HOOFDSTUK 1 Elektronische structuur en binding
Polariteit
Polair = als ΔEN groter is dan 0,5
Apolair = als ΔEN kleiner is dan 0,5
Sigma & Pi-bindingen
Ionische vs. covalente binding
Hoe groter het verschil in ΔEN tussen atomen in een binding, hoe groter het ionair karakter.
Hoe kleiner het verschil in ΔEN tussen atomen in een binding, hoe groter het covalente karakter.
Polaire binding = heeft een dipool door grote verschillen in ΔEN
De drievoudige binding is korter dan de enkelvoudige binding, en is ook veel sterker. In een ethyn
molecuul is niet alleen de C-C binding veel sterker en korter, maar dit geldt ook voor de C-H binding in
ethyn. Ook de C-H binding in ethyn is veel korter en sterker.
- Hoe korter de binding, hoe sterker de binding.
Lewis, Kekulé en gecondenseerde structuren
Lewis Kekulé Gecondenseerde structuur
Hybridisatie
SP3
SP3 orbitalen maken een hoek van 109,5 graden, mits er GEEN vrije elektronenparen aanwezig zijn.
- Voorbeeld H2O : Hierin zitten 4 sp3 orbitalen op het zuurstof waarvan er 2 vrije elektronenparen
zijn. De 2 vrije elektronenparen storen de O-H bindingen af waardoor de H-O-H hoek geen
109,5 graden maar 104,5 graden wordt.
- Voorbeeld NH3 : Hierin zitten 4 sp3 orbitalen waarvan 3 gebonden en 1 vrij elektronenpaar.
Omdat er 1 vrij elektronen aanwezig is, is de H-N-H hoek 107,3 graden.
- Voorbeeld NH4+ = H-N-H bindingshoek is hier wel 109,5 graden omdat er 4 gebonden
waterstoffen op zitten en geen vrije elektronenparen.
1
,Sp2
SP2 orbitalen maken een hoek van 120 graden en liggen in één vlak, mits er GEEN vrije
elektronenparen aanwezig zijn.
- Voorbeeld C2H4 = is gebonden aan 3 atomen is heeft dus 3 hybride orbitalen. Een dubbele
binding stoot meer af dan een enkelvoudige binding.
Een dubbele binding stoot meer af dan een enkele binding waardoor de hoeken in een ethene
molecuul veranderen.
❖ Een C-H binding is korter en sterker dan C-C binding. Dit is omdat het s-orbitaal van H dichter
bij de kern ligt dan het sp3 orbitaal van C. In een s-sp3 overlap liggen de kernen dus dichter bij
elkaar dan in een sp3-sp3.
❖ De C-H binding is bovendien ook sterker door de grotere elektronendichtheid in het
overlappende gebied.
Sp
De 2 hybride orbitalen liggen op 1 lijn. De 2 niet hybride p-orbitalen staan er loodrecht op.
2
,Binding in alkyl halides
Hoe hoger de periode van het sp3 orbitaal, hoe diffuser het orbitaal. Diffusere orbitalen zullen slechter
overlappen van 1s orbitaal van waterstof en hebben dus een zwakkere binding.
Sterkte van de binding (F > Cl > Br > I)
1. F
2. Cl
3. Br
4. I
Classificatie van organische verbindingen
Alkanen = sp3
Cycloalkanen = sp3
Alkenen = sp2
Cycloalkenen = kan verschillen
Alkynen = sp
Aromaten (hebben een benzeenring) = kan verschillen
3
, HOOFDSTUK 2 Zuren en Basen
Bronsted zuur = protonendonor
Bronsted base = protonenacceptor
pKa en Ka
[H3O] [A−]
pKa = -log Ka (Ka = [HA] )
❖ Zwakke zuren hebben een hele lage Ka (10-14)
➢ Zwakke zuren hebben een hoge pKa
❖ Sterke zuren hebben een wat hogere Ka (10-2)
➢ Sterke zuren hebben een lage pKa
❖ Hoe stabieler de geconjugeerde base, hoe lager de pKa (= dus een sterker zuur)
Kunnen zowel een zuur als base dragen :
- Alchoholen → Geprotoneerde alcholen zijn zeer sterke zuren
- Carbonzuren → Geprotoneerde carbonzuren zijn zeer sterke zuren
- Amine → Geprotoneerde amine zijn zwakke zuren ( N heeft lagere elektronegativiteit t.o.v. O)
In een zuur-base reactie ligt het evenwicht naar de kant van het zwakste zuur (= Lage Ka / Hoge pKa).
Dit is ook logisch want zwakke zuren geven minder gemakkelijk een proton weg.
Effect van de structuur op de pKa
❖ Resonantie → Verlaagd de pKa. Als de geconjugeerde base kan resoneren is deze stabieler.
❖ Elektronegativiteit → Hoe meer elektronegatief, hoe lager de pKa, hoe sterker het zuur.
➢ Hogere elektronegativiteit van het zuur zorgt voor een stabielere geconjugeerde base.
➢ C < N < O < F (F = meest elektronegatief , C = minst elektronegatief)
➢ CH4 < NH3 < H2O < HF (HF = sterkste zuur, CH4 = zwakste zuur)
❖ Grootte van het atoom → Grootte van het atoom speelt een belangrijkere rol dan de ΔEN.
Hoe groter het atoom, hoe lager de pKa en toe meer stabiel de geconjugeerde base.
➢ Sterkte van zuren : HF < HCl < HBr < HI
❖ Hybridisatie → Sp is meest elektronegatief (= lagere pKa = sterker zuur) en sp3 is minst
elektronegatief (= hogere pKa = zwakker zuur)
➢ Hoe minder gehybridiseerd, hoe lager de pKa, hoe sterker het zuur
■ Hoe meer s-karakter een orbitaal heeft, hoe dichter de elektronen bij de kern
zitten. Daarom worden de elektronen in een sp-orbitaal het beste gestabiliseerd
en de elektronen in het sp3 orbitaal worden het minst gestabiliseerd.
■ (pKa sp3 ) > (pKa sp2 ) > (pKa sp) (ONTHOUD: grotere pKa → Zwakker zuur)
■ Sp > Sp2 > Sp3
4
, ❖ Inductieve effecten (trekken aan de bindende elektronenparen)
➢ Hoe groter de ΔEN, hoe lager de pKa.
➢ Hoe meer elektronegatieve elementen, hoe lager de pKa.
➢ Hoe groter de afstand, hoe kleiner het effect.
➢ pKa daalt bij een toenemende stabiliteit van de geconjugeerde base
❖ Lading → Positief geladen moleculen zijn zuurder dan ongeladen moleculen, omdat ze meer
elektronegatief zijn (= Lagere pKa).
❖ Solvatatie effecten → De oplossing kan effect hebben op de pKa.
Zie boek pagina 105 voor summary.
Lewistheorie
Lewis base = elektronenpaar donor
Lewiszuur = elektronenpaar acceptor
Effect van substituenten op het zuur
Halogenen zijn meer negatief dan waterstoffen, dus de halogenen de bindende elektronenparen naar
zich toe (veel meer dan waterstof zou doen).
Hoe meer stabiel de geconjugeerde base, hoe sterker het zuur. Hoe meer ΔEN een halogeen is, hoe
harder het aan de elektronen trekt.
De geconjugeerde base van een halogeen met grote ΔEN is stabiel omdat elektronendichtheid op het
negatief geladen atoom kleiner is en dus is het meer stabiel.
Hoe verder weg het grootste elektronegatieve deeltje van het (nadat het een proton heeft afgesplitst)
negatieve (overgebleven) atoom, hoe zwakker het zuur. Dit omdat het substituent dan minder hard aan
de elektronen kan trekken die rondom het negatief geladen atoom zitten en dus wordt de lading niet
goed verdeeld.
Vraag. Welke is een sterker zuur?
5
,Henderson-hasselbach equation
[HA]
pKa = pH + Log [A−]
Deze vergelijking geeft aan of het deeltje in de zure vorm of zijn basische vorm voorkomt in een
oplossing.
❖ Wanneer pH = Pka, dan geldt ook [HA] = [A-].
❖ Wanneer pH < pKa , zal het component hoofdzakelijk in zure vorm voorkomen.
❖ Wanneer pH > pKa, zal het component voornamelijk in basische vorm voorkomen.
6
, HOOFDSTUK 3 Inleiding tot organische verbindingen
Alkylgroepen
R - OH = alcohol
R - NH2 = amine
R - X = alkyl halide
R - O - R = ether
Primair koolstof = een koolstofatoom die slechts met 1 ander koolstofatoom gebonden is.
Secundair koolstof = een koolstofatoom die met 2 andere koolstofatomen gebonden is.
Tertiair koolstof = een koolstofatoom die met 3 andere koolstofatomen gebonden is.
Naamgeving
Alkanen
Alkanen = CnH2n+2
Vanaf 4 koolstofatomen zijn er verschillende structuren mogelijk, dit heten dan constitutionele
isomeren.
constitutionele isomeren = Dit zijn isomeren die verschillen in de manier waarop de atomen met
elkaar verbonden zijn, maar ze hebben wel dezelfde molecuulformule.
Nomenclatuur alkanen
❖ Regel 1 : Zoek de langste keten onvertakte keten, dit wordt de stamnaam.
❖ Regel 2 : De nummering wordt zo gekozen dat de substituenten een zo laag mogelijk nummer
krijgen.
❖ Regel 3 : De zijketens worden genoemd volgens het aantal koolstofatomen waaruit hun langste
keten bestaat, doch met het achtervoegsel ‘yl’ i.p.v. ‘ane’
➢ Methyl, ethyl, butyl, propyl etc.
➢ Indien er meerdere zijketens zijn, Zet de zijgroepen op alfabetische volgorde!
❖ Regel 5 : Vóór de naam van de zijketen komt het rangnummer van de zijketen en wanneer
nodig ook ‘di, tri. tetra, penta, ..’ (worden niet meegenomen met in alfabetische volgorde
zetten!)
7
, Cycloalkanen
Cycloalkanes = CnH2n
Nomenclatuur Cycloalkanen
❖ Regel 1 : De stamnaam is de naam van het overeenkomstige alkaan met cyclo- ervoor.
❖ Regel 2 : Cyclo- zit in de stamnaam zolang de substituenten niet méér koolstoffen bevatten dan
het cycloalkaan
❖ Regel 3 : Wanneer er meer dan 1 substituent aanwezig is, dien je nummering in te voeren. De
substituenten worden in alfabetische volgorde gezet en krijgen een zo laag mogelijk
rangnummer.
❖ Regel 4 : Wanneer er meer dan 2 substituenten aanwezig zijn, moet je ze zo nummeren dat alle
substituenten een zo laag mogelijk nummer krijgen. Plaats ze in alfabetische volgorde!
Alkyl halides
= Een alkaan waarbij een waterstof is vervangen door een halogeen
Naamgeving is gelijk aan die van alkanen.
3 Soorten alkyl halides :
1. Primaire alkyl halides → halogeen is gebonden aan een primair koolstofatoom.
2. Secundaire alkyl halides → halogeen is gebonden aan een secundair koolstofatoom.
3. tertiaire alkyl halides → halogeen is gebonden aan een tertiair koolstofatoom.
8
Polariteit
Polair = als ΔEN groter is dan 0,5
Apolair = als ΔEN kleiner is dan 0,5
Sigma & Pi-bindingen
Ionische vs. covalente binding
Hoe groter het verschil in ΔEN tussen atomen in een binding, hoe groter het ionair karakter.
Hoe kleiner het verschil in ΔEN tussen atomen in een binding, hoe groter het covalente karakter.
Polaire binding = heeft een dipool door grote verschillen in ΔEN
De drievoudige binding is korter dan de enkelvoudige binding, en is ook veel sterker. In een ethyn
molecuul is niet alleen de C-C binding veel sterker en korter, maar dit geldt ook voor de C-H binding in
ethyn. Ook de C-H binding in ethyn is veel korter en sterker.
- Hoe korter de binding, hoe sterker de binding.
Lewis, Kekulé en gecondenseerde structuren
Lewis Kekulé Gecondenseerde structuur
Hybridisatie
SP3
SP3 orbitalen maken een hoek van 109,5 graden, mits er GEEN vrije elektronenparen aanwezig zijn.
- Voorbeeld H2O : Hierin zitten 4 sp3 orbitalen op het zuurstof waarvan er 2 vrije elektronenparen
zijn. De 2 vrije elektronenparen storen de O-H bindingen af waardoor de H-O-H hoek geen
109,5 graden maar 104,5 graden wordt.
- Voorbeeld NH3 : Hierin zitten 4 sp3 orbitalen waarvan 3 gebonden en 1 vrij elektronenpaar.
Omdat er 1 vrij elektronen aanwezig is, is de H-N-H hoek 107,3 graden.
- Voorbeeld NH4+ = H-N-H bindingshoek is hier wel 109,5 graden omdat er 4 gebonden
waterstoffen op zitten en geen vrije elektronenparen.
1
,Sp2
SP2 orbitalen maken een hoek van 120 graden en liggen in één vlak, mits er GEEN vrije
elektronenparen aanwezig zijn.
- Voorbeeld C2H4 = is gebonden aan 3 atomen is heeft dus 3 hybride orbitalen. Een dubbele
binding stoot meer af dan een enkelvoudige binding.
Een dubbele binding stoot meer af dan een enkele binding waardoor de hoeken in een ethene
molecuul veranderen.
❖ Een C-H binding is korter en sterker dan C-C binding. Dit is omdat het s-orbitaal van H dichter
bij de kern ligt dan het sp3 orbitaal van C. In een s-sp3 overlap liggen de kernen dus dichter bij
elkaar dan in een sp3-sp3.
❖ De C-H binding is bovendien ook sterker door de grotere elektronendichtheid in het
overlappende gebied.
Sp
De 2 hybride orbitalen liggen op 1 lijn. De 2 niet hybride p-orbitalen staan er loodrecht op.
2
,Binding in alkyl halides
Hoe hoger de periode van het sp3 orbitaal, hoe diffuser het orbitaal. Diffusere orbitalen zullen slechter
overlappen van 1s orbitaal van waterstof en hebben dus een zwakkere binding.
Sterkte van de binding (F > Cl > Br > I)
1. F
2. Cl
3. Br
4. I
Classificatie van organische verbindingen
Alkanen = sp3
Cycloalkanen = sp3
Alkenen = sp2
Cycloalkenen = kan verschillen
Alkynen = sp
Aromaten (hebben een benzeenring) = kan verschillen
3
, HOOFDSTUK 2 Zuren en Basen
Bronsted zuur = protonendonor
Bronsted base = protonenacceptor
pKa en Ka
[H3O] [A−]
pKa = -log Ka (Ka = [HA] )
❖ Zwakke zuren hebben een hele lage Ka (10-14)
➢ Zwakke zuren hebben een hoge pKa
❖ Sterke zuren hebben een wat hogere Ka (10-2)
➢ Sterke zuren hebben een lage pKa
❖ Hoe stabieler de geconjugeerde base, hoe lager de pKa (= dus een sterker zuur)
Kunnen zowel een zuur als base dragen :
- Alchoholen → Geprotoneerde alcholen zijn zeer sterke zuren
- Carbonzuren → Geprotoneerde carbonzuren zijn zeer sterke zuren
- Amine → Geprotoneerde amine zijn zwakke zuren ( N heeft lagere elektronegativiteit t.o.v. O)
In een zuur-base reactie ligt het evenwicht naar de kant van het zwakste zuur (= Lage Ka / Hoge pKa).
Dit is ook logisch want zwakke zuren geven minder gemakkelijk een proton weg.
Effect van de structuur op de pKa
❖ Resonantie → Verlaagd de pKa. Als de geconjugeerde base kan resoneren is deze stabieler.
❖ Elektronegativiteit → Hoe meer elektronegatief, hoe lager de pKa, hoe sterker het zuur.
➢ Hogere elektronegativiteit van het zuur zorgt voor een stabielere geconjugeerde base.
➢ C < N < O < F (F = meest elektronegatief , C = minst elektronegatief)
➢ CH4 < NH3 < H2O < HF (HF = sterkste zuur, CH4 = zwakste zuur)
❖ Grootte van het atoom → Grootte van het atoom speelt een belangrijkere rol dan de ΔEN.
Hoe groter het atoom, hoe lager de pKa en toe meer stabiel de geconjugeerde base.
➢ Sterkte van zuren : HF < HCl < HBr < HI
❖ Hybridisatie → Sp is meest elektronegatief (= lagere pKa = sterker zuur) en sp3 is minst
elektronegatief (= hogere pKa = zwakker zuur)
➢ Hoe minder gehybridiseerd, hoe lager de pKa, hoe sterker het zuur
■ Hoe meer s-karakter een orbitaal heeft, hoe dichter de elektronen bij de kern
zitten. Daarom worden de elektronen in een sp-orbitaal het beste gestabiliseerd
en de elektronen in het sp3 orbitaal worden het minst gestabiliseerd.
■ (pKa sp3 ) > (pKa sp2 ) > (pKa sp) (ONTHOUD: grotere pKa → Zwakker zuur)
■ Sp > Sp2 > Sp3
4
, ❖ Inductieve effecten (trekken aan de bindende elektronenparen)
➢ Hoe groter de ΔEN, hoe lager de pKa.
➢ Hoe meer elektronegatieve elementen, hoe lager de pKa.
➢ Hoe groter de afstand, hoe kleiner het effect.
➢ pKa daalt bij een toenemende stabiliteit van de geconjugeerde base
❖ Lading → Positief geladen moleculen zijn zuurder dan ongeladen moleculen, omdat ze meer
elektronegatief zijn (= Lagere pKa).
❖ Solvatatie effecten → De oplossing kan effect hebben op de pKa.
Zie boek pagina 105 voor summary.
Lewistheorie
Lewis base = elektronenpaar donor
Lewiszuur = elektronenpaar acceptor
Effect van substituenten op het zuur
Halogenen zijn meer negatief dan waterstoffen, dus de halogenen de bindende elektronenparen naar
zich toe (veel meer dan waterstof zou doen).
Hoe meer stabiel de geconjugeerde base, hoe sterker het zuur. Hoe meer ΔEN een halogeen is, hoe
harder het aan de elektronen trekt.
De geconjugeerde base van een halogeen met grote ΔEN is stabiel omdat elektronendichtheid op het
negatief geladen atoom kleiner is en dus is het meer stabiel.
Hoe verder weg het grootste elektronegatieve deeltje van het (nadat het een proton heeft afgesplitst)
negatieve (overgebleven) atoom, hoe zwakker het zuur. Dit omdat het substituent dan minder hard aan
de elektronen kan trekken die rondom het negatief geladen atoom zitten en dus wordt de lading niet
goed verdeeld.
Vraag. Welke is een sterker zuur?
5
,Henderson-hasselbach equation
[HA]
pKa = pH + Log [A−]
Deze vergelijking geeft aan of het deeltje in de zure vorm of zijn basische vorm voorkomt in een
oplossing.
❖ Wanneer pH = Pka, dan geldt ook [HA] = [A-].
❖ Wanneer pH < pKa , zal het component hoofdzakelijk in zure vorm voorkomen.
❖ Wanneer pH > pKa, zal het component voornamelijk in basische vorm voorkomen.
6
, HOOFDSTUK 3 Inleiding tot organische verbindingen
Alkylgroepen
R - OH = alcohol
R - NH2 = amine
R - X = alkyl halide
R - O - R = ether
Primair koolstof = een koolstofatoom die slechts met 1 ander koolstofatoom gebonden is.
Secundair koolstof = een koolstofatoom die met 2 andere koolstofatomen gebonden is.
Tertiair koolstof = een koolstofatoom die met 3 andere koolstofatomen gebonden is.
Naamgeving
Alkanen
Alkanen = CnH2n+2
Vanaf 4 koolstofatomen zijn er verschillende structuren mogelijk, dit heten dan constitutionele
isomeren.
constitutionele isomeren = Dit zijn isomeren die verschillen in de manier waarop de atomen met
elkaar verbonden zijn, maar ze hebben wel dezelfde molecuulformule.
Nomenclatuur alkanen
❖ Regel 1 : Zoek de langste keten onvertakte keten, dit wordt de stamnaam.
❖ Regel 2 : De nummering wordt zo gekozen dat de substituenten een zo laag mogelijk nummer
krijgen.
❖ Regel 3 : De zijketens worden genoemd volgens het aantal koolstofatomen waaruit hun langste
keten bestaat, doch met het achtervoegsel ‘yl’ i.p.v. ‘ane’
➢ Methyl, ethyl, butyl, propyl etc.
➢ Indien er meerdere zijketens zijn, Zet de zijgroepen op alfabetische volgorde!
❖ Regel 5 : Vóór de naam van de zijketen komt het rangnummer van de zijketen en wanneer
nodig ook ‘di, tri. tetra, penta, ..’ (worden niet meegenomen met in alfabetische volgorde
zetten!)
7
, Cycloalkanen
Cycloalkanes = CnH2n
Nomenclatuur Cycloalkanen
❖ Regel 1 : De stamnaam is de naam van het overeenkomstige alkaan met cyclo- ervoor.
❖ Regel 2 : Cyclo- zit in de stamnaam zolang de substituenten niet méér koolstoffen bevatten dan
het cycloalkaan
❖ Regel 3 : Wanneer er meer dan 1 substituent aanwezig is, dien je nummering in te voeren. De
substituenten worden in alfabetische volgorde gezet en krijgen een zo laag mogelijk
rangnummer.
❖ Regel 4 : Wanneer er meer dan 2 substituenten aanwezig zijn, moet je ze zo nummeren dat alle
substituenten een zo laag mogelijk nummer krijgen. Plaats ze in alfabetische volgorde!
Alkyl halides
= Een alkaan waarbij een waterstof is vervangen door een halogeen
Naamgeving is gelijk aan die van alkanen.
3 Soorten alkyl halides :
1. Primaire alkyl halides → halogeen is gebonden aan een primair koolstofatoom.
2. Secundaire alkyl halides → halogeen is gebonden aan een secundair koolstofatoom.
3. tertiaire alkyl halides → halogeen is gebonden aan een tertiair koolstofatoom.
8
