Aleksander Kołodziejczyk Krystyna Dzierzbicka CHEMII. organicznej Tom 1

Transkrypt

1 Aleksander Kołodziejczyk Krystyna Dzierzbicka CHEMII organicznej Tom 1 Gdansk 2014

2 PRZEWODNICZĄCY KOMITETU REDAKCYJNEGO WYDAWNICTWA POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ Janusz T. Cieśliński RECENZENT Elżbieta Luboch PROJEKT OKŁADKI Katarzyna Olszonowicz Wydanie I 2013 Wydano za zgodą Rektora Politechniki Gdańskiej Oferta wydawnicza Politechniki Gdańskiej jest dostępna pod adresem zamówienia prosimy kierować na adres wydaw@pg.gda.pl Copyright by Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej Gdańsk 2014 Utwór nie może być powielany i rozpowszechniany, w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób, bez pisemnej zgody wydawcy ISBN , t. 1-2 ISBN , t. 1 WYDAWNICTWO POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ Wydanie II. Ark. wyd. 10,7, ark. druku 16,75, 1036/802 Druk i oprawa: EXPOL P. Rybiński, J. Dąbek, Sp. Jawna ul. Brzeska 4, Włocławek, tel

3 SPIS TREŚCI Wstęp WIĄZANIA CHEMICZNE Wprowadzenie Wiązania chemiczne Konfiguracja elektronów, orbitale atomowe Orbitale cząsteczkowe Hybrydyzacja Cząsteczka metanu Cząsteczka etanu Swobodny obrót wokół pojedynczego wiązania, rotamery Wiązania kowalencyjne spolaryzowane, moment dipolowy Wiązania międzycząsteczkowe Przyciąganie dipol-dipol Siły dyspersyjne van der Waalsa (Londona) Wiązanie wodorowe ALKANY Wprowadzenie Alkany alifatyczne (prostołańcuchowe) Izoalkany węglowodory nasycone rozgałęzione Nomenklatura alkanów Nomenklatura systematyczna wg IUPAC Nomenklatura alkanów rozgałęzionych wg IUPAC Źródła alkanów Frakcje ropy naftowej (temperatura wrzenia w C, zawartość atomów C w cząsteczkach) Hydrat metanu Wykorzystanie alkanów Synteza alkanów Właściwości fizyczne i fizjologiczne alkanów Temperatura wrzenia Temperatura topnienia Rozpuszczalność Gęstość Palność Zapach Właściwości chemiczne alkanów (reaktywność) Spalanie Półspalanie Niepełne spalanie Bromowanie Piroliza Nitrowanie, sulfonowanie... 43

4 Cykloalkany (węglowodory alicykliczne) Nomenklatura Występowanie Otrzymywanie cykloalkanów Właściwości fizyczne Właściwości chemiczne Konformacje cykloalkanów Konformacje cykloheksanu Izomeria cis-trans dipodstawionych cykloalkanów HALOGENOALKANY, REAKCJE SUBSTYTUCJI Występowanie i wykorzystanie Nomenklatura Otrzymywanie Halogenowanie wolnorodnikowe Chlorowanie utleniające Addycja halogenowodoru do podwójnego (potrójnego) wiązania Addycja halogenu do podwójnego (potrójnego) wiązania Substytucja grupy hydroksylowej przez halogen Substytucja halogenu przez inny halogen Mechanizm reakcji halogenowania alkanów Mechanizm reakcji rodnikowych Regiospecyficzność reakcji halogenowania alkanów Halogenowanie cykloalkanów Izomeria Izomery konstytucyjne Stereoizomery Sposoby rozróżniania stereoizomerów Reguły pierwszeństwa wg Cahna, Ingolda i Preloga Projekcja Fischera konfiguracja względna Konfiguracje cząsteczek zawierających dwa centra chiralne Enancjomery Stereochemia związków cyklicznych Właściwości fizykochemiczne halogenoalkanów Właściwości chemiczne reaktywność halogenoalkanów Substytucja nukleofilowa S N Kinetyka reakcji substytucji nukleofilowej (S N ) Mechanizm S N Reaktywność halogenków alkilowych Inwersja konfiguracji Wpływ rozpuszczalnika na reakcję S N Czynniki ułatwiające reakcje S N Reakcje S N Stereochemia reakcji S N Wpływ rozpuszczalnika na reakcję S N Wpływ grupy odchodzącej Wpływ konstytucji substratu Wpływ nukleofila Porównanie reakcji biegnących mechanizmem S N 1 i S N REAKCJE ELIMINACJI Reakcje eliminacji typu E Reguła Zajcewa Przykłady reakcji eliminacji (orientacja reakcji dehydrohalogenacji)... 91

5 Reakcje eliminacji halogenowodorów ze związków chiralnych stereochemia reakcji E Reakcje eliminacji typu E Mechanizm reakcji Reakcja dehydratacji Porównanie reakcji substytucji nukleofilowej i eliminacji ALKENY Występowanie Stopień nienasycenia Nomenklatura Zasada najniższego zestawu lokautów Izomeria cis/trans Właściwości fizyczne, fizykochemiczne i fizjologiczne alkenów Temperatura wrzenia i topnienia Rozpuszczalność Palność Zapach Elektronowa struktura wiązania C=C Otrzymywanie alkenów Piroliza ropopochodnych Laboratoryjna synteza alkenów Właściwości chemiczne alkenów Uwodornienie Ciepło uwodornienia alkenów Uwodornienia alkenów, a ich trwałość Trwałość cykloalkenów Addycja elektrofilowa Orientacja w reakcjach addycji elektrofilowej Reguła Miarkownikowa Addycja niezgodna z regułą Miarkownikowa Addycja fluorowców Addycja wody hydratacja Reakcje hydroborowania Otrzymywanie halohydryn addycja halogenów do alkenów w wodnym środowisku Oksyrtęciowanie Halogenowanie w pozycji allilowej Addycja karbenów do podwójnego wiązania C=C Reakcja Simmonsa-Smitha Utlenienie podwójnego wiązania C=C (tworzenie wiązania C-O) Epoksydowanie Hydroksylowanie podwójnego wiązania C=C Ozonoliza Polimeryzacja rodnikowa alkenów ALKINY Budowa elektronowa potrójnego wiązania Występowanie Nomenklatura Zasady IUPAC Nazewnictwo zwyczajowe Otrzymywanie alkinów

6 Właściwości fizykochemiczne alkinów Właściwości chemiczne alkinów Addycja elektrofilowa Addycja halogenowodorów Addycja halogenów Addycja wody Hydroborowanie alkinów z następczym utlenianiem Redukcja alkinów Utleniające rozszczepienie wiązania C C Kwasowość alkinów terminalnych ALKADIENY (polieny) Wprowadzenie Allen Właściwości chemiczne Dieny izolowane Dieny sprzężone Występowanie Delokalizacja wiązań Konformacja buta-1,3-dienu Właściwości chemiczne dienów sprzężonych Addycja bromowodoru i bromu Reakcja Dielsa-Aldera WĘGLOWODORY AROMATYCZNE ARENY Wprowadzenie Występowanie Źródła węglowodorów aromatycznych Przemysłowa produkcja arenów Właściwości chemiczne arenów Uwodornienie arenów Reguła Hückela Struktura rezonansowa cząsteczki benzenu Hemocylkiczne związki aromatyczne o pierścieniu różnym od sześcioczłonowego Policykliczne węglowodory aromatyczne o skondensowanych pierścieniach Struktura elektronowa benzenu Struktura elektronowa naftalenu Struktura elektronowa anionu cyklopentadienowego Nazewnictwo pochodnych benzenu Właściwości fizyczne REAKTYWNOŚĆ ARENÓW Substytucja elektrofilowa S E Halogenowanie Nitrowanie Sulfonowanie Reakcje Friedla-Craftsa Efekt podstawnikowy w reakcjach S E Substytucja elektrofilowa dipodstawionego benzenu sumowanie efektów kierujących Reakcje S E naftalenu Sulfonowanie naftalenu Reakcje substytucji elektrofilowej podstawionego naftalenu Polisulfonowanie naftalenu

7 Reakcje substytucji nukleofilowej arenów S N Mechanizm reakcji S N addycja/eliminacja Mechanizm reakcji S N eliminacja/addycja Benzyn Halogenowanie alkiloarenów w łańcuchu bocznym Reakcje addycji do pierścienia aromatycznego chlorowanie benzenu Utlenianie alkiloarenów Redukcja arenów Uwodornienie selektywne Redukcja metalami ALKOHOLE Wprowadzenie Występowanie Nomenklatura Nazewnictwo systematyczne Nazewnictwo podstawnikowe Nazewnictwo grupowo-funkcyjne Nazewnictwo zwyczajowe Nazewnictwo metanolowe (karbinolowe) Diole i poliole Otrzymywanie i zastosowanie alkoholi Produkcja masowa alkoholi Laboratoryjne sposoby otrzymywania alkoholi Właściwości fizyczne alkoholi Rozpuszczalność Temperatura wrzenia i topnienia wiązania wodorowe Właściwości chemiczne Kwasowość, alkoholany Utlenianie Dehydratacja alkoholi Przegrupowanie pinakolinowe Podstawienie grupy hydroksylowej w alkoholach ETERY Wprowadzenie Występowanie Nomenklatura Reguły IUPAC Nazewnictwo podstawnikowe Nazewnictwo zamienne Właściwości fizyczne i fizjologiczne Temperatura wrzenia Zapach eterów Rozpuszczalność Zastosowanie Otrzymywanie eterów Metoda przemysłowa Reakcja Williamsona Alkoksyrtęciowanie/odrtęciowanie alkenów Właściwości chemiczne Acydolityczne rozszczepienie wiązania eterowego Autooksydacja eterów

8 Etery cykliczne, epoksydy Nomenklatura Otrzymywanie Właściwości chemiczne Hydroliza Reakcja z innymi odczynnikami nukleofilowymi Regioselektywność otwierania pierścienia epoksydowego Wyższe etery cykliczne Etery koronowe korony Otrzymywanie eterów koronowych TIOLE I SULFIDY Występowanie Nazewnictwo tioli Nazewnictwo IUPAC Nazewnictwo podstawnikowe Nazewnictwo sulfidów Nazewnictwo systematyczne Nazewnictwo wymienne Otrzymywanie tioli Właściwości fizyczne i fizjologiczne tioli Właściwości chemiczne tioli Właściwości kwasowe Właściwości nukleofilowe Utlenianie tioli i sulfidów FENOLE Występowanie w przyrodzie Źródła fenoli Otrzymywanie fenolu Właściwości fizykochemiczne i fizjologiczne Właściwości kwasowo-zasadowe Czynniki wpływające na kwasowość związków organicznych Właściwości chemiczne fenoli Reakcje na grupie hydroksylowej Utlenianie Reakcje substytucji elektrofilowej S E Uwodornienie fenolu Fenole o dużym znaczeniu praktycznym BIBLIOGRAFIA SKOROWIDZ