1

OOrrggaannsskkaa hheemmiijjaa

Hemija ugljenikovih jedinjenja ORGANSKI MOLEKULI. Ime ORGANSKA HEMIJA je pogreno, a potie iz vremena tzv. VITALISTIKE TEORIJE (vis vitalis):

"ORGANSKA JEDINJENJA (OJ) mogu biti sintetisana samo pod uticajem vitalnih sila u telima ivotinja i biljaka".

Sintezom uree (organsko jedinjenje) iz amonijum cijanata (neorganska so), Veler (Wohler) 1828. god. pobija vitalistiku teoriju:

NH2 CO

NH2NH4 OCN+ -

amonijum-cijanat urea

Organskih jedinjenja (OJ) ima preko 30,000,000.

Predmet izuavanja OH Izolovanje i sintetsko dobijanje OJ. Dokazivanje strukture OJ. Odreivanje fizikih i hemijskih osobina OJ. Upoznavanje sa nainima primene OJ.

2

HEMIJSKE REAKCIJE Da bismo mogli da transformiemo jedne molekule u druge, moramo poznavati HEMIJSKE REAKCIJE i njihov MEHANIZAM.

Primer: Reakcija hlorovanja metana (r-ja supstitucije)

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl

ili hmetan hlor hlormetan hlorovodonik

REAKTANTI(SUPSTRATI)

PROIZVODI

simboli: - zagrevanje h - ozracivanje ultra-ljubicastom (Ulj) svetlocu

Meutim,

CH4 + Cl2 nema r-jes.t.

3

MEHANIZAM HEMIJSKE REAKCIJE

Poznavati MEHANIZAM REAKCIJE znai znati: koje se hemijske veze:

o uspostavljaju o raskidaju,

postoji li na putu supstrat-proizvod intermedijarno jedinjenje,

energetski bilans reakcije (da li je r-ja egzotermna ili endotermna).

Ako poznajemo mehanizam r-je moemo uticati na njen tok, a samim tim moemo planirati sintezu eljenog OJ.

Sirovi proizvod

Kao proizvod organske sinteze dobija se tzv. sirovi proizvod smea eljenog jedinjenja i razliitih primesa, kao to su: neizreagovali regensi, intermedijarni proizvodi sinteze, sekundarni proizvodi nastali sporednim r-jama, rastvara, proizvodi razgradnje istih reaktanata.

4

Izolovanje i preiavanje OJ Neke od metoda koje se koriste za izolovanje i preiavanje organskih supstanci su: prekristalizacija i kristalizacija, destilacija, ekstrakcija, hromatografija itd.

One se zasnivaju na razliitim: hemijskim i fizikim osobinama

organskih supstanci.

Kao kriterijum istoe OJ slue nam fizike konstante, poput: temperatura

o topljenja o kljuanja,

relativna gustina, indeks prelamanja.

5

Spektroskopske tehnike Na istou ali i na strukturu organskih jedinjenja ukazuju njihovi SPEKTRI, dobijeni primenom raznih SPEKTROSKOPSKIH TEHNIKA: ultraljubiasta (UV) spektroskopija, infracrvena (IC) spektroskopija, nuklearno-magnetna rezonantna (NMR),

spektroskopija, masena spektroskopija (MS), elektron-spin spektroskopija (ES).

6

EMPIRIJSKA FORMULA Prikazuje vrstu i relativni odnos atoma u molekulu. Najjednostavnija formula nekog jedinjenja. Odreujemo je: elementarnom analizom, na osnovu rezultata kvalitativne i kvantitativne

hem. analize.

MOLEKULSKA FORMULA Prikazuje vrstu i broj atoma u molekulu. Odreujemo je na osnovu EMPIRIJSKE formule i MOLEKULSKE MASE. MOLEKULSKA MASA se odreuje masenom spektroskopijom.

STRUKTURMA FORMULA Prikazuje strukturu molekula, konstituciju (nain vezivanja atoma u molekulu).

Tabela 1. Razliite formule butana Naziv formule Formula empirijska C2H5 (C : H = 2 : 5; rel. odnos) molekulska C4H10 strukturna CH3CH2CH2CH3

7

STRUKTURNA FORMULA

Kekul-ova formula formula u razvijenom obliku: veze su prikazane pomou crtica, slobodni elektronski parovi su prikazani

takicama.

Racionalna formula: izostavljene su jednostruke veze i slob. el.

parovi, osnovni ugljovodonini niz se crta horizontalno,

a vezani H-atomi, obino, sa desne strane odgovarajueg C-atoma,

supstituenti u osnovnom nizu dodaju se vezani vertikalnim crtama.

Formula veza-crta": ugljovodini skelet se crta "cik-cak linijom,

izostavljajui sve vodonikove atome, svaki zavretak predstavlja metil-grupu (CH3), a

svaki vrh i ravanje C-atom.

8

Tabela 2. Strukturne formule nekih jedinjenja

Formula Jedinjenje 1

Kekul-ova H CH

HCBr

CH

HCO

O CH

HHH

..

...... .. .. ..

Racionalna O

COCH3

Br

CH3CHCH2

veza-crta" Br O

O

Formula Jedinjenje 2

Kekul-ova O CH

HNH

CH

CH

H CH

HC C

HH

H....

..

Racionalna HOCH2NHCH2CH2C CCH3

veza-crta" NH

OH

9

MODELI

Trodimenzionalni prikaz molekula

Loptica i tapi

Prostorni model

10

KLINASTE FORMULE

Predstavljanje TRODOMENZIONALNE strukture organskih molekula: ugljovodini niz se crta "cik-cak" nalazi se u

ravni hartije (table...), na svaki C-atom du niza dodaju se klinaste

pune i isprekidane crte da bi se predstavile preostale dve veze:

o isprekidana crta - veza se nalazi ISPOD ravni lista hartije (table...),

o klinasta crta veza se nalazi IZNAD ravni lista hartije (table...).

CH

HH

H

CC

CC

C

HC

OC

H

H H H Hmetan

. .. .

uglenikov niz metoksimetan

11

NEKI VANI POJMOVI: STRUKTURA (konstitucija) redosled vezivanja atoma u molekulu. KONFIGURACIJA prostorni raspored atoma i atomskih grupa u molekulu. KONFORMACIJE razliiti oblici molekula koji su posljedica rotacije dela molekula oko jednostruke veze (jedan isti molekul, odreene konstitucije i konfiguracije, moe zauzimati bezbroj razliitih oblika u prostoru).

IZOMERI

IZOMERI su razliita jedinjenja iste molekulske formule. Postoje:

STRUKTURNI (konstitucioni) izomeri - razlikuju se po strukturi tj. po redosledu vezivanja atoma u molekulu,

STEREOIZOMERI (prostorni izomeri) - imaju istu strukturu tj. atomi u molekulu su vezani na isti nain ali imaju razliit prostorni raspored atoma i grupa u molekulu (KONFIGURACIJU).

12

STRUKTURNI (konstitucioni) izomeri a. Izomerija niza

CH3

CH3CH2CH2CH3butan

CH3CHCH32-metilpropan

(C4H10)

b. Izomerija poloaja

Cl CH2CH2CH3

Cl

1-hlorpropan 2-hlorpropan

CH3CHCH3 (C3H7Cl)

c. Izomerija funkcionalnih grupa

OH O CH3CH3CH2etanol(etil-alkohol)

CH3metoksimetan(dimetil-etar)

(C2H6O)

d. Tautomeri (nalaze se u ravnotei)

CH3 CO

H CH2 COH

H (C2H4O)

keto-oblik enolni-oblik

13

STEREOIZOMERI (prostorni izomeri) Primer 1: mlena kiselina

C

H

OH

COOHCH3 *

Atom obeleen "* je tzv. ASIMETRIAN atom ili STEREOCENTAR. Vezan je za 4 razliita supstituenta!

CH

CH3OH

COOH

CH

CH3OH

COOH

CH

OHCH3

COOH* * *

(A) (B) (B')ravan refleksije

rotacija za 180o(osa rotacije: veza C-COOH)*

translacija

Strukture A i B' se NE mogu poklopiti NISU identine. A i B su ENANTIOMERI (enantios, grki, suprotan) stereoizomeri koji se meusobno odnose kao predmet i njegov NEpoklopivi lik u ogledalu.

14

Da bi se preveli jedan u drugi neophodno je raskinuti veze. Za molekule koji ne mogu da se preklope sa svojim likom u ogledalu, kae se da su HIRALNI. Uslov hiralnosti je ASIMETRIAN atom (npr. C*)! A i B su STEREOIZOMERI!

GEOMETRIJSKA IZOMERIJA Cis- i trans-izomeri. Primer 2: 2-buten

CC

CH3H

CH3H

CC

HCH3

CH3H

ravan refleksije

cis-2-buten trans-2-buten(E)-2-buten(Z)-2-buten

Cis- i trans-2-buten su DIASTEREOMERI stereoizomeri koji se NE odnose kao predmet i njegov lik u ogledalu!

15

PODELA ORGANSKIH JEDINJENJA OJ su klasifikovana prema njihovoj strukturi. Podela OJ prema strukturi ugljenikovog niza: Dalja podela se vri prema FUNKCIONALNIM GRUPAMA!

organska jedinjenja

aciklicna(alifaticna)

ciklicna

karbociklicna heterociklicna

aliciklicna(alifaticno--ciklicna)

aromaticna

zasicena nezasicena

C-atomi grade otvoreni niz

C-atomi grade prsten

prsten izgraen samo od C-atoma

prsten izgraen od C-atoma i jednog ili vie heteroatoma

specifine hem. osobine

hem. osobine sline alifatinim jed.

16

FUNKCIONALNE GRUPE Funkcionalna grupa (FG) je atom ili grupa atoma koja predstavlja deo organskog molekula i odreuje hemijsko ponaanje celog molekula.

Tabela 3. Uobiajene funkcionalne grupe

Klasa jedinjenja

Opta formula Funkc. grupa (FG)

Naziv FG

alkani RH

alkeni C C

R(H)

R(H)(H)R

(H)R

C C

dvostruka veza

alkini C C R(H)(H)R C C trostruka veza

aromatina jedinjenja

CC

C CC

CR(H)

R(H)

R(H)(H)R

(H)R

(H)R

CC

C CC

C

aromatian prsten

alkil-halogenidi

R X

X = F, Cl, Br, I

:....

X :....

atom halogena

alkoholi R OH.... OH

..

.. hidroksilna grupa

etri R O R'.... O

..

.. etarska grupa

17

Tabela 3. Nastavak

Klasa jedinjenja

Opta formula Funkc. grupa (FG)

Naziv FG

tioli R SH.... SH

..

.. merkapto grupa

aldehidi C HO

R

: :

C HO: :

aldehidna grupa

ketoni C R'O

R

: :

CO: :

keto grupa

karboksilne kiseline C OH

OR

: :

..

.. C OH

O: :

..

..

karboksilna grupa

anhidridi C OO

R CO

R'(H)

: :....

: :

C OO

CO: :

..

..

: :

anhidridna grupa

estri C OO

(H)R R'

: :

..

.. C O

O: :

..

..

estarska grupa

amidi C NO

R R'(H)R''(H)

: :..

C NO: :

..

amidna grupa

nitrili C NR : C N: cijano grupa

amini N R'(H)R''(H)

R..

N..

amino grupa

18

Zadatak: U sledeim primerima zaokruite karakteristine funkcionalne grupe pojedinih klasa organskih jedinjenja.

SH CH2 CHNH2

CO

OH SH CH2 CHNH2

CO

OH

C C

H

Cl

H

H

C C

H

Cl

H

H

OO

CH3

OO O CH3

O CH3

OH

OO

CH3

OO O CH3

O CH3

OH