HOOFDSTUK II: Organische structuren

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

2. 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 +

3. 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

4. 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 CHCH alkyn CnH2n-2

5. Tabel: Namen van lineaire alkanen

6. Namen van alkenen Isomeren !!

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

9. Verschillend bindings patroon Structurele of constitutionele isomeren Isomeren Conformeren (rotameren) Zelfde bindings patroon Stereoisomeren Configurationele isomeren Constitutionele isomerenonderscheiden 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.

10. 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

11. 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

12. 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

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

14. 2,3-dimethyl-6-(2-methylpropyl)decaan 6-ethyl-3,3-dimethyloctaan 3-methylhexaan Niet : 2-ethylpentaan of 4-methylhexaan Voorbeelden: acyclische systemen

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

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

17. 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

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

19. 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

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

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

22. 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

23. II.7 Functionele groepen

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

26. 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

27. 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

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

29. n gebruiksnaam 0 formaldehyde 1 acetaldehyde 2 propionaldehyde 3 butyraldehyde 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) alkanal

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

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

32. malëinezuur fumaarzuur ftaalzuur tereftaalzuur salicyl

33. glycolzuur melkzuur appelzuur wijnsteenzuur a-aminozuur pyro druivenzuur citroenzuur

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

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