Samenvatting organische chemie
Hoofdstuk 1: ruimtelijke structuur koolstofskelet
1.1 inleiding
hybridisatie bepaalt ruimtelijke verdeling door:
- aantal atoomgroepen
- onderlinge oriëntatie van σ-bindingen
- soorten
o sp3: 4 σ-bindingen – 109° (valentiehoek)
o sp2: 3 σ-bindingen – 120°
o sp: 2 σ-bindingen – 180°
ruimtelijke structuur (volledige molecule) = som van ruimtelijke verdeling
rondom elke bouwsteen van het skelet
structuur zorgt voor fysiochemische eigenschappen
o vb: stearinezuur en oleïnezuur
verschil = 1 dubbele binding in oleïnezuur => 55°
alifatische koolwaterstoffen = alkanen, cyclo- alkanen, alkenen, alkynen
1.2 methaan
moleculen niet statisch => bij kamertemperatuur = minimale inwendige
energie = wig notatie
werkelijkheid: fluctueren van bindingsafstanden en
valentiehoeken door inwendige energie te verhogen
o door bewegingsenergie => inwendige energie
o = kinetische => potentiële
o Door botsing
Hoe hoger temperatuur => hoe hoger gem. bewegingsenergie =>
hoe meer botsingen tot verhoging inwendige energie => afwijkingen
molecule
Bij bepaalde temperatuur afwijking zo groot => zwakste binding
gebroken (belangrijk voor chemische reactiviteit)
1.3 ethaan
ruimtelijke structuur = niet eenduidig!
- Geëclipseerde vorm = elke C-H binding van ene C atoom precies
tegenover C-H binding andere C
, - Geschrankte vorm = C-H binding ene atoom snijdt hoek van twee C-
H bindingen van andere C atoom
Gaan in elkaar over door rotatie rondom C-C as => binding niet gebroken
(conformeren = veranderen ruimtelijke structuur door rotatie, geen
bindingen gebroken)
Newman projectie (voorstelling)
- Opbouw
o Waarnemer kijkt langs as van
rotatie
o Voorste C-atoom = kruispunt
o Achterste C-atoom = cirkel
o Overige bindingen symmetrisch verdeeld
- Torsiehoek ϑ (hier 0° of 60°)
o Overgaan door ene methylgroep te draaien t.o.v. de andere
o 0° maximum inwendige energie
o 60° minimum inwendige energie
Pagina 8 moeilijk deel
Σ – bindingen hebben vrije
draaibaarheid => oneindig
conformaties => allemaal
verschillende inwendige energie
en torsiehoek
-Verschil in energie als
gevolg van grotere
elektrostatische afstoting tussen σ- bindingselektronen =>
voorbeeld van sterische hinder
2 extreme conformaties (geschrankt vs geëclipseerd)
- geëclipseerd => H-atomen staan dichter bij elkaar => sterische
hinder => energieverschil van 12kJ. Mol ^-1
conformationele isomerie = soort isomerie => conformeren hebben
verschillende energie inhoud
bij overgaan van conformatie energie barrière (= geëclipseerde vorm)
overwonnen worden
- vorm heeft hogere energie => komt korter voor
1.4 propaan
Analoog propaan, maar ook C-C binding
,Zelfde energie diagram, maar grotere energie barrière (14 kJ.mol ^-1)
- omdat repulsie iets groter is tussen C-C en C-H binding
1.5 butaan
3 geschrankte en 3 geëclipseerde vormen (rotatie rond centrale C2-C3)
pagina 11
- Anti-conformatie:
o Torsiehoek = 180°
o Laagste energie inhoud
- Maximaal eclips
o Torsiehoek = 0°
o Hoogste energie inhoud
o Beide methylgroepen eclipseren
- Eclips
o Torsiehoek = 120° of -120° (240°)
o Methylgroepen tegenover een waterstofatoom van andere C-
atoom
- Gauche conformatie
o Torsiehoek 60° en -60° (300°)
o Minimum, maar minder minimum dan anti
- Methylgroepen komen dichtbij H-atomen => elektronenwolken raken
elkaar => repulsie moet overwonnen worden om contact toe te
laten => daarom iets hogere energie dan anti
Anti (64%) is energetisch gunstig => komt meer voor dan gauche
(18%)
Besluit
- Meest stabiel = anti
- Gauche komt ook veel voor omdat energie inhoud weinig
meer bedraagt
- Conformaties kunnen overgaan en kan overal in keten
voorkomen => heel veel en heel snel overgaan
o Hoe groter koolwaterstofskelet
1.6 ruimtelijke structuur van alkenen en alkynen
1.6.1 etheen en butheen als representatieve voorbeelden van alkenen
Sp2- hybridisatie + π – binding => helemaal anders
Etheen
- Alle atomen in zelfde vlak => planair molecuul (geen 3D)
, - Geen vrije draaibaarheid rond dubbele binding
o Anders zou π- binding breken => kost 240 kJ.mol^-1 => enkel
bij temperaturen hoger dan 500° of door licht
Stijfheid dubbele binding zijn er 2 isomeren waar elk van dubbel gebonden
C-atomen een verschillend substituent draagt
cis-trans diastereoisomerie = soort van stereoisomerie
- Cis
o Beide methylgroepen aan dezelfde zijde van dubbele binding
- Trans
o Methylgroepen aan tegenovergestelde zijde
o Kleinere verbrandingswarmte
o Stabieler = meer energie nodig om binding te breken
Verbreken = vorming H20 en CO2 + warmte (enthalpie)
Opgelet: cis en trans hebben geen eenduidige betekenis als C-atoom 2
verschillende substituenten draagt
1.6.2 alkynen
Sp- hybridisatie => 2 sp koolstofatomen op 1 lijn => niet echt ruimtelijke
structuur
1.7 ruimtelijke structuur van cyclische verbindingen
Door gesloten keten => conformaties beperkt
Rotatie rond individuele C-C binding enkel mogelijk als ze ring structuur
behouden
1.7.1 conformatie van cyclopropaan: Bayer- en Pitzerspanning
Cyclopropaan (C3H6)
1 conformatie waarbij 3 C-atomen hoekpunten van gelijkzijdige driehoek
vormen
- 3 C-atomen zij co-planair => valentiehoeken moeten 60° zijn
o Grote afwijking van sp3 (109°) => spanning => inwendige
energie hoger
Bayerspanning = hoekspanning = spanning die zorgt
voor afwijking van valentiehoeken
- Naburige C-H bindingen geëclipseerd =>
verhoging inwendige energie
o Pitzerspanning = spanning die ontstaat
door eclipsconformatie
Beide spanning verklaren grote reactiviteit
Hoofdstuk 1: ruimtelijke structuur koolstofskelet
1.1 inleiding
hybridisatie bepaalt ruimtelijke verdeling door:
- aantal atoomgroepen
- onderlinge oriëntatie van σ-bindingen
- soorten
o sp3: 4 σ-bindingen – 109° (valentiehoek)
o sp2: 3 σ-bindingen – 120°
o sp: 2 σ-bindingen – 180°
ruimtelijke structuur (volledige molecule) = som van ruimtelijke verdeling
rondom elke bouwsteen van het skelet
structuur zorgt voor fysiochemische eigenschappen
o vb: stearinezuur en oleïnezuur
verschil = 1 dubbele binding in oleïnezuur => 55°
alifatische koolwaterstoffen = alkanen, cyclo- alkanen, alkenen, alkynen
1.2 methaan
moleculen niet statisch => bij kamertemperatuur = minimale inwendige
energie = wig notatie
werkelijkheid: fluctueren van bindingsafstanden en
valentiehoeken door inwendige energie te verhogen
o door bewegingsenergie => inwendige energie
o = kinetische => potentiële
o Door botsing
Hoe hoger temperatuur => hoe hoger gem. bewegingsenergie =>
hoe meer botsingen tot verhoging inwendige energie => afwijkingen
molecule
Bij bepaalde temperatuur afwijking zo groot => zwakste binding
gebroken (belangrijk voor chemische reactiviteit)
1.3 ethaan
ruimtelijke structuur = niet eenduidig!
- Geëclipseerde vorm = elke C-H binding van ene C atoom precies
tegenover C-H binding andere C
, - Geschrankte vorm = C-H binding ene atoom snijdt hoek van twee C-
H bindingen van andere C atoom
Gaan in elkaar over door rotatie rondom C-C as => binding niet gebroken
(conformeren = veranderen ruimtelijke structuur door rotatie, geen
bindingen gebroken)
Newman projectie (voorstelling)
- Opbouw
o Waarnemer kijkt langs as van
rotatie
o Voorste C-atoom = kruispunt
o Achterste C-atoom = cirkel
o Overige bindingen symmetrisch verdeeld
- Torsiehoek ϑ (hier 0° of 60°)
o Overgaan door ene methylgroep te draaien t.o.v. de andere
o 0° maximum inwendige energie
o 60° minimum inwendige energie
Pagina 8 moeilijk deel
Σ – bindingen hebben vrije
draaibaarheid => oneindig
conformaties => allemaal
verschillende inwendige energie
en torsiehoek
-Verschil in energie als
gevolg van grotere
elektrostatische afstoting tussen σ- bindingselektronen =>
voorbeeld van sterische hinder
2 extreme conformaties (geschrankt vs geëclipseerd)
- geëclipseerd => H-atomen staan dichter bij elkaar => sterische
hinder => energieverschil van 12kJ. Mol ^-1
conformationele isomerie = soort isomerie => conformeren hebben
verschillende energie inhoud
bij overgaan van conformatie energie barrière (= geëclipseerde vorm)
overwonnen worden
- vorm heeft hogere energie => komt korter voor
1.4 propaan
Analoog propaan, maar ook C-C binding
,Zelfde energie diagram, maar grotere energie barrière (14 kJ.mol ^-1)
- omdat repulsie iets groter is tussen C-C en C-H binding
1.5 butaan
3 geschrankte en 3 geëclipseerde vormen (rotatie rond centrale C2-C3)
pagina 11
- Anti-conformatie:
o Torsiehoek = 180°
o Laagste energie inhoud
- Maximaal eclips
o Torsiehoek = 0°
o Hoogste energie inhoud
o Beide methylgroepen eclipseren
- Eclips
o Torsiehoek = 120° of -120° (240°)
o Methylgroepen tegenover een waterstofatoom van andere C-
atoom
- Gauche conformatie
o Torsiehoek 60° en -60° (300°)
o Minimum, maar minder minimum dan anti
- Methylgroepen komen dichtbij H-atomen => elektronenwolken raken
elkaar => repulsie moet overwonnen worden om contact toe te
laten => daarom iets hogere energie dan anti
Anti (64%) is energetisch gunstig => komt meer voor dan gauche
(18%)
Besluit
- Meest stabiel = anti
- Gauche komt ook veel voor omdat energie inhoud weinig
meer bedraagt
- Conformaties kunnen overgaan en kan overal in keten
voorkomen => heel veel en heel snel overgaan
o Hoe groter koolwaterstofskelet
1.6 ruimtelijke structuur van alkenen en alkynen
1.6.1 etheen en butheen als representatieve voorbeelden van alkenen
Sp2- hybridisatie + π – binding => helemaal anders
Etheen
- Alle atomen in zelfde vlak => planair molecuul (geen 3D)
, - Geen vrije draaibaarheid rond dubbele binding
o Anders zou π- binding breken => kost 240 kJ.mol^-1 => enkel
bij temperaturen hoger dan 500° of door licht
Stijfheid dubbele binding zijn er 2 isomeren waar elk van dubbel gebonden
C-atomen een verschillend substituent draagt
cis-trans diastereoisomerie = soort van stereoisomerie
- Cis
o Beide methylgroepen aan dezelfde zijde van dubbele binding
- Trans
o Methylgroepen aan tegenovergestelde zijde
o Kleinere verbrandingswarmte
o Stabieler = meer energie nodig om binding te breken
Verbreken = vorming H20 en CO2 + warmte (enthalpie)
Opgelet: cis en trans hebben geen eenduidige betekenis als C-atoom 2
verschillende substituenten draagt
1.6.2 alkynen
Sp- hybridisatie => 2 sp koolstofatomen op 1 lijn => niet echt ruimtelijke
structuur
1.7 ruimtelijke structuur van cyclische verbindingen
Door gesloten keten => conformaties beperkt
Rotatie rond individuele C-C binding enkel mogelijk als ze ring structuur
behouden
1.7.1 conformatie van cyclopropaan: Bayer- en Pitzerspanning
Cyclopropaan (C3H6)
1 conformatie waarbij 3 C-atomen hoekpunten van gelijkzijdige driehoek
vormen
- 3 C-atomen zij co-planair => valentiehoeken moeten 60° zijn
o Grote afwijking van sp3 (109°) => spanning => inwendige
energie hoger
Bayerspanning = hoekspanning = spanning die zorgt
voor afwijking van valentiehoeken
- Naburige C-H bindingen geëclipseerd =>
verhoging inwendige energie
o Pitzerspanning = spanning die ontstaat
door eclipsconformatie
Beide spanning verklaren grote reactiviteit
