2017 4-6 Wprowadzenie do nazewnictwa związków organicznychzcho.ch.pw.edu.pl/dyd_mks03.pdf · 3.2....

„Chemia Organiczna”, dr hab. inż. Mariola Koszytkowska-Stawińska, WChem PW; 2017/2018

1

4-6. Wprowadzenie do nazewnictwa związków organicznych


2

3.1. Homologia i izomeria konstytucyjna

Homologi – związki z tej samej klasy, każdy związek różni sięod swego poprzednika o jednągrupę metylenową (CH2)

jednostka strukturalna „izo”

nazwa zwyczajowa

nazwa systematyczna

Izomery konstytucyjne –ten sam wzór sumaryczny,różny sposób połączenia atomów


3

3.2. Nazewnictwo podstawników

Węglowodór metan CH4 etan CH3CH3 propan CH3CH2CH3 butan CH3CH2CH2CH3itd.

Podstawnik metyl CH3 etyl CH3CH2 propyl CH3CH2CH2 butyl CH3CH2CH2CH2

zamiana końcówki „an” w nazwie systematycznej węglowodoru na „yl”

1°(pierwszorzędowy) atom węgla

2°3°

4°

oznaczenie „odjęcia”wodoru

Podstawniki rozgałęzione (nazwy zwyczajowe)


4

3.3. Nazewnictwo alkanów

2-metylopentan 3-etyloheksan 4-propylooktan

CH32

3

4

5 1

najdłuższy łańcuch, tzw. główny

lokant podstawnika(najniższy z możliwych)

1

2

3

4

5

6

7

8

CH3 CH3CH2

5-etylo-3-metylooktan 2,4-dimetyloheksan

• podstawniki w porządku alfabetycznym

• di, tri, tetra, itd.– krotność takich samych podstawników (przedrostki – nie uwzględniane w porządku alfabetycznym, podobnie jak przedrostki sec- i tert-)

5-etylo-2,5-dimetyoheptan

3-etylo-5-metyloheptan

• lokanty są takie same w obu kierunkach numeracji - kierunek numeracji jest zgodny z porządkiem alfabetycznym podstawników


5

3.3.cd. Nazewnictwo alkanów

3-(1-metyloetylo)heksan3-etylo-2-metyloheksan

• dwa lub więcej łańcuchów tej samej długości – łańcuch główny to ten z większą liczbą podstawników

4-(1-metyloetylo)heptan 6-(1,2-dimetylopropylo)-4-propylodekan

• atom węgla podstawnika rozgałęzionego związany z łańcuchem głównym - zawsze lokant „1” w numeracji podstawnika

• przedrostki di, tri, tetra, itd. - część nazwy podstawnika uwzględniana w porządku alfabetycznym podstawników

nazwa prawidłowa


6

3.4. Nazewnictwo cykloalkanów

cyklopropan cyklobutan cyklopentan cykloheksan

• przedrostek „cyklo” przed nazwą alkanu o danej liczbie atomów węgla

• jeden podstawnik w pierścieniu – brak numeracji pierścienia

metylocyklopentan etylocykloheksan

• większa liczba atomów węgla w podstawniku niż w pierścieniu – pierścień jest podstawnikiem 1-cyklobutylopentan

1-etylo-2-metylocyklopentan 1-metylo-3-propylocyklopentan

• dwa różne podstawniki – kierunek numeracji pierścienia zgodny z porządkiem alfabetycznym nazw podstawników

• dwa podstawniki – taki kierunek numeracji pierścienia, aby lokant drugiego podstawnika byłjak najniższy

1,1,2-trimetylocyklopentan1

• takie same niskie lokanty dwóch podstawników –numeracja pierścienia w kierunku skutkującym jak najniższym lokantem trzeciego podstawnika

4-etylo-2-metylo-1-propylocykloheksan


związek Nomenklatura klasowo-funkcyjna

Nomenklatura podstawnikowa;halogen - podstawnik

chlorek metylu chlorometan

fluorek etylu fluoroetan

jodek izopropylu 2-jodopropan

bromek sec-butylu 2-bromobutan

7

Atom wodoru w alkanie jest zastąpiony przez halogen

jakikolwiek szkielet alkilowy

jakikolwiek halogen

1°

1° bromek alkilu

R CH BrR

2°

2° bromek alkilu

3°

3° bromek alkilu

Br

2-bromo-5-metyloheptan 1-etylo-2-jodocyklopentan 1-bromo-2-chloro-4-metylocykloheksan

3.5. Nazewnictwo halogenków alkili

Nomenklatura klasowo-funkcyjna - główną grupęcharakterystyczną określa nazwa klasy związku,np.: chlorek, alkohol lub keton, pisana jako oddzielny wyraz przed nazwą macierzystego wodorku (np.: jodek metylu, keton etylowo-metylowy) lub nazwa podstawnika (np. chlorek acetylu).

Nomenklatura klasowo-funkcyjna - główną grupęcharakterystyczną określa nazwa klasy związku,np.: chlorek, alkohol lub keton, pisana jako oddzielny wyraz przed nazwą macierzystego wodorku (np.: jodek metylu, keton etylowo-metylowy) lub nazwa podstawnika (np. chlorek acetylu).

Nomenklatura podstawnikowa - wymiana jednego lub większej liczby atomów wodoru macierzystego wodorku lub macierzystej struktury na inny atom lub grupę atomów określanych właściwym dla nich przyrostkiem bądźprzedrostkiem, np.: 1-metylonaftalen, pentan-1-ol.

Macierzysty wodorek jest strukturą, której nazwa po dodaniu afiksów wskazujących podstawniki utworzy nazwę określonego związku.

Nomenklatura podstawnikowa - wymiana jednego lub większej liczby atomów wodoru macierzystego wodorku lub macierzystej struktury na inny atom lub grupę atomów określanych właściwym dla nich przyrostkiem bądźprzedrostkiem, np.: 1-metylonaftalen, pentan-1-ol.

Macierzysty wodorek jest strukturą, której nazwa po dodaniu afiksów wskazujących podstawniki utworzy nazwę określonego związku.


8

Nomenklatura klasowo-funkcyjna;eter – klasa związku

(do nazywania małocząsteczkowych eterów) – nazwy szkieletów węglowych w porządku alfabetycznym

Nomenklatura podstawnikowa(alkoksyl - podstawnik)

eter etylowo-metylowy

eter dietylowy

eter tert-butylowo-izobutylowyy 1-tert-butoksy-2-metylopropan

eter sec-butylowo-izopropylowy 2-izopropoksybutan

eter cykloheksylo-izopentylowy izopentyloksycyklohexan

eter symetryczny(jednakowe szkielety węglowe)

eter niesymetryczny(różne szkielety węglowe)

O

3.6. Nazewnictwo eterów


9

3.7. Nazewnictwo amin

Nomenklatura klasowo-funkcyjna;amina – klasa związku

(do nazywania małocząsteczkowych amin) – podstawniki przy atomie azotu w porządku alfabetycznym

Nomenklatura podstawnikowa;grupa aminowa (NH2, RNH lub R2N) – podstawnik

etyloamina etanoamina

metylopropyloamina N-metylopropano-1-amina

dietyloamina N,N-dimetylobutano-1-amina

butylodimetyloamina N-etylo-5-metyloheksano-3-amina

1° amina 2° amina 3° amina

• rzędowość aminy – liczba podstawników węglowych przy at. N

N


10

3.8. Nazewnictwo alkoholi

związek

Nomenklatura klasowo-funkcyjna;alkohol – klasa związku

alkoholetylowy

alkoholpropylowy

alkoholizopropylowy alkohol izobutylowy

Nomenklatura podstawnikowa;grupa hydroksyksylowa (ol) - podstawnik

etanol propan-1-ol propan-2-ol 2-metylopropan-1-ol

1° alkohol 2° alkohol 3° alkohol

R CH OHR

• łańcuch główny musi zawierać grupę funkcyjną (tutaj, OH), a jej lokant musi być najniższy z możliwych

2-etylopentan-1-ol

Zasady konstruowania nazw grupowo-funkcyjnych

heksano-1,2-diol pentano-2,3,4-triol

• liczba grup OH w łańcuchu głównym –przedrostek di-, tri, tetra-, itd. OH

OH

OH


11

3-bromobutan-1-ol 4-chlorobutan-2-ol 5,5-dimetyloheksan-2-ol

• grupa OH ma najniższy lokant spośród lokantów innych podstawników

• jeśli numeracja w obu kierunkach daje taki sam lokantgrupy OH, to łańcuch główny jest numerowany tak, aby lokant drugiego podstawnika był najniższy z możliwych

2-chloropentan-3-ol 3-metylocycloheksanol

7-chloro-4-etylooktan-2-ol• jeśli są dwa lub więcej podstawniki (poza grupą OH), to wymienia się je w porządku alfabetycznym

3.8.cd. Nazewnictwo alkoholi


12

3.9. Wybrane właściwości fizyczne związków organicznych

Temperatura wrzenia a stopień rozgałęzienia

0

10

20

30

40

pentan 2-metylobutan 2,2-dimetylopropan

Tw/s

t. C

Temperatura wrzenia i temperatura topnienia a liczba atomów węgla

-200-160-120

-80-40

040

1 2 3 4 5

Liczba atomów C

T/st

. C

TwTt

HH

HH

CH3 CH3

pentan 2-metylobutan 2,2-dimetylopropan


13

3.9.cd. Wybrane właściwości fizyczne związków organicznych

Temperatura wrzenia a klasa związku

-515

355575

95

alkan eter alkohol amina

Tw/s

t. C

O

OH

NH2

Temperatura wrzenia a rodzaj halogenku alkilu

-50

0

50

100

alkan fluorek chlorek bromek jodek

Tw/s

t. C

F

Cl

Br

I

alkilu

wiązanie wodorowe0.169-0.179 nm

0.096 nm

Temperatura wrzenia a rzędowość aminy

0

50

100

1° 2° 3°

Tw/s

t. C

NH NNH2


3.10. Pojęcie konformacji

14

Konformacja – wzajemne ułożenie w przestrzeni elementów składowych obiektu bez zmiany konstytucji (budowy) obiektu

Przemiana konformacyjna zmiana wzajemnego ułożenia w przestrzeni elementów składowych obiektu bez zmiany konstytucji (budowy) obiektu; nie powoduje rozłączenia elementów obiektu

najtrwalsza konformacja

najmniej trwała konformacja

admin

Prostokąt


15

3.11. Równowaga konformacyjna w etanieE

nergia potencjalna

0 60 120 180 240 300 360

H

H

H

H

H H

Wzory Newmana

barierarotacji


16

3.12. Wizualizacja równowagi konformacyjnej w butanie

« Chem3D Embed »


17

3.6 kJ/mol

0 60 120 180 240 300 360

Ene

rgia

pot

encj

alna H3C

H

H

CH3

HHkonformacje

naprzeciwległe

konformacje naprzemianległe

antyperiplanarnasynklinalna synklinalna

synperiplanarna antyklinalna antyklinalna

19 kJ/mol

16 kJ/mol

3.13. Równowaga konformacyjna w butanie – zmiana energii potencjalnej

O nazwach konformacji - p. Uzupełnienie


18

niewielki stopień nałożenia orbitalisłabe wiązanie

Energia naprężeń*[kcal/mol]

cyklopropan 27.3

cyklobutan 26.5

cyklopentan 06.2

cykloheksan 00

cykloheptan 06.2

*z różnicy między ciepłem spalania cykloalkanu (w przeliczeniu na jednostkęCH2) i ciepłem spalania acyklicznego alkanu (w przeliczeniu na jednostkęCH2), pomnożonej przez liczbęjednostek CH2 w pierścieniu. Im wiIm więęcej energii (naprcej energii (naprężężenia) zwienia) zwiąązek zek zawiera, tym wizawiera, tym więęcej energii (cej energii (ciepciepłłaa))zostaje uwolnione w czasie spalania.zostaje uwolnione w czasie spalania.

3.14. Naprężenia kątowe w cykloalkanach

znaczny stopień nałożenia orbitali silne wiązanie


19

23

4

5 61

HH

H

H

H

H

H

H

H

H

H

H

krok 1. 2. 3. 4. 5.

konformacja krzesłowaminimum energii potencjalnej

wiązania aksjalne

wiązania ekwatorialne

wiązania do siebie równoległeWażne

3.15. Równowaga konformacyjna w cykloheksanie – rodzaje wiązań C-H


20

maksimumenergii potencjalnej

minimumenergii potencjalnej

minimumenergii potencjalnej

wiązania aksjalne

5

H

H

H

H

HH

HH

2 H

6

H

4 1

H

3Hkonformacja łodziowa

maksimum energii potencjalnej

szybka konwersja

ten at. C pociągnąć w dół

ten atom C popchnąć w górę

wiązania ekwatorialne

3.16. Równowaga konformacyjna w cykloheksanie – rodzaje konformacji


21

trwalszy konformer oddziaływania 1,3-diaksjalnezatłoczenie steryczne

Podstawnik H CH3 CH2CH3

1 18 21 35 4800

H3C

CH3

ponad 99.9% populacji cząsteczek w postaci konformeru z t-Bu w

położeniu ekwatorialnym

3.17. Równowaga konformacyjna w monopodstawionych cykloheksanach


22

cis-1,4-dimetylocykloheksan

obie gr. CH3 po tej samej stronie pierścienia(oba wiązania skierowane w dół)

trans-1,4-dimetylocykloheksan

obie gr. CH3 po przeciwnych stronach pierścienia

konformer (a,e) (e,a) (e,e) (a,a)

Ważne Konwersja pierścienia nie powoduje zmiany rodzaju izomeru

wiązanie skierowane w górę

wiązanie skierowane w dół

3.18. Równowaga konformacyjna w dimetylocykloheksanie


23

cis-1-t-butylo-3-metylocykloheksan

trans-1-t-butylo-3-metylocykloheksan

(e,e) (a,a)

(a,e) (e,a)

3.19. Równowaga konformacyjna w 1-t-butylo-2-metylocykloheksanie


24

cis-1-t-butylo-2-metylocykloheksan

trans-1-t-butylo-2-metylocykloheksan

3.20. Równowaga konformacyjna w 1-t-butylo-3-metylocykloheksanie


25

trans-dekalina

H

H

cis-dekalina

H

H

H

H

HOH

H

H

cholesterol

Układ pierścieni w cząsteczkach steroidów

A B

C D

trans-skumulowane pierścienie

3.21. Skumulowane cykloalkany


Uzupełnienie

26


27

Kąt torsyjny (Torsional Angle)[i]

W łańcuchu atomów A-B-C-D kąt dwuścienny pomiędzy płaszczyzną zawierającą atomy A,B,C i płaszczyzną zawierającą atomy B,C,D. W projekcji Newmana kąt torsyjny jest kątem (mającym bezwzględną wartość od 0o do 180o) pomiędzy wiązaniami skierowanymi do dwóch grup odniesienia, jednej związanej z atomem bliższym i drugiej związanej z atomem dalszym od obserwatora. Kąt torsyjny pomiędzy grupami A i D uznaje się za dodatni jeżeli obrót wiązania A-B zgodnie z ruchem wskazówki zegara o mniej niż 180o doprowadzi do jego nałożenia się z wiązaniem C-D; ujemny kąt torsyjny wymaga, dla osiągnięcia tego efektu, obrotu w przeciwnym kierunku. Sterochemiczne ułożenie odpowiadające kątom torsyjnym pomiędzy 0o i ±90o nazywa się syn (s), kątom torsyjnym pomiędzy ±900 i 180o anti (a). Podobnie, ułożenie podstawników odpowiadające kątowi torsyjnemu pomiędzy -30o i -1500 albo pomiędzy 30o i 1500 nazywane jest klinalnym (c), a pomiędzy 0o i ±30o albo ±150o i 180o nazywane jest periplanarnym (p). Te dwa rodzaje terminów można połączyć tak, aby definiowały cztery zakresy katów torsyjnych: 0o do ±30o synperiplanarny (sp), 30o do 90o i –30o do –90o synklinalny (sc), 90o do 150o i –90o do –150o antiklinalny (ac),±150o do 180o antiperiplanarny (ap). Ułożenie podstawników odpowiadające kątowi torsyjnemu ∀90o nazywa się ∀izoklinalnym (+ic, -ic).

[i] Podstawowa terminologia sterochemii (Zalecenia IUPAC 1996), Polskie Towarzystwo Chemiczne, Warszawa 1999.


28

Cykloalkany przyjmują konformacje o minimalnej energii z trzech łącznie występujących przyczyn:•Naprężenia kątowego – naprężenia związanego z powiększaniem lub zmniejszaniem się kątów między wiązaniami.

•Naprężenia torsyjnego – naprężenia związanego z naprzeciwległym ułożeniem wiązań przy sąsiednich atomach węgla.

•Naprężenia sterycznego – naprężenia związanego z oddziaływaniem odpychającym, gdy atomy (grupy atomów) zbliżają

się do siebie zbyt blisko.

(McMurry, rozdział 4.5, s. 112)

2017 4-6 Wprowadzenie do nazewnictwa związków organicznychzcho.ch.pw.edu.pl/dyd_mks03.pdf · 3.2....

Documents

Transcript of 2017 4-6 Wprowadzenie do nazewnictwa związków organicznychzcho.ch.pw.edu.pl/dyd_mks03.pdf · 3.2....