เคมอนทรย (Organic Chemistry)
ISOMERปฏกรยาเคมอนทรย
กรดและเบสในเคมอนทรยอ.ดร.อทมพร กนแกว
สาขาวชาเคม คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยแมโจ1
ไอโซเมอร
ไอโซเมอรเชงสเตอรโอ
ไอโซเมอรเชงสายโซคารบอน
ไอโซเมอรเชงตาแหนงของหมฟงกชน
ไอโซเมอรเชงโครงสราง
ไอโซเมอรเชงเรขาคณต ไอโซเมอรเชงแสง
ไอโซเมอรเชงชนดของหมฟงกชน
2
1. ไอโซเมอรเชงโครงสราง (Structural isomer) สารอนทรยทมสตรโมเลกลเหมอนกนแตมสตรโครงสรางตางกน แบงไดเปน1.1 ไอโซเมอรเชงสายโซคารบอน (skeleton isomer)1.2 ไอโซเมอรเชงตาแหนงของหมฟงกชน (positional isomer)1.3 ไอโซเมอรเชงชนดของหมฟงกชน (functional isomer)
2. ไอโซเมอรเชงสเตอรโอ (Stereo isomer) เปนไอโซเมอรทมโครงแบบ (configuration) ตางกนคอมการจดเรยงอะตอมในทวางตางกน (การจดตาแหนงของอะตอมใน 3 มตแตกตางกน) แบงไดเปน 2 ชนด คอ2.1 ไอโซเมอรเชงเรขาคณต (geometrical isomer)2.2 ไอโซเมอรเชงแสง (optical isomer)
3
1. ไอโซเมอรเชงโครงสราง (Structural isomer) 1.1 ไอโซเมอรเชงสายโซคารบอน (skeleton isomer)• ไอโซเมอรทมการจดเรยงตวของคารบอนในโครงสรางหลกตางกน • คารบอนอะตอมอาจตอกนเปนเสนตรงหรอเปนแบบกงสาขา• จานวนไอโซเมอรจะเพมขนเมอจานวนคารบอนเพมขน เชน
– C5H12 ม 3 ไอโซเมอร C6H14 ม 5 ไอโซเมอร – C7H16 ม 9 ไอโซเมอร C8H18 ม 18 ไอโซเมอร – C9H20 ม 35 ไอโซเมอร C10H22 ม 75 ไอโซเมอร
• สารทเปนไอโซเมอรเชงโครงสรางกนจะมสมบตทางกายภาพและทางเคมตางกน
4
ไอโซเมอรชนดโครงสรางของ C5H12 และจดเดอด
5
1.2 ไอโซเมอรเชงตาแหนงของหมฟงกชน (positional isomer)• ไอโซเมอรทเกดจากหมฟงกชนนลมาเกาะกบอะตอมของคารบอนใน
โครงสรางหลกทตาแหนงตางกน • เชน C4H10O ม positional isomer ทเปนแอลกอโอล 2 ไอโซเมอร
6
1.3 ไอโซเมอรเชงชนดของหมฟงกชน (functional isomer)• ไอโซเมอรทมหมฟงกชนนลตางกน เปนสารอนทรยตางชนดกนทมสตรโมเลกล
เหมอนกนแตสตรโครงสรางตางกน• ตวอยาง เชน แอลกอฮอล กบ อเทอร ทมสตรโมเลกล C2H6O เปน functional
isomer กน
• แอลดไฮด กบ คโตน ทมสตรโมเลกล C3H6O เปน functional isomer กน
O
C CH2H CH3
O
C CH3H3C
propanal propanone
7
2. ไอโซเมอรเชงสเตอร (Stereo isomer)2.1 ไอโซเมอรเชงเรขาคณต (geometrical isomer)• เปนไอโซเมอรทมการจดเรยงของหมแทนทในโครงสรางทเปนวงหรอในพนธะค
ตางกน• เชน ไอโซเมอรแบบ ซส-ทรานส (cis-trans isomer) ซงเปนการพจารณาวา H
หรอหมทเหมอนกนอยในระนาบเดยวกนหรอตางระนาบกน (ลางและบนระนาบของพนธะค)
C CCH3
H
H3C
HC C
H
CH3
H3C
H
cis- 2-butene trans-2-butene
8
2.2 ไอโซเมอรเชงแสง (optical isomer)• เปนไอโซเมอรทมความไวตอการบดระนาบแสงโพลาไรซ (polarized light) ทงน
เนองจากความไมสมมาตรหรออสมมาตร (asymmetry) ในโมเลกล• ถา C อะตอมใดตอกบอะตอมหรอหมอะตอมทแตกตางกนทง 4 หม เรยกวา
คารบอนไครล (chiral carbon)• ถา C อะตอมใดตอกบอะตอมหรอหมอะตอมทไมแตกตางกนทง 4 หม เรยกวา
คารบอนอะไครล (achiral carbon)
CH
Br
Cl
H3C
CH
Br
H3C
H3C
*
คารบอนไครล คารบอนอะไครล9
โมเลกลอะไครล (Achiral molecule)• เมอฉายแสงโพลาไรซผานสารละลายของโมเลกลอะไครล ระนาบของแสง
โพลาไรซ (plane of polarized light) จะไมมการเปลยนแปลง เพราะวาโมเลกลอะไครลไมไดหมนระนาบของแสงโพลาไรซ
• โมเลกลอะไครลเปนสารทไมมอนตรกรยากบแสง (optically inactive)
10
โมเลกลไครล (Chiral molecule)• แตเมอฉายแสงโพลาไรซผานสารละลายของโมเลกลไครล โมเลกลเอไครลจะม
การหมนระนาบของแสงโพลาไรซ ซงอาจจะหมนระนาบของแสงตามเขมนาฬกาหรอทวนเขมนาฬกา
• โมเลกลไครลเปนสารทเกดอนตรกรยากบแสงได (optically active)
11 12
13 14
Enantiomers are different compounds:Same boiling point, melting point, densitySame refractive indexRotate plane polarized light in opposite directions (polarimetry)Different interaction with other chiral molecules
Each enantiomer must have a unique name.
15
สารประกอบทม ไครลคารบอน มากกวา 1 ตาแหนง
โมเลกลของสารทมไครลมากกวา 1 ตาแหนง จะม จานวน สเตอรโอไอโซเมอรทเพมขน โดยจานวนไอโซเมอรทมไดมากทสดจะเทากบ 2n โดย n คอ จานวนอะตอมทเปนไครล
16
17
•ปฏกรยาทมการแตกพนธะแบบโฮโมไลตก เรยกวาปฏกรยาแบบอนภาคหรออนมลอสระ (radical or free-radical reaction)
C + AC A
18
19
• ปฏกรยาทมการแตกพนธะแบบเฮเทอโรไลตก เรยกวา ปฏกรยาแบบไอออนก
(ionic reaction)
20
C + AC A
C + AC A
carbanion
(carbonium ion)carbocation
heterolytic clevage
heterolytic clevage
+
+
21
Intermediate
หรอ
C AC + A Homolytic
Clevage Free radical
C + A
C + AHeterolyticClevageCarbonium ion
or Carbocation
Carbanion C A
22
ทฤษฏของเบรนสเตดและลาวรกรด – สารทให H+ แกสารอน เบส – สารทรบโปรตอนจากสารอน
คกรด-เบสCH3COOH(aq) + H2O CH3COO-(aq) + H3O+(aq) กรด เบส เบส กรด
คกรด-เบส
กรด และ เบส
ทฤษฏของลวอสกรด – สารทรบคอเลกตรอน เบส - สารทใหคอเลกตรอน
23 24
ปฏกรยาระหวางกรดเบส มกดาเนนไปในทางทใหกรดออนกวา หรอเบสออนกวาซงมกอยดานเดยวกนของสมการ
25 26
กรดคารบอกซลก
ความเปนกรดของสารอนทรย
27 28
ปจจยทมผลตอความแรงของกรด
ผลของ resonance
29
ผลของ hybridization
30
31
Inductive effect
32
33
ความเปนเบสของสารอนทรย
34
ประเภทของตวเขาทาปฏกรยา1. นวคลโอไฟล (Nucleophile, Nu-) คอ อะตอมหรอโมเลกลทสามารถให
อเลกตรอนหนงคเพอใชในการสรางพนธะ (เบสลวอส = ชอบบวก อยากใหอเลกตรอน) เชน I-, OH-, OR-, CN-, H2O, ROH, NH3
2. อเลกโตรไฟล (Electrophile, E+) คอ อะตอมหรอโมเลกลทสามารถสรางพนธะใหม โดยการรบอเลกตรอนหนงค (กรดลวอส = ชอบลบ อยากไดอเลกตรอน) เชน H3O+, BF3, AlCl3, >C=O
3. เรดคลอสระ (Free Radical) คอ อะตอมหรอหมอะตอมทมอเลกตรอนเดยว (CH3)
35
substitution by an anionic nucleophile
R—X + :Nu— R—Nu + :X—
36
All nucleophiles, however, are Lewis bases.
The nucleophiles described have been anions.
..
..HO: – ....CH3O: –..
..HS: – –CN: : etc.
Not all nucleophiles are anions. Many are neutral.....HOH CH3OH..
..NH3: for example
Nucleophiles
37
..
..HOH CH3OH....
for example
Many of the solvents in which nucleophilic substitutions are carried out are themselvesnucleophiles.
Nucleophiles
38
ความสามารถในการเปนนวคลโอไฟลขนอยกบแนวโนมในการใหอเลคตรอน
ในแถวเดยวกนในตารางธาต ธาตทมคา EN สงจะมแนงโนมการเปนนวคลโอไฟลทนอยกวาเชนเดยวกบความเปนเบส
อะตอมชนดเดยวกนทมความหนาแนนของอเลคตรอนมากกวาเปน นวคลโอไฟลทดกวา
ในหมเดยวกนของตารางธาต ความเปนนวคลโอไฟลเพมตาม polarization ซงเพมตามขนาดของอะตอม
39
•Rank Nucleophile Relativerate
•strong I-, HS-, RS- >105
•good Br-, HO-, 104
• RO-, CN-, •fair NH3, Cl-, F-, - 103
•weak H2O, ROH 1•very weak RCO2H 10-2
Nucleophilicity
40
ความแตกตางระหวาง เบส และ นวคลโอไฟล
41