Organska Hemija- -e hemija na Jaglerodot i jaglerodnite soedinenija

1. Organski Soedinenija i Struktura, -kratok pregled- Organskata hemija e hemija na JAGLERODOT Jaglerodot ima posebni svojstva {to go razlikuvaat od drugite elementi. Edno od tie svojstva na jaglerodot e negovata sposobnost za povrzuvawe me|u sopstvenite C atomi vo dolgi nizi. C-C-C-C-C-C-C-... -Vo organskite soedinenija jaglerodot e (skoro) sekoga{ 4-tiri valenten, odnosno sekoj C atom povrzan e so 4-tiri vrski (so ~etiri crti~ki, ako pretstavuvame {ematski) so istorodni ili drugi atomi. -C- ili –C = ili C= -Vodorodot e sekoga{ ednovalenten-edna crti~ka (vrska) sekoga{ kaj nego. H- -Kislorodot e sekoga{ dvovalenten-dve crti~ki do negoviot hemiski simbol pri pi{uvaweto na hemiskite formuli: -O- ili O=

Najednostavnite organski soedinenija na jaglerodot se nare~eni JAGLEVODORODI, tie se sostaveni samo od C i H Najednostaven jaglevodorod e metan-CH4. I vedna{, u{te kaj prviot ~len-Metan, sre}avame eden gooooolem paradoks!!! Eksperimentalen fakt: dol`inata i ja~inata na site C-H vrski vo metanot se identi~ni!!! Kako e toa mo`no, koga se znae deka C ima 4 valentni elektroni bi trebalo da se so razli~na energija (ova neli, go znaeme od kvantno-mehani~kata teorija)?

6C: ima elektronska konfiguracija: 1s2; 2s2 2p2 6C: ima 4 valentni elektroni, i site imaat razli~na energija: 1s2; 2s2 2p2 Gradi soedinenie so formula CH4-metan, vo koe site vrski se identi~ni, pra{awe, kako e toa mo`no?. Metan CH4

Re{enieto e vo t. n. -Hibridizacija- t. e Re{enieto e vo t.n.-Hibridizacija- t.e. proces na me{awe na atomskite orbitali Основна состојба на јаглерод Хибридна состојба на јаглерод Re{enieto na problemot se najduva ako se pretpostavi deka doa|a do eden vid na me{awe na atomskite valentni orbitali vo C-atomot od posledniot (valenten) elektronski sloj, pri {to so me{awe na edna s i trite p orbitali vo vtoriot elektronski sloj, se formiraat 4 hibridni orbitali so identi~na energija. Vakviot tip na orbitali se vikaat hibridni orbitali, a procesot sp3 hibridizacija. Taka, vo C-atomot nemame pove}e edna s i tri p orbitali vo vtoriot elektronski sloj, tuku imame 4tiri sp3 hibridni orbitali koi se identi~ni i elektronite vo niv imaat ista energija. Samo taka mo`e da se objasne zo{to site C-H vrski vo metanot se identi~ni.

6C: elektronska konfiguracija: 1s2; 2s2 2p2 со комбинација на една s и три p орбитали од последниот електронски слој на јаглеродот се добиваат 4tiri sp3 хибридни орбитали со иденти~на енергија, Само така мо`е да се објасне зошто сите врски во метанот се иденти~ни: 4 sp3 хибридни орбитали со иденти~на енергија kaj Jaglerodot

2 Alkani; Op{ta formula CnH2n+2 Imiwa: prvite ~etiri ~lena imaat trivijalni (narodski) imiwa; metan, etan, propan, butan; od pettiot ~len pa natamu, na imeto na soodvetniot gr~ki broj se dodava nastavkata “an“.

Etan-vtor ~len kaj jaglevodorodite

Pravila za imenuvawe na derivatite na alkanite Izberi go najdolgiot jagleroden lanec. Toj lanec go opredeluva osnovnoto ime. Numeriraj gi C-atomite taka da supstitutentite imaat {to pomal reden broj. (supstituent e atom ili atomska grupa {to zamenuva eden atom na vodorod od osnovniot lanec na alkanite)

Nomenklatura Imenuvaj go sekoj supstituent spored negoviot identitet i spored brojot na C atomot na koj toj supstituent e vrzan. -Upotrebi di, tri, tetra za brojot na isti supstituenti. Oddeli gi broevite na supstituentite so zapirki. Supstitutentite se imenuvaat po alfabeten redosled spored imeto.

Table 27.1. Some Common Alkyl Groups Imenuvawe na nekoi alkil grupi -Alkil grupite se izvedeni od alkanite, imaat eden H-atom pomalku od alkanite i dobivaat nastavka –-il- namesto –an- Table 27.1. Some Common Alkyl Groups Imiwa na nekoi alkil grupi

Imenuvawe na nekoi zna~ajni halogeni grupi Cl –hloro Br –bromo F –fluoro I -jodo

Primeri za imenuvawe na alkani 2,4-dimetil-pentan 3-metil-heksan 2,2-dimetil-butan

Cikli~ni alkani -imaat zatvorena cikli~na struktura- Imiwata na cikloalkanite se dobivaat taka {to na soodvetniot alkan so soodveten broj na C atomi mu se dodava prefiks -ciklo-

Dobivawe na Alkani 1. So kataliti~ka hidrogenacija od nezasiteni jaglevodorodi-alkeni Pt Δ CH2=CH2 + H2 → CH3-CH3 eten etan 2. So redukcija na alkilhalogenidi so metalen Na pritisok Δ 2 CH3CH2Br + 2 Na → CH3CH2CH2CH3 + 2 NaBr Bromoetan Butan 3. So destilacija na naftata, i vo prirodniot gas

Najgolem broj od alkanite se nao|aat vo prirodnata nafta

Reakcii na alkanite – tie se mnogu slabo reaktivni-stapuvaat vo reakcija so radikali pri {to se dobivaat alkilhalogenidi ili alkani so podolg lanec Δ or h Inicijacija: Cl-Cl → 2 Cl· Propagacija: H3C-H + Cl· → H3C· + HCl H3C· + Cl2 → H3C-Cl + Cl· Terminacija: Cl· + Cl· → Cl-Cl H3C· + Cl· → H3C-Cl H3C· + H3C· → H3C-CH3 Radikali se atomi ili atomski grupi koi imaat eden nesparen elektron vo svojata struktura i poka`uvaat golema reaktivnost!

Sogoruvawe na alkanite Alkanite mo`at da reagiraat so kislorodot, i pritoa kako rezultat na taa reakcija na sogoruvawe se dobiva jaglerod dioksid i voda i se osloboduva energija. 25 C8H18(l) + O2(g) → 8 CO2(g) + 9 H2O(l) 2 ΔH° = -5.48 x103 J

Alkini: Op{ta formula: 3 Alkeni i Alkini nezasiteni jaglevodorodi prvite imaat dvojna vrska, a vtorite trojna vrska Kaj alkenite i alkinite, pri nomenlaturata treba da se ozna~i pozicijata na dvojnata ili trojnata vrska so imenuvawe na pozicijata na C-atomot (pomaliot po reden broj) na koj taa vrska postoi i da se dodade nastavkata EN za alkeni ili IN za alkini Alkeni Op{ta formula: CnH2n 1-buten eten 2-etil-1-penten Alkini: Op{ta formula: CnH2n-2 etin 1-butIN 4-metil-2-pentIN

Geometriski Izomerizam cis-trans Geometriski Izomerizam e svojstvo na nezasitenite jaglevodorodi da imaat ista empiriska formula, a razli~na prostorna formula. Ako go vidime primerot daden podolu, }e vidime deka vo soedinenieto 2-buten, metil grupite vo edniot primer se najduvaat obete na ista strana (toa e cis-konformacija), dodeka vo vtoriot slu~aj obete metil grupi se najduvaat na razli~na strana (toa e trans-konformacija)

Dobivawe na alkenite: -so reakcii na eliminacija Alkenite, kako i alkanite, gi ima vo naftata, a mo`at da se dobijaat od HIDROKSO supstituirani alkani so reakcija na eliminacija na edna molekula voda, vo prisustvo na koncentrirana sulfurna kiselina.

Svojstva na nezasitenite jaglevodorodi -Alkenite obi~no stapuvaat vo reakcii na adicija Adicija e prisoedinuvawe na atomi ili atomski grupi kon dvojnata vrska na nekoj alken. Primer: reakcija na adicija na brom na eten

Alkenite stapuvaat vo reakcija na hidratacija -hidratacija e reakcija so voda- i pritoa se dobivaat alkoholi

Redukcija na alkini do alkeni -redukcijata obi~no se vr{i so vodorod 2-pentin cis-2-penten

Nekoi pozna~ajni aromati~ni soedinenija 4. Aromati~ni jaglevodorodi-se smetaat glavno za derivati na soedinenieto nare~eno benzen -prisustvoto na benzenski prsten vo strukturata na soedinenijata e preduslov da go klasificirame kako aromati~no soedinenie Benzen Empiriskata formula na benzen e C6H6 Nekoi pozna~ajni aromati~ni soedinenija

Svojstva na Aromati~nite jaglevodorodi Tie se voglavno planarni (ramni) cikli~ni molekuli. Tie se t.n. “konjugirani-sistemi” vo koi elektronite vnatre vo prstenot se zaedni~ki za site C-atomi (imaat 4n + 2 p elektroni vo prstenot) Te{ko se rastvorlivi vo voda, mnogu od niv se otrovni, ama pak od druga strana ima mnogu {to se lekovi i antioksidansi koi se upotrebuvaat vo le~eweto na razni kancerogeni zaboluvawa

Nomenklatura na aromati~nite jaglevodorodi Site pozicii na C-atomite kaj benzenot se identi~ni, C-atomite se numeriraat vo taa nasoka da supstituentite imaat {to pomal broj Ako dva supsituteni se edno do drugo-ORTO pozicija Ako dva supstituenti na benzesnkiot prsten se preku eden C-atom-META Ako dva supstituenti na benzesnkiot prsten se preku dva C-atomi-PARA

Karakteristi~ni reakcii na aromati~nite jaglevodorodi se reakciite na aromati~na supstitucija Supstitucija e reakcija na zamena, pri {to doa|a do zamena na eden H-atom od strukturata na benzenot so nekoi drugi atomi ili atomski grupi

5 Alkoholi, Fenoli, i Eteri Alkoholi: Op{ta formula R-OH; Fenoli Op{ta formula: Ar-OH; Eteri-Op{ta formula: R-O-R

Nomenklatura na alkoholite: Na imeto na jaglevodorot so soodveten broj na C-atomi mu se dodava nastavkata-ol-, pri {to treba da se potencira pozicijata na koja se nao|a alkoholnata OH grupa Primer CH3CH2CHCH3 2-butanol OH CH3CH2CHCH2CH2CH2 3-heksanol OH

Dobivawe i upotreba na alkoholite Se dobivaat so reakcija na hidratacija (voda) na alkeni (adicija) vo prisustvo na sulfurna kiselina 2. So kataliti~ka redukcija na jaglerod monoksid vo prisustvo na vodorod CO(g) + 2 H2(g) → CH3OH(g) 350 °C 200 atm ZnO, Cr2O3

Upotreba na alkoholite Metanol. CH3OH 21 mesto po primena pome|u industriskite hemikalii, voop{to. Etanol. C2H5OH Se dobiva pri fermentacija, ili so hidratacija na etilen. Glicerin. Upotreba na alkoholite kako rastvoruva~i, razreduva~i, goriva, za dobivawe na masti i masla

Eteri : Op{ta formula R-O-R Nomenklatura na eterite: Imiwata na eterite se dobivaat na toj na~in {to se imenuvaat alkil radikalite {to go gradat eterot i potoa se dodava zborot eter

Aldehidi i Ketoni-se soedinenija {to sodr`at karbonilna C=O grupa | Aldehidi: RC=O; Nomenklatura na aldeihidite: Imiwata na aldeihidite se dobivaat na toj na~in {to na imeto na alkanot so soodveten broj na C-atomi {to go gradi aldeihodot se dodava nastavkata -al-. O || Ketoni: R-C-R Nomenklatura na ketonite: Imiwata na ketonite se dobivaat na toj na~in {to se imenuvaat alkil radikalite {to go gradat ketonot i potoa se dodava zborot keton

Primeri: Dimetil keton Dietil keton Metanal (formaldehid) 3-hlorobutanal Dimetil keton Dietil keton

Dobivawe i upotreba Oksidacija na alkoholi. Ekstrakcija od prirodni izvori Upotreba: Ketonite (Aceton) se upotrebuvaat kako rastvoruva~i i razreduva~i, a formaldehid vo medicinata ima ogromna primena.

7. Karboksilni kiselini i nivni derivati || R-C-OH op{ta formula na karboksilnite kiseline; O C-OH e karboksilna grupa Oksalna kiselina (dikarboksilna kiselina) Ftalna kiselina (dikarboksilna aromati~na kiselina) Ocetna kiselina Benzoeva kiselina

Nomenklatura na karboksilnite kiselini: Imiwata na karboksilnite kiselini se dobivaat na toj na~in {to na imeto na alkanot so soodveten broj na C-atomi {to ja gradi karboksilnata kiselina se dodava nastavkata “ska kiselina” Etanska kiselina (ocetna kiselina) Orto ftalna kiselina (aromati~na dvobazna kiselina) Benzoeva kiselina Oksalna kiselina CH3CH2CH2C=O OH Butanska kiselina

Dobivawe na karboksilnite kiselinie -so oksidacija na alkoholi CH3CH2OH + KMnO4 → CH3CO2-K+ → CH3CO2H

Acetil Grupa-esterska grupa Acetil grupata e mnogu bitna prisutna e vo mnogu terapevtski soedinenija

Esteri Se dobivaat pri reakcija na Alkohol i karboksilna kiselina

Amini-se soedinenija {to sodr`at amino grupa –R-NH2 Etil metil propil amin Etil amin difenil amin Primaren amin Sekundaren amin Terciernen amin Nomenklatura na aminite: Imiwata na aminitese dobivaat na toj na~in {to prvo se imenuvaat alkil radikalite {to go gradat aminot i potoa se dodava zborot “amin”

Bazni svojstva na aminite

Amino kiselini 2HN-R-COOH Organski soedinenija {to sodr`at COOH (karboksilna) i NH2 (amino) grupa vo svojot sostav 20 esencijalni aminokiselini; bez niv nema `ivot -Za niv pove}e }e u~ime vo Predmetot Biohemija

Stereoizomerni organski soedinenija Stereoizomerija-pojava na dve razli~ni geometriski formi od edno isto soedinenie. Se javuva kaj soedinenija koi imaat C -atom za koj se povrzani ~etiri razli~ni supstituenti-prisutna pojava kaj aminokiselinite. Tie soedinenija se nare~eni hiralni soedinenija, a C –atomot e hiralen atom. Hiralnite soedinenija se odnesuvaat kako predmet i lik vo ogledalo i imaat celosno razli~ni svojstva vo pogled na vrteweto na ramninata na planarnata svetlina, a imaat i razli~ni fiziolo{ki dejstva

Hiralnost Ogledalo

9 Heterocikli~ni soedinenija Sodr`at vo armoati~niot prsten i drugi atomi kako (N, S, O) pokraj C -atomite

Funkcionalni Grupi kaj jaglevodorodite

[to treba da se znae: -da se znae da se napi{at empiriskite formuli na nekoi ednostavni organski soedinenija, dokolku e dadeno imeto ili -da se znae da se pro~ita soedinenieto, ako mu e dadena formulata -da se znaat osnovnite funnkcionalni grupi -da se znae da se prepoznae od strukturata dali edno soedinenie e Aldehid, eter, keton, karboksilna kiselina, amino kiselina, amin, alkan, alken, ili alkin -da se prepoznae dali empiriskata formula na nekoe soedinenie e to~no napi{ana ili ima gre{ka -ovie raboti se bitni za da imame podobra startna pozicija vo vtoriot semsetar po predmetot Biohemija-

R,S Sistem na nomenklatura na hiralnite soedinenija Substituentot so najgolema atomska masa dobiva prioritet Vo odnos na onie so pomala atomska masa. Go postavuvame soedinenieto taka da H-atomot e frontalno pred nas Ako rasporedot na ostanatite tri atomi e vo nasoka na strelka na ~asovnikot spored opa|aweto na atomskite masi, taa forma e S-forma

27-11 An Introduction to Substitution Reactions at sp3 Hybridized Carbon

SN2 Mechanism Rate = k[OH-][CH3Cl]

Inversion of Configuration

SN1 Mechanism

SN1 Mechanism Rate = k [(CH3)3CCl]

Racemic Products From SN1 Reactions