szerves kémia jegyzet

5/24/2018 szerves k mia jegyzet

1/186

1

SZEGEDI TUDOMNYEGYETEMTTIK

SZERVES KMIA

I. ves biolgia alapszakos hallgatk szmra

Dr. Notheisz Ferenc

egyetemi tanr

Dr. Zsigmond gnesegyetemi docens

Szerves Kmiai Tanszk

2008


2/186

1

Bevezets

Rgebben azt gondoltk, hogy szervesvegyleteket csak az l szervezet tud ltrehozni,gy azok laboratriumi ellltst meg sem rdemes ksrelni. Ez a nzet nagy mrtkbenfkezte a szerves kmia fejldst a 19. szzad elejn, s akkor dlt meg, amikor Whlernmet kmikus 1828-ban egy szervetlen sbl ellltotta a karbamidot, amelyet addig csakaz l szervezet ltal elllthat anyagnak tekintettek. Ez a felfedezs mutatott r arra, hogynincs alapvet klnbsg a szerves s a szervetlen anyagok kztt, s, legalbbis elvben,minden szerves anyag elllthat a laboratriumban, az l szervezet kzremkdse nlklis.

A mai rtelemben vve a szerves kmia a sznvegyletek kmija. A szn kpes arra, hogysok sznatom sszekapcsoldsa rvn hossz lncokat, s ezltal nagyon bonyolult vegy-leteket, hozzon ltre. Ez a bonyolultsg, s a lehetsges szerves vegyletek nagy szma indo-kolja a sznvegyletek klnll trgyalst.

A fejlds sorn klnvlt a szerves kmitl az l szervezetekben lejtszd fo lyama-tokkal foglalkoz biokmia, amit elssorban ezen folyamatok komplex volta indokol. ssze-tettsgk ellenre a biokmiai talakulsok is alapveten szerves reakcik, gy ezen fo lyama-tok megrtshez elengedhetetlenek a szerves kmiai alapismeretek. A jegyzet hrom rszre

bontva trgyalja ezeket az ismereteket.Az els rsz a szerves vegyletekkel foglakozik. Trgyalja a szerves vegyletekben el-

fordul fontosabb ktstpusokat, ismerteti a szerves vegyletek csoportostst, s az egyesvegylettpusok elnevezsnek alapelveit. Ugyancsak ez a rsz foglalkozik a szerves vegy-

letek trkmijval, s a szerkezetk meghatrozsra szolgl fontosabb mdszerek ismer-tetsvel.A msodik rsza szerves vegyletek talakulsaival foglalkozik. A szerves kmia fejl -

dse kvetkeztben ma mr nemcsak azt tudjuk megmondani, hogy egy adott vegylet vr-hatan milyen termkk kpes talakulni, hanem az talakuls egyes lpseit (azaz a reakcimechanizmust) is viszonylag pontosan le tudjuk rni. A szerves reakcikat jellemz reakci-mechanizmusok nhny alaptpusra vezethetk vissza. Ezrt ebben a rszben elszr ezeketaz alaptpusokat trgyaljuk, majd sorra vesszk az egyes vegyletcsaldokat, s ott ismertet -

jk rszletesebben a rjuk leginkbb jellemz reakcimechanizmusokat.A harmadik rsztrgyalja egyrszt a termszetben elfordul szerves vegyletek legfon-

tosabb csoportjait, msrszt azt ismerteti, hogyan lehet alkalmazni a szerves kmiban meg -

ismert alapelveket az l szervezetben lejtszd folyamatok rtelmezsre. A jegyzet f clja nem az, hogy memorizland ismereteket kzljn, s csak azt rja le,

hogy mitrtnik a szerves reakcik sorn, hanem sokkal inkbb az, hogy mirtaz adott m-don mennek vgbe az egyes talakulsok. Ezrt az anyag sorn sem lehet alapvet cl az is-meretek egyszer megtanulsa, hanem sokkal inkbb azoknak az ltalnos elveknek a meg-rtse, amelyek alapjn a szerves kmiai talakulsok vgbemennek.


3/186

2

TARTALOM

A szerves vegyletek

1. Ktsek a szerves kmiban 3

2. A szerves vegyletek csoportjai 14

3. A szerves vegyletek trkmija 29

4. Szerkezetmeghatrozsi mdszerek 46

A szerves reakcik

5. A szerves reakcik jellemzse 59

6. A sznhidrognek reakcii 72

7. Az alkil-halogenidek reakcii 87

8. Az alkoholok s az aminok reakcii 97

9. A karbonilvegyletek reakcii 110

10. Szn-szn ktsek kialaktsa 128

Bioszerves kmia

11. Termszetes sznvegyletek 140

12. Aminosavak s peptidek 160

13. Enzimreakcik 173


4/186

3

1.fejezet

Ktsek a szerves kmibanEz a fejezet elszr a szerves vegyletekben elfordul ktstpusokat, s azok tulajdonsgaittrgyalja, majd azt ismerteti, hogyan kpzeljk el mai tudsunk alapjn ezeknek a ktsekneka kialakulst.

1.1. Az atomok elektronszerkezeteEgy atommagban a rendszmmalazonos szm, pozitv tlts proton tallhat. A protonokmellett semleges neutronok is vannak a magban. Egyttes szmuk az atom tmegszmtadja

meg. A protonokkal azonos szm elektron elektronhjakon helyezkedik el. Az elektronhja-kat szmokkal szoks jellni. Minl tvolabb van egy hj a magtl, annl nagyobb szmmaljelljk, s annl nagyobb energij. Az egyes hjakon bell az elektronok atomplykontallhatk. Az atomplykat betkkel szoks megklnbztetni (s,p,d). Az els hj csak egy

s-plybl ll, de a msodik hjon mr egy s- s hrom p-plya helyezkedhet el. Egy plyncsak kt elektron tartzkodhat, azok is ellenttes spinnel. Ennek megfelelen az els hjoncsak kett, a msodik hjon viszont mr nyolcelektron szmra van hely.Az elektronok elszr mindig az alacsonyabb energij plykra lpnek be. Az azonos energi-j plyk (pldul a hromp-plya) esetben az elektronok gy helyezkednek el, hogy a p-rostatlan elektronok szma maximlis legyen. Az els tz elem elektroneloszlst az albbisma szemllteti:

NeFONCBBeLiHeH

2pz

2py

2px

2s

1s

A sznatomnakhat elektronja van, s ezek elektroneloszlsa az 1s22s22p2 kplettel rhatle. Mivel azonban a kmiai tulajdonsgokat a le nem zrt hjak elektronjai (a vegyrtkelek-tronok) hatrozzk meg, csak a msodik hjat kell a kmiai tulajdonsgok rtelmezsecljbl tekintetbe venni, gy a szn vegyrtkhjnak elektroneloszlsa s2p2 .

1.2. Az ionos s a kovalens kts

A nemesgzok(He, Ne) a legstabilabb atomok, mivel lezrtkls hjjal rendelkeznek. Sta-bilitsuk miatt a nemesgzok atomos formban fordulnak el. Mivel minden rendszer az ener-giaminimum elrsre trekszik, a tbbi atom is igyekszik elrni a nemesgzokhoz hasonllezrt vegyrtkhjat. A ltium egy elektron leadsvalolyan pozitv tlts ionn (kationn)alakul, amely ugyanolyan lezrt vegyrtkhjjal rendelkezik, mint a hlium.


5/186

4

NeFLiHe

2pz

2py

2px

2s

1s

A fluor viszont egy elektron felvtelvelolyan negatv tlts ionn (anionn) alakul, amelya neonhoz hasonl lezrt vegyrtkhjjal rendelkezik. A kationok s anionok kztt elektro -sztatikus klcsnhats alakul ki, ezrt az ionok ionrcsokat kpeznek. Tipikus pldja ennek a

NaCl. Az ionrcsokat sszetart ktst ionos ktsneknevezzk.Olyan esetekben azonban, amikor azonos atomok (pldul kt hidrognatom) kztt alakul

ki kts, nincs lehetsg az ionos kts kialakulsra, hiszen a kt atom elektronlead vagyelektronfelvev kpessge azonos. A stabilabb llapot elrsre val trekvs miatt azonban

ezek az atomok is molekulkat igyekeznek kpezni. A hidrognmolekula kialakulsnak haj-tereje pldul az, hogy ebben az esetben a molekula kialakulsa 435 kJ/mol felszabadul-sval jr.

Lewis 1916-bl szrmaz elkpzelse szerint az ilyen ktsek gy alakulnak ki, hogymindkt atom egy-egy elektront ad a kts kialaktshoz, s az energiacskkens oka az,hogy a kts kialakulsa rvn mindkt atom a nemesgzokhoz hasonl lezrt hjra tesz szert.A hidrognmolekula esetben pldul mindkt atom a hliumhoz hasonl lezrt hjjal ren-delkezik.

H H

Az ilyen mdon ltrejv ktseket kovalens ktsekneknevezzk. A kovalens ktst vagya ktst ltrehoz elektronprral, vagy pedig az elektronprt helyettest vegyrtkvonallalszoks jellni.

H H

A szerves vegyletekben gyakran fordul el a szn, az oxign, a nitrogn s a fluor. Ezeknlaz atomoknl a msodik hj a vegyrtkhj, s ezen nyolc elektron helyezkedhet el. Ezrtezek az atomok olyan molekulaplyk kialaktsra trekszenek, amelyeken nyolc elektron ta-llhat (oktett-elv).

Ennek megfelelen a szn (s2p2) ngy, a nitrogn (s2p3) hrom, az oxign (s2p4) kett, mga fluor (s2p5) egy kovalens kts kialaktsra kpes.

N

H

H

H

OH H FH

H

H

HH C

A ktsben rszt nem vev elektronprokat nemkt elektronproknak nevezzk. A nitrognegy, az oxign kett, a fluor pedig hrom nemkt elektronprral rendelkezik, mg a sznneknincsenek ilyen elektronjai.


6/186

5

A nemkt elektronprok olyan kovalens ktsek kialaktsra kpesek, amelyeknl a ktstkialakt mindkt elektront a nemkt elektronprt tartalmaz atom, a donoratom, adja. Azilyen kovalens ktseket datv ktseknek nevezik. Datv ktssel kti meg pldul azammniaa pozitv tlts hidrogniont, a protont.

N

H

H

H

+ H+

N

H

H

H

H+

A datv kts kialakulsa utn az elektronpr mindkt rsztvev atomhoz tartozik, ezrt annlknnyebben alakul ki, minl kevsb ktdik a donoratomhoz. A ktsben rsztvev atomelektronvonz kpessgt elektronegativitsnaknevezzk.

n az elektronegativits

FONC

A peridusos rendszerben az elektronegativits balrl jobbra n, ezrt a fenti donoratomokkzl a halognek kpesek a legkisebb, a nitrogn pedig a legnagyobb mrtkben datv kt-sek kialaktsra.Az elektronegativits ilyen jelleg vltozsa miatt a donor-atomok kzl a halognekkpesek a legkisebb, a nitrogn pedig a legnagyobb mrtkben datv ktsek kialaktsra.

H FHH O

H

H

H

N > >

1.3. A szerves molekulk brzolsa

Az elektronprokat feltntet kpleteket akkor szoks hasznlni, ha fontosnak tartjuk jellni,mi trtnik egy reakci sorn a ktst ltrehoz elektronokkal.

A B A+ + B-

ltalban azonban a szerves vegyleteket a vegyrtkvonalakat alkalmaz kpletekkel szok-tk brzolni.

H H

HH

HH

CC

A kpletek rvidtse cljbl sok esetben egyszerstseket alkalmaznak. gy pldul nemjellik a ktseket, csak egyms mell rjk a kapcsold atomokat.


7/186

6

CH3CH2CH2CH2CH3

Sokszor alkalmazzk azt a megoldst is, hogy sszevonjk az azonos atomcsoportokat.

CH3(CH2)3CH3

Tovbbi lehetsg az egyszerstsre az albbiakhoz hasonl vonalbrk alkalmazsa:

CH3CH2CH2CH3 butn

CH3CHCH3

CH3

izobutn

Ezeknl a vonalbrknl a vonalak kt vge, s a metszspontok jelentik a sznatomokat, s asznatomhoz kapcsold hidrogneket nem tntetik fel. Az ilyen kpleteknl teht a teltshezszksges maximlis szm hidrognt gondolatban a kplet rsznek kell tekinteni. A mole-kulban tallhat tbbszrs ktseket viszont jellni kell.

CH2C CH CH2

CH3

Ugyancsak jellni kell a sznen, s a hozz kapcsold hidrogneken kvl minden ms ato -mot is.

1.4. A molekulk trszerkezete

A kovalens ktseket tartalmaz molekulkban a ktsekben rsztvev elektronprok taszt -jk egyms, ezrt a molekula olyan trbeli alakzatot igyekszik felvenni, amelyben ezek azelektronprok a lehet legtvolabb helyezkednek el egymst l. Ebben az esetben lesz ugyanis

a taszts a legkisebb, s ezltal a molekula a legstabilabb. Kt egyes ktst tartalmaz mole -kula (BeH2) esetben a lineris geometria jelenti a legstabilabb elrendezdst.

Be H

Hrom kovalens kts (BF3) esetben az a legstabilabb elrendezds, amikor a ktseket lt-rehoz elektronprok azonos skban helyezkednek el, s 120o-os szget zrnak be.

B

F

F F

OHCH3CH2CH2OH


8/186

7

Ngy kovalens kts (CH4) esetben az elektronprok akkorvannak a legtvolabb egymstl,ha a ngy kts egy tetrader ngy cscsnak irnyban helyezkedik el.

o C

H

HH

H

o105

H

H

O

A metnban a C-H ktsek 109,5o-os szget zrnak be. Ezt nevezzk tetraderes vegyrtk-szgnek. Nemkt elektronprokat tartalmaz molekulk esetben a nemkt elektronprokugyangy a tetrader cscsainak irnyban helyezkednek el, mint a ktsben lv elektron-

prok. Mivel azonban a nemkt elektronprok trignye nagyobb, mint a szigma-ktsben

lv elektronprok, a tetrader torzulni fog. A vz esetben pldul ez azt eredmnyezi, hogya H-O-H szg csak 105 oa szablyos tetrader esetn vrhat 109,5 ohelyett.

1.5. A tbbszrs ktsek

A szerves molekulkban gyakori, hogy a kapcsold atomok tbbszrs ktssel kapcsold-nak egymshoz. Szn-szn ketts kts tallhat pldul az etnben.

C CH

H

H

H

A ketts kts gy jn ltre, hogy a sznatom hrom szigma-ktst alakt ki kt hidrognnels a msik sznatommal. Ez a hrom kts akkor van maximlis tvolsgban egymst l, haegy skban helyezkednek el, s a H-C-H atomok ltal alkotott vegyrtkszg kzel 120o, azazegy planris szerkezet alakul ki.

H

H

H

HCC

A kt sznatom egy-egy elektronja kimarad a fenti ktsekbl. Ezek az elektronok egy jabbszn-szn ktst alaktanak ki. Ezt a ktst nevezzk p-ktsnek. A ketts kts teht egy

szigma- s egyp-ktsbl ll.

H

H

H

HCC

A sznatomok hrmas ktssel is kapcsoldhatnak egymshoz. Szn-szn hrmas kts tall-hat pldul az acetilnben.

C CH H

Ez gy jn ltre, hogy a sznatom csak kt szigma-ktst alakt ki a hidrognnel, s a msiksznatommal. A kt kialakulszigma-kts akkor lesz maximlis tvolsgban egymstl, ha a

szigma-ktsek egy egyenes mentn helyezkednek el. Ezrt az acetiln lineris molekula.


9/186

8

CH C H

Mindkt sznatomon marad kt-kt elektron, s ezek ktp-ktst tudnak kialaktani.

CH C H

A fentiekhez hasonl mdon alakul ki a ketts kts a szn s az oxign, illetve a ketts s ahrmas kts a szn s a nitrogn kztt is. Az eltrs az, hogy az oxign esetben kt, a nit -rognnl pedig egy nemkt elektronpr vesz rszt a molekula kialaktsban a szigma-kt-sek helyett.

C C

H

H

H

H

C N

H

H H

..C O

H

H

..

..

1.6. Polris s apolris ktsek

Ha egyszigma-ktsben klnbz elektronegativits (azaz klnbz elektronvonz kpes-sg) atomok kapcsoldnak egymshoz, az elektronok eltoldnak a nagyobb elektronegati-vits atom irnyba.Az A s az Y jellseket abban az esetben alkalmazzuk, ha kt, nagyon eltr elektro -negatvits atom kapcsoldik egymshoz, s ezen bell az Y jelli a nagyobb elektronega-tvits atomot. Ezltal az Y atom negatv tltst kap, mg a kisebb elektronegativits atom

pozitv tlts lesz. Mivel ez csak rszleges tltst jelent, a - s a +jeleket szoktk alkal-mazni a ktsben rsztvev atomok tltseinek lersra.

A+Y -

Az ilyen ktseket polris ktseknek nevezzk. Ha azonban azonos atomok, vagy kzelazonos elektronegativits atomok kapcsoldnak egymshoz (az A s B betket kzeli elek-tronegativits atomok jellsre szoks hasznlni), az elektronok azonos mrtkben tartoz-nak mindkt atomhoz.

AB

Az ilyen ktseket, amelyekben a kapcsold atomok nem rendelkeznek tltssel, apolrisktseknek nevezzk.

A szerves vegyletekben a sznhez a leggyakrabban a halognek, tovbb az oxignvagy anitrognkapcsoldik. Ezek az elemek mind elektronegatvabbak a sznnl.elem elektronegativits elem elektronegativits

C 2,5 N 3,0

H 2,1 O 3,5

Li 1,0 F 4,0

Mg 1,2 Cl 3,0

B 2,0 Br 2,8

Egy olyan szerves vegyletben, ahol egy elektronegatvabb atom kapcsoldik a sznhez, a

szn pozitv tltst kap.

C+Y-


10/186

9

Ha azonban a sznhez kisebb elektronegativits atomok kapcsoldnak, a szn negatv tlt -sv vlik.

C-M+

Ilyen kts akkor alakulhat ki, ha a sznhez fmatomok (M) kapcsoldnak, ezrt az ilyenmolekulkat fmorganikus vegyleteknek nevezzk. A hidrogn valamivel kisebb elektro-negativits, mint a szn, ezrt a C-H ktsben a szn kis mrtk negatv tltst kap.

C -H +

A szn s a hidrogn elektronegativitsa azonban nagyon kzel van egymshoz, ezrt a szer-ves vegyletekben ltalban elfordul polris ktsekhez kpest a C-H kts apolris kts-nek tekinthet.Aszigma-ktsekhez hasonlan a ketts s a hrmas ktsek esetben is az elektronegat vabbatom negatv tltsre tesz szert.

C O

+ -

1.7. A hidrognmolekula elektronszerkezete

Az atomokban az elektronok atomplykon helyezkednek el. A tapasztalat szerint az elektro-nok trbeli elrendezdsnek lersra jl hasznlhatk azok a fggvnyek (a hullmfgg-vnyek), amelyek egy rezg hr ltal kialaktott hullmok tulajdonsgait rjk le.

Az atomplyk klnbz alakak lehetnek. Az s-plyk gmbszimmetrikusak, a p-plykpedig slyz alakak. A hrom, azonos energij p-plya (apx, apys apz) a hrom tengelyirnyban helyezkedik el.

A kovalens kts elektronszerkezett ler elmlet abbl indul ki, hogy a kovalens ktst kia-lakt elektronok mindkt atom erterben mozognak, azaz molekulaplykon helyezkednekel, s a hullmfggvnyek ugyangy hasznlhatk a molekulaplykon tallhat elektronokelhelyezkedsnek lersra, mint az atomplyk esetben. Egy molekulaplyra ugyanazok aszablyok vonatkoznak, mint az atomplykra, azaz egy molekulaplyn is csak kt elektronfoglalhat helyet.

Ha a hidrogn-hidrogn ktst elmetsszk egy, a ktstengelyre merleges skkal, kralak metszetet kapunk, azaz a H-H kts tengelyszimmetrikus.


11/186

10

Az ilyen ktst nevezzk szigma-ktsnek. A tengelyszimmetria miatt a szigma-ktseknlaz sszekapcsold atomok a ktstengely mentn szabadon elfordulhatnak anlkl, hogyekzben a kt atommag kztti elektronsrsg (azaz a kts erssge) vltozna.Hasonl mdon csak kovalens ktsek alakulhatnak ki olyan esetekben is (pldul a C-Hkts esetben), amikor ugyan klnbz atomok kztt alakul ki a kovalens kts, de az

sszekapcsold atomok elektronlead, illetve elektronfelvev kpessge nem klnbzikolyan nagy mrtkben, hogy ionos kts ki tudna alakulni.

1.8. A sznatom elektronszerkezete

A sznatom vegyrtkhjn ngy elektron tallhat, ezrt ngy elektront kell felvennie (azazngy kovalens ktst kell kialaktania) ahhoz, hogy a neonhoz hasonl lezrt hjra tegyenszert. Az alapllapot sznatom azonban csak kt prostatlan elektronnal rendelkezik. Mint-egy 400 kJ/mol energia befektetse rvn azonban egy elektron a 2splyrl t tud menni amagasabb energij 2pplyra, gy a gerjesztett llapotban egyss hrompelektronja lesz a

sznatomnak.

gerjesztett llapotalapllapot

1s

2s

2px

2py

2pz

A ngy prostatlan elektron ngy kovalens kts kialaktsra kpes. Ngy kts kialakulsa

a kett helyett hozzvetlegesen 800 kJ/mol energiacskkenst jelent. Az j ktsek kialaku -lsa sorn felszabadul energia fedezi a gerjesztshez szksges energit, s sszessgbenmintegy 400 kJ/mol rtkkel kisebb energiallapotba kerl a rendszer (azaz lnyegesen stabi-labb lesz), mintha csak kt kts alakulna ki.

1.9. A metn s az etn elektronszerkezete

A metnban mr nem egy, hanem ngy kovalens kts tallhat. A tbbatomos molekulkesetben kialakul kovalens ktseket is, a hidrognmolekulhoz hasonlan, az egymshozkapcsold atomok kztt kialakul ktelektronos ktsknt (vagyis az rintett kt atom k -ztt elhelyezked, lokazillt ktsknt) rtelmezzk, amelyek a megfelel atomplyk tla-

poldsa rvn jnnek ltre.A metn esetben a ktsek a szn s a hidrogn atomplyinak tlapoldsval alakulnak

ki. A szn elektroneloszlsa a gerjesztett llapotbansp3, ami azt jelenti, hogy a szn 1dbs-, s3db p-elektronjval kpes rszt venni a ngy kovalens kts kialaktsban. Mivel ezek azelektronplyk nem azonos energijak, az lenne vrhat, hogy ktfle erssg kts ala kulki. Mivel azs- sp-plyk alakja is klnbz, az is vrhat lenne, hogy a ktfle kts alakjasem lesz azonos.

Ezzel szemben minden tapasztalat azt mutatta, hogy a metnban ngy, teljesen azonoskts tallhat. Azrt, hogy a modell megfeleljen a fenti tapasztalatnak, azt kellett felttelezni,hogy a szn s- s p-plyi teljesen azonos plykk alakulnak t (plyakevereds). Ezt az t-alakulst nevezzk hibridizcinak. Mivel ennek sorn az egy s- s a hrom p-atomplyangysp3-plyv alakult,sp3-hibridizcirl szoks beszlni.


12/186

11

Mivel egysp3-molekulaplya azs- s ap-atomplyk keveredsbl alakul ki, az sp3-kifeje-zs arra utal, hogy a molekulaplya 25% s- s 75%p-jelleggel rendelkezik. A metnban tall-

hat ktseket teht a szn egysp3-plyja s a hidrogns-plyja hozza ltre. A hibridizcieredmnyeknt ngy, azonos energij kts tud kialakulni, s ezek a ktsek a tetrader ngycscsnak irnyban helyezkednek el.

A kovalens ktseket a ktserssggel, a ktstvolsggal s a ktsszggel szoks jelle-mezni. A metn esetben a ktserssg 434 kJ/mol, a ktstvolsg 110 pm, a vegyrtkszg

pedig 109,5o.

Az etnban a szn-szn kts a kt sznatom egy-egysp3-plyjnak tlapoldsa rvn jnltre, mikzben a sznatomok tovbbisp3-plyi a hidrognekkel alaktanak ki C-H ktseket.

Az sszekapcsold sznatomok a szn-szn szigma-kts krl szabadon elfordulhatnak. Aszabad elforduls lehetsge miatt az etn olyan trhelyzetet igyekszik felvenni, ahola hidro-gnatomok a lehet legtvolabb vannak egymstl.


13/186

12

Az etn molekula szabad rotcijnak energiadiagramja:

1.10.A tbbszrs ktsek elektronszerkezeteA ketts kts kialakulst ler elmlet szerint a hibridizciban csak hrom plya vesz rszt,a sznatom egys- s ktp-plyja, mg egyp-plya vltozatlan marad.


14/186

13

Mivel ebben a hibridizciban csak egy s- s ktp-plya rintett, azsp2-hibridizci elneve-zst alkalmazzk. A hibridizci rvn kialakul hromsp2-molekulaplya frontlis tlapol-dssal hromszigma-ktst tud ltrehozni a msik sznnel s kt hidrognnel (szigma-vz). Akt kimarad p-plya oldalirny tlapoldssal olyan molekulaplyt hoz ltre, ahol azelektronok aszigma-vz skja alatt s felett helyezkednek el.

A tengelyszimmetrikusszigma-kts megengedi a szabad rotcit. Ezzel szemben a p-kts-nl a rotci az tlapolds cskkenst, vgl (pldul 90o-os elforduls utn) a p-ktsmegsznst eredmnyezi. Ennek megfelelen egy ketts kts elfordulsa a p-kts elsza-ktshoz elegend energia (235 kJ/mol) befektetst ignyli.

A szn-szn ketts ktshez hasonl mdon megy vgbe a szn-oxign s a szn-nitrognkztti ketts kts kialakulsa is. A szn-oxign ketts kts esetben az sp2-sznatom h-romszigma-ktst ltest. Az sp2-oxign egyszigma-ktse s kt nemkt elektronprja ha-sonl mdon helyezkedik el, mint a sznatom szigma-ktsei. A szn s az oxign kt kima-

rad p-plyja ezutn ugyangy lapoldik t, mint az etn esetben.

CH

HO

A ktselmlet gy rja le a hrmas kts kialakulst, hogy a szn egy s- s egy p-plyjavesz rsz a hibridizciban, s kt sp-plyt hoz ltre, amelyet az brn a piros szn jell (sp-hibridizci). Mindkt sznatom sp-plyi kt szigma-ktst hoznak ltre a msik sznnel segy-egy hidrognnel. A ngy kimarad p-plya (az brn kk s zld sznnel jellve)

egymssal lapoldik t s kt, egymsra merlegesp-plyt hoz ltre.


15/186

14

A fentiek szerint az etnban sp3, az etnben sp2, mg az acetilnben sp-hibridllapot szn-atomok tallhatk. A hibridplyk s-jellege teht az sp3 sp2 spsorrendben n. Minl na-gyobb azs-jelleg, annl rvidebb s ersebb ktsekrl van sz, ahogy azt az albbi tblzat-

ban tallhat C-H ktsek adatai mutatjk.

Ktstpus s-jelleg (%) Ktstvolsg (pm) Ktserssg (kJ/mol)sp3 C-H 25 109,4 410

sp2C-H 33 107,9 443

sp C-H 50 105,7 502

Ez azzal rtelmezhet, hogy azs-plyk kzelebb vannak az atommaghoz, s ezltal erseb-ben kttt elektronokat jelentenek.

2.fejezet

A szerves vegyletek csoportjaiAz ismert szerves vegyletek szma ma mr a 10 millit is meghaladja. Nyilvnval, hogyennyi vegylet szerkezetnek egyenknti lersa megoldhatatlan feladat lenne. Ha azonban a

hasonl szerkezet vegyletekbl csoportokat kpeznk, a csoportokat jellemz ltalnosszerkezeti elvek ismerete is elegend ahhoz, hogy egy adott vegyletet jellemezni tudjunk.

2.1. Alapvegyletek s funkcis csoportok

A tapasztalat azt mutatja, hogy a szerves reakcik sorn a molekulnak csak egy, viszonylagjl krlhatrolhat rsze szenved vltozst, mg a molekula tbbi rsze vltozatlan marad. Aszerves molekulnak azt a rszt, amelyik egy adott reakci sorn talakul, funkciscsoportnak(F) nevezzk.


16/186

15

RR H2C H2C H2C CH2

F

CH

Egy adott funkcis csoport kmiai viselkedse ltalban fggetlen attl, milyen vegy letben

fordul el. Ennek megfelelen nhny tucat funkcis csoport kmiai viselkedsnek is mere-tben tbb milli szerves vegylet kmiai tulajdonsgait vagyunk kpesek viszonylag nagy

biztonsggal megjsolni.A szerves molekula tbbi rsze azrt marad vltozatlan a reakcik sorn, mert ltalban

csak szn-szn s szn-hidrognszigma-ktseket tartalmaz. Mivel a szn s a hidrogn elekt-ronegativitsa kzel azonos, ezekben a vegyletekben csak apolris ktsek tallhatk, sppen az apolris ktsek kis reaktivitsa miatt marad a molekula ezen rsze vltozatlan areakcik sorn. Ezrt ha a molekulban a funkcis csoport helyett is hidrogn tallhat, a mo-lekula elveszti reaktivitst. Az ilyen, nem reaktv molekulkat szoks a szerves kmibanalapvegyleteknektekinteni.

RR H2C H2C H2C CH2CH

H

2.2. A szerves kmia alapvegyletei s elnevezsk

A szerves kmia legegyszerbb szerkezettel rendelkez vegyletei az alknok, amelyekbencsak szn-hidrogn s szn-sznszigma-ktsek tallhatk. Maximlis mennyisg hidrognttartalmaznak, ezrt teltett sznhidrogneknekis nevezik ezeket a vegyleteket. Ennek meg-felelen CnH2n+2 az ltalnos sszegkpletk. A metnban s az etnban csak egyfle, a pro-

pnban azonban mr ktfle sznatomot lehet megklnbztetni.

CH3CH2CH3 Propn

A kt szls sznatomhoz csak egy msik sznatom kapcsoldik (primer sznatom), mg akzps sznatom kt sznatommal ll kapcsolatban (szekunder sznatom). Azokat az alk-nokat, amelyek csak primer s szekunder sznatomokat tartalmaznak, el nem gaz alknok-naknevezzk. Az el nem gaz alknok a szerves kmia legfontosabb alapvegyletei.

A legegyszerbb szerkezet alkn a CH4. Elnevezsre a tradicionlis metn nevet hasznl-jk. Ugyancsak a tradicionlis neveket hasznljk a kt, a hrom s a ngy sznatombl llalknok elnevezsre is.

CH4 CH3CH3 CH3CH2CH3 CH3CH2CH2CH3

Metn Etn Propn Butn

t sznatomtl kezdden az el nem gaz alknokat gy nevezzk el, hogy a sznatom-szmnak megfelel grg szmnvnvgzds formjt hasznljuk.

C5H12 C6H14 C10H22 C12H26

Pentn Hexn Dekn Dodekn


17/186

16

Az alknokhoz hasonlan a gyrs alknok is csak szn-hidrogn s szn-szn szigma-k-tseket tartalmaznak, s ennek megfelelen reaktivitsuk is ltalban kicsi. Emiatt a gyrsalknok is alapvegyleteknek tekinthetk. Mivel a gyrs alknok gy szrmaztathatk,hogy egy alkn kt szls sznatomjrl elvonunk egy-egy hidrognt, s ezt a kt sznatomotsszekapcsoljuk, CnH2naz sszegkpletk. Szerkezetk brzolsra tbbnyire az egyszer-

stett vonalbrkat szoks alkalmazni. A vonalbrk esetben termszetesen a teltshez szk-sges hidrogneket mindig a kplet rsznek kell tekinteni.

CH2

CH2CH2

CH2

A gyrs alknok elnevezse gy trtnik, hogy a gyr sznatomszmt kifejez elnevezsel a cikloeltagot tesszk. Ezrt ltalnossgban ezeket a vegyleteket cikloalknoknakne-vezzk.

Ciklopropn Ciklobutn Ciklopentn Ciklohexn

A bonyolultabb vegyletek gy szrmaztathatk a fenti alapvegyletekbl, hogy az alapve-gylet egy vagy tbb hidrognjt ms csoportokkal helyettestjk (szubsztituljuk), szablyoselnevezsk pedig gy trtnik, hogy megadjuk a szubsztituens nevt, s megjelljk azt asznatomot, amelyen a szubsztitci trtnt. Az gy kpzett neveket szoks szubsztitcisneveknekhvni.

2.3. Az elgaz alknok s elnevezsk

A legegyszerbb helyettest csoportok azok, amelyek maguk is csak szn-szn s szn-hid-rogn szigma-ktseket tartalmaznak. Ha egy el nem gaz alkn valamelyik szekundersznatomjnak egyik hidrognjt egy ilyen csoporttal helyettestjk, olyan vegylet jnltre,amelyikben hrom sznatom kapcsoldik egy sznatomhoz (tercier sznatom). Mindkthidrogn helyettestsekor pedig kvaterner sznatom alakul ki.

kvaterner

tercier CH3

CH3

CH3

CCH3

CH3

CH3CHCH3

A tercier s kvaterner sznatomot is tartalmaz alknokat elgaz alknoknaknevezzk. Azelgaz alknok sem reaktv vegyletek, gy ebbl a szempontbl az el nem gaz alknok-hoz hasonlan viselkednek. Elnevezsket tekintve azonban az elgaz alknok az el nemgaz alknok, mint alapvegyletekhelyettestett szrmazkainak tekinthetk.

A helyettest csoportokgy szrmaztathatk, hogy egy el nem gaz alkn egyik primersznatomjrl eltvoltunk egy hidrognatomot. Ekkor egy olyan csoport jn ltre, amely egy

szabad vegyrtkkel rendelkezik. Ezt a csoportot alkilcsoportnaknevezzk.


18/186

17

CH2CH2CH3CH3CH2CH3

alkn alkilcsoport

Elnevezsk gy trtnik, hogy az alkn nevnek nvgzdst il vgzdsre vltoztatjuk.

Mivel az ilyen nevek esetben a szabad vegyrtk csoport mindig a lnc vgn tallhat, sezrt az 1-es helyzetszmot kapn, a nvben ezt nem kell kln jelezni.

CH3

CH3CH2

CH3CH2CH2CH2

metil

etil

butil

Az elgaz alknok elnevezsre a nevezktan nhny esetben megengedi a tradicionlisnevek hasznlatt is.

C

H

CH3

H3C CH3 C

CH3

H3C CH2CH3C

CH3

H3C CH3

CH3H

Izobutn Izopentn Neopentn

A tbbi elgaz alkn elnevezsre azonban a szablyos neveket kell hasznlni. Egy elgaz

alkn szablyos nevt a nevezktani szablyok alapjn lehet megalkotni.

1. Kijelljk a molekulban a leghosszabbsznlncot. Ez az albbi esetben hat (s nem t)sznatombl ll, azaz az alapvz hexn.

CH3CH2CH2CHCH3

CH2CH3

2. Kt, azonos hosszsg lnc kzl azt vlasztjuk ki, amelyiknl tbb az elgazs, a jelenesetben azt, ahol kt elgazs tallhat.

CH3CHCHCH2CH2CH3

CH3

CH2CH3

CH3CHCHCH2CH2CH3

CH3

CH2CH3

ktelgazs egyelgazs

3. Megszmozzuka sznlnc sznatomjait, arrl az oldalrl kezdve, amelyikhez kzelebbvan elgazs.


19/186

18

CH3CHCHCH2CH2CH3

CH3

CH2CH3

1 2

3 4 5 6

4. A sznatomok megszmozsa utn minden elgazshoz azt a szmot rendeljk, amelyiksznatomhoz kapcsoldik.

5. Az elgazsokat alkilcsoportoknak tekintjk, s elnevezsk a szoksos mdon trtnik,azaz az n vgzdseket il vgzdsekre vltoztatjuk.

6. Az alkilcsoportokat betrendben soroljuk fel. Ha egy csoport tbbszr is elfordul, ezt acsoport neve el rt sokszoroz eltaggal(di, tri, tetra, stb.) fejezzk ki.A sokszoroz eltagokat azonban a betrend megllaptsnl nem vesszkfigyelembe.A kzvetlenl az alapvegylet neve eltt ll szubsztituens nevt egyberjuk az alapvegy-

let nevvel, a tovbbi eltagokat viszont ktjellel vlasztjuk el egymstl.

CH3CH2CH2CHCH2CCH3

CH3

CH3

CH3CH2

4-Etil-2,2-dimetilheptn

7. Ha az elgazsok azonos tvolsgra vannak a sznlnc vgeitl, azt a szmozst vlaszt-

juk, amelyik kisebb szmokhoz vezet a tovbbi alkilcsoportok esetben.

CH3CCH2CHCH3

CH3

CH3

CH3

2,2,4-Trimetilpentn

Ez a szably annak az ltalnos elvnek felel meg, hogy a szubsztituensek jellsre min-dig a lehet legkisebb helyzetszm-kszletet kell hasznlni. Ez azt a kszletet jelenti,amelyikben, ha a helyzetszmokat nvekv sorrendbe rakjuk s ms helyzetszm-kszle-tekkel hasonltjuk ssze, az els klnbsg elrsekor a kisebb szmhoz jutunk (azaz2,2,4s nem 2,4,4).

8. Azonos helyzetszm-kszletek esetben a betrendbenelrbb ll szubsztituens kapja akisebb helyzetszmot.

CH3CH2CHCH2CHCH2CH3

CH3 CH2CH3

3-Etil-5-metilhexn

9. Egy alkilcsoport azonban tovbbi elgazsokat is tartalmazhat. Az elgaz alkilcsoportokneveit ugyangy kpezzk az el nem gaz alkilcsoportok neveibl, ahogyan az elgaz


20/186

19

alknok neveit kpeztk az el nem gaz alknok neveibl. Az elgaz alkilcsoportoksznatomjainak szmozsnl az a lncvgi sznatom kapja az 1-es szmot, amelyikrl ahidrognt eltvoltottuk, s ezt itt sem kell kln jelezni.

CH3

CH3 CH CH2 CH2 CH2

12345

4-Metilpentil-

10. A kisebb molekulj elgaz alkilcsoportok esetben a szablyos nv he lyett a szablyzatmegengedi a tradicionlis nevek hasznlatt is, s a gyakorlatban ltalban ppen ezek atradicionlis nevek hasznlatosak.

Alkilcsoport Szablyos nv Tradicionlis nv

CH3CH

CH3

1-Metiletil Izopropil

CH3CH2CH

CH3

1-Metilpropil szek-Butil

CH3CHCH2

CH3

2-Metilpropil Izobutil

CH3C

CH3

CH3

1,1-Dimetiletil terc-Butil

CH3CCH2

CH3

CH3

2,2-Dimetilpropil Neopentil

11. Az sszetett alkilcsoportok szablyosan kpzett neveit egy elgaz alkn nevben zr-jelbe tesszk. Az sszetett alkilcsoportok betrendben trtn felsorolsnl a sorrendmegllaptshoz a zrjelben lv teljes nv els betjt vesszk figyelembe.

54

3

21

CH3CHCH2CHCH2CH3

CH3

CH3CH2CH2CH2CH2CH2CHCH2CH2CH2CH2CHCH2CH2CH3

CH2CH3

9-(1,3-Dimetilpentil)-4-etilpentadekn


21/186

20

2.4. Az elgaz cikloalknokA cikloalknok is az el nem gaz alknokhoz hasonl alapvegyletek, s hidrognjeik isugyangy helyettesthetk alkilcsoportokkal, mint az alknok esetben. Mivel egy cikloalkn-nl nincs klnbsg a sznatomok kztt, a monoszubsztitult szrmazkoknl nem kell meg-

adni azt, hogy az alkilcsoport melyik sznatomon tallhat.

CH3

Metilciklohexn

Ha azonban egy cikloalknhoz tbb alkilcsoport is kapcsoldik, a vegyletnv csak akkor leszegyrtelm, ha megadjuk azt is, hogy ezek a csoportok melyik sznatomokhoz kapcsoldnak.Ezt a megfelel helyzetszmokkal lehet megtenni.

Az alkilcsoportokat itt is betrendben soroljuk fel. Kt szubsztituens esetn a betrendbenelrbb ll kapja az 1-es szmot, s a szmozst gy folytatjuk, hogy a msodik szubszti-tuens a lehet legkisebb szmot kapja.

3

2

1

1-Izopropil-3-metilciklopentn

Kettnl tbb szubsztituens esetn is azt a szmozst kell vlasztani, ahol az els klnbsgszlelsnl a kisebb szmot kapjuk. Az egyes szubsztituensek felsorolsa itt is betrendbentrtnik.

4

3 2

1

4-Etil-2-izopropil-1-metilciklohexn

A cikloalknokbl is kpezhetk csoportok egy hidrogn elvonsval. Ezeket a csoportokat,az alknokhoz hasonlan, az nvgzds ilvgzdsre trtn cserjvel nevezzk el.

Ciklohexil-


22/186

21

2.5. A szerves kmia funkcis csoportjai

A funkcis csoportok tpusai

A funkcis csoportok tbbsgre azjellemz, hogy bennk polris ktsek tallhatk, s re-aktivitsuk ppen ennek a polrozottsgnak ksznhet.

A szerves kmiban leggyakrabban elfordul vegyletekben olyan funkcis csoportoktallhatk, amelyekben a sznhez a peridusos rendszerben tle jobbra elhelyezked, azaz n-lnl elektronegatvabb atom kapcsoldik.

C N O F

n az elektronegativits

A nitrogn, az oxign, vagy egy halogn a leggyakoribb ilyen elektronegatv atom. Azelektronegatv atomok ltalnos jellsre az Yszimblumot szoks hasznlni. Az ilyen ve-

gyletekben a kts polrozottsga olyan irny, hogy a sznatom pozitv tltsvvlik.

YC

+ -

Ha viszont egy sznatomhoz a sznnl kisebb elektronegativitsatom kapcsoldik, a sznnegatv tltsv vlik. A fmatomok (M) a sznnl kisebb elektronegativitsak, ezrt a fm-szn ktst tartalmaz vegyletek (a fmorganikus vegyletek) negatv tlts sznatomottartalmaznak.

-

+

-C M

Funkcis csoportok pozitv sznatommalA funkcis csoportok tbbsgre az jellemz, hogy bennk a sznhez nlnl elektronegat-vabb atom kapcsoldik. A sznatom ezltal pozitv tltsv vlik, azaz afunkcis csoportoktbbsgben pozitv sznatom tallhat. A pozitv sznatomokat tartalmaz funkcis cso-

portok fontosabb tpusai a kvetkezk:

Halogntartalm vegyletek. Az egy vegyrtk halognatomot tartalmaz funkcis csopor-tok a legegyszerbb, pozitv tlts sznatomot tartalmaz funkcis csoportok a szervesk-miban.

CH3 H2C Cl

alkil-halogenid

Oxigntartalmvegyletek.Az oxigntartalm vegyletek kztt nagyon gyakoriak az OH-csoportot tartalmaz molekulk. Ha az alapvegylet, amelyhez ez a funkcis csoport kapcso -ldik alkn, akkor alkoholokrlbeszlnk.

CH3 H2C OH


23/186

22

egy alkohol

Azokat a molekulkat viszont, amelyek szn-oxign-sznktst tartalmaznak, tereknek ne-vezzk.

CH3 H2C O CH3

ter

A kn kmiailag nagyon hasonl az oxignhez, ezrt helyettestheti is az oxignt a fe nti ve-gyletekben (tiovegyletek).

SHH2CCH3 CH3H2CCH3 S

tioalkohol tioter

Nitrogntartalm vegyletek. Aminoknak nevezzk azokat a nitrogntartalm funkcis cso-portokat, amelyekben a nitrogn egy (primer amin), kett (szekunder amin) vagy hrom (ter-

cier amin) sznatomhoz kapcsoldik.

CH3CH2NHH2CCH3NH2H2CCH3

primer amin szekunder amin

CH3

CH3

H3C N

tercier amin

Ketts ktseket tartalmaz polris funkcis csoportok. Az oxign s a nitrogn gyakrankapcsoldik ketts ktssel egy alapvegylet valamelyiksznatomjhoz. Az ilyen tpus ve-gyletek kzl a karbonilvegyletek a legfontosabbak. A karbonilvegyletek C=O ketts k -tst tartalmaznak.

C

O

A karbonilvegyletek legismertebb kpviseli az aldehidek, a ketonok s a karbo nsavak.

C

O

R HC

O

RC

O

R OHR

aldehid keton karbonsav

sszetett polris funkcis csoportok. Ezekben a funkcis csoportokban a sznatomhozkap-csold elektronegatv atomhozatomhoz tovbbi elektronegatv atomok is kapcsoldnak.

Ilyen funkcis csoportok tallhatk pldul a szulfonsavakban, illetve a nitrovegyletekben.


24/186

23

NOH

O

O

SO

O

Benzolszulfonsav Nitrobenzol

Funkcis csoportok negatv sznatommalHa a sznhez nlnl kisebb elektronegativits atom kapcsoldik, a szn negatv tltsvvlik. Mivel a fmek a sznnl kisebb elektronegativitsak, azokban a vegyletekben, ahol asznhez egy fmatomkapcsoldik (ezeket a vegyleteket nevezik fmorganikusvegyletek-nek), a szn negatvtltsv vlik. Ilyen fmorganikus vegylet pldul a szn-magnziumktst tartalmaz Grignard-reagens.

- +MgH3C Br

Tbbszrsktseket tartalmaz sznhidrognekA tbbszrs ktseket tartalmaz sznhidrognek nem tartalmaznak ugyan polris ktseket,a tbbszrs ktsek jelenlte mgis reaktvv teszi ezeket a molekulkat, gy a tbbszrsktsek ezen molekulk funkcis csoportjainak tekinthetk. Az alknekbenszn-szn kettsktsek, mg az alkinekbenszn-szn hrmas ktsek tallhatk.

CHCH3CH2CH2CHCH2CH3CH2CH2CH2 alkn alkin

Klnleges helyet tltenek be az aroms vegyletek, amelyek maximlis mennyisg kettsktst tartalmaz gyrs vegyletek. A ketts ktsek jelenlte miatt ezek is funkcis cso -

portot tartalmaz vegyletek, de a maximlis mennyisg ketts kts jelenlte az alapve-gyleteket megkzelt stabilitst ad ezeknek a molekulknak, ezrt a nevezktan az aromsgyrket is alapvegyleteknek tekinti.

aroms vegylet

2.6. A szerves vegyletek elnevezsnek alapelveiAz sszetettebb szerkezet szerves vegyleteket az alapvegyletek szrmazkainak tekintjk.Ezrt egy szerves vegylet elnevezsnl elszr kivlasztjuk az adott molekulhoz legkze -lebb es alapvegyletet, s azt elnevezzk. Ezt kveten nevezzk el az sszetettebb vegy-letet az alapvegylet nevbl kiindulva.

Az a clszer, ha a nv egyrtelm kapcsolatban van a vegylet szerkezetvel, mert ebben azesetben a nvbl viszonylag knnyen levezethet a vegylet szerkezete. Ez akkor lehetsges,ha a nvalkots megfelel szablyok alapjn trtnik. Ezeket a neveket szoks szisztematikus neveknek hvni. A nevezktan a szisztematikus nevek kzl a szubsztitcis nevekhasznlatt rszesti elnyben, de ms nevezktani mvelettel kpzett nevek hasznlatt ismegengedi, ha azok egyszerbbek, s a vegylet szerkezett egyrtelmen rjk le.


25/186

24

A szisztematikus nevek mellett azonban a szerves vegyletek elnevezsre gyakran a lkal-mazzk a tradicionlis(vagy trivilis) neveket is. Ezek rgi elnevezsek, s sok esetben mra kznapi nyelvben is hasznlatosak, gy a tudomnyos nyelvbl sem zrhatk ki. Tovbbielnyk, hogy ltalban rvidek, viszont nagy htrnyuk, hogy nincsenek kapcso latban a ve-gylet szerkezetvel. Ezrt ma mr a nevezktan csak korltozott mrtkben engedlyezi a

tradicionlis nevek hasznlatt.

(I)Az elgaz alknok neveihez hasonl szubsztitcis nevekAz elgaz alknokat az el nem gaz alknok alkilcsoportokkal helyettestett szrmazkai-nak tekintettk, s a helyettest csoportok neveit, betrendben felsorolva, az alapnv eltttntettk fel. A nevezktan a halognatomokatis olyan, az alkilcsoportokhoz hasonl szub-sztituenseknek tekinti, amelyeket neveit az alapvegylet neve eltt kell feltntetni.

CHH3C CH2 CH3

CH3

CHH3C CH2 CH3

Cl

2-Metilbutn 2-Klrbutn

Ugyancsak a fenti mdon szoks kpezni azNO2s azORtpus szubsztituenseket tar-talmazmolekulk szubsztitcis neveit is.

Cl

CHH3C CH2 CH3 CHH3C CH2 CH3

NO2 OCH3

2-Nitrobutn 2-Klr-3-metoxibutn

Az OCH3 csoport szablyos neve a metiloxilenne, de a nevezktan megengedi az egysze-rbb molekulk esetben a rvidtett formk (pldul metoxi)hasznlatt is.

(II) Funkcis csoportot tartalmaz vegyletek szubsztitcis neveiA funkcis csoportokat is tartalmaz szerves vegyletek szubsztitcis neveit, a halogntar-talm vegyletek kivtelvel, nem az elgaz alknoknl megismert mdon kpezzk. Ehe-lyett az ilyen vegyletek neve hrom rszbl ll, az eltagbl, az alapnvbls az uttagbl.

eltag- alapnv- uttag

A kzpen elhelyezked alapnvaz alapvegyletnek tekintettmolekula neve. A szoksos el-jrs az, hogy a molekula funkcis csoportjnak nevt s helyt adjuk meg az uttagban, mgaz eltagknt felsoroland szubsztituenseket (alknok, halognek) az alapnv el rjuk. Az

alapnv kivlasztsnl azt a leghosszabb lncot kell kivlasztani, amelyikhez az uttagbanmegnevezett csoport kapcsoldik.


26/186

25

Az alkoholok elnevezse.Az alkoholok esetben az OH-csoport a funkcis csoport, ezrt el-szr kivlasztjuk azt a leghosszabb sznlncot, amely a legtbb OH-csoportot tartalmazza, sazt sznhidrognknt nevezzk el. Az OH-csoport jelenltt az alkn neve utn rt olvgz-ds fejezi ki. A knnyebb kiejts cljbl az a s magnhangzk kzl mindig a meg -

felelt hasznljuk (metn s etn, de metanol s etanol).Szksg esetn megszmozzuk a sznatomokat, arrl az oldalrl kezdve, amelyikhez kze-lebb tallhat az OH-csoport. A funkcis csoport helyzett az ol vgzds el rt szmmalfejezzk ki. Vgl a szubsztituenseket betrendben soroljuk fel az eltagban.

654321 CH3 C CH2

CH3

OH

CH CH2 CH3

CH2CH3

4-Etil-2-metilhexn-2-ol

A tbb OH-csoportot is tartalmaz alkoholok szubsztitcis nevnek kpzsnl sokszorozeltagot hasznlunk.

HO CH2 CH2 OH Etn-1,2-diol

A gyrs alkoholokat a nyltlnc vegyletekhez hasonl mdon nevezhetjk el. A helyzet -szmokat itt is csak akkor kell hasznlni, ha nlklk a nv nem egyrtelm.

OH OH

OH

OH

CH3

Ciklohexanol Ciklohexn-1,4-diol 3-Metilciklopentanol

Az alkoholok kntartalm megfelelinek szubsztitcis nevben a tioluttag jelzi a kntar-talm funkcis csoportot.

CH3CH2 SH Etntiol

Az aminok nevei.A primer aminok szubsztitcis nevben az amin uttag utal az NH2-funk-cis csoport jelenltre a molekulban.

NH2

NH2

NH2CH3CH2

Etnamin Ciklohexn-1,3-diamin


27/186

26

Egy szekunder vagy tercier amin szubsztitcis nevt gy kpezzk, hogy kivlasztjuk a nit-rognhez kapcsold leghosszabb alkillncot, s azt primer aminknt nevezzk el. A nitro -gnhez kapcsold msik kt alkillnc neve eltt pedig azN-eltagokkal jelezzk azt, hogy azutna ll alkilcsoport a nitrognhez kapcsoldik.

N

CH3

CH2CH2CH2CH3CH3CH2

N-Etil-N-metilbutn-1-amin

A nitrogn nemkt elektronprja egy negyedik alkilcsoportot is meg tud ktni, s ennekeredmnyeknt pozitv tlts nitrognt tartalmaz ammniumvegylet alakul ki.

-ClN

CH3

H3C

CH3

CH3+

Tetrametilammnium-klorid

A tbbszrs ktseket tartalmaz vegyletek nevei.Az alknekbentallhat szn-szn ket-ts kts jelenltt a molekula nevben azzal lehet kifejezni, hogy az alknok nvgzdsehelyett az nvgzdst alkalmazzuk.

CH2 CH2 CH3CH2CH2CH CH2

5 4 3 2 1CH3CH2CH2C CH

Etn Pent-1-n Pent-1-in

Hromnl tbb sznatomot tartalmaz vegyleteknl a ketts kts tbb helyen is el fordul-hat a molekulban, gy a nvben a ketts kts helyre is utalni kell. Ezrt kivlasztjuk azt aleghosszabb lncot, amelyik tartalmazza a ketts ktst, majd megszmozzuk a sznatomokat,arrl az oldalrl kezdve, amelyik kzelebb van a ketts ktshez. A ketts k tsnek csak azels sznatomjt adjuk meg. gy pldul a pent-1-n azt jelenti, hogy a ketts kts a 1. s a2. sznatom kztt tallhat. A szablyzat szerint a helyzetszmot mindig a nv azon rsze el

rjuk, amelyikre az vonatkozik, jelen esetben az nel.Az alkineksznszn hrmas ktsre az invgzds utal. A hrmas kts kezd sznatomjaitt is a lehet legkisebb szmot kapja.Az aroms vegyleteket,kis reaktivitsuk miatt, alapvegyleteknek szoks tekinteni. Mivelrgta ismert vegyletek, a nevezktan sok esetben megengedi a tradicionlis elnevezsekhasznlatt is. Ilyen tradicionlis nv pldul az aroms vegyletek alapvegyletnek tekint -het benzol neve is.

Benzol


28/186

27

A karbonilvegyletek nevei.Az aldehidekesetben az alvgzds (kiejtse l) utal a funk-cis csoportra. A funkcis csoport sznatomja kapja az 1-es szmot, de ezt a nvben nem kellkln jellni.

HCH3 C

O

HCH3CH2 C

O

HCH2C

O

CH2H

CH2 C

O

Etanal Propanal Pentndial

A ketonoknl az onvgzds utal a funkcis csoportra. A szmozst itt is arrl az oldalrlkell kezdeni, amelyikhez kzelebb van a funkcis csoport.

C

O

H3C CH2CH2CH3 C

O

H3C CH2 C CH3

O

Pentn-2-on Pentn-2,4-dion

A karbonsavak neveit gy kpezzk, hogy elszr kivlasztjuk a leghosszabb sz nlncot gy,hogy a karboxilcsoport sznatomja is tagja legyen ennek a lncnak, s ez a sznatom kapja az1-es szmot. A lncot alknknt nevezzk el, majd a sznlnc neve utn a savszt rjuk.

H

H3C H2C CO2H

CH3

COH

O

CCH3

CH2

CH2

CH2

Pentnsav 2-Metilbutnsav

(III) Csoportfunkcis nevek

A szisztematikus nevezktan a szubsztitcis nv mellett ms mdon kpzett nevek hasznla-tt is megengedi, ha azok egyszerbbek, de mgis egyrtelmek. Az egyik ilyen nvkpzsimdszer az, amikor a vegylet sznvzt alkilcsoportkntnevezzk el, s ezutn illesztjkhozz, ktjellel elvlasztva, a funkcis csoportrautal vgzdst. Ezeket a neveket hvjukcsoportfunkcisneveknek.

Ilyen tpus nv pldul az alkil-halogenidekkzs neve is. Az egyes alkil-halogenidekelnevezsnl a megfelel halogenidnevt rjuk az alkilcsoportneve utn.

CH3CH2 Cl Etil-klorid

Az egyszerbb terekelnevezsre is leggyakrabban a csoportfunkcis nevket hasznljuk. Afunkcis csoportra utal terkifejezs eltt betrendben soroljuk fel az oxignhez kapcsoldalkilcsoportokat.

CH3CH2OCH3 Etil-metil-ter


29/186

28

Az egyszerbb alkoholokesetben is gyakori a csoportfunkcis nevek hasznlata. Az ilyentpus nevekben az alkilcsoport neve utn rt alkoholcsoportnv utal a funkcis csoportra.

CH3CH2 OH

Etil-alkohol

Az aminokszubsztitcis nevben az aminsz utal a funkcis csoportra, s eltte soroljukfel betrendben az alkilcsoportokat.

CH3CH2 NH2

Etil-amin

A karbonilvegyletek kzl az egyszerbb ketonok esetben is gyakran hasznljk a csoport-funkcis neveket. Az alkilcsoportokat itt is betrendben kell felsorolni.

C

O

H3C CH2CH3

Etil-metil-keton

(IV) A tbbfunkcis molekulk elnevezse

Egy adott molekula tbbfle funkcis csoportot is tartalmazhat. Az uttagban azonban csakegy funkcis csoport neve szerepelhet. Ezrt a nevezktani szablyzat az uttagknt meg neve-zend funkcis csoportokat prioritsi sorrendbe lltotta. Annl nagyobb priorits egy funk-cis csoport, minl tbb elektronegatv csoport kapcsoldik a sznhez. Tbb funkcis csoport

jelenlte esetn a prioritsi sorrendben elrbb ll csoportot tekintjk fcsoportnak.Ezt kveten a fcsoportot nevezzk meg az uttagban, mg az sszes tbbi csoportot eltag-knt adjuk meg. Ehhez szksg van arra, hogy a funkcis csoportokat eltagknt is el tudjuknevezni.

A nvkpzsnl itt is azzal indul, hogy kivlasztjuk azt a leghosszabb lncot, amelyikhez afcsoportkapcsoldik, majd megllaptjuk az alapnevet, az eltagknt megnevezett csopor-tok neveit pedig szoks szerint betrendben soroljuk fel. Az alapvegylet neve eltt ll

eltag nevt szoks szerint egyberjuk az alapnvvel, mg a tbbi eltagot ktjelekkel v-lasztjuk el egymstl.

Vegyletcsald Nv uttagknt Nv eltagkntkarbonsavak sav karboxi

aldehidek al formil

ketonok on oxo

alkoholok ol hidroxi

aminok amin amino


30/186

29

CH2 CH2 CH2 C

O

OH

OH

CH2 CH2 C C

O

OH

OH O

4-Hidroxibutnsav 4-Hidroxi-2-oxobutnsav

3. fejezetA szerves vegyletek trkmijaA szerves vegyletek hromdimenzis kpzdmnyek. Az egyszerbb molekulk, pldul ametn, trbeli elrendezdst egyrtelmen le lehet rni a C-H ktstvolsgok (110 pm) s aH-C-H ktsszgek (109,5o) megadsval. A legtbb molekula azonban tbbfle mdon iselhelyezkedhet a trben, azaz tbb trizomer is kialakulhat.

3.1. A trizomerekAz azonos sszegkplet, de eltr szerkezet vegyleteket izomerekneknevezzk. Az izo-merek egyik csoportjt az jellemzi, hogy kmiailag nagyon hasonl vegyletek, mert mg azatomok kapcsoldsi sorrendje is azonos, s csak trbeli elrendezdskben klnbznekegymstl. Az ilyen molekulkat trizomereknekvagy sztereoizomerekneknevezzk.A trizomereket kt nagy csoportba lehet sorolni. Az egyik csoportba azok a trizomerektartoznak, amelyek ktshasads nlkl tudnak egymsba alakulni. Ezeket a trizomereketnevezik konformcis izomereknek.A konformcis izomerek talakulsa egymsba kis energiabefektetst ignyel, ezrt ez mrszobahmrskleten is knnyen vgbemegy. gy, ha szt is vlasztannk ezeket az izome-reket, mr szobahmrskleten ismt egymsba alakulnnak, s visszakpzdne a sztvlasz-ts eltti llapot.A msik csoportba azok a trizomerek tartoznak, amelyek csak ktshasadssaltudnak egy-msba alakulni. Mivel a ktshasads nagy energiabefektetst ignyel, az ilyen izomerekszobahmrskleten nem alakulnak t egymsba. Ez azt is jelenti, hogy az ilyen trizomereksztvlaszthatk, mert sztvlaszts utn nem alakulnak t a msik trizomerr. Az ilyentrizomereket nevezzk konfigurcis izomereknek.

3.2. Konformcis izomerekA metnnl bonyolultabb szerkezet molekulk esetben is elfordulhat, hogy csak egyetlentrbeli formban lteznek. Ez a helyzet pldul a merev gyrt tartalmaz ciklopropn ese-tben, amelyben a molekult alkot atomok nem kpesek az egymshoz viszonytott hely -zetket megvltoztatni. Az ilyen molekulk trszerkezett is egyrtelmen jellemezni lehet a

ktstvolsgoks a ktsszgekmegadsval.


31/186

30

H

H

HH

HH

Ciklopropn

A flexibilis molekulkban azonban knnyen vgbemehet a molekult alkot atomok elmoz-dulsa egymshoz kpest, ezrt ezek a molekulk tbb (egyes esetekben nagyon sok) trbelihelyzetet is felvehetnek, azaz tbb konformcis izomerjk is ltezhet.A konformcis izomerek teht ugyanannak a vegyletnek a klnbz trbeli formi, ame-lyek a molekult alkot atomok egymshoz viszonytott helyzetben klnbznek egymstl.Ezt a viszonyt a dideres szggel szoks jellemezni. A dideres szg egy adott molekuln

bell a szomszdos atomokon lv ktsek egymshoz val viszonyt adja meg. Az albbialkn trbeli elrendezdst pldul az jellemzi, hogy a H-C-C-Hdideres szg 0 o.

HH

Egy adott molekula konformcijnak lersa teht azt jelenti, hogy megadjuk a molekultjellemz dideres szgeket, ami bonyolultabb molekulk esetben nagyon sok ilyen szgmegadst ignyelheti.

A rotcis izomerek. Egyszigma-kts mentn szabad a rotci, azaz az sszekapcsolt cso-

portok egymshoz kpest tetszleges mrtkben elfordulhatnak, s emiatt nagyon sok trbelielrendezds (konformcis izomer) jhet ltre.Az etn rotcis izomerjei kzl kt hatresetet rdemes kiemelni. Az egyikben 0oa dideresszg, s a metilcsoportok hidrognjei a lehet legkzelebb vannak egymshoz (ez a fed l-

ls), a msikban pedig 60o a dideres szg, s a lehet legtvolabb vannak a hidrognek

egymstl (ez a nyitott lls). A kt konformcis izomer teht 60o-os elforgatssal alakulhatt egymsba.

Nyitott lls Fed lls

A nyitott lls a legstabilabb konformci, mert ebben az esetben vannak a C-H ktseket lt-rehoz elektronprok a legtvolabb egymstl, s emiatt a legkisebb a kztk kialakul ta -szts. A fed lls viszont az a msik hatreset, amelyben a legnagyobb a taszts a hidrog-nek kztt.A szabad elforduls miatt az etnmolekulk nagyon sok konformciban ltezhetnek, de az

energetikai viszonyok miatt legnagyobb rszk a nyitott llsnak megfelel konformcibantallhat, mg a legnagyobb bels energij fed llst veszi fel a legkevesebb molekula.Az etn molekula szabad rotcijnak energiadiagramjalthat az albbi brn.


32/186

31

A ciklohexn konformcis izomerjei. A kis tagszm cikloalknok, pldul a ciklopropn,merev szerkezet molekulk, ezrt csak egyetlen trbeli elrendezdsben ltezhetnek. A na-gyobb gyrk mr flexibilisek, ezrt ktshasads nlkl is tbbfle trbeli elrendezdst ve-hetnek fel. A ciklohexn esetben pldul ktfle kitntetett trhelyzetet klnbztethetnk

meg, a szkformts a kdformt.

Szk Kd

A flexibilis cikloalknokban ugyanis a sznatomokhoz kapcsold csoportok, a nylt lnc al-knokhoz hasonlan, elfordulhatnak egymshoz kpest. Mivel azonban a cikloalknokban asznatomok gyrt kpeznek, tbb sznatom egyidej rotcija szksges ahhoz, hogy egyadott konformci egy msikk alakuljon t.

A szk kdd trtn talakulsnl pldul a jobb oldali hrom sznatomvltozatlan ma-rad, mg a bal oldali hrom sznatomhoz kapcsold C-H ktsekbizonyos mrtkben elfor-dulnak egymshoz kpest.

A kdformban a hidrognek kzel kerlnek egymshoz, s a kztk fellp taszts megn -veli a molekula bels energijt. Emiatt a ciklohexn trizomerjei kzl a kdforma lesz a

legnagyobb, mg a szkforma a legkisebb bels energij izomer, s a ciklohexnmo lekulklegnagyobb rsze a szk-konformciban tallhat.


33/186

32

H

H

H H

A ciklohexn szkformjban ktfle C-H ktst lehet megklnbztetni. Az axilisktsekprhuzamosak a tengellyel (az axissal), mg az ekvatorilisktsek kzeltleg az egyenlt(az equator) skjban helyezkednek el.

Axilis ktsek Ekvatorilis ktsek

A gyr tfordulsakor az axilis szubsztituensekbl ekvatorilisak, az ekvatorilisakbl pe-dig axilisak lesznek. A nagyobb trkitlts csoportok ekvatorilis helyzetet igyekeznek el-foglalni, mert axilis helyzetben kzel kerlnek a hidrognekhez ( 1,3 diaxilisklcsnhats).

H

H

H

H

H

H

H

HH

H

H

H

HH

H

H

Axilis metil Ekvatorilis metil

A metilciklohexnban pldul a molekulk 95 %-a abban a konformciban tallhat, amely-ben a metilcsoport ekvatorilis helyzetben van.

3.3. Konfigurcis izomerek

A konformcis izomerek teht ugyanannak a molekulnak a klnbz trbeli formi,amelyek az egyes csoportok molekuln belli elforgatsval fedsbe hozhatk egymssal.

A konfigurcis izomerekezzel szemben olyan trizomerek, amelyek egyetlen konformci-jukban sem hozhatk fedsbe egymssal. Annak megllaptsra, hogy kt molekula fedsbehozhat-e egymssal, a molekulamodellekalkalmazsa a legclravezetbb megolds.Molekulamodellek hinyban a perspektivikus kpletek is alkalmasak lehetnek a trizome-rek kztti viszonyok tanulmnyozsra. Ezeknl a kpleteknl a normlis vastagsg vegy-rtkvonalak a papr skjban elhelyezked ktseket, mg a vastag vegyrtkvonalak a paprskja feletti, a szaggatottak pedig a papr skja alatti ktseket jellik. Az brn pldul a

propnsav (CH3CH2CO2H) kt perspektivikus kplete lthat.


34/186

33

H

O2H

H

C

CH3

CC

CH3

CO2H

H

H

Az brn lthat molekulakpletek azonban, a molekula brmifle megvltoztatsa nlkl,egyszer forgatssal fedsbe hozhatk egymssal. Ezek teht nem trizomerek, ha nem ugyan-annak a molekulnak a trben klnbz mdon elhelyezked formi.

CO2H

HH

CH3

CH

H

CO2H

CH3

CC

CH3

C

H

O2H

H

A tapasztalat azt mutatja, hogy a konfigurcis izomerekben mindig tallhat olyan atom (sokesetben tbb is), amelyen ha kt szubsztituenst felcserlnk, egy msik trizomert kapunk. Eza szubsztituenscsere tulajdonkppen azt a ktshasadst jelenti, amely szksges ahhoz, hogya konfigurcis izomerek egymsba tudjanak alakulni.A konfigurcis izomerek azon atomjait, amelyeken a szubsztituenscsere egy msik trizo-merhez vezet, sztereocentrumnak, sztereogn atomnak vagy sztereoatomnakszoks nevez-ni. A szubsztituenscsere a sztereocentrumon elhelyezked csoportok sorrendjt vltoztatjameg. Ezt a csoportsorrendet hvjk az adott sztereocentrum konfigurcijnak. Az egyeskonfigurcis izomerek teht a sztereocentrum (vagy sztereocentrumok) konfigurcijban

klnbznek egymstl.

3.4. A kirlis sznatom

A szerves vegyletek egy rszben a tetrader kzepn elhelyezked sznatomhoz legalbbkt azonos csoport kapcsoldik. A propnsavnl pldul a kt hidrognatom a kt azonos cso-

port. Ha a propnsav kzponti sznatomonjhoz kapcsold csoportok kzl kivlasztunkktcsoportot (pldul a CH3s a CO2Hcsoportokat), s ezeket felcserljk, egy olyan moleku-lhoz jutunk, amelyik a papr skjn tmen tengelykrli 180 o-os elforgatssal fedsbehozhat az eredeti molekulval. Az adott esetben teht a kt vegylet nem ugyanaz ugyan (ahidrognek fel vannak cserlve), de megklnbztethetetlenek, gy nem trizomerekrl van

sz.

C

CH3

C

H

O2H

H

CH3s CO2H

csere CH H

CH3

CO2H

C

CH3

C

H

O2H

H


35/186

34

Vannak azonban olyan vegyletek is, amelyekben ngy klnbz szubsztituens kapcsoldika kzponti sznatomhoz. Ilyen vegylet pldul a tejsav, amelyben a tetrader kzepn el-helyezked sznatomhoz CH3, OH, CO2Hs Hcsoportok kapcsoldnak.

OH

O2H

H

C

CH3

C

Ha a tejsavban cserljk fel a CH3s a CO2Hcsoportokat, egy olyan molekulhoz jutunk,amelyik a papr skjn tmen tengelykrli elforgatssal nem hozhat fedsbe az eredetimolekulval.

HHOC

CH3

C

H

O2H

OHcsere

CH OH

CH3

CO2H

C

CH3

CO2H

A fedsbe hozs ms mdon sem rhet el, ennek megfelelen a tejsav esetben a H s azOH csoportok cserje a kzponti sznatomon egy msik trizomert eredmnyez. A tejsavkzponti sznatomja teht a definci szerint sztereocentrumnak tekinthet.

Az eredeti s a csere utn kapott trizomerek viszonynak vizsglata azt mutatja, hogy ezekegyms tkrkpei. Az ilyen tkrkpi izomereket enantiomerekneknevezzk.

C

CH3

C

H

O2H

OHC

CH3

C

HO

O2H

H

A tejsav kzponti sznatomja teht olyan sztereocentrum, amelynl a szubsztituenscserea msik enantiomerhez vezet.Az enantiomerek ugyanolyan viszonyban vannak egymssal, mint a bal kz s a jobb kz,amelyek szintn tkrkpei egymsnak.


36/186

35

A kz grg neve utn kirlis vegyleteknek nevezzk azokat a molekulkat, amelyek nemhozhatk fedsbe a tkrkpkkel, ugyangy, mint ahogy a kt kz sem, s kirlisatomnaknevezzk azokat a sztereocentrumokat, amelyeken a szubsztituenscsere a msik enantiomer-hez vezet.

A leggyakoribb kirlis atom a kirlis sznatom, ennek megfelelen a kirlis vegyletek dn-

t tbbsgt az jellemzi, hogy bennk kirlis sznatom tallhat.A legtbb esetben a kirlis sznatom egy olyan sp3-sznatom, amelyhez ngyklnbzszubsztituens kapcsoldik.Ezrt egy adott molekula kiralitsnak megllaptshoz az a legegyszerbb mdszer, hamegllaptjuk, tartalmaz-e a molekula ilyen sznatomot? A kirlis sznatomot csillaggal szo-ks jellni.

O

CH3*

2-Metilciklohexanon

3.5. Az optikai aktivits

A fny elektromgneses hullm, amelynek a rezgsi skja merleges a fny terjedsi irnyra.A kznsges fnyt, amely szmtalan rezgsi sk sszessge, polariztoron tvezetve polrosfnyt kapunk, amely mr csak egyetlen skban rezg komponenst tartalmaz.

Ha bizonyos molekulk oldatn polros fny halad t, a polrosfny skja elfordul (elfordul akznsges fny thaladsnl is, de ott ezt az elfordulst nem lehet szlelni). Az elfordulsszge () mrhet. Az elforduls irnya pedig vagy megegyezik az ramutat jrsval (ezeka jobbra forgat molekulk sjellsk +), vagy azzal ellenttes (ezeket nevezik balra forgatmolekulknak s a jellsk -). A jelensg neve optikai aktivits, s az ezt okoz molekulkaz optikailag aktvmolekulk.

A jelensg rtelmezshez abbl lehet kiindulni, hogy egy foton s egy molekula klcsn-hatsa kvetkeztben a rezgsi sk megvltozik. Szimmetrikus molekulk esetben minden


37/186

36

foton-molekula klcsnhats tkrkpe is jelen van a rendszerben, ezrt a rezgsi sk mindenelfordulsnak a tkrkpe is jelen lesz, azaz ezek a klcsnhatsok makroszkpikusan ki -oltjk egymst.Az enantiomerek azonban egyms tkrkpei. Emiatt, ha az enantiomereket sztvlasztjuk, scsak az egyik enantiomer oldatn vezetjk t a polros fnyt, egy adott elforduls tkrkpe

csak akkor alakulhatna ki, ha a msik enantiomer is jelen lenne. Mivel azonban nincs jelen, akiolts sem trtnik meg, gy forgatst fogunk szlelni.Ha a msik enantiomerrel vgezzk el ugyanezt, ugyanakkora mrtk forgatst fogunkkapni, s az eltrs csak az lesz, hogy a kt tkrkpi izomernl ellenttes lesz a forgatsiirny.Az enantiomerek 1:1 arny elegye esetben azonban minden klcsnhatstkrkpe is jelenvan a rendszerben, gy a forgatsok kioltjk egymst, s sszessgben nem szlelnk forga-tst. Az ilyen elegyeket racm elegyeknek nevezik, s a jellsk (), ami arra utal, hogymindkt enantiomer egyenl arnyban van jelen a rendszerben.A fajlagos forgatkpessg.A forgats mrtke fgg a fnnyel kapcsolatba kerl moleku-lk szmtl, azaz a fny thossztl s a koncentrcitl. Ezrt egy optikailag aktv molekula

jellemzsre a fajlagos forgatkpessgethasznljk. A forgats mrtke ezen kvl fgg az alkalmazott fny hullmhossztl is, ezrt az ssze -hasonlthatsg miatt clszer egy adott hullmhosszon vgezni a mrst. A forgatkpessgmrst ltalban az 589 nm hullmhosszsg fnnyel szoks vgezni. Eza ntrium gyne-vezett D vonala, ezrt rgebben az []Djellst, jabban pedig az []589 jellst hasznljk afajlagos forgatkpessgre.A tiszta enantiomerek fajlagos forgatkpessge azonos nagys-g, de ellenttes eljel.

= a mrt forgats (fok)l= a fnyt (a kvetta) hossza (dm)

C= a koncentrci (g / cm3 )

3.6. A kirlis sznatom jellse

Egy kirlis sznatom jelenlte kt enantiomer kialakulst eredmnyezi. Ezt a kt tkrkpiizomert valamilyen mdon a vegylet nevben is jellni kell. Erre a clra az R/S eltagokatalkalmazzk. Ezek megllaptshoz elszr prioritsi sorrendbe lltjuk a kirlis sznatom-hoz kapcsold csoportokat. A legnagyobb priorits csoport kapja az 1-es, a legkisebb pri-

orits pedig a 4-es szmot. A prioritsi sorrend megllaptsnak alapelve az, hogy a na-gyobb rendszm atomok a nagyobb prioritsak, ami egyrtelm a halognek esetben.

C

I

Br

Cl

F

1

2

3

4

Ha azonban egy sznatomhoz sszetett csoportok kapcsoldnak, a kzvetlenl kapcsold

atomok a klnbz csoportokban azonosak is lehetnek. Ilyenkor a kzvetlenl kapcsold

Cl

589][


38/186

37

atomokhoz kapcsold tovbbi atomokat hasonltjuk ssze, s addig haladunk tovbb, amgklnbsget nem tallunk.Az albbi esetben pldul a =C jells sznatomhoz kt sszetett csoport kapcsoldik. Azels kapcsold atom mindkt csoportban sznatom (C). Tovbb haladva mr tallunk k-lnbsget. Az egyik csoportban ugyanis a Cl, a msikban pedig a Na legnagyobb rendszm

atom. A szably szerint az a csoport lesz a nagyobb priorits, amelyikben a legnagyobbrendszm atom tallhat.

CH3

NH2

Cl

H

H

CH3

C

C kisebb

nagyobb

C

Ha a legnagyobb rendszm atomok azonosak, az a csoport lesz a nagyobb priorits,amelyikben tbb van a nagyobb rendszm atombl.

C

nagyobb

kisebbC

C

CH3

CH3

CH3

CH3

CH3

H

A fenti szablyokat a tejsav esetben alkalmazva az albbi prioritsi sorrendet lehet meglla-ptani:

4 3

2

1

H

CO2H

CH3

OH

C

Ezt kveten helyezzk el a tejsav molekulamodelljt gy a trben, hogy a 4-es szmmal jel-zett csoport (ez a tejsav esetben a hidrogn) a hvelykujjunk irnyban helyezkedjen el.


39/186

38

Ekkor a msik hrom szubsztituens 1 2 3 krljrsi irnya az egyik enantiomer eset-ben az klbe szortott jobb kz ujjai ltal meghatrozott irnynak felel meg.Ezrt ezt a jobb kznek megfelel elrendezdst a latin rectus (jobb) kezdbetjt felhasz-nlva az R eltaggal jelljk. A msik, a bal kznek megfelel elrendezds jellsre alatinsinister (bal) kezdbetjt alkalmazva az Sjellst hasznljuk.

A fenti szably egy msik megfogalmazsa szerint a kirlis molekult gy kell szemllni,hogy a legkisebb priorits csoport (ez legtbbszr a hidrogn) a szemnktl tvol legyen.

Ekkor a msik hrom atomcsoport egy krven helyezkedik el. Az 1 2 3 krljrsiirny az (R)-enantiomernl megegyezik az ramutat jrsnak irnyval, mg az (S)-

enantiomernl ellenttes a krljrsi irny.

Termszetesen mindkt ton ugyanarra az eredmnyre jutunk, s a fentiek alapjn egyrtel-men jellni tudjuk a kt enantiomer trbeli elrendezdst.Azt azonban ezek utn sem tudjuk, hogy az R vagy S eltagokkal jelltenantiomerek

kzl melyik felel meg a (+)- s melyik a (-)-trizomereknek.Ezrt csak kln vizsglatok segtsgvel lehet azt megllaptani, hogy egy adott molekula

esetben a (+)- s a (-)-enantiomerek kzl melyik azR, s melyik az S.Ezt gy lehet elvgezni, hogy vagy a (+)-, vagy pedig a (-)-enantiomer trbeli elrendezdstrntgendiffrakcis vizsglatok segtsgvel llaptjk meg.Ezek a vizsglatok arra az eredmnyre vezettek, hogy a balra forgat tejsav trszerkezett az

Rjells rja le helyesen. Ennek megfelelen termszetesen a jobbra forgat tejsav trszer-kezetnek az S-eltag felel meg.

gy aztn a tejsav kt enantiomerjnek elnevezsre az (R)-(-)-tejsav, illetve az (S)-(+)-tejsavnevek hasznlhatk.

3.7. A Fischer-fle vettsi szably

Az albbi brn az (R)-tejsav trbeli modellje lthat, kt klnbz irnybl nzve. A baloldalinl a hidrogn a szemnktl tvol, mg a jobb oldalinl a szemnk irnyban helyez-kedik el.


40/186

39

.

C

O

OH

CH3HO

H

C

1

2

3

C

O

OH

C

1

2

3H3C

OH

H

A szably szerint a konfigurci megllaptsakor a kirlis molekult gy kell szemllni,hogy a legkisebb priorits csoport (az adott esetben ez a hidrogn) a szemnktl tvol he-lyezkedjen el. A bal oldali modellnl ennek megfelelen az 1 2 3 krljrsi irny azramutat jrsnak irnyval egyezik meg, hiszen ez az (R)-enantiomer.Ha azonban egy perspektivikus modell gy helyezkedik el a trben, hogy a hidrogn aszemnkhz kzel tallhat (mint a jobb oldali bra esetben), a krljrsi irny termszete-sen ellenttes lesz az ramutat jrsval, annak ellenre, hogy ez is az (R)-enantiomer. Azilyen perspektivikus modellek esetben teht krltekinten kell eljrni.A kirlis molekulkat azonban gyakran nem perspektivikus kpletekkel, hanem ktdimenzis

formban brzoljk. Ehhez a tetraderes sznatomot a papr skjra kell vetteni. Erre avettsre vonatkozik a Fischer-fle vettsi szably.A Fischer-fle vettsi szably szerint a tetradert gy kell elhelyezni a paprra trtn vetts-hez, hogy a vzszintes tengelyen elhelyezked csoportok legyenek a papr skja fltt, mga fggleges tengelyen helyet foglalk a sk alatt. Ennek megfelelen az (R)-tejsav az brnlthat mdon brzolhat ktdimenzis formban.

A ktdimenzis forma is alkalmazhat az R/Seltagok megllaptsra, csak bizonyos sza-blyokat be kell tartani. Elszris a ktdimenzis formnl az 1 2 3 krljrsi irnytgy llaptjuk meg, mintha a 4-es csoport jelen sem lenne. Az (R)-tejsav elbbi ktdimenzisbrzolsnl ez a kvetkez mdon nz ki:

4

3

2

1

CO2H

CH3

OHH

A kapott krljrsi irny azonban ellenttes az ramutat jrsval, ami viszont az (S)-tej-savnak felelne meg. Ez teht azt jelenti, hogy a ktdimenzis brzols esetben a krljrsiirny nem a helyes eltagot adja meg, ha a 4-es csoport a vzszintes tengelyen tallhat.Helyes lesz viszont az eredmny akkor, ha a 4-es csoport a fggleges tengelyenhelyezkedikel, mint pldul az (S)-tejsav albbi ktdimenzis formjnl:

HO2C

4

3

2 1

CH3

OH

H

H OH

CH3

CO2H

==

HO

H

CH3

CO2H

C

CH3

CO2H

H OHC


41/186

40

Ezrt a ktdimenzis kpletek esetben elszr megllaptjuk az 1 2 3 krljrsiirnyt, majd megnzzk, hogy a hidrogn a fggleges tengelyenvan-e? Ha igen, akkor akapott krljrsi irnynak megfelel eltagot hasznljuk. Ha azonban a hidrogn a vzszintestengelyen tallhat, akkor a msik eltag rja le helyesen a konfigurcit.

3.8. Vegyletek tbb sztereocentrummalA tejsav egy sztereocentrumot tartalmaz, s a szubsztituenscsere ezen a centrumon a msikenantiomerhez vezet, teht ez a sztereocentrumegyttal kirlissznatom is. Egy molekulaazonban tbb sztereocentrumot is tartalmazhat. Kt sztereocentrum tallhat pldul a pentn-2,3-diolban, mert kt olyan atom is van a molekulban, amelyeken a szubsztituenscsere tr-izomerek kialakulshoz vezet. A kt sztereocentrum jelenlte miatt mindkt sztereocentrumkonfigurcijt jellni kell, s ezt ugyanolyan mdon lehet megtenni, mint az egy kirlissznatomot tartalmaz vegyletek esetben, de a sztereocentrumok helyzetszmait is meg kelladni.

43

2

1

OH

H5C2 C

H3C H

OH

C

H

43

2

1

543

2

1

OH

H C

H3C H

OH

C

CH2CH3

OH

H C

H3C H

OH

C

C2H5

Az bra a csoportsorrend megllaptst mutatja be a (2S,3R)-pentn-2,3-diol sztereocentru-mai esetben a ktdimenzis kpletek segtsgvel (a hidrogn mindkt esetben a vz szintestengelyen tallhat!).

.A konfigurci megllaptsnl azonban gyelni kell arra, hogy asznatomot a hidrognnelellenttes oldalrl szemlljk, ellenkez esetben az ellenttes konfigurcihoz jutunk.

(2S,3S)-pentn-2,3-diol (2R,3R)-pentn-2,3-diol


42/186

41

A (2S,3S)-pentn-2,3-diol tkrkpe a (2R,3R)-pentn-2,3-diol, azaz kt enantiomerrl vansz.

Kt kirlis sznatom esetben 4 sztereoizomer kialakulsra van lehetsg. A msik ktsztereoizomer, a (2S,3R)-pentn-2,3-diol s a (2R,3S)-pentn-2,3-diol, amelyek szintntkrkpei egymsnak.

(2S,3R)-pentn-2,3-diol (2R,3S)-pentn-2,3-diol

A (2S,3S)-pentn-2,3-diol s a (2S,3R)-pentn-2,3-diol azonban nem tkrkpei egymsnak,mert az egyik kirlis sznatomjuk konfigurcija azonos.

(2S,3S)-pentn-2,3-diol (2S,3R)-pentn-2,3-diol

Az ltalnos megfogalmazs szerint azokat a sztereo-izomereket, amelyek nem tkrkpeiegymsnak, ssze-foglal nven diasztereomereknek nevezzk.

Ebben az rtelemben teht diasztereomerek azE-Z s a cisz/transz izomerek is, hiszen ezeksem tkrkpei egy-msnak.

Az sszetettebb molekulk kettnl tbb sztereocentrumot is tartalmazhatnak. Mivel aszubsztituenscsere minden sztereocentrum esetben kt trizomert eredmnyez, egy nszm

sztereocentrumot tartalmaz molekulnl a lehetsges trizomerek szma 2n .Sok sztereocentrum jelenlte elvben nagyon sok trizomer kialakulst tenn lehetv. Akoleszterin pldul mr 8 sztereocentrumot tartalmaz, ami 256 lehetsges trizomert jelent. A

termszetben azonban ezekbl az izomerekbl csak egy, az brn lert trizomer fordul el.

H

H

H

HH

H3C

H3C H

*

*

* *

*

*

*

*

A kettnl tbb sztereocentrumot tartalmaz vegyletek esetben is igaz, hogy azok a trizo-merek az enantiomerprok, amelyek mindegyik sztereocentrumuk konfigurcijban kln-


43/186

42

bznek egymstl. Az egyes enantiomerprok pedig egyms diasztereomerjei, mert legalbbegy sztereocentrumuk azonos konfigurcival rendelkezik.

3.9. A mezo-vegyletekA tbb sztereocentrumot tartalmaz vegyletek specilis csoportjt kpviselik azok a mole-

kulk, amelyekben ugyanazok a csoportok kapcsoldnak mindegyik sztereocentrumhoz. Ilyenmolekula pldul a butn-2,3-diol.A (2S,3S)-butn-2,3-diol s a (2R,3R)-butn-2,3-diol ugyangy tkrkpe egymsnak, mint a(2S,3S)-pentn-2,3-diol s a (2R,3R)-pentn-2,3-diol.

(2S,3S)-butn-2,3-diol (2R,3R)-butn-2,3-diol

A msik enantiomerpr ennl a vegyletnl a (2S,3R)-butn-2,3-diol s a (2R,3S)-butn-2,3-diol lenne.

(2S,3R)-butn-2,3-diol (2R,3S)-butn-2,3-diolA molekula azonban forgatssal fedsbe hozhat a tkr-kpvel, azaz a kt kplet egyazonos molekult jell, nem pedig kt sztereoizomert. gy a butn-2,3-diol esetben csakhrom trizomer ltezhet, egy enantiomerpr, s egy nem kirlis trizomer, amelyet a mezo-eltaggal jellnek.

C CH3C CH3

OH OH

H H

mezo-Butn-2,3-diol

A mezo-vegyletek termszetesen nem rendelkeznek optikai aktivitssal, gy ebbl a szem-pontbl hasonltanak a racm elegekhez. Alapvet klnbsg azonban a racm elegyek s amezo-vegyletek kztt az, hogy a racm elegyek elvben sztvlaszthatk kt enantiomerr, anem kirlis mezo-vegyletek esetben viszont ilyen sztvlaszts elvileg sem valsthat meg.

3.10. A trizomerek fizikai tulajdonsgai

A trizomereket kt csoportba osztottuk, az enantiomerek tartoznak az egyik, mg a diasztere-omerek a msik csoportba. A ktfle trizomer kzttaz alapvet klnbsg az, hogy a t-


44/186

43

krkpi izomerekben a megfelel csoportok ugyanolyan tvolsgban vannak, emiatt a kztklv taszts is ugyanaz, s ennek kvetkeztben a bels energia is egyforma.Ez azutn azt eredmnyezi, hogy az enantiomerek minden fizikai tulajdonsgukban (a fajla-gos forgats nagysgt is belertve) megegyeznek, s csak a forgats irnyban klnbznekegymstl. A diasztereomerekben ugyanakkor a megfelel csoportok kztti tvolsgok nem

azonosak, ami azt jelenti, hogy a diasztereomerek eltr fizikai tulajdonsgokkal (forrspont,oldkonysg) rendelkeznek. Mivel a legltalnosabb elvlasztsi mdszerek a forrspontok,illetve az oldkonysgi rtkek klnbzsgn alapulnak, dnt klnbsg a ktfajta trizo-mer kztt az, hogy az enantiomerek nem vlaszthatk el egymstlezekkel a fizikai md-szerekkel, a diasztereomerek ellenben, legalbbis elvben, igen.

A rezolvls. A racm elegyek enantiomerekre trtn sztvlasztst rezolvlsnak neve-zik. A fentiek alapjn a rezolvls elve az, hogy az enantiomereket elszr diasztereomerekkalaktjuk t, majd ezeket a diasztereomereket vlasztjuk szt a megfelel fizikai elvlasztsimdszerekkel, vgl a sztvlasztott diasztereomerekbl visszanyerjk a tiszta enantiomere-ket. A savas csoportokat tartalmaz kirlis vegyletek rezolvlsnak egyik mdja az, hogy

kirlis aminnal reagltatjk ezeket a vegyleteket. Az aminok ugyanis bzikus nitrognt tar-talmaznak, ezrt a karbonsavak protonjt megktve ammniumvegyletekk alakulnak t.

RNH3+-

OR

O

CRNH2OHR

O

C

egykarbonsav egy amin egy ammniumvegylet

Ammniumvegylet kpzdik akkor is, ha egy kirlis karbonsavat nem kirlis aminnal rea -gltatunk. Azonban a kpzd ammniumsk ugyangy tkrkpei egymsnak, ahogy a kiin-dulsi karbonsavak is azok voltak, s emiatt a fizikai tulajdonsgaik is azonosak.

Ha azonban a kirlis savat kirlis aminnal reagltatjuk, a kpzd skban mr kt kirlis szn-atom lesz tallhat. A sban lv amin kirlis sznatomja mindkt esetben azonos trbeli el-rendezds, ezrt a sban lv kt kirlis sznatom kzl az egyik azonos (R) , a msik pe-dig ellenttes (Rvagy S) trbeli elrendezds. Azaz kt diasztereomerrl van sz, ezrt ezekfizikai mdszerekkel sztvlaszthatk.

(S)-s

(R)-s

O

O

H

C

C

O

O

H

HOCH3

C

C

CH3NH2

(S)-(+)-tejsav

(R)-(-)-tejsav

OH

O

H

C

C

OH

O

H

HOCH3

C

C

-

-CH3NH3

CH3NH3

+

+

OHCH3

OHCH3

CH3OH

(R)-1-feniletn-1-amin -

-

+

+

H

H3C

NH3

C

H

H3C

NH3

C

H

H3C

NH2

C

C

C

CH3HO

H

O

OH

C

C

H

O

OH

(R)-(-)-tejsav

(S)-(+)-tejsav

C

C

CH3HO

H

O

O

C

C

CH3HO

H

O

O

(R,R)-s

(S,R)-s


45/186

44

Sztvlaszts utn ssav hozzadsval a sk megbonthatk, s gy a tejsav enantiomerjeitisztn elllthatk.

3.11. Vegyletek sp2-sztereocentrumokkalEgy molekulbannemcsak teltett sznatomok lehetnek sztereocentrumok, hanemsp2-sztereo-centrumokat tartalmaz vegyletek is lteznek.

Az alknek trizomerjei. A but-2-n esetben pldul az a tapasztalat, hogy ktfle ilyenmolekula ltezik, s ezek klnbz fizikai tulajdonsgokkal rendelkeznek. Az egyik forrs-

pontja 3,7 oC, a msik pedig 0,88 oC. A magasabb forrspont izomert tradicionlisan cisz-izomernek, az alacsonyabb forrspontt pedig transz-izomernek nevezik. A trkmit illetena cisz-izomereknl a metilcsoportok a ketts kts azonos oldalain, a transz-izomereknl vi-szont az ellenttes oldalakon tallhatk.

cisz-But-2-n transz-But-2-n

A metilcsoportok a transz-izomernl tvolabb vannak egymstl, mint a cisz-izomer esetben.Emiatt kisebb a kztk kialakul taszts is, s ezrt a transz-izomer kisebb bels energivalrendelkezik, mint a cisz. Erre vezethet vissza az is, hogy cisz/transz izomerek fizikai tulaj-donsgai (pldul a forrspont) is klnbznek, azaz itt is diasztereomerekrl van sz. A but-2-n mindkt sp2-sznatomja sztereocentrumknt viselkedik, s brmelyiken vgre-hajtva a szubsztituenscsert, a cisz-izomerbl a transz-izomerbejutunk, s viszont.

CH3

H3C

HH

C C

CH3

HH3C

H

C C

A mindkt sztereocentrumon vgrehajtott csere azonban ugyanannak az izomernek egy msiktrbeli formjhoz vezet, amelyek megklnbztethetetlenek.

CH3H3C

HH

C CC C

H3C

H

CH3

H

Azaz, a mezo-vegyletekhez hasonlan, ezek a sztereocentrumok sem kirlis sznatomok, scsak kt trizomer ltezik, a cisz s a transz, amelyek egyms diasztereomerjei.


46/186

45

Az E/Zeltagok alkalmazsa. A cisz/transzeltagok egyrtelmek olyan esetekben, amikoregy-egy alkilcsoport s egy-egy hidrogn kapcsoldik az egyes sznatomokhoz, mint pldula but-2-n esetben.A bonyolultabb szerkezet alkneknl azonban a ketts kts kt sznatomjhoz ngy kln-

bz szubsztituens is kapcsoldhat. Ilyen vegyletek esetben a cisz-transz elnevezs csak

akkor lenne egyrtelm, ha megadnnk azt is, melyik az a kt csoport, amelyekre az elnevezsvonatkozik. Az egyrtelmsg biztostsa cljbl vezettk be az alknek trszerkezetnekjellsre az E/Z-eltagokat, s a nevezktan inkbb ezen eltagok hasznlatt javasolja azalknek esetben.Ennl az elnevezsnl azt adjk meg, hogy a nagyobb priorits csoportok azonos vagy ellen-ttes oldalon helyezkednek-e el? Az azonos oldalon val elhelyezkedst a (Z)-(zusammen),az ellenttes elhelyezkedst pedig az (E)- (entgegen) eltaggal jellik.

C C CC

Nagyobb Nagyobb

Kisebb Kisebb

Nagyobb

NagyobbKisebb

Kisebb

(Z)-izomer (E)-izomer

A prioritsi sorrend megllaptsnak alapelve ugyanaz, mint az R/Seltagok esetben, azaz anagyobb rendszm atomok a nagyobb prioritsak. A fentiek alapjn az albbi, korbbantransznak nevezett, vegylet elnevezse (E)-but-2-n.

C C

H

H3C

CH3

H

(E)-but-2-n

Kirlis sp2-sznatomok. A kirlis vegyletek dnt tbbsgben a kirlis sznatom olyansp3-sznatom, amelyhez ngy klnbz szubsztituens kapcsoldik, ezrt ltalban ez a szo -ksos defincija a kirlis sznatomnak.

Az ltalnosabb definci szerint azonban a kirlis sznatom olyan sznatom, amelyen vg -rehajtva a szubsztituenscsert, egy msik enantiomer jn ltre. Ennek a defincinak az alap -

jn egyes esetekben az is elfordulhat, hogy a kirlis sznatom egy sp2-sznatom. A dinekkt ketts ktst tartalmaz vegyletek. A kumullt dinek kpezik a dinek egyik csoportjt.

A kumullt dinekben az egyik sznatom mindkt ketts ktsben rszt vesz. A legegy-szerbb kumullt din az alln. Ezen vegyletek krben a nevezktan megengedi a trivilisalln nv hasznlatt.

C CH2H2C C CHHCH3C CH3

1 2 3 4 5

Alln Penta-2,3-din


47/186

46

Az alln diszubsztitult szrmazka a penta-2,3-din. Ennek a molekulnak mindkt szlssp2-sznatomja kirlis sznatom, mert a CH3s Hcsoportok cserje a msik enantiomerhezvezet.

C CC

H

H3C

H

CH3 Erre az ad lehetsget, hogy a molekula nem planris, hanem a kt ketts kts skja merle -ges egymsra, s emiatt a specilis trszerkezet miatt az brn lthat kt trizomer tkrkpeegymsnak, s nem hozhatk fedsbe egymssal.

4. fejezetSzerkezetmeghatrozsi mdszerek

Egy szerves kmikus szmra gyakori feladat, hogy egy, a termszetben elfordul vegyletszerkezett kell meghatroznia. Egy termszetes szerves vegylet szerkezetnek meg hatro-zsa az adott vegylet kivonsval (izollsval) kezddik. A szerves vegyleteket tbbnyireoldszerekkel vonjk ki a termszetes anyagokbl (extrahljk). A koffein pldul forr vz-zel vonhat ki a tealevlbl. Az gy kapott extraktum azonban ltalban tiszttsra szorul.

4.1. Tiszttsi mdszerekA szerves vegyletek sztvlasztsnak s tiszttsnak egyik ltalnosan hasznlhat md -szere az oszlopkromatogrfia. Az oszlop ksztsnl az adszorbenst (egy nagy fellet szi-lrd anyagot, pldul a szilikaglt) vegcsbe tltik


48/186

47

Az oszlop tetejre viszik fel az anyagkeverket, s oldszerrel folyamatosan mossk t az osz -lopon. A komponenseket tartalmaz oldszer lefel halad az oszlopon, s ennek sorn azegyes komponensek megktdnek az adszorbensen.Ezt kveten a friss oldszer feloldja az adszorbeldott anyagokat, amelyek az oszloponlefel haladva jra friss adszorbenssel kerlnek rintkezsbe, s ismt adszorbeldnak. Mivel

az raml oldszer nagyobb mrtkben oldja a gyengbben adszorbeld komponenseket,ezek gyorsabban haladnak lefel, s emiatt gyorsabban is rik el az oszlop aljt, mint az er-sebben adszorbeldk. Elg hossz oszlop esetben a komponensek teljesen elvlnak egy-mstl. Az bra egy polris s egy nem polris vegylet keverknek sztvlst mutatja nem

polris oldszer alkalamazsa esetn. A nem polris oldszer termszetesen a nem polrismolekulkatoldja nagyobb mrtkben. Az oszlop aljn egy szedednyt helyeznek el, s azednyeket gyakran cserlik (frakcikat szednek). A folyamat vgn az ednyek tartalmt ana-lizljk, s az azonos frakcikat sszentik.

4.2. Az elemi analzis

Egy szerves anyag szinte mindig tartalmaz szenet s hidrognt. Emellett elssorban oxign,nitrogn, halognek s kn fordul el a szerves molekulkban. Fmntriummal mlesztve a

szerves anyagot, a fenti elemek ionos vegylett alakthatk, s az ionok klnbz analitikaimdszerekkel kimutathatk.A szerves molekult alkot elemek kimutatsa utn a kvetkez lps a mennyisgi ar -

nyok megllaptsa. Oxignramban elgetve egy szerves molekult, szn-dioxid s vz kp-zdik. Ezeket elnyeletik, s a slynvekedsbl meghatrozzk mennyisgket. A ntriumosmleszts utn az ionok mennyisgi meghatrozsa is elvgezhet. A mennyisgi adatokblmeghatrozhat a molekult alkot elemek szzalkos arnya. Pldul:

C: 40,00 % H: 6,71 % O: 53,29%

A kvetkez lps a slyarny mlarnny val talaktsa az atomtmegekkel val osztsrvn.

C =40,00

12,011= 3,33 H =

6,71

1,0079=6,65 O =

53,29

15,9994= 3,3


49/186

48

A legkisebb szmmal osztva a mlarnyokat, a tapasztalati kpletet kapjuk meg. Ez jelen eset-ben CH2O. A molekula sszegkplete vagy ez, vagy ennek a tbbszrse. Ezt a molekulat-meg meghatrozsval (a gzsrsg, a forrspont-emelkeds vagy az olvadspont-cskkensmrsvel) dnthet el. A fenti molekula tmegre kapott rtk pldul 175.

17530,0262

=5,8

Azaz a valsgos molekulatmeg a tapasztalati kplet hatszorosa, gy a molekula sszegkp-lete C6H12O6.

4.3. A teltetlensgAz sszegkplet nagyon fontos informcikat szolgltathat egy vegylet szerkezetrl. AC6H12O6sszegkplet pldul kizrja azt, hogy halogneket vagy nitrognt tartalmaz funk-cis csoportok jelen legyenek a molekulban. A msik fontos informci a teltetlensg mrtke. Teltettnek akkor neveznk egy vegy -letet, ha maximlis szm hidrognt tartalmaz. Az alknok ltalnos sszegkplete C nH2n+2,azaz egy teltett alkn 2C + 2 szm hidrognt tartalmaz. Egy egyvegyrtk atom jelenlteeggyel cskkenti, egy hrom vegyrtk pedig eggyel nveli a teltettsghez szksges hid-rognek szmt, mg a ktvegyrtk atomok jelenlte nem gyakorol befolyst a teltettsghezszksges hidrognek mennyisgre.

C C C

H

H

H

H

H

H

H

H

C C C

H

H

H

H

H

H

H

C C C

H

H

H

H

H

H

H

C C C

H

H

H

H

H

H

H

O

H

Br N

H

H

2C + 2 2C +2 2C +1 2C +3

Teltetlen egy molekula akkor, ha kevesebb hidrognt tartalmaz a maximlis mennyisgnl.Ketts ktsek jelenlte vagy gyr kialakulsa okozhatja a hidrognek szmnak cskken -st. Minden ketts kts vagy gyr kialakulsa kt hidrogn elvonst jelenti, ezrt a teltett-sghez hinyz hidrognek szmt kettvel osztva kapjuk meg a teltetlensg mrtkt.A C6H12O6 sszegkplet molekula esetben a teltettsghez szksges hidrognek szmt azoxignatomok jelenlte nem befolysolja, ezrt a teltettsghez 14 hidrogn kellene. Ennek

megfelelen a teltetlensg mrtke 1.1412 = 2 / 2 =1

Ez azt jelenti, hogy vagy egy ketts kts vagy egy gyr van a molekulban. Az oxignekjelenlte miatt nem zrhat ki, hogy a teltetlensg egy C=O ketts ktst jelent.

A benzol sszegkplete C6H6, ami azt jelenti, hogy a benzolmolekula nagy mrtkbentel-tetlen.

146 = 8 / 2 = 4

A ngyszeres teltetlensg oka az, hogy a benzol a hrom ketts kts mellett mg gyrsvegylet is.


50/186

49

Ezrt, ha egy molekula nem teltetlen legalbb ngyszeresen, akkor mr az sszegkpletalapjn is kizrhat az, hogy benzolszrmazkrl lenne sz.

4.4. A funkcis csoportok kimutatsa

Egy molekula sszegkpletnek meghatrozsa utn a kvetkez feladat a molekulban je -lenlv funkcis csoportok kimutatsa. Erre a clra alkalmasak az egyes funkcis csoportokra

jellemz tesztreakcik.Ilyen tesztreakci pldul a brm addcija az alknekre. A brm szn-tetrakloridos oldatavrs szn. A ketts kts addcionlja a brmot, gy alknek jelenltben a vrs szn elt -nik. Hasonl tesztreakcik segtsgvel a tbbi funkcis csoport jelenlte vagy hinya is ki-mutathat.A C6H12O6 sszegkplet molekula esetben az egyik lehetsges funkcis csoport az aldehid-csoport, amelynek jellegzetes kimutatsi reakcija az ezsttkr-prba. Ezst-oxid ammnisoldatbl ugyanis aldehid jelenltben a fmezst kivlik a kmcs falra. Az aldehidcsoport

kimutatsa egyttal a molekula teltetlensgre is vlaszt ad, mert az aldehidben C=O ktstallhat.A klasszikus funkciscsoport-kimutatsi mdszerek azonban ltalban sok anyagot ig-

nyelnek, s hossz ideig tartanak. A spektroszkpiai mdszerek viszont gyors meghatrozsttesznek lehetv, kis anyagmennyisgek felhasznlsval. A tmegspektrometria, az infra-vrs spektroszkpia s az NMR spektroszkpia a leggyakrabban alkalmazott spektroszkpiaimdszerek a szerves kmiban.

A leghatkonyabb eljrs e mdszerek egyttes alkalmazsa. Ilyen esetekben a tmegspek-trometria elssorban az sszegkplet megllaptsra, az infravrs spektroszkpia a funk-cis csoportokjelenltnek vagy hinynak kimutatsra, mg az NMR spektroszkpia asznvzszerkezetnek megllaptsra szolgl.

4.5. A tmegspektrometriaA tmegspektromterben elektronsugr segtsgvel elektront szaktanak le a molekulrl, gyegy pozitv tltssel rendelkez gykion jn ltre (ennek sorn a tmeg alig cskken).

RH RH+.

+ e-

A gykionok fragmentldhatnak, s ezltal az eredetinl (a molekulaionnl) kisebb tmegionok is kpzdnek. A kszlk mgneses terben a klnbz tmeg ionok elvlnak egy-mstl, s a megfelel mdon kalibrlt kszlk segtsgvel tmegk meghatrozhat.


51/186

50

Az brn a propn tmegspektruma lthat. A vzszintes tengelyen talljuk a tmeg/tltsarnyt (m/z). Mivel z = 1, ez egyenl a tmeggel. A fggleges tengely az egyes fragmen-tumok intenzitst adja meg. A legnagyobb intenzitst 100 %-nak veszik, s a tbbit ehhezviszonytjk. A propn spektrumban megtallhat a molekulaion (m/z = 44). Ha hidrog-

natomok szakadnak le a molekulrl, a tmeg cskken. Szn-szn kts hasadsa rvn alakulki az etil-kation (m/z= 29), amely ebben a spektrumban a legnagyobb intenzits ion.

CH3CH2CH3+.

CH3CH2 CH3+ .

+

A tmegspektrumbl a molekulatmegltalban knnyen megllapthat. Adott molekulat-meghez azonban tbbfle sszegkplet is tartozhat. gy pldul a C5H12s a C4H8O tmegeegyarnt 72 krli rtk. A C5H12pontos tmege azonban 72,0939, mg a C4H8O esetben a

pontos rtk 72,0575. Nagyfelbonts tmegspektromterek ilyen kis klnbsgeket is kpe-sek rzkelni, s gy az sszegkpleteket meg lehet llaptani.Az sszegkpletbl fontos informcikat lehet megtudni a vegylet lehetsges szerkezettilleten. A C6H12 sszegkplet esetben pldul 14 hidrogn kellene ahhoz, hogy a molekulateltett legyen. A fenti sszegkplet alapjn ennl kt hidrognnel kevesebb van jelen, azazegyszeresen teltetlen molekulrl van sz. Az adott esetben ez nyltlnc alkn vagy ciklo -alkn lehet.A C5H10O sszegkplet szintn egyszeresen teltetlen molekulra utal. Emiatt valszn akarbonilcsoport jelenlte (aldehid vagy keton), esetleg C=C ketts ktst is tartalmaz alko -holrl vagy terrl, vagy gyrs alkoholrl lehet sz. Azaz az sszegkplet jelents mrtk-

ben ko

szerves kémia jegyzet

Documents