11. klassi
Orgaanika konspekt Jaan
Usin 34
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
Lihtsaim süsivesinik, Õhust kergem ja ilma lõhna ning maitseta. Vees ei lahustu ja oluliselt mürgine pole. Eraldatakse maagaasist, mille põhikomponent ta on.
Keemilised omadused
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)
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 metüülkloriidAsendada
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 (+IV). Süsiniktetrakloriid ei
saa järelikult põleda ja on üks väga vähestest mittepõlevatest
rasvade ja vaikude lahustitest. Kahjuks on ta üpris mürgine
Diklorometaani molekuli mudel
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
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
isopropüüliksÜhesuguste
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
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
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.
. . . . .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
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.
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
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
+
NaOH R - CH2-
OH
+ NaCl
C2H5Br
+ NaOH C2H5OH
+ NaBr jne etanool
CH3-CHBr-
CHBr-CH3
+ 2KOH CH3-CH(OH)-
CH(OH)-CH3
+
2KBr 2,3 –butaandiool
Katkev side
+
-
Ründav osake
Lahkuv osake
H3C Br + : OH-
H3C OH + : Br-
Elektrofiilne tsenter
Nukleofiilne tsenter
Aktiivne
vahekompleks
Ründav
osake :OH- Lahkuv osake :Cl-
-tekkiv
side katkev
side
δ- δ+ δ-
H
O:……………….C…………………:Cl
Veel
tugevam nukleofiil on alkoksiidioon ( alkoholaat )
Alkoksiidi
(alkoholaadi) saab leelismetalli reageerimisel alkoholiga ja ta on
tugev alus
RONa
RO:- + Na+ CH3-C
(CH3)2
- Cδ+H2-Brδ-
+ CH3O:-Na+ CH3-C
(CH3)2
– CH2-O-CH3
+ NaBr
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 ehk
butaan-2-ool
CH3-CH(OH)-CH(OH)-CH3 2,3-butaandiool ehk butaan-2,3- diool
CH3-CH(CH3)-CH(OH)-CH3 3
- metüül-2-butanool ehk 3-metüülbutaan-2-ool
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 Seega vesiniksidemed on olemas
Etanool
Alkohol
M = 46
Keeb
78,150
Lahustub vees piiramatult
CH3CHO
Pole OH (või NH) sidet, seega vesinik-sidemed võimatud
Etanaal
Aldehüüd
M = 44
210
Piiramatult , kuid raskemad aldehüüdid lahustuvad halvemini vastavatest alkoholidest
Homoloogilises reas muutuvad füüsikalised omadused (näiteks keemistemperatuurid) korrapäraselt Võrreldud on alkoholide ja neile vastavate aldehüüdide keemistemperatuure
Molekulmassi kasvuga üldiselt tõusevad keemis- ja sulamistemperatuurid ning tihedus ja väheneb lahustuvus vees
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
+ - + - +
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.
1.) Happelises keskkonnas hüdroksüülrühm protoneerub
I
δ+ ..δ- δ+ δ+ δ- I
δ+ ..δ- δ+
C O H + H :Cl C O H + :
Cl- I I I
H+
2.)
Järgnevalt visatakse alkoholist vesi välja ning halogeen tuleb
asemele . Sellist mehhanismi kutsutakse happekatalüütiliseks
I
δ+ ..δ- δ+ I δ+ δ-
C O H + :
Cl- C Cl + HOH I I I
H+
- 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
2C3H5N3O95H2O
+ 3N2
+ 6CO2O2Seega
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.
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
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
R
- C+H
= C-H2
+ H+-OH- R
- CH(OH)
- CH3
Halogenoalkaanide aluseline hüdrolüüs ( hüdroksiidioon asendab halogeeni aatomi)
R-C+HCl-
-R´ + Na+OH- R-CH(OH)
-R´ + Na
Cl
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
(kartul, teravili)
(C6H10O5)n
Maltaas
(linnased)
Vees lahustuvad suhkrud
Maltoos C12H22O11
ja glükoos C6H12O6
Pärm
Käärimine
Meski
~14% piiritust
destilleerimine
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
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.
Amiinid
Amiinid on ammoniaagi derivaadid, milles vähemalt üks vesiniku aatom on
asendatud orgaanilise radikaaliga
:NH3 ammoniaak
Primaarne amiin
Asendatud 1 H aatom
CH3-NH2
. .
CH3-CH(NH2)-CH2-CH3
Metüülamiin
2-aminobutaan
Sekundaarne amiin
Asendatud 2 H aatomit
. .
CH3-NH-CH2CH3
Etüülmetüülamiin
Tertsiaalne amiin
Asendatud 3 H aatomit
(CH3)3 N:
Trimetüülamiin
Kui
aminorühm on pika ahela keskel, kasutatakse eesliidet amino-
:NH2 3-aminoheksaan
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
Vee ja amiini vahel saavad tekkida vesiniksidemed
-N:….H
- O
- H või - N:
- H ……O
H2
Vees ammoniaagi (amiini) molekul protoneerub (Liidab endale veest prootoni st. vesi käitub happena)
:NH3
+ 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.
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-
.
. . .
Lihtsustatulr CHe
–
Clδ- + Hδ+
– NH2
H
Cl
+ CH3
– NH2
Amnaloogiliselt
saab ka sekundaarseid jne amiine
Lihtsustatulr CHe
–
Clδ- + Hδ+
– NH
– CH3
H
Cl
+ CH3
– NH
– CH3
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
Mõnikord saab amiine ka alkoholide töötlemisel ammoniaagiga
CH3
–
OHδ- + Hδ+
– NH2
H
OH
+ CH3
– NH2
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.
CH3-CH(CH3)-CH=CH2
3-metüül-1- buteen
3-metüülbut –1-een
6. 5. 4. 3. 2. 1.
CH:::C- CH(C2H5)-CH2-CH=CH2
4-etüül -5-üün-1-hekseen
4-etüül-5-üünheks-1-een
CH2=CH(CH3)-CH=CH2
2-metüül-1,3- butadieen
2-metüülbut-1,3-dieen
CH3-CHCl-CCl=CH2
2,3-dikloro-1-buteen
2,3-diklorobut-1-een
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
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
ei
ole laengujaotus päris ühtlane RHC
= CH2 π
sideme katkemisel läheb
elektronpaar selle süsiniku juurde mille küljes on rohkem vesiniku aatomeid RHC+
:: C-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-C+H
= C-H2
+ H+
OH-
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
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
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 - 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 allpool toodud propüüni struktuurvalem ja molekuli
mudel
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=CH2Väga ebapüsivad
- Konjugeeritud dieenid: kaks kaksiksidet on järjest, vahel pole ühtegi süsinikku
Näiteks
1,3-butadieen CH2=CH-CH=CH2
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.
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 -
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
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 - 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
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
teeme kindlaks erinevate võimalike struktuuride arvu. Selleks võrdleme aine valemit vastava alkaani valemiga
Näiteks C4H5Cl on C4H6
derivaat ja talle vastab alkaan C4H10
Edasi
(10
- 6) / 2 = 2 seega on tsükleid ja pii sidemeid kokku kaks
Vaatame,
milliseid variante, me C4H6
jaoks saame
- 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
(cis-2-buteen
) ( trans-2-buteen )
- metüülpropeen on 1-buteeni suhtes ahelaisomeer CH2 = CH(CH3)-CH3
- 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 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 -sidet, nagu
C=C sidegi. -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:
aldehüüde saab oksüdeerida hapeteks
aldehüüde saab redutseerida alkoholideks
(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)
Aldehüüde
saab toota süsivesinike ja alkoholide oksüdeerimisel või
karb.hapete redutseerimisel
(enam
vähe sama kehtib ketoonide kohta)
Redoksreaktsioonide
abil
Süsivesinike oksüdeerimisel
- Alkaanidest CH4 + O2 HCHO + H2O
- Alkeenidest C2H4 + 1/2 O2 CH3CHO katalüüsivad palladiumi ühendid
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
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
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
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
(desoksüriboos
C5H10O4).
Mõni mittesahhariid, aga vastab - näiteks äädikhape CH3COOH. Segadust tekitab ka sõnade "süsivesik"
ja süsivesinik"
kõlaline sarnasus
Liigitus
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
Oligosahhariidid ( = 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 ( = 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 -
+
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
Kui
endisest aldehüüdrühmast lugedes 2 esimest OH rühmas on samal
pool tsükli tasapinda
(all
või peal) räägitakse - glükoosist ja kui erinevatel pooltel siis - glükoosist. Lahuses valitseb glükoosi erinevate vormide vahel
tasakaal, kui üks eemaldada tekib ta uuesti
~35% ~65%
-
glükoos ahelvorm - glükoos
Keemilised
omadused
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 ( = 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.
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
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 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.
Fruktoos
( fructus = puuvili) Glükoosi isomeer - vastav ketoos (ketoalkohol)
Suhkrust magusam .
Molekuli
ehitus
O
II
- Ahelvorm CH2OH - CHOH - CHOH - CHOH - C - CH2OH
- Põhiliselt esineb lahuses tsükliliste (pool)ketaalidena - analoogiliselt glükoosiga
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
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
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
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)
-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
Alkoholide tõestusreaktsiooni ei anna, sest lahustub liiga halvasti vees. Tärklise estreid kasutatakse vedelikkromatograafias plaatide valmistamiseks jne. Igapäevases elus nendega suurt kokku ei puutu .
Vaba aldehüüdrühma ei sisalda, seega redutseerivad omadused puuduvad
Hüdrolüüsub
Tärklis dekstriidid maltoos (linnasesuhkur C12H22O11) glükoos
(-C6H10O5-)x (-C6H10O5-)n C12H22O11) C6H12O6
n
summaarselt:
(-C6H10O5-)x
+ xH2O x C6H12O6
Dekstriide
kasutatakse paberiliimina (dekstriinliim ; postmargid )
Hüdrolüüs
kulgeb
Ensüümide toimel, madalal temperatuuril
- Linnaste ensüüme kasutatakse õlle ja piirituse tootmiseks
- Inimesel on vajalikud ensüümid juba süljes
Kuumutamisel happelises keskkonnas - saadakse nn siirup
(kartulisiirup, corn syrop …)
Magus ja dekstriidide tõttu veniv mass.
Läheb
präänikute, nätsu,.. tootmiseks
4. Vahetult ei kääri
Tselluloos
Taimsete
rakukestade materjal, loduses väga levinud.Puuvillas on teda kõige
rohkem, palju ka linas. Toodetakse põhiliselt puidust. Klassikaline
tehnoloogia nõuab palju vett., Tallinna tehas kulutas 1/4 linna
veest. Eestis hetkel tselluloosi ei toodeta.Suur osa läheb paberi
valmistamiseks
Molekul
Β-Glükoosi
jääkide polümeer (-C6H10O5-)x
sisaldab
iga lüli kohta 3 OH rühma [-C6H7O2
(OH)3-]x
Vees
ei lahustu, seetõttu ei anna, ka mitmealuseliste alkoholide
tõestusreaktsiooni
Hüdrolüüsub
tselluloos hemitselluloosid tsellubioos (C12H22O11) glükoos
(-C6H10O5-)x (-C6H10O5-)n C12H22O11) C6H12O6
n
summaarselt
nagu tärkliselgi: (-C6H10O5-)x
+ xH2O x C6H12O6
Hüdrolüüs
kulgeb palju raskemalt, kui tärklisel
- Ensüümide toimel - selgroogsetel sellised ensüümid puuduvad. Tselluloosist toituvad seened, paljud bakterid. Kaudselt ka mõned kõrgemad loomad, näiteks mäletsejad, kelle maos olevad bakterid muudavad tselluloosi veisele kasulikeks ollusteks
- Kuumutamisel happelises keskkonnas - 120 - 1500 C, kasutatakse hüdrolüüspiirituse tootmiseks
Kui
alkohol,annab tselluloos hapetega estreid
- Lämmstikhappega reageerimisel tekivad nitraadid (nitrotselluloosid)
[-C6H7O2
(
OH)3-]
+ 3 HNO3 [-C6H7O2
(
NO3)3-] + 3H
2O tegelikult[-C6H7O2
(OH)x
(
NO3)3-x]
õigem
võrrand
[-C6H7O2
(
OH)3-]
+ 3 HONO2 [-C6H7O2
(O
NO2)3-]
+3 HOH
nn trinitraat
Trinitraat
on plahvatav - temast tehakse suitsuta püssirohtu. Dinitraadist ja
mononitraadist tehakse
tselluloidi,liime, lakke
- Äädikhappe abil saadakse tselluloosi atsetaate atsetüültselluloose
[-C6H7O2
(
OH)3-]
+ 3 CH3COOH [-C6H7O2
( CH3COO )3-] + 3H
2O nn triatsetaat
erinevalt
nitrotselluloosidest on atsetaadid raskerlt süttivad. Tsellofaan,
kunstsiid
Karboksüülhapped
Karboksüülhapped sisaldavad karboksüülrühma ( -COOH)
O-H sideme polaarsus on tänu täiendavale hapniku aatomile tunduvalt suurem, kui alkoholides ja seetõttu on ka karboksüülrühma happelised omadused palju tugevamad, kui hüdroksüülrühmal alkoholides. Tegemist on selgelt happeliste ühenditega, mis vesilahuses dissotsieeruvad vesinik- ja happeanioonideks CH3COOH CH3COO- + H+
Karb happed on suhteliselt nõrgad happed ja nende dissotsiatsiooniastmed väikesed, kuid ka 30% äädikhappe joomine võib tekitada eluohtliku söögitoru söövituse.
Kui lisada molekuli veel negatiivselt polariseeritud asndajaid, siis happe tugevus suureneb.
Nii on kloroäädikhape tugevam äädikhappest. Dikloroäädikhape tugevam kloroäädikhappest etc. CCl3-COOH > CHCl2-COOH > 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.
- 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
5. 4. 3. 2. 1.
CH2=CH-CH(OH)-CH2-COOH 3-hüdrokso-4-penteenhape
5. 4. 3. 2. 1.
HOOC -CH2-CH2-CHCl-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 CH3CH2CHO +1/2O2 CH3CH2COOH propanaalist propaanhape
- Alkohole CH3CH2CH2 CH2OH +O2 CH3CH2CH2COOH + H2O butanoolistbutaanhape
- 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 tsink etanaat 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)
Na2CO3
+ 2CH3COOH
= 2CH3COONa
+ H2O
+ CO2 CO32 -
+ 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: CH3COOH
+ HO-C2H5 CH3COOC2H5
+ HOH
Estreid
võib vaadelda kui,
- Karb happeid, mille prooton on asendatud radikaaliga R1 COOR2
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
I
OH
Sisaldab,lisaks karboksüülrühmale ootamatult ka aldehüüdrühma ja seetõttu on sipelghape redutseerija
Valemit HO-CHO võib vajadusel ju kasutada, aga eriti levinud ta pole
H - C = O
I
OH
H O - C = O
I
OH
Sipelghape, kui aldehüüd annab hõbepeeglireaktsiooni. Talle vastav karboksüülhape ( kas tundsite ära H2CO3) on ebapüsiv ja seetõttu oksüdeerub ta tegelikult süsinikdioksiidiks
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 : süsinikahelas üks π side
Polüküllastumata
süsinikahelas mitu π sidet
3-ώ ja 6-ώ π side otsast 3, (6.) süsiniku juures
Bioloogiliselt väheväärtuslikud
Eluks hädavajalikud, seovad ainevahetuse käigus tekkivaid vabu radikaale
Palju taimsetes õlides Pidavat eriti tervislikud olema
Palju kalarasvas
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
O
II
CH2 – O – H HO-C - R
O
II
CH – O – H HO-C - R
O
II
CH2 – O – H HO-C - R
3 H2O +
O
II
CH2 – O – C - R
O
II
CH - O –-C -R
O
II
CH2 – O – C - R
.
.
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.() 2.() 1.
H2N -CH2
-
CH2
-
COOH 3- aminopropaanhape (vanemas
kirjanduses -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
H
2-aminoetaanhape
Glütsiin
Gly
H2N - CH- COOH
I
CH3
2-aminopropaanhape
Alaniin
Ala
H2N - CH- COOH
I
CH2SH
2-amino-3-merkaptopropaanhape
Tsüsteiin
Cys
H2N - CH- COOH
I
CH2-CH2-COOH
2-amino-1,5-pentaandihape
Glutamiinhape
Glu
H2N - CH- COOH
I
CH2- C6H5
2-amino-3-fenüülpropaanhape
Fenüülalaniin
Phe
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)-:NH2
+ H+ -NH3+
Aminohapetel
on seega, nii aluselisi, kui happelisi omadusi nad on amfoteersed
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
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)
-COOH
+ H2N-CH2
-COOH H2N-CH(CH3)
-CONH-CH2
-COOH +
HOH
Gly
+ Ala Gly-Ala (glütsiidoalaniin)
H2N-CH2
-COOH
+ 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
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 -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 -sidemed benseenis ei ole kindlate C aatomite vahelBenseeni molekuli alla ja peale tekib nagu
- 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
Kõigepealt halogeeni reageerimisel kaalüsaatoriga tekib tugev elektrofiil positiivne kloorikatioon
Cl - Cl + AlCl3 Cl+ + [AlCl4]-
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
Väävelhappe toimel lämmastikhape protoneerub (st käitub alusena)
HO-NO2 + H+ H3+-O - NO2 ja tekib sool nitrooniumvesiniksulfaat
Lihtsustatult NO2OH + H2SO4NO2HSO4 + H2O NO2+ + HSO4- + H2O
Tugev elektrofiil (nitrooniumkatioon) atakib benseenituuma ja tõrjub sellest prootoni välja C6H6 + NO2+ C6H6 NO2+ C6H5 NO2 + H+
Prooton taastab katalüsaatori - väävelhappe HSO4 - + 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-heksaklorotsükloheksaan (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
Benseen põleb (oksüdeerub lõpuni) Teiste oksüdeerijate suhtes on püsiv
2 C6H6 + 15 O2 = 12 CO2 + 6 H2O
Nii nagu küllastumata ühendid annab ta liitumisreaktsioone
( - sideme tõestusreaktsioone broomiveega ja kaaliumpermanganaadi lahusega -ei anna)
C6H6 + 3 H2 C6H12 tsükloheksaan C6H6 + 3 Cl2 C6H6Cl6 heksakloraan
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
(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
difenüülmetaan C6H5
- CH=CH-
C6H5
1,2-difenüületeen
Fenool(id)
Fenoolid on ained, milles hüdroksüülrühm on vahetult seotud
benseenituumaga
- O H
- CH2 - O - H
Lihtsaim esindaja on fenool C6H5OH
Omapärase lõhnaga, sööbiv ja mürgine tahke aine. Külmas vees lahustub halvasti - tekib kaks teineteisega mittesegunevat vedelikku - vee lahus fenoolis ja fenooli lahus vees.
C6H5CH2 OH pole fenool, vaid aromaatne alkohol (fenüületanool) , sest OH pole vahetult seotud benseenituumaga
Molekuli
ehitus ja keemilised omadused
benseenituum on osaliselt vabade orbitaalide ( - 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 CH3COOH
+ HO-C6H5 CH3COO-C6H5
+ H2O
fenüületanaat
või
C6H5OH
+
HONO2
C6H5ONO2
+
H2O fenüülnitraat
(võib
ka nitreeruda, vaata allpool)
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
benseenituum on osaliselt vabade orbitaalide ( - 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 C6H5NH2 + 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
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