Hoofdstuk 1: Inleiding organische chemie
Les 1: 27/10/2021 Situering:
Wat is organische chemie?
-> “Studie van de verbindingen, reacties en eigenschappen van koolstof”
Intermoleculaire krachten:
• De atomen in een molecuul blijven samen door intramoleculaire krachten
• Moleculen blijven samen door intermoleculaire krachten
• 3 soorten intermoleculaire krachten/interacties
o Van der Waals krachten
o Dipoolinteracties
o Waterstofbruggen
1. Van der Waalskrachten:
- Treden op tussen alle moleculen (ook apolaire!!)
- Interacties tussen toevallige, momentane dipolen die in de moleculen ontstaan
- Grootte = evenredig met moleculair oppervlak
- Bepalen mee de fysische eigenschappen
- Voorbeeld: lineaire en vertakte koolwaterstoffen (KWS)
- Grafeen/Grafiet
2. Dipool-dipoolinteracties:
- Interacties tussen permanente dipolen
- Molecuuloriëntatie: positieve kant ene molecule aangetrokken door negatieve kant andere
molecule
- Moleculen met een permanente dipool hebben een hoger kookpunt dan moleculen zonder
dipool (en met enkel VdW krachten)
— Vb: Dimethylether (CH3-O-CH3) = polair, kookpunt: -25°C
<—> propaan (CH3-CH2-CH3) = apolair, kookpunt: -42°C
3. Waterstofbruggen:
- sterkste intermoleculaire krachten, vorm van dipool- dipool
- H-atoom = “brug” tussen twee EN-atomen
- Enkel belangrijk bij F, O en N (= sterk EN + VEP)
- H sterk positief geladenàsterke aantrekking door ander EN atoom
- Zeer belangrijke invloed op fysische eigenschappen
,VERGELIJKING bindingssterkte:
Inductief effect en mesomerie:
Reactiviteit van organische stoffen:
- Organische stoffen reageren met elkaar o.i.v. ladingsverschillen in het molecule
* Verzadigde koolwaterstoffen (KWS – bvb CH4, C2H6): amper ladingsverschillen want
ENH = 2.2 en ENC = 2.5 à reageren nauwelijks
(paraffine: Lat. “parum” = nauwelijks en “affinis” = affiniteit, reactiviteit)
* Stoffen met een polaire groep reageren wel vlot
(methanol en chloormethaan -> dimethylether)
1. Ladingsverdeling:
Tijdens organische reacties ontstaan vaak intermediairen
- Carbokation,carbanion
- Radicaal
—> Zeer instabiel à onevenwicht in elektronen!
Stabiliteit (en dus reactiviteit) van deze deeltjes bepaald door spreiding onevenwicht,
ladingsverdeling in evenwicht, de delokalisatie van elektronen.
Twee elkaar aanvullende fenomenen:
o Mesomeereffect
o Inductiefeffect
,2. Mesomerie (of chemische resonantie):
Verbindingen met meerdere Lewisstructuren mogelijk
Vb: acetaat-ion:
C-O bindingen gelijkwaardig
Wanneer er een geconjugeerd systeem is (en dus een mesomeer effect) dan volstaat één
Lewisstructuur niet om de “juiste” structuur weer te geven
—> Dubbele pijl: structuurformules zijn grensstructuren
—> Werkelijke vorm = hybride, geen mengsel!!!
Voorbeeld: 1,3-butadieen (C4H6)
—> Molecuulorbitalen strekken zich uit over het hele molecule
—> “gedelokaliseerde” elektronenparen
Mesomerie
o Elektronenverdeling niet weer te geven door 1 structuur
o Ontstaat bij afwisseling tussen enkele en dubbele bindingen in een molecule
Ander voorbeeld = benzeen
3. Inductief effect:
= ladingsverschuiving t.g.v. verschil in elektronegativiteit van bindingspartners
—> Polarisatie van skelet van -bindingen
OOIT
—> Resultaat: kleine, partiële ladingen op de atomen
• Voortplanting: • Bereik:
o ca. 5 -bindingen
o -bindingen zijn meer polariseerbaar,
en dus is het bereik dan groter
, Elektronengevers = groepen die elektronen verschuiven naar de rest van het molecule
o Voorbeeld: methylgroep (CH3-)
Elektronenzuigers = groepen die elektronen weghalen van de rest van het molecule
o Voorbeeld: carbonylgroep (C=O), halogenen (F-,Br-,Cl-,I-)
Reactiviteit van organische moleculen:
1. Soorten substituenten:
Elektronengevers = groepen die elektronen verschuiven naar de rest van het molecule
(elektronenrijk)
o Voorbeeld: methoxygroep (CH3-O-)
o -OH ; -NH2 ; -OR door mesomeer effect
o -CH3 ; -CH2CH3 door inductief effect
Elektronenzuigers = groepen die elektronen weghalen van de rest van het molecule
(elektronenarm)
o Voorbeeld: carbonylgroep (C=O) in propenal
o -C=O ; -NO2 door inductief en mesomeer effect
o -Cl ; -F door inductief effect
2. Soorten reagentia:
Elektrofiel
• “houdt van elektronen”
• Elektronen zijn negatief geladen
• Bvb. H+, carbokation Gedeeltelijk
—> Elektrofiel is een deeltje met een (partiële) positieve lading
Nucleofiel
• “houdt van nucleus, kern”
• Kern is positief geladen
• Bvb. OH-, Cl-, NH3, H2O
—> Nucleofiel is een deeltje met een (partiële) negatieve lading
Les 1: 27/10/2021 Situering:
Wat is organische chemie?
-> “Studie van de verbindingen, reacties en eigenschappen van koolstof”
Intermoleculaire krachten:
• De atomen in een molecuul blijven samen door intramoleculaire krachten
• Moleculen blijven samen door intermoleculaire krachten
• 3 soorten intermoleculaire krachten/interacties
o Van der Waals krachten
o Dipoolinteracties
o Waterstofbruggen
1. Van der Waalskrachten:
- Treden op tussen alle moleculen (ook apolaire!!)
- Interacties tussen toevallige, momentane dipolen die in de moleculen ontstaan
- Grootte = evenredig met moleculair oppervlak
- Bepalen mee de fysische eigenschappen
- Voorbeeld: lineaire en vertakte koolwaterstoffen (KWS)
- Grafeen/Grafiet
2. Dipool-dipoolinteracties:
- Interacties tussen permanente dipolen
- Molecuuloriëntatie: positieve kant ene molecule aangetrokken door negatieve kant andere
molecule
- Moleculen met een permanente dipool hebben een hoger kookpunt dan moleculen zonder
dipool (en met enkel VdW krachten)
— Vb: Dimethylether (CH3-O-CH3) = polair, kookpunt: -25°C
<—> propaan (CH3-CH2-CH3) = apolair, kookpunt: -42°C
3. Waterstofbruggen:
- sterkste intermoleculaire krachten, vorm van dipool- dipool
- H-atoom = “brug” tussen twee EN-atomen
- Enkel belangrijk bij F, O en N (= sterk EN + VEP)
- H sterk positief geladenàsterke aantrekking door ander EN atoom
- Zeer belangrijke invloed op fysische eigenschappen
,VERGELIJKING bindingssterkte:
Inductief effect en mesomerie:
Reactiviteit van organische stoffen:
- Organische stoffen reageren met elkaar o.i.v. ladingsverschillen in het molecule
* Verzadigde koolwaterstoffen (KWS – bvb CH4, C2H6): amper ladingsverschillen want
ENH = 2.2 en ENC = 2.5 à reageren nauwelijks
(paraffine: Lat. “parum” = nauwelijks en “affinis” = affiniteit, reactiviteit)
* Stoffen met een polaire groep reageren wel vlot
(methanol en chloormethaan -> dimethylether)
1. Ladingsverdeling:
Tijdens organische reacties ontstaan vaak intermediairen
- Carbokation,carbanion
- Radicaal
—> Zeer instabiel à onevenwicht in elektronen!
Stabiliteit (en dus reactiviteit) van deze deeltjes bepaald door spreiding onevenwicht,
ladingsverdeling in evenwicht, de delokalisatie van elektronen.
Twee elkaar aanvullende fenomenen:
o Mesomeereffect
o Inductiefeffect
,2. Mesomerie (of chemische resonantie):
Verbindingen met meerdere Lewisstructuren mogelijk
Vb: acetaat-ion:
C-O bindingen gelijkwaardig
Wanneer er een geconjugeerd systeem is (en dus een mesomeer effect) dan volstaat één
Lewisstructuur niet om de “juiste” structuur weer te geven
—> Dubbele pijl: structuurformules zijn grensstructuren
—> Werkelijke vorm = hybride, geen mengsel!!!
Voorbeeld: 1,3-butadieen (C4H6)
—> Molecuulorbitalen strekken zich uit over het hele molecule
—> “gedelokaliseerde” elektronenparen
Mesomerie
o Elektronenverdeling niet weer te geven door 1 structuur
o Ontstaat bij afwisseling tussen enkele en dubbele bindingen in een molecule
Ander voorbeeld = benzeen
3. Inductief effect:
= ladingsverschuiving t.g.v. verschil in elektronegativiteit van bindingspartners
—> Polarisatie van skelet van -bindingen
OOIT
—> Resultaat: kleine, partiële ladingen op de atomen
• Voortplanting: • Bereik:
o ca. 5 -bindingen
o -bindingen zijn meer polariseerbaar,
en dus is het bereik dan groter
, Elektronengevers = groepen die elektronen verschuiven naar de rest van het molecule
o Voorbeeld: methylgroep (CH3-)
Elektronenzuigers = groepen die elektronen weghalen van de rest van het molecule
o Voorbeeld: carbonylgroep (C=O), halogenen (F-,Br-,Cl-,I-)
Reactiviteit van organische moleculen:
1. Soorten substituenten:
Elektronengevers = groepen die elektronen verschuiven naar de rest van het molecule
(elektronenrijk)
o Voorbeeld: methoxygroep (CH3-O-)
o -OH ; -NH2 ; -OR door mesomeer effect
o -CH3 ; -CH2CH3 door inductief effect
Elektronenzuigers = groepen die elektronen weghalen van de rest van het molecule
(elektronenarm)
o Voorbeeld: carbonylgroep (C=O) in propenal
o -C=O ; -NO2 door inductief en mesomeer effect
o -Cl ; -F door inductief effect
2. Soorten reagentia:
Elektrofiel
• “houdt van elektronen”
• Elektronen zijn negatief geladen
• Bvb. H+, carbokation Gedeeltelijk
—> Elektrofiel is een deeltje met een (partiële) positieve lading
Nucleofiel
• “houdt van nucleus, kern”
• Kern is positief geladen
• Bvb. OH-, Cl-, NH3, H2O
—> Nucleofiel is een deeltje met een (partiële) negatieve lading
