Nathalie van Caster Organische chemie 2017-2018
2017-2018
ORGANISCHE CHEMIE: STRUCTUUR
PROF. DR. G. TRIEST
NATHALIE VAN CASTER
VRIJE UNIVERSITEIT BRUSSEL
Bachelor Biologie
0
,Nathalie van Caster Organische chemie 2017-2018
Inhoudsopgave
Hoofdstuk 2: klassen van organische elementen .................................................................................... 4
1. Koolwaterstoffen ......................................................................................................................... 4
Classificatie ...................................................................................................................................... 4
Notatieafspraken voor een koolwaterstof-structuur ...................................................................... 5
1.1. Lineaire koolwaterstoffen of Alkanen ................................................................................. 5
1.2. Vertakte koolwaterstoffen .................................................................................................. 5
1.3. Cyclische koolwaterstoffen ................................................................................................. 6
1.4. Alkenen en alkynen ............................................................................................................. 6
1.5. Aromatische verbindingen .................................................................................................. 8
2. Structuren met heteroatomen .................................................................................................... 8
2.1. Halogeniden/Halogeenalkanen ........................................................................................... 9
2.2. Alcoholen en ethers: structuren met C, H en O .................................................................. 9
2.3. Aldehyden en ketonen: structuren met C, H en O .............................................................. 9
2.4. Carbonzuren en esters: structuren met C, H en O ............................................................ 10
2.5. Aminen .............................................................................................................................. 11
2.6. Amiden, nitrillen en nitroverbindingen ............................................................................. 11
2.7. Overzicht en nomenclatuur van belangrijke functionele groepen.................................... 12
Hoofdstuk 3: Moleculaire structuur van koolstofverbindingen ............................................................ 13
1. Inleiding ..................................................................................................................................... 13
2. Elektronenconfiguratie en orbitalen ......................................................................................... 13
2.1. S-orbitalen ......................................................................................................................... 14
2.2. P-orbitalen ......................................................................................................................... 15
2.3. D-orbitalen......................................................................................................................... 15
3. Chemische binding .................................................................................................................... 17
1. Sigma en phi-binding ............................................................................................................. 20
4. Het sp3-gehybridiseerde koolstofatoom ................................................................................... 20
5. Het sp2-gehybridiseerde koolstofatoom ................................................................................... 21
6. Het driedubbelgebonden koolstofatoom.................................................................................. 21
7. Polycentrische molecule-orbitalen (PCMO’s) ........................................................................... 22
7.1. Butadieen .......................................................................................................................... 22
7.2. Het allyl kation ................................................................................................................... 23
7.3. Het allylradicaal ................................................................................................................. 24
7.4. Het allylanion ..................................................................................................................... 25
Hoofdstuk 4: Stabiliteit van organische verbindingen .......................................................................... 26
1. Energieopname ......................................................................................................................... 26
1
,Nathalie van Caster Organische chemie 2017-2018
2. De gevolgen van temperatuursverhoging ................................................................................. 27
Hoofdstuk 5: Dynamische geometrie .................................................................................................... 28
1. Dynamische processen: thermodynamische en kinetische aspecten ....................................... 28
1.1. Kinetische aspect ............................................................................................................... 28
2. De piramidale en in-vlak inversie .............................................................................................. 29
3. Torsie aan σ-bindingen .............................................................................................................. 30
4. Rotatie rond π-bindingen .......................................................................................................... 32
4.1. De chemie van het zien ..................................................................................................... 33
5. Conformatie-analyse van cyclo-alkanen ................................................................................... 34
5.1. Ringspanning: grootte en oorsprong................................................................................. 34
5.2. Vierringen (cyclobutanen) ................................................................................................. 35
5.3. Vijfringen (cylcopentanen) ................................................................................................ 35
5.4. Zesringen (cyclohexanen) .................................................................................................. 36
5.5. Gesubstitueerde cyclohexanen ......................................................................................... 37
5.6. Polygesubstitueerde cyclohexanen ................................................................................... 38
Hoofdstuk 6: Chiraliteit en diastereoisomerie ...................................................................................... 39
1. Inleidende begrippen ................................................................................................................ 39
2. Chiraliteit ................................................................................................................................... 39
2.1. Nomenclatuur.................................................................................................................... 39
2.2. Eigenschappen van enantiomeren .................................................................................... 39
2.3. Soorten chirale verbindingen (ter info) ............................................................................. 40
3. Diastereomerie .......................................................................................................................... 41
4. Prochiraliteit en stereotopie ..................................................................................................... 42
Hoofdstuk 7: Intermoleculaire interacties ............................................................................................ 43
1. Inleiding ..................................................................................................................................... 43
Hoofdstuk 8: Aciditeit en basiciteit ....................................................................................................... 46
1. Protontransfer evenwichten ( Brönsted- Lowry concept) ........................................................ 46
2. Het verband tussen structuur en thermodynamische aciditeit (basiciteit) .............................. 47
2.1 Elektronegativiteit ............................................................................................................. 47
2.2 Inductieve en mesomere effecten .................................................................................... 47
2.3 Solventeffecten ................................................................................................................. 48
3. Verschillende klassen van zuren en basen ................................................................................ 48
3.1 Oxyzuren............................................................................................................................ 48
4. Stikstofzuren en -basen ............................................................................................................. 50
5. Koolstofzuren en -basen............................................................................................................ 52
6. Solventeffecten op aciditeit en basiciteit .................................................................................. 53
2
,Nathalie van Caster Organische chemie 2017-2018
7. Kinetische aciditeit .................................................................................................................... 53
8. Lewiszuren en lewisbasen ......................................................................................................... 53
3
,Nathalie van Caster Organische chemie 2017-2018
Hoofdstuk 2: klassen van organische elementen
1. Koolwaterstoffen
→ Koolstof heeft een vierwaardig karakter (4 bindingen mogelijk)
→ is stabiel in oneindig lange ketens, vb. polymeren zoals poly-ethyleen
Koolwaterstoffen = verbindingen van koolstof en waterstof
Dubbele binding C = Alkenen
Methaan
Driedubbele binding C = Alkynen
→ onverzadigde
Ethaan
Etheen
Ethyn
→ lineaire keten of ringstructuren met enkele, dubbele of driedubbele bindingen
Kleine ringen met driedubbele binding zijn niet stabiel! (achtring is de kleinst stabiele ring met
driedubbele bindingen)
Classificatie
Onverzadigd zijn verbindingen met dubbele of driedubbele bindingen!
4
, Nathalie van Caster Organische chemie 2017-2018
Notatieafspraken voor een koolwaterstof-structuur
1. Koolstofatoom = vierwaardig!
2. Elk koolstofatoom moet een even aantal waterstofatomen hebben (en dus een even
molecuulmassa)
3. Lineaire verzadigde koolwaterstoffen: CnH2n+2
4. Eenvoudige voorstelling:
Enkele bindingen hebben een hoek, dubbele en driedubbele bindingen worden lineair
getekend. Altijd goed letten op het aantal C-atomen!
1.1. Lineaire koolwaterstoffen of Alkanen
→ brutoformule CnH2n+2
→ naamgeving: - aan
→ behoorlijk onreactief (parafinnen), vooral als oplosmiddel gebruikt.
1.2. Vertakte koolwaterstoffen
Naamgeving
1) Neem de langste keten met de meeste substituenten als basisketen = basis keten
(achtervoegsel -aan)
2) Identificeer de substituenten (achtervoegsel -yl)
3) Geef substituenten een plaatsnummer (eerste vertakking: kleinste nummer, …)
4) DEzelfdde substituenten samen nemen: di, tri, tetra, …
5) Rangschik substituenten alfabetisch (di, tri, tetra, etc tellen niet mee)
Substituenten
5
2017-2018
ORGANISCHE CHEMIE: STRUCTUUR
PROF. DR. G. TRIEST
NATHALIE VAN CASTER
VRIJE UNIVERSITEIT BRUSSEL
Bachelor Biologie
0
,Nathalie van Caster Organische chemie 2017-2018
Inhoudsopgave
Hoofdstuk 2: klassen van organische elementen .................................................................................... 4
1. Koolwaterstoffen ......................................................................................................................... 4
Classificatie ...................................................................................................................................... 4
Notatieafspraken voor een koolwaterstof-structuur ...................................................................... 5
1.1. Lineaire koolwaterstoffen of Alkanen ................................................................................. 5
1.2. Vertakte koolwaterstoffen .................................................................................................. 5
1.3. Cyclische koolwaterstoffen ................................................................................................. 6
1.4. Alkenen en alkynen ............................................................................................................. 6
1.5. Aromatische verbindingen .................................................................................................. 8
2. Structuren met heteroatomen .................................................................................................... 8
2.1. Halogeniden/Halogeenalkanen ........................................................................................... 9
2.2. Alcoholen en ethers: structuren met C, H en O .................................................................. 9
2.3. Aldehyden en ketonen: structuren met C, H en O .............................................................. 9
2.4. Carbonzuren en esters: structuren met C, H en O ............................................................ 10
2.5. Aminen .............................................................................................................................. 11
2.6. Amiden, nitrillen en nitroverbindingen ............................................................................. 11
2.7. Overzicht en nomenclatuur van belangrijke functionele groepen.................................... 12
Hoofdstuk 3: Moleculaire structuur van koolstofverbindingen ............................................................ 13
1. Inleiding ..................................................................................................................................... 13
2. Elektronenconfiguratie en orbitalen ......................................................................................... 13
2.1. S-orbitalen ......................................................................................................................... 14
2.2. P-orbitalen ......................................................................................................................... 15
2.3. D-orbitalen......................................................................................................................... 15
3. Chemische binding .................................................................................................................... 17
1. Sigma en phi-binding ............................................................................................................. 20
4. Het sp3-gehybridiseerde koolstofatoom ................................................................................... 20
5. Het sp2-gehybridiseerde koolstofatoom ................................................................................... 21
6. Het driedubbelgebonden koolstofatoom.................................................................................. 21
7. Polycentrische molecule-orbitalen (PCMO’s) ........................................................................... 22
7.1. Butadieen .......................................................................................................................... 22
7.2. Het allyl kation ................................................................................................................... 23
7.3. Het allylradicaal ................................................................................................................. 24
7.4. Het allylanion ..................................................................................................................... 25
Hoofdstuk 4: Stabiliteit van organische verbindingen .......................................................................... 26
1. Energieopname ......................................................................................................................... 26
1
,Nathalie van Caster Organische chemie 2017-2018
2. De gevolgen van temperatuursverhoging ................................................................................. 27
Hoofdstuk 5: Dynamische geometrie .................................................................................................... 28
1. Dynamische processen: thermodynamische en kinetische aspecten ....................................... 28
1.1. Kinetische aspect ............................................................................................................... 28
2. De piramidale en in-vlak inversie .............................................................................................. 29
3. Torsie aan σ-bindingen .............................................................................................................. 30
4. Rotatie rond π-bindingen .......................................................................................................... 32
4.1. De chemie van het zien ..................................................................................................... 33
5. Conformatie-analyse van cyclo-alkanen ................................................................................... 34
5.1. Ringspanning: grootte en oorsprong................................................................................. 34
5.2. Vierringen (cyclobutanen) ................................................................................................. 35
5.3. Vijfringen (cylcopentanen) ................................................................................................ 35
5.4. Zesringen (cyclohexanen) .................................................................................................. 36
5.5. Gesubstitueerde cyclohexanen ......................................................................................... 37
5.6. Polygesubstitueerde cyclohexanen ................................................................................... 38
Hoofdstuk 6: Chiraliteit en diastereoisomerie ...................................................................................... 39
1. Inleidende begrippen ................................................................................................................ 39
2. Chiraliteit ................................................................................................................................... 39
2.1. Nomenclatuur.................................................................................................................... 39
2.2. Eigenschappen van enantiomeren .................................................................................... 39
2.3. Soorten chirale verbindingen (ter info) ............................................................................. 40
3. Diastereomerie .......................................................................................................................... 41
4. Prochiraliteit en stereotopie ..................................................................................................... 42
Hoofdstuk 7: Intermoleculaire interacties ............................................................................................ 43
1. Inleiding ..................................................................................................................................... 43
Hoofdstuk 8: Aciditeit en basiciteit ....................................................................................................... 46
1. Protontransfer evenwichten ( Brönsted- Lowry concept) ........................................................ 46
2. Het verband tussen structuur en thermodynamische aciditeit (basiciteit) .............................. 47
2.1 Elektronegativiteit ............................................................................................................. 47
2.2 Inductieve en mesomere effecten .................................................................................... 47
2.3 Solventeffecten ................................................................................................................. 48
3. Verschillende klassen van zuren en basen ................................................................................ 48
3.1 Oxyzuren............................................................................................................................ 48
4. Stikstofzuren en -basen ............................................................................................................. 50
5. Koolstofzuren en -basen............................................................................................................ 52
6. Solventeffecten op aciditeit en basiciteit .................................................................................. 53
2
,Nathalie van Caster Organische chemie 2017-2018
7. Kinetische aciditeit .................................................................................................................... 53
8. Lewiszuren en lewisbasen ......................................................................................................... 53
3
,Nathalie van Caster Organische chemie 2017-2018
Hoofdstuk 2: klassen van organische elementen
1. Koolwaterstoffen
→ Koolstof heeft een vierwaardig karakter (4 bindingen mogelijk)
→ is stabiel in oneindig lange ketens, vb. polymeren zoals poly-ethyleen
Koolwaterstoffen = verbindingen van koolstof en waterstof
Dubbele binding C = Alkenen
Methaan
Driedubbele binding C = Alkynen
→ onverzadigde
Ethaan
Etheen
Ethyn
→ lineaire keten of ringstructuren met enkele, dubbele of driedubbele bindingen
Kleine ringen met driedubbele binding zijn niet stabiel! (achtring is de kleinst stabiele ring met
driedubbele bindingen)
Classificatie
Onverzadigd zijn verbindingen met dubbele of driedubbele bindingen!
4
, Nathalie van Caster Organische chemie 2017-2018
Notatieafspraken voor een koolwaterstof-structuur
1. Koolstofatoom = vierwaardig!
2. Elk koolstofatoom moet een even aantal waterstofatomen hebben (en dus een even
molecuulmassa)
3. Lineaire verzadigde koolwaterstoffen: CnH2n+2
4. Eenvoudige voorstelling:
Enkele bindingen hebben een hoek, dubbele en driedubbele bindingen worden lineair
getekend. Altijd goed letten op het aantal C-atomen!
1.1. Lineaire koolwaterstoffen of Alkanen
→ brutoformule CnH2n+2
→ naamgeving: - aan
→ behoorlijk onreactief (parafinnen), vooral als oplosmiddel gebruikt.
1.2. Vertakte koolwaterstoffen
Naamgeving
1) Neem de langste keten met de meeste substituenten als basisketen = basis keten
(achtervoegsel -aan)
2) Identificeer de substituenten (achtervoegsel -yl)
3) Geef substituenten een plaatsnummer (eerste vertakking: kleinste nummer, …)
4) DEzelfdde substituenten samen nemen: di, tri, tetra, …
5) Rangschik substituenten alfabetisch (di, tri, tetra, etc tellen niet mee)
Substituenten
5
