Wykład 5 - Klasyfikacja związków chemicznych - związki organiczne

N

H

₄

C

N

O

N

H

₂

C O

N

H

₂

1816 r., MichelEugène Chevreul

1828 r., F. Wöhler – jako pierwszy otrzymał związek

organiczny – mocznik z substancji nieorganicznej

(amoniak), w procesie współcześnie nazywanym syntezą Wöhlera

Początki chemii organicznej

możliwość powstawania związków organicznych bez udziału tzw. siły życiowej vis vitalis

1856 - William Henry Perkin – barwnik organiczny, purpura Perkina (muweina)

 1874 - Othmer Zeidler – owadobójczy środek DDT (dichlorodifenylotrichloroetan)

chemia organiczna= chemia związków węgla

dziedzina chemii zajmująca się badaniem budowy, właściwości

fizycznych i chemicznych, struktury i reakcji związków chemicznych zawierających węgiel, a także opracowywaniem różnorodnych metod syntezy tychpołączeń

10 000 000 znanych związków organicznych

związki organiczne – wszystkie związki chemiczne, w skład których

wchodzi C (za wyjątkiem: tlenków węgla, kwasu węglowego,

węglanów, wodorowęglanów, węglików, cyjanowodoru, cyjanków,

kwasu cyjanowego, piorunowego i izocyjanowego, atakże ich soli)

Chemia organiczna

związki organiczne zawierać mogą atomy innych pierwiastków, takich jak:wodór,tlen,azot,fosfor,krzemorazsiarka

 niemetal ciało stałe  organizmyżywe  czysty pierwiastek: diament, grafit, fulerenyigrafen

Węgiel

Wiązania chemiczne

2s 2p stan podstawowy C:    2s 2p stan wzbudzony C*:     hybrydyzacja

sp3 sp3 sp3 sp3

Hybrydyzacja

x

y

z

płaszczyzna

xy

wiązanie pojedyncze metan,

CH

₄ wiązanie podwójne eten,

CH

₂

=CH

₂ wiązanie  wiązanie  wiązanie  wiązanie  wiązanie  utworzone przez sp2_{–s nakładanie} wiązanie utworzone przez sp2_–sp2_nakładanie

wiązanie potrójne etyn,

CH



CH

wiązanie utworzone przez sp–sp nakładanie wiązanie utworzone przez sp–s nakładanie

Wiązania chemiczne

wiązanie długość (pm) energia (kJ/mol) H–H 74 436 H–O 96 366 H–F 92 568 H–Cl 127 432 C–H 109 413 C–C 154 348 C=C 134 614 C≡C 120 839 C–N 147 308 C–O 143 360 C–F 134 488 C–Cl 177 330 N–H 101 391 N–N 141 160 N≡N 110 945 O–O 145 140 O=O 121 498 F–F 142 158 Cl–Cl 199 243 Br–H 141 366 Br–Br 228 193

O

O

N

N

C

C

Si

Si

140

kJ

_/

mol

226

kJ

_/

mol

160

kJ

_/

mol

348

kJ

_/

mol wysoka stabilność

Wiązania chemiczne

łańcuch prosty

wiązania wielokrotne

łańcuch rozgałęziony

węgiel może tworzyć łańcuchy otwarte i zamknięte wiązania pojedyncze

sposoby przedstawiania wzorów przestrzennych

sposoby przedstawiania wzorów przestrzennych

Wiązania chemiczne

wiązanie chemiczne zdelokalizowane

strzałka wskazująca kierunek przemiany stosowana w zapisie większości schematów reakcji chemicznych

Pozostałe symbole

strzałka wskazująca

na wyraźnie odwracalny charakter reakcji

strzałka stanu równowagi dynamicznej

tauto

me

ria

k

e

to

-e

nolow

a

Pozostałe symbole

strzałka „mezomeryczna”

stosowana przy rysowaniu struktur granicznych

strzałki oznaczające przesunięcie/przeniesienie elektronu

Pozostałe symbole

strzałki oznaczająca pozorne przesunięcie par elektronowych

ładunki formalne, rodniki, pary elektronowe

niesparowany elektron, używany do oznaczania rodników

para elektronowa (wolna para elektronowa)

dodatni ładunek formalny atomu, ładunek jonu

ujemny ładunek formalny atomu, ładunek jonu

Pozostałe symbole

1. dla każdego indywiduum chemicznego posiadającego elektrony zlokalizowanemożna napisać wzór elektronowy zwany strukturą Lewisa obrazujący położenie tych elektronów (przedstawia się jedynie elektrony walencyjne)

2. całkowita liczba elektronów walencyjnych w cząsteczcei rodniku, musi być równa sumie wszystkich elektronów, znajdujących się na powłokach zewnętrznych, dostarczonych cząsteczce przez poszczególne atomy

3. w przypadku anionów liczbę elektronów powiększa się odpowiednio o ładunek jonu, natomiast w przypadku kationów liczbę elektronów odpowiednio zmniejszasię

Zasady zapisu wzorów chemicznych Lewisa

Zasady zapisu wzorów chemicznych Lewisa

4. należy ustalić, które z elektronów znajdują się w wiązaniach kowalencyjnych, a które pozostają elektronami niewiążącymi

5. elektrony niewiążące stanowią część powłoki walencyjnej tylko jednego atomu, natomiast elektrony w wiązaniach kowalencyjnych stanowią część powłok walencyjnych obydwu atomów tworzących wiązanie

C

N

O

F

B

6. atomy drugiego okresu mogą mieć najwyżej osiem elektronów walencyjnych

H

7. wodór, należący do pierwszego okresu, może mieć co najwyżej dwa elektrony walencyjne

Zasady zapisu wzorów chemicznych Lewisa

8. jeżeli istnieje wybór między strukturami z sześcioma lub siedmioma elektronami w sferze walencyjnej pierwiastka z drugiego okresu, astrukturą z oktetem elektronowym, to ta druga, na ogół, odpowiada strukturze rzeczywistej

Zasady zapisu wzorów chemicznych Lewisa

wyjątek!

tlen w stanie trypletowym

tlen w stanie singletowym

elektroujemność – zdolność atomów pierwiastka do

przyciągania elektronów (* w skali Paulinga)

C

2,5

N

3,0

O

3,5

F

4,0

B

2,0

H

2,2

Li

1,0

Na

0,9

wiązanie kowalencyjne – różnica elektroujemności atomów 0 – 0,4*

parametry wiązania kowalencyjnego: długość, energia, polarność

wiązanie kowalencyjne spolaryzowane – różnica elektroujemności

atomów 0,4 -1,7

cząsteczka jest dipolem elektrycznym; cząsteczka jest polarna; miarą polarności cząsteczki jest jej moment dipolowy

moment dipolowy = ładunek  odległość miedzy środkami ładunków dodatniego i ujemnego

1D = 3,338 10-30_[C_m]

wiązanie jonowe - różnica elektroujemności atomów >1,7

Rodzaje wiązań chemicznych

Oddziaływania międzycząsteczkowe

• dotyczą cząsteczek

posiadających trwały moment dipolowy

typu dipol-dipol

• występuję pomiędzy atomami posiadającymi cząstkowy ładunek dodatni, a centrami nukleofilowymi

wiązania wodorowe

• występują między cząsteczkami nie posiadającymi trwałego momentu dipolowego

siły van der Waalsa

węglowodany _nukleinowekwasy

związki organiczne węglowodory

alkany alkeny alkiny areny

pochodne węglowodorów

związki karbonylowe

aldehydy ketony kwasy karboksylowe

tłuszcze woski

estry alkohole aminy

halogeno węglowodory

peptydy białka

aminokwasy

Podział związków organicznych

Węglowodory

nasycone (parafiny) (łańcuchowe i cykliczne) zawierające tylko wiązania pojedyncze  nienasycone (łańcuchowe i cykliczne) zawierające wiązania wielokrotne aromatyczne benzen, wielopierścieniowe analogi benzenu węglowodory alkany C_nH_2n+2 alkeny C_nH_2n alkiny C_nH_2n-2 areny związki zbudowane wyłącznie z węgla i wodoru

szereg homologiczny - szereg tego samego typu związków organicznych (np.: alkoholi, alkanów...), o podobnych właściwościach chemicznych, których cząsteczki różnią się między sobą o stałą grupę metylenową (-CH2-); człony szeregu nazywamyHOMOLOGAMI

Alkany

CH₄ CH4 metan C2H6 etan C3H8 propan C4H10 butan CH₃CH₃ CH₃CH₂CH₃ CH3CH2CH2CH3

Nazewnictwo alkanów

znajdź najdłuższy łańcuch i ponumeruj atomy węgla zaczynając od końca z większą ilością podstawników: 9 węgli - nonan

znajdź wszystkie podstawniki i podaj numery atomów węgla, do których są doczepione: 2-metylo, 5-(1,2-dimetylopropylo)

 uszereguj podstawniki wporządku alfabetycznym:

5-(1,2-dimetylopropylo) 2-metylononan

C

H

₃

C

H

C

H

C

H

C

H

₃

C

H

₃

C

H

₃

C

H

₃

C

H

₂

C

H

₂

C

H

₂

C

H

₂

C

H

C

H

₂

C

H

₃

I rzędowy atom C (1o ) posiada jako podstawnik tylko jedną grupę inną niż atom wodoru

III rzędowy atom C (1o) posiada jako podstawnik trzy grupy inneniż atom H

II rzędowy atom C (2o) charakteryzujesię tym, że posiada jako podstawniki dwie inne grupy połączone poprzez atomwęgla (np. atom C-2 w cząsteczce propanu)

Izomeria strukturalna (konstytucyjna)

ten sam wzór ogólny - różne struktury

C

H

₃

C

H

₂

C

H

₂

C

H

₂

C

H

₃

pentan

CH3

CH

CH3

CH2

CH3

2-metylobutan

CH3

CH3

CH3

CH3 C

2,2-dimetylopropan

C

₅

H

₁₂

występowanie różnych związków chemicznych o jednakowym wzorze sumarycznym; cząsteczki izomerów posiadają odmienną strukturę (wzory

strukturalne) i odmiennewłasności fizyczne i chemiczne

Izomeria optyczna

prawoskrętnie

lewoskrętnie

chiralność – cecha cząsteczek

chemicznych przejawiająca się w tym, że cząsteczka wyjściowa i jej odbicie lustrzane niesą identyczne; nie można ich nałożyć na siebie na drodze translacji i obrotu w przestrzeni

cząsteczki chiralne występują w formie dwóch izomerów optycznych -enancjomerów

 nie są polarne, przyciągają się do siebie bardzo słabymi siłami van der Waalsa  wraz ze wzrostem długości łańcucha węglowego n-alkanów zmieniają się ich

właściwości fizyczne:

 pierwsze cztery węglowodory (metan, etan, propan, butan) są gazami  alkany zawierające w swej cząsteczce od 5 do 16 atomów węgla to ciecze  wyższe alkany są ciałami stałymi

 są nierozpuszczalne w wodzie (brak polarności); rozpuszczają się w eterze, benzenie i innych rozpuszczalnikach organicznych

 między sobą mieszają się bez ograniczeń

 temp. wrzenia wzrastają wraz ze wzrostem łańcucha węglowego

 najwyższe temp. topnienia i wrzenia mają węglowodory o łańcuchach prostych, temperatury te maleją u węglowodorów z rozgałęzionymi łańcuchami

Własności fizyczne

temp. topnieniai wrzenia w °C dla pierwszych czternastu alkanów prostych pod c. atm.

 są związkami biernymi chemicznie

 nieodbarwiają wody bromowej, nie są utleniane przez roztwór nadmanganianu potasu

 niższe parafiny nie ulegają reakcji nitrowania, a wyższe podczas niej ulegają degradacji

 są palne i w zależności od dostępu powietrza zachodzi:  spalaniecałkowite: CH4+ 2O2→ CO2+ 2H2O  półspalanie: 2CH4+ O2→ 2CO + 4H2  spalanieniecałkowite: CH4+ O2 → C + 2H2O

 wchodzą w reakcje z fluorowcami (reakcja podstawienia); reakcja przebiega przy udziale energiiświetlnej; jest to reakcja substytucji wolnorodnikowej:

Cl₂→ Cl· + Cl· CH4+ Cl· → CH3· + HCl CH3· + Cl2→ CH3Cl + Cl·

CH4+ Cl2 → CH3Cl + HCl CH3Cl + Cl2→ CH2Cl2+HCl  reakcja odwodornienia: R–CH2–CH2–R → R–CH=CH–R + H2

wieża destylacyjna

redestylator kondensator

zbiornik zwrotny

Destylacja frakcyjna ropy naftowej

(olej skalny, czarne złoto) – ciekła kopalina, złożona z

mieszaniny naturalnych węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych (bituminów), z niewielkimi domieszkami azotu, tlenu, siarki izanieczyszczeń; podstawowe znaczenie jako surowiec przemysłu chemicznego, a przede wszystkim jako jeden z najważniejszych surowców energetycznych

ropa naftowa nafta (C13– C16) temp. wrzenia 200 – 250ºC benzyna (C5–C12) temp. wrzenia 40– 200ºC gaz ziemny (C1–C4) olej opałowy (C17–C18) 250 – 300ºC destylacja kaskadowa (wielopoziomowa), w której każdy stopień procesu jest zasilany produktem (destylatem) poprzedniego; rektyfikacja jest procesem jednostkowym, w którym mieszanina ciekła jest rozdzielana na frakcje o różnej (zwykle zbliżonej) lotności

kolumny rektyfikacyjne – zapewniają adiabatyczne warunki procesu

 kolumny z płaszczem chłodzącym lub grzejnym albo kolumny strefowe,które na pewnym odcinku są ogrzewane a na innym chłodzone

 gazbłotny / gaz kopalniany

 w temp. pokojowej jest bezwonny i bezbarwny gaz opałowy i surowiec do syntezy wielu innych związków organicznych

struktura tetraedryczna

temp. krytyczna -82,6 °C pod ciśnieniem 4.6 MPa (45 atm)

ciśnienie krytyczne 46,3 bar

wartość opałowa 11 954 kcal/kg = 50,05 MJ/kg ciepło spalania 13 264 kcal/kg = 55,53 MJ/kg mieszanina metanu z powietrzem w stężeniu objętościowym 4,5–15% ma właściwości wybuchowe  w mieszaninie o proporcji powyżej 15% pali się płomieniowo

Cykloalkany

cykloalkany - węglowodory, których atomy połączone są wyłącznie wiązania kowalencyjnymi (atomowymi), tworząc zamknięty układ cykliczny należą do szeregu homologicznego oogólnym wzorze CnH2n, gdzie n≥ 3

nazwy systematyczne tworzysię poprzez dodanie przedrostka „cyklo” do nazwy systematycznej alkanu o tej samej liczbie at. C wcząsteczce

szereg homologiczny

cyklopropan, C3H6– bezbarwny, cięższy od powietrza gaz o słodkawym zapachu;

bardzo łatwopalny, w kontakcie z tlenem tworzy silną mieszankę wybuchową; stosowany w znieczuleniuogólnym w anestezjologii

cyklobutan, C4H8 - cykliczny węglowodór, znajdujący zastosowanie jako

rozpuszczalnik organiczny;występuje naturalnie u bakterii przeprowadzających proces anammox (Brocadia, Kuenenia, Scalindua)

 cyklopentan, C5H10- rozpuszczalnik organiczny

 cykloheksan, C5H10- w temperaturze pokojowej jest to bezbarwna, łatwopalna ciecz,

bardzo słabo rozpuszczająca się w wodzie. Cykloheksan jest rozpuszczalnikiemolejów, tłuszczów, wosków i żywic

atomy wodoru w cykloheksanie nie są równocenne (aksjalneiekwatorialne)

Izomeria

podstawnika - w cykloalkanach o co najmniej 4 at. C występuje izomeria konstytucyjna(położenia podstawnika) – zamiast atomu (ów) wodoru może być przyłączony jednowartościowy (jeden, dwa, itd.) podstawnik(i), np. grupa(y) alkilowa(e)

 geometryczna cis - trans

1,2-dimetylocykloheksan

1,3-dimetylocykloheksan

cis-1,2-dichlorocyklopropan trans-1,2-dichlorocyklopropan

Alkeny (Olefiny)

eten 1–propen 1–buten

CH2

CH2

CH3

C C

H

H

H

CH3

C C

H

H

H

C

H

H

1-buten _1-penten

1-hexen _{1,3-butadien 3-metylo-1,4-pentadien}

2-penten

Alkeny (Olefiny)

Izomeria geometryczna

cis-(Z)-2-buten trans-(E)-2-buten ten sam wzór – różne własności chemiczne i fizyczne

CH

₃

CH

₃

H

H

CH

₃

CH

₃

H

H

diastereoizomery to izomery konfiguracyjne (np. izomery optyczne lub izomery E-Z),które nie pozostają z sobą w relacji odbić lustrzanych, nie są to więc enancjomery

wykazują różnice we właściwościach fizycznych takich jak: temp. topnienia i wrzenia,rozpuszczalność, moment dipolowy itd.; aktywność optyczna może być podobna lub też skrajnie różna; w szczególnych przypadkach (np. diastereoizomery cis-trans, forma mezo)mogą nie wykazywać czynności optycznej

Reakcje alkenów

 spalaniecałkowite: CH2= CH2+ 3O2→ 2CO2+ 2H2O + energia  utlenienie: CH2= CH2→KMno4, OH-, H2OHO–CH2–CH2–OH  polimeryzacja: n CH2=CH2→ [–CH2–CH2–]n

 reakcja uwodornienia: R–CH=CH–R + H2→katR–CH2–CH2–R

 przyłączanie (addycja elektrofilowa): R1–CH=CH–R2+ A–B → R1–CH–n CH–R2

jedno podstawione halogeno pochodne sulfozwiązki alkohole C C H X H OSO3H H OH H+ X X C C H X C C H _OSO3H C C H OH C C X X dwu podstawione halogeno pochodne

Alkiny/alkyny

etyn etin acetylen propyn propin but-1-yn (1-butyn)

C

H C

H

H C

C

_CH3

CH3

CH2

C

HC

_CH3

_C

_C

_CH3

but-2-yn (2-butyn)

Reakcje alkinów

 alkinysą bardziej reaktywne niż alkeny

 spalaniecałkowite: CH2≡CH2+ 3/2O2→ 2CO2+ 2H2O + energia  addycja (przyłączanie)  halogenku X2 R–C≡CH + Br2→ R–CBr=CHBr R–CBr=CHBr + Br2→ R–CBr2–CHBr2  halogenowodoru HX R–C≡CH + HBr → R–CBr=CH2 R–CBr=CH2+ HBr→ R–CBr2–CH3  wodoru H2(redukcja)

R–C≡CH + 2 H2→ R–CH2–CH3(na katalizatorze Pd/C aktywny)  wody H2O

R–C≡CH + H2O → R–CO–CH3(w obecności HgSO4i H2SO4)

Węglowodory aromatyczne

okrąg reprezentuje 6 elektronów krążących po całej cząsteczce 6 elektronów z orbitali p tworzy, chmurę elektronową stabilizacja aromatyczna zdelokalizowany elektronowy system benzen struktury Kekulego

(struktury graniczne, izomery) wązania sigma sp2_hybrydyzacja struktura płaska długość wiązań 140 ppm hybryda rezonansowa

Związki aromatyczne

naftalen antracen fenantren CH₃ CH₃ CH₃ CH3 CH₃ CH₃ CH₃ C₂H₅ Cl NH₂ OH OH C O CH CH₂ CH3 NO₂ O₂N NO₂ etylobenzen toluen (metylobenzen) anilina fenol kwas benzoesowy chlorobenzen –meta –para 2,4,6-trinitrotoluen (TNT) 1,2–dimetylobenzen ortho-ksylen (o–ksylen) styren

Związki hetero-aromatyczne

zaliczamyzwiązki, których właściwości są podobne do właściwości benzenu związki pierścieniowe (pierścienie pięcio-, sześcio- i siedmioczłonowe) cząsteczki mają budowę płaską (lub prawie płaską)

cząsteczki zawierają chmurę zdelokalizowanych elektronów  poniżej i powyżej płaszczyzny pierścienia

 zdelokalizowane elektronytworzą układ wiązań sprzężonych  liczba zdelokalizowanychelektronów musi spełniać regułę Hückla

są zdolne do indukowania, w zewnętrznym polu magnetycznycznym, diamagnetycznegoprądu w pierścieniu

ulegają reakcjielektrofilowej substytucji aromatycznej

Związki aromatyczne

Reakcje węglowodorów aromatycznych

S

_E

Ar

substytucja elektrofilowa – reakcja substytucji zachodzącej dla związków

aromatycznych, wktórej czynnikiem atakującym jest elektrofil (cząsteczka lub grupa, w której występuje niedomiar elektronów i w odpowiednich warunkach jest w stanie je przyjąć, czyli być ich akceptorem). Substytucja elektrofilowa jest oznaczana symbolem S_E:

nitrowanie sulfonowanie halogenowanie

alkilowanie Friedla– Craftsa

acylowanie Friedla– Craftsa

talowanie nitrozowanie

sprzęganie z solami diazoniowymi reakcja Kolbego

Aromatyczne podstawienie elektrofilowe –

wpływ podstawników

20 – 30 min. 1 - 2 min. 62% p-32% o-6% m-szybciej wolniej 1% p-93% m-6%

o-Klasyfikacja podstawników

podstawniki dezaktywujące kierują w pozycję o- i p- kierują w pozycję m-aktywujące kierują w pozycję o- i

p-Grupy funkcyjne węglowodorów

 tiole  tioetery  tioalkohole  siarczki  sulfonamidy  aminy  amidy  nitrozwiązki alkohole  ethery  aldehydy  ketony  kwasy karboksylowe  estry węglowodany

grupy funkcyjne

C, H, O

C,H,O,N

C,H,O,N,S

 określają typ związku organicznego i są identyfikowane w dwojaki sposób, albo

 przyrostek (po): jeżeli jest to najważniejsza grupa funkcyjna w cząsteczce

 przedrostek (przed):jeżeli nie jest to najważniejsza grupa funkcyjna w cząsteczce

Główne grupy funkcyjne

Kwasy karboksylowe

przyrostek : kwas

…

owy

albo

kwas alkanokarboksylowy

kwas propanowy _{kwas cykloheksylokarboksylowy}

d+ d

-CO

₂

H

CO

2

H

-wzór nazwa

zwyczajowa nazwa systematyczna Występowanie

HCOOH kwas mrówkowy kwas metanowy żądła owadów

CH3COOH kwas octowy kwas etanowy ocet winny

CH3CH2COOH kwas

propioniowy kwas propanowy

CH3(CH2)2COOH kwas masłowy kwas butanowy zjełczałe masło

CH3(CH2)3COOH kwas

walerianowy kwas pentanowy

CH3(CH2)10COOH kwas laurowy kwas dodekanowy olejek kokosowy

CH3(CH2)16COOH

kwas

stearynowy kwas oktadekanowy

Kwasy karboksylowe

OH COOH C C CH₃ O OH O O kwas salicylowy aspirina

Fizyczne własności kwasów karboksylowych

 polarne,tworzą aglomeraty połączone wiązaniami wodorowymi

dla kwasów od C1 do C4 rozpuszczalne w H2O, dla > C4 słabo

rozpuszczalne ze względu na hydrofobowe własności łańcucha

węglowego

 nienasycone, długołańcuchowe – kwasy tłuszczowe  rozpuszczalne w eterach i alkoholach

Reakcje kwasów karboksylowych

zobojętnianie

O

C

C

O

O

H

C

H

3 +

N

a

O

H

C

H

3 +

H

2

O

O

N

a

estryfikacja

+ +

H

2

C

H

3

O

O

H

O

C

H

3

C

H

3

C

H

3

_C

_H

2

C

H

2

O

H

O

C

C

O

Estry

przyrostek :

...-an

albo

alkilo(arylo)karboksylan alkilu (alkilowy)

propionianmetylu cykloheksylokarboksylan metylu

CO2 CH3

CO 2CH₃

d+ d

-d

-kwasowa alkoholowareszta

Estry

triester (trigiceryd) - kwasy linolowy, alpha-linolowyiolejowy

Fizyczne własności estrów

 rozpuszczalne w wodzie nieco gorzej

niż kwasy, od których

pochodzą



większość posiada charakterystyczny zapach, stąd stosowane

jako sztuczne dodatki smakowe i zapachowe

Reakcje estrów

hydroliza



CH

₃

COOC

₂

H

₅

+ H

₂

O



CH

₃

COOH + C

₂

H

₅

OH

zmydlanie (saponifikacja) - jest reakcją zasadowej (zazwyczaj przy użyciu NaOH) hydrolizy triglicerydów, którymi są estry kwasów tłuszczowych (tłuszczów); w

wyniku reakcji powstaje (podanym

przykładzie) sól sodowa karboksylanu, nazywana mydłem, oraz glicerol; substancjami zmydlającymi się określa się te, które można przekształcić wmydło

Aldehydy

przyrostek :

-al

przedrostek :

okso-propanal kwas4-oksobutanowy

CHO

CHO

HO

O

d+ d

-Ketony

przyrostek :

-on

przedrostek :

okso-pentan-2-on kwas4-oksopentanowy

O

CO

₂

H

O

d+

-Aldehydy i ketony

H C

H

O

CH3 C

H

O

C

H

O

C

CH3

CH3

O

formaldehyd (metanal, aldehyd metylowy, formalina) aldehyd octowy

(etanal) _{(aldehyd benzoesowy)}benzaldehyd

CH2

C

CH3

CH3

O

CH3

C

O

acetofenon (1-fenyletanone) dimetyloketon

(propanon, aceton) metyloetylo keton_(butanon)

pigment wzrokowy retinal

aldehyd cynamonowy (cynamal)

glukoza

witamina pyridoxal

tetracyklina–

antybiotyk o szerokim spektrum przeciwbakteryjnym

nylon 6,6 _{muskon– występuje w}

naturalnym piżmie

testosteron–

hormonmęski estron–

hormonżeński

Ketony

 aldehydy: wodnyroztwór formaldehydu używany jest do dezynfekcji  formaldehyd w polikondensacji z fenolem, mocznikiem lub melaminą tworzyżywice

 acetofenon: rozpuszczalnik celulozy wprzemyśle żywic rozpuszczalnych w alkoholach

 ketony: stosowane wprzemyśle perfumeryjnym i farbiarskim  rozpuszczalniki i substraty wprzemyśle chemicznym

Reakcje aldehydów i ketonów

 utlenianie  redukcja

C

H

₂

O

H

R

R C

H

O

[H] [H]

R

₂

R

₁

R

₂

R

₁

O

H

C

H

O

C

R C

O

H

[O]

[O]

O

C

R

OH

R

_CH2OH

Chlorki kwasowe

przyrostek : halogenek

-oilowy

lub

halogenek karbonylowy

chlorek propanoilowy chlorek cycloheksanokarbonylowy

COCl

COCl

d+ d

-d

-Amidy (kwasowe)

przyrostki :

-amid

lub

-karboksamid

propan

amid

cycloheksano

karboksamid

CONH

₂

CONH

₂

d+ d -d

-Alkohole

cycloheksanol 3-hydroksypropanal

OH

OH

OHC

przyrostek :

-ol

przedrostek :

hydroksy-d+ d -d+

OH

CH3

OH

CH3CH2CH2

CH3

_CH

_OH

CH3

metanol,

alkohol metylowy alkohol etylowy (etanol)

propan-1-ol

C2H5OH

OH

CH3CH2

propan-2-ol (izopropanol)

Alkohole

retinol (witamina A) cholesterol

Polialkohole

OH OH

CH2

CH2

CH3

OH OH

CH2

CH2

etano-1,2-diol (glikol etylenowy) propano-1,2-diol (glikol propylenowy) propano-1,2,3-triol (gliceryna)

OH

OH

CH2

CH2 OH

CH

Fenole Ar-OH

fenol OH CH 3 OH CH 3 OH CH₃ OH ortho–kresol

(obecne w dymie tytoniowym; mają silne działanie rakotwórcze)

bisfenol A(stosowany do produkcji tworzyw sztucznych)

meta–kresol para–kresol

BHT konserwant

żywności

kapsaicyna substancja aktywna chili

estradiol hormon płciowy

serotonina neurotransmiter

 R=C1to C4rozpuszczalne w H2O, R>C4 coraz mniej rozpuszczalne  kwasowe, polarne rozpuszczalniki

metanol: rozpuszczalnik farb, paliwo samochodów wyścigowych,

wysokotoksyczny– powoduje ślepotę

etanol: alkohol spożywczy, rozpuszczalnik leków, perfum, olejków zapachowych, antyseptyczny

 glikole: trujące, stosowane w syntezie polimerów, rozpuszczalniki barwników, antybakteryjne, składniki odmrażaczy w samochodach

 fenol: toksyczne, bezwonne ciało stałe, antyseptyczny, stosowany w produkcjileków (aspiryny) i syntetycznych żywic (bakelit)

ze wzrostemwielkości cząsteczki wzrasta temperatura wrzenia alkoholi rozpuszczalność i lotność alkoholi maleje szybko wraz ze wzrostem masycząsteczkowej

Reakcje alkoholi

odwodnienie

O

H

CH

CH

R

OH

CH

CH

R



₂



₂







H2SO





4,



Q







₂



₂



tworzenie alkoholanów i soli

2 2 2 2 2

CH

OH

2

Na

2

R

CH

CH

O

Na

H

CH

R

2

















 



C

H

O

H

C

H

₂

C

H

₂

O

H

O

H

+

3

H

O

N

O

₂

O

N

O

₂

C

H

₂

C

H

₂

C

H

O

N

O

₂

O

N

O

₂

+

3

H

₂

O

nitrogliceryna alkohole pierwszorzędowe aldehyd [O]

CO

C

H O

H

R

₁

R

₂

R

₁

R

₂

keton

O

H

O

H

C

R

[O]

R

C

H

₂

O

H

[O]

RC

O

kwas karboksylowy

 estryfikacja

+ +

_H

₂

_O

O

H

O

R

₁

R

₂

C

O

R

₁

O

H

R

₂

C

O

 utlenienie

alkohole drugorzędowe

Aminy

przyrostek :

-amina

przedrostek :

amino-cycloheksylamina 4-aminobutan-2-on

NH

₂

NH

₂

O

d+ d -d+ d+ NH₂

CH

₃

NH

₂ metyloamina

NH

₂

CH

₂

NH

₂ metylodiamina

NH

2

NH

2

CH

₃

NHCH

₃ dimetyloamina heksametylenodiamina (nylon 6) anilina (benzoamina) totrujący,bezbarwny,łatwopalny gaz o nieprzyjemnym

zapachu (amoniaku ipsujących się ryb); zastosowania w syntezie barwników i garbników, w preparatyce farmaceutycznej i syntezie chemicznej (do produkcjipestycydów, surfaktantów i przyspieszaczy). W postaci skroplonej stosowana jako rozpuszczalnik

w przemyśle chemicznym, farmaceutycznym, barwnikarskim, gumowym;

przy wytwarzaniumateriałów wybuchowych, jako paliwo rakietowe

Fizyczne własności amin

 metylo-, dimetylo-, trimetylo- oraz etyloamina – gazy w warunkach normalnych, dietyloamina i trietyloamina - ciecze, wyższe aminy – ciała stałe

 gazowe aminy posiadają charakterystyczny zapach amoniakalny, ciekłe aminy posiadają „rybi” zapach

 większość amin alifatycznych wykazuje rozpuszczalność w wodzie malejącą ze wzrostem liczby atomów węgla w łańcuchu

 aminy alifatyczne wykazują rozpuszczalność w polarnych

rozpuszczalnikach organicznych

Etery

przedrostek :

alkoksy-

lub

eter

eter dietylowy o-dimetoksybenzen

O

OCH

₃

OCH

₃

d

O O CH3–O–CH3 dimetyloeter oksantren dioksyna CH3–CH2–O–CH2–CH3 CH3–O–CH2CH3 dietyloeter metyloetyloeter tetrahydrofuran

Etery

gazpędny w sprayach aerozolowych

w mieszaninie z propanem do usuwania brodawekmetodą kriogeniczną paliwo alternatywne dla LPG, LNG, benzyny i oleju napędowego; produkowany z gazu ziemnego,węgla lub biomasy

uniwersalny rozpuszczalnik organiczny

grupa funkcyjna przyrostek przedrostek

RCO2H kwas ....owy karboksy

RCO2R …. an

alkoksy-karbonylo

RCOX chlorek …owy halokarbonylo

RCONH2 amid amido

RCHO al okso

R2CO on okso

ROH ol hydroksy

RNH2 amina amino

Etery koronowe

12-korona-4, 15-korona-5, 18-korona-6, korona-18-korona-6 i diaza-18-korona-6

Etery koronowe

kryptandy i sferandy

kompleks kryptandu [2.2.2] z kationem potasu

 dimetyloeter i etylometyloeter– gazy, wyższe etery - ciecze niektóre etery mają własności narkotyczne, usypiające i przeciwbólowe  narkotyki,wywołują efekt spania, środki przeciw bólowe

 stosujesię je do:

• przyspieszania reakcji chemicznych z udziałem jonów • selektywnego "transportu" jonów z fazy wodnej do organicznej • do "ukrywania" określonych jonów w środowisku reakcji • do oczyszczania wody z toksycznych jonów metali ciężkich

• do modelowania zjawisk selektywnego transportu jonów przez błony komórkowe

 dioksyny– bardzo toksyczne

Właściwości eterów koronowych

• rozpuszczają się w niemal wszystkich znanych rozpuszczalnikach • są doskonałymiligandami dla wielujonów

• są bardzo selektywnymi ligandami – zmieniając rozmiar i topologię ich układów cyklicznych, można otrzymywać związki, które wiążą ściśle określone jony, np. wyłącznieK+_{lubwyłącznie Mg}2+_{, ześciśle określoną "siłą„}

• w przypadku kryptandów i sferandów, skompleksowany jon staje się "niewidzialny" dla innychcząsteczek, gdyż jest otoczony ze wszystkich stron przez ligand

Węglowodany C

_n

(H

₂

O)

_n

cukry, cukrowce, sacharydy

 składają się z atomów C, H i O w stosunku H:O = 2:1

 zawierają liczne grupy hydroksylowe, karbonylowe oraz czasami mostki półacetalowe

 ogólnym wzorem sumarycznym węglowodanów jest CxH2yOy lub Cx(H2O)y (znanesą jednak węglowodany niespełniające tego wzoru, np. deoksyryboza).  zewzględu na liczbę jednostek cukrowych w cząsteczce, węglowodany dzielą

się na:

cukry proste, inaczej monosacharydy

oligosacharydy: disacharydy, trisacharydy, tetra-, penta-, heksa-, hepta-, okta-, nona- i dekasacharydy

Monosacharydy

D-ryboza

D-glukoza

_D-fruktoza

Di-, Polisacharydy

sacharoza

celuloza skrobia

Fizyczne własności węglowodanów

węglowodany spełniają w organizmach następujące funkcje:

są materiałem odżywczym (maltoza, laktoza, rafinoza) i

energetycznym (fruktoza) – podczas wieloetapowego spalania 1 g glukozy wkomórkach wyzwala się 17,2 kJ energii (u roślin magazynem

energii jestgłównie skrobia i inulina, a u zwierząt oraz ludzi glikogen)

 transportowa– u roślin transportową formą cukru jest sacharoza, a u zwierząt oraz ludzi glukoza

 budulcowa (celuloza, hemiceluloza) - wchodzą w skład DNA i RNA, stanowią modyfikację niektórych białek

hamują krzepnięcie krwi – heparyna

Kwasy nukleinowe

 kwasy nukleinowe – biopolimery zbudowane z nukleotydów. Zostały odkryte w roku 1869 przez Johanna Friedricha Mieschera

 znane są dwa podstawowe typy naturalnych kwasów nukleinowych: kwasy deoksyrybonukleinowe (DNA) i rybonukleinowe (RNA)

 komórki wszystkich organizmów na Ziemi zawierają zarówno DNA i RNA, kwas nukleinowy znajduje się także w wirionach wirusów, co jest podstawą ich podziału na wirusy RNA i wirusy DNA

Organella: 1. jąderko

2. jądro komórkowe

3. rybosom 4. pęcherzyk

5. szorstkie retikulum endoplazmatyczne 6. aparat Golgiego

7. mikrotubule

8. gładkie retikulum endoplazmatyczne 9. mitochondrium

10. wakuola 11. cytozol 12. lizosom

Kwasy nukleinowe

Monomer kwasu nukleinowego (nukleotyd) - składa się z nukleozydu czyli cząsteczki pentozy (dla RNA rybozy, dla DNA deoksyrybozy), do której przyłączona jest, przy pierwszym atomie węgla, wiązaniem N-glikozydowym

zasada azotowa (purynowa lub pirymidynowa) oraz z reszty fosforanowej, (wiązanie fosfodiestrowe).

Zasadami są adenina, guanina, cytozyna oraz uracyl (w RNA) lub tymina (w DNA).

Kwasy nukleinowe, wiązania fosfonodiestrowe

grupa fosforanowa łączy wiązaniami estrowymi pozycje 3'-O i 5'-O reszt deoksyrybozy

 w pozycjach 1'przyłączone są przykładowe zasady heterocykliczne (adenina i tymidyna)

DNA

RNA

liniowa jednoniciowa cząsteczka kwasu nukleinowego ma jeden koniec 5' i jeden 3’ dwuniciowa -dwa końce 5' (po jednym na każdej nici) i dwa końce 3’

cząsteczka kolista (obojętnie jedno- czy dwuniciowa) nie ma żadnych wolnych końców

Kwasy nukleinowe

za koniec 3'uważa się ten spośród skrajnychnukleotydów nici DNA lub RNA,który z nukleotydem sąsiednim łączy się wiązaniem fosfodiestrowym przez piąty atomwęgla swojej pentozy, za to do trzeciego węgla tej pentozy nie przyłącza się już żaden inny nukleotyd

Aminokwasy

Aminokwasy

NIEPO L ARN E PO L ARN E EL EK T R Y CZ NIE NA Ł AD OW AN E kwaśne zasadowe

Peptydy i białka

Peptydy i białka

struktura czwartorzędowa struktura trzeciorzędowa struktura drugorzędowa struktura pierwszorzędowa -helisa -kartka

Peptydy i białka

insulina oksytocyna lizozym inhibitor subtilizyny Streptomyces

tłuszcze – zwyczajowa nazwa grupy lipidów, estrów glicerolu i kwasów

tłuszczowych, głównie triacylogliceroli

 reszty kwasowewystępujące w cząsteczkach tłuszczów zawierają zwykle od 12 do 18 atomów węgla  większość tłuszczów nie ma zapachu, jest nierozpuszczalna w wodzie i rozpuszczalnikach polarnych

oraz dobrze rozpuszczalna w rozpuszczalnikach niepolarnych

 są lżejsze od wody, odczyn tłuszczów jest obojętny. Ich stan skupienia zależy od tego, jakie reszty kwasowetworzą cząsteczkę

 tłuszcze stałe zawierają nasycone reszty kwasowe o długich łańcuchach węglowych, natomiast tłuszcze ciekłe zawierają nienasycone reszty kwasowe (reszty, w których występują wiązania podwójne) lub reszty kwasowe o krótkich łańcuchach węglowych; kwasy nienasycone występujące w naturalnychtłuszczach są izomerami cis

 większość tłuszczów to estry mieszane, czyli takie, które w cząsteczce zawierają różne reszty kwasowe

 tłuszcze naturalne zawsze są mieszaninami różnych estrów glicerolu. W temperaturze pokojowej tłuszcze zwierzęce to zazwyczaj ciała stałe (wyjątkiem jest np. tran), tłuszcze roślinne są cieczami (wyjątki to np. masło kakaowe i olej kokosowy)