60
2
Pověry ….
zkouška z OC2 je „nedavatelná“ …
nejde se dostat přes písemnou část …
strach ze zkoušky …
strach ze zkoušejících …
Zbytečné obavy pro pilné studenty ….
Primární cíl
Složit zkoušku z OC2.
Chci si rozšířit oblast svého vzdělání.
3
„ Student není pohár, který můžeme naplnit, student
je pochodeň, kterou můžeme zapálit.“
http://pancernicek.sweb.cz/zaj%C3%ADmav%C3%A1_chemie.htm
4
Zakončení předmětu
Zápočet + zkouška
1. Povinnosti pro udělení zápočtu:
Student musí absolvovat dva písemné testy v semestru
Každý test musí být splněn alespoň na 60%
Studenti, kteří neuspějí při 1. či 2., případně ani v jednom testu, musí
napsat náhradní zápočtový test alespoň na 60% a to pouze v 1. nebo 2.
náhradním termínu. Test bude obsahovat učivo ze všech přednášek!!
2. náhradní termín (poslední !!) mohou využít všichni studenti, kteří do té
doby nesplnili podmínky zápočtu
další termíny NEBUDOU !!
5
2. Povinnosti pro udělení zkoušky:
zkoušku může absolvovat pouze student, kterému byl udělen zápočet
zkouška se skládá ze dvou částí – písemná a ústní
Písemná – 16 otázek, k postupu k ústní části musí být správně zodpovězeno
alespoň 9 otázek
Ústní – v rozsahu přednášek
zkouší – Dr. Brulíková, Doc. Hlaváč, Doc. Soural, Doc. Stýskala, Dr.
Cankař
jeden předtermín v zápočtovém týdnu
ve zkouškovém období bude vypsán jeden termín každý týden
dále bude vypsán vždy jeden termín v měsící únoru, březnu, dubnu,
květnu a červnu
červnový termín bude poslední termín – další termíny k možnosti
získat zkoušku NEBUDOU
každý student má možnost získat zkoušku v jednom řádném termínu,
případně 2 opravných termínech – celkem tedy 3 termíny
Zakončení předmětu
Rady
6
Neučit se všechno nazpaměť, ale přemýšlet.
Studovat průběžně.
Navštěvovat Oborový seminář z organické chemie OCH/OS
Termíny semináře: Pondělí 8:00-9:30
Pondělí 16:45-18:15
Pátek 10:30-12:15
Doporučená literatura
1. Červinka O.: Organická chemie
2. McMurry J. : Organická chemie
3. Slouka J., Fryšová I., Hlaváč J.: STRUČNÝ PŘEHLED ORGANICKÉ CHEMIE
VE FORMĚ REAKČNÍCH SCHEMAT, 1. Uhlovodíky, 2.Halogenderiváty
4. Slouka J.,Fryšová I., Hlaváč J.: STRUČNÝ PŘEHLED ORGANICKÉ CHEMIE
VE FORMĚ REAKČNÍCH SCHEMAT, 3. Organické deriváty vody, 4.Peroxidy
5. Slouka J., Fryšová I., Hradil P.: STRUČNÝ PŘEHLED ORGANICKÉ CHEMIE
VE FORMĚ REAKČNÍCH SCHEMAT, 5. Organické deriváty síry
7
Obsah přednášky
8
24.9.2014 - Úvodní hodina, Opakování OC1, Alkany
1.10.2014 – Alkeny, Alkyny, Dieny
8.10.2014 – odpadá (akce v aule)
15.10.2014 - Alicyklické uhlovodíky, Aromáty
22.10.2014 - Halogenderiváty
29.10.2014 - Ethery, Hydroxyderiváty, 1. zápočtová písemka
5.11.2014 - Dusíkaté deriváty
12.11.2014 - Karbonylové sloučeniny
19.11.2014 - Karboxylové kyseliny
26.11.2014 - Funkční a substituční deriváty karboxylových kyselin
3.12.2014 - Sacharidy, 2. zápočtová písemka
10.12.2014 - Heterocykly
17.12.2014 – Opakování, 1. náhradní termín 1. a 2. zápočtové písemky
1. Uhlovodíky Rozdělení
Alifatické Alicyklické Aromatické
obsahují pouze řetězec obsahují cyklus obsahují aromatický systém
9
N
N
10
1. Uhlovodíky
Rozdělení
karbocyklické heterocyklické
obsahují nejméně jeden kruh složený z
atomu uhlíku
obsahují cyklus, kde musí být
přítomen nejméně jeden neuhlíkový
atom
Alifatické uhlovodíky
nasycené
obsahují pouze jednoduchou vazbu obsahují jednu nebo více násobných vazeb
11
Rozdělení
nenasycené
Alkeny
Alkyny
Polyeny
Polyyny
Olefinalkyny
Polyenpolyyny
Alkany
nerozvětvené
alkany
CH3
CH2
CH2
CH3
CH3
CH3
CH
CH3C4H10
C4H10
CH
CH3
CH
CH2
CH3
H3C CH3
nasycené
12
Alifatické uhlovodíky
rozvětvené
alkeny alkyny polyeny polyyny olefinalkyny polyenpolyyny
nenasycené
C3H7 C2H5
C3H7
C2H5
C
Násobné vazby:
kumulované
konjugované
izolované
- mohou být rovněž rozvětvené či nerozvětvené 13
Alifatické uhlovodíky
14
nenasycené
C
! Alifatické uhlovodíky
15
Alkany (resp. cykloalkany) jsou nejzákladnější organické sloučeniny
složené pouze z atomů uhlíku a vodíku.
Všechny vazby uhlík-uhlík jsou jednoduché (C-C).
Pro alkany se dříve používalo označení parafiny, což pochází ze
spojení latinských slov parum (= málo) a affinis (= slučivý), které
vystihují vlastnosti těchto sloučenin. (Cykloalkany byly označovány
jako nafteny, neboť se vyskytují v naftě.)
Alkany a cykloalkany jsou hlavní složky zemního plynu a ropy
Alkany
Vlastnosti
Alkany
16
s ohledem na kovalentní charakter vazeb C-C a C-H patří mezi nepolární
sloučeniny (jsou nerozpustné ve vodě, dobře rozpustné v organických
rozpouštědlech, nevedou elektrický proud)
bod tání, bod varu, hustota, spektrum NMR, izomerie, hořlavé, …
těkavost je přímo závislá na Mh
C1-C4 plyny (CH4, t.t.= -182.6 °C, t.v.=-161.6 °C)
C5-C17 kapaliny (n-C5H12, t.t.= -129.7 °C, t.v.=36.1 °C)
od C18 tuhé látky (n-C18H38 )
způsobeno slabými mezimolekulárními disperzními silami
17 http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Alkan_bt_bv.png
Vlastnosti
Alkany
18
Alkany Vlastnosti
Pentan – b.v. 36,1 oC Oktan - b.v. 125,7 oC
Isopentan – b.v. 27,9 oC Isooktan – b.v. 99,3 oC
Neopentan – b.v. 9,5 oC
! Rozvětvení
19
Alkany Vlastnosti
Příprava
I) Z výchozích látek se stejným počtem uhlíků – redukce
1. Katalytická hydrogenace nenasycených uhlovodíků
2. Hydrogenolytické štěpení cyklických sloučenin
3. Reduktivní odstranění funkčních skupin
3.1 Reakce halogenderivátů (redukce Zn, reakce Grignardových činidel)
3.2 Reakce alkoholů (dehydratace a následná redukce, redukce kyselinou
jodovodíkovou)
3.3 Redukce karbonylových sloučenin (Clemensenova redukce, Kižněr-
Wolfova redukce)
3.4 Redukce karboxylových sloučenin
II) Syntézy vedoucí ke změně počtu uhlíků
1. Syntetické metody (Wurtzova syntéza)
2. Štěpné metody (dekarboxylace)
3. Kombinace štěpné a syntetické metody (Kolbeho elektrolytická metoda)
20
Alkany
Příprava
I) Z výchozích látek se stejným počtem uhlíků
1. Katalytická hydrogenace nenasycených uhlovodíků
Nutno katalyzátor: Pt, Pd, Fe, Ni, Co !
Mechanismus:
R1 R2
R4R3
H
H
H
H
R1 R2
R4R3
H
H
R1 R2
R4R3H
H
H2
= kov
R1 R2
R4R3
H2
MR1 R2
R4R3H
H
21
Alkany
H2/kat.H
Hnebo
HH
?
22
Alkany
2. Hydrogenolytické štěpení cyklických sloučenin
S
4H2 H2S H3C CH3
5H2 NH3 H3CN
CH3
23
Alkany
3. Reduktivní odstranění funkčních skupin
Redukce halogenderivátů zinkem
R1
CH
R2
I
Zn + HXR1
CH2
R2
Zn2+I X
Mechanismus
R1
CH
R2
I
Zn
R1
CH
R2
ZnI
R1
CH2
R2
HX
Zn2+I X
3.1. Reakce halogenderivátů
24
Alkany
Reakce Grignardových činidel
Mechanismus
R X Mg RMgX RHH
Mg2+ Xéter
25
Alkany 3. Reduktivní odstranění funkčních skupin
3.1. Reakce halogenderivátů
Dehydratace a následná redukce
Redukce kyselinou jodovodíkovou
Mechanismus:
26
Alkany 3. Reduktivní odstranění funkčních skupin
3.2. Reakce alkoholů
R-OH 2HI RH I2 H2O
R-O-H R OH
H
H I
R I H2O
R I
I
R
H
I I
R-H
3.3. Redukce karbonylových sloučenin
Clemmensenova redukce
R1
R2
OH
R1
R2
OH
Zn Zn2+
2e
R1
R2
OH
H
R1
CH
R2
OH
H
R1
CH
R2
O
H
H
H2O
R1
CH
R2
Zn Zn2+
2e
R1
CH
R2
R1
CH2
R2
H
Mechanismus:
27
Alkany 3. Reduktivní odstranění funkčních skupin
Kižněr-Wolffova redukce
R1
R2
O
R1
R2
N NH2
N2H4 BR1
CH2
R2
N2
R1
R2
N NH
H
B
BH
R1
R2
N NH
R1
R2
N NH
BH B
H
R1
CH
R2
N NH
B
R1
CH
R2
N N BH
R1
CH
R2
BH B
H
R1
CH2
R2
Mechanismus:
28
Alkany
3.3. Redukce karbonylových sloučenin
3. Reduktivní odstranění funkčních skupin
3.4 Redukce karboxylových kyselin
29
Alkany 3. Reduktivní odstranění funkčních skupin
II) Syntézy vedoucí ke změně počtu uhlíků
1. Syntetické metody
Wurtzova syntéza
Mechanismus:
R-X + Na R + NaX
R + Na R Na
R + R-X R-R + X
a)
R-X + Na + NaXb)
R + R R-R
R
30
Alkany
2 R-X + 2 Na 2 NaX + R-R
2. Štěpné metody
Dekarboxylace
31
Alkany
Kolbeho elektrolytická metoda
3. Kombinace štěpné a syntetické metody
32
Alkany
Reaktivita
a) Tepelné štěpení
CH4CH3 H
CH4 CH2 2H
CH4CH 3H
CH4C 4H
při nižší teplotě
při vyšší teplotě
při teplotě
elektrického oblouku
disociace
“Parafíny“ – lat. parum affinis (malá slučivost)
nejméně reaktivní sloučeniny
podléhají pouze substituci radikálové s reaktivními radikály
33
Alkany
CH3 CH4 CH3 CH3 H
2CH2 CH2 CH2
2CH HC CH
Cn Cn
2H H2
terminace
34
Alkany
35
Alkany
b) Substituce radikálová
Reaktivita:
36
Alkany
R
CR
R
H
CR
R
H
CR
H
H
CH
H
terciární sekundární primární methylový
> > >
37
Regioselektivita radikálové halogenace:
Při halogenaci propanu mohou při propagaci vzniknout teoreticky dva možné
radikály:
Kladný indukční efekt alkylových zbytků způsobuje, že sekundární radikál je
stabilnější a vzniká tedy snadněji.
Relativní rychlost
chlorace bromace
-terciární atom 5 1640
-sekundární atom 4 82
-primární atom 1 1
Alkany
halogenace
R-H Cl2 R-Cl HClhν
působení elementárního F2 – příliš energické
Cl2 reaguje dobře
Br2 jen na rozvětvené
I2 obtížně
Nevýhoda - vznik směsí
CH4 + Cl2
CH3Cl + CH2Cl2 + CHCl3
+ CCl4
terciární > sekundární > primární
5 3,5 1 38
Alkany b) Substituce radikálová
nitrace
3. R1 R1 R1 R1
R2 R2 R2 R2
R1 HO R1 OH
. . .
. . .
HNO3 HO NO21.
R1 R2 R2R1
39
Alkany b) Substituce radikálová
CH3CH3
HNO3
450oCCH3CH2NO2 + CH3NO2
80-90 % 20-10 %
CH3 CH2 CH3
HNO3
450oC
CH3CH2NO2 + CH3NO2CH3 CH2 CH2
NO2
CH3 CH CH3
NO2
25 % 40% 10 % 25%
40
Alkany
nitrace
b) Substituce radikálová
Nevýhoda - vznik směsí
sulfochlorace
R – H + SO2 + Cl2 R – SO2Cl + HCl
41
Alkany b) Substituce radikálová
Cl2 2 Cl
CH4 + Cl CH3 + HCl
CH3 + SO2 CH3SO2
CH3SO2 + Cl2 CH3SO2Cl + Cl
c) hoření
2 C4H10 + 13 O2 8 CO2 + 10 H2O
42
Alkany
Výskyt a použití
Přírodní zdroje:
-ropa – organické sloučeniny všech typů
-zemní plyn – plynné uhlovodíky (cca 95 % methanu)
Zpracování ropy:
-frakční destilace
-ropný plyn b.v. = 20 °C C1-C5
-surový benzín b.v. = 35-200 °C C5-C12
-petrolej b.v. = 150-270 °C C9-C16
-plynový olej b.v. = 200-350°C C16-C25
-mazut (dest. zbytek) b.v. = 360 °C C25
-krakování – termické štěpení vyšších frakcí za účelem získání těkavějších frakcí
43
Alkany
-http://www.vyukovematerialy.cz/chemie/rocnik9/zdro03.htm
45
Krakování – výroba benzínu
Alkany
46
Alkany
Cykloalkany a heptan tvoří hlavní složku terpenických silic
Vosky – vyšší n-alkany – jsou součástí nebo výhradní složkou přírodních
vosků a tvoří ochrannou vrstvu na rostlinách (C27H56 a C29H60 (jablka), C29H60
(zelí, brokolice) a C31H64 (tabákové listy).
Výskyt a použití
Oktanové číslo vyjadřuje procentuální obsah iso-oktanu ve směsi iso-oktanu s n-heptanem,
která je proti samozápalu stejně odolná jako zkoumané palivo
• Automobilový benzín: 87–98,
• Letecký benzín: cca 87–107
• Závodní benzín: cca 95–130
• Benzín používaný ve Formuli 1: 95–102 (stanoveno pravidly)
• LPG: cca 110
iso-oktan
OČ = 100
Vysoká odolnost
proti samozápalu
n-heptan
OČ = 0
Velmi nízká odolnost
proti samozápalu
47
Alkany
48
Alkany
Methan CH4 (zemní plyn, bahenní plyn):
je hlavní složkou zemního plynu, v němž je doprovázen také stopovým množstvím
propanu či butanu
hořlavý plyn (se vzduchem vytváří výbušnou směs) bez barvy
lehčí než vzduch
vyvíjí se z odumřelých zbytků organismů, uniká v uhelných dolech, při erupcích
sopek, tvoří atmosféru některých vesmírných těles či je složkou bioplynu
methan je možné připravit reakcí karbidu hliníku s vodou:
Al4C3 + 12 H2O → 3 CH4 + 4 Al(OH)3
Laboratorní příprava: žíháním směsi octanu sodného s hydroxidem sodným
(natronovým vápnem): CH3COONa + NaOH → CH4 + Na2CO3
Částečnou oxidací methanu vzniká acetylen
využívá se pro výrobu mnoha důležitých sloučenin (např. halogenderivátů
methanu), sazí, vodíku či jako výhřevné palivo
Zástupci
49
Ethan C2H6:
podobné vlastnosti (bezbarvost, hořlavost) a využití jako methan
rovněž se vyskytuje v zemním plynu
v laboratoři jej lze připravit řadou způsobů:
působením jodovodíku na ethanol:
CH3CH2OH + 2 HI → CH3CH3 + I2 + H2
případně redukcí ethyljodidu zinkem ve vodném prostředí
syntéza Wurtzovou reakcí z methyljodidu působením zinku v bezvodém prostředí:
2 CH3I + Zn → CH3CH3 + ZnI2.
při vdechnutí má slabě narkotické účinky
používá se také v chladírenství jako teplonosné médium
V mikrobiologii, fyziologii a lékařství se kapalný ethan používá ke zmrazování
mikroskopických vzorků, neboť jejich prudkým ochlazením se zabrání krystalizaci vody,
jejíž krystalky by jinak poškodily jemnou strukturu zkoumaného materiálu
Zástupci
Alkany
50
Propan C3H8 a butan C4H10:
využívají se jako náplň přenosných hořáků či zapalovačů
Oba plyny jsou v malém množství obsaženy v zemním plynu i ropě.
Směs izomerů pentanu C5H12 a hexanu C6H14:
jsou součástí petroletheru - významného chemického rozpouštědla
Zástupci
Alkany
Úkoly
1. Jak připravíte z acetonu propan ?
2. Jaký produkt vznikne katalytickou hydrogenací cyklohexenu ?
3. Z jaké kyseliny lze připravit alkalickým tavením propan ?
4. Jaký produkt dostaneme za podmínek Kolbeho elektrolýzy octanu sodného ?
5. Za jakých podmínek vznikne z butanolu butan ?
6. Jakým způsobem můžeme zaměnit v uhlovodíkovém zbytku atom halogenu za atom
vodíku?
7. Kolik isomerních alkoholů můžete nakreslit, pokud znáte sumární vzorec C4H10O ?
Kolik z nich bude opticky aktivních ?
51
Alkany
52
Opakování OC1
Hyperkonjugace
Nastává při spojení alkylových skupin s násobnou vazbou.
σ-vazby se mohou částečně chovat jako volné elektronové páry, které se
konjugují se sousední π-vazbou.
Dochází ke zkrácení jednoduché vazby C-C v sousedství násobné vazby,
tím se zvýší energie a stabilita jednoduché vazby.
Velikost hyperkonjugace roste s počtem vodíku na uhlíku vedle násobné
vazby.
Vliv na vazebnou délku, dipólový moment, slučovací teplo a stabilitu
karbokationtů.
53
Opakování OC1
Hyperkonjugace
54
Opakování OC1
Polarita vazby, induktivní efekt
U kovalentní vazby mezi rozdílnými atomy není elektronový pár oběma
atomy sdílen stejně, jeden atom bude přitahovat elektrony více a jeden méně.
Dochází k tvorbě tzv. parciálního náboje na jednotlivých atomech a vzniká
polární kovalentní vazba
Posun valenčních elektronů označujeme u polárních kovalentních vazeb jako
induktivní efekt.
Atomy nebo funkční skupiny, které přitahují elektrony silněji než vodík
vykazují -I efekt.
Atomy nebo funkční skupiny, které přitahují elektrony slaběji než vodík
vykazují +I efekt.
55
Opakování OC1
Polarita vazby, induktivní efekt
56
Opakování OC1
Polarita vazby, induktivní efekt
57
Opakování OC1
Elektrofilní a nukleofilní reagenty
Elektrofil
má afinitu k záporně nabitým částicím
Jde o kation nebo elektronově chudou neutrální molekulu
Nukleofil
má afinitu ke kladně nabitým částicím
jde o anion nebo elektronově bohatou neutrální molekulu
58
Opakování OC1
Rotace kolem jednoduché vazby: konformace
možnost rotace kolem jednoduchých vazeb vede k různým
prostorovým uspořádáním molekuly, které nazýváme konformacemi
Jednotlivé konformace se liší energetickým obsahem a za normálních
podmínek mezi nimi existuje rovnováha.
59
Opakování OC1
Rotace kolem jednoduché vazby: konformace
60
Opakování OC1
1. Na molekulu 2-methylbutanu se podívejte ve směru vazby C2-C3 a nakreslete:
a) Newmanovu projekci nejstabilnější konformace
b) Newmanovu projekci nejméně stálé konformace
2. Proveďte to stejné pro 2,2-dimethylbutan a 2,3-dimethylbutan.
