01403115-61 หัวข้อ เคมีอินทรีย์เบองตื้้น...

1

เคมอนทรยเบองตน (Introduction to Organic

Chemistry)

โครงการจดตงภาควชาเคม

คณะศลปศาสตรและวทยาศาสตร

มหาวทยาลยเกษตรศาสตร วทยาเขตกาแพงแสน

01403115-61

2

หวขอ

1. บทนา2. การแบงประเภทสารอนทรย และการเรยกชอ3. ปฏกรยาทวไปของสารอนทรย4. สารอนทรยประเภทตางๆ 5. พอลเมอร

3

เคมอนทรย เปนวชาทศกษาเกยวกบสารประกอบของธาตคารบอน ยกเวนเกลอคารบอเนต ไซยาไนด ออกไซดของคารบอน

สารประกอบอนทรย เชน อาหาร เครองนงหม ยา

ชวโมเลกล สารพนธกรรม นามนเชอเพลง

บทนา

4

สารอนทรยมจานวนมากเพราะ

1. คารบอนเกดพนธะกบคารบอนเปนโซตรง โซกง หรอวง

2. อะตอมของคารบอนเกดพนธะโควาเลนต พนธะเดยว พนธะคและพนธะสาม เนองจากเกดไฮบรไดเซชนแบบ sp sp2 sp3

3. คารบอนเกดพนธะกบอะตอมอนได เชน O N F Br

5

sp3 hybridizationCH4

sp2 hybridizationC2H4 CH2=CH2

sp hybridizationC2H2

CHCH6

การเขยนสตรโครงสราง1. แบบจด (electron dot structure)

2. แบบ extended structure

3. Condensed structure

4. Skeletal structure

H : C : H H : C : C : C : HH

H

..

..

H H H

H H H

.. .. ..

.. .. ..

2

7

แรงกระทาภายในโมเลกล(non-bonded intramolecular interaction)

สตรโครงสรางบอกคณสมบตเคมของสาร ม 2 สวน Reaction center เปน functional group (ประเภทของสาร)

Substituent site เปน สวนทจบกบ reaction center และทานายปฏกรยาวา เกดชาหรอเรว ไดมากหรอนอย

O OCH3 - C- O-H Cl – CH2 - C- O-H

Reaction center Reaction centerSubstituent

8

แรงกระทาระหวางโมเลกล

Non-bonded intermolecular force

การมขวของโมเลกลมผลตอทงแรงกระทาภายในและแรงกระ

ทาภายนอกโมเลกล ขนกบชนดของขว Dipole-dipole interaction

Van der Waal interaction

Hydrogen bond

9

Dipole-dipole interaction

เปนแรงระหวางโมเลกลทมขว

มไดโพลโมเมนตถาวร

เชน Chloromethane

HH C Cl หรอ

H

10

Van der Waals interaction

เปนแรงระหวางโมเลกลทไมมขว

เกดจากการชกนาไดโพลโมเมนต (induce dipole moment)

เปนแรงออนๆ ทผวโมเลกล เกดชวคราว

จานวน C และH มาก มพนทผวมาก

แรงดงดดมาก

โมเลกลโซตรงมพนทผวมากกวาโซกงแรงดงดดมากกวา

11

Hydrogen bond

พนธะไฮโดรเจนเปนพนธะโควาเลนตระหวางไฮโดรเจนกบ อะตอมทม EN สงมาก ไดแก F, O, N

พนธะแขงแรงมาก ทาใหตองการพลงงานมากในการทาใหโมเลกลกระจายตว

Energy: Van der Waals < dipole-dipole < hydrogen bond

O

H HH

H

H

HO

O

พนธะไฮโดรเจน(2-10 kcal/mole)

12

สมบตทางกายภาพ

สมบตทางกายภาพของสารอนทรย มความสมพนธกบแรงระหวางโมเลกล จดเดอด (bp.), จดหลอมเหลว (mp.)พลงงานทใชในการทาใหสารเปลยนสถานะของโมเลกลโควาเลนตขนกบแรงระหวางโมเลกล

โมเลกลไมมขว van der Waals, แรงยดตา, bp., mp. ตาโมเลกลมขว dipole-dipole, แรงยดสง, bp., mp. สงโมเลกลมขวและมพนธะไฮโดรเจน แรงยดสงมากขน, bp., mp.

สงมากขน

3

13

การละลาย “like dissolve like” (สารสองชนดจะละลายกนไดตองมขวใกลเคยงกน)

สารมขวละลายไดดในตวทาละลายมขว

สารไมมขวละลายไดดในตวทาละลายไมมขว

เชน CH4 ละลายใน CCl4

CH4 และ CCl4 ไมละลายในนา (H2O)

CH3OH ละลายในนา

14

1. Aliphatic สารประกอบท C ตอเปนโซตรงหรอมกง โดยมพนธะแบบพนธะเดยว พนธะค หรอพนธะสาม กได

CH3CH2CH2CH3 CH3CH=CH2 CH3CH2CCH

2. Alicyclic สารประกอบท C ตอกนเปนวง โดยไมมอะตอมอนในวงแตไมเปน Aromatic ซงมความเฉพาะ

การแบงประเภทของสารอนทรย

15

3. Aromatic สารประกอบท C ตอกนเปนวงมจานวน e- เปน 4n+2 และ e- ทคอนจเกตกน

4. Heterocyclic สารประกอบท C ตอกนเปนวงและมอะตอมของธาตอนเชน N O S อยในวง

สารทมเฉพาะ C และ H เปนองคประกอบเรยกวา Hydrocarbon

N

16

ชนด หมฟงกชนนล สตรทวไป คาลงทาย

alkane CC R-CH2CH2-R … ane

Alkene CC R-CHCH-R … ene

alkyne CC R-CCH … yne

aromatic

alcohol -OH (hydroxyl) R-OH … ol

Alkyl halide -X (halide) R-X

Ether -O- R-O-R

Aldehyde -CHO (C=O) R-CHO (C=O … al

Ketone -C=O (carbonyl) R-CO-R … one

Carboxylic acid -COOH (carboxyl) R-COOH … oic acid

Ester -COO- R-COO-R … oate

Amine -NH2 (amino) R-NH2

17

การเรยกชอสารอนทรย

1. ชอสามญ (common name) เปนชอทเรยกทวไป ตามแหลงทพบหรอสมบต

สวนมากเปนโมเลกลไมใหญ2. ชอตามระบบ IUPAC (The International Union of Pure

and Applied Chemistry) มหลกดงน 2.1 เลอกโซคารบอนทยาวทสดเปนโซหลก และโซหลกตองมหมฟงกชนอยดวย2.2 จานวนอะตอมคารบอนในโซหลกใหใชคานาหนา

ดงน 18

คานาหนาจานวนคารบอน

จานวน C คานาหนา จานวน C คานาหนา

1 meth 6 hex2 eth 7 hept3 prop 8 oct4 but 9 non5 pent 10 dec

4

19

3 เรยกจานวนคารบอนและลงทายชอสารดวยคาลง

ทายเพอบอกหมฟงกชนของสารนน เชน

CH3CH2CH3 propane CH3CH=CH2 propene

CH3CCH propyne CH3CH2OH ethanol

4. ระบตาแหนงทมหมฟงกชนอยเปนตวเลขโดยใหม

ตวเลขนอยทสด

CH3CH2CH=CH2 1-butene CH3CH=CHCH3 2-butene

CH3CH2CH2CHCH3 2-pentanol

OH20

2.6 ถามอะตอมหรอหมอะตอมทเกาะกบโซหลก หรอหมฟงกชนซากน ใชคาวา di tri tetra นาหนาสาหรบ 2, 3, 4 หมทซา ตามลาดบ และระบตาแหนงทเกาะดวย

2.5 ถามอะตอมหรอหมของอะตอมเกาะกบโซหลก ให นบตาแหนงโดยใหหมฟงกชนนอยทสดกอน และใหถอการ

นบตามนน แตถาหากโมเลกลไมมหมฟงกชนจะใหนบจากปลายดานทมอะตอมหรอหมอะตอมทเกาะอยใหมเลขนอยทสดCH3CHCH2CHCH2CH3

OH CH3

4-methyl-2-hexanol

CH3CH2CHCH2CHCH2CHCH3

OH CH3 CH3

5,7-dimethyl-3-octanol

21

CH3-CH2-CH2-CH3

CH3CH2CH2CH2CH2CH3

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3

CH3CH2CH2CH2CH=CH2

CH3CH2CH=CHCH2CH3

CH3CCCH2CH2CH3

จงเรยกชอสารตอไปน

22

2.7 ในกรณทมหลายหมทแตกตางกนเกาะทโซหลก ใหนบตาแหนงใหนอยทสด และเรยกโดยเรยงลาดบตาม

ตวอกษรภาษาองกฤษโดยไมนบคานาหนาของ

di tri tetra sec tert ยกเวน cyclo iso neo

CH3CHCH2CHCH2CHCH=CH2

2.8 ในกรณสารทเปนวง ใหเรมนบคารบอนในวงทมหม

ฟงกชนเกาะอยเปนตาแหนงท 1 เสมอ และใชคาวา

cyclo นาหนา

CH3 CH3 CH2CH3

3-ethyl-5,7-dimethyl-1-octene

3-methylcyclopentene

23

ปฏกรยาของสารอนทรย

การเกดปฏกรยาเคมของสารตองคานงถง

1. ประเภทการแตกพนธะ

2. ลกษณะของตวเขาทาปฏกรยา

3. ปฏกรยาทเกด

24

ประเภทการแตกพนธะ

2. Heterolytic cleavage แยกไมเทากนไดประจบวก และลบ

มการแตกพนธะ 2 แบบ1. Homolytic cleavage แตกแบบแยกเทากนได อนมลอสระ (free radical)

ClCl Cl Cl+

AB A B+

AB A: B+

AB A B+ H2O H+ + OH-

5

25

ลกษณะของตวเขาทาปฏกรยาตวเขาทาปฏกรยาม 3 ชนด

1. Nucleophile โมเลกลหรอไอออนทใหอเลกตรอน 1 ค แกสารอน เพอใชในการสรางพนธะ ไดแก Lewis base เชน OH

, CN , NH3, R-OH , RO

2. Electrophile โมเลกลหรอไอออนทรบอเลกตรอน 1 คเพอสรางพนธะใหม เชน Lewis acid เชน H3O+ , BF3 , AlCl3

3. Free radical อะตอมหรอหมอะตอมทมอเลกตรอนเดยว วองไวในการทาปฏกรยา เชน CH3 , Cl

26

ประเภทของปฏกรยาทเกด1. Substitution reaction (ปฏกรยาการแทนท)

อะตอมหรอหมอะตอมทเกาะกบ C ถกแทนทดวยอะตอมหรอหมอะตอมชนดอน

1.1 การแทนทอะตอมไฮโดรเจนในแอลเคนดวยแฮไลด

CH4 + Cl2 CH3-Cl + HCl

1.2 การแทนทอะตอมไฮโดรเจนในวงเบนซน (Electrophilicaromatic substitution)

+ Br2

Br

+ HBrFe

27

1.4 การแทนท OH- ในแอลกอฮอลดวยแฮไลด

CH3CH2OH + HCl CH3CH2Cl + H2O

1.3 การแทนทแฮไลดดวยหมอน เปนปฏกรยาการแทนทดวยนวคลโอไฟล

CH3CH2Br + OH CH3CH2OH + Br

CH3CH2Cl + H2O CH3CH2OH + HClCH3Br + NH3 CH3NH2 + HBr

1.5 การแทนทอะตอมของไฮโดรเจนในแอลกอฮอลดวยโลหะ (Na)

CH3CH2OH + Na CH3CH2ONa + ½ H228

1.6 การไฮโดรลซสเอสเทอรและแอมด

+ H2ORC ORO

RC-OH + R-OH

O

+ H2ORC NH2

ORC-OH + NH3

O

+ H2ORC NHRO

RC-OH + R-NH2

O

29

2. Addition reaction (ปฏกรยาการเตม)การเพมอะตอมหรอหมอะตอมในสารทไมอมตว

2.1 การเตม H2, X2, HX, หรอ H2O

CH2=CH2 + H2 CH3CH3

CH2=CH2 + Br2 BrCH2CH2Br

CH3CH=CH2 + HBr CH3CHCH3

Br

CH3CH=CH2 + H2O CH3CHCH3

OH 30

2.2 การเตมสารเขาทหมคารบอนล ในแอลดไฮด/คโตน

RC RO

+ RMgXRC HO

RC-H + Mg(OH)X

OH

R

H2OH3O+

+ HCN RC-ROH

CN

CH3C HO

+ HCN RC-H OH

CN

6

31

3. Elimination reaction (ปฏกรยากาจดออก)การกาจดอะตอมหรอหมอะตอมทเกาะตดอยกบอะตอมทตดกน

CH3CCH3

OH

HCH3CCH2 H

+ H2O

3.1 กรดเปนตวเรง กาจดนาออกจากโมเลกล

H2SO4

32

3.2 เบสเปนตวเรง เชน KOH ใชในปฏกรยากาจด HX

CH3-CH2-Cl CH2=CH2 + KCl + H2OKOH alc.

3.3 กาจด CO2 ออกจากกรดอนทรย

C2H5C OHO

Na

CH3-CH3 + CO2

33

ปฏกรยาออกซเดชน-รดกชนแอลกอฮอล แอลดไฮด และแอลคน ถกออกซไดสดวยสารออกซไดสได เชน

CH3CH2CH2OH CH3CH2COOH

CH3 CHCH3 CH3 C=O OH CH3

กรดอนทรย แอลดไฮด และคโตน ถกรดวซดวยสารรดวซง เอเจนตได เชน

CH3CH2COOH CH3CH2CH2OH

K2Cr2O7

H3O+

K2Cr2O7

H3O+

1. LiAlH4

2. H+

34

ไฮโดรคารบอนแอลเคน (Alkane)

อะตอมคารบอนเกาะกนดวยพนธะเดยว มกเรยกวาไฮโดรคารบอนชนดอมตว หรอพาราฟน (paraffin)

สตรทวไป CnH2n+2 (n = 1, 2, 3,...)

โมเลกลทเลกทสดคอ CH4 (methane)

ถดคอ C2H6 , C3H8, C4H10 ,,... ซงจะมสตรโมเลกลตางกน -CH2- เสมอ เรยกชดของสารวา "Homologous series" และเรยกสารแตละตววา "homolog"

35

การจดเรยงตวคารบอนใน alkane1. straight chain alkane (normal alkane)

CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH2-CH3

2. branched - chain alkane

3. Cyclic (cycloalkane)

36

alkane ทม C 4 อะตอมขนไป เขยนโครงสรางได > 1 แบบเรยก isomer

isomer : สารทมจานวนและชนดอะตอมเทากน แตการจดเรยงตางกน

CH3-CH2-CH2-CH3 CH3

n- butane CH3- CH-CH3

iso-butane

CH3CCH3

CH3

CH3

neo-pentane

7

37

สมบตทางกายภาพ

- alkane เปนโมเลกลไมมขว Van der Waals

ท Temp 25 C ความดน 1 atm

alkane โซตรงม C = 1 - 4 อะตอม มสถานะเปน gas

5-17 อะตอม liquid

> 18 อะตอม solid

38

การเรยกชอ Alkaneสตร ชอ IUPAC

CH4 methane

CH3 CH3 ethane

CH3CH2CH3 propaneCH3CH2CH2CH3 butane

3-methylpentane

cyclopentane

CH3CH2CHCH2CH3

CH3

39

หมอลคล

อลเคนทขาด H หนงอะตอม การเรยกชอ เหมอน alkane ตดทายเสยง -ane เปลยนเปน –yl เชน

CH4 CH3 = methyl

CH3CH3 CH3CH2 = ethyl

40

CH3

CH3-CH-CH2-CH-CH2-CH3

CH3

CH2CH3CH3-CH-CH-CH2-CH2-CH3

CH3

41

สารทแยกจากปโตรเลยมbp C composition fraction uses C1-C4 gas gaseous fuel

30-60 C5-C7 petroleum ether solvent

70-150 C6-C9 gasoline motor fuel

150-300 C10-C16 kerosine jet fuel, diesel oil

300 C16-C18 gas oil diesel oil

- C18-C20 wax oil lubricant oil

- C21-C40 paraffin wax candle, wax paper

- C40 residuum roofing tar, water proofing, asphalt

42

1. Halogenation (ปฏกรยาการแทนทดวยแฮโลเจน)

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl + CH2Cl2 +CHCl3 + CCl4

ปฏกรยาของ alkane

80% 10%

h

CH3CH3 + Br2 CH3CH2Br + HBr

8

43

3. ปฏกรยาการขจดไฮโดรเจน (dehydrogenation)

CH3 CH3 CH2 CH2 + H2500C

Cr2O3

ปฏกรยาของไซโคลอลเคน

+ Br2 300C Br + HBr

2. ปฏกรยาออกซเดชน (oxidation)

C3H8 (l) + 5O2 3CO2 (g) + 4H2O (l)

C8H18 (l) + 25/2 O2 8CO2 (g) + 9H2O (l)

44

สารอนทรยทมพนธะคในโมเลกล เปน Hydrocarbon ทไมอมตว อาจเรยกวา Olefins ไมมขว

สตรทวไป CnH2n n 2

แอลคน (Alkene)

R-CH=CH-R

45

การเรยกชอ Alkene

สตร ชอสามญ ชอ IUPAC

CH2CH2 ethylene ethene

CH3CHCH2 propylene propene

CH3CH2CHCH2 Butylene 1-butene

CH3CH CHCH3 - 2-butene

- 3-methyl-2-penteneCH3CH2CCHCH3

CH3

46

ไอโซเมอร

cis-2-butene trans-2-buteneH3C CH3

H HH3C H

H CH3CC CC

Butene มไอโซเมอรชนดโครงสราง (structural isomer) คอ

1-buteneCH3CH2CHCH2

CH3CHCHCH3

2-butene

ไอโซเมอรชนดเรขาคณต (Geometrical isomer)

2-methylpropene (Isobutene)H3C

CH3CCH2

47

Example :

1. 1-butene

C = C = C = CH3C-H2C H

H H

2. 2-butene C – C = C – C

C = C ≠ C = C

cis-2-butene trans-2-buteneH3C CH3

H HH3C H

H CH3

HH CH2CH3H

48

4. 2-pentene CH3CH2CH = CHCH3

C = C ≠ C = CH3CH2C CH3

H H

H CH3

H3CH2C H

3. isobutene CH3– C = CH2

C = C = C = C

CH3

CH3

H CH3

HH3CHH

H3C

เรยกวาม “ Geometrical isomer”

9

49

ปฏกรยาของ Alkene

เปนปฏกรยา addition

CC + YZ CCY Z

Alkene เปน ‘nucleophile’ จงเกดปฏกรยา electrophilic addition โดย YZ เปนสารตางๆ เชน

1 Addition of halogen = Halogenation

X2 = Cl2, Br2

CC + X2 CCX X

50

Example :CH3CH = CH2 + Br2 CH3 - CH – CH2

Br

Br

CCl4

CH3 - C = CH2 + Br2CH3 CCl4

2. Catalytic hydrogenation = Hydrogenation

Pt / Pd / NiCC + H2 CCH H

3. addition of unsymmetrical reagent (HZ)HZ : HBr, HI, HCl, H2SO4, H2O, HOCl

CC + HZ CCH Z

51

Markovnikov’s rule (Vladimar Vassilyevich Markovnikov)

“การรวมตวของ alkene กบ HZ ประจบวก (H+) จะเขาเกาะกบ carbon ทมพนธะค ( C=C ) ตวทม Hมากทสด”

CCH2 + HClH3CH3C CCH2

Cl H

H3CH3C

52

CH3 - CH = CH2 + HCl CH3CHCH2HCl

orCH3CHCH2

ClH

CH3CH - CH2 + Cl- CH3CH - CH2+ H Cl H

กลไกCH3CH = CH2 + HCl CH3 - CH - CH2 + Cl-

H+

CH3 - CH - CH2H

+ Cl- CHCH2CH2Cl+

53

แอลไคน (Alkyne)ไฮโดรคารบอนไมอมตว พนธะสามในโมเลกลอยางนอย 1 พนธะ R-CC-Rสตรทวไป : CnH2n-2 เมอ n 2

การเรยกชอสตร ชอสามญ ชอ IUPAC

CHCH acetylene ethyne

CH3CH2CCH - 1-butyne

CH3C CCH3 dimethylacetylene 2-butyne

54

X2 = Cl2 , Br2 , I2 , F2

1. Addition of halogen

ปฎกรยาของ Alkyne

HCCH + Cl2 HC CH + Cl2 - CCCl

Cl

Cl Cl

ClCl

2. Addition of hydrogen

CH3C CCH3 + H2 C = CH3C

HCH3

HPt

3. Addition of unsymmetrical reagent

HX : HBr , HI , HCl , H2SO4 , H2O ใชกฎ Markovnikov

HCCH + HBr HCCH + HCl HCCH H

H

HBr Br

Cl

10

55

- สารทคารบอนตอกนเปนวงอยในระนาบเดยวกน

มจานวน อเลกตรอน 4n+2 เมอ n = 1, 2, 3….. และอเลกตรอนเหลานไมอยประจาท คอนจเกตอเลกตรอน

- สารท รจกดคอ เบนซน (benzene, C6H6) ม 6e- โครงสรางของโมเลกลแบบ Kekule เปนดงน

แอโรมาตก (aromatic)

bond

bond

56

เบนซน Benzene (ตอ)โครงสรางเรโซแนนซ

สรปโครงสราง Benzene จากการวเคราะหขอมลการทดลอง :1. ความยาวพนธะระหวาง C มคาเดยวและอยระหวาง C-C กบ C=C2. มความเสถยรกวาทคาดไว 36.2 kcal/mol (พลงงานเรโซแนนซ)

สาเหต : เกดการไมประจาท (delocalization ) ของ -electrons

Delocalization ของ -electrons ทาใหเขยนสตรโครงสรางไดมากกวา 1 แบบ หรอทาใหเกดปรากฎการณ “เรโซแนนซ”

หรอ หรอ

57

1. มโครงสรางเปนวง และทกอะตอมในโมเลกลอยในระนาบเดยวกน

2. คารบอนแตละอะตอมในโมเลกลในวงม p-orbital sp2-orbital

4. จานวน e- = 4n +2 เมอ n = 0, 1, 2, 3, …

3. มการซอนทบของ p-orbital แบบตอเนอง delocalization

ลกษณะของสารประกอบอะโรมาตกตาม Hückel’s rule

ตวอยาง

* สารประกอบทเปนไปตาม Hückel’rule แตไมเปนวง conjugated compound58

ตวอยาง จงหาจานวน e- ของสารตอไปน เปนสารประกอบอะโรมาตกหรอไมตวอยาง จงหาจานวน e- ของสารตอไปน เปนสารประกอบแอโรมาตกหรอไม

cyclooctatetraene

anathacene

phenanthrene

N • •pyridine

59


chlorobenzene chlorobenzene

Toluene methylbenzene

p-xylene 1,4-dimethylbenzene

aniline aniline

aminobenzene

CH3

Cl

CH3H3C

NH2

การเรยกชอ

60

เบนซนทมหมแทนท 2 หม บอกตาแหนงการแทนท

1. ใชตวเลขบอกตาแหนง

1-bromo-3-chloro benzeneCl

Br1

2

3

65

4

O2NF

2. บอกตาแหนงดวย ortho-, meta-, para-

ortho- หรอ o- para- หรอ p-meta- หรอ m-

11

61

เบนซนทมหมแทนท มาเกาะมากกวา 2 หม ตองบอกตาแหนงดวยตวเลข

3,4-dinitrobenzoic acid

COOH

NO2

NO2

H3C

NO2

NO2

3,5-dinitrotoluene

O2NF

1-fluoro-2-nitrobenzene(o-fluoronitrobenzene)

Cl

Cl1,4-dichlorobenzene(p-dichlorobenzene)

62

ปฏกรยาAromatic Electrophilic Substitution

NO2Cl2

FeCl3

NO2

ClCl

HNO3

H2SO4

ClNO2

Cl

NO2

+

ortho, para direction: NH2, OR, OH, OCOR, R, Xmeta direction: NO2, CN, SO3H, CHO, COR, COOH, COOR

63

สารอะโรมาตก มการกระจายของ e- รอบๆ วงแหวน ทาใหมความหนาแนนของ e- จงพรอมจะเกดปฏกรยากบ electrophile

ขนตอนการเกดปฏกรยา

1. เกด electrophile E+ และ Z-

2. electrophile เขารวมกบเบนซน ได carbonium ion

ประเภทปฏกรยา : Electrophic Substitution

3. เกดการขจดออก

HH

+ E +

H

HE+

Z- + HZ

HE++

EH

64

+ HNO3H2SO4 NO2 + H2O

1. Nitration

+ R XAlCl3 R

+ HX

2. Friedel-Crafts Alkylation

+ Br2FeBr2 Br

+ HBr

3. Halogenation

65

แอลกอฮอล ฟนอลและอเทอรสตรทวไป แอลกอฮอล ฟนอล อเทอร

ROH ROROH

alcohol แบงเปน 3 ชนด1. primary alcohol (1) CH 2 OHR2. secondary alcohol (2) CH OHR

R3. tertiary alcohol (3) C OHRR

R

CH 2 CH 2OH OH

CH 2 CH OH OH

CH 2OH

อาจม -OH มากกวา 1 หม

66

การเรยกชอสตร ชอสามญ ชอ IUPAC

CH3OH Methyl alcohol methanol

CH3CH2OH Ethyl alcohol ethanol

CH3CH2CH2CH2OH n-butyl alcohol 1-butanol

CH3CHCH2OH

CH3

isobutyl alcohol 2-methyl-1-propanol

CH3CHCH2CH3

OHs-butyl alcohol 2-butanol

12

67

1. ปฏกรยากบโลหะ

โลหะอน = K, Mg, Al

potassium t-butoxide

CH 3OH + Na CH 3ONa + H 2sodium methoxide

½

CH 3

OHCH 3 CCH 3

+ KCH 3

OKCH 3 CCH 3

H 2+ ½

ปฏกรยา

68

2. Dehydrationacidheat H2CCH2 CH3CH2OH + H2O

ความวองไวของ ROH : 3 2 1

3. ปฏกรยากบ hydrogen halide

CH 2CH 3CH 2 OHCH 2HBr CH 2CH 3CH 2 BrCH 2 H2O+

CH 2CH 3CH 2 OH HCl + ZnCl2 heat CH 2CH 3CH 2 Cl + H2O

CH 3

OHCH 3 CCH 3

conc HClroom temp

CH 3

ClCH 3 CCH 3

+ H2O

69

4. EsterificationCH 3CH 2OH CH 3 OHC

O + 2conc H SO4

ความวองไวของ ROH : CH3OH 1 2 3CH 3 OC

O CH 3CH 2 + H2O

CH3CH2OH

CH3CCH3

O KMnO4

H+ CH3CHCH3

OH

5. Oxidation

ROH3 ไมเกดปฏกรยา

CH3CHO

K2Cr2O7, H+ CH3COH

O K2Cr2O7, H+

70

อเทอร (Ether)สตรทวไป ROR ROAr ArOAr

สตร ชอสามญ ชอ IUPACCH3OCH3 Dimethyl ether methoxymethane

CH3CH2OCH3 Methyl ethyl ether methoxyethane

CH3 OCH2CH2CH3 Methyl propyl ether 1-methoxypropane

Methyl phenyl ether methoxybenzene

Diphenyl ether phenoxybenzene

OCH3

O


ปฏกรยา 1. อเทอรเปนสารประกอบทวองไวตอปฏกรยานอยกวาหม

ฟงกชนอน

2. ไมสามารถทาปฏกรยาเปนกรดไดเหมอนแอลกอฮอล

3. เมอทาปฏกรยากบกรดแก เชน HI พบวา หมแอลคลในโมเลกลจะหลดออก

R-O-R + conc. HI ROH + RI

CH3CH2-O-CH2CH3 + conc. HI

CH3CH2OH + CH3CH2I71 72

ฟนอล (Phenol)

สตร ชอสามญ ชอ IUPACCarbolic acid phenol

- o-nitrophenol

- 2,4-dinitrophenol


OH

OHNO2

OHNO2NO2

ปฏกรยา OH + Na ONa + H2O

13

73

สารอนทรยทมแฮโลเจนปนองคประกอบ สตรทวไป R-X

แอลคลแฮไลด (Alkyl Halide)

แบงเปน 3 ประเภท1. Primary alkyl halide2. Secondary alkyl halide3. Tertiary alkyl halide

RCXH

H RCXR

HRCX

R

R1 RX 2 RX 3 RX

74

การเรยกชอ สตร ชอสามญ ชอ IUPAC

CH3CH2Cl Ethyl chloride chloroethane

isopropyl bromide

2-bromopropane

butylbromide 1-bromobutane

s-butylbromide 2-bromobutane

t-butylbromide 2-bomo-2-methylpropane

CH3CHCH3

Br

CH3CH2CH2CH2Br

CH3CHCH2CH3Br

CH3C(CH3)2Br

75

ปฏกรยาของ alkyl halide- พนธะ C-X เปนพนธะทมความเปน polar halogon มความสามารถในการดงดดอเลกตรอนมากกวาคารบอน ทาใหเกดขวบวกขนบนอะตอมของคารบอน และขวลบท halogen

CH3CH2 - X- คารบอนจงสามารถรบอเลกตรอนจาก nucleophile ได - เกดปฏกรยา nucleophilic substitution

R-X + Nu- R-Nu + X -

76

nucleophile ใชสญญลกษณ Nu- OH- , OR- , RCOO- , I- , CN- , R- หรอ อาจเปน neutral โมเลกล เชน H2O , CH3OH, CH3NH2 โดยจะใชอเลกตรอนคโดดเดยวสรางพนธะ1. ปฏกรยาการเกดแอลกอฮอล

C2H5Cl + OH C2H5OH + Cl

2. ปฏกรยาการเกดอเทอรCH3I + CH3CH2ONa CH3OCH2CH3 + NaI

3. ปฏกรยาการเกดเอมนNH3 + CH3CH2Cl CH3CH2NH2 + HCl

4. ปฏกรยาการเกดตวเขาทาปฏกรยา Grignard reagentRX + Mg RMgX (Grignard reagent)

77

สารประกอบคารบอนลอลดไฮดและคโตน (Aldehyde and ketone)

R-C-HllO

R-C-R'llO

Aldehyde Ketone

สมบตและปฏกรยาของ aldehyde และ ketoneคลายกนแตอลดไฮดเกดปฏกรยาไดงายกวา

78


formaldehyde methanal

acetaldehyde ethanal

propionaldehyde propanal

-chlorobutyraldehyde 3-chlorobutanal

benzenecarbaldehyde benzaldehyde

การเรยกชออลดไฮด

OCH3CHCH2CH

Cl

OHCH

OCH3CH

OCH3CH2CH

CHO

14

79


acetone propanone

methyl ethyl ketone 2-butanone

diethyl ketone 3-pentanone

sec-butyl ethyl ketone 4-methyl-3-hexanone

OCH3CCH3

OCH3CCH2CH3

OCH3CH2CCH2CH3

OCH3CH2CCHCH2CH3

CH3

การเรยกชอคโตน

80

ปฏกรยา1. ปฏกรยากบ Grignard reagent

RC RO

+ RMgXRC HO

RC HOMgX

RRCH + Mg(OH)X

OH

R

2. ปฏกรยาออกซเดชน

Cr2O72-/H+

RC HO

RC OHO

H2OH3O+

81

3. ปฏกรยากบแอลกอฮอล

+ ROH HllO

RCHOH

RCOR

Hhemiacetal

+ ROH HllO

RCROH

RCOR

R

hemiketalNu = OR

82

ถาม alcohol มากเกนพอปฏกรยาจะเกดตอไปใหสาร acetal และ ketal

+ 2ROH HllO

RCHOR

RCOR

Hacetal

+ 2ROH HllO

RCROR

RCOR

R

83

เชน

acetaldehyde

Ethyl methyl ketone + ethanol HCl

+ C2H5OH HClllO

CH3CH

+ CH3CH2CH2OH C-HOH

OCH2CH2CH3

llOCH HCl

แบบฝกหด

+ 2C2H5OH HClllO

CH3CCH3

OHCH3CH

OC2H5

84

กรดคารบอกซลก(Carboxylic acids)

- สตรทวไปของกรดคารบอกซลก R-COOH, Ar-COOHกรดคารบอกซลกเปนกรดออน- อนพนธของกรดคารบอกซลก เชน เอสเทอร แอมดสตรทวไปของเอสเทอร RCOORสตรทวไปของแอมด RCONH2

15

85


Formic acid Methanoic acid

Acetic acid Ethanoic acid

Butyric acid Butanoic acid

Benzoic acid Benzoic acid

OHCOH

OCH3COH

OCH3CH2CH2COH

COOH

การเรยกชอกรด

86

ปฏกรยาของกรดคารบอกซลก

2. Salt formation

R-COOH + H2O H3O+ + RCOO-

ทาปฏกรยากบโลหะ เชน Zn, Na ใหเกลอ carboxylate และ H2

2R-COOH + Zn (R-COO)2Zn + H2

เชน2CH3COOH + Zn (CH3COO)2Zn + H2

acetic acid zinc acetate

1. Hydrolysis

Ka = [H3O+] [RCOO-] [RCOOH]

87

3. Reduction to alcoholLithium aluminium hydride (LiAlH4) ได 1o alcohol

R-C-OH + LiAlH4 R-CH2OH1. ether2. H2O

llO

CH3CH2-C-OH CH3CH2CH2OH1. LiAlH42. H2O

llOเชน

4. Esterification

R-C-OH + R'-OH R-C-OR' + HOHllO llO

88

- เอสเทอรสวนใหญเปนของเหลวทระเหยงาย- และมกลนหอม- เมอไฮโดรไลสจะใหกรดคารบอกซลก- เกดจากกรดคารบอกซลกทาปฏกรยากบ

แอลกอฮอล

เอสเทอร (RCOOR)

RCOOH + ROH RCOOR + H2OH+

89


Methyl acetate Methyl ethanoate

Ethyl acetate Ethyl ethanoate

Methyl formate Methyl methanoate

Methyl benzoate Methyl benzoateHCOCH3

O

COCH3

O

CH3COCH2CH3

O

การเรยกชอเอสเทอร

CH3COCH3

O

90

ปฏกรยาของ Ester1. Saponificationเอสเทอรของไขมน นามน ทาปฏกรยากบเบส (NaOH) ใหเกลอ โซเดยมของกรดไขมน สบ

RCONa O

+ ROHRCORO

+ NaOH H2O

เชน

CH3CONa O

+ CH3CH2OH

CH3COCH2CH3

O+ NaOH

H2O

ethyl acetatesodium acetate

16

91

2. Acidic hydrolysis

RCOH O

+ ROHRCORO

+ H2OH+

CH3COCH2CH3

O+ H2O

H+CH3COH

O+ CH3CH2OH

ethyl acetate

3. reduction

CH3CH2CH2OH + CH3OHLiAlH4CH3CH2COCH3

O

92

แอมด (Amides)


formamide methanamide

acetamide ethanamide

N-methylacetamide N-methylethanamide

N,N-dimethylacetamide N,N-dimethylethanamide

HCNH2

O

CH3CNH2

O

CH3CNH(CH3)O

CH3CN(CH3)2O

R-CO-NH2

93

การเตรยมแอมด

CH3CONH4+

O+ H2O

heat CH3CNH2

O

CH3COH O

+ H2OCH3CNH2

O+ NH3

CH3CCl O

+ HClCH3CNHCH3

O+ CH3NH3

1. เผาเกลอแอโมเนยมคารบอกซเลต

2. ปฏกรยาของแอมโมเนยหรอเอมนกบกรดคารบอกซลก

ตวอยางปฏกรยาแอมด -Hydrolysis

CH3CNH2

OCH3COH

OH2O/H+

+ NH4+

94

เอมน (Amine)

เปนอนพนธของแอมโมเนย โดยอะตอมไฮโดรเจนถก

แทนทดวย แอลคล หรอ แอรล

R-NH2 , Ar-NH2

HNHH

HNRH

RNR HNRRH

ammonia primary amine secondary amine

tertiary amine

CH3NH2 (CH3)2NH (CH3)3N

95


Methyl amine aminomethane

Ethyl amine aminoethane

s-butyl amine 2-aminobutane

Methyl sec-butyl amine

2-(N-methylamino)butane

CH3NH2

CH3CH2NH2

CH3CHCH2CH3

NH2

CH3CHCH2CH3

NHCH3


96

ปฏกรยาของเอมน

1. ปฏกรยากบกรดRNH2 + H+

R2NH R2NH2+

RNH3+

+ H+

R3N R3NH++ H+

NH2

+ HCl

N+H3Cl-

17

97

พอลเมอร เปนสารโมเลกลใหญทเกดจากโมเลกลเลกทเรยกวา มอนอเมอรจานวนมากมาตอกน มนาหนกโมเลกลสง พบในธรรมชาตและสงเคราะหขน

แบงเปน 2 แบบ

1. พอลเมอรชนดเตม (addition polymer) เกดจากปฏกรยาลกโซของมอนอเมอรชนดเดยว ซงเปนสารไมอมตว

เกดอนมลอสระกอน X. เกด R. จงเกดปฏกรยาลกโซใหพอลเมอร

98

ตวอยางพอลเมอร -ใหนสตคนขอมลมอนอเมอร พอลเมอร ประโยชน

CH2=CH2

CH2CHCH3

PolyethylenePolypropylene

CH2CHCl Polyvinyl chloride

CH2C Polystyrene

CF2CF2 Polytetrafluoroethylene (TEFLON)

H

99

2. พอลเมอรชนดควบแนน (condensation polymer)

เกดจากมอนอเมอรทมหมฟงกชนมากกวา 1 หมมาตอกน เมอเกดปฏกรยาจะมโมเลกลเลกถกกาจดออก เชนนาหรอ แอมโมเนย

OHC(CH2)4COH

O

O+ H2N (CH2)6NH2

OHC(CH2)4CNH(CH2)6NH2 + H2O

O

O

nOHC(CH2)4CNH(CH2)6NH2

O

O

100

ตวอยางพอลเมอรมอนอเมอร พอลเมอร

C6H5OH + HCHO Phenol-formaldehyde

Polyester

Urea-formaldehyde

Polyurethane

Nylon 6, 6

01403115-61 หัวข้อ เคมีอินทรีย์เบองตื้้น...

Documents