Zaliczenie przedmiotu:

Transkrypt

1 1. J. D. aserio, M.. Roberts EMIA RGANIZNA, PWN Warszawa, R. T.Morrison, R. N. Boyd EMIA RGANIZNA, PWN Warszawa, J. McMurry EMIA RGANIZNA, PWN Warszawa, J. March, hemia rganiczna: Reakcje, mechanizmy, budowa, WNT Warszawa T. W. Graham Solomons, rganic hemistry, 6 edition, J. Wiley $ Sons, Inc. New York, 1996 KLKWIUM obejmuje materiał wykładowy przedstawiony odpowiednio do dnia 22.03; 19.04; i Zaliczenie przedmiotu: ocena z ćwiczeń wynika z sumy punktów uzyskanych na sprawdzianach ćwiczeniowych ocena z wykładów wynika z sumy punktów uzyskanych na czterech kolokwiach wykładowych ocena pozytywna niezbędne jest zgromadzenie co najmniej 60% punktów ĆWIZENIA Z EMII RGANIZNEJ GRUPA 1 poniedziałek godz s. 410GG piątek 7.15 s. 410GG GRUPA 2 wtorek s. 410GG czwartek 9.15 s. 410GG STRUKTURA I WIĄZANIA W ZWIĄZKA RGANIZNY 1828 r. - riedrich Wöhler + - N 4 N 2 N N 2 WYKŁADY Z EMII RGANIZNEJ wtorek, godz s. 213 GG czwartek, godz s. 211 GG

2 STRUKTURA I WIĄZANIA W ZWIĄZKA RGANIZNY STRUKTURA I WIĄZANIA W ZWIĄZKA RGANIZNY 1. Atomy pierwiastków występujących w związkach organicznych biorą udział w określonej liczbie wiązań, np. Poznawanie względnego rozmieszczenia atomów w cząsteczce atomy węgla czterowiązalne atomy tlenu dwuwiązalne atomy wodoru i halogenów jednowiązalne l Poznawanie reakcji chemicznych 2. Atomy węgla są zdolne do tworzenia wiązań pomiędzy sobą WIĄZANIA pojedyncze podwójne potrójne IZMERIA IZMERY różne związki chemiczne o takim samym wzorze sumarycznym etanol IZMERIA 3 3 eter dimetylowy 3 2 etanol 3 3 eter dimetylowy temp. wrzenia [ ] temp. topnienia [ ] reakcja z Na wydziela się 2 brak reakcji IZMERY KNSTYTUYJNE różne związki chemiczne o takim samym wzorze sumarycznym, ale różniące się konstytucją (sposobem połączenia atomów ze sobą)

3 STRUKTURA I WIĄZANIA W ZWIĄZKA RGANIZNY TWRZYWA SZTUZNE teflony polistyren poliuretany polipropylen SYNTETYZNY JEDWAB nylon, rayon SYNTETYZNE ZWIĄZKI RGANIZNE DDATKI D ŻYWNŚI barwniki sztuczne słodziki konserwanty sztuczne środki zapachowe 3 3 ENZYMY RMNY BIAŁKA WĘGLWDANY LIPIDY KWASY NUKLEINWE PALIWA LEKI TESTSTERN męski hormon płciowy SYNTETYZNE GUMY WIĄZANIA EMIZNE oddziaływanie pomiędzy atomami warunkujące powstanie trwałych pod względem chemicznym cząsteczek 1916 r. G. N. LEWIS (University of alifornia, Berkeley) W. KÖSSEL (Uniwersität München) WIĄZANIE JNWE elektrostatyczne przyciąganie przeciwnie naładowanych ładunków elektrycznych WIĄZANIE KWALENYJNE tworzy się przez uwspólnienie elektronów obu atomów biorących udział w wiązaniu WIĄZANIA JNWE występuje pomiędzy atomem metalu o małej wartości energii jonizacji, a atomem niemetalu o dużej ujemnej wartości powinowactwa elektronowego KATIN 11 Na 2 2 2p 6 3s 1-1e - Na + : 2 2 2p 6 [Ne] ANIN 17l 2 2 2p 6 3s 2 3p 5 +1e - l - : 2 2 2p 6 3s 2 3p 6 [Ar]

4 WIĄZANIA JNWE występuje pomiędzy dwoma atomami: jednym o niskim potencjale jonizacyjnym oraz drugim o dużym powinowactwie elektronowym ELEKTRUJEMNŚĆ KILKU WYBRANY PIERWIASTKÓW Li Be B N Na Mg Al. Si P S l K WZRST ELEKTRUJEMNŚI WZRST ELEKTRUJEMNŚI Br WIĄZANIA JNWE Nal MgS 4 Na 3 N 4 l Na związki krystaliczne o wysokich temp. topnienia i wrzenia dla Nal tt. 801 i tw ATMWE PWINWATW ELEKTRNWE jest to miara dążenia wyizolowanego atomu w fazie gazowej do przyłączenia elektronu WIĄZANIA KWALENYJNE tworzy się poprzez uwspólnienie elektronów obu atomów biorących udział w wiązaniu chemicznym ATMWA ENERGIA JNIZAJI jest to ilość energii potrzebna do usunięcia elektronu z wyizolowanego atomu w fazie gazowej dwa atomy tego samego pierwiastka para elektronów należy w równym stopniu do każdego z atomów tworzących wiązanie :: + :: ::: WZÓR STRUKTURALNY LEWISA

5 WIĄZANIA KWALENYJNE tworzy się poprzez uwspólnienie elektronów obu atomów biorących udział w wiązaniu chemicznym dwa atomy różnych pierwiastków o zbliżonym powinowactwie elektronowym para elektronów jest przesunięta w stronę atomu bardziej elektroujemnego WIĄZANIE KWALENYJNE SPLARYZWANE l N B Br N N :: + 2 :: WIĄZANIE KWALENYJNE SPLARYZWANE δ+ δ+ WZÓR STRUKTURALNY LEWISA δ+ δ+ δ+ B δ+ δ+ = = WIĄZANIE EMIZNE WIĄZANIE KWALENYJNE SPLARYZWANE WIĄZANIE KWALENYJNE δ+ X X X Y WIĄZANIE KWALENYJNE SPLARYZWANE WIĄZANIE JNWE X + Y - PLARNŚĆ WIĄZANIA jest spowodowana różnicą elektroujemności atomów biorących udział w wiązaniu chemicznym ELEKTRUJEMNŚĆ jest to zdolność atomu do przyciągania elektronów w wiązaniu chemicznym Pauling przyjął elektroujemność równą 4 dla atomu fluoru 2.5 dla atomu węgla ARAKTER JNWY WIĄZANIA

6 2.5 dla atomu węgla ŁADUNEK RMALNY pierwiastek o mniejszej elektroujemności od węgla < 2.5 < pierwiastek o większej elektroujemności od węgla 3 N Li Li 1.0 δ l 3.0 l +δ ŁADUNEK RMALNY DDATNI ŁADUNEK RMALNY = ŁADUNEK RMALNY UJEMNY liczba e - walencyjnych w atomie wolnym liczba e - walencyjnych w atomie związanym ŁADUNEK RMALNY ŁADUNEK RMALNY = ŁADUNEK RMALNY = liczba e - walencyjnych liczba e - walencyjnych w atomie wolnym 1 liczby e - 2 wiążących liczba e - walencyjnych w atomie związanym liczba e - niewiążących ŁADUNEK RMALNY +1 0 N -1 dla N e - walencyjne e - wiążące e - niewiążące ŁADUNEK RMALNY ŁADUNEK RMALNY = 6-2/2-6 = -1 ŁADUNEK RMALNY = 6-4/2-4 = 0 ŁADUNEK RMALNY = 5-8/2-0 = +1

7 GRUPA B B 3 STRUKTURY LEWISA bliczamy ogólną liczbę elektronów walencyjnych atomów wchodzących w skład cząsteczki N N N N N N N N X X X X =, l, Br, I 4 + 3(1) + 7 = 14 elektronów 3 Pary elektronów umieszczamy pomiędzy atomami tak, aby połączyć wszystkie atomy wchodzące w skład cząsteczki. Pozostające elektrony umieszcza się jako niewiążące pary elektronów tak, aby każdy z atomów posiadał oktet elektronowy 14-4(2) = 6 elektronów 6 : 2 = 3 STRUKTURY LEWISA STRUKTURY REZNANSWE Atomy pierwiastków grupy 3 w wysoce reaktywnych cząsteczkach mają mniej niż 8 elektronów, tzw. niepełny oktet elektronowy B Atomy pierwiastków okresów 3 i wyższych (dysponują orbitalami d) mogą przyjmować więcej niż 8 elektronów, tzw. rozszerzony oktet elektronowy S = 1.2Å 1.34Å Å

8 PDSTAWWE REGUŁY PISANIA STRUKTUR REZNANSWY 1. Struktury graniczne nie istnieją realnie łączymy je za pomocą 2. Wszystkie struktury rezonansowe różnią się między sobą położeniem elektronów π oraz elektronów niewiążących = 2 3 = 2 2 = Wszystkie struktury rezonansowe muszą być typu Lewisa suma polarności poszczególnych wiązań oraz rozmieszczenie wolnych, niewiążących par elektronowych w cząsteczce PLARNŚĆ ZĄSTEZEK 4. Wszystkie atomy należące do układu zdelokalizowanego muszą leżeć w jednej płaszczyźnie 5. Wszystkie struktury rezonansowe muszą mieć taką samą liczbę sparowanych elektronów 2 = = 2 2 = 2 MMENT DIPLWY µ 6. Struktur rezonansowych przedstawiających układy o bardzo dużej energii nie bierze się pod uwagę, np PLARNŚĆ ZĄSTEZEK MMENT DIPLWY µ jest to iloczyn wielkości ładunku Q na krańcu dipola cząsteczkowego oraz odległości między ładunkami r GEMETRIA ZĄSTEZEK VSEPR Valence Shell Electron-Pair Repulsion (Gillespie 1957) µ = Q r 1D = m 1. Rozważana cząsteczka/jon jest zbudowana z atomu centralnego, kowalencyjnie związanego z co najmniej dwoma atomami lub grupami atomów µ = 1.85 D 2. Rozważane są wszystkie walencyjne pary elektronowe atomu centralnego; rozróżnia się : l l l l µ = 0 N Pary elektronowe wiążące elektrony biorące udział w wiązaniu kowalencyjnym Pary elektronowe niewiążące 3. Par elektronowe będą przyjmowały takie ułożenie w przestrzeni, aby zminimalizować wzajemne oddziaływania odpychające µ = 1.47 D

9 bszar przestrzeni, w którym prawdopodobieństwo znalezienia się elektronu jest największe określa się zwyczajowo RBITALEM RBITALE ATMWE różnią się: kształtem wielkością energią elektronów opisywanych przez dany orbital Poziom Podpoziom konfiguracja elektronowa energetyczny przy max. obsadzeniu (1) K s 2 2e - (2) L s, p 2 2p 6 8e - (3) M s, p, d 3s 2 3p 6 3d 10 18e - (4) N s, p, d, f 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 32e - ENERGIA 4s < 4p < 4d < 4f RBITALE ATMWE RBITALE ATMWE ZASADY BSADZANIA RBITALI PRZEZ ELEKTRNY płaszczyzna nodalna 1. rbital może być zajmowany co najwyżej przez dwa elektrony o przeciwnych spinach zakaz Pauli ego 2. Następny orbital jest obsadzany wtedy, gdy zajęte są orbitale o niższej energii płaszczyzna nodalna 3. bsadzanie orbitali o takiej samej energii następuje zgodnie z regułą unda, tzn. elektrony zapełniają tak orbitale, aby jak największa liczba elektronów była niesparowana 2p y 2p

10 RBITALE ATMWE RBITALE ZĄSTEZKWE MLEKULARNE 2p p 2 7N 2 2 2p p 4 2e - 3e - 4e - p x p y p z p x p y p z p x p y p z 1. Każda para elektronów jest zlokalizowana w pobliżu jąder 2. Kształt orbitali molekularnych i ich wzajemne rozmieszczenie wynika z kształtu i rozmieszczenia przestrzennego orbitali atomowych atomów wchodzących w skład cząsteczki σ 2 2 σ RBITAL ANTYWIĄŻĄY σ* E kj mol -1 ENERGIA UWALNIANA PDZAS TWRZENIA WIĄZANIA ENERGIA ABSRBWNA PDZAS PĘKANIA WIĄZANIA RBITAL WIĄŻĄY σ

11 RBITALE SYBRYDYZWANE π* M antywiążący 4 2 orbitale p ENERGIA ząsteczka symetryczna π π M wiążący Wiązania są równocenne; o takiej samej długości i mocy Kąty walencyjne wynoszą 109º28 2 orbitale p π p p p sp 3 2p x p y p z 4 YBRYDYZAJA 2p x p y p z 4 sp 3 YBRYDYZAJA TETRAEDRYZNA

12 STRUKTURA ETANU 5B 6 2p x p y p z węgiel sp 3 węgiel sp 3 YBRYDYZAJA wiązanie σ wiązanie σ 3 sp 2 2p YBRYDYZAJA TRYGNALNA STAN PDSTAWWY 2p STAN WZBUDZNY 2p sp 2 STAN sp 2 - SYBRYDYZWANY STRUKTURA ETENU p RBITAL wiązanie σ przeniesienie elektronu hybrydyzacja wiązanie σ wiązanie π płaszczyzna nodalna

13 4Be 2p STAN PDSTAWWY STAN WZBUDZNY 2p STAN sp - SYBRYDYZWANY 2p x p y p z sp YBRYDYZAJA hybrydyzacja sp 2p YBRYDYZAJA DYGNALNA STRUKTURA ETYNU wiązanie σ 1.06 A 1.09 A 1.10 A wiązanie π wiązanie π wiązanie σ 1.20 A 1.34 A A 109.5