Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

A szerves kémia alapjai A szerves kémia a szénvegyületek kémiája. Elnevezésének történeti okai vannak. 1828-ig a "vis vitalis" elmélet (életerő-elmélet)

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "A szerves kémia alapjai A szerves kémia a szénvegyületek kémiája. Elnevezésének történeti okai vannak. 1828-ig a "vis vitalis" elmélet (életerő-elmélet)"— Előadás másolata:

1 A szerves kémia alapjai A szerves kémia a szénvegyületek kémiája. Elnevezésének történeti okai vannak ig a "vis vitalis" elmélet (életerő-elmélet) volt az elfogadott, amely szerint szerves vegyületeket csak élő szervezet tud létrehozni 1828-ban azonban WÖHLERNEK sikerült laboratóriumban is egyszerű szervetlen szénvegyületekből szerves vegyületet előállítani. Kiderült, hogy nincs alapvető különbség a "szervetlen" és a "szerves" kémia tárgykörébe tartozó vegyületek között. Karbamid, oxáálsav Az eltelt másfél évszázadban a szerves kémia ipari szempontból igen nagy jelentőségre tett szert, elég csak a gyógyszeripart és a műanyagipart megemlíteni ammónium-cianátammónium-cianát hevítésével

2 Szerves kémiai alapfogalmak A szénvegyületek szerkezetének alapelvei a szénatom négy vegyértékű. A szén tehát négy kovalens kötést tud létesíteni A kialakult molekulában az elektronok egymásra gyakorolt taszító hatása következtében - az elektronpályák igyekeznek térben minél távolabb kerülni A metánmolekula szénatomját tehát egy olyan tetraéder középpontjában kell elképzelnünk, ahol a tetraéder csúcsain a hidrogénatomok helyezkednek el

3 Kis méretük és viszonylag nagy elektronegativitásuk következtében a szén­atomok egymással közvetlenül is kapcsolódhatnak láncokat vagy gyürűket alkotva. A tetraéderes elrendeződés és a kötésszög az egyes kötéssel egymáshoz kapcsolódó szénatamok esetén is érvényesül ún. szabad rotáció) Leegyszerűsített ábrázolásban

4 A szerves kémiai reakciók fajtái A gyakorlat számára célszerű a legfontosabb szerves kémiai reakciók alábbi, részben formális külső jegyek alapján történő felosztása. Szubsztitúció (helyettesítés) esetében a molekula egy vagy több atomját más atommal vagy atomcsoporttal helyettesítjük. Azt az atomot vagy atomcsoportot, mely az alapvegyületben a hidrogénatom helyére lép be, szubsztituensnek nevezik. A szubsztitúció többféle mechanizmus szerint mehet végbe, és mindig a reagens jellege szerint nevezik el.

5 Gyökös szubsztitúció (jele S R ) esetén a reagens szabad gyök, ami láncreakciót indít el. Ilyen pl. a szénhidrogének hidrogénatomjainak kicserélése halogénatomokkal

6 Nukleofil szubsztitúció (S N ) akkor következik be, ha elektrofil (elektronban szegény, elektront vonzó) szénatomot tartalmazó vegyület nukleofil (elektronátadó) reagens seI lép reakcióba. Ilyen pl. a halogénezett szénhidrogé­nek halogénatomjainak kicserélése más atomcsoportokkal. Az elektrofil szubsztitúció (S E ) főképpen az aromás szénhidrogének hidrogénatomjainak helyettesítésénél játszódik le. A szerveskémiában a „kation” és az „anion elnevezés helyett célszerűbb az elekrtofil ill. a nuleofil megjelölés. Elektrofil az a részecske, amely elektronfelvétellel egészíti ki elektronburkát nemesgáz –konfigurációra. Nukleofil az a részecske, amely elektronleadással révén vegyül akár kationnal, akár, a nemesgáz konfigurációhoz képest elekrtonhiányos, semleges molekulával egészíti ki elektronburkát nemesgáz – konfigurációra.

7 Addició. Két molekula melléktermék kilépése nélkül egyetlen új molekulává kapcsolódik Feltétele, hogy az egyik reakciópartner legalább egy kettős kötést tartalmazzon Az addició is többféle reakciómechanizmus szerint játszódhat le. Az olefinek oxidációja például gyökös mechanizmusú addició (AdR), Nukleofil addíció (A dN ) játszódik le például az oxovegyületek hidrogén-cianidos reakciójánál (lásd a egyenletet). Elektrofil addició (A dE ) pl. az olefinek sósavaddí­ciója.

8 Polimerizáció. Ennél a reakciónál a telítetlen vegyületek (legtöbbször azonos molekulák) a kettős, ill. hármas kötés felszakadása útján kapcsolódnak ugyan­csak melléktermék képződése nélkül egymáshoz. Legnagyobb jelentősége a szerves kémiában a műanyagok előállításánál van. Kondenzáció. Két molekula úgy kapcsolódik egymáshoz, hogy közben egy kis molekulatömegű melléktermék keletkezik (az esetek többségében víz, de lehet sósav, ammónia vagy formaldehid is):

9 Oxidáció. Szerves vegyületek esetében az oxidáció leggyakoribb esete, ha a vegyület hidrogént ad le (dehidrogéneződik), vagy oxigént vesz fel: Redukció. A szerves kémiában általában az előző oxidációval ellentétes folyamat, azaz a vegyület oxigént ad le, vagy hidrogént vesz fel:

10 A szerves vegyületek csoportosítása A szerves vegyületek rendszerezése a szén vegyületek igen nagy száma miatt bonyolult feladat. A csoportosításnak két legfontosabb szempontja van: az alapváz szerint, ill. a szerves vegyületekben található, a molekula kémiai tulaj­donságait meghatározó és a vegyület kémiai reakcióinál döntő szerepet játszó funkciós csoportok (pl. hidroxilcsoport, aminocsoport stb.) szerint.. A könyvben didaktikai szempontból a szénhidrogének (csak szénből és hidrogénből álló vegyületek) csoportosítása alapváz szerint, a szénhidrogén-származékok (helyettesített vegyületek) csoportosítása pedig funkciós csoportjuk szerint történik

11

12 A nyílt szénláncú szénvegyületekben a szénatomok egymáshoz kapcsolódva egyenes vagy elágazó láncot alkotnak. Szerkezetük alapján két nagy csoportra oszthatók, a telített és a telítetlen szénvegyületekre. Zárt szénláncú szénvegyületek esetén a szénlánc gyűrűvé záródik. Izociklusos vegyületeknél a gyűrűt csak szénatom ok alkotják, heterociklusos vegyületeknél a gyűrű felépítésében más atomok (oxigén, kén, nitrogén) is részt vesznek. Az izociklusos vegyületek egyik csoportjának tulajdonságai a nyílt szénláncú telí­tett szénvegyületek tulajdonságaihoz hasonlók (aliciklusos vegyületek), a másik csoport egy alapvegyületre, a benzolra vezethetö vissza (aromás vegyületek

13 Szénhidrogének Nyílt szénláncú (alifás) szénhidrogének Szerkezetük alapján két nagy csoportra oszthatók: - Telített szénhidrogének: a szénatomok csak egyes kötéssel kapcsolódnak egymáshoz. - Telítetlen szénhidrogének: a szénatomok között legalább egy kettős vagy hármas kötés található. Telített szénhidrogének (alkánok vagy paraffinok) A legegyszerűbb nyílt szénláncú vagy alifás vegyületek az alkánok vagy paraffinok, az összes többi alifás vegyület belőlük vezethető le. Szénatomjaik egyszeres kötéssel kapcsolódnak egymáshoz, és a szénatomok fennmaradó vegyértékeihez hidrogénatomok kapcsolódnak. A legfontosabb alkánokat a táblázat foglalja össze.

14

15 Konstitúciós képlet alatt az atomok kapcsolódásának rendjét értjük (régeb­ben szerkezeti képletnek nevezték, a valódi szerkezet azonban bonyolultabb, mert az alkotók térbeli elrendeződését is figyelembe veszi). A részletes konstitúciós képletek helyett egyszerűsített képleteket szoktak használni, melyeknél a hidrogénatomokhoz tartozó vegyértékvonalakat nem tüntetik fel részletesen (lásd a táblázatot). A paraffinok neve án-ra végződik, az ötödik tagtól kezdve a megfelelő görög számnevekből képezve (pentán, hexán, heptán, oktán stb.). Általános elnevezésükre az így kapott nevek mintájára használatos az alkán, ill. alkánok is.

16 A szénvegyületek olyan sorozatát, amelyben az egymás után következő tagok egy CH 2 -csoportban különböznek egymástól, homológ sorozatnak nevezzük. A homológ sorozat tagjainak kémiai tulajdonságai hasonlóak, fizikai tulajdonságaik a szénatom szám növekedésévei fokozatosan változnak, összetételük egy általános képlettel fejezhető ki. A táblázatból látható, hogy a paraffinok valamennyi tagjának összetételét a C 2 H 2n+2 általános képlet fejezi ki. Az n helyébe 1, 2, 3, 4 stb.-t helyettesítve megkapjuk az egyes paraffinok képletét. Az is látható, hogy az egyes tagok az előzőktől egy CH 2 -csoportban különböznek

17 Megvizsgálva ugyanis a normál bután (n-bután) és az izobután (i- bután) szerkezetét, látható, hogy más a molekulák alakja, más az azonos atomcsoportok távolsága, és nem is ugyanazokat a csoportokat találhatjuk a kétféle vegyületben. Ezért más lesz a molekulák energiatartalma is, így mások lesznek fizikai (olvadáspont, forráspont stb.) és kisebb mértékben kémiai tulajdonságaik is. A jelenséget konstitúciós izomériának nevezik. A lehetséges konstitúciós izomerek száma a szénatomok számával rohamosan nő. Az elágazást nem tartalmazó szénláncot egyenes szénláncnak vagy normális szénláncnak nevezik. Az egyenes szénláncú izomereket normál, az elágazó szén­láncúakat összefoglalóan izo szóval jelöljük.

18 1. Elsőrendű vagy primer szénatomok, amelyek egy vegyértékükkel kapcsolódnak más szénatomhoz. Ezek a láncvégi szénatomok, a paraffinoknál a CH 3 - csoportban. 2. Másodrendű vagy szekunder szénatomok, amelyek két vegyértékükkel kapcsolódnak más szénatomokhoz 3. Harmadrendű vagy tercier szénatomok, amelyek három vegyértékükkel kapcsolódnak más szénatomokhoz

19 4. Negyedrendű vagy kvaterner szénatomok, amelyek mind a négy vegyértékükkel más szénatomokhoz kapcsolódnak

20 Az alkánok (paraffinok) elnevezésénél a konstitúciós izomerek számának növekedése miatt problémák adódnak. Négy szénatom esetében ugyanis még megfelel az izobután elnevezés az izomer jelzésére, öt szénatom esetén viszont már kétféle izopentán, hat szénatom esetén pedig négyféle izohexán létezik. A szénvegyületek elnevezésének megkönnyítésére bevezették a szénhidrogénekből származtatható csoportok fogalmát (lásd a táblázatot ). A nyílt. szénláncú szénhidrogénekből egy hidrogénatom elvételével nyerhető csoportokat gyűjtőnéven alkilcsoportoknak nevezték el (az irodalomban általában R-rel jelölik) két konstitúciós izomer

21 A szénhidrogének elnevezése a következő szabályok szerint történik. Az adott vegyületet, a leghosszabb normális szénlánc kiemelésével, egy normális szénláncú paraffin alkilcsoportokkal helyettesített származékának tekintjük. A kiemelt szénlánc szénatomjait megszámozzuk, a számozást azon a láncvégen kezdve, amelyhez az elágazás (vagy az elágazások egyike) közelebb esik. A szubsztituensként szereplő alkilcsoportok helyét a megfelelő szám feltüntetésével jelezzük. Ha egy csoport többször is előfordul, ezt dio, tri- stb. szócskávaljelöljük. Ennek alapján a táblázatban nem szereplő izohexánok konstitúciós képlete, ill. elnevezése:

22 Az alkánok (paraffinok) fizikai tulajdonságai a homológ sorozatban a szén­atomszám növekedés évei fokozatosan változnak. A sorozat első négy tagja gáz-halmazállapotú. A C 5 -C 16 tagok szobahőmérsékleten cseppfolyós halmazállapotúak és bomlás nélkül desztillálhatók, a C 16 - nál nagyobb szénatom­számúak szilárd halmazállapotú (kristályos) vegyületek. Valamennyi paraffin sűrűsége kisebb l-nél. Vízben nem oldódnak, szerves oldószerekben (benzol, éter stb.) jól oldhatók. Az alkánok (paraffinok) kémiai tulajdonságai. A C-C kapcsolódás esetén a szénatom ok sp 3 tetraéderes hibrid állapotú elektronjai kombinálódnak elekt­ronpárrá ( σ kötőelektronpár), ami a két atomtörzs közös erőterében tartózkod­va a két atommagot összekötő egyenes mentén hengerszimmetrikusan oszlik meg (σ -kötés). Ez a szigma-kötés nagy stabilitást biztosít a molekulának. Savakkal, lúgokkal, enyhe oxidálószerekkel szemben ellenállók.

23 Magasabb hőmérsékleten a nagyobb paraffinmolekulák hőbomlást szenvednek, kisebb molekulákra töredeznek szét (krakkolás). Gyakorlati szempontból fontos a paraffinok éghetősége, meggyújtva szén-dioxiddá és vízzé égnek el; pl Erős oxidálószerek hatására (tömény salétromsavval vagy katalizátorok je­lenlétében oxigénnel) a lánc felszakad és kisebb szénatomszámú karbonsavak keletkeznek:

24 Az alkánok legjellegzetesebb reakciója a szubszitúció, amikor is hidrogén­atomjaikat különböző más atomokkal (pl. halogének), ill. atomcsoportokkal (pl. nitrocsoport, szulfonsavcsoport stb.) helyettesítjük. A kis szénatomszámú, gáz alakú paraffinok (elsősorban a metán) a földgázban fordulnak elő, a folyékony paraffinok pedig a kőolajban találhatók. Előállíthatók telítetlen szénhidrogének hidrogénnel való telítése útján, katalizátor jelenlétében:

25 Fontosabb alkánok (paraffinok) Színtelen, szagtalan, nem mérgező gáz. Vízben kevéssé, szerves oldószerekben jól oldódik. Meggyújtva kormozó lánggal ég. A földgázok egyik fő alkotórésze. Gyakran fordul elő a szénbányák levegőjében és levegővel keveredve bizonyos összetétel intervallumban veszélyes robbanásokat (sújtólégrobbanás ) okoz. Az ún. mocsárgáz és a biogáz főtömege szintén metán. A metán gyakorlati hasznosítása terén legfontosabb a fűtőanyagként való felhasználása. Sok szerves vegyület alapanyaga. Fontos szerepet játszik a szintézisgáz és a gázkorom előállításában.

26 Színtelen, szagtalan, éghető gáz, vízben nem oldható. A termé­szetben a metánnal együtt fordul elő. Dehidrogénezés útján etilénné alakítható, katalitikus oxidációval pedig ecetsavvá. A földgázban és a kőolajban fordulnak elő. Acélpalackban komprimálva háztartási fűtőgázként kerülnek forgalomba.

27 Telítetlen szénhidrogének A telítetlen szénhidrogénekben a szénatomok között legalább egy kettős vagy hármas kötés található. Három legfontosabb csoportjuk: - Alkének vagy olefinek: egy kettős kötést tartalmaznak. - Alkadiének vagy diolefinek (diének): két kettős kötést tartalmaznak. - Alkinek vagy acetilén-szénhidrogének: molekulájukban hármas kötés található. Alkének (olefinek) Az alkének legegyszerűbb képviselője az etén vagy etilén:

28

29 A nevezéktan szerint az alkének elnevezése hasonló az alkánokéhoz, csak -én végződésseI, és a képletben jelölni kell a kettős kötés helyzetét is (a név előtt álló szám tehát azt jelenti, hogy hányadik szénatomról indul ki a kettős kötés). Az alkének homológ sorozatában a fizikai állandók fokozatos változása észlelhető. A C 4 -tagig gázok, a C 5 -C 17 tagok folyékonyak, a C 18 tagtól kezdve pedig szilárd halmazállapotúak. Vízben gyakorlatilag oldhatatlanok, sok szerves oldószerben jól oldódnak. Meggyújthatók, kormozó lánggal égnek.

30 Kémiai sajátságaikat a kettős kőtés határozza meg. Az olefinkőtést jelképező két vegyértékvonal két kőtő elektronpárt jelent: Ezek közül két elektron az alkánoknál ismertetett σ-típusú hengerszimmetrikus kőtést létesíti, ami igen erős atomkapcsolatot jelent. A másik két elektron azonban már n (pi)-kőtést hoz létre, ami a kötéstengelyre vonatkozóan nem hengerszimmetriás, hanem az összekapcsolt atomok síkjára merőleges, felette, ill. alatta létrejött töltéseloszlást jelent (lásd az ábrát). A két kötőelekt­ronpár közül a σ-elektronok nagyobb magvonzás alatt állnak, a π-elektronokra nézve viszont a magvonzás sokkal kisebb mértékű. A n-elektronpár tehát könnyen támadható, ill. bontható, ez okozza az alkének nagy reakciókészségét

31 Jellegzetes reakcióik: - Addíciós reakciók: a) Katalizátor (Pd, Pt, Ni) jelenlétében a kettős kötés hidrogénnel telíthető: b) Halogénaddíció:

32 c) Sósavaddíció: Az addíció során a HCl hidrogénatomja ahhoz a szénatomhoz kapcsolódik, amelyen már eredetileg is több hidrogénatom volt. - Polimerizáció: A reakció a műanyagiparban játszik nagyon fontos szerepet

33 Ez a cisz-transz izoméria a térizomériának (azonos konstitúció, különböző térbeli elrendeződés) egyik fajtája.

34 Etén (etilén), CH 2 =CH 2, C 2 H 4. Az olefinek legegyszerűbb képviselője. Színtelen, kissé édeskés szagú gáz. Vízben nem oldható, szerves oldószerekben jól oldódik. Meggyújtva színtelen, kormozó lánggal ég. Polimerizációja útján keletkezik a polietilén nevű fontos műanyag. Propén (propilén), CH 2 =CH-CH 3, C 3 H 6. Színtelen, szagtalan, vízben kevéssé oldódó gáz, sárgás, kormozó lánggal ég. A polipropilén alapanyaga. Alkadiének (diének, diolefinek) Molekulánként két kettős kötést tartalmaznak. Általános képletük: Ipari szempontból a diének legfontosabb képviselője az 1,3~butadién

35 A másik fontos vegyület a butadién metil származék a Polimerizációra hajlamos vegyületek. A természetes kaucsuk az izoprén polimerje. A butadién és az izoprén a mesterséges kaucsukgyártásnál játszik fontos szerepet.

36 Alkinek (acetilénszármazékok) Molekulájukban két szénatom hármas kötéssel kapcsolódik egymáshoz. Általános képletük: Elnevezésüket a sorozat legegyszerűbb és legfontosabb tagjáról, az acetilénről kapták (a hármas kötést is szokták acetilénkötés­ként említeni). A sorozat két első tagja, az acetilén (etin) és a propin gáz- halma­zállapotú, a 14-es szénatomszámú vegyületig folyadékok, a magasabb szén­atomszámúak pedig szilárdak. A hármas kötést alkotó három elektronpár közül egy σ kötést alkot, a másik kettő pedig π-kötést (lásd pl. az ábrát). A π-elektronpárok a kölcsönös taszítás miatt még lazábban oszlanak el, mint az olefineknél, még távolabb kerülnek a szénatomok magjától. A hármas kötés π- elektronpárjai emiatt még könnyebben polarizálhatók, mint az olefinek π-elektronjai, ezért az alkinek az olefineknél még reakcióképesebb vegyületek.

37 Színtelen és tiszta állapot­ban szagtalan gáz (a technikai acetilén kellemetlen szaga a szennyezésektől származik). Vízben kevéssé, acetonban viszont igen jól oldható. Levegőn kormozó lánggal ég, és a levegővel (különösen nyomás alatt) könnyen robbanóelegyet alkot, acetonban oldva azonban nagyobb nyomást is kibír robbanás nélkűl. Ezért úgy hozzák forgalomba, hogy a gázpalackot acetonnal átitatott porózus kovafölddel töltik meg és ebben oldják az acetiléngázt. Az így nyert gázt disszugáznak nevezik. Az oxigénnel kevert disszugáz meggyújtva nagy (3000.C-ot meghaladó) hőmérsékletű lángot ad, ezért az ún. autogénhegesztés­nél alkalmazzák. Az acetilén a természetben nem fordul elő. Előállításának egyik módja, hogy mészkőből és kokszból az ívfény hőmérsékletén kalcium-karbidot állítanak elő, ami víz hatására acetiléngáz fejlődése közben bomlik:

38 Az előállítás másik módja a metán hőbontása Az acetilén nagy reakciókészsége miatt a vegyipar egyik fontos alapanyaga, sok szerves vegyület állítható elő belőle. Például: A keletkezett vinil-klorid a PVC alapanyaga

39 Zárt szénláncú (gyűrűs vagy ciklusos) szénhidrogének Aliciklusos szénhidrogének Az aliciklusos szénhidrogének az izociklusos vegyületek egyik csoportját jelentik. A gyűrűket csak szénatomok alkotják. Tulajdonságaikban az alifás szénhidrogénekhez hasonlítanak. Legfontosabb csoportjukat a cikloalkánok ( cikloparaffinok) alkotják. A telítetlen aliciklusos szénhidrogéneket cikloalkéneknek, ill. cikloalkineknek nevezik. Cikloalkánok (cikloparaffinok) Telített, gyűrűs szénhidrogének, amelyek a gyűrűben kizárólag szénatomot tartalmaznak. A cikloparaffinokat, különösen a petrolkémiában nafténeknek is szokták nevezni. Az egy gyűrűt tartalmazó (monociklusos) cikloparaffinok összegképlete : C 2 H 2n

40 A legfontosabb cikloparaffinok (a képleteket egyszerűsített formában síkido­mokkal is szokták ábrázolni): A fenti alapvegyü1etekböl további, egy vagy több alkilcsoportot (ún. oldal­láncot)tartalmazó cikloparaffinok vezethetők le, pl.:

41 A cikloalkánok (bár összegképletük az olefinekével megegyező) π-kötést nem tartalmaznak, ezért telített vegyületek, és a paraffinokhoz hasonló tulajdonságokat mutatnak Legfontosabb reakciójuk, a paraffinokéhoz hasonlóan a szubsztitúció, hidrogénatomjaik más atomokkal, ill. atomcsoportokkal helyettesíthetők. A cikloalkánok (cikloparaffinok) közül elsősorban a ciklohexán és alkilcsoportot tartalmazó származékai, másodsorban a ciklopentán és hasonló származékai nagy mennyiségben fordulnak elő a kőolajban és a barnaszén ún. kishőmérsékletű ( o C) lepárlásával nyert barnaszénkátrányban (más néven svélkátrány vagy őskátrány).

42 Legfontosabb képviselőjük a ciklohexán, benzolból is előállítható : Több gyűrű összekapcsolódásával keletkeznek a policiklusos vegyületek. A kondenzált gyűrűs vegyületekben az egymás mellett levő gyűrűknek két közös szénatomja van. a dekalin vagy dekahidronaftalin

43 Aromás szénhidrogének Az elnevezés régebben e vegyületek jellegzetes, átható szagára utalt, ma már azonban aromás szénhidrogéneknek azokat a vegyületeket nevezzük, amelyek egy jellegzetes, közös elektronrendszerrel rendelkeznek. Az aromás szénhidrogének a benzol származékainak tekinthetők Benzol A benzol elméleti és gyakorlati szempontból is az egyik legjelentősebb szerves vegyület. Összegképlete C 6 H 6, ennek alapján a telítetlen szénhidrogének közé kellene sorolni, ezek nagyfokú reakciókészségét azonban a benzol nem mutatja (oxidációval szemben ellenálló, nehezen hidrogénezhető stb.).

44 A benzol konstitúciójának lényegét 1865-ben KEKULÉ ismerte fel, aki szerint a hat szénatom gyűrűvé kapcsolódik, és minden szénatomhoz egy-egy hidrogén­atom tartozik. A szénatomok négyvegyértékűsége miatt a szénatomokat váltakozó kettős kötések kapcsolják össze:

45 A benzol maga színtelen, jellegzetes, átható szagú folyadék (fp. 80 o C), mely már + 5 o C-on megfagy, gőzei belélegezve mérgezők. Vízzel nem, szerves oldószerekkel azonban minden arányban elegyedik. Kormozó lánggal ég és gőzei a levegővel robbanóelegyet alkotnak. Régebben főleg kőszénkátrányból állították elő, desztillációval, a növekvő szükséglet fedezésére azonban ma már elsősorban szintetikus úton kőolajbázi­son gyártják. A szerves vegyipar fontos alapanyaga (festék-, gyógyszer-, műanyagipar stb.).

46 Reakciói a telítetlen vegyületekkel ellentétben addíciós reakcióba csak nagy energiabe­fektetéssel vihető, ekkor ugyanis meg kell bontani astabilis elektronszextettet. Ezért csak katalizátor (nikkel vagy platina) jelenlétében, 200 o C-on hidrogénezhető - a szubsztitúciós reakciók nem érintik a gyűrű szerkezetét, ezért könnyebben végbemennek. Közülük az elektrofil szubsztitúciók a benzol (és az aromás szénhidrogének) legjellemzőbb reakciói. Ezek során elektrofil (elektronvonzó ) reagensseI lépnek reakcióba, és a benzolgyűrű valamelyik hidrogénatomja más atomra, ill. atomcsoportra (halogénatomra, alkilcsoportra, nitrocsoport­ra stb.) cserélődik ki.

47 Az elektrofil szubsztitúció legjellegzetesebb példája a Friedel-Crafts- reakció (alkilezés), a benzol hidrogénatomjának helyettesítése alkilcsoportokkal (alkil­benzolok előállítása). Reagensként mozgékony halogénatomot tartalmazó alkil-halogenidet, katalizátorként AlC1 3 -ot vagy BF 3 -ot alkalmaznak (a helyettesítendő hidrogénatom a benzolgyűrűn külön fel van tüntetve): Egyéb szubsztitúciós reakciók: Halogénezés:

48 - Nitrálás: Nitrálóelegyként tömény salétromsav és tömény kénsav 1 : 2 arányú elegyét alkalmazzák (a tömény kénsav nemcsak vízelvonó hatású!). - Szulfonálás:

49 A benzol helyettesített származékainak izomériaviszonyai. A benzol szimmetrikus szerkezetéből következik, hogy egy hidrogénatom helyettesítése esetén csak egyféle származék készíthető. Két hidrogénatomhelyettesítésekor viszont már háromféle származék keletkezik. Hivatalos jelölésük ma a megfelelő számokkal történik, de engedélyezett a régebbi orto, meta, para jelzés (rövidítve: o~, m~, p~) használata is. Az alábbi képletekben a szubsztituensek X -szel vannak jelölve:

50 Három azonos szubsztituens belépése esetén szintén háromféle helyzet képzelhető el:

51 A benzol szubsztituenseinek irányító hatása. Egy hidrogénatom helyettesítése esetén a szubsztituens a benzol bármelyik hidrogénjének helyére léphet, a már a gyűrűn levő szubsztituens azonban meghatározza a következőnek belépö szubsztituens helyzetét. Ezt a jelenséget nevezik a szerves kémiában a szubsztituensek irányító hatásának, ami rendkívül fontos a szerves kémiai szintézisek, a különböző benzolszármazékok ipari előállítása szempontjából.

52 Az irányító hatás szempontjából a szubsztituenseket két osztályba sorolták 1. Elsőosztályú szubsztituensek, amelyek főként 1,2 (orto-) és 1,4 (para-) helyzetbe irányítanak. Ezeknek közös szerkezeti jellemzője, hogy általában nem tartalmaznak kettős kötést. Ilyenek a halogénatomok, -OH, -CH 3, - NH 2 stb. 2. Másodosztályú szubsztituensek, amelyek elsősorban 1,3 (meta-) helyzetbe irányítanak. Általában kettős vagy hármas kötést tartalmaznak. Ilyen a - N0 2, -COOH, -CHO, -S0 3 H, -CN.

53 Az irányító hatás ból következik, hogy két különböző osztályba tartozó szubsztituens erősítheti vagy leronthatja egymás irányító hatását a következö helépő szubsztituensre vonatkozóan. Ha pl. klóratom és nitrocsoport is van a molekulán az alábbi elrendezésben: akkor mivel a klóratom elsősorban orto- és para-helyzetbe irányít (a para-helyzet már foglalt), a nitrocsoport pedig meta-helyzetbe, mindkettő irányító hatása azonos helyre összpontosul, erősítik egymás hatását és megkönnyítik a harmadik szubsztituens belépését.

54 A másik eset: Ekkor mindkét szubsztituens különböző helyre irányít és általában az első osztályú szubsztituens hatása érvényesül, de gyengítve. 2 osztályú

55 A benzolból levezethetö csoportok: Egyértékű csoport (C6H 5 -): (Az egyértékű aromás csoportok általános jelzésére az Ar szimbólumot is szok­ták használni.)

56 Alkil-benzolok. Az alkil-benzolok (benzolhomológok) azok az aromás szén­ hidrogének, amelyekben a benzolgyűrű egy vagy több hidrogénatomja alkilcso­portokkal van helyettesítve (a benzolgyűrűhöz kapcsolódó alkilcsoportot oldal­láncnak, a benzolgyűrűt pedig aromás magnak is szokták nevezni). Előállításuk a Friedel-Crafts-reakcióval történhet:

57 Színtelen, a benzolra emlékeztető szagú, gyúlékony, mérgező folyadék. Kitűnő oldószer. A kőszénkátrányban és a kőolajban is előfordul. A szerves vegyipar (robbanóanyag-, műanyag-, festék- és gyógyszergyártás) fontos alapanyaga. Xilolok (dimetil-benzolok), C 6 H 4 (CH 3 ) 2.Három izomer lehetséges:

58 Xilolok Közeli forráspontjuk miatt az izomerek nehezen választhatók szét, ezért az ipari xilol a három izomer keveréke. Színtelen, kellemes szagú, gyúlékony folyadék. Elsősorban oldószerként használják (pl. a kőolaj víztartalmának meghatározásánál az olaj oldószereként is). Sztirol (vinil-benzol), C 6 H 5 L-CH=CH 2 : Színtelen, vízben alig oldható folyadék, szaga a benzolra emlékeztet. Etil-benzol katalitikus dehidrogénezésévei állítják elő. Könnyen polimerizálható, ezért a műanyagipar jelentős alapanyaga (polisztirol).

59 Az alkil-benzolok oldalláncaik miatt a nyílt szénláncú szénhidrogénekre, benzolgyűrűjük miatt pedig az aromás magra jellemző reakciókat mutatják. Az aromás mag (mint a benzolnál láttuk) oxidáció val szemben ellenálló, az oldal­lánc viszont erős oxidálószerrel (a lánc hosszától függetlenül) karboxilcsoporttáoxidálható; például:

60 Policiklusos (többgyűrűs ) aromás szénhidrogének A policiklusos aromás szénhidrogéneket két vagy több gyűrű alkotja. Két csoportra oszthatók: a) izolált gyűrűs aromás szénhidrogének; b) kondenzált gyűrűs aromás szénhidrogének a) Az izolált gyűrűs aromás vegyületek gyűrűi nem tartalmaznak közös, mindkét gyűrűhöz tartozó szénatomokat. Legjelentősebb közülük a trifenil-metán, amelynek származékai igen fontos színezékek.

61 b) A kondenzált gyűrűs aromás vegyületekben közös, mindkét gyűrűhöz tartozó, orto-helyzetű szénatompár van. Naftalin, (C 10 H 8 ). Színtelen, jellegzetes szagú, vízben oldhatatlan kristályos vegyület, könnyen szublimál. Elsősorban a kőszénkátrányban fordul elő, de a kőolajban is megtalálható. A naftalin szerves kémiai szintézisek (gyógyszer-, festékgyártás stb.) fontos alapanyaga. Molyirtóként is használják.

62 A naftalin reakciókészsége nagyobb, mint a benzolé. Az egyik gyűrű pl. naszcensz hidrogén hatására is telíthető: Noha a két gyűrű elektronszerkezete eredetileg azonos, de az egyik gyűrű telítése után a másikban már kialakul a n-elektronszextett, ezért ennek telítése a benzolhoz hasonlóan csak platina- vagy nikkelkatalizátor jelenlétében játszó­dik le.

63 A naftalin erélyes oxidációval ftálsavvá bontható le:

64 Háromgyűrűs aromás szénhidrogének. Összegképletük: C 14 H lO Három kondenzált benzolgyűrű kétféle elrendeződésben képzelhető el. Az egyikben a három gyűrű középpontja egy egyenesen fekszik, a másikban nem: Mindkettő színtelen, kristályos vegyület, a kőszénkátrányban és a kőolajban is előfordulnak. Az antracén fontos színezékek (pl. az alizarin) kiindulási anyaga. Az antracén kékesen fluoreszkál szilárd állapotban is, a fenantrénnél pedig szerves oldószerek ben (pl. benzol ban) lép fel a fluoreszcencia. Az oldatban mutatott fluoreszcencia általában jellemző a háromnál több kondenzált gyűrűt tartalmazó policiklusos aromás szénhidrogénekre is. Előfordulnak a kőszénkátrányban, a füstben és a fő tömegében elemi szénből állókoromban is. A 4-6 gyűrűt tartalmazók közül több nagyon veszélyes rákkeltő anyag.

65

66 Funkciós csoportokat tartalmazó szerves vegyületek A szénhidrogének különböző funkciós csoportokkal helyettesített származékairól a táblázat ad áttekintést.

67

68

69 A szénhidrogének különböző funkciós csoportokkal helyettesített származékai Halogénszármazékok Halogénszármazékokról beszélünk, ha a szénhidrogének egy vagy több hidrogénatomját halogénatomokkal (fluor, klór, bróm vagy jód) helyettesítjük. Elnevezésük egyik módja - a triviális elnevezések mellett (pl. kloroform) -, hogy a szénhidrogén neve elé teszik a halogénatom nevét, több halogénatom esetén görög számnevekkel (di, tri, tetra stb.) és számmal jelölik a halogénatom helyzetét:

70 A halogénezett szénhidrogének főbb előállítási módjai: A másik elnevezési módnál a szénhidrogéncsoport nevéhez a halogenid nevét kapcsolják (pl. metil-klorid). Paraffinok közvetlen halogénezésével termikus vagy fotokémiai úton,

71 A halogénatom beépülése polárissá teszi a szénhidrogén-molekulát, a nagy elektronegativitású halogénatom miatt ugyanis megbomlik a szimmetrikus töltéseloszlás: A polarizáció következtében elektrofil (elektronban szegény, elektronhoz vonzódó) szénatom alakul ki, ami nukleofil (elektronátadó) reagensseI szívesen lép reakcióba.

72

73 Az egy-két halogénatomot tartalmazó halogénezett szénhidrogének reakcióképes vegyületek, halogénatomjuk más atomokkal, ill. atomcsoportokkal (pl. metil-, amino-, hidroxilcsoport) cserélhető, ezért szerves kémiai szintéziseknél fontos szerepet játszanak. Sok halogénatom beépülése esetén azonban ezek egymás elektronvonzó hatását lerontják, ezért az ilyen vegyületek (pl. CCI 4 ) stabilisak, kevéssé reakcióképesek.

74 Ha a nyílt szénláncú szénhidrogének, a cikloparaffinok vagy az aromás gyűrűhöz fűződő oldalláncok egy vagy több hidrogénatomját hidroxilcsoport­tal (OH) helyettesítjük, alkoholokat kapunk. A- a hidroxilcsoporthoz fűződő szénhidrogéngyök jellege szerint lehetnek telített, telítetlen stb. alkoholok; B- értékűség szerint: a hidroxilcsoportok száma alapján egy-, két-, ill. többértékű alkoholról beszélünk (ugyanazon szénatomhoz csak egy hidroxilcsoport kapcsolódhat stabilisan, ezért a többértékű alkoholok molekuláiban legalább annyi szénatomnak kell lenni, ahány hidroxilcsoport van a molekulában); C- rendűség szerint: a hidroxilcsoporthoz fűződő szénatom rendűsége alapján primer (elsőrendű), szekunder (másodrendű) és tercier (harmadrendű) alkoholokat különböztetünk meg: Csoportosításuk történhet:

75 Az egyértékű telített primer alkoholok homológ sort alkotnak CnH2n+1- OH általános képlettel. Szerves oldószerekben jól oldódnak 11. Héten eddig jutottunk +

76 A víz­ben való oldhatóság csökken a szénatomszám növekedésévei, mert a hidrofil, oldódást elősegítő OH-csoport hatását a hosszabb hidrofób szénlánc mind jobban ellensúlyozza. többértékű alkoholok elnevezése pl.: alapszénhidrogén

77 Az 1-3 szénatomot tartalmazók kellemes illatú, színtelen folyadékok, vízzel korlátlanul elegyednek. A 4-12 szénatomos vegyületek olajszerű folyadékok, a nagyobb szénatomszámúak pedig már szobahőmérsékleten is szilárdak és vízben nem oldhatók. A többértékű alkoholok a hidrofil hidroxilcsoportok nagyobb száma miatt vízben könnyebben oldhatók, a sok hidroxilcsoportot tartalmazók általában édes ízűek (cukoralkoholok). Az alkoholok forráspont ja a molekuláik között fellépő hidrogénhídkötések miatt rendszerint jóval magasabb, mint a megfelelő szénhidrogéneké vagy halogénszármazékoké.

78 Kémiai tulajdonságok: - Az alkoholok semleges kémhatású vegyületek, de kismértékben ( nagyságrendben) disszociálnak. - Két molekula alkoholból vízkilépéssel éter képződik:

79 - Észterképzés esetén alkohol és sav (szervetlen sav vagy karbonsav) vÍzkilépés közben reagál egymással: - Az alkoholok oxidációja a rendűségtől függően különbözőképpen játszódik le: a. Primer alkoholok enyhe oxidációja dehidrogéneződés útján aldehidet eredményez. Erélyes oxidálószerek (kálium-permanganát, krómkénsav) hatására karbonsav keletkezik.

80 B, Szekunder alkoholok enyhe oxidációval ketonná dehidrogéneződnek: c, Tercier alkoholok általában csak erélyesebb hatásra oxidálódnak, mégpedig a lánc felszakadásával, karbonsavakká alakulva. Primer alkoholok enyhe oxidációval Aldehid, vagy formil csoport Erős oxidációval Karboxil csoport Karbonil, keton csop. !

81 Az alkoholok előállítása: - Aldehidek redukciója (katalitikus hidrogénezése) primer alkoholt, ketonok redukciója pedig szekunder alkoholt eredményez: Karbonsavészterek lúg jelenlétében hidrolizálnak Karbonsav nátriumsója

82 Fontosabb alkoholok Metil-alkohol (metanol), CH 3 -OH. Színtelen, vízzel korlátlanul elegyedő, gyúlékony, mérgező folyadék. A szervezetbe jutva vakságot, nagyobb koncent­rációban halált okoz. Előállítása régen a fa száraz desztillációja útján történt (ezért nevezik faszesz­nek is). Ma szintézisgázból állítják elő, 350 o C hőmérsékleten és 20 MPa nyomá­son, ZnO-Cr katalizátorkeverék jelenlétében: Felhasználása: formaldehid előállítására, ill. metilezőszerként (a metilcsoport bevitelére), valamint oldószerként.

83 Etil-alkohol (etanol), C 2 H 5 -OH. Színtelen, kellemes illatú, vízzel korlátlanul elegyedő, gyúlékony folyadék. A köznapi életben egyszerűen alkoholnak vagy borszesznek nevezik. A tiszta, ill. igen tömény etil-alkohol minden élő szervezet számára méreg. Előállítása nagyobb mennyiségben cukortartalmú levek (pl. szőlőlé) erjesztésével történik. Ez az ún. szeszes erjedés mikroorganizmusok (élesztőgombák) hatására következik be, amikor is a szénhidrátok etil-alkohollá és szén-dioxiddá bomlanak:

84 Az etil-alkoholt élelmiszeripari felhasználásán kívül oldószerként, a gyógyászatban fertőtlenítőszerként, valamint a szerves vegyiparban más vegyületek (acetaldehid, ecetsav stb.) előállítására használják. A legegyszerűbb kétértékű alkohol. Vízzel jól elegyedik. A glikololdatának fagyáspont ja jóval alacsonyabb, mint a vízé (pl. 60%-os vizes glikololdat csak - 60 o C-on fagy meg), ezért gépjárművekhez fagyálló folyadékok készítésére alkalmazzák. A műanyagiparnak is fontos alapanyaga. Gázszárító anyag. Etilénglikol (glikol; 1,2-etándiol), HO-CH 2 -CH 2 -OH.

85 Glícerin (1,2,3-propántriol) Színtelen, sűrűn folyó, édes ízű, nem mérgező folyadék. Vízzel és etil-alkohollal minden arányban elegyedik. Állati és növényi zsírokban és olajokban, kötött formában, észter alakjában fordul elő, ezért zsírok hidrolízisével nyerhető. Felhasználási területei: fagyálló folyadék ként ; a kozmetikai iparban; a műanyagiparban; nitrálva robbanóanyagok gyártására.

86 Aromás alkoholok akkor keletkeznek, ha a hidrogénatom helyettesítése a benzolgyűrűhöz fűződő oldalláncban történik. Így a toluolból vezethető le a legegyszerűbb aromás alkohol, a benzil-alkohol:

87 Éterek Vízelvonó szerként rendszerint tömény kénsavat használnak. Ha R 1 = R 2, ak­kor egyszerű vagy szimmetrikus éterről beszélünk, például: Ha R 1 = R 2, akkor vegyes vagy nem szimmetrikus éterről van szó, például:

88 Az éterek legfontosabb képviselője a dietil-éter (etiléter), amelyet általában egyszerűen csak éternek nevezünk. Két molekula etil- alkoholból keletkezik, vízelvonással : Színtelen, kis (0,71 g/cm 3 ) sűrűségű, jellegzetes illatú folyadék. Igen alacsony forráspont ja (34,5 o C) miatt szobahőmérsékleten is gyorsan párolog. Rendkívül gyúlékony, levegővel hevesen robbanó elegyet alkot. Vízben kismértékben oldódik, alkoholokkal korlátlanul elegyedik. Gőzei belélegezve bódító hatásúak. Zsírok és olajok oldószereként használják. Az orvosi gyakorlatban régebben narkotizálószerként alkalmazták.

89 Oxovegyületek

90 Aldehidek Azokat a szerves vegyületeket, melyekben a -CHO, aldehidcsoport (formil­csoport) fordul elő, aldehideknek nevezzük. - Az aldehid oxidációja útján keletkező karbonsav latin nevének rövidítéséhez az aldehid szót kapcsolják, pl. acetaldehid (az acidum aceticumból). - Az alapszénhidrogén nevéhez az -al végződést füzik, pl. metanal. Az aldehidek elnevezésének többféle módja van A legegyszerűbb aldehid a formaldehid,

91 A formaldehid még gáz­halmazállapotú, a sorozat következő tagjai folyékonyak, a nagyobb molekula­tömegűek szilárd halmazállapotúak. A kisebb szénatomszámú tagok vízben oldhatók, a molekulatömeg növekedéséveI az oldhatóság csökken. Az aldehidek a szerves vegyületek egyik legreakcióképesebb csoportját képezik. A karbonil csoport C=O kötése - az oxigén nagyobb elektronegativitása miatt - erősen poláris. A kettős kötés könnyen felszakad és különböző vegyüle­teket addicionálnak (HCN, NH 3 stb.). Az aldehidek már enyhe oxidálószerek (pl. a levegő oxigénje) hatására is oxidálódnak karbonsav keletkezése közben:

92 Erős redukáló szerek (pl. katalitikus hidrogénezés) hatására az aldehidek primer alkohollá redukálódnak: Az aldehidek előállításának legjelentősebb módja a primer alkoholok oxidációja, nitrogén-oxiddal, salétromsavval vagy katalizátor jelenlétében a levegőoxigénjével:

93 Előállíthatók még a megfelelő karbonsav redukciója útján is:

94 Fontosabb aldehidek A legegyszerűbb és legfontosabb aldehid. Szúrós szagú gáz, vízben és alkoholban jól oldódik. 40 tömeg%-os vizes oldatát formalin néven hozzák forgalomba. Előállítása metil-alkohol oxidációjával történik, fém- oxid-katalizátorok jelenlétében vagy metán oxidációjával, nagy (600 o C) hőmérsékleten, nitrogén-oxid, ill. fém-oxid katalizátor jelenlétében Formaldehid (metanal), HCHO A formaldehid legfontosabb ipari szerepe a műanyagok gyártásánál van. Használják még fertőtlenítőszerként, valamint tükrök készítésénél redukáló­szerként.

95 Acetaldehid (etanal), CH 3 -CHO. Kellemetlen, szúrós szagú, alacsony (20 o C) forráspontú folyadék. Etil-alkohol enyhe oxidációjával állítják elő vagy acetilénből vízgőz-addícióval. Sósav hatására négy molekula acetaldehid polimerizálódik, és gyűrűs módosulattá, metaldehiddé alakul. A metaidehid színtelen, vízben oldhatatlan szilárd anyag. Meggyújtva kékes lánggal ég el, megolvadás nélkül, ezért turista főzőkészülékekben tüzelőanyagként használják (metakocka, szilárd spiritusz). Az acetaldehid a szerves vegyipar fontos alapanyaga.

96 Benzaldehid, C 6 H 5 -CHO. A legegyszerűbb aromás aldehid, színtelen, keserűmandula szagú folyadék: A természetben csonthéjas gyümölcsök (mandula, barack stb.) magjában fordul elő, kötött formában

97 Ketonok A ketonok elnevezésének módjai: a szénhidrogéncsoportok nevét a keton szóhoz kapcsoljuk (pl. etil-metil-keton). A másik lehetőség: az azonos szénatomszámú szénhidrogén nevéhez az -on végződést kapcsoljuk (pl. propanon; a szénatomszámba a karbonilcsoport szénatomja is beleszámít). Triviális nevek is használatosak (pl. aceton).

98 A ketonok az aldehideknél kevésbé reakcióképes vegyületek, bár a karbonil­csoport poláris jellege itt is érvényesül. Nukleofil addícióra a ketonok is képesek, pl. az aldehidekhez hasonlóan HCN-ot addicionálnak:

99 A ketonok csak erélyesebb hatásra (pl. króm(VI)-oxiddal) oxidálhatók. Ekkor a lánc felszakad és kisebb szénatomszámú karbonsavak keletkeznek. Katalitikus hidrogénezésseI a ketonok szekunder alkohollá redukálhatók:

100 Fontosabb ketonok Aceton (dimetil-keton; 2-propanon): Színtelen, kellemes illatú, gyúlékony folyadék. Vízzel, alkohollal, éterrel minden arányban elegyedik. Kitűnő oldószer. Izopropil- alkohol katalitikus dehidrogénezésével állítható elő: Nagy mennyiségben használják oldószerként a lakk- és festékiparban. A füst nélküli lőporok gyártásánál is alkalmazzák.

101 Etil-metil-keton (2-butanon) : Oldószerként használják. Benzofenon (difenil-keton): A legegyszerűbb aromás keton. Színtelen, kristályos, vízben oldhatatlan vegyület. Az ultraibolya fényt elnyeli, ezért kenőcsők és krémek fényvédő alkotó­részeként használják.

102 Karbonsavak Karbonsavaknak nevezzük azokat a szerves vegyületeket, amelyeknek mole­kulájában a -COOH (karboxilcsoport) található: A karbonsavak csoportosításának szempontjai: - A karboxilcsoporthoz fűződő szénlánc jellege szerint - A karboxilcsoportok száma szerint: egyértékű, ill. többértékű karbonsavak

103 - A karboxilcsoporthoz fűződő szénlánc jellege szerint nyílt szénláncú (telített, telítetlen) karbonsavak aliciklusos karbonsavak aromás karbonsavak - A karboxilcsoportok száma szerint: egyértékű, ill. többértékű karbonsavak. A karbonsavak elnevezésénél sok triviális nevet találunk (hangyasav, ecetsav, vaj sav stb.). A szisztematikus elnevezések szerint a nyílt szénláncú karbonsavak nevét úgy képezzük, hogy az azonos szénatomszámú szénhidrogén neve mellé a "sav" szót kapcsoljuk (a szénatomok szamába a karboxilcsoport szénatomját is beleszámít juk).

104 A gyűrűs karbonsavak szisztematikus elnevezése: a szénhidrogén nevéhez a karbonsav szót kapcsoljuk, pl.: A karbonsavak a növény- és állatvilágban szabadon is előfordulnak (pl. hangyasav, fahéjsav, benzoesav stb.). Kötött állapotban észterek formájában találhatók, pl. a növényi és állati eredetű olajokban, ill. zsírokban, gliceridek formájában.

105 A karbonsavak előállítási módjai: - Alkoholok oxidációjával: primer alkoholok aldehideken keresztül karbon­ savvá oxidálhatók

106 Az alifás karbonsavak kb. a 10-es szénatom számig szobahőmérsékleten folyékony halmazállapotúak, a nagyobb szénatomszámúak, valamint az aromás karbonsavak szilárdak. Forráspontjuk, asszociációra való hajlamuk miatt, általában magas. Az asszociáció hidrogénkötésekkel magyarázható: A kis szénatomszámú karbonsavak a karboxi1csoport hidrofil jellege miatt vízben oldhatók. Nagyobb szénatomszám esetén azonban már a szénhidrogén­lánc hidrofób jellege érvényesül. 11. Héten eddig jutottunk

107 Kémiai tulajdonsáqok. A karbonsavak nyilván savas jellegűek,de talában gyengébb savak a szervetlen savaknál (disszociációs állandójuk, K~ 10.,..5). Bázisokkal sót képeznek: R -COOH + NaOH+ R -COONa + H 2 O. Vízelvonó szerek hatására két molekula karbonsavból karbonsavanhidrid keletkezik:

108

109 Az elnevezés onnan származik, hogy a csoport nagyobb (C 16 -C 18 ) szénatomszámú képviselői a természetes zsírokban és olajokban fordulnak elő. Homológ sort alkotnak. A legfontosabb zsírsavakat az alábbi táblázat foglalja össze. Fontosabb karbonsavak Nyílt szén láncú telített, egyértékű karbonsavak (zsírsavak).

110

111 Ha a karbonsavból a karboxilcsoport OH-ját elvonjuk, savgyököt nyerünk. Legfontosabbak

112 Hangyasav (metán sav), HCOOH. A legegyszerűbb karbonsav, színtelen, szúrós szagú, erősen maró hatású folyadék. Vízzel minden arányban elegyedik. A karbonsavak közül a legerősebb sav, a karboxilcsoport hidrogénje fémek kel helyettesíthető. Sóit formiátoknak nevezik. A természetben főleg a hangyák váladékában található, de egyes növények (pl. a csalán) nedvében is előfordul.A bőr-, textil- és festékiparban páclevek, impregnáló szerek készítésére aIkalmazzák.

113 A zsírsavak csoportjának legfontosabb tagja. Színtelen, szúrós szagú folyadék. A tiszta, vízmentes ecetsav + 17 °C-on jégszerű kristályokká fagy meg (jégecet). Vízzel, alkohollal minden arányban elegyedik. Sóit acetátoknak nevezik. Az ecetsavat régebben etil-alkoholból állították elő, a levegő oxigénjének oxidáló hatása útján, mikroorganizmusok jelenlétében. A modern, szintetikus ecetsavgyártásnál acetilénből vízaddícióval először acetaldehidet állítanak elő, amelyből oxidációval nyerhető az ecetsav.. Legfontosabb felhasználási területe az élelmiszeripar. Étkezési célokra 20%­os vizes oldatban kerül forgalomba. A műszálgyártásnál, szerves kémiai szintéziseknél, valamint oldószerként is fontos szerepet játszik Ecetsav (etánsav), CH 3 COOH.

114 A 4-8 szénatomszámú zsírsavak (pl. vajsav, valeriánsav) kellemetlen szagú vegyületek, a magasabb rendű szervezetek váladékában (pl. izzadság) fordulnak elő. A nagyobb szénatomszámú zsírsavak közül a legfontosabb a palmitinsav (C 15 H 31 COOH) és a sztearinsav (C 17 H 35 COOH). A növényi és állati zsírokban, ill. olajokban fordulnak elő, glicerinnel alkotott észterek formájában (gliceridek). Ezek tehát a tulajdonképpeni értelemben vett zsírsavak. A telítetlen egyértékű karbonsavak legfontosabb képviselője az akrilsav (propénsav), CH 2 =CH-COOH. Színtelen, szúrós szagú, vízben kevéssé oldódófolyadék. Származékaival együtt a műanyagiparban játszik fontos szerepet.

115 C 17 H 33 COOH. Egy kettős kötést (a 9. szénatomon) tartalmazó olefin-karbonsav. Színtelen, szagtalan, vízben nem oldható vegyület. A növényi, ill. állati olajokban (olíva-, mandula-, halolaj stb.) glicerinésztere alakjában fordul elő. Olajsav, Két kettős kötést tartalmaz a linolsav (C 17 H 31 COOH), hármat a linolénsav (C 17 H 29 COOH). Mindkettő glicerinésztere alakjában fordul elő a természet­ben, pl. a lenolajban. Nafténsavak. A cikloalkánok (cikloparaffinok) hidrogénatomjainak helyette­sítéséveI nyerhető karbonsavak, például:

116

117

118

119

120 A karbonsavszármazékokat a táblázat foglalja össze.

121

122 CH 3 -COOH → ClCH 2 -COOH → Cl 2 CH-COOH → Cl 3 C-COOH Cl 2

123 A tejsavas erjedés során a tej cukortartalma mikroorganizmusok hatására tejsav­vá bomlik le. Mint a szervezetben lejátszódó szénhidrátbomlás terméke az izomszövetben is megjelenik (ezért hústejsavnak is nevezik). A fáradt izomban felszaporodik (izomláz).

124

125

126 Optikai izoméria

127

128

129

130

131 Legismertebb közülük a glicerin~trinitrát. Általában használatos. ám helytelen elnevezése nitrogénglicerin (mert a nitrovegyületekben a nitrocsoport a szénhez közvetlenül kapcsolódik, a salétromsav észtereiben viszont oxigénen keresztül).

132 Színtelen (vagy gyengén sárgás színű), vízben oldhatatlan folyadék. Rázás vagy ütés hatására hevesen robban. Bomlásakor nagy hőfejlödés mellett sok gáz- halmazállapotú termék, ill. vízgőz keletkezik és ezek zárt térben nagy feszítő erőt jelentenek: NOBEL fedezte fel 1867-ben, hogya glicerin-trinitráttal átitatott kovaföld (dinamit) ütésre nem robban, csak iniciálgyújtásra. A glicerin-trinitrátot értágító hatása miatt a gyógyászatban is alkalmazzák, szívgyógyszerként A foszforsav bonyolultabb észterei kimagasló jelentőségűek biológiai szempontból, nagy szerepet játszanak az anyagcserében és a nukleinsavak felépítésében.

133

134 Pl.

135 Kellemes illatú, színtelen folyadék. Kitűnő oldószer. Használják a film-, műselyem- és lakkgyártásban is.

136

137

138

139

140

141

142

143

144 Többértékű fenolok

145

146 a fenolos hidroxilcsoportot tartalmazó vegyületek oxidációval szemben érzékenyek. Levegőn, fény hatására színes termékké (kinonná) oxidálódnak. A hidroxilcsoportok számának növekedése fokozza az oxidációval szemben való érzékenységet, például:

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176 A növény- és állatvilágban igen elterjedt szerves vegyületek, melyek az élő szervezetekben fontos szerepet töltenek be. A növények szén- dioxidból és vízből építik fel őket, a napfény energiájának felhasználásával (asszimiláció). Szénhidrátok A szénhidrátok olyan szerves vegyületek, amelyek több alkoholos hidroxil­csoport mellett aldehid- vagy ketoncsoportot tartalmaznak (polihidroxi-aldehidek vagy polihidroxi-ketonok).

177 A szénhidrátok három csoportra oszthatók: - Monoszacharidok vagy egyszerű szénhidrátok: ezek nem bonthatók kisebb szénhidrátegységekre - Oligoszacharidok: néhány (2-10) egyszerű szénhidrátból épülnek fel - Poliszacharidok: több száz monoszacharidból épülnek fel -Az oligo- és poliszacharidokat együttesen összetett szénhidrátoknak is nevezik. A monoszacharidokat és az oligoszacharidokat édes Ízük és vízben valóoldhatóságuk miatt cukroknak szokták nevezni (az elöbbieket egyszerű, az utóbbiakat pedig összetett cukroknak).

178 Monoszacharidok (egyszerű szénhidrátok, ill. egyszerű cukrok). Elnevezésük az oxocsoport jellege szerint történik, ~óz végzödéssel. Az aldehidcsoportot tartalmazóknak aldóz, a ketoncsoportot tartalmazóknak pedig ketóz a neve. A szénatomok száma szerint aldotriózok, aldotetrózok, aldopen(ózok és aldohe­ xózok, ill. ketotriózok, ketotetrózok, ketopentózok és ketohexózok különböztet­hetők meg. A bennük levő aldehid- vagy ketoncsoport miatt a monoszachari­dok redukáló tulajdonságúak.

179 A legfontosabb aldohexóz a D-glükóz (dextróz, szőlőcukor), C6H1206' Szin­telen, szagtalan, édes ízű, kristályos vegyület. Vízben jól oldható A valóságban a szénhidrátokra elsősorban ez a gyűrűs szerkezet a jellemző.

180

181 * A valóságban a hatszöget alkotó atomok nem egy síkban, hanem ún. "kád" vagy "szék" alakban helyezkednek el a térben. A térbeli elhelyezkedést, vagyis a pontos térszerkezetet nevezzük a vegyület konformációjának.

182 Egyszerűsítés végett általában nemcsak a szén-, hanem a hidrogénatomok beírásától is el szoktak tekinteni: A szőlőcukor szabad állapotban a gyümölcsökben és más növényi részekben fordul elő. Kötött állapotban több diszacharid (pl. nádcukor vagy répacukor), ill. poliszacharidok (cellulóz, keményítő) építőköve. Iparilag a keményítő savas hidroIízisével állítják elő (pl. krumpli cukor). Az élelmiszeriparban, ill. gyógyászatban használják.

183 D-fruktóz (levulóz, gyümölcscukor ), C 6 H A legfontosabb ketohexóz A valóságban szintén gyűrűs szerkezetű alakban fordul elő. Színtelen, édes ízű, vízben jól oldható kristályos vegyület. A polarizált fény rezgési síkját balra forgatja. Gyümölcsökben, ill. a méz ben szabad állapotban is előfordul, kötött állapotban pedig a glükóz mellett a nádcukor (répacukor) másik alkotórésze.

184 Oligoszacharidok. Néhány (2-10) monoszacharidból épülnek fel. Legfonto­sabbak közülük a diszacharidok, melyek két monoszacharid kapcsolódása útján jönnek létre. Szacharóz (nádcukor, répacukor, a mindennapi életben egyszerűen cukor), C12H Színtelen, édes ízű, kristályos anyag. Vízben jól, alkoholban kevéssé oldható. Egy molekula ()(-D-glükózból és egy molekula jJ-D-fruktózból épül fel:

185 A maltóz (malátacukor ) két molekula ()(-D-glükózból áll, a keményítő építőköve. A cellobióz két molekula β-D-glükózból áll, a cellulóz építőköve. A poliszacharidok több száz monoszacharid kapcsolódása útján épülnek fel. Legfontosabb képviselőik: a keményítő és a cellulóz. A keményitő fehér színű por, hideg vízben és etanolban nem oldódik, forró vízzel kolloid oldatot képez. Enzim hatására a keményítő maltózzá, savas hidrolízissel pedig ()(-D-glükózzá bontható le. Az óriásmolekula tehát ()(-D-glükóz egységekből épül fel: A keményítő jóddal szobahőmérsékleten, savanyú közegben, jodidion jelenlété­ben intenzív kék színű színeződést ad (jódkeményítő keletkezik). A reakció a jódnyomok, ill. a keményítő kimutatására is alkalmas

186

187

188 Heterociklusos vegyületek A heterociklusos vegyületek olyan gyűrűs szerves vegyületek, amelyeknél a gyűrű felépítésében a szénatomokon kívül más atom (heteroatom) is részt vesz. Legjelentősebb heteroatomok az oxigén, a kén és a nitrogén. A gyűrűk három-, négy-, öt- és hattagúak lehetnek. A legnagyobb az öt- és hattagú heterociklusos vegyületek jelentősége. A heterociklusos gyűrűk benzol­gyűrűvel kondenzálva is előfordulnak.

189

190 Növényi hulladékok (korpa, kukoricacsutka, rizshéj stb.) kénsavas kezelésével nyerhető ki. A műanyagiparban van szerepe.

191 A pirrol legfontosabb származék a a porfin, négy pirrolgyűrűből épül fel, melyeket CH-csoportok kapcsölnak össze

192

193 Kondenzált gyűrűs heterociklusos vegyületek:

194 Az indol szilárd, a kinolin és izokinolin folyadék. Előfordulnak a kőszénkátrányban és a kőolajban is. Az indol egyik származék a az indigó (indigókék), ami a legrégibb és egyik legfontosabb szerves színezőanyag. A kinolin számos fontos szÍnezék (pl. kinolinsárga) alapanyaga, a színes fényképezésnél is szerepet játszik. Származékai között jelentős gyógyszerek találhatók A kinolin és az izokinolin származékai között sok fontos alkaloid található (pl. kinin, ill. morfin, heroin). Az alkaloidok bázikus, heterociklusos nitrogént tartalmazó növényi anyagok, melyek erős specifikus hatást gyakorolnak az emberi szervezetre, elsősorban az idegrendszerre. Kis mennyiségben gyógyító hatásúak lehetnek, nagyobb koncentrációban azonban erősen mérgezők.


Letölteni ppt "A szerves kémia alapjai A szerves kémia a szénvegyületek kémiája. Elnevezésének történeti okai vannak. 1828-ig a "vis vitalis" elmélet (életerő-elmélet)"

Hasonló előadás


Google Hirdetések