|
Nie obrażaj więc mojej inteligencji poprzez czynione na pokaz zaniżanie własnej.
Struktura cząsteczki Na całokształt współczesnego pojęcia struktury cząsteczki związku organicznego składają się następujące elementy: 1. Skład jakościowo-ilościowy cząsteczki 2. Konstytucja, czyli kolejność powiązania atomów w cząsteczce 3. Stereochemia, czyli przestrzenne rozmieszczenie atomów w cząsteczce 4. Stan elektryczny i magnetyczny cząsteczki
Ad. 1. Skład jakościowo-ilościowy cząsteczki związku organicznego - Określa jakie pierwiastki i ile atomów poszczególnych pierwiastków składa się na cząsteczkę związku organicznego - Skład jakościowo-ilościowy wyrażany jest za pomocą wzoru sumarycznego - Wzór sumaryczny ustala się na podstawie wyników analizy elementarnej i wyników pomiaru masy cząsteczkowej - W wyniku analizy elementarnej ustala się procentową zawartość poszczególnych pierwiastków w badanym związku organicznym np. C- 54,55%, H-9,09%, O-36,36% - Aby ustalić wzór empiryczny oblicza się iloraz zawartości procentowej każdego z pierwiastków i jego liczby atomowej: C: 54,55/12=4,55; H:9,09/1=9,09; 0: 36,36/16=2,27 - Aby określić stosunek ilościowy , w jakim atomy poszczególnych pierwiastków występują w cząsteczce uzyskane liczby dzieli się przez najmniejszą z nich , zaokrąglając uzyskane wartości do liczb całkowitych C: 4,55/2,27=2, H: 9,09/2,27=4, O: 2,27/2,27=1 wzór empiryczny C2H40 ale wzór sumaryczny może być (C2H40)n - Aby wyznaczyć n należy: oznaczyć masę cząsteczkową badanego związku (spektrometria mas) podzielić uzyskaną wartość przez masę cząsteczkową o wzorze sumarycznym równym wzorowi empirycznemu (n=1) np. dla (C2H40)n m.cz.= 88 zatem n= 88/44=2 czyli wzór sumaryczny (C2H40)2 lub C4H802
Ad. 2. Konstytucja, czyli kolejność powiązania atomów w cząsteczce - Zawiera informacje o tym, w jakiej kolejności powiązane są ze sobą atomy, czyli w jakich podstawnikach lub inaczej grupach funkcyjnych występują one w cząsteczce - Konstytucję cząsteczki wyraża wzór strukturalny, w którym kreski symbolizują wiązania chemiczne pomiędzy poszczególnymi atomami (pary elektronowe tworzące wiązanie chemiczne) - W takim ujęciu pojęcie konstytucji nie obejmuje żadnych elementów geometrii cząsteczek Wzór sumaryczny C2H6O Uwzględniając wartościowość atomów węgla (4), wodoru (1) i tlenu(2)
wzór strukturalny I wzór strukturalny II
Ad. 3. Stereochemia - Określa przestrzenne rozmieszczenie atomów w cząsteczce związku organicznego - Cząsteczki związków organicznych są układami trójwymiarowymi, przy czym poszczególne atomy wchodzące w ich skład zajmują określone położenia w przestrzeni - W celu ustalenia architektury cząsteczki konieczna jest znajomość odległości międzyatomowych kątów między kierunkami wiązań Typ wiązania Długość wiązania (Å) Csp3- Csp3 1,54 Csp2-Csp2 1,340 Csp-Csp 1,202
Ad. 4. Stan elektryczny i magnetyczny cząsteczek związków organicznych - Uwarunkowany jest rozmieszczeniem elektronów oraz jąder atomowych - Rozkład i wielkość ładunków elektrycznych w cząsteczce z znacznym stopniu warunkują kierunek i możliwość zachodzenia odpowiednich przemian chemicznych
Jeżeli cząsteczka zbudowana jest z atomów o różnym powinowactwie do elektronów to wskutek przesunięcia się chmur elektronowych wewnątrz cząsteczki „środek ciężkości” ładunków ujemnych nie pokrywa się ze „środkiem ciężkości” ładunków dodatnich → cząsteczka staje się trwałym dipolem Moment dipolowy [D] µ= e*l gdzie: e wartość ładunku jednego z biegunów dipola l odległość między biegunami dipola
Izomeria związków organicznych Związki, które mają ten sam cząsteczkowy wzór sumaryczny (są zbudowane z jednakowej liczby i rodzaju atomów) ale różnią się sposobem, w jaki poszczególne atomy są rozmieszczone w cząsteczkach nazywamy izomerami Rodzaje izomerii Ø konstytucyjna (strukturalna) Ø stereoizomeria (izomeria przestrzenna) u konformacyjna u konfiguracyjna Przyczyną izomerii mogą być: różnice struktury cząsteczek (różne wiązania, różne uszeregowanie atomów lub podstawników) lub różnice w przestrzennej konfiguracji atomów lub podstawników
Izomeria konstytucyjna (strukturalna) spowodowana różną kolejnością łączenia się atomów lub podstawników albo występowaniem różnych wiązań między nimi: A) izomeria łańcuchowa, spowodowana występowaniem cząsteczek w formie łańcuchów prostych i rozgałęzionych B) izomeria położeniowa wynika z odmiennej pozycji wyróżnionego wiązania w cząsteczkach izomerów C) izomeria podstawienia spowodowana różnym rozmieszczeniem podstawników w stosunku do łańcucha lub pierścienia cząsteczkowego D) izomeria budowy (funkcyjna) - izomerami są związki posiadające różne grupy funkcyjne, np: etanol i eter dimetylowy;
Jednym z rodzajów izomerii jest izomeria łańcuchowa, izomeria strukturalna węglowodorów alifatycznych, powodowana różnym uszeregowaniem atomów węgla w cząsteczce. Jeśli węglowodór zawiera nie więcej niż trzy atomy węgla w cząsteczce (propan), wówczas ich uszeregowanie jest jednoznaczne. Już w przypadku butanu możliwe są dwa różne uszeregowania atomów węgla w cząsteczce
Izobutan (2-metylopropan) n-butan
Istnieją więc dwa rodzaje cząsteczek o wzorze sumarycznym C4H10. Nazywamy je izomerami łańcuchowymi, bo różnica w ich strukturze polega na różnej budowie łańcucha węglowego.
Izomeria położenia dotyczy położenia podstawnika lub wiązania wielokrotnego w cząsteczce
Izomeria podstawienia spowodowana różnym rozmieszczeniem podstawników w stosunku do łańcucha lub pierścienia cząsteczkowego Izomeria budowy (funkcyjna) - izomerami są związki posiadające różne grupy funkcyjne, np: etanol i eter dimetylowy; Cechy izomerów strukturalnych: Izomery strukturalne wykazują różnice w zakresie ü właściwości fizycznych ü właściwości chemicznych ü właściwości spektroskopowych
Stereoizomeria (izomeria przestrzenna) Izomeria przestrzenna u konformacyjna (uwzględnia obrót wokół pojedynczego wiązania) u konfiguracyjna (nie uwzględnia obrotu wokół pojedynczego wiązania) ü geometryczna (nie uwzględnia tetraedrycznej hybrydyzacji atomu węgla) ü optyczna (uwzględnia tetraedryczną hybrydyzacji atomu węgla) o diastereoizomery (związki nie mające odbić lustrzanych) o enancjomery (związki mające lustrzane odbicia)
Izomeria konformacyjna Konformacja – układ przestrzenny całej cząsteczki mogący ulegać zmianom, bez zrywania wiązań chemicznych Cząsteczki, które posiadają ten sam układ wiązań i atomów ale różniące się kształtem nazywamy izomerami konformacyjnymi lub konformerami lub izomerami rotacyjnymi Cząsteczki zmieniają swój kształt na skutek rotacji wokół wiązań chemicznych tworzących je grup atomów względem innych grup atomów. Rotacja ta jest możliwa tylko wokół wiązań pojedynczych i jest zablokowana w przypadku wiązań wielokrotnych.
Projekcja Newmana Projekcja Newmana rodzaj projekcji cząsteczek chemicznych służący głównie do analizowania ich konformacji. Jest ona wygodnym sposobem przedstawiania rotacji podstawników wokół wiązań pojedynczych. W projekcji Newmana cząsteczkę przedstawia się w następujący sposób: Wybrane sąsiadujące atomy, połączone jednym wiązaniem pojedynczym przedstawia w postaci jednego koła, które symbolizuje też oś tego wiązania. Na cząsteczkę patrzy się wzdłuż osi wybranego wiązania od strony jednego z dwóch wybranych atomów. Od środka koła rysuje się kreski symbolizujące wiązania atomu widzianego od strony obserwatora z jego pozostałymi podstawnikami. Od granicy koła rysuje się kreski symbolizujące wiązania z podstawnikami tylnego atomu. Kreski te przesuwa się nieco w prawo, aby nie nakładały się one z kreskami dla pierwszego atomu. Na końcach kresek symbolizujących wiązania pisze się symbole atomów lub grup. Konformacja naprzeciwległa naprzemianległa Konformacja naprzeciwległa Kąty między kierunkami wiązań C-H rzutowanymi na płaszczyznę prostopadła do osi wiązania C-C wynoszą 00 Konformacja naprzemianległa Kąty między kierunkami wiązań C-H rzutowanymi na płaszczyznę prostopadła do osi wiązania C-C wynoszą 600
Wzory stereostrukturalne konformerów butanu (kolejno: 180°, 120°, 60°, 0°) Projekcje Newmana konformerów butanu (kolejno: 180°, 120°, 60°, 0°)
Izomery konfiguracyjne Związki o takim samym wzorze cząsteczkowym, takich samych wiązaniach chemicznych w cząsteczce Różnią się przestrzennym ułożeniem atomów względem siebie Izomerów konfiguracyjnych nie można wzajemnie przekształcić bez zerwania wiązań kowalencyjnych Dwa typy izomerów konfiguracyjnych: izomery geometryczne i optyczne
Izomeria geometryczna Izomeria przestrzenna nie uwzględniająca tetraedrycznej hybrydyzacji atomu węgla
Konfigurację izomerów geometrycznych rozróżnia się za pomocą nazw, które zawierają przedrostek cis- lub trans-, co wskazuje na usytuowanie grup po tej samej lub po przeciwnej stronie płaszczyzny Izomeria geometryczna jest następstwem występowania wiązania podwójnego którego sztywność wyklucza obrót wokół niego. Izomery geometryczne charakteryzują się identyczną strukturą, różnią się konfiguracją (rozmieszczeniem przestrzennym atomów), co jest przyczyną różnych właściwości fizykochemicznych
W przypadku trój – i cztero podstawionych izomerów geometrycznych (wodór nie jest uważany za odrębny podstawnik), nie wystarcza nazewnictwo cis i trans stosuje się oznaczenia E i Z. Każdemu podstawnikowi przypisuje się ważność (pierwszeństwo) zależną od jego liczby atomowej Symbol Z (odpowiednik określenia cis) przypisuje się temu izomerowi, w którym dwa najważniejsze podstawniki znajdują się po tej samej stronie cząsteczki Z (z niem. Zusammen – razem) Symbol E (odpowiednik określenia trans) przypisuje się izomerowi, w którym dwa najważniejsze podstawniki znajdują się po przeciwnych stronach czasteczki E (z niem. Entgegen- naprzeciw) O ważność (pierwszeństwie) podstawników decyduje liczba atomowa. Podstawniki o dużej liczbie atomowej są ważniejsze (mają pierwszeństwo)
Izomeria syn-anti jest odpowiednikiem izomerii geometrycznej cis-trans, dla wiązań C=N i N=N. Przykłady: dwuazany
Izomeria optyczna Geometria Każda z hybryd sp3 ma kształt zdeformowanej hantli, w którym jedna z pętli jest znacznie większa od drugiej. Hybrydy rozmieszczają się w przestrzeni tak, aby jak najbardziej oddalić się od siebie W rezultacie większe pętle każdego z orbitali skierowane są ku narożom czworościanu foremnego Mechanizm hybrydyzacji sp3 wyjaśnia występowanie tetraedrycznie zorientowanych wiązań węgla w łańcuchach węglowodorów nasyconych Związki o asymetrycznej budowie cząsteczki nie mające płaszczyzny i punktu symetrii są optycznie czynne . Cząsteczki asymetryczne swą asymetryczność zawdzięczają obecności asymetrycznego atomu węgla. Przyczyną asymetryczności atomu węgla jest podstawienie czterech różnych podstawników do jednego atomu węgla. Izomeria optyczna - rodzaj stereoizomerii występującej w cząsteczkach chiralnych, które zawierają atom węgla, do którego przyłączone są cztery różne grupy. Taki atom nosi nazwę centrum chiralności. możemy znaleźć drugą cząsteczkę będącą jej lustrzanym odbiciem
Kwas (+)mlekowy skręca płaszczyznę polaryzacji światła zgodnie z kierunkiem ruchu wskazówek zegara zatem oznacza się go jako enancjomer (+) lub (d) Dextro z grec. Prawy Kwas (-)mlekowy skręca płaszczyznę polaryzacji światła przeciwnie do kierunku ruchu wskazówek zegara zatem oznacza się go jako enancjomer (-) lub (l) Levo z grec. Lewy Izomeria optyczna wiąże się ze zdolnością skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego. Substancje takie nazywa się optycznie czynnymi; skręcające płaszczyznę światła spolaryzowanego w prawo - nazywa się prawoskretnymi /+/, a skrecajace w lewo -lewoskretnymi /-/ * Centrum chiralności (centrum stereogeniczne, asymetryczny atom węgla)
Bezwzględnym warunkiem występowania izomerii optycznej jest istnienie dwóch, przestrzennych struktur o tej samej konstytucji, stanowiących wzajemne lustrzane odbicie, ale tak, że jednej nie da się, przez żaden dowolny obrót, nałożyć na drugą
Enancjomery – para związków, z których każdy ma jedno lub więcej centrum stereogeniczne i które pozostają względem siebie jak odbicia lustrzane; inaczej: dwa izomery przestrzenne, z których jeden zbudowany jest z cząsteczek stanowiących nienakładalne, lustrzane odbicie cząsteczek drugiego Zjawisko występowania związków w postaci enancjomerów nazywane jest enancjomerią. Każdy z enancjomerów zbudowany jest z cząsteczek chiralnych i każdy jest substancją optycznie czynną Właściwości enancjomerów: Niemal wszystkie właściwości fizyczne enancjomerów, tej samej substancji, są jednakowe, ale zawsze enancjomery różnią się kierunkiem skręcania płaszczyzny światła spolaryzowanego: jeden w prawo(+), drugi w lewo (-), o ten sam kąt, charakterystyczny dla danej substancji. Enancjomery mogą także różnić się barwą, zapachem lub smakiem.
Umowne przedstawianie wzorów przestrzennych WZORY RZUTOWE FISCHERA (PROJEKCJA FISCHERA) • atom centralny (centrum chiralności) leży w płaszczyźnie papieru, • wiązania leżące przed (nad) płaszczyzną rysunku, tj. skierowane ku obserwatorowi, zaznaczone są na rysunku poziomo, wiązania schowane za (pod) płaszczyznę, tj. skierowane od obserwatora, zaznaczone są pionowo ... |
Menu
|