UNIVERZITET U NOVOM SADU PRIRODNOMATEMATIKI FAKULTET DEPARTMAN ZA

UNIVERZITET U NOVOM SADU PRIRODNO-MATEMATIČKI FAKULTET DEPARTMAN ZA HEMIJU UVOD U ORGANSKU HEMIJU II

IZOMERIJA ORGANSKIH JEDINJENJA

IZOMERI 1. Jedinjenja sa istim brojem i vrstom atoma u molekulu, ili različitim vrstama, vezama i položajima funkcionalnih grupa u molekulu – STRUKTURNI IZOMERI 2. Jedinjenja sa različitim rasporedom atomskih grupa u krutim sistemima – GEOMETRIJSKI IZOMERI 3. Jedinjenja sa različitim rasporedom supstituenata na hiralnim C atomima – OPTIČKI IZOMERI

STRUKTURNA IZOMERIJA 1. IZOMERIJA NIZA a) Obična izomerija normalnog niza CH 3 -CH 2 -CH 3 n-pentan C 5 H 12 H 3 C CH-CH 2 -CH 3 C CH 3 -C-CH 3 2 -metilbutan (izopentan) 2, 3 -dimetilpropan (neopentan)

STRUKTURNA IZOMERIJA b) Izomerija bočnog niza kod aromatičnih jedinjenja 1, 2 -dimetilbenzen (o-ksilen) 1, 3 -dimetilbenzen (m-ksilen) C 8 H 10 1, 4 -dimetilbenzen (p-ksilen)

STRUKTURNA IZOMERIJA C 9 H 12 propilbenzen 1 -metil-3 etilbenzen etil-(2 -metil)-benzen 1 -metil-2 -etilbenzen 1, 2, 3 -trimetilbenzen 1, 2, 4 -trimetilbenzen 1, 3, 5 -trimetilbenzen (vicinalni) (asimetrični) (simetrični)

STRUKTURNA IZOMERIJA c) Izomerija prstena cikloheksan C 6 H 12 metilciklopentan

STRUKTURNA IZOMERIJA 2. IZOMERIJA POLOŽAJA a) Izomerija funkcionalnih grupa CH 3 -CHOH-CH 2 -COOH 4 -hidroksipentanska kiselina ( - hidroksipentanska kiselina) CH 3 -CH 2 -CHOH-CH 2 -COOH 3 -hidroksipentanska kiselina ( - hidroksipentanska kiselina) b) Izomerija dvostruke i trostruke veze CH 2=CH-CH 2 -CH 3 -CH=CH-CH 3 1 -buten 2 -buten

STRUKTURNA IZOMERIJA c) Izomerija supstituenata orto vicinalni meta asimetrični para simetrični

STRUKTURNA IZOMERIJA 3. IZOMERIJA FUNKCIONALNIH GRUPA a) Kiseline i estri CH 3 -COOH HCOOCH 3 b) Alkoholi i etri CH 3 -CH 2 OH CH 3 -O-CH 3 c) Aldehidi i ketoni CH 3 -CH 2 CHO CH 3 -CO-CH 3 d) 10, 20 i 30 amini CH 3 -CH 2 -NH 2 CH 3 CH 2 NHCH 3 N(CH 3)3 e) Monohidroksikiseline i hidroksialdehidi CH 3 -CHOH-COOH CH 2 OH-CHO

STRUKTURNA IZOMERIJA 4. KETO-ENOL TAUTOMERIJA – javlja se kada se –OH grupa nalazi na C-atomu koji je povezan dvostrukom vezom. CH 2=CHOH vinil alkohol CH 3 -CHO acetaldehid CH 2 -C=CH 2 OH 2 -hidroksi-1 -propen uracil CH 3 -C-CH 3 O aceton

• Ako je izomerija posledica različitog prostornog rasporeda atoma u molekulu tj. izomeri imaju istu strukturu, a različite perspektivne formule radi se o PROSTORNOJ IZOMERIJI ili STEREOIZOMERIJI. • Stereoizomerija može biti: • Geometrijska • Optička izomerija

GEOMETRIJSKA IZOMERIJA Javlja se u sistemima sa dvostrukom vezom kod kojih ne postoji mogućnost rotacije oko C-C veze. Ne postoji kod sp 3 hibridizovanih C-atoma: Slobodna rotacija oko C-C veze

GEOMETRIJSKA IZOMERIJA Kod sp 2 hibridizovanih C-atoma: Slobodna rotacija je nemoguca oko C=C veze

GEOMETRIJSKA IZOMERIJA CH 3 CH=CHCH 3 CIS-buten TRANS-buten

GEOMETRIJSKA IZOMERIJA CISdihlorcikloheksan TRANSdihlorcikloheksan

OPTIČKA IZOMERIJA

OPTIČKA IZOMERIJA • Javlja se kada se na tetraedarskom C-atomu nalaze vezane četiri različite funkcionalne grupe. • Hiralni (asimetrični) C-atom; obeležava se * D * C A B

• Molekulske vrste koje se odnose kao predmet i lik u ogledalu zovu se enantiomeri, a pojava enantiomerija. • Imaju istu gustinu, tt, tk, indeks prelamanja svetlosti, istom brzinom reaguju sa simetričnim molekulima • Razlikuju se samo po tome što ravan polarizovane svetlosti obrću u suprotnom smeru.

OPTIČKA IZOMERIJA MLEČNA KISELINA CH 3 CHOH COOH Broj opt. izomera = 2 n n-broj C* * A (+)-mlečna kis. (-)-mlečna kis. B

OPTIČKA IZOMERIJA • Npr. vinska kiselina – ima 2 hiralna C-atoma, pa se očekuju 4 optički aktivna oblika. (+)-vinska kis. (-)-vinska kis. mezo-vinska kis. B

ODREĐIVANJE RELATIVNE KONFIGURACIJE MOLEKULA D-gliceraldehid L-gliceraldehid * D-mlečna kis. L-mlečna kis. B D-(+)-glukoza L-(-)-glukoza

PREDSTAVLJANJE ORGANSKIH JEDINJENJA

• Empirijske formule – daju kvalitativan sastav jedinjenja i relativne odnose elemenata u jedinjenjima. Npr. 40% C, 6, 66% H i 53, 34% O C: H: O = 1: 2: 1 CH 2 O • Molekulska formula predstavlja celobrojni umnožak empirijske formule CH 2 O; CH 2 O • 2 = C 2 H 4 O 2 (sirćetna kiselina, metilformijat, glikolaldehid) • Zbog mogućnosti da 3 različita jedinjenja imaju istu molekulsku formulu uvodi se strukturna formula u kojoj se obeležava svaka pojedinačna veza.

• Racionalne formule – u njima su označene samo određene veze • Pogodne su za prikazivanje cikličnih i aromatičnih jedinjenja, kao i dugih lanaca C-atoma. Benzen Steranski sistem prstenova -D-glukopiranoza

• Perspektivne formule - puna crta – iznad ravni - isprekidana crta – ispod ravni • Fischer-ove projekcione formule - horizontalna crta – iznad ravni - vertikalna crta – ispod ravni • Newman-ove projekcione formule - atom C se predstavlja krugom • Trodimenzionalni model

VRSTE REAKCIJA • Postoji pet klasa reakcija. U svakoj od njih dolazi do raskidanja kovalentne veze: a) Homolitičko raskidanje A : B A + B CH 3 -CH 3 + CH 3 b) Heterolitičko raskidanje A : B A+ + B CH 3 -CH 3+ + : CH 3 • Pri heterolitičkom raskidanju veze koju gradi ugljenik nastaju karbanjon (: CH 3 ) i karbenijum jon (CH 3+)

1. REAKCIJE ADICIJE • Učestvuju jedinjenja sa = i vezom i gradi se – veza. -1 -1 -2 -2 0 -3 -1 -3 -3 +1 +1

2. REAKCIJE ELIMINACIJE • Izdvajaju se manji molekuli pri čemu se najčešće formira nezasićeno jedinjenje dehidratacija - H 2 dehidrohalogenovanje dehidrogenizacija dekarboksilacija

3. REAKCIJE SUPSTITUCIJE • Dolazi do zamene jednog ili više atoma nekim drugim atomom ili atomskom grupom ½ O 2 - H 2 O ½ O 2 • Mogu biti nukleofilne, elektrofilne ili radikalske reakcije • Može doći do promene oksidacionog broja, ali ne mora.

4. REAKCIJE PREMEŠTANJA • Dolazi do premeštanja atoma ili atomskih grupa u okviru jednog jedinjenja i nastaje drugo 5. REAKCIJE OKSIDOREDUKCIJE 3 CH 3 CH 2 OH + 2 K 2 Cr 2 O 7 + 8 H 2 SO 4 3 CH 3 COOH + 2 Cr 2(SO 4)3 + 2 K 2 SO 4 + 11 H 2 O 5 CH 2=CH 2 + 2 KMn. O 4 + 3 H 2 SO 4 + 2 H 2 O 5 CH 2 OH-CH 2 OH + 2 Mn. SO 4 + K 2 SO 4

NOMENKLATURA ORGANSKIH JEDINJENJA

IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) - SISTEMSKA NOMENKLATURA

1. Nazivi jedinjenja izvode se iz naziva normalnih ugljovodoniičnih nizova (metan, propan, butan, pentan; eten, butin itd. ) 1 2 3 4 5 6 2. Mesta račvanja obeležavaju se brojem, računajući od bližeg kraja molekula 3. Grupe vezane za najduži niz na mestima račvanja nazivaju se ALKIL-grupe (metil-, propil-) 4. Za svaku vrstu alkil-grupe navodi se njihov položaj i broj u molekulu. 7 8 9 2, 4, 6 -trimetil-4 -etilnonan

NOMENKLATURA CIKLIČNIH JEDINJENJA 1 2 6 1 2 3 5 2 -aminocikloheksanol 4 2, 4, 6 -trinitrobenzoeva kiselina

POLOŽAJI SUPSTITUENATA U BENZENU o o m m p 1, 2 = orto 1, 2, 3 = vicinalni 1, 3 = meta 1, 2, 4 = asimetrični 1, 4 = para 1, 3, 5 = simetrični

TRIVIJALNI NAZIVI HCOOH – mravlja kiselina aspirin

Imena poznatih molekula veoma komplikovane strukture Složeni molekuli izolovani iz prirodnog materijala uvek nose trivijalne nazive jer je u većini slučajeva praktično nemoguće dati im sistemski naziv. Vitamin B 12

KLASE ORGANSKIH JEDINJENJA • Ugljovodonici • Zasićeni – alkani • Nezasićeni – alkeni, polieni, alkini, ciklični, aromatični • Alkilhalogenidi (C-X) • Alkoholi i fenoli (funkcionalna grupa –OH) • Karbonilna jedinjenja (funkcionalna grupa C=O) • Aldehidi (R-CHO) • Ketoni (R 2 C=O)

KLASE ORGANSKIH JEDINJENJA • Karboksilne kiseline (funkcionalna grupa –COOH) • Funkcionalni derivati karboksilnih kiselina • Halogenidi (R-COX) • Estri (R 1 COOR 2) • Etri (C-O-C) • Amini (C-N) • Tioli (C-SH) • Sulfidi (C-S-C) • Anhidridi (R 1 -COOOC-R 2) • Amidi (RCONH 2)