Soorten bindingen Verschillende atomen trekken met een verschillende kracht aan de elektronen van de bindingen. Dit verschijnsel wordt electronegativiteit genoemd mlavd@BCEC

verschil in electro-negativiteit (= ΔEN) Soorten bindingen Het verschil in electronegativiteit bepaalt wat voor soort binding er gevormd wordt tussen atomen verschil in electro-negativiteit (= ΔEN) Soort binding < 0,4 0,4 < ΔEN <1,7 >1,7 Covalent/atoombinding polair ion mlavd@BCEC

Soorten bindingen Door het verschil in electronegativiteit treedt er een ladingsscheiding op in de moleculen en kunnen er licht negatief (δ-) en positief (δ+) geladen stukken in het molecuul ontstaan terwijl de totale lading nul blijft !!! Door het verschil in lading ontstaat een dipoolmoment. Dipoolmoment = bindingsafstand x lading op δ+ deeltje mlavd@BCEC

Dipoolmoment = bindingsafstand x lading op δ+ deeltje Soorten bindingen Dipoolmoment = bindingsafstand x lading op δ+ deeltje Door de verschillende dipoolmomenten van een molecuul op te tellen krijg je het netto dipoolmoment. Als het netto dipoolmoment > 0 Cm  molecuul = polair als het ~ 0 Cm  molecuul = apolair. mlavd@BCEC

Wanneer heeft een molecuul een netto dipoolmoment > 0 Soorten bindingen Wanneer heeft een molecuul een netto dipoolmoment > 0 Vb 1: O=C=O De EN van O > EN C in de C=O binding is een kracht op de binding en wordt de O δ- en de C δ+. Er zijn dus 2 dipoolmomenten bij de C=O bindingen precies even groot en tegengesteld  netto dipoolmoment = 0 Cm  apolair en lost moeilijk op in water mlavd@BCEC

Wanneer heeft een molecuul een netto dipoolmoment > 0 Soorten bindingen Wanneer heeft een molecuul een netto dipoolmoment > 0 De EN van O > EN van H O δ- en de H δ+. Vb 2: H2O  Deze ladingen geven 2 dipoolmomenten die precies even groot en niet tegengesteld zijn en elkaar dus niet opheffen  netto dipoolmoment > 0 Cm  polair mlavd@BCEC

Wanneer heeft een molecuul een netto dipoolmoment > 0 Soorten bindingen Wanneer heeft een molecuul een netto dipoolmoment > 0 De EN van N > EN van H N δ- en de H δ+. Vb 3: NH3  Deze ladingen geven dipoolmomenten die precies even groot en niet tegengesteld zijn en elkaar dus niet opheffen  netto dipoolmoment > 0 Cm netto dipoolmoment > 0 Cm  polair mlavd@BCEC

Kleine moleculen Waarom lost CO2 moeilijk en NH3 makkelijk op in water ? Dit heeft te maken met de bouw van de moleculen die de eigenschappen bepaalt Polaire moleculen lossen graag op in andere polaire moleculen Apolaire moleculen lossen graag op in andere apolaire moleculen  Polair ammoniak lost graag op in polair water  apolair CO2 lost niet graag op in polair water mlavd@BCEC

Waarom is CO2 lineair en H2O gebogen ?? Ruimtelijke bouw Waarom is CO2 lineair en H2O gebogen ?? Allebei hebben ze 1 centraal atoom met aan weerszijde een ander buur-atoom en toch zien ze er anders uit!! Dit komt door het aantal elektronen dat de atomen in het molecuul hebben mlavd@BCEC

Ruimtelijke bouw CO2 H2O 1 C = 1* 4 1 O = 1* 6 2 O = 2* 6 2 H = 2* 1 Waarom is CO2 lineair en H2O gebogen ?? Bepaal de ruimtelijke vorm van CO2 en H2O Stap 1: bepaal eerst het aantal elektronen ‘in de buitenste schil’ van de atomen. CO2 H2O 1 C = 1* 4 1 O = 1* 6 2 O = 2* 6 2 H = 2* 1 Totaal = 8 e- Totaal = 16 e- mlavd@BCEC

Bepaal de ruimtelijke vorm van CO2 lineair en H2O Ruimtelijke bouw Bepaal de ruimtelijke vorm van CO2 lineair en H2O Stap 2: teken de structuurformules van de moleculen waarbij je rekening houdt met de valentie van de atomen ( aantal bindingen dat de atomen mogen hebben) O=C=O H-O-H Stap 3: Tel het aantal atomen dat gebruikt is voor de bindingen en haal dit van het totaal aantal atomen af. Het restant zullen vrije elektronenparen gaan vormen. CO2: 16e- - 4*2 = 8e-  4 vrije e-paren H2O: 8e- - 2*2 = 4e-  2 vrije e-paren mlavd@BCEC

Ruimtelijke bouw O=C=O H-O-H Stap 4: Elk atoom wil 8 electronen in zijn ‘buurt’ hebben (=octetregel) en de juiste covalentie hebben. O=C=O H-O-H C heeft 4 bindingen en 4*2 = 8e-  covalentie + octetregel H heeft 1 binding en 1*2 = 2e-  covalentie O heeft 2 bindingen en maar 2*2 = 4e-  covalentie, maar geen octetregel O heeft 2 bindingen en maar 2*2 = 4e-  covalentie, maar geen octetregel mlavd@BCEC

Ruimtelijke bouw O=C=O H-O-H Stap 5: plaats de vrije e-paren op zo’n manier dat zoveel mogelijk aan octetregel wordt voldaan O=C=O H-O-H O heeft nu 2 bindingen en ook 4*2 = 8e-  covalentie + octetregel O heeft nu bindingen en ook 4*2 = 8e-  covalentie + octetregel Stap 6: tel bij de centrale atomen de naburige atomen en de vrije e-paren bij elkaar op O: 2 buren + 2 vrije paren  4-omringing  tetraëder (3-D) C: 2 buren  2-omringing  lineair (vlak 2-D) mlavd@BCEC

Ruimtelijke bouw mlavd@BCEC

Ruimtelijke bouw mlavd@BCEC

Ruimtelijke bouw mlavd@BCEC

Trigonale bipiramide (3D) Tetragonale bipiramide (3D) Ruimtelijke bouw Het aantal ‘buren’ is dus bepalend. ‘Buren’ zijn: atomen en vrije elektronenparen buren Vorm 1 Lineair (2D) 2 3 Vlakke driehoek (3D) 4 Tetraeder (3D) 5 Trigonale bipiramide (3D) 6 Tetragonale bipiramide (3D) mlavd@BCEC

Stereochemie NEE, Dat dus niet !!! Maar wel ……. mlavd@BCEC

Stereochemie Welke ruimtelijke vormen van moleculen er bestaan. Het is gebleken dat er van veel moleculen meerdere ruimtelijk verschillende vormen bestaan. Niet van alle moleculen maar wel van veel moleculen ! mlavd@BCEC

Isomerie: overzicht soorten Structuur-isomerie Stereo-isomerie Configuratie-isomerie Conformatie-isomerie Asymetrische centra-isomerie Cyclo-isomerie Cis/Trans-isomerie Spiegelbeeld-isomerie mlavd@BCEC

Stereochemie: Cis/Trans-isomerie Maakt het uit of een van de H-atomen beneden of boven aan de dubbele binding zitten ?? Nee !! Maakt het uit of een van de H-atomen beneden of boven aan de dubbele binding zitten ?? Ja !! mlavd@BCEC

Stereochemie: Cis/Trans-isomerie H beide boven of onder 1 H boven en 1 H onder Cis-1,2-dichlooretheen Trans-1,2-dichlooretheen Als links én rechts van de dubbele binding TWEE verschillende groepen zitten zijn er 2 ruimtelijke vormen van dit molecuul mlavd@BCEC

Stereochemie: Cis/Trans-isomerie F beide boven of onder 1 F boven en 1 F onder Cis-1,2-difluorcyclobutaan Trans-1,2-difluorcyclobutaan Van een cyclomolecuul waarbij aan 2 C-atomen TWEE verschillende groepen zitten zijn er 2 ruimtelijke vormen van dit molecuul mlavd@BCEC

Stereochemie: Cis/Trans-isomerie ‘Cis-vet’ ‘Trans-vet’ ongezonder mlavd@BCEC

Nu even iets anders tussendoor http://www.chm.bris.ac.uk/sillymolecules/sillymols.htm mlavd@BCEC

Stereochemie: spiegelbeelden 1 ruimtelijke vorm CH4 CH2FCl CH3F 2 ruimtelijke vormen van CHFClBr mlavd@BCEC

Stereochemie: spiegelbeelden Moleculen die spiegelbeeld-isomerie vertonen noemen we ook wel chiraal Chiraal komt van het griekse woord χέιρ = hand Achirale moleculen hebben een inwendig spiegelvlak mlavd@BCEC

Stereochemie: spiegelbeelden Animatie stereo-isomerie: http://users.skynet.be/eddy/Chirality.html mlavd@BCEC

Stereochemie: spiegelbeelden Een chiraal voorwerp kan niet op zijn spiegelbeeld ‘geplaatst’ worden. Twee vormen van een chiraal molecuul noemen we enantiomeren Animatie stereochemie mlavd@BCEC

Stereochemie: spiegelbeelden Er zijn een aantal naamgevingsmethoden voor enanatiomeren R en S L en D (afgeleid van de vorm van glyceraldehyde) De kurkentrekker waarmee je een fles wijn openmaakt heeft een R-configuratie. mlavd@BCEC

Hoe kan je de R/S-naamgeving van spiegelbeeld-isomeren afleiden Stereochemie: spiegelbeelden Hoe kan je de R/S-naamgeving van spiegelbeeld-isomeren afleiden neem het model voor je met de lichtste groep naar achteren 2. Kijk in welke richting de andere groepen hun massa van hoog naar laag hebben  klok mee = R en tegen klok in = S mlavd@BCEC

Grafische demo spiegelbeeld isomerie mlavd@BCEC

Belang van spiegelbeeld isomerie Vrijwel alle biomoleculen zijn chiraal (DNA, suikers, aminozuren, etc) Humane proteinen zijn alleen gemaakt van L-aminozuren  blijkbaar zijn de receptoren in ons lichaam dus ook duidelijk stereo-specifiek (=chiraal). mlavd@BCEC

Belang van spiegelbeeld isomerie Medicijnen: Softenon (Thalidomid) middel tegen misselijkheid voor zwangere vrouwen Geboorteafwijkingen mlavd@BCEC

Belang van spiegelbeeld isomerie Medicijnen: Parkinson (Dopamine) Anti-parkinson giftig mlavd@BCEC

Belang van spiegelbeeld isomerie Smaakstoffen: Citroen vs sinaasappel mlavd@BCEC

Stereochemie: spiegelbeelden 1 ruimtelijke vorm: CH4, CH3F, CH2FCl 2 ruimtelijke vormen van CHFClBr Als aan een atoom 4 verschillende groepen zitten heeft dit molecuul een spiegelbeeld isomeer mlavd@BCEC

Hoeveel spiegelbeeld-isomeren zijn er van deze moleculen Stereochemie: spiegelbeelden Hoeveel spiegelbeeld-isomeren zijn er van deze moleculen 2x 1x mlavd@BCEC

Stereochemie: spiegelbeelden Hoeveel spiegelbeeld-isomeren zijn er van dit molecuul a) Tel aantal asymmetrische atomen (= met 4 verschillende groepen er aan vast = C*) b) 2 C* 22 = 4 stuks mlavd@BCEC

Stereochemie: spiegelbeelden b) 2 C* 22 = 4 stuks mlavd@BCEC

Stereochemie: spiegelbeelden Hoeveel spiegelbeeld-isomeren zijn er van dit molecuul a) Tel aantal asymmetrische atomen (= met 4 verschillende groepen er aan vast = C*) b) Kijk of er een inwendig spiegelvlak is (is l- en r-kant van het molecuul gelijk ?!) mlavd@BCEC

Stereochemie: spiegelbeelden – 1 = 3 (komt door het inwendige spiegelvlak) Aantal stereo-isomeren = 22 mlavd@BCEC

Stereochemie: spiegelbeelden Hoeveel stereoisomeren heeft dit molecuul ? Volgorde linksom = ongelijk volgorde rechtsom Aantal stereo-isomeren = 22 = 4 mlavd@BCEC

Stereochemie: spiegelbeelden Hoeveel stereoisomeren heeft dit molecuul ? 22 = 4  inwendig spiegelvlak Totaal aantal stereo-isomeren = 22-1 = 3 (cis/trans+spiegelbeeld) mlavd@BCEC

Stereochemie: spiegelbeelden Hoeveel stereoisomeren heeft dit molecuul ? 28 = 256 stereoisomeren (en geen inwendig spiegelvlak) 8C*  mlavd@BCEC

Stereochemie: 3D voorbeelden http://nautilus.fis.uc.pt/molecularium/stereo/molecules.html Je hebt wel zo’n 3D bril nodig mlavd@BCEC

Optische isomerie Spiegelbeeld-isomeren vertonen een optische activiteit; d.w.z. dat ze gepolariseerd licht kunnen draaien. Dit wordt o.a. gebruikt om te kijken welke [stof] er aanwezig is of hoe zuiver de stof is die je gemaakt hebt. mlavd@BCEC

Welke factoren bepalen de draaiingshoek? Optische isomerie Welke factoren bepalen de draaiingshoek? a) Welke stof meet je: andere stof  andere eigenschap. b) [ stof ]: hoe hoger de concentratie hoe vaker het licht in ‘aanraking’ komt met de stof  meer draaiing c) Lengte van de meetcel: hoe langer de meetcel hoe vaker het licht in ‘aanraking’ komt met de stof  meer draaiing d) Temperatuur e) Gebruikte golflengte van het licht: andere golflengte  andere interactie  andere draaiing f) Welk oplosmiddel gebruik je: andere oplosmiddel  andere vorm molecuul  andere interactie  andere draaiing mlavd@BCEC

Specifieke draaiingshoek Optische isomerie Specifieke draaiingshoek Om al deze factoren te verwerken en misverstanden te voorkomen werkt men met een gestandaardiseerde methode: de specifieke draaiingshoek [α] = α/(l * c) Gemeten rotatie Specifieke rotatie Concentratie (in g/mL) Lichtweg in cel (in dm) mlavd@BCEC

Optische isomerie [α] = α/(l * c) 25 = 3,3/(1,5 * c) Bereken molariteit van X (mm = 50 g/mol; [α] = 25 °) als bij meting van de rotatie in een cel van 15 cm een rotatie van 3,3° gemeten wordt. [α] = α/(l * c) 25 = 3,3/(1,5 * c) c = 3,3/(1,5 *25) g/mL c = 0,088 g/mL = 0,00176 mol/mL [X] = 1,76 M mlavd@BCEC

Zo’n mengsel noemen we RACEMISCH. Optische isomerie Als een + vorm van een molecuul een draaiing heeft van +50° dan heeft de – vorm van deze stof een draaiing van - 50° Een equimolair mengsel (of te wel precies even veel mol + als -) heeft een totale draaiing die weer uitkomt op 0 °. Zo’n mengsel noemen we RACEMISCH. mlavd@BCEC

Stap 2: rest geeft geen verdere draaiing  10,71% is half+ en half - Optische isomerie De stof blablabla heeft een asymmetrisch C-atoom en de +vorm heeft een specifieke draaiing van +56°. Het mengsel dat gemaakt is heeft een draaiing van 50°. De productie eis stelt dat er maximaal 5,1% van de – vorm in het eindproduct aanwezig mag zijn. Voldoet het product hieraan?? Stap 1: er is 50° van 56° = 89,29% van de +vorm in ieder geval aanwezig. Stap 2: rest geeft geen verdere draaiing  10,71% is half+ en half - Stap 3: % +vorm = 89,29 + 0,5*10,71 = 94,645% % -vorm = 0,5*10,71= 5,355%  voldoet niet mlavd@BCEC

Stap 2: rest geeft geen verdere draaiing  1,54% is half+ en half - Optische isomerie De stof woepwoepwoep heeft een asymmetrisch C-atoom en de -vorm heeft een specifieke draaiing van –65,00°. Het mengsel dat gemaakt is heeft een draaiing van 64,00°. De productie eis stelt dat er maximaal 0,800% van de – vorm in het eindproduct aanwezig mag zijn. Voldoet het product hieraan?? Stap 1: er is 64,00° van 65,00° = 98,462% van de +vorm in ieder geval aanwezig. Stap 2: rest geeft geen verdere draaiing  1,54% is half+ en half - Stap 3: % +vorm = 98,462 + 0,5*1,54 = 99,231% % -vorm = 0,5*1,54= 0,769%  voldoet mlavd@BCEC

Gas chromatografie Om te bepalen wat de zuiverheid is van een stof of hoeveel er van welke componenten aanwezig is kan je ook met chromatografie werken. Er zijn verschillende vormen van chromatografie: papier-, gas-, vloeistof-, dunne laag-, HPLC, etc. Het principe is telkens gelijk en maakt gebruik van het verschil in aanhechtingsvermogen en oplosbaarheid. Hoe hoger de oplosbaarheid hoe sneller de stof beweegt. Hoe hoger het aanhechtingsvermogen hoe langzamer de stof beweegt. mlavd@BCEC

Dit kan of-line maar ook on-line gebeuren. Gas chromatografie Aan het eind van de scheiding wordt er dan gemeten hoeveel er van een stof aanwezig is. Dit kan of-line maar ook on-line gebeuren. Door de verblijftijd heel nauwkeurig te meten kan je exact weten welke stof aanwezig is (tegenwoordig gaat dat vrijwel automatisch via een data-base). Daarna kan je door het oppervlak van de pieken te bepalen berekenen hoeveel er van welke stof aanwezig is (tegenwoordig wordt uiteraard een data-base gekoppeld aan een rekenmodule en krijg je direct te zien welke stof in welke concentratie aanwezig is. mlavd@BCEC

Gas chromatografie mlavd@BCEC

Gas chromatografie mlavd@BCEC