1 Wiązania chemiczne i zjawisko izomerii 1

Transkrypt

1 Spis treści 1 Wiązania chemiczne i zjawisko izomerii Rozmieszczenie elektronów w atomie Wiązania jonowe i kowalencyjne Związki jonowe Wiązanie kowalencyjne Atom węgla i wiązanie kowalencyjne Wiązania pojedyncze węgiel węgiel Wiązania kowalencyjne spolaryzowane Wiązania kowalencyjne wielokrotne Wartościowość Zjawisko izomerii Rysowanie wzorów strukturalnych Skrócone wzory strukturalne Ładunek formalny Rezonans Umowy dotyczące strzałek Orbitalowa koncepcja wiązań chemicznych; wiązanie typu sigma Zhybrydyzowane orbitale sp 3 atomu węgla Tetraedryczny atom węgla; wiązania w metanie Klasyfikacja związków organicznych na podstawie budowy szkieletu cząsteczki Związki acykliczne Związki karbocykliczne Związki heterocykliczne Klasyfikacja związków organicznych na podstawie rodzaju grupy funkcyjnej 32 Zadania dodatkowe 34 2 Alkany i cykloalkany; izomeria konformacyjna i geometryczna Struktura alkanów Nazewnictwo związków organicznych Reguły nazewnictwa alkanów wg IUPAC Podstawniki alkilowe i fluorowcowe (halogenowe) Zastosowanie reguł IUPAC Występowanie alkanów Właściwości fizyczne alkanów i oddziaływania międzycząsteczkowe Konformacja alkanów Cykloalkany nazewnictwo i konformacje 52 V

2 2.10. Izomeria cis trans cykloalkanów Podsumowanie wiadomości na temat izomerii Reakcje alkanów Utlenianie i spalanie alkany jako paliwo Fluorowcowanie alkanów Wolnorodnikowy mechanizm fluorowcowania reakcja łańcuchowa 64 Gaz ziemny 47 Wiązania wodorowe 49 Izomery możliwe i niemożliwe 58 Metan (gaz błotny) i doświadczenie Millera 63 Podsumowanie reakcji 66 Podsumowanie mechanizmów reakcji 66 Zadania dodatkowe 66 3 Alkeny i alkiny Definicja i klasyfikacja Nazewnictwo Kilka informacji o wiązaniach podwójnych Orbitalowy model podwójnego wiązania; wiązanie typu pi Izomeria cis trans w alkenach Porównanie reakcji addycji (przyłączenia) i substytucji (podstawienia) Reakcje addycji polarnej Addycja fluorowców Addycja wody (hydratacja) Addycja kwasów Addycja niesymetrycznych reagentów do niesymetrycznych alkenów; reguła Markownikowa Mechanizm addycji elektrofilowej do alkenów Wyjaśnienie reguły Markownikowa Równowaga reakcji: co sprawia, że reakcja jest możliwa? Szybkość reakcji: jak szybko przebiega reakcja? Borowodorowanie alkenów Addycja wodoru Reakcje addycji do układów sprzężonych Reakcje addycji elektrofilowej do sprzężonych dienów Cykloaddycja do sprzężonych dienów: reakcja Dielsa Aldera Addycje wolnorodnikowe; polietylen Utlenianie alkenów Utlenianie nadmanganianem (manganianem(vii)). Próba na obecność podwójnego wiązania Ozonoliza alkenów Inne reakcje utleniania alkenów Wiązania potrójne Orbitalowy model wiązania potrójnego Reakcje addycji alkinów Kwasowość alkinów 108 Ropa naftowa 109 Chemia widzenia 80 Etylen: surowiec i hormon roślinny 102 VI

3 Ropa naftowa, benzyna i liczba oktanowa 106 Podsumowanie reakcji 110 Podsumowanie mechanizmów reakcji 111 Zadania dodatkowe Węglowodory aromatyczne Kilka informacji o benzenie Wzór Kekulégo Rezonansowy model benzenu Orbitalowy model benzenu Wzory benzenu Nazewnictwo związków aromatycznych Energia rezonansu benzenu Podstawienie elektrofilowe związków aromatycznych Mechanizm substytucji elektrofilowej związków aromatycznych Fluorowcowanie Nitrowanie Sulfonowanie Alkilowanie i acylowanie Podstawniki aktywujące i dezaktywujące pierścień Podstawniki kierujące w pozycje orto, para lub meta Podstawniki kierujące w pozycje orto i para Podstawniki kierujące w pozycję meta Wpływ podstawników na reaktywność Znaczenie efektów kierujących w procesach syntezy Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne 138 Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne 141 Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne a nowotwory 139 Aromatyczne kule: C 60 oraz fulereny 141 Podsumowanie reakcji 144 Podsumowanie mechanizmów reakcji 145 Zadania dodatkowe Stereoizomeria Chiralność i enancjomery Centra chiralności; chiralność (asymetryczność) atomu węgla Konfiguracja i system R S System E Z dla izomerów cis trans Światło spolaryzowane i czynność optyczna Właściwości enancjomerów Wzory rzutowe Fischera Związki o więcej niż jednym centrum chiralności; diastereoizomery Związki mezo; stereoizomery kwasu winowego Stereochemia podsumowanie definicji Stereochemia a reakcje chemiczne Rozdzielanie mieszaniny racemicznej 177 Talidomid 178 Doświadczenia Pasteura i wyjaśnienie van t Hoffa i LeBela 164 VII

4 Enancjomery i ich aktywność biologiczna 176 Zadania dodatkowe Fluorowcowe związki organiczne; reakcje podstawienia i eliminacji Substytucja nukleofilowa Przykłady substytucji nukleofilowej Mechanizmy substytucji nukleofilowej Mechanizm S N Mechanizm S N Porównanie mechanizmów S N 1 i S N Dehydrohalogenacja, reakcja eliminacji; mechanizmy E2 i E Współzawodnictwo reakcji substytucji i eliminacji Trzeciorzędowe fluorowcopochodne Pierwszorzędowe fluorowcopochodne Drugorzędowe fluorowcopochodne Wielofluorowcowe pochodne alifatyczne 203 Reakcje S N 2 w przyrodzie: biologiczna metylacja 197 Freony (CFC) a warstwa ozonowa 204 Fluorowcowe związki organiczne pochodzenia morskiego 206 Podsumowanie reakcji 207 Podsumowanie mechanizmów reakcji 207 Zadania dodatkowe Alkohole, fenole i tiole Nazewnictwo alkoholi Podział alkoholi Nazewnictwo fenoli Wiązanie wodorowe w alkoholach i fenolach Kwasowość i zasadowość przegląd Kwasowość alkoholi i fenoli Zasadowość alkoholi i fenoli Dehydratacja alkoholi do alkenów Reakcje alkoholi z halogenowodorami Inne sposoby otrzymywania halogenków alkilowych z alkoholi Alkohole i fenole podobieństwa i różnice Utlenianie alkoholi do aldehydów, ketonów i kwasów karboksylowych Alkohole z więcej niż jedną grupą hydroksylową Podstawienie aromatyczne w fenolach Utlenianie fenoli Fenole jako antyoksydanty Tiole siarkowe analogi alkoholi i fenoli 234 Alkohole o znaczeniu przemysłowym 214 Biologicznie ważne alkohole i fenole 228 Chinony a żuczek strzel 231 Włosy kręcone lub proste 234 Podsumowanie reakcji 236 Zadania dodatkowe 237 VIII

5 8 Etery i epoksydy Nazewnictwo eterów Fizyczne właściwości eterów Etery jako rozpuszczalniki Odczynniki Grignarda; związki metaloorganiczne Otrzymywanie eterów Rozszczepianie eterów Epoksydy (oksirany) Reakcje epoksydów Etery cykliczne 254 MTBE 247 Eter a znieczulenie 250 Epoksyd ćmy brudnicy nieparki 252 Podsumowanie reakcji 257 Zadania dodatkowe Aldehydy i ketony Nazewnictwo aldehydów i ketonów Najważniejsze aldehydy i ketony Synteza aldehydów i ketonów Aldehydy i ketony występujące w naturze Grupa karbonylowa Addycja nukleofilowa do grupy karbonylowej; przegląd Addycja alkoholi: powstawanie hemiacetali i acetali Addycja wody; hydratacja aldehydów i ketonów Addycja odczynników Grignarda i acetylidów Addycja cyjanowodoru; cyjanohydryny Addycja nukleofili azotowych Redukcja związków karbonylowych Utlenianie związków karbonylowych Tautomeria keto-enolowa Kwasowość atomu wodoru α; anion enolanowy Wymiana deuterowa w związkach karbonylowych Kondensacja aldolowa Mieszana kondensacja aldolowa Syntezy przemysłowe wykorzystujące kondensację aldolową 289 Uzdatnianie wody a chemia enoli/enolanów 288 Podsumowanie reakcji 290 Podsumowanie mechanizmów reakcji 291 Zadania dodatkowe Kwasy karboksylowe i ich pochodne Nazewnictwo kwasów Właściwości fizyczne kwasów karboksylowych Kwasowość i stałe kwasowe Co sprawia, że kwasy karboksylowe są kwasami? Wpływ struktury na kwasowość; efekt indukcyjny Przekształcanie kwasów w sole 304 IX

6 10.7. Otrzymywanie kwasów Utlenianie pierwszorzędowych alkoholi i aldehydów Utlenianie bocznych łańcuchów związków aromatycznych Reakcje odczynników Grignarda z dwutlenkiem węgla Hydroliza cyjanków (nitryli) Pochodne kwasów karboksylowych Estry Otrzymywanie estrów; estryfikacja Fischera Mechanizm estryfikacji katalizowanej kwasem; nukleofilowa substytucja w grupie acylowej Laktony Zmydlanie estrów Amonoliza estrów Reakcja estrów z odczynnikami Grignarda Redukcja estrów Czynniki decydujące o aktywności związków acylowych Halogenki acylowe Bezwodniki kwasowe Amidy Pochodne kwasów karboksylowych podsumowanie Wodór α w estrach; kondensacja Claisena 328 Zielona chemia 310 Zielona chemia a ibuprofen: studium przypadku 308 Tioestry: aktywowanie grup acylowych w przyrodzie 323 Podsumowanie reakcji 331 Podsumowanie mechanizmów reakcji 332 Zadania dodatkowe Aminy i azotowe związki pokrewne Podział i budowa amin Nazewnictwo amin Właściwości fizyczne i międzycząsteczkowe oddziaływania amin Otrzymywanie amin; alkilowanie amoniaku i amin Otrzymywanie amin; redukcja związków nitrowych Zasadowość amin Porównanie zasadowości oraz kwasowości amin i amidów Reakcje amin z mocnymi kwasami; sole amin Aminy chiralne jako czynniki rozdziału Acylowanie amin pochodnymi kwasów karboksylowych Czwartorzędowe sole amoniowe Aromatyczne związki diazoniowe Sprzęganie soli diazoniowych; barwniki azowe 359 Alkaloidy i trująca kolumbijska żaba 351 Podsumowanie reakcji 361 Podsumowanie mechanizmów reakcji 362 Zadania dodatkowe Spektroskopia i określanie struktury Podstawy spektroskopii 368 X

7 12.2. Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) Pomiar widma NMR Przesunięcie chemiczne i powierzchnia pików Rozszczepienie spinowo-spinowe Spektroskopia 13 C NMR Spektroskopia w podczerwieni Spektroskopia w świetle widzialnym i ultrafiolecie Spektrometria mas 389 Spektrometria mas i datowanie węglem 14 C 392 Magnetyczny rezonans jądrowy w biologii i medycynie 380 Zadania dodatkowe Związki heterocykliczne Pirydyna: wiązania i zasadowość Substytucja w pirydynie Inne sześcioczłonowe heterocykle Heterocykle pięcioczłonowe: furan, pirol i tiofen Elektrofilowa substytucja w furanie, pirolu i tiofenie Inne pięcioczłonowe heterocykle: azole Heterocykle pięcioczłonowe w skondensowanych układach z innymi pierścieniami: indole i puryny 417 Porfiryny: co sprawia, że krew jest czerwona, a trawa zielona? 416 Morfina i inne leki zawierające azot 419 Podsumowanie reakcji 422 Podsumowanie mechanizmów reakcji 423 Zadania dodatkowe Polimery syntetyczne Klasyfikacja polimerów Wolnorodnikowa polimeryzacja łańcuchowa Kationowa polimeryzacja łańcuchowa Anionowa polimeryzacja łańcuchowa Polimery stereoregularne; polimeryzacja Zieglera Natty Polimery dienowe: kauczuk naturalny i syntetyczny Kopolimery Polimeryzacja kondensacyjna: Dacron i nylon Poliuretany i inne polimery otrzymywane w reakcji polimeryzacji kondensacyjnej 447 Nylon 446 Poliacetylen i polimery przewodzące 438 Polimery ulegające degradacji (degradowalne) 443 Aramidy najnowsze poliamidy 444 Podsumowanie reakcji 450 Podsumowanie mechanizmów reakcji 451 Zadania dodatkowe 452 XI

8 15 Lipidy i detergenty Tłuszcze stałe i oleje; triestry glicerolu Hydrogenacja (uwodornienie) olejów roślinnych Zmydlanie tłuszczów; mydła Jak działają mydła? Detergenty syntetyczne Fosfolipidy i inne tłuszcze złożone Prostaglandyny, leukotrieny i lipoksyny Woski Terpeny i steroidy 469 Detergenty w życiu codziennym 465 Prostaglandyny, aspiryna i ból 468 Podsumowanie reakcji 474 Zadania dodatkowe Węglowodany Definicja i klasyfikacja Monosacharydy Chiralność monosacharydów; wzory rzutowe Fischera oraz cukry szeregu D i L Pierścieniowe hemiacetalowe formy monosacharydów Anomeryczne atomy węgla; mutarotacja Piranozowe i furanozowe formy monosacharydów Konformacja piranoz Estrowe i eterowe pochodne monosacharydów Redukcja monosacharydów Utlenianie monosacharydów Tworzenie glikozydów z monosacharydów Disacharydy Maltoza Celobioza Laktoza Sacharoza Polisacharydy Skrobia i glikogen Celuloza Inne polisacharydy Estry fosforanowe cukrów Deoksycukry Aminocukry Kwas askorbinowy (witamina C) 503 Słodkość i środki słodzące 497 Węglowodanowe substytuty tłuszczu 500 Podsumowanie reakcji 505 Zadania dodatkowe Aminokwasy, peptydy i białka Aminokwasy naturalne Kwasowo-zasadowe właściwości aminokwasów 514 XII

9 17.3. Kwasowo-zasadowe właściwości aminokwasów z więcej niż jedną grupą kwasową lub zasadową Elektroforeza Reakcje aminokwasów Reakcja ninhydrynowa Peptydy Wiązanie disulfidowe (dwusiarczkowe) Białka Pierwszorzędowa struktura białek Analiza aminokwasowa Oznaczanie sekwencji Rozkład określonych wiązań peptydowych Logika oznaczania sekwencji Synteza peptydów Drugorzędowa struktura białek Geometria wiązania peptydowego Wiązania wodorowe Helisa α i struktura harmonijkowa Trzeciorzędowa struktura: białka fibrylarne i globularne Czwartorzędowa struktura białka 540 Laureaci Nagrody Nobla a chemia białek 539 Niektóre naturalne peptydy 522 Sekwencjonowanie białek a ewolucja 529 Podsumowanie reakcji 541 Zadania dodatkowe Nukleotydy i kwasy nukleinowe Ogólna budowa kwasów nukleinowych Składniki kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA) Nukleozydy Nukleotydy Pierwszorzędowa struktura DNA Sekwencjonowanie kwasów nukleinowych Chemiczna (laboratoryjna) synteza kwasów nukleinowych Drugorzędowa struktura DNA; podwójna helisa Replikacja DNA Kwasy rybonukleinowe; RNA Kod genetyczny i biosynteza białka Inne ważne biologicznie nukleotydy 566 Polimerazowa reakcja łańcuchowa (PCR) 559 DNA a kryminalistyka 554 Ludzki genom 562 Kwasy nukleinowe i wirusy 564 Podsumowanie reakcji 569 Zadania dodatkowe 569 Dodatek 573 Energia dysocjacji wybranych wiązań 573/ Długości wybranych wiązań 573 Kwasowość organicznych grup funkcyjnych 574/ Najważniejsze grupy funkcyjne 576 Skorowidz 579 XIII