootslane Berzelius, selgituse andis
venelane Butlerov .
Orgaanilises keemias on nähtus levinum, kui
anorgaanilises.
Isomeeria liigid
Ahelaisomeeria on põhjustatud süsinikahela
erinevast hargnemisest.Näiteks butaan ja metüülpropaan CH3CH2CH2CH3
ja CH3-CH(CH3)-CH3 Alkaanidel teisi isomeeria võimalusi pole.
Asendiisomeeria on põhjustatud funktsionaalsete rühmade ja/või π - sidemete erinevast paiknemisest
Näiteks:
1-propanool ja 2-propanool CH3CH2CH2OH ja CH3-CH(OH) -CH3
1-penteen ja 2-penteen CH3-CH=CH-CH2-CH3 ja CH2=CH-CH2-CH2-CH3
Struktuuriisomeeria (funktsionaalne isomeeria) Lihtsat määratlust pole, sest isomeerid kuuluvad erinevatesse
aineklassidesse. Näiteks: etanool ja dimetüüleeter CH3CH2OH ja CH3OCH3
Propanaal ja propanoon CH3CH2CHO ja CH3-CO-CH3
___________________________________________________________________________
Järgnevate isomeerialiikide
tundmine pole nii vast oluline
Geomeetriline isomeeria
1.
Cis-,trans- isomeeria Põhjustatud sellest, et molekuli osad ei saa pöörelda ümber kaksiksideme (tsükli) ja seetõttu on
näiteks 1,2-dikloroeteenil kaks võimalikku struktuuri, mis iseenesest teineteiseks üle minna ei saa (
vahepeal peab π -
side katkema) vasakpoolset kutsutakse trans isomeeriks (üle; teisel pool -ladina keeles) ja parempoolset cis isomeeriks
(samal pool)
Kui üks kaksiksideme juures olevatest süsiniku aatomitest on seotud kahe ühesuguse asendajaga (näiteks =CH2) siis cis-
,trans- isomeere pole, sest pööre ümber kaksiksideme ei muuda molekuli struktuuri ( 1,1-dikloroeteenil CH2=CCl2 pole
geomeetrilisi isomeere)
2.
Kiraalsus (kreeka keelest "käelisus"). Esineb siis, kui mingi süsiniku aatom on seotud nelja erineva rühmitusega. Sellist
aatomit kutsutakse asümmeetriliseks ja tähistatakse vajadusel *C Näiteks piimhappel CH3*CH(OH)-COOH on
asümmetriline C aatom Kui asetame asümmeetrilise süsiniku ja temaga seotud vesiniku ühele sirgele, paigutuvad ülejäänud
asendajad 1200 nurkade alla. Võimalikke paigutusi on kaks ja nad erinevad üksteisest nagu parem ja vasak käsi ( või nagu ese
ja tema peegelpilt) Me tähistab metüülradikaali ( CH3-). Paljud biomolekulid on kiraalsed.
Tautomeeria (dünaamiline isomeeria) seisneb molekulide iseeneslikus üksteiseks üleminekus,
kusjuures segu koostis on
püsiv seni kuni ei muutu välistingimused. Näiteks sisaldab atsetoon alati 2-propenooli. Viimast iseseisva ainena eraldada pole
võimalik, ta on selleks liiga ebapüsiv CH3-CO-CH3 CH2=CH(OH)-CH3 Tautomeeria on väga levinud
suhkrute hulgas
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 16
Isomeeria mõiste ei ole hästi piiritletud , ka pööre ümber üksiksideme ei toimu täiesti vabalt - eriti siis, kui asendajad on
väga suured ja lihtsalt "teineteise taha kinni jäävad"!,2-dijodoetaani kaks vormi on ülimadalatel temperatuuridel üksteisest
eraldatavad - koolikeemias neid siiski eraldi isomeerideks ei peeta
Kuidas koostada isomeeride struktuurivalemeid
1. teeme kindlaks erinevate võimalike struktuuride arvu. Selleks võrdleme aine valemit vastava alkaani valemiga
Näiteks C4H5Cl on C4H
6 derivaat ja talle vastab alkaan C4H
10 Edasi (10 - 6) / 2 = 2 seega on tsükleid ja pii sidemeid kokku kaks
Vaatame, milliseid variante, me
C4H6 jaoks saame
•
2 pii sidet • 1 kolmikside (alküün) CH
:::C-CH2-CH3
*Nihutame pii sidemeid (asendiisomeerid) CH3-C
:::C-CH3
-Püüame
ahelat hargnema panna,
seekord ei saa
• 2 kaksiksidet (dieen) CH2=CH-CH=CH2
*Nihutame pii sidemeid (asendiisomeerid) CH3-CH=C=CH2
-Püüame ahelat hargnema panna, seekord ei saa
•
Kaks tsüklit (bitsükloalkaan)
* tsüklit ahendada seekord ei saa
•
Pii side ja tsükkel (tsükloalkeen)
*ahendame tsüklit
Lihtsaim bruttovalem, millega saab näidata kõiki vajalikke isomeeriavorme on
C4H8 C4H8 C4H10 (10-8)/2 = 1 seega kas tsükkel või kaksikside
Alustame
1-buteenist CH2=CH-CH2-CH3
• 1-buteeni suhtes
asendiisomeer on 2-buteen CH3-CH=CH-CH3
(cis-2-buteen ) ( trans-2-buteen )
• metüülpropeen on 1-buteeni suhtes
ahelaisomeer CH2 = CH(CH3)-CH3
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 17
• Tsüklobutaan on 1-buteeni suhtes
struktuuriisomeer (funktsionaalne isomeer ) Loomulikult on tsüklobutaan struktuuriisomeer ka 2-buteeni ja metüülpropeeni suhtes Karbonüülühendid Ained, mis sisaldavad
karbonüülrühma O
= C I
Aldehüüdid: Ained, milles karbonüülrühm on seotud vähemalt ühe vesiniku aatomiga. Aatomite rühmitust H-C=O
kutsutakse ka
aldehüüdrühmaks ja märgitakse lihtsustatult -CHO
Nimetused : sama süsinike arvuga süsivesiniku nimetus
+ -aal. Allpool on kujutatud etanaali molekuli mudelit ja struktuurivalemit.
Ketoonid : Ained, milles karbonüülrühm (ka ketorühm -CO-) pole vahetult seotud ühegi
vesiniku aatomiga
Nimetused: Sama süsinike arvuga süsivesiniku nimetus + oon (vajadusel tuleb näidata ka ketorühma
asukoht) - allpool on kujutatud propanooni molekuli mudelit ja struktuurivalemit
Ketoone nimetatakse ka radikaalide näitamise teel (nagu amiine ja eetreid) - sellisel juhul tuleks nimeks dimetüülketoon, aga
praktiliselt nimetatakse seda ainet atsetooniks C3H7-CHO 3+1=4
butanaal OHC- CH2-CH=CH-CHO 2-penteen-1,5-diaal
C2H5 -CO-C3H7
2+1+3=6 3-heksanoon
etüülpropüülketoon
CH3CH(CH3)CH2-CHO 3-metüülbutanaal
CH3-CHCl-CHO 2-kloropropanaal
CH3CH2CH(OH)CH2-CHO 3-hüdroksopentanaal
Füüsikalised omadused
Lihtsamad aldehüüdid lahustuvad üsna hästi vees, sest tegemist on polaarsete ainetega ja "sarnane lahustub sarnases".
Võrreldes
alkoholidega on nad, aga tunduvalt lenduvamad, sest aldehüüdide ja ketoonide molekulide vahel ei teki
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 18
vesiniksidemeid (pole OH või NH sidemeid)Vastavatest alkoholidest on nad ka mürgisemad ( vaata metanooli ja etanooli
juurest) Mõned aldehüüdide füüsikalised omaduse leiad peatükist Alkoholid"
Sidemed karbonüülrühmas on selgelt
polaarsed Cδ+ = Oδ- seega võib rääkida elektrofiilsest tsentrist süsinikul ja
nukleofiilsest tsentrist
hapnikul . Aldehüüdid on oluliselt aktiivsemad, kui ketoonid, sest vesiniku aatom lahkub kergemini,
kui ükskõik milline radikaal. Ka C=O kaksikside sisaldab π-sidet, nagu C=C sidegi. π-Sideme hetrolüütiline
katkemine läheb ilmselt sedapidi, et hapnik saab elektronpaari Cd+ = Od-
C+ -- O:-
Seega liitub negatiivselt
polariseeritud molekuli osa süsinikule ja positiivselt polariseeritud
osa hapnikule
R-CH2 - Cδ
+H Oδ
- + Hδ
+Clδ
- R-CH2 - C H Cl-OH tekib mingi 1-kloroalkanool (kloroalkohol
) Aldehüüdide redoksomadused
IV -II
0 +II +IV
CH4 CH3- OH
H – CHO H – COOH CO2
Metaan metanool
metanaal metaanhape
(alkohol)
(aldehüüd) (karboksüülhape)
Nagu näha:
1.) aldehüüde saab oksüdeerida hapeteks
2.) aldehüüde saab redutseerida alkoholideks
3.) (Ja vastupidi-aldehüüde saab toota süsivesinike ja alkoholide oksüdeerimisel või
karb .hapete redutseerimisel)
•
Aldehüüdid on eeskätt redutseerijad ja neid saab hõlpsalt oksüdeerida hapeteks.
Reaktsioon kulgeb juba nõrkade oksüdeerijate toimel.
Aldehüüdrühma
tõestamiseks kasutatakse "hõbepeegli" reaktsiooni
R-CHO +
Ag2O R-COOH + 2Ag
(
tegelikult kasutatava ühendi valem [Ag(NH3)2]OH , aga lihtsustatult kirjutatakse Ag2O) Tõestamiseks sobib ka värskelt valmistatud sinine vask(II)hüdroksiid, mis redutseerub
punaseks vask(I)oksiidiks, Ka siin kirjutatakse võrrandisse tavaliselt CuO mitte Cu(OH)2
R-CHO + 2CuO R-COOH +
Cu2O •
Oksüdeerivad omadused on palju nõrgemad ja aldehüüdide redutseerimine
(hüdreerimine ; hüdrogeenimine) alkoholideks kulgeb
raskelt R-CHO + H2 R-CH2OH
• Kuna molekulis on
kaksikside annavad aldehüüdid
liitumisreaktsioone •
Polümeeruvad n HCHO [-
CH2O -]n
•
Hüdraatuvad (1,1-dioolide kontsentratsioon lahuses saab muidugi ainult väike
olla, sest sellised ained on ebapüsivad. Olulised on nad vaheühenditena
CH3-CHO + HOH CH3-CH(OH)2 . Huvitavam on alkoholide liitumine, saadud
ühendid on püsivad
CH3-CHO + ROH RO-CH(OH)-CH3
O-C2H5 I
CH3 - Cδ+
= Oδ-
+ Hδ+
-Oδ-
-C2H5 CH3 - C - O - H I I
H H
Seda tüüpi reaktsioonid on olulised lihtsuhkrute tsükliliste molekulide tekkimisel
•
Hüdreeruvad alkoholiks (ühtlasi redutseerumine) R-CHO + H2 R-CH2OH
•
Etc., etc.,etc. Aldehüüdide saamine
IV -II
0 +II +IV
CH4 CH3- OH
H – CHO H – COOH CO2
Metaan metanool
metanaal metaanhape
(alkohol)
(aldehüüd) (karboksüülhape)
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 19
Aldehüüde saab toota süsivesinike ja alkoholide oksüdeerimisel või karb.hapete redutseerimisel
(enam vähe sama kehtib ketoonide kohta)
Redoksreaktsioonide
abil
1. Süsivesinike oksüdeerimisel •
Alkaanidest CH4 + O2 HCHO + H2O
•
Alkeenidest C2H4 + 1/2 O2 CH3CHO katalüüsivad palladiumi ühendid
2. Alkoholide oksüdeerimisel (või dehüdreerimisel) CH3OH + 1/2 O2 HCHO + H2O -
aurud juhitakse läbi hõõguva vaskvõrgu
CH3-CH(OH)-CH3 CH3-CO-CH3 + H2 katalüüsivad PbO , MnO jne
3. Hapete redutseerimisel (Praktiliselt mõttetu, kuid võimalik ja nimed formaliin ja atseetaldehüüd on
selliselt võimalusest tulnud - vastavalt sipelghappest
(acidum formicum) ja äädikhappest
(acidum aceticum)
CH3COOH + H2 CH3CHO + H2O
Liitumisreaktsioonide abil
Kui reaktsioonisaadus on "võimatu alkohol" muutub ta aldehüüdiks või ketooniks
•
Tekiks enool (alkohol, milles OH on kaksiksideme juures)
Alküünide hüdraatimine elavhõbeda soolade juuresolekul
(Kutserov) CH
:::CH + HOH ( CH2=CHOH) CH3CHO
• Tekiks alkohol, kus
ühe C aatomi juures on 2 OH rühma. Sellisel juhul
visatakse molekulist vesi välja ja tekib ikkagi
aldehüüd või ketoon
1.) CH3 -CBr2-CH2-CH3 + 2NaOH CH3 -C(OH)2-CH2-CH3 + 2NaBr ja edasi
2.) CH3 -C(OH)2-CH2-CH3 H2O + CH3 -CO-CH2-CH3 (
butanoon )
Seega kokkuvõttes CH3 -CBr2-CH2-CH3 + 2NaOH 2NaBr + H2O + CH3 -CO-CH2-CH3
Tähtsamad esindajad
H-CHO (ka formaldehüüd) Terava lõhnaga, vees hästilahustuv
gaas . 30%-40% lahust
kutsutakse formaliiniks ja kasutatakse desinfitseerimiseks ja anatoomiliste
preparaatide konserveerimiseks
Toodetakse metanooli või metaani oksüdeerimisel CH3OH + 1/2 O2 = HCHO + H2O CH4 + O2 = HCHO + H2O
Tekib ka fotosünteesil- esmase produktina CO2 + H2O = H-CHO + O2, hiljem
polümeerub ta näiteks glükoosiks, või mõneks teiseks suhkruks 6 HCHO C6H12O6
Kasutatakse fenoolformaldehüüdvaikude (liimid,
lakid , plastmassid) valmistamiseks
Vesilahuses polümeerub nn paraformiks (X+1) HCHO HOCH2[-OCH2-]xOHX~50-100
kuivalt polümeerimisel saadakse
suurema molekulmassiga (x~150000)polüformaldehüüd (
delriin) - heade mehhaniliste omadustega plastmass (-CH2O-)x
Paraformi tekke tõttu, kaotab formaliin ajapikku oma konservandiomadused. Kuumitamisel paraform laguneb tagasi
metanaaliks
Reageerimisel ammoniaagiga saadakse heksametüleentetraamiin (
urotropiin) , mida
kasutatakse neeruravimina. Kompleksi kaltsiumkloriidiga (
Calcex) kasutatakse kükmetushaiguste korral (vähemale
Venamaal küll kasutatakse, kas teda ka üle piiri tuua lubatakse - ei tea)
6 CH2O + 4NH3 (CH2)6N4 + 6 H2O
Etanaal (atseetaldehüüd)
CH3CHO õunalõhnaga (?) mürgine vedelik. Lahustub hästi vees ja on kergesti lenduv
(keeb 210C)
Trimeerumisel tekib nn paraaldehüüd - tugevatoimeline uinuti (CH3CHO)3 molekul on
tsüklilise ehitusega. Protsess kulgeb väikese hulga konts. väävelhappe juuresolekul
Tetrameer on tahke aine, kuivpõletusaine, "
kuivpiiritus Sahhariidid (süsivesikud) Nimetus süsivesik tuli omal ajal sellest, et vesiniku ja hapniku aatomite arvud suhtuvad tavaliselt nagu vees s.o. 2:1 (glükoos
C6H12O6 = 6C*6H2O ) Mõni
sahhariid sellele kriteeriumile ei vasta
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 20
(desoksüriboos C5H10O4). Mõni mittesahhariid, aga vastab - näiteks äädikhape CH3COOH.
Segadust tekitab ka sõnade
"
süsivesik" ja
süsivesinik" kõlaline sarnasus
Liigitus
1.) Monosahhariidid (lihtsuhkrud) - molekulis on 4 - 8 (?) süsiniku aatomit. Looduses levinumad on
heksoosid (C6H12O6 glükoos,
fruktoos , laktoos jne). Päriliku info
kandjad DNA ja RNA on seotud
pentoosidega ( riboos C5H10O5 ja
desoksüriboos C5H10O4)
Molekuli ehituse järgi eristatakse eristatakse
•
Ketoose (ketoalkohole) näiteks fruktoos
•
Aldoose (aldehüüdalkohole) näiteks glükoos
2.) Oligosahhariidid (Ολιγοσ = vähe, ebapiisavalt…). Molekul koosneb mõnest (2 - 10) lihtsuhkru jäägist. Eristatakse
disahhariide, trisahhariide jne
Sahharoosi (suhkur C12H22O11) molekul koosneb glükoosi ja fruktoosi jäägist Gl-O-Fr (liitumisel eraldub vesi).
Sama koostis on ka maltoosil (
linnasesuhkur Gl-O-Gl) ja paljudel teistel
3.) Polüsahhariidid ( Πολυσ = palju) Molekul koosne paljudest lihtsuhkru jääkidest. Näiteks glükoosijääkide polümeerid (-
C6H10O5-)n tärklised ja tselluloosid. Tselluloosid ongi Maal kõige levinumad orgaanilised ained
Glükoos heksoos C6H12O6 - molekuli ehituselt
aldoos .
Valge, vees hästi lahustuv, suhkrust vähem magus. Molekulis on 5 OH rühma ja seetõttu palju võimalusi vesiniksidemete
tekkeks. Sellega ongi
seletatav glükoosi ja teiste mono- ja oligosahhariidide hea lahustuvus vees - hoolimata suurtest
molekulmassidest. Tekib paljudes taimedes fotosünteesil, eriti palju on teda viinamarjades - siit ka nimi
viinamarjasuhkur .
Inimesele on ta kiire energiaallikas. Glükoosi ainevahetuse vahesaadused on mürgised - nende
kuhjumine on võimalik
suhkruhaiguse korral. Diabeetikute organismis ei ole piisavalt kõhunäärme Langehaernsi saarekestes toodetavat hormooni
-
insuliini ( insula = saar lad.). Võimalik on ka mingi viga insuliini molekuli ehituses.Kui haige süstib endale liiga vähe
insuliini võib ta langeda koomasse. Kui ta süstib endale liiga palju insuliini võib ta samuti koomasse langeda, sest närvirakud
jäävad nälga. Esimesel juhul on väljahingatavas õhus
atsetooni teisel juhul on väljahingatav õhk ilma iseloomuliku lõhnata.
Arvatavasti pole just palju diagnoose, mille
kiirabi parameedik paneb lõhna järgi - eksida ei tohi, sest ravi on mõlemal
seisundil täpselt
vastupidine , saate ehk isegi aru miks.
Molekuli ehitus
Ahelvorm: CH2OH - CHOH- CHOH- CHOH- CHOH-CHO seega aldehüüdalkohol
Ahelvormi on tasakaalulises segus väga vähe, toatemperatuuril umbes 0,3% ometi määrab just ahelvorm glükoosi keemilised
omadused, sest ainult ahelvormi molekulis on olemas aldehüüdrühm.Aldehüüdid teatavasti reageerivad alkoholidega andes
(pool)atsetaaali. Sama protsess leiab aset ka glükoosi molekulis ja tekib tsükkel. Tsüklisse kuulub ka aldehüüdrühmast pärit
hapniku aatom. Kuna seitsmelülised tsüklid on mõnevõrra ebapüsivamad, kui viie- või kuuelülilised - jääb üks süsinikest
tsüklist välja
O σ
-
σ
+ II CH2OH -
CHOH- CHOH- CHOH- CHOH-
C -H
+ O -
I I CH2OH -
CHOH- CHOH- CHOH- CHOH -
C -H
O
I CH2OH -
COH- CHOH- CHOH- CHOH-
CH2
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 21
Kui endisest aldehüüdrühmast
lugedes 2 esimest OH rühmas on samal pool tsükli tasapinda
(all või peal) räägitakse α - glükoosist ja kui erinevatel pooltel siis β - glükoosist. Lahuses valitseb glükoosi erinevate
vormide vahel tasakaal, kui üks eemaldada tekib ta uuesti
~35% ~65%
α - glükoos ahelvorm β - glükoos
Keemilised omadused
1.) Annab
alkoholide iseloomulikke reaktsioone. Nagu teisedki mitmealuselised alkoholid, reageerib värskelt
valmistatud vask(II)hüdroksiidiga - tekib rukkilillesinine lahus. Reaktsiooni kasutatakse
mitmealuseliste alkoholide
tõestamiseks. Tekkival ühendil on keeruline struktuur - Cu2+ satub nagu nelja hapnikuaatomi vahelisse puuri.
Selliseid ühendeid kutsutakse kelaatideks (κηλοσ =
puur Lihtsustatult võib võrrandiks kirjutada C6H12O6 + Cu(OH)2 C6H12O6*CuO + H2O
Vaskglükonaadile analoogilise ehitusega on kaltsiumglükonaat, mida kasutatakse
ravimina . Seega on mitmealuselised alkoholid mõnevõrra happelisemad, kui ühealuselised. Siiski pole ka neid
mõtet pidada hapeteks. Erinevalt näiteks naatriumetanolaadist on vaskglükaonaadi
vesilahus leelise liia
juuresolekul püsiv kuid klassikalise
soolaga pole tegemist ka siin.
Kelaadid loetakse kompleksühendite hulka.
2.) Annab
aldehüüdidele iseloomulikke reaktsioone
• Glükoosi saab oksüdeerida glükoonhappeks .
Hõbepeeglireaktsiooni või reaktsiooni vask(II)hüdroksiidiga (kuumutamisel) kasutatakse aldehüüdrühma tõestamiseks.
Glükoos annab neid reaktsioone. Aldehüüdrühm muutub karboksüülrühmaks ja ülejäänud molekul jääb samaks
CH2OH - (CHOH)4 -
CHO + Ag2O CH2OH - (CHOH)4
-COOH + 2Ag
CH2OH - (CHOH)4 -
CHO + 2Cu(OH)2 CH2OH - (CHOH)4 -
COOH + Cu2O + H2O
• Glükoosi saab redutseerida alkoholiks
sorbitooliks.
Sorbitool on nõrgalt magusa maitsega ja tervisele ohutu. Kasutatakse suhkruhaigete dieettoitude ja maiustuste (eriti nätsu)
magustamiseks, sest ta ei kääri piimhappeks ega põhjusta seega hambakaariest. Ka selles reaktsioonis toimub
muudatus ainult aldehüüdrühmas CH2OH - (CHOH)4 -
CHO + H2 CH2OH - (CHOH)4 -
CH2OH 3.) Glükoos
käärib, mitmesuguste mikroorganismide ensüümide toimel.Pärmiseened põhjustavad alkoholkäärimist
0 -IV +IV
C6H12O6 2 CH3CH2OH + 2 CO2
Seega glükoos oksüdeerub vaid osaliselt süsihappegaasiks, osaliselt aga redutseerub piirituseks. Energiat saab sellisel
meetodil vähe ja kõik kõrgemad loomad kasutavad glükoosi oksüdeerimiseks õhuhapnikku ( st. hingavad). Anaeroobe leidub
bakterite ja seente hulgas. Hingamisel eraldub energiat samapalju, kui põlemisel, sest protsessi summaarne energeetiline efekt
ei olene protsessi teest (vaheühenditest) vaid ainul lähteoleku ja lõppoleku siseenergiate vahest. Põlemisel eraldub energia
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 22
kiiresti, hingamisel aeglaselt, sest protsess kulgeb üle mitme vaheetapi. Teine igapäevase elu seisukohalt tuttav käärimisliik
on piimhappeline käärimine. Tekkiv piimhape CH3-CH(OH)-COOH on hea
konservant ja pärsib enamuse bakterite
elutegevuse. Hapendatud
kapsas ja hapukurk säilivad paremini, kui hapendamata köögiviljad. Ka laktoosi (piimasuhkru)
käärimisel tekib piimhape.
OH
Fruktoos (
fructus = puuvili) Glükoosi isomeer - vastav ketoos (ketoalkohol)
O
Suhkrust
magusam .
HO
H
Molekuli ehitus
O
H
O H II
• Ahelvorm CH2OH - CHOH - CHOH - CHOH - C - CH2OH
H
O H • Põhiliselt esineb lahuses tsükliliste (pool)ketaalidena - analoogiliselt glükoosiga
OH
Keemilised omadused
Glükoosist keemiliselt vähemaktiivne. Annab alkoholidele iseloolikke reaktsioone. Aldehüüdrühma tõestusreaktsioone ei
anna ja fruktoosi redutseerimine sorbitooliks kulgeb raskelt.
Sahharoos (suhkur) C12H22O11
Disahhariid , mille molekul koosneb glükoosi ja fruktoosi tsüklilistest jääkidest
( Gl - O - Fr ). Vees hästi lahustuv, magusa maitsega, kristalne aine
~Sulab 1850 C, seejuures osaliselt laguneb ja tekib
karamell - pruunikas mass, mida kasutatakse kompvekkide
valmistamiseks ja pruuni toiduvärvina -
kulöör.
Tootmine
Leidub paljudes taimedes. ~1/3 toodetakse suhkrupeedist ja ~2/3 suhkruroost. Puhastamata
roosuhkur ( saadakse pressitud
mahla aurustamisel) on küll pruuni värvusega, kuid täiesti söödav. Peedisuhkur puhastamata kujul söödav pole ja teda tuleb
kindlasti rafineerida. Peetidest
keedetakse mahl välja ja lisatakse lupja. Valgulise päritoluga lisandid koaguleeruvad ja suhkur
jääb kaltsiumsahharaadina lahusesse C12H22O11 + CaO C12H22O11*CaO.
Tsentrifuugi abil eraldatakse sade ja saadud lahus
lastakse läbi söefiltri, eemaldamaks kollakat värvust. Kaltsiumsahharaat lagundatakse süsihappegaasi abil
C12H22O11*CaO + CO2 C12H22O11 + CaCO3 Tsentrifuugimise teel eraldatakse sade ja saadud lahuse aurustamisel
saadaksegi suhkur. Roosuhkru tootmise kõrvalsaaduseks on rumm, peedisuhkru tootmisjäägid lähevad loomasöödaks .
Kange suhkrulahus on füsioloogiliselt kuiv, see tähendab, et
osmoosi tõttu voolab vesi läbi bakterikestade välja ja
bakterid kuivavad ning hukkuvad. Suhkur on laialt kasutusel konservandina. Füsioloogiliselt kuiva keskkonna moodustab ka
keedusool ja on ainult maitseeelistuse probleem, kas eelistada soolatud maasikaid ja heeringakompotti või vastupidi
Keemilised omadused
Hüdrolüüs: Kõik
oligo - ja polüsahhariidid hüdrolüüsuvad lihtsuhkruteks. Sahharoos
hüdrolüüsub glükoosi ja fruktoosi seguks (nn
invertsuhkur ) Gl - O - Fr + HOH GlOH + FrOH
C12H22O11 + H2O C6H12O6 (glükoos) + C6H12O6(fruktoos)
Invertsuhkur kristallub halvasti - temast saab väga kangeid siirupeid , näiteks
mesi Protsess kulgeb
1.)
Ensüümide toimel , suhteliselt madalal temperatuuril ( ensüümid on
valgud ja ei kannatagi kõrget temperatuuri)
• Seedeensüümide toimel
• Linnastes
leiduva maltaasi toimel - sellel protsessil põhineb õlle ja piirituse tootmine
2.)
Keetmisel happelises keskkonnas, selline protsess leiab aset ka moosi ja
kisselli keetmisel
Alkoholide keemilised omadused: Sahharoos annab alkoholidele iseloomulikke reaktsioone
Sealhulgas ka mitmealuseliste alkoholide tõestusreaktsiooni värske vask(II)hüdroksiidiga
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 23
C12H22O11 + Cu(OH)2 C12H22O11*CuO + H2O - vasksahharaat värvib lahuse eresiniseks
Aldehüüdide keemilised omadused: Kuna sahharoosi molekul ei sisalda vaba aldehüüdrühma, puuduvad tal ka
redutseerivad omadused. Hüdrolüüsi tõttu võib pikemat aega seisnud suhkrulahus anda aldehüüdrühma tõestusreaktsiooni.
Käärimine: Vesilahus võib osaleda paljudest käärimisprotsessidest , ka alkoholkäärimisest
C12H22O11 + H2O 4 C2H5OH + 4 CO2
Tärklis(ed)
α-glükoosi jääkide polümeerid (-C6H10O5-)x . Taimsed varuained mida leidub seemnetes, mugulates jne. Eestlase menüüs on
põhilised allikad
teraviljasaadused ja
kartul .
Amüloos: x~200 normaalahelaga polümeer. Lahustub vees teda on tärklises10 - 25%. Müüdav "kartulijahu" teda ei sisalda,
sest tootmise käigus läheb ta kaduma.
Ahel on heeliksikujuline
Amülopektiin: x~4000 Vees ei lahustu, kuid kuumas vees pundub, andes
kliistri . Molekul koosneb mitmest amüloosiahelast,
mis on omavahel seotud 1,6 eetersidemetega
Glükogeen: leidub
maksas , molekul meenutab amülopektiini oma, on aga veelgi suurem ja haralisem.
Keemilised omadused
1. Alkoholide tõestusreaktsiooni ei anna, sest lahustub liiga halvasti vees. Tärklise estreid kasutatakse
vedelikkromatograafias plaatide valmistamiseks jne. Igapäevases elus nendega suurt kokku ei
puutu .
2. Vaba aldehüüdrühma ei sisalda, seega redutseerivad omadused puuduvad
3.
Hüdrolüüsub Tärklis dekstriidid maltoos (linnasesuhkur C12H22O11) glükoos
(-C6H10O5-)x (-C6H10O5-)n C12H22O11) C6H12O6
n CH2Cl-COOH >> CH3-COOH. Piki süsinikahelat efekt nõrgeneb, nii on 2-
kloropropaanhape tugevam, kui 3-kloropropaanhape
CH3-CHCl-COOH > CH2Cl-CH2-COOH > CH3-CH2-COOH
Füüsikalised omadused
Kuna karboksüülrühm on tugevalt polaarne ja vesiniksidemete tekkeks on võimalused olemas,
on lihtsamad karbhapped üsna kõrgete keemistemperatuuridega (kõrgemad, kui vastavatel alkoholidel) ja vees hästi
lahustuvad. Süsinikahela pikenedes, lahustuvus kiiresti väheneb.
Süsinikahel on
hüdrofoobne (~"veepelglik") ja tõukab vett eemale. Karboksüülrühm on
hüdrofiilne ( ~"vesilemb") see
tähendab, tõmbab vee molekule enda poole. Pika süsinikahela
korral on hüdrofoobsed omadused ülekaalus ja aine vees ei lahustu ning vastupidi.
Nomenklatuur • Sama süsinike arvuga süsivesiniku nimi +
hape ( COOH - st alustatakse ahela nummerdamist)
4. 3. 2. 1.
CH3-CH(
CH3) -C(
CH3)2 -COOH
2,2,3-dimetüülbutaanhape
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 25
5. 4. 3. 2. 1.
CH2
=CH-CH(
OH)-CH2-COOH
3-hüdrokso-4-pen
teenhape
5. 4. 3. 2. 1.
HOOC -CH2-CH2-CH
Cl-COOH
2-kloro-1,5-pentaandihape
• Kui selline nimetamisviis on raskendatud, siis
tuumühendi nimi + karboksüülhape (karb.rühma süsinikku ei loeta)
HOOC-
CH2-CH(OH)- CH2-COOH
2-hüdrokso-1,2,3-propaantrikarboksüülhape
I ehk
sidrunhape COOH
-COOH benseenkarboksüülhape (bensoehape )
Keemilised omadused ja saamine Redoksomadused
IV
-II 0 +
II +IV
CH4 CH3- OH H – CHO
H – COOH CO2
Metaan metanool
metanaal
metaanhape (alkohol) (aldehüüd) (
karboksüülhape) Ilmselt on happed rohkem
oksüdeerijad , kui redutseerijad. Peab ütlema, et sellised reaktsioonid ei ole hapetele
iseloomulikud. Olulisemad on nad hapete saamismeetoditena
Põhimõtteliselt saab
happeid redutseerida aldehüüdideks ja alkoholideks
CH3COOH + H2 CH3CHO + H2O või CH3COOH + 2H2 CH3CH2OH + H2O
Samuti nad oksüdeeruvad (põlevad) CH3COOH + 2O2 2CO2 + 2H2O
Hapete saamine
Ilmselt võib oksüdeerida
• Aldehüüde CH3CH2
CHO +1/2O2 CH3CH2
COOH propanaalist
propaanhape • Alkohole CH3CH2CH2
CH2OH +O2 CH3CH2CH2
COOH + H2O butanoolist butaanhape
• Süsivesinikke (pikem ahel seejuures katkeb) C4H10 + 5/2O2 2CH3COOH + H2O
Hapetele iseloomulikud reaktsioonid
Happed on prootoni doonorid, seega on hapete üldised omadused just prootoni (vesinikiooni) reaktsioonid
• Reageerimine
metallidega (
pingerida ) 2CH3COOH + Zn (
CH3COO )-2Zn2+ + H2
tsinketanaat ioonilisel kujul
Zn + 2H+ = Zn2+ + H2
tsink oksüdeerub ja oksüdeerijaks on vesinikioon Zn - 2e = Zn2+ ja 2H+ + 2e = H2
• Reageerimine
metallioksiidide ja hüdroksiididega CaO + 2C2H5COOH (C2H5COO)2Ca + H2O
kaltsiumpropanaat CaO + 2H+ = Ca2+ + H2O
NaOH + C3H7COOH C3H7COONa + H2O
naatriumbutanaat OH- + H+ = H2O
• Reageerimine
sooladega juhul, kui tekib nõrgem hape, sade või
gaas (CO2)
Na
2-
2CO3 + 2CH3COOH = 2CH3COONa + H2O + CO2 CO3 + 2H+ = H2CO3 = H2O + CO2
• Reageerimine
alkoholidega, saaduseks on
ester (esterdus; esterifikatsioon)
Väliselt meenutab esterdusreaktsioon neutralisatsioonireaktsiooni, ka nimetatakse estreid sooladega analoogiliselt. Sisuliselt
pole estritel ja sooladel midagi ühist. Tegemist on meeldiva lõhna ja vähemürgiste ainetega. Neid kasutakse
aromatisaatoritena ja lahustitena
CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O etüületanaat
Täpsemalt: CH3CO
OH +
HO-C2H5 CH3COOC2H5 +
HOH
Estreid võib vaadelda kui, •
Karb happeid, mille prooton on asendatud radikaaliga R1 COOR2 11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 26
3. 2. 1. 1. 2. 3.
CH3CH(OH)COOCH2CH(Cl)CH3 2-kloropropüül-2-hüdroksopropanaat •
Kui alkohole, mille hüdroksüülrühm on asendatud happejäägiga ( rohkem mineraalhapete korral) CH3CH(C2H5)CH2-ONO2 2-etüülpropüülnitraat C3H5(NO3)3 propüültrinitraat C3H5(C17H35COO)3 propüültristearaat Metaanhape (
sipelghape )
HCOOH Terava lõhnaga, igas vahekorras veega segunev vedelik. Nahka ärritava toimega, kasutatakse rahvameditsiinis ( nõgesevihad,
sipelgapiiritus)
Kõige tugevam karbhape, annab kõiki hapetele iseloomulikke reaktsioone
• 2HCOOH + 2Na = 2HCOONa + H2 naatriummetanaat (naatriumformiaat)
• HCOOH + NaOH = HCOONa + H2O
• 2HCOOH + CaO = (HCOO)2Ca + H2O kaltsiummetanaat (kaltsiumformiaat)
• 2HCOOH + C2H5OH = 2HCOOC2H5 + H2O etüülmetanaat (etüülformiaat)
H -
C = O Sisaldab,lisaks
karboksüülrühmale H - C = O I ootamatult ka
aldehüüdrühma ja seetõttu on
I
OH sipelghape redutseerija
OH
Valemit HO-CHO võib vajadusel ju kasutada,
aga eriti levinud ta pole
Sipelghape, kui aldehüüd annab hõbepeeglireaktsiooni. Talle vastav
H O - C = O karboksüülhape ( kas tundsite ära H2CO3) on ebapüsiv ja seetõttu oksüdeerub
I ta tegelikult süsinikdioksiidiks
OH HCOOH + Ag2O 2Ag + CO2 + H2O
Sipelghape on teistest hapetest vähem püsiv ja laguneb kuumutamisel
• vettsiduvate ainete juuresolekul (H2SO4 ; P4O10 , …) HCOOH H2O + CO
• Ni, Pt, Fe jne juuresolekul HCOOH H2 + CO2
Toodetakse
Põhiliselt vingugaasist, mis kõrgel rõhul annab leelistega sipelghappe soola. Hiljem tõrjutakse metaanhape, kui nõrgem hape
väävelhappega välja. Võetakse ~20% hape ja palju ei kuumutata, muidu sipelghape ju laguneks NaOH + CO HCOONa
ja edasi HCOONa + H2SO4 HCOOH + NaHSO4 ( Na2SO4 tekiks ~1800 juures, seda sipelghape välja ei kannataks)
Rasvhapped
Kõrgemad karboksüülhapped, mis tekivad rasvade hüdrolüüsil ja nende tehisanaloogid.
Nad on normaalahelaga ja paarisarvulised. Nimetatakse tavaliselt triviaalnimedega (lähtutakse rasvast, millest esmakordselt
eraldati , näiteks C6 kapronhape, kapreenhape, kaprüülhape CAPRA =
kits ) Väga nõrgad happed,
hüdrofoobsed. Kõrgemad on tahked vahasarnased ained (
stearhape ). Kergemad on ebameeldiva lõhnaga õlisarnased. Küllastumata hapete
sulamistemp on madalamad, kui vastavatel küllastunud hapetel.
Küllastunud …
Küllastumata rasvhapped
Monoküllastumata
:
Polüküllastumata
3-ώ ja 6-ώ π side otsast 3,
süsinikahelas üks π side
süsinikahelas mitu π sidet
(6.) süsiniku juures
Bioloogiliselt
Eluks
hädavajalikud,
seovad
Pidavat eriti
tervislikud väheväärtuslikud
ainevahetuse käigus
olema
tekkivaid vabu radikaale
Palju kalarasvas Palju taimsetes õlides Lipi did (
rasvad )
Koosnevad glütseriididest (glütserooli ja rasvhapete estritest)
Lihtsustatud üldvalem C3H5(RCOO)3
Rasvad on hüdrofoobsed ja madalate sulamistemperatuuridega. Vedelad rasvad = õlid
Ensüümide toimel rasvad hüdrolüüsuvad. Hüdrolüüs kulgeb ka happelises ja eriti hästi leeliselises
keskkonnas. Leelises tekib rasvhapete soolade segu -
seep 11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 27
O
O
II
II
CH2 – O – H HO-C - R
CH2 – O – C - R
O
O
II
3 H2O +
II
CH – O – H HO-C - R
CH - O –-C -R
O
O
II
II
CH2 – O – H HO-C - R
CH2 – O – C - R
Aminohapped . . Ained, mille molekul sisaldab aminorühma (-NH2) ja karboksüülrühma (-COOH)
Füüsikalised omadused on üsna varieeruvad, kuid paljude vesiniksidemete tekke võimaluse tõttu (nii NH kui OH) on nad
vähelenduvad ja suhteliselt hästi vees lahustuvad. Suure molekulmassiga aminohapped lahustuvad muidugi halvemini. Kui
aminorühmi ja/või karboksüülrühmi on mitu siis lahustuvus on parem
Nimetused üldjuhul lisatakse happe
nimele eesliide amino-
3.(β) 2.(α) 1.
H2N -CH2 - CH2 - COOH 3-
aminopropaanhape (vanemas kirjanduses β-aminopropaanhape)
Valkude koostisse kuuluvate aminohapete korral kasutatakse triviaalnimesid ja neist
tuletatud kolmetähelisi lühendeid.
Sageli leiduvaid aminohappeid on pisut üle 20 ja nad on kõik
2-aminohapped H2N - CH(R) - COOH või H2N - CH- COOH
I
R
Mõned näited H2N - CH- COOH
I
2-aminoetaanhape Glütsiin
Gly
H
H2N - CH- COOH
I
2-aminopropaanhape
Alaniin Ala
CH3
H2N - CH- COOH
I
2-amino-3-merkaptopropaanhape Tsüsteiin
Cys
CH2SH H2N - CH- COOH
2-amino-1,5-pentaandihape Glutamiinhape
Glu
I
CH2-CH2-COOH
H2N - CH- COOH
I
2-amino-3-fenüülpropaanhape Fenüülalaniin
Phe
CH2-
C6H5 Glutamiinhape pidavat mälu parandama, ei oska kommenteerida. Naatriumglutamaat annab toidule tugeva kanapuljongi
maitse ja on kasutusel maitsetugavdajana Fenüülalaniinirikast toitu peavad vältima päriliku haiguse- fenüülketonuuria all
kannatajad.Sisaldub teda ka sünteetilistes magustites ( karastusjookidel
hoiatus "contains Phe")
Keemilised omadused
Karboksüülrühm on happeliste omaduste kandja see tähendab prootoni doonor (loovutab vesinikiooni)
-COOH -COO- + H+
Aminorühm on aluseliste omaduste
kandja see tähendab prootoni aktseptor (seob vesinikiooni)
-:NH
2 + H+
-NH3
Aminohapetel on seega, nii aluselisi, kui happelisi omadusi nad on
amfoteersed 11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 28
Ka vesilahuses on karboksüülrühm oma prootoni loovutanud aminorühmale ja tekkinud bipolaarne
ioon , mida võib
põhimõtteliselt ka soolaks nimetada. Näiteks aminoetaanhape (aminoäädikhape; glütsiin ;
Gly ) vesilahuses oleks õigem
kasutada valemit kujul: H3N+- CH2 - COO- , mitte klassikalisel kujul: H2N-CH2-COOH
(H2N-CH2-COOH H3N+- CH2 - COO- )
Happena reageerivad aminohapped • alustega andes soola
H2N-CH(CH3) -COOH + NaOH H2N-CH2-COONa + H2O naatriumglütsinaat
või H2N-CH(CH3) -COOH + NH3 H2N-CH(CH3)-COONH4 ammooniumalanaat
• alkoholidega, andes estri ( näiteks etüülalanaadi)
H2N-CH(CH3) -COOH + C2H5OH H2O + H2N-CH(CH3) -COOC2 H5
• ETC., ETC., ETC. Aminohapped on vastavatest karbhapetest nõrgemad happed
Alustena reageerivad aminohapped • hapetega, andes soola (aminorühm protoneerub) nad on vastavatest amiinidest nõrgemad alused
H2N-CH(CH3) -COOH + HCl Cl-( H3N+-CH(CH3) -COOH)
Peptiidne (amiidne) kondensatsioon
Aminorühm ja karboksüülrühm võivad võivad anda kondensatsioonireaktsiooni. Eraldub vesi ja tekib peptiidne rühmitus
H O H O
I II I II
- N -
H + H - O - C -
HOH + ---- N ------- C ----
ehk lihtsustatult -NH2 + HOOC- -NH - CO- + H2O
rühmitust -CONH- ( või -NHCO- vahet ju pole ) kutsutakse
peptiidseks rühmituseks ja C - N sidet peptiidses rühmituses
kutsutakse
peptiidsidemeks Ala + Gly = H2O + Ala-Gly (alanidoglütsiin)
H2N-CH(CH3) -CO
OH +
H2N-CH2 -COOH H2N-CH(CH3) -CONH-CH2 -COOH
+ HOH Gly + Ala Gly-Ala (glütsiidoalaniin)
H2N-CH2 -CO
OH +
H2N-CH(CH3) -COOH
HOH + H2N-CH2 -CONH-CH(CH3) -COOH
Mõlemas
dipeptiidi molekuli otsas säilivad
funktsionaalsed rühmad ja reaktsioon võib jätkuda.
saaduseks on
polüpeptiid. Kuna peptiidne rühmitus on praktiliselt sama koostisega, kui
amiidrühm ( -CONH2 ; - C = O )
I
NH2
Nimetatakse selliseid aineid ka
polüamiidideks. Polüpeptiidide all mõeldakse enamasti mitme erineva aminohappe
looduslikke polümeere - valke jmt. Polüamiidide all mõeldakse tavaliselt ühe aminohappe sünteetilisi polümeere ( nailon,
kapron ,...).Inglise keeles eelistatakse
terminit polüamiid, mitmetes teistes keeltes polüpeptiid
aminokapronhappe (6-aminoheksaanhappe) polükondensatsioon algab järgmiselt
H2N-(CH2)5-COOH + H2N-(CH2)5-COOH H2O + H2N-(CH2)5-CONH-(CH2)5-COOH
Protsessi jätkudes tekib polümeer - kapron
Juba dipeptiidi stuktuurivalem on üsna "
kohmakas ". Tegelikult kirjutatakse valkude struktuure üles kolmetäheliste lühendite
abil, on oluliselt ülevaatlikum. Allpool on kujutatud oktapeptiidi, aga valgus võib olla sadu aminohappejääke ,
sruktuurivalem võtaks meeletult ruumi ja poleks ülevaatlik
H2N-[-CH -CONH-CH -CONH-CH-CONH-CH -CONH-CH -CONH-CH -CONH-CH -CONH-CH -]-COOH
I I I I I I I I
R R R R R R R R
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 29
Aromaatsed süsivesinikud ( areenid ) "aromaatsuse" mõiste jääb koolis avamata, igatahes pole ta seotud meeldiva lõhnaga
.
Koolis on aromaatseteks aineteks benseen ja tema homoloogid .Nii
alküülhomoloogid, nagu metüülbenseen, kui
funktsionaalhomoloogid nagu
fenool (hüdroksobenseen),
aniliin (aminobenseen) On ka selliseid
aromaatseid süsteeme, mis
ei sisalda benseenirõngast.
Aromaatsete aine molekulidel on kaks ühist joont
• Molekul on tasapinnaline
• Molekulis on
kinnine konjugeeritud π-elektronsüsteem. ( suletud ahelas on formaalselt
vaheldumisi üksik ja
kaksiksidemed - täpsemalt pole küll tegemist "õigete" üksik- ja kaksiksidemetega vaid nn aromaatsete sidemetega)
Skeemilt on näha, et π-sidemed benseenis ei ole kindlate C
aatomite vahelBenseeni molekuli alla ja peale tekib nagu
π-
elektronpilv . Pole võimalik otsustada, milliste süsiniku aatomite
vahel on üksik- või kaksikside. Sellist "laialimääritud" sidet
nimetatakse
delokaliseeritud sidemeks
Benseeni molekul on tasapinnaline, süsiniku aatomitest moodustatud korrapärane kuusnurk. CC sideme pikkus on 144
pm, mis on üksiksideme (154 pm) ja kaksiksideme (136 pm ) vahepealne. Põhimõtteliselt võib nn aromaatset sidet ka
pooleteisekordseks nimetada.
Benseen on tüüpiline mittepolaarne aine. Tavatingimustel on ta bensiinisarnane vedelik
Kergesti lenduv ja veega ei segune. Areenid on suhteliselt mürgised, samuti on nad
teratogeenid ( ained, mis võivad
kahjustada loote arengut ) Areene sisaldavad mitmed lahustid - nii et noored daamid, kui olete juba
lapseootel , ärge meest
remonti tegema sundige -
oodake veel mõni aasta. (Siis pole ka mõtet, sest väikelaps ei oska kallist remonti nagunii
vääriliselt hinnata ja talitab nii nagu ikka ). Benseeni ja tema alküülhomoloogide teratogeenne toime pole küll tugev, aga
oma lapsega pole mõtet
riskida Keemilised omadused
Redoksomadused
Põleb, ilma lisaõhuta tahmab tugevalt. 2 C6H6 + 15 O2 = 12 CO2 + 6 H2O
Osaliselt oksüdeerimine pole eriti võimalik. KMnO4 lahusega ta ei reageeri ja karmimate oksüdeerijate toimel molekul
laguneb. Võib
kuuluda bensiini koostisse - tõstab detonatsioonikindlust. Palju lisada ei tohi, tahmab küünlad ära.
Redutseerimine (hüdreerimine) kulgeb väga raskelt, saaduseks on tsükloheksaan.
C6H6 + 3 H2 C6H12 vajalik on kõrge rõhk ja katalüsaator ( Ni, Pd või Pt)
Annab asendusreaktsioone
(enamasti elektrofiilseid asendusi)
•
Halogeenimine kulgeb
AlCl3 ; FeBr3 ja muude analoogiliste katalüsaatorite toimel
1. Kõigepealt halogeeni reageerimisel kaalüsaatoriga tekib tugev elektrofiil positiivne kloorikatioon
Cl - Cl + AlCl3 Cl+ + [AlCl4]-
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 30
2. Edasi atakeerib viimane benseeni ja tõrjub sellest välja prootoni
C6H6 + Cl+ C6H6 Cl+ C6H5 Cl + H+
3. Prooton regenereerib katalüsaatori
H+ + [AlCl4]- HCl + AlCl3
Kokkuvõttes: C6H6 + Cl2 C6H5Cl + HCl ( klorobenseen ) •
Nitreerimine reageerimisel lämmastikhappega asendub vesinik nitrorühmaga (NO2) Reaktsioon kulgeb hästi
väävelhappe keskkonnas
1. Väävelhappe toimel lämmastikhape protoneerub (st käitub alusena)
HO-NO
2 + H+
H3 -O - NO2 ja tekib sool nitrooniumvesiniksulfaat
Lihtsustatult NO+-2OH + H2SO4NO2HSO4 + H2O NO2 + HSO4 + H2O 2. Tugev elektrofiil (nitrooniumkatioon) atakib benseenituuma ja tõrjub sellest prootoni välja C
+
6H6 + NO2
C6H6
NO +
2
C6H5 NO2 + H+
3. Prooton taastab katalüsaatori - väävelhappe HSO -4 + H+ H2SO4
Kokkuvõttes: C6H6 + HO-NO2 C6H5 NO2 + H2O nitrobenseen •
Alküleerimine reageerimisel halogenosüsivesinikega (AlCl3 jmt. juuresolekul) saadakse benseeni alküülhomolooge
(mehhanism on analoogiline)
Näiteks C6H6 + Cl-CH3 C6H5-CH3 + HCl (metüülbenseen e
tolueen )
Benseen võib anda ka liitumisreaktsioone
• Intensiivse ultraviolettkiirguse toimel tekib benseeni kloreerimisel
1,2,3,4,5,6-
heksaklorotsükloheks
aan (nn heksakloraan), mida kasutati putukamürgina
C6H6 + 3 Cl2 C6H6Cl6
•
Hüdreerimine (Redutseerimine)
kulgeb väga raskelt, saaduseks on tsükloheksaan.
C6H6 + 3 H2 C6H12 vajalik on kõrge rõhk ja katalüsaator ( Ni, Pd või Pt)
SEEGA
1. Benseen põleb (oksüdeerub lõpuni) Teiste oksüdeerijate suhtes on püsiv
2 C6H6 + 15 O2 = 12 CO2 + 6 H2O
2. Nii nagu küllastumata ühendid annab ta liitumisreaktsioone
(π
- sideme tõestusreaktsioone broomiveega ja kaaliumpermanganaadi lahusega -ei anna) C6H6 + 3 H2 C6H12 tsükloheksaan C6H6 + 3 Cl2 C6H6Cl6
heksakloraan 3. Nii nagu küllastunud ühendid annab ta asendusreaktsioone (liitumisreaktsioonidest kergemini) C6H6 + HO-NO2
C6H5 NO2 + H2O nitrobenseen
C6H6 + Cl2 C6H5Cl + HCl (klorobenseen)
Tegemist on keemiliselt väheaktiivse ainega, mille omadused on küllastunud- ja küllastumata ühendite omaduste
vahepealsed.
Inertsus on põhjustatud
aromaatse sideme erilistest omadustest ja molekuli äärmisest sümmeetrilisusest
(pole reaktsioonitsentreid - kõik 6 süsinikku on täpselt ühesugused, samuti kõik 6 vesinikku)
Benseeni toodetakse
• Eraldatakse kivisöetõrvast ( 10000 C kuumutamisel eralduvad kivisöest
lenduvad ained (koksigaas), veeslahustuvad
ained (uttevesi) ja tekib paks õline vedelik (kivisöetõrv). Järele jääb urbne mass - koks, mida kasutatakse metallurgias
• Saadakse etüüni (atsetüleeni) trimeerimisel (kõrge rõhk; katalüsaatoriks aktiivsüsi)
3 C2H2 C6H6
• Heksaani ja tsükloheksaani (naftast) dehüdreerimisel
Heksaanist C6H14 C6H6 + 4H2
Võib ka oksüdeerivalt dehüdreerida näiteks tsükloheksaani C6H12 + 3/2O2 C6H6 + 3H2O
Benseeni alküülhomoloogid
CH3
Metüülbenseen ( tolueen). Väliselt meenutab benseeni.
Molekul pole nii sümmeetriline, kui benseenil ja seetõttu on tolueen pisut reaktsioonivõimelisem
Nitreerimisel asendub 3 aromaatse tuuma vesinikuaatomit ja tekib 2,4,6-trinitrotolueen
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 31
(tehnilise nimega trotüül , ka TOL - tuntud lõhkeaine. Tugevajõuline, kuid ilma spetsiaalse sütikuta
praktiliselt ei plahvata ) C6H5 - CH3 + 3HONO2 C6H2(NO2)3-CH3 + 3H2O
Fenüületeen (stüreen, vinüülbenseen) CH = CH2
Lihtsaim küllastumata
areen .
Annab kõiki küllastumata ühendeile iseloomulikke reaktsioone, ka tõestusreaktsiooni broomiveega
C6H5-CH=CH2 + Br2 C6H5-CHBr-CH2Br
Polümeerub polüstüreeniks (polüstürooliks).
X CH = CH2 [ -CH - CH2- ]x
I I
C6H5 C6H5
Suhteliselt jäik polümeer, mida kasutatakse elektriinstallatsioonidetailide valmistamiseks, odavate seinaplaatide
valmistamiseks jne. Põlemisel tahmab tugevalt ja levitab imalmagusat kaneelaldehüüdi lõhna
Saadakse benseeni töötlemisel etüüniga AlCl3 juuresolekul. Vahepeal tekib ilmselt alküülhalogeniid C6H6 + CH
:::CH
C6H5 - CH = CH2
Nomenklatuurist
• Üldjuhul vaadeldakse benseeni tuumühendina.
Tuumaga seotud radikaalid näidatakse tavapärases korras
• Kui on vaja benseenituuma käsitleda kõrvalahelana, siis vastav radikaal kannab nime
Fenüül SIC! C6H5- fenüül, mitte bensüül (
bens (o)üül on hoopis C6H5-CH2- )
C6H5-
CH2- C6H5 difenüül
metaan C6H5 -
CH=CH- C6H5 1,2-difenüül
eteen Fenool(id) Fenoolid on ained, milles hüdroksüülrühm on vahetult seotud benseenituumaga
- CH2 - O - H
- O H
Lihtsaim esindaja on
fenool C6H5OH
C6H5CH2 OH pole fenool, vaid aromaatne alkohol
Omapärase lõhnaga, sööbiv ja mürgine tahke aine. Külmas
(fenüületanool) , sest OH pole vahetult seotud
vees lahustub halvasti - tekib kaks teineteisega
benseenituumaga
mittesegunevat vedelikku - vee lahus fenoolis ja
fenooli lahus vees
. Molekuli ehitus ja keemilised omadused
1.) benseenituum on osaliselt vabade orbitaalide (π - sideme omapärase ehituse) tõttu elektrofiil ja tõmbab elektronpaare
pisut enda poole. OH sideme polaarsus on natuke suurem, kui alkoholidel ja
happelised omadused seetõttu selgemad.
Vesilahuses fenool dissotsieerub, kuid nii vähesel määral, et indikaatoreid tema vesilahus ei värvi
C6H5OH C6H5O
:- + H+
• Fenool reageerib leelistega andes fenolaate (alkoholid leelistega ei reageeri). Fenolaatioon on stabiilsem, kui alkoholaat,
seetõttu tekib kergemini C6H5OH + NaOH C6H5ONa + H2O
Fenolaadid hüdrolüüsuvad tugevalt (väga nõrga happe soolad) ja on püsivad vaid tugevalt aluselises keskkonnas
• Fenool annab alkoholidele iseloomulikke reaktsioone
- vesinikhalogeniididega C6H5OH + HBr C6H5Br + H2O bromobenseen
- hapetega annab estreid CH3CO
OH +
HO-C6H5 CH3COO-C6H5 +
H2O fenüületanaat
või C6H5O
H +
HONO2 C6H5ONO2 +
H2O fenüülnitraat (
võib ka nitreeruda, vaata allpool)
11. klassi Orgaanika konspekt Jaan Usin 32
2.) OH rikub benseenituuma sümmeetriat ja muudab benseenituuma vesinikud asendites 2,4,6-"liikuvateks" ja fenool annab
kergesti
asendusreaktsioone aromaatses tuumas • Fenool reageerib broomiveega andes 2,4,6-tribromofenooli valge sademe (benseen broomiveega ei reageeri)
C6H5OH
+ 3Br2
C6H2Br3-OH + HBr
• Lämmastikhappega annab 2,4,6-trinitrofenooli (pikriinhape: lõhkeaine; kollane riidevärv)
C6H5OH + 3HONO2 C6H2(NO2)3-OH + 3H2O
(
võib muidugi ester ka tekkida C6H5ONO2 või isegi C6H2(NO2)3-ONO2) Tootmine Saadakse benseenist. Läbi klorobenseeni
C6H6 + Cl2 C6H5Cl + HCl ja C6H5Cl + NaOH C6H5OH + NaCl Üsna palju erinevaid fenoole on põlevkiviõlis
Saab valmistada ka kivisöest ja lubjakivist CaCO3 CaO CaC2 C2H2 C6H6 C6H5Cl C6H5OH
• Kivisöetõrv (nagu masuut, sisaldab palju aromaatseid ühendeid)
• Uttevesi ( vesi + lahustunud soolad (NH4)2SO4 , Na2S2O3 ….)
• Koksigaas ( CH4 jne , H2 , CO , CO2 ..)
Aniliin (fenüülamiin , aminobenseen ) :NH2
Aniliin on lihtsaim aromaatne amiin, milles aminorühm on vahetult seotud
benseenituumaga
C6H5NH2
Omapärase lõhnaga, mürgine vedelik. Vees lahustub halvasti.
Molekuli ehitus ja keemilised omadused
3.) benseenituum on osaliselt vabade orbitaalide (π - sideme omapärase ehituse) tõttu elektrofiil ja tõmbab N jagamata
elektronpaari pisut enda poole .Aluselised omadused on seotud lämmastiku jagamata elektronpaariga ja on
benseenituuma elektrofiilse mõju tõttu nõrgendatud Vesilahuses aniliin protoneerub vähesel määral ja ilmutab küll
nõrku, aga selgeid aluselisi omadusi C
+
6H5NH2 + HOH
C6H5NH3 +
:OH-
• Aniliin reageerib hapetega andes
sooli C6H5NH2 + HCl (C6H5N+H3)Cl- fenüülammooniumkloriid (lahustub vees)
või 2C6H5NH2 + H2SO4 (C6H5NH3)2SO4 fenüülammooniumsulfaat (ei lahustu vees)
Kuumutamisel või leeliste toimel fenüülammooniumsoolad lagunevad
4.) NH2 rikub benseenituuma sümmeetriat ja muudab benseenituuma vesinikud asendites 2,4,6-"liikuvateks" ja benseen
annab kergesti
asendusreaktsioone aromaatses tuumas • Nagu fenool reageerib ka aniliin broomiveega andes 2,4,6-tribromoaniliini valge sademe (benseen broomiveega ei
reageeri) C6H5 NH2
+ 3Br2
C6H2Br3-NH2 + 3HBr
Tootmine
1.)Saadakse benseenist. Läbi klorobenseeni
C6H6 + Cl2 C6H5Cl + HCl ja C6H5Cl + NH3 (C6H5NH3)Cl algul tekib sool (fenüülammooniumkloriid) ja soolast
saadakse leelise toimel amiin (aniliin) (C6H5NH3)Cl + NaOH C6H5NH2 + H2O + NaCl
2.) Läbi nitrobenseeni
C6H6 + HONO2 C6H5NO2 + H2O ja saadud nitrobenseeni redutseeritakse vesinikuga tekkemomendil (monovesinikuga)
C6H5NO2 + 6H C6H5NH2 + 2H2O
3.) Võib saada ka fenooli ja ammoniaagi vahelisel reaktsioonil
C6H5OH +
:NH3 C6H5NH2 + H2O C6H5NO2
Saab valmistada ka kivisöest ja lubjakivist CaCO3 CaO CaC2 C2H2 C6H6 C6H5Cl C6H5NH2
Kasutatakse Põhiliselt riidevärvide valmistamiseks , ka
indigo millega värvitakse teksariiet Indigost ta omal ajal ka
esmakordselt eraldati
Kõik kommentaarid