Pojęcia wstępne

Lavoisier, w końcu XVIII wieku wprowadził analizę chemiczną

zbadano skład substancji wyodrębnionych z organizmów roślinnych i zwierzęcych

organizmy żywe zbudowane są głównie z:

węgla i wodoru i tlenu

w mniejszych ilościach zawierają również: azot, siarkę, fosfor
i inne pierwiastki

W 1784 r. Bergmann wprowadził podział substancji na

organiczne i nieorganiczne

Do początku XIX w. sądzono, że związków organicznych nie można syntetyzować z substancji mineralnych - mogły one powstawać tylko w żywych komórkach przy współudziale hipotetycznej siły życiowej vis vitalis

.........1.......... Wohler przeprowadził syntezę mocznika - organicznego związku, z izocyjanianu amonu - nieorganicznej substancji

Pod wpływem ogrzania reakcja przebiega następująco:

NH4NCO → (NH2)2CO

Nie ma istotnej różnicy ontologicznej pomiędzy związkami nieorganicznymi a organicznymi, a synteza tych ostatnich (z prostych substancji nieorganicznych) jest jednak możliwa

Ze względu na bogactwo związków węgla utrzymano podział chemii na nieorganiczną i organiczną, przy czym ostania nazwa oznacza obecnie chemię związków węgla (Gmelin 1848; Kekule 1851)

Definicję chemii organicznej (Schurlenmer w 1889 r.):

Chemia organiczna jest chemią ................2.............

Węgiel stanowi główny budulec związków wchodzących w skład organizmów żywych:

decyduje o tym różnorodność i

trwałość związków węgla oraz

zdolność atomów węgla do łączenia się między sobą silnymi wiązaniami kowalencyjnymi

pojedynczymi

podwójnymi

potrójnymi

.........3......... - zdolność atomów węgla do łączenia się między sobą i tworzenia długich łańcuchów i złożonych struktur pierścieniowych

Węgiel tworzy również liczne trwałe połączenia z tak zwanymi heteroatomami, dając heterozwiązki łańcuchowe i pierścieniowe

Heterozwiązki - związki pierścieniowe, zawierające oprócz atomów węgla i wodoru również atomy innych pierwiastków, tzw. ............4........: azot tlen siarka fosfor chlorowce - chlor, brom, jod inne

Związki organiczne można sklasyfikować w oparciu o podział:

węglowodorów oraz

grup funkcyjnych

Węglowodory dzielimy na

alifatyczne (łańcuchowe)

cykliczne (pierścieniowe)

W skład węglowodorów alifatycznych wchodzą:

alkany (szkielet cząsteczki tworzą wiązania pojedyncze C-C)

alkeny (szkielet zawiera wiązania podwójne C=C)

alkiny (szkielet z wiązaniami potrójnymi)

Węglowodory cykliczne występują w formie związków

jednopierścieniowych oraz

skondensowanych układów wielopierścieniowych.

Węglowodory cykliczne, w których atomy węgla związane są wiązaniami pojedynczymi noszą nazwę .............5..........

Jeżeli połączone są wiązaniami podwójnymi, sprzężonymi (naprzemiennie C=C-C=C)z 4n +2 elektronami wiązań Π , to noszą nazwę węglowodorów ............6.............

W przeważającej większości zawierają one w strukturze pierścień benzenowy. W przeciwnym wypadku noszą nazwę niebenzenowych substancji aromatycznych

Podział węglowodorów

WĘGLOWODORY

alifatyczne cykliczne

alkany CnH2n+2 alicykliczne

alkeny CnH2n aromatyczne

alkiny CnH2n-2 (benzenowe, niebenzenowe)

jednopierścieniowe

wielopierścieniowe

Szereg homologiczny

Alkany, alkeny i alkiny tworzą szeregi homologiczne węglowodorów nasyconych (alkany) i nienasyconych (alkeny i alkiny)

.............7............... to zbiór związków organicznych o zbliżonej strukturze, które różnią się między sobą tylko liczbą grup metylenowych ( -CH2- ) w ich łańcuchach węglowodorowych.

Poszczególne związki z tego zbioru są nazywane ............8.......... Wzory sumaryczne wszystkich związków tworzących jeden szereg homologiczny daje się zapisać w formie ogólnej, w której występuje zmienna określająca liczbę grup metylenowych

Węglowodory alifatyczne

Alkany CnH2n+2

Metan CH4

Etan C2H5 H3C-CH3

Propan C3H8 H3C-(CH2)-CH3

Butan C4H10 H3C-(CH2)2-CH3

Pentan C5H12 H3C-(CH2)3-CH3

Heksan C6H14 H3C-(CH2)4-CH3

Alkeny CnH2n

Eten C2H4 H2C=CH2

Propen C3H6 H2C=CH-CH3

1-Buten C4H8 H2C=CH-CH2-CH3

2-Buten C4H8 H3C-CH=CH-CH3

Alkiny CnH2n-2

Etyn C2H2 HC CH

Propyn C3H4 HC C-CH3

1-Butyn C4H6 HC C-CH2-CH3

2-Butyn C4H6 H3C-C C-CH3

Węglowodory cykliczne

Przykładem węglowodoru alicyklicznego (pierścieniowego z wiązaniami pojedynczymi) jest cykloheksan C6H12

natomiast węglowodoru aromatycznego jednopierścieniowego - benzen

Przykładem węglowodoru aromatycznego o dwóch skondensowanych pierścieniach jest naftalen C10H8 (nazwa zwyczajowa - naftalina)

trzy pierścienie skondensowane posiada antracen C14H10 i jego izomer fenantren

natomiast cztery - rakotwórczy piren

Związki aromatyczne dwupodstawione posiadają izomery strukturalne

np. dimetylobenzen (ksylen) ma trzy izomery:

Po usunięciu z węglowodoru jednego lub więcej atomów wodoru otrzymu­jemy rodnik węglowodorowy, który może połączyć się z grupą funkcyjną, Np. z metanu CH4 otrzymujemy alkilowy rodnik metylowy -CH3, z benzenu C6H6 arylowy rodnik fenylowy -C6H5

Podstawowe klasy związków organicznych

grupa -OH

alkohole CH3OH,

fenole C6H5OH

tlen - O -

etery C2H5OC2H5

grupa >C=O

aldehydy CH3CHO

ketony CH3COCH3

grupa - COOH

Kwasy karboksylowe HCOOH

- NH2 >NH >N

aminy pierwszo-, drugo- i trzeciorzędowe

CH3NH2 (CH3)2NH (CH3)3N

Rzędowość atomu węgla określa .................9............ Rzędowość atomów węgla może wynosić 1-4

np. w 2,2,3-trimetylopentanie rzędowość atomów

węgla oznaczono cyframi rzymskimi:

(CIH3)3CIV-CIIIH(CIH3)-CIIH2-CIH3

Rzędowość atomu azotu w cząsteczkach amin odpowiada liczbie atomów wodoru, które zostały zastąpione ..............10..........

Aminy dzieli się na pierwszo-, drugo- i trzeciorzędowe oraz czwartorzędowe sole amoniowe

W związkach organicznych może występować:

jedna lub kilka takich samych grup funkcyjnych (np. w alkoholach mono- i polihydroksylowych),

dwie różne grupy funkcyjne, np. w aminokwasach, hydroksykwasach

wiele różnych grup funkcyjnych, np. w produktach naturalnych

Właściwości chemiczne związku organicznego zależą od: .........11..............

Przy małej ilości atomów węgla w cząsteczce węglowodoru, o właściwościach związku decyduje przede wszystkim .............12................

W miarę wzrostu ilości atomów węgla w rodniku węglowodorowym znaczenie grupy funkcyjnej ulega zmniejszeniu:

alkohol etylowy C2H5OH jest cieczą o t.t. -114,2°C, mieszającą się z wodą w dowolnych proporcjach,

alkohol stearylowy C18H37OH jest ciałem stałym o t.t. 58°C, nierozpuszczalnym w wodzie

Pisownia wzorów związków organicznych

Wzór związku organicznego przedstawia jego jakościowy i ilościowy skład chemiczny, geometrię oraz sposób wiązania atomów. Rozróżniamy następujące typy wzorów chemicznych:

Sumaryczny - podaje charakterystykę jakościową i ilościową związku: liczbę i rodzaj atomów poszczególnych pierwiastków, np. etan ma wzór sumaryczny C2H6, co oznacza, że składa się z dwóch atomów węgla i sześciu atomów wodoru

Strukturalny uproszczony - uwzględnia w opisie grupy atomów połączonych wiązaniami chemicznymi, np. etan ma wzór strukturalny uproszczony H3C-CH3, to znaczy, że składa się on z dwóch połączonych wiązaniem a grup metylowch -CH3

Sześciowęglowy alkan - heksan C6H14 - można przedstawić wzorem strukturalnym uproszczonym

H3C-(CH2)4-CH3

Strukturalny - podaje sposoby powiązania atomów w cząsteczce i wskazuje na różnice między związkami o takim samym wzorze sumarycznym. Np. etan ma wzór strukturalny:

Przestrzenny - odzwierciedla strukturę przestrzenną (trójwymiarową) układu atomów lub grup atomów. Przestrzenny wzór etanu jest następujący:

Przestrzenny uproszczony - łańcuchy węglowe w węglowodorach zapisujemy w formie linii zygzakowatej, uwzględniającej kąty pomiędzy wiązaniami C-C bez uwzględnienia atomów szkieletu (węgla i wodoru)

butan o wzorze sumarycznym C4H10 można przedstawić wzorem

1,3-butadien (dwa wiązania podwójne przy węglu pierwszym i trzecim) o wzorze sumarycznym C4H6 ma wzór przestrzenny uproszczony

Izomeria

Substancje o jednakowym wzorze sumarycznym mogą posiadać:

różne właściwości fizyczne i chemiczne w przypadku, gdy posiadają różne izomery

Izomeria - ................................13.............................................................................

Izomery mają różne właściwości ................14..................

Wyróżniamy dwa rodzaje izomerii:..........15.................

Izomeria strukturalna (konstytucyjna) - cząsteczki różnią się kolejnością połączenia atomów

Izomeria przestrzenna (stereoizomeria) - cząsteczki różnią się wyłącznie przestrzennym rozmieszczeniem atomów

Konformacja = przestrzenne ułożenie cząsteczek (konformery - związki różniące się budową przestrzenną; ogólnie - stereoizomery)

Izomeria strukturalna

Rodzaje izomerii strukturalnej:

szkieletowa

metameria

tautomeria

izomeria położenia podstawników

W izomerii szkieletowej izomery różnią się budową .........16.............

W izomerii położenia podstawnika izomery różnią się położeniem podstawnika w cząsteczce

W metamerii izomery różnią się .................17..............., lub położeniem wiązań nienasyconych w cząsteczce

                                                                                                                                

W tautomerii między izomerami ustala się stan równowagi w wyniku wędrówki protonu od atomu węgla do atomu tlenu

Enole to związki organiczne, w których grupa hydroksylowa (-OH), występuje przy wiązaniu podwójnym węgiel-węgiel (HO-C=C).

Enole są związkami bardzo nietrwałymi, które praktycznie same nie istnieją, lecz zawsze występują w równowadze z odpowiednimi ketonami lub aldehydami, która jest nazywana równowagą enolowo-ketonową, a sam proces przekształcania ketonu lub aldehydu do enolu nazywany jest enolizacją.

Izomeria przestrzenna

Rodzaje izomerii przestrzennej:..............18...............................................

Cząsteczki (przedmioty), które nie posiadają płaszczyzny symetrii nazywamy ........19............. (z gr. cheir - ręka, dłoń).

odbicie lustrzane obiektów chiralnych nie jest z nimi identyczne, a jedynie symetryczne

przedmiot i odbicie lustrzane nie dają się na siebie nałożyć

Podstawowym warunkiem chiralności jest to, aby cząsteczka miała  atom węgla, który łączy się 4 różnymi podstawnikami - .................20.............. (tzw. centrum stereogeniczne, centrum chiralności)

asymetryczny atom węgla to atom węgla połączony z czterema różnymi podstawnikami

atom taki jest chiralny, tzn. nie posiada płaszczyzny symetrii

Konfiguracja D- i L-

dla charakterys
tyki cząstek chiralnych wprowadzono pojęcie konfiguracji D- i L-

Najczęściej konfigurację D- i L- spotykamy w grupie cukrów. Jeżeli cząsteczki cukrów prostych swoją budową nawiązuje do D-aldehydu glicerynowego, zaliczane są do szeregu D,

natomiast te, których budowa nawiązuje do L-aldehydu glicerynowego, zaliczane są do szeregu L. Uporządkowanie na szeregi D i L następuje według konfiguracji podstawników, przy czym bierzemy pod uwagę to centrum chiralności, które jest najbardziej oddalone od

grupy karbonylowej

Enancjomeria

Cząsteczki chiralne mają zdolność skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego - są izomerami czynnymi optycznie, stąd pojęcie .................21.............. (+ -)

Własności takiej nie posiadają związki achiralne (posiadające płaszczyznę symetrii)

Izomery optyczne nazywamy ............22............. Ich mieszanina nosi nazwę mieszaniny racemicznej (nie skręca płaszczyzny światła spolaryzowanego)

Cząsteczki chiralne mają zdolność skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego - są izomerami czynnymi optycznie, stąd pojęcie izomerii optycznej (+ -)

Własności takiej nie posiadają związki achiralne (posiadające płaszczyznę symetrii)

izomery optyczne nazywamy enancjomerami

Ich mieszanina nosi nazwę .................23...................(nie skręca płaszczyzny światła spolaryzowanego)

Wiele związków wykazuje diametralnie różną aktywność biologiczną w zależności od tego, którym w parze jest enancjomerem. Na przykład, (+)-glukoza jest w pełni przyswajalna przez organizm, zaś (-)-glukoza nie jest w ogóle przyswajalna (mimo że w smaku jest słodka) i dlatego można ją spożywać bez obaw, że się przytyje.

Diasteroizomeria

Istnieje grupa związków chemicznych, która zawiera więcej jak jedno centrum chiralności

W tej grupie związków chemicznych obok enacjomerów spotykamy się z izomerami nie będącymi wzajemnymi lustrzanymi odbiciami. Noszą one nazwę .............24..................

Diasteroizomery różnią się wyłącznie przestrzennym rozmieszczeniem podstawników (nie są lustrzanymi odbiciami) - mogą być tworzone tylko przez związki mające co najmniej dwa centra asymetrii

W przedstawionym przykładzie struktury I i II oraz III i IV są enancjomerami, natomiast struktura III jest diastereoizomerem zarówno związku I, jak i związku II oraz struktura IV jest diastereoizomerem związków I i II

Izomeria cis-trans

- jest rodzajem diasteroizomerii

izomery różnią się między sobą przestrzennym umiejscowieniem fragmentów cząsteczek względem siebie

                                                                                          

Izomeria syn-anti - odpowiednikiem izomerii cis-trans dla wiązania C=C jest izomeria syn-anti dla wiązan C=N lub N=N

---