Keemia (0)

Orgaaniline keemia: alifaatsed süsivesinikud
· Süsivesinike üldiseloomustus ja klassifikatsioon · Alifaatsete süsivesinike nomenklatuur · Isomeerid ja konformeerid · Alkaanide omadused · Alkeenide omadused ja saamine · Hüperkonjugatsioon · Alküünide omadused
Orgaaniline keemia
· Orgaanilise keemia all mõistetakse üldiselt süsinikuühendite keemiat, kuigi täpse piiri tõmbamine on siin raske. ­ Reeglina mõistetakse orgaaniliste ühendite all C, H, O, N ja halogeene sisaldavaid ühendeid. · Elementorgaanilise keemia all mõistetakse selliste ühendite keemiat, kus süsinik on seotud mõne metalli või eelpool nimetamata mittemetalliga.
Süsivesinikud
· Süsivesinikud on ühendid, mis koosnevad vaid süsiniku- ja vesinikuaatomitest. · Süsivesinikud moodustavad orgaanilise keemia aluse. ­ Vahel ongi orgaaniline keemia defineeritud kui süsivesinike ja nende derivaatide keemia.
1 Süsivesinikud
· Süsivesinikud jagatakse aromaatseteks ja alifaatseteks: ­ aromaatsed süsivesinikud sisaldavad benseenituuma; ­ alifaatsed süsivesinikud ei sisalda benseenituuma. · Sageli võib molekuli puhul rääkida ka tema aromaatsest ja alifaatsest osast.
Süsivesinikud
Alifaatsed süsivesinikud
· Alifaatsed süsivesinikud jagunevad: ­ küllastunud süsivesinikud ­ ei sisalda kordseid sidemeid ; ­ küllastumata süsivesinikud ­ sisaldavad kordseid sidemeid, mille hüdrogeenimise tulemusena saab neid viia küllastunud süsivesinikeks.
2 Alkaanid
· Alkaanid on küllastunud süsivesinikud, s.t sisaldavad vaid üksiksidemeid. · Võivad olla hargnemata ahelaga ( butaan ), hargnenud ahelaga (metüülpropaan), tsüklilised (tsüklobutaan). · Süsiniku ja vesiniku elektronegatiivsused on praktiliselt võrdsed, seega on alkaanid mittepolaarsed.
Alkaanid
· Alkaani molekulide vahel on valdavalt Londoni ehk dispersioonijõud. ­ Dispersioonijõud kasvab elektronide arvu kasvuga ja seega on tugevam suurema molekulmassiga alkaanides. · Alkaanide korral alates butaanist C 4H10 tuleb arvestada isomeeride esinemise võimalusega.
Alkaanid: nomenklatuur
· Hargnemata ahelaga alkaane nimetatakse lähtudes süsinike arvust järgmiselt: metaan, etaan jne. Järelliide on ­aan. · Hargnenud ahelaga alkaanide korral lähtutakse pikimast süsinikuahelast ja kõrvalahelaid vaadeldakse asendajatena, mille nimetus saadakse vastava alkaani nimetuses lõpu ­aan asendamisel lõpuga ­üül.
3 Alkaanid: nomenklatuur
· Asendajate paiknemine näidatakse vajadusel süsiniku numbriga peaahelas, millega ta on seotud. ­ Nummerdatakse sellest otsast, mis annab väikseimad numbrid . ­ Vajadusel kasutatakse eesliiteid di-, tri- jne. ­ Asendajad loetletakse tähestikulises järjekorras.
Küllastumata alifaatsed süsivesinikud: nomenklatuur
· Kaksiksidet sisaldavaid alifaatseid süsivesinikke nimetatakse alkeenideks. · Kolmiksidet sisaldavaid alifaatseid süsivesinikke nimetatakse alküünideks. · Kaksiksideme olemasolu tähistatakse nimetuses järelliitega ­een ja kolmiksidet järelliitega ­üün (vajadusel koos eesliidetega di- jne).
Küllastumata alifaatsed süsivesinikud: nomenklatuur
· Peaahela aatomite nummerdamisel antakse väiksemad numbrid eelistatult: a) järelliitega tähistatud rühmale; b) kaksiksidemetele; c) kolmiksidemetele; d) eesliidetega tähistatud rühmadele. H3C CH3 H2 H2 C C C H3C C CH CH3 H2
C2H5
4 Struktuuriisomeeria
· Orgaanilises keemias puutume kokku peamiselt kolme tüüpi isomeeriaga. ­ Struktuuriline isomeeria ­ molekulid koosnevad samadest aatomitest, kuid need aatomid on omavahel erinevalt seotud. H2 CH3 H3C C C CH3 CH H2 H3C CH3
Geomeetriline isomeeria
· Geomeetrilise isomeeria korral paiknevad aatomid erinevalt kaksiksideme suhtes või siis tsükloalkaanis. Me Me Me Me Me Me
Me Me
Konformeerid · Geomeetrilisi isomeere on kerge segi ajada sama molekuli erinevate konformeeridega, s.o sama molekuli selliste vormidega, mis erinevad ühe (või mitme sõltumatu) üksiksideme ümber toimuva rotatsiooni (pöörde) võrra. Me Me Me H H H
H H H H H Me
5 Optiline isomeeria · Stereoisomeeria korral koosnevad molekulid samadest aatomitest ja ka sidemed aatomite vahel on samad, kuid aatomite ruumiline paiknemine on erinev. · Optilised isomeerid on üksteise peegelpildid ja seetõttu mitteekvivalentsed (nagu vasak ja parem käsi). CH3 CH3
C H H Cl Cl F F
Optiline isomeeria · Molekuli, mis ei ole identne oma peegelpildiga, nimetatakse kiraalseks. · Molekul on akiraalne, kui ta langeb oma peegelpidiga kokku. · Kiraalne molekul ja tema peegelpilt moodustavad enantiomeeride paari. · Enantiomeerid tekivad orgaanilises keemias alati, kui süsinikuga on seotud neli erinevat asendajat (rühma).
Optiline isomeeria
· Enantiomeerid on samasuguste keemiliste omadustega, välja arvatud reaktsioonid kiraalsete molekulidega. · Enantiomeerid erinevad oma optiliselt aktiivsuselt (võimelt pöörata polariseeritud valgust). · Akiraalsetest ainetest kiraalseid aineid sünteesides saadakse enantiomeeride segu ehk ratsemaat. · Elusorganismid toodavad reeglina ainult ühte enantiomeeri.
6 Alkaanide omadused
· Hargnemata ahelaga alkaanide keemis- ja sulamistemperatuurid ning aurustumisentalpiad on kõrgemad kui hargnenud ahelaga alkaanidel. ­ Londoni jõud. · Alkaanid on keemiliselt vähereaktiivsed, kuna süsinik-süsinik ja süsinik- vesinik sidemed on piisavalt stabiilsed.
Alkaanide omadused
· Alkaanidele on omased oksüdeerumis- ja asendusreaktsioonid , mis toimuvad radikaalmehhanismiga. · Oksüdeerumise all mõeldakse siin peamiselt alkaanide põlemist, mis on üheks inimkonna olulisemaks energiaallikaks. CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) H = -890 kJ
Alkaanide omadused
· Alkaane on suures hulgas maagaasis ja naftas, nendest lähtudes sünteesitakse erinevaid ühendeid. · Selleks tuleb kõigepealt tõsta molekuli reageerimisvõimet, reeglina halogeenimise teel, s.t vesinikuaatom asendatakse halogeeniga.
7 Alkaanide omadused
· Tüüpiliseks näiteks on reaktsioon metaani ja kloori vahel: CH4(g) + Cl2(g) CH3Cl (g) + HCl(g) · Reaktsioon toimub valguse (või soojuse) toimel. · Klorometaan on üks reaktsioonisaadusi, lisaks tekivad mitmekordselt asendatud klorometaanid: diklorometaan CH2Cl2, triklorometaan ehk kloroform CHCl3 ja tetraklorometaan CCl4.
Alkaanide omadused
· Uurimised on näidanud, et asendusreaktsioonid alkaanides toimuvad radikaalmehhanismi järgi ehk ahelreaktsioonina. ­ Ahela tekkereaktsiooniks on kloori dissotsiatsioon : Cl2 Cl· + Cl· ­ Ahela edasikandumine toimub klooriaatomi reaktsioonil metaaniga ja tekkiva metüülradikaali reaktsioonil kloori molekuliga: Cl· + CH4 CH3· + HCl Cl2 + CH3· CH3Cl + Cl·
Alkeenide omadused · Alkeenide omadused kajastavad kaksiksideme olemasolu molekulis. ­ Kõik sp2 süsinikega seotud aatomid paiknevad samas tasapinnas ja pööre kaksiksideme ümber on praktiliselt võimatu. · Alkeenide ahelad pole seetõttu nii paindlikud konformatsiooni muutmiseks. ­ Ahelad ei saa üksteisele piisavalt läheneda. ­ Madalam sulamistemperatuur .
8 Alkeenide saamine
· Alkeene saadakse tööstuslikult alkaanide dehüdrogeenimisel. CH 3CH 3( g ) Cr 2 O3 CH 2 = CH 2 ( g ) + H 2 ( g ) · Siin on tegemist tüüpilise elimineerimis- reaktsiooniga, kus kaks naabersüsinike juures paiknevat rühma (aatomit) eemaldatakse molekulist nii, et tekib kaksikside.
Alkeenide saamine · Laboratoorselt saadakse alkeene halogenoalkaanidest vesinikhalogeniidi elimineerimise teel. o
CH 3CH 2CHBrCH 3 + CH 3CH 2O - etanool ,70 C CH 3CH = CHCH 3 + CH 3CH 2 OH + Br - · Reaktsioon algab etanolaatiooni atakiga -CHBr- rühma naabersüsiniku juures paiknevale vesinikule, mis seotakse prootonina, ning sellele järgneb Br- iooni eraldumine molekulist. Reaktsioonil moodustub ka mõningane kogus CH3CH2CH=CH2.
Alkeenide omadused · Süsinik-süsinik -side on suhteliselt nõrk, kuna p-orbitaalide kattumine on väike. · Alkeenide erinevus alkaanidest tuleneb ka sellest, et kaksikside (-side) põhjustab negatiivse laengu koondumise sidemele, s.t nukleofiilset tsentrit, mida saab atakeerida elektrofiil . · Alkeenidele on omased elektrofiilsed liitumisreaktsioonid kaksiksidemele, kus -sideme asemel moodustub kaks -sidet.
9 Alkeenide omadused · Halogeenimine: CH2=CH2 + Br2 CH2Br-CH2Br · Elektrofiil tekib siin halogeeni molekuli polarisatsiooni tulemusena. Teine halogeeniaatom liitub reeglina trans-asendisse. - Br
+ Br Br Br
+ Br- Br
Alkeenide omadused
· Vesinikhalogeniidi liitumine: CH3-CH=CH2 + HBr CH3CHBrCH3 · See reaktsioon kulgeb halogeenimisega sama mehhanismi järgi. Elektrofiiliks, mis algselt kaksiksidemele liitub, on siin prooton . Ebasümmeetriliste molekulide korral toimub liitumine Markovnikovi reegli järgi ­ vesinik liitub enam hüdrogeenitud süsinikuga.
Hüperkonjugatsioon
· Hüperkonjugatsioon on resonantsi üks vorme. · Toodud hüperkonjugatsioon, kus osaleb katioon, kannab positiivse hüperkonjugatsiooni nime ja on oluline ennekõike karbokatioonide osalusel toimuvates reaktsioonides. · Tuntakse ka negatiivset hüperkonjugatsiooni, kus osaleb negatiivse laenguga ioon ja mittepolaarset hüperkonjugatsiooni, kus osaleb radikaal.
10 Hüperkonjugatsioon H H
H C H+ H C H C C C C H H 1+6 resonantsvormi H H H H H H
H H H H+
H C H H C H C C C C 1+2 resonantsvormi H H H H H H
Alkeenide omadused
· Vesinikhalogeniidide liitumine radikaalse mehhanismiga (peroksiidide toimel) kulgeb vastupidiselt Markovnikovi reeglile. CH3-CH=CH2 + HBr CH3CH2CH2Br R + HBr RH + Br
H H H2 C + Br + HBr C C + Br H3C CH2 H3C CH2Br H3C CH2Br
Alkeenide omadused
· Vee molekuli liitumine: CH3-CH=CH2 + H2O CH3CH (OH)CH3 · See reaktsioon kulgeb happelises keskkonnas, mehhanism on sarnane vesinikhalogeniidi liitumisega. · Ka produktide jaotus toimub samamoodi (Markovnikovi reegli järgi).
11 Alkeenide omadused
· Hüdrogeenimine: CH3-CH=CH2 + H2 CH3CH2CH3 · See on eespool toodud alkeenide saamise (elimineerimisreaktsiooni) pöördreaktsioon. · Ilma katalüsaatorita toimub vaid kõrgetel temperatuuridel . · Katalüsaatorite ( plaatina , pallaadium , nikkel) manulusel toimub toatemperatuuril.
Alküünide omadused
· Alküünidele on sarnaselt alkeenidega omased liitumisreaktsioonid kordsele sidemele: ­ H2 liitumine ehk hüdrogeenimine; ­ vee molekuli liitumine ehk hüdratatsioon; ­ halogeenimine; ­ vesinikhalogeniidi liitumine. H
H O H O +H2O H H C C H C C C C
H H H H
12