Organische structuren HOOFDSTUK II: Organische structuren Mc Murry: pagina 68-102

+ II.1 Inleiding (Mc Murry: p 68-73) etheen cholesterol Organische structuur = Koolstofskelet: een verzameling koolstofatomen die via enkelvoudige bindingen met elkaar verbonden zijn en waarvan de overige bindingen met waterstofatomen gebeuren Functionele groep: een verzameling aan elkaar gebonden atomen welke aanleiding geeft tot een karakteristiek chemisch gedrag +

Voorstelling van organische verbindingen structuurformule gecondenseerde structuurformule C7H14O skeletformule brutoformule : informatie over de aard en de ligging van de chemische bindingen in de molecule gaat verloren

II.2 Koolwaterstoffen: alkanen en cycloalkanen (Mc Murry: p 74-91) n-alkanen : lineaire C-C keten H – (CH2)n – H CnH2n+2 cyclische alkanen: cyclische C-C keten (CH2)n CnH2n verzadigde koolwaterstoffen: eens het C-skelet gevormd worden alle resterende valenties met H verzadigd onverzadigde koolwaterstoffen: bevatten een dubbele of driedubbele binding verzadigde koolwaterstoffen alkaan CnH2n+2 CH3CH3 alkeen CnH2n CH2=CH2 onverzadigde koolwaterstoffen alkyn CnH2n-2 CHCH

Tabel: Namen van lineaire alkanen

Namen van alkenen Isomeren !!

verschillende positie van Isomerie: constitutie-isomerie verschillend koolstofskelet C4H10 2-methylpropaan isobutaan butaan verschillende functionele groepen C2H6O ethanol dimethylether verschillende positie van functionele groepen C3H9N isopropylamine propylamine

Verschillend bindings patroon Structurele of constitutionele isomeren Isomeren Conformeren (rotameren) Zelfde bindings patroon Stereoisomeren Configurationele isomeren Constitutionele isomeren onderscheiden zich doordat de samenstellende atomen op verschillende wijze chemisch met elkaar verbonden zijn. Stereoisomeren hebben dezelfde constitutie, maar verschillen in de ruimtelijke verdeling van de atoomgroepen.

II.3 Vertakte koolwaterstoffen (Mc Murry: p 77-80) Alkylgroepen afgeleid van lineaire en vertakte alkanen methyl Me ethyl Et n-propyl n-Pr Isopropyl, i-Pr n-butyl n-Bu isobutyl i-Bu sec-butyl, sec-Bu tert-butyl, t-Bu n-pentyl, (amyl) Isopentyl, (i-amyl) tert-pentyl, (tert-amyl) neopentyl

Secundair koolstof (2°) gebonden aan twee andere koolstoffen Primair koolstof (1°) gebonden aan één ander koolstof Secundair koolstof (2°) gebonden aan twee andere koolstoffen Tertiair koolstof (3°) gebonden aan drie andere koolstoffen Kwaternair koolstof (4°) gebonden aan vier andere koolstoffen

Substituenten afgeleid van onverzadigde systemen en aromaten CH2= methylideen CH2=CH- vinyl (ethenyl) CH3-CH= ethylideen CH2=CH-CH2- allyl (2-propenyl) benzeen fenyl (Ph) benzyl (Bn) tolueen p-tolyl

Voorbeelden: acyclische systemen R = alkyl methyl, ethyl, … alkenyl ethenyl, … Ar = aryl fenyl, tolyl, … Algemeen Voorbeelden: acyclische systemen

Voorbeelden: acyclische systemen 2,3-dimethyl-6-(2-methylpropyl)decaan 6-ethyl-3,3-dimethyloctaan 3-methylhexaan Niet : 2-ethylpentaan of 4-methylhexaan

Voorbeelden: cyclische systemen Methylcyclopentaan 1-cyclopropylbutaan 2-ethyl-1,4-dimethylcycloheptaan niet: 1-ethyl-2,6-dimethylcycloheptaan 3-ethyl-1,4-dimethylcycloheptaan

II.5 Cis-trans isomerie in cyclische systemen (Mc Murry: p 99-101) Stereoisomeren !

II.6 Eigenschappen van koolwaterstoffen (Mc Murry: p 86-88) Alkanen of paraffinen (parum affinis = weinig affiniteit) lager kokende als oplosmiddelen voor niet-polaire verbindingen: n-pentaan, isoöctaan belangrijkste bron = aardolie en aardgas (methaan) “biogas” of moerasgas petroleum: complex mengsel van koolwaterstoffen gescheiden via gefractioneerde destillatie 30-200°C: benzine, C5 – C11 (motorbrandstof) 175-300°C: kerosine, C11 – C14 (vliegtuigbrandstof) 275-400°C: stookolie, C14 – C25 (verwarming) destillatie onder verminderde druk: smeerolie en was (kaarsen) residu : asfalt (wegbedekking) octaangetal: maat voor antiklop eigenschappen van benzine (klopvastheid) isoöctaan, (2,2,4-trimethylpentaan) n-heptaan Octaangetal = 100 Octaangetal : 0

Fysische eigenschappen van alkanen Onoplosbaar in water wegens niet-polair karakter Waterstofbindingen niet mogelijk

aantrekking tussen plaatsen van hoge en lage Alkanen hebben lager kookpunt voor een bepaald moleculair gewicht vergeleken met meeste andere organische verbindingen Reden : Tussen niet-polaire moleculen bestaan enkel van der Waalskrachten (zwakke krachten) aantrekking tussen plaatsen van hoge en lage elektronendensiteit die ontstaan door tijdelijke polarisatie

Alkanen vertonen een regelmatige stijging in kookpunt en smeltpunt met toenemend moleculair gewicht: Van der Waals interacties stijgen met toenemende lengte van de alkanen

Toenemende vertakking verlaagt het kookpunt vertakte alkanen: meer sferisch, kleinere oppervlakte, minder van der Waalsinteracties

Alkenen: wel chemisch reactief etheen (gebruiksnaam: ethyleen) polyethyleen, ethanol, ethyleenoxide << kraken van zware aardoliefracties isopreen (2-methyl-1,3-butadieen) natuurlijk rubber Alkynen: ethyn (gebruiksnaam: acetyleen) << flashpyrolyse (1500°C, 0.1s) van methaan 2CH4  HCCH + 3H2 Aromatische koolwaterstoffen: kankerverwekkend ! meest voorkomende polycyclische aromatische koolwaterstoffen naftaleen anthraceen fenantreen

II.7 Functionele groepen

Naamgeving voorvoegsel centraal uitgang substituent referentie C-keten prioritaire functionele groep + alkan niet-prioritaire (cyclo) alken functionele groep alkyn aan, een, yn zoniet

II.8 Eigenschappen van organische verbindingen Halogeenalkanen polychloormethanen: CCl4, CHCl3: toxisch, kankerverwekkend CH2Cl2 (cfr. labo: oplosmiddel) pesticiden: insecticiden, herbiciden, fungiciden DDT (1,1,1-trichloor-2,2-bis(p-chloorfenyl)ethaan) plaatselijke verdoving: chloorethaan (door verdamping) anestheticum: halothaan CF3CHClBr koelvloeistoffen en drijfgas: CFCl3, CF2Cl2, CF3Cl, …(freonen) ozonlaag !!! Alcoholen methanol (houtalcohol): CO + 2H2  CH3OH blindheid ethanol: fermentatie van suikers (gist) 1,2-ethaandiol (gebruiksnaam: ethyleenglycol) 1,2,3-propaantriol (gebruiksnaam: glycerol) aromatische alcoholen = fenolen

Ethers relatief chemisch inert, goed oplossend vermogen oplosmiddel ethoxyethaan (gebruiksnaam: diëthylether) vluchtig, brandbaar tetrahydrofuran (THF), 1,2-dimethoxyethaan (gebruiksnaam: glyme) Belangrijke voorbeelden oxiraan oxetaan furan tetrahydro- pyran 1,4-dioxaan tetrahydro- furan pyran

basische eigenschappen triëthylamine (vloeibaar) Aminen basische eigenschappen triëthylamine (vloeibaar) methylamine, dimethylamine, trimethylamine (gasvormig) DNA RNA aziridine azetidine pyrrolidine pyrimidine piperidine pyridine imidazool

paraformaldehyde (HO-[CH2O]n-H, vast) of trioxaan (cyclisch trimeer) DNA RNA chinoline indool purine Aldehyden formaldehyde (H2C=O, gas): commercieel: 37% wat. opl = formol (celfixatie) paraformaldehyde (HO-[CH2O]n-H, vast) of trioxaan (cyclisch trimeer) n gebruiksnaam 0 formaldehyde 1 acetaldehyde 2 propionaldehyde 3 butyraldehyde alkanal

benzaldehyde acroleïne glyceraldehyde Ketonen CH3COCH3 aceton CH3COCH2CH3 methylethylketon CH3COCH=CH2 methylvinylketon acetofenon benzofenon

Carbonzuren n gebruiksnaam 0 mierenzuur (formic) 1 azijnzuur (acetic) 2 propionzuur (propionic) 3 boterzuur (butyric) 4 valeriaanzuur (valeric) 5 capronzuur (caproic) alkaanzuur acrylzuur n gebruiksnaam 0 oxaalzuur (oxalic) 1 malonzuur (malonic) 2 barnsteenzuur (succinic) 3 glutaarzuur (glutaric) 4 adipinezuur (adipic) 5 pimelinezuur (pimelic) alkaandizuur

malëinezuur fumaarzuur ftaalzuur tereftaalzuur salicyl

glycolzuur melkzuur appelzuur wijnsteenzuur a-aminozuur pyro druivenzuur citroenzuur

Derivaten van carbonzuren: esters, amiden, nitrillen (alkaan)amide (alkaan)nitril (cyclisch: lacton lactam)

Functionele groepen op basis van S thiolen, sulfiden met geoxideerd S-atoom thiiraan thiofeen dimethylsulfoxide