2020-2021 Organische chemie Cel 1
Samenvatting organische chemie
I. Hoofdstuk 1: stereochemie en de ruimtelijke structuur van het
koolstofskelet
→Alifatisch koolwaterstoffen (alkanen, cycloalkanen, alkenen en alkynen)
1.1 Inleiding
❖ Hybridisatie
➢ sp3
▪ 4 σ − bindingen
▪ Tetraëder
▪ 109°
➢ sp2
▪ 3 σ − bindingen + 1 π
▪ Trigonaal vlak
▪ 120°
➢ Sp
▪ 2 σ − bindingen + 2 π
▪ Lineair
▪ 180°
→ Bepaalt ruimtelijke structuur: afzonderlijke c-atomen
≠ ruimtelijke vorm: som verdeling rond elke bouwsteen
❖ Space-filling molecuulmodel
➢ Toont de ruimtelijke structuur
1.2 Methaan
❖ Wig-notatie
➢ Statisch beeld geven
➢ Kleinste energie-inhoud
❖ Moleculen zijn dynamisch
➢ Fluctuaties tussen bindingsafstanden en valentiehoeken
➢ Ontstaan door inwendige energie te verhogen
▪ Bewegingsenergie (Ekin) omzetten door botsing tot inwendige energie (Epot)
▪ Hoe hoger de temperatuur, hoe groter de bewegingsenergie, hoe meer botsingen
→ Energie uit omgeving nemen om temperatuur te verhogen
▪ Zorgt voor afwijkingen in de structuur molecule
1.3 Ethaan en conformationele isomerie
❖ Conformeren
= verschillende ruimtelijke vormen die ontstaan door rotatie rond een enkelv. binding
▪ Ene methlygroep tov andere te draaien over 60°
▪ C-C binding breekt niet
▪ Geen effect op verdeling elektrondensiteit
,2020-2021 Organische chemie Cel 1
➢ Geëclipseerd (MIN)
▪ C-H verbindingen recht tov elkaar
▪ Newman torsiehoek: 0°
▪ Veel sterische hinder
• C-H bindingen dichter bij elkaar
• Gevolg van repulsie: afstoting e- wolken
tussen 2 C-H bindingen
• Energieverhoging van 4 kJ/mol → voor ethaan: 12 kJ/mol
→ Kortstondig
➢ Geschrankt (MAX)
▪ Elke C-H doorsnijd hoek gevormd door 2 naburige C-H bindingen
▪ Newman torsiehoek: 60°
▪ Minst sterische hinder
▪ Minst energetisch
→Stabielste
➢ 𝛔 − 𝐭𝐲𝐩𝐞 𝐛𝐢𝐧𝐝𝐢𝐧𝐠𝐞𝐧: vrije draaibaarheid (enkelvoudige binding)
▪ sp3 hybridisatie
▪ Oneindig veel conformaties
▪ Verschillen in torsiehoek
▪ Grote mate van variabiliteit
➢ Verschillende energie-inhoud onderscheibaar: conformationele isomerie
1.3.1 Opbouw van een Newmanprojectie
❖ Verschillende conformaties voorstellen
❖ Opbouw
➢ Waarnemer kijkt langs de as van de binding waarrond rotatie is
➢ 2 atomen
▪ Dichtste: snijpunt overige bindingen
▪ Achterste: cirkel
➢ 3 overige bindingen: symmetrisch verdeeld
Geëclipseerd Geschrankt
1.4 Propaan
❖ Energiebarriere: 14 kJ/mol
➢ Sterische hinder tussen C-CH3 en C-H: 6 kJ/mol
➢ Tussen C-H en C-H: 4 kJ/mol
❖ Ook C-CH3 binding
,2020-2021 Organische chemie Cel 1
1.5 Butaan
❖ Anti
➢ Min energie
➢ Geschrankt rond C2-C3
➢ 180° (CH3 het verste uit elkaar)
❖ Maximaal geëclipseerde
➢ Max energie: 19 kJ/mol hoger dan anti
➢ Eclipseren
➢ 0°
❖ Eclips
➢ Energie 16 kJ/mol hoger dan anti
➢ 120° of 240° (-120°)
❖ Gauche formaties
➢ Min energie
➢ 60° en 300° (-60°)
➢ Elektronenwolken raken → afstoting moet overwonnen worden → Energie met 3,5 kJ/mol
verhogen
❖ Butaanmodellen bij kamertemperatuur
➢ 64% anti en 18% gauche
1.5.1 Alkanen groter dan butaan
❖ Meest stabiel: alle C-C staan anti
❖ Een deel ook gauche want er is voldoende Ekin
❖ Lineaire alkanen komen zelfden voor als volledig lineaire keten
❖ Conformaties gaan in elkaar over en kunnen overal in de keten optreden
→ Groot aantal conformaties (neemt toe met grote keten): dynamisch
1.6 De ruimtelijke structuur van alkenen en alkynen
1.6.1 Etheen en buteen als representatieve voorbeelden van alkenen
❖ 𝛑 − 𝐭𝐲𝐩𝐞 𝐛𝐢𝐧𝐝𝐢𝐧𝐠𝐞𝐧 (dubbele binding)
➢ sp2 hybridisatie
➢ Geen vrije draaibaarheid 𝛑- binding eerst breken
▪ 240 kJ/mol
▪ Bij hoge temperaturen of door licht
❖ Planair
❖ Als C atomen gebonden aan de dubbele binding, een verschillende substituent draagt
→ 2 isomere vormen mogelijk: cis-transdiastereoisomerie (stereoisomerie)
➢ Cis-isomeer
▪ Methylgroepen aan dezelfde zijde dubbele binding
▪ Meer reactief
▪ Meer sterische hinder
➢ Trans-isomeer
▪ Tegenovergestelde zijden
▪ Kleinere verbrandingswarmte: stabieler
→ Verbranding zal netto minder reactiewarmte vrijgeven = laagste verbrandingswarmte
1.6.2 Alkynen
❖ Lineair
❖ Sp-hybridisatie
, 2020-2021 Organische chemie Cel 1
1.7 De ruimtelijke structuur van cyclische verbindingen
= aromaten
❖ Gesloten keten beperkt mogelijke conformaties
❖ Rotaties enkel mogelijk als de ring-structuur blijft behouden
➢ Geen bindingen breken
❖ 6-ring meest voorkomend
➢ Laagste verbrandingswarmte = lineaire alkanen
1.7.1 De conformatie van cylcopropaan: Bayer- en Pitzerspanning
❖ Cycloalkanen: niet stabiel en zeer reactief
➢ Door hoge inwendige energie en spanning
➢ Hogere verbrandingswarmte (energie uit spanning)
❖ Cyclopropaan
➢ 1 conformatie: eclips
➢ 3 koolstofatomen vormen hoekpunten van gelijkzijdige driehoek
➢ Co-planair
➢ Valentiehoeken: 60°
▪ Grote afwijking van verwachtte sp3 C-atomen (109°)
→ Spanning ontstaat: inwendige energie hoger
= Bayerspanning (hoekspanning)
➢ Alle C-H bindingen zijn geëclipseerd = verhoging inwendige energie
→ Spanning
= Pitzerspanning
❖ Spanning hoogst in cyclopropaan
1.7.2 Cyclobutaan en cyclopentaan
❖ Spanning vermindert voor cyclobutaan
❖ Spanning valt weg voor cyclopentaan ➔ zou stabielste moeten zijn (is niet zo!)
❖ Spanning neemt toe voor cyclohexaan
❖ Verbrandingswarmte: stabiliteit is niet als verwacht
➢ Verbrandingswarmte minimaal bij cyclohexaan
➢ Grote ringen: identieke verbrandingswarmte aan cyclohexaan
→ Verklaring:
➢ Conformaties zijn mogelijk (niet planair blijven)
▪ Pitzerspanning vermijden (Pitzerspanning neemt normaal toe met 8 kJ/mol per extra CH2
groep)
▪ Cyclobutaan: vlinderconformatie
• Grotere hoek dan 90°: afwijken van eclips → stabieler
▪ Cyclopentaan: envelop-conformatie
• Nog steeds 2 eclipsen over → stabieler
1.7.3Cyclohexaan: het cyclische basismotief voor de meeste biochemische relevante cyclische
verbindingen
❖ Geen Bayerspanning en geen Pitzerspanning
➢ Valentiehoeken: 109°
➢ Alle bindingen geschrankt
➢ Verbrandingsspanning = verbrandingsspanning van lineaire alkanen
Samenvatting organische chemie
I. Hoofdstuk 1: stereochemie en de ruimtelijke structuur van het
koolstofskelet
→Alifatisch koolwaterstoffen (alkanen, cycloalkanen, alkenen en alkynen)
1.1 Inleiding
❖ Hybridisatie
➢ sp3
▪ 4 σ − bindingen
▪ Tetraëder
▪ 109°
➢ sp2
▪ 3 σ − bindingen + 1 π
▪ Trigonaal vlak
▪ 120°
➢ Sp
▪ 2 σ − bindingen + 2 π
▪ Lineair
▪ 180°
→ Bepaalt ruimtelijke structuur: afzonderlijke c-atomen
≠ ruimtelijke vorm: som verdeling rond elke bouwsteen
❖ Space-filling molecuulmodel
➢ Toont de ruimtelijke structuur
1.2 Methaan
❖ Wig-notatie
➢ Statisch beeld geven
➢ Kleinste energie-inhoud
❖ Moleculen zijn dynamisch
➢ Fluctuaties tussen bindingsafstanden en valentiehoeken
➢ Ontstaan door inwendige energie te verhogen
▪ Bewegingsenergie (Ekin) omzetten door botsing tot inwendige energie (Epot)
▪ Hoe hoger de temperatuur, hoe groter de bewegingsenergie, hoe meer botsingen
→ Energie uit omgeving nemen om temperatuur te verhogen
▪ Zorgt voor afwijkingen in de structuur molecule
1.3 Ethaan en conformationele isomerie
❖ Conformeren
= verschillende ruimtelijke vormen die ontstaan door rotatie rond een enkelv. binding
▪ Ene methlygroep tov andere te draaien over 60°
▪ C-C binding breekt niet
▪ Geen effect op verdeling elektrondensiteit
,2020-2021 Organische chemie Cel 1
➢ Geëclipseerd (MIN)
▪ C-H verbindingen recht tov elkaar
▪ Newman torsiehoek: 0°
▪ Veel sterische hinder
• C-H bindingen dichter bij elkaar
• Gevolg van repulsie: afstoting e- wolken
tussen 2 C-H bindingen
• Energieverhoging van 4 kJ/mol → voor ethaan: 12 kJ/mol
→ Kortstondig
➢ Geschrankt (MAX)
▪ Elke C-H doorsnijd hoek gevormd door 2 naburige C-H bindingen
▪ Newman torsiehoek: 60°
▪ Minst sterische hinder
▪ Minst energetisch
→Stabielste
➢ 𝛔 − 𝐭𝐲𝐩𝐞 𝐛𝐢𝐧𝐝𝐢𝐧𝐠𝐞𝐧: vrije draaibaarheid (enkelvoudige binding)
▪ sp3 hybridisatie
▪ Oneindig veel conformaties
▪ Verschillen in torsiehoek
▪ Grote mate van variabiliteit
➢ Verschillende energie-inhoud onderscheibaar: conformationele isomerie
1.3.1 Opbouw van een Newmanprojectie
❖ Verschillende conformaties voorstellen
❖ Opbouw
➢ Waarnemer kijkt langs de as van de binding waarrond rotatie is
➢ 2 atomen
▪ Dichtste: snijpunt overige bindingen
▪ Achterste: cirkel
➢ 3 overige bindingen: symmetrisch verdeeld
Geëclipseerd Geschrankt
1.4 Propaan
❖ Energiebarriere: 14 kJ/mol
➢ Sterische hinder tussen C-CH3 en C-H: 6 kJ/mol
➢ Tussen C-H en C-H: 4 kJ/mol
❖ Ook C-CH3 binding
,2020-2021 Organische chemie Cel 1
1.5 Butaan
❖ Anti
➢ Min energie
➢ Geschrankt rond C2-C3
➢ 180° (CH3 het verste uit elkaar)
❖ Maximaal geëclipseerde
➢ Max energie: 19 kJ/mol hoger dan anti
➢ Eclipseren
➢ 0°
❖ Eclips
➢ Energie 16 kJ/mol hoger dan anti
➢ 120° of 240° (-120°)
❖ Gauche formaties
➢ Min energie
➢ 60° en 300° (-60°)
➢ Elektronenwolken raken → afstoting moet overwonnen worden → Energie met 3,5 kJ/mol
verhogen
❖ Butaanmodellen bij kamertemperatuur
➢ 64% anti en 18% gauche
1.5.1 Alkanen groter dan butaan
❖ Meest stabiel: alle C-C staan anti
❖ Een deel ook gauche want er is voldoende Ekin
❖ Lineaire alkanen komen zelfden voor als volledig lineaire keten
❖ Conformaties gaan in elkaar over en kunnen overal in de keten optreden
→ Groot aantal conformaties (neemt toe met grote keten): dynamisch
1.6 De ruimtelijke structuur van alkenen en alkynen
1.6.1 Etheen en buteen als representatieve voorbeelden van alkenen
❖ 𝛑 − 𝐭𝐲𝐩𝐞 𝐛𝐢𝐧𝐝𝐢𝐧𝐠𝐞𝐧 (dubbele binding)
➢ sp2 hybridisatie
➢ Geen vrije draaibaarheid 𝛑- binding eerst breken
▪ 240 kJ/mol
▪ Bij hoge temperaturen of door licht
❖ Planair
❖ Als C atomen gebonden aan de dubbele binding, een verschillende substituent draagt
→ 2 isomere vormen mogelijk: cis-transdiastereoisomerie (stereoisomerie)
➢ Cis-isomeer
▪ Methylgroepen aan dezelfde zijde dubbele binding
▪ Meer reactief
▪ Meer sterische hinder
➢ Trans-isomeer
▪ Tegenovergestelde zijden
▪ Kleinere verbrandingswarmte: stabieler
→ Verbranding zal netto minder reactiewarmte vrijgeven = laagste verbrandingswarmte
1.6.2 Alkynen
❖ Lineair
❖ Sp-hybridisatie
, 2020-2021 Organische chemie Cel 1
1.7 De ruimtelijke structuur van cyclische verbindingen
= aromaten
❖ Gesloten keten beperkt mogelijke conformaties
❖ Rotaties enkel mogelijk als de ring-structuur blijft behouden
➢ Geen bindingen breken
❖ 6-ring meest voorkomend
➢ Laagste verbrandingswarmte = lineaire alkanen
1.7.1 De conformatie van cylcopropaan: Bayer- en Pitzerspanning
❖ Cycloalkanen: niet stabiel en zeer reactief
➢ Door hoge inwendige energie en spanning
➢ Hogere verbrandingswarmte (energie uit spanning)
❖ Cyclopropaan
➢ 1 conformatie: eclips
➢ 3 koolstofatomen vormen hoekpunten van gelijkzijdige driehoek
➢ Co-planair
➢ Valentiehoeken: 60°
▪ Grote afwijking van verwachtte sp3 C-atomen (109°)
→ Spanning ontstaat: inwendige energie hoger
= Bayerspanning (hoekspanning)
➢ Alle C-H bindingen zijn geëclipseerd = verhoging inwendige energie
→ Spanning
= Pitzerspanning
❖ Spanning hoogst in cyclopropaan
1.7.2 Cyclobutaan en cyclopentaan
❖ Spanning vermindert voor cyclobutaan
❖ Spanning valt weg voor cyclopentaan ➔ zou stabielste moeten zijn (is niet zo!)
❖ Spanning neemt toe voor cyclohexaan
❖ Verbrandingswarmte: stabiliteit is niet als verwacht
➢ Verbrandingswarmte minimaal bij cyclohexaan
➢ Grote ringen: identieke verbrandingswarmte aan cyclohexaan
→ Verklaring:
➢ Conformaties zijn mogelijk (niet planair blijven)
▪ Pitzerspanning vermijden (Pitzerspanning neemt normaal toe met 8 kJ/mol per extra CH2
groep)
▪ Cyclobutaan: vlinderconformatie
• Grotere hoek dan 90°: afwijken van eclips → stabieler
▪ Cyclopentaan: envelop-conformatie
• Nog steeds 2 eclipsen over → stabieler
1.7.3Cyclohexaan: het cyclische basismotief voor de meeste biochemische relevante cyclische
verbindingen
❖ Geen Bayerspanning en geen Pitzerspanning
➢ Valentiehoeken: 109°
➢ Alle bindingen geschrankt
➢ Verbrandingsspanning = verbrandingsspanning van lineaire alkanen
