Orgaaniline keemia (16)

ORGAANILINE KEEMIA Lühikonspekt gümnaasiumile
Koostaja : Kert Martma
Tallinn 2005 2
Suurem osa konspektis sisalduvast õppematerjalist põhineb gümnaasiumi orgaanilise keemia õpikul: Tuulmets, A. 2002. Orgaaniline keemia (õpik gümnaasiumile). ,,Avita", Tallinn.
Eelnimetatud õpik on ka gümnaasiumi orgaanilise keemia kursuse põhiõpikuks. 3
Sisukord
Sissejuhatus orgaanilisse keemiasse 4 Alkaanid 6 Halogeeniühendid 10 Alkoholid 13 Amiinid 15 Küllastamata ühendid 16 Areenid 18 Fenoolid ja aromaatsed amiinid 20 Karbonüülühendid 22 Karboksüülhapped 24 Estrid ja amiidid 28 Polümeerid 32 Sahhariidid 33 Valgud 36 Valik harjutusülesandeid orgaanilises keemias 39 4
SISSEJUHATUS ORGAANILISSE KEEMIASSE
Orgaaniline keemia · XIX saj. orgaaniline keemia ­ elus organismidest pärinevate ainete keemia. · Tänapäeval ­ orgaaniline keemia on süsinikühendite ja nende derivaatide keemia. · Orgaanilise keemia alguseks võib lugeda 1828. a. kui F. Wöhler teostas esimese orgaanilise sünteesi (sai esimese orgaanilise ühendi uurea). · Orgaaniliste ühendite arv on sisuliselt lõputu. · Orgaanilised ained ­ koosnevad peamiselt süsinike ja vesinike aatomitest, aga võivad sisaldada ka hapniku, lämmastiku ja halogeenide aatomeid või heteroaatomitena teiste elementide aatomeid (näiteks: Fe, Na, P, S).
Süsiniku aatom molekulis · Orgaanilistes ühendites on süsinik 4valentne see tähendab, et orgaanilistes ühendites on süsinikul alati 4 sidet. · Lämmastikul 3, hapnikul 2 ja vesinikul 1 side. · Süsinikul on võimalik 3 (4) erinevat valentsolekut, lämmastikul 3, hapnikul 2 ja vesinikul 1 valentsolek.
Element Sidemete arv Valentsolekud H 1 H O 2 O
N 3 | N N N
C 4 | C C C ( C ) |
· Orgaanilisi ühendeid pannakse kirja kasutades struktuurivalemeid.
Tetraeedriline süsinik · Kui süsinikul on neli üksiksidet, siis on need suunatud tetraeedri tippudesse kus sidemete vaheline nurk on umbes 109 o . Need neli sidet on sidemed. 5
side võib ühendada ka süsinike aatomeid omavahel. side tekib orbitaalide kattumisel ühes ruumiosas aatomi tuumi ühendaval sirgel.
Tetraeedriline süsinik Tetraeedriline süsinik (molekuli mudel) (ruumiline struktuurvalem )
· Süsinikahel ­ omavahel on seotud mitu C aatomit, mille vahel võib esineda peale üksiksidemete ka kahe ja kolmekordsed sidemeid (süsinikud ei ole tetraeedrilised). CH3 -- CH -- CH2 -- CH -- C CH | | CH CH3 || CH2
Süsinikahel võib olla: 1) hargnemata CH3 -- CH2 -- CH2 -- CH3 2) hargnev CH3 -- CH -- CH2 -- CH3 | CH3 3) tsükliline
Valemid ja struktuurivalemid · Aine keemilist koostist kirjeldatakse valemi abil. Orgaanilises keemias on Valemeid on mitut liiki: 1) summaarne valem näitab kui palju ja milliseid aatomeid on molekulis (näiteks: C2H6O). 6
2) struktuurivalem kirjeldab molekuli ehitust. a) lihtsustatud struktuurivalem (näiteks: CH3CH2OH või CH3CH2OH) b) tasapinnaline struktuurivalem H H | | H CCOH | | H H
c) ruumiline struktuurivalem
d) molekuli mudel
e) molekuli graafiline kujutis
OH
ALKAANID
1. Sissejuhatus · Süsivesinikud ­ orgaanilised ühendid, mis koosnevad ainult süsiniku ja vesiniku aatomitest. · Alkaanid ­ sisaldavad ainult tetraeedrilisi süsinikke (kõik aatomid on omavahel seotud ühekordsete sidemetega). · Triviaalsed nimetused ­ ühendite nimetused, mis on inimene ühenditele juhuslikult andnud. Need nimetused ei ole süstemaatilised ega väljenda aine keemilist koostist ega struktuuri. Näiteks soogaas , mille süstemaatiline nimetus on metaan (CH4). 7
· Süstemaatilised nimetused ­ kajastavad ühendi keemilist struktuuri. Neid on võimalik struktuuri järgi üles märkida. · Nomenklatuur ­ aine struktuuri ja nimetust siduvate reeglite kogu ( IUPAC ­ Ineternational Union of Pure and Applied Chemistry). · Alkaani tunnusteks on järelliide ­aan (metaan, etaan, propaan , butaan , pentaan jne...). Sõnatüvi (met, et, prop , but, pent ) kirjeldab süsinikahela pikkust.
Alkaan Nimetus Sõnatüvi CH4 metaan met C2H6 etaan et C3H8 propaan prop C4H10 butaan but C5H12 pentaan pent C6H14 heksaan heks C7H16 heptaan hept C8H18 oktaan okt C9H20 nonaan non C10H22 dekaan dek C11H24 undekaan undek C12H26 dodekaan dodek C13H28 tridekaan tridek C14H30 tetradekaan tetradek C15H32 pentadekaan pentadek C16H34 heksadekaan heksadek jne... kuni C20 C20H42 eikosaan eikos
· Neid võiks meelde jätta kuni kümne süsinikuni. · Tüviühend ­ pikim süsinikahel. See tuleb nimetust andes kõigepealt üles leida. · Alküülrühm ­ alkaanist pärit asendusrühm (CH3metüül, CH3CH2etüül jne...). Alküülrühma tähistatakse tähega R. · Nimetuse andmine: 1) Kõigepealt tuleb tuvastada pikim ahel (tüviühend). 2) Vaadata kui palju ja missuguseid asendusrühmi on peaahela (tüviühendi) küljes. 3) Vastavalt reeglitele (jälgides asendusrühmade asukohti) see nummerdada. 4) Fikseerida asendusrühmade asukoht kasutades peaahela numbreid. 8
Nummerdamist alustatakse sealt, kus asendusrühmad või kordne side on ligemal või tihedamalt. 5) Tuvastada sarnased asendusrühmad. 6) Kanda asendusrühmad kindlate reeglite järgi nimetusse. 7) Asendusrühmade nimetusse kandmisel tuleb arvestada, asendus rühmade tähtsuse järjekorda ehk vanemuslikust. Olulisemate asendusrühmade tähtsuse järjekord on toodud alljärgnevas tabelis.
1 R ­ tüviühendile vastava rühma nimetus 2 kui on seotud tsükliga 3 funktsionaalse rühma süsinik arvatakse tüviühendi koostisse ja saab asendinumbri
8) Alküülrühmad pannakse omavahel nimetusse tähestikulises järje korras. · Sarnastele asendusrühmadele pannakse ette eesliited vastavalt nende arvule (di, tri, tetra , penta , heksa jne...). Näiteks: CH3 -- CH -- CH -- CH2 | | | Br Br Br 1,2,3tribromobutaan 9
2. Isomeeria · Isomeeria on nähtus, kus sama kvalitatiivse ja kvantitatiivse koostisega ainetel on erinev keemiline struktuur (aatomite ühinemise järjekord) ja sellest tingitult erinevad omadused. Näiteks: butaan ja metüülpropaan. (erinev on ainult ahela kuju ehk struktuur). CH3 -- CH2 -- CH2 -- CH3 CH3 -- CH -- CH3 | CH3 butaan metüülpropaan · Igal ainel on oma kindel struktuur, mis on määratud aatomite paiknemise järjekorraga molekulis ja nendevaheliste keemiliste sidemetega. · Isomeerid ­ ühesuguse elementkoostise ja molekulmassiga, kuid erineva struktuuriga ained. · Orgaaniliste ainete füüsikalised, ( sulamistemperatuur , keemistemperatuur , tihedus) keemilised (reaktsioonivõime, lahustuvus ) ja füsioloogilised (toime elusorganismidele) omadused sõltuvad oluliselt aine struktuurist.
3. Alkaanide omadused · Füüsikalised omadused: Süsinikahela pikenedes kasvavad molaarmass , tihedus, ning sulamis ja keemistemperatuur. Vastavalt süsinikahela pikkusele võivad alkaanid olla nii gaasilised , vedelad kui ka tahked (vt. tabel). Vedelas või tahkes olekus on nad veest kergemad. Vees enamasti ei lahustu. Tahked alkaanid on hüdrofoobsed (ei märgu veega).
Süsinike arv Aine olek 1 4 gaasiline 5 15 vedel 16 ... tahke
Keemilised omadused: Alkaanid on väga vähe reaktsioonivõimelised. See tuleneb C -- C ja C -- H sideme (sideme) suurest püsivusest. Selle sideme lõhkumiseks on vaja palju energiat. Sigma sideme lagunemisel tekivad vabad radikaalid, mis on kõrge energiaga osakesed (omavad üksikud elektroni) ja püüavad oma üksiku elektroni igal võimalusel ühendada teise osakese elektroniga, et tekiks elektronpaar, sest nii tekib stabiilne (madalama energiaga) osake. 10
Näide: CH3 -- CH2 -- CH2 -- CH3 CH3 -- CH2 -- CH2 · + CH3 · butaan propüülradikaal metüülradikaal Radikaal ­ osake, millel on üksik paardumata elektron . On väga reaktsioonivõimeline. Ta on kõrge energiaga osake ja püüab igal võimalusel ühendada end teise elektroniga. Toatemperatuuril on alkaanid oksüdeerijate suhtes püsivad, ei reageeri ka enamike kontsentreeritud hapete ja leelistega. Tüüpilised reaktsioonid alkaanidele on: 1) oksüdeerumine 0 t a) täielik oksüdeerumine (näit. põlemine: 2CH3 -- CH3 + 7O2 ¾ ¾® 4CO2 + 6H2O) b) mittetäielik oksüdeerumine (CH3 -- CH2 -- CH3 + Cl2 CH3 -- CH2 -- CH3 + HCl) | Cl 2) pürolüüs (CH4 C + 2H2) 3) dehüdrogeenimine ehk vesiniku äravõtmine (alkaan alkeen + H2). CH3 -- CH3 CH2 = CH2 + H2 4) alkaanide halogeenimine ­ on alkaanide reageerimine halogeeniga (Cl2, I2, Br2, F2). See on radikaalne asendusreaktsioon. CH3 -- CH3 + F2 CH3 -- CH2 + HF | F Füsioloogilised omadused: alkaanidel (eriti aurudel või gaasilistel alkaanidel) on tugev narkootiline toime. Suurtes kogustes kahjustavad kesknärvisüsteemi ja võivad olla isegi surmavad. Nahale võivad alkaanid mõjuda ärritavalt ja samuti on ohtlik ka nende sissevõtmine ( bensiin ). Tahketena on nad suhteliselt ohutud (ei lahustu veres ega vees). Tahkeid alkaane (parafiini) kasutatakse toiduainetööstuses ja meditsiinis.
HALOGEENIÜHENDID
1. Sissejuhatus ja nimetused · Halogeeniühendid ­ on orgaanilised ühendid, milles süsiniku aatom(id) on seotud ühe või mitme halogeeni (Br, Cl, F, I) aatomiga. 11
· Nimetamine on sarnane hargnenud ahelaga alkaanide nimetamisele. Asendusrühmadeks on siin aga halogeeni aatomid. Nimetused on vastavalt fluoro , kloro, bromo , ja jodo. Nimetamisel pannakse halogeeniaatomid omavahel tähestikulisse järjekorda.
Näiteks: CH2 -- CH2 | | (1bromo2kloroetaan). Cl Br
2. Ahela ja asendiisomeerid · Ahelaisomeerid ­ erinevad üksteisest süsinikahela ehituse poolest (asendusrühmade asukoht jääb samaks). · Asendiisomeerid ­ erinevad üksteisest asendusrühma (näiteks halogeeni aatomi) paigutuse poolest.
3. Halogeeniühendite omadused ja struktuur · Füüsikalised omadused: enamuses on vedelikud või tahkised, ainult vähesed on toatemperatuuril gaasid. Nad ei lahustu vees (hüdrofoobsed) kuna ei moodusta vesiniksidemeid. Tihedus on üpris suur (enamus on veest raskemad ).
· Füsioloogilised omadused: Elusorganismidele on enamus halogeeniühendeid mürgised ja mõned isegi väga mürgised. Lenduvad halogeenid on narkootilise toimega. Organismis põhjustavad kesknärvisüsteemi ja maksa kahjustusi.
· Struktuur: kui süsiniku ja vesiniku elektronegatiivsused olid suhteliselt sarnased, siis süsiniku ja halogeeniaatomite elektronegatiivsused on väga erinevad => elektronpaar on tõmmatud halogeeni poole (halogeeni elektronegatiivsus on suurem) ja tekib polaarne kovalentne side. Nii halogeeniaatomile kui ka süsiniku aatomile tekivad peale osalaengud. Süsinikul tekib positiivne osalaeng (+) ja halogeenil negatiivne osalaeng (). Näiteks: H + Cl . Osalaengud näitavad elektronide jaotust molekulis. 12
4. Elektrofiilid ja nukleofiilid · Mittepolaarse sideme katkemisel jaotuvad elektronid võrdselt (alkaanides), polaarse sideme katkemisel aga ebaühtlaselt (HCl, halogeeniühendid). Ebaühtlane jaotus tähendab seda, et elektronegatiivsem partner (Cl, F, I, Br) haarab endale terve elektronpaari ja saab negatiivse laengu (ta on nukleofiil ). Teisele partnerile jääb aga tühi orbitaal ja positiivne laeng (ta on elektrofiil ). · Elektrofiil ­ tühja orbitaali, positiivse laenguga või osalaenguga osake. Ta on elektronide vaene. Ta võtab igal võimalusel endale elektrone. · Nukleofiil ­ vaba elektronpaariga osake või kannab negatiivset laengut või osalaengut. Ta on elektronide poolest rikas. Ta otsib kohta kuhu elektrone panna (otsib vaba orbitaali ehk elektrofiili). · Elektrofiilne tsenter ­ aatom, millel on elektrofiili tunnused. · Nukleofiilne tsenter ­ aatom, millel on nukleofiili tunnused. · Nukleofiil ühineb elektrofiiliga. Mitte kunagi ei ühine elektrofiil elektrofiiliga ja nukleofiil nukleofiiliga. · Reaktsioon saab endale nime ründava osakese (,,partneri") järgi. Näiteks nukleofiilses asendusrektsioonis on ründavaks osakeseks nukleofiil.
5. Nukleofiilne asendusreaktsioon
Näide: :OH + CH3 -- CH2 -- Br CH3 -- CH2 -- OH + :Br .
· Nukleofiilne asendusreaktsioon ­ ründav osake on nukleofiil. Reaktsioonitsenter on elektrofiilne tsenter. Ründav osake on tugevam nukleofiil kui lahkuv rühm. Lahkuv rühm eraldub nukleofiilina. · Näiteid nukleofiilsete asendusreaktsioonide kohta: R -- Cl + NaOH ROH + NaCl (ROH alkohol ) R -- Cl + NaOR ROR + NaCl (ROR eeter ) R -- Cl + KCN RCN + KCl (RCN nitriil)
R ­ suvaline radikal (näiteks: CH3 -- CH2 jne...) · Elektrofiilne asendusreaktsioon ­ vastupidiselt eelmisele. Ründav osake on elektrofiil. Reaktsioonitsenter on nukleofiilsus tsenter. Lahkuv rühm eralduv elektrofiilina. 13
ALKOHOLID
1. Sissejuhatus · Alkohol ­ orgaaniline ühend, mille tetraeedrilise süsiniku aatomi juures on üks vesinik asendatud hüdroksüülrühmaga (-- OH). · Funktsionaalne rühm ­ annab ühendiklassile tema põhilised omadused. Ta on kõige kergemini muunduv osa. Võib osaleda paljudes reaktsioonides. Alkoholi puhul on selleks hüdroksüülrühm (-- OH). · Hüdroksüühend ­ ühendid, mis sisaldavad hüdroksüülrühma. · Mitmehüdroksüülne alkohol ­ kui alkoholi molekulis on mitu hüdroksüülrühma, mis asuvad erinevate süsiniku aatomite juures.
2. Nimetamine · Alkoholidel on järelliide ­ool. · Järelliide näitab ühendi kuuluvust ühte või teise klassi. · Näiteid nimetustest: CH3 -- CH2 -- CH2 -- OH (propaan1ool), HO -- CH2 -- CH2 -- OH (etaan1,2diool), HO -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- OH (heksaan1,6diool).
3. Struktuur ja omadused · Alkoholis on hapnikuaatomil kaks vaba elektronpaari, kaks elektroni on kasutatud sidemeks C ja Hga. Hapnik on nii Cst kui Hst elektronegatiivsem. Hapnik tõmbab elektronpaari nii süsinikult kui vesinikult. Hapnik saab negatiivse osalaengu ja nii süsinik kui ka vesinik saavad positiivse osalaengu. Siit järeldub, et alkoholis on nukleofiilseks tsentriks hapnik ja elektrofiilseteks tsentriteks vesinik ja süsinik. · Alkohol on võimeline moodustama vesiniksidemeid. · Füüsikalised omadused: Füüsikalised omadused on määratud vesiniksidemete moodustamise võimalustest ja süsivesiniku ahelast. Alkoholidel on hea lahustuvus vees e. hüdrofiilsus ( vesiniksidemed ) ning madal keemistemperatuur (madalam kui veel). 14
· Keemilised omadused: Oksüdeerumine Alkoholide oksüdeerumisel saadakse: a) aldehüüde b) ketoone c) karboksüülhappeid Alkoholide kiirel oksüdeerumisel ehk põlemisel tekivad CO2 ja H2O. 0 t CH3 -- CH2 -- OH + 3O2 ¾ ¾® 2CO2 + 3H2O · alkoholid võivad astuda nukleofiilsetesse asendusreaktsioonidesse (lahkuvaks rühmaks oleks siis hüdroksiidioon). Hüdroksiidioon on aga sedavõrd tugev nukleofiil, et raske on leida teist nukleofiili, mis teda välja tõrjuks, mistõttu ei ole nukleofiilne asendusreaktsioon alkoholide puhul tüüpiline.
4. Alkohol kui hape · Alkoholide reageerimisel leelismetallidega (Na, K, Li) eraldub vesinik ja tekib vastava alkoholi sool ­ alkoholaat (2CH3 --CH2--OH + 2Na 2CH3 -- CH2ONa + H2). Analoogne happe reageerimisele metalliga (2HCl + 2Na 2NaCl + H2). Siit järeldub, et alkohol on nagu hape ja alkoholaat on alkoholi sool. Alkohol on väga nõrk hape (nõrgem hape kui vesi). Vaata hapete tugevusi lk 25.
5. Alkoholide esindajaid · Metanool (CH3OH) e. puupiiritus ­ laborites kasutatakse lahustite koostisena. Väga mürgine. · Etanool (CH3CH2OH) e. piiritus ­ väga palju kasutatakse lahustites ja orgaanilistes sünteesides. Samuti kasutatakse etanooli ka alkoholitööstuses alkohoolsete jookide valmistamiseks. · Etaandiool (HOCH2CH2OH) ­ kõrge keemistemperatuur, hea lahutuvus ja madal külmumistemperatuur. Kasutatakse antifriiside (automootorite jahutussegud) koostises. · Alkoholide füsioloogilised omadused: narkootiline toime, alkoholide põlemise vaheühendid võivad olla väga mürgised (kesknärvisüsteemi kahjustused), pikema ahelaga alkoholid tekitavad pöördumatuid 15
nägemisorganite kahjustusi. Väga mürgine on metanool (imendub kergesti ka läbi naha).
6. Eetrid · Eeter ­ üldvalem on R­O­R. On ühendid, kus hapniku aatomiga on seotud ühesugused või erinevad süsivesinikerühmad (radikaalid). · Eetrid on alkoholide funktsiooniisomeerid. CH3 -- CH2 -- OH CH3 -- O -- CH3 C2H6O C2H6O
Isomeerid, sest summaarne valem on sama
· Nimetused ­ CH3 -- CH2 -- O -- CH2 -- CH3 (dietüüleeter), CH3 -- CH2 -- CH2 -- O -- CH2 -- CH3 (etüülpropüüleeter). · Füüsikalised omadused: 1) vees lahutuvad väga halvasti (ei saa moodustada vesiniksidemeid), 2) on väga lenduvad. On head lahustid paljudele orgaanilistele ainetele. · Eetrite saamine: 1) alkoholaadi ja halogeeniühendi reageerimisel: CH3­CH2­ONa + CH3­CH2­CH2­Br CH3­CH2­O­CH2­CH2­CH3 + NaBr, 2) sümmeetrilisi eetreid saadakse: 2 alkoholi eeter + H2O. CH3 ­ CH2 ­ CH2 ­ OH CH3 ­ CH2 ­ CH2 ­ O ­ CH2 ­ CH2 ­ CH3 + H2O CH3 ­ CH2 ­ CH2 ­ OH
AMIINID
1. Amiinid ja nende nimetused · Amiinid ­ on NH3 derivaadid , kus üks või mitu Hd on asendunud radikaalidega. · Amiinid on orgaanilised alused. · Nimetuse andmisel loetletakse lämmastikuga seotud rühmad ja lisatakse lõppu järelliide ­ amiin . Näited: CH3 -- CH2 -- NH2 ­ etüülamiin, 16
CH3 -- CH2 -- CH2 -- NH --CH2 -- CH3 ­ etüülpropüülamiin, NH2­CH3­CH2­CH2­CH2­NH2 ­ butaan1 ,4diamiin või 1,4diaminobutaan. · Nimetuste andmisel võib asendusnomenklatuuri kohaselt animorühma tähistada ka eesliitega amino. Näited: CH3 -- CH2 -- NH2 ­ aminoetaan , H2N -- CH2 -- CH2 -- OH ­ aminoetanool.
2. Keemilised omadused · Kuna lämmastik on elektronegatiivsem kui süsinik ja vesinik, siis elektronid on nihutatud lämmastiku aatomi poole ja tekib osalaeng . Järelikult nukleofiilne tsentner asub lämmastiku aatomil. Amiinid on alused. Nad on oma tugevuselt võrreldavad ammoniaagiga. · Happed on ained, mis võivad loovutada prootoneid ja alused on ained, mis võivad siduda prootoneid. · Amiini reageerimine happega: R­NH2 + HCl R­NH3 + Cl .
3. Füüsikalised omadused · Amiinidel on N peal olev väiksem kui Ol ja sellepärast on amiinidel H sidemed nõrgemad. · Lühikese ahelaga amiinid lahustuvad vees hästi (vesiniksidemed). · Pikema ahelaga amiinid lahustuvad väga halvasti.
KÜLLASTUMATA ÜHENDID
1. Alkeenid ja alküünid · Küllastumata ühend ­ alkaanid on küllastunud ühendid. Alkeenid ja alküünid on küllastumata ühendid. Küllastumata ühenditel on lisaks sidemele ka üks või kaks sidet. · Alkeenid ­ süsinikuvahelise kaksiksidemega ühendid. Näiteks: CH2=CH­CH3 ( propeen ). 17
· Alküünid ­ süsinikuvahelise kolmiksidemega ühendid. Näiteks: CH C­CH3 (propüün). · Kaksikside ­ üks side + üks side. · Kolmikside üks side + kaks sidet. · Kaksiksidet moodustavad süsiniku aatomid ja nendega seotud muud aatomid asuvad kõik ühes tasapinnas. Nad on planaarsed ( C = ).
· Kolmiksidemega seotud süsiniku aatomid ja nendega seotud aatomid asuvad ühel sirgel. Nad on lineaarsed ( ­ C ). · side on palju nõrgem kui side => alkeenid ja alküünid on väga reaktsioonivõimelised.
2. Nimetamine · Alkeeni tähistab järelliide ­een ( eteen ) ja alküüni tähistab järelliide ­üün (etüün). · Nimetamisel märgitakse ka ära kordse sideme asukoht. · Peaahel võetakse kordse sideme järgi. Pea ahel peab sisaldama võimalikult palju kordseid sidemeid. · Näiteid: CH2 = CH -- CH2 -- CH3 ­ but1een. CH2 = CH -- CH = CH -- CH3 ­ penta 1,3dieen. CH C -- CH2 -- CH3 ­ but1üün. CH2 = CH -- C C -- CH = CH -- CH3 ­ heksa 1,5dieen3üün. CH2 = CH -- CH2 -- CH2 -- Cl ­ 4klorobut1een. CH2 = CH -- CH = CH -- CH2 -- OH ­ 5hüdroksüpenta 1,3dieen.
3. Keemilised omadused · Kaksik või kolmikside on nukleofiilne tsenter. · Markovnikovi reegel ­ elektrofiilne osake (nt H + ) ühineb enam hüdrogeenitud (seal kus on rohkem vesinikku) süsiniku aatomiga, ning nukleofiilne (nt Cl ) osake ühineb vähem hüdrogeenitud (seal kus on vähem vesinikku) süsiniku aatomiga. · Küllastumata ühenditele iseloomulikke reaktsioone: 1) Vesinikhalogeniidi liitumine (Markovnikovi reegel). 18
CH3 -- CH = CH2 + HBr CH3 -- CH -- CH3 | Br 2) Vee liitumine (Markovnikovi reegel). CH3 -- CH = CH2 + H2O CH3 -- CH -- CH3 | OH 3) Halogeeni liitumine. CH3 -- CH = CH2 + Cl2 CH3 -- CH -- CH2 | | Cl Cl 4) Oksüdeerumine (vastavalt temperatuurile võivad tekkida nii dioolid kui aldehüüdid). 5) Hüdrogeenimine ­ vesiniku liitmine alkeenile või alküünile. Katkeb üks side ja tekib a) alküünist alkeen, b) alkeenist alkaan. CH3 -- C CH + H2 CH3 -- CH = CH2 CH3 -- CH = CH2 + H2 CH3 -- CH2 -- CH3 6) Dehüdrogeenimine ­ hüdrogeenimise pöördprotsess. Vesiniku äravõtmine. Tekib side. CH3 -- CH3 CH2 = CH2 + H2
4. Isomeeria · Lisaks ahela ja asendiisomeeriale on alkeenides ja tsüklilistes ühendites veel cis, transisomeeria. See tuleneb asendusrühmade erinevast asetusest kordse sideme või tsükli tasapinna suhtes.
AREENID
1. Aromaatsed ühendid · Benseen ­ üldvalem C6H6. Tsükliline. 1,5 kordsed sidemed. Kogu benseeni süsiniku aatomite tsüklil on ühine elektronide pilv. Benseeni molekuli struktuur on aromaatne struktuur. 19
Benseeni struktuuri kujutamisel on mitu võimalust. Kõige rohkem kasutatakse esimest ja viimast varianti .
· Aromaatne ring e. aromaatne tuum ­ aromaatses tuumas on tervet tsüklit (tuuma) hõlmav ühine elektronide pilv (vt joonist). Aromaatne ring on tasapinnaline.
· Heterotsüklilised ühendid ­ kui aromaatses ringis on peale süsinike ja vesinike veel ka teisi aatomeid (heteroaatomeid). · Areenid ­ aromaatsete ühendite üldnimetus. · Arüülrühm ­ areenist moodustunud asendusrühm. · Fenüül ­ benseenist moodustunud asendusrühm.
2. Nimetamine Näiteid aromaatsete ühendite nimetamisest:
1,2dimetüülbenseen 1,3dimetüülbenseen 1,4dimetüülbenseen
1,3diklorobenseen 1,3,5triklorobenseen hüdroksübenseen metüülbenseen ( fenool ) ( tolueen )
bensoehape nitrobenseen 1,2dietüülbenseen 3metüülfenool naftaleen 20
2. Omadused · Füüsikalised omadused: vedelikud või kristalsed ained. Asendamata areenid ei lahustu vees, küll aga mittepolaarsetes lahustites (eeter). Benseen lahustab hästi vaikusi, rasvu ja teisi vähepolaarseid aineid.
· Füsioloogilised omadused: aromaatsetel süsivesinikel on narkootiline toime. Suurema koguse sissehingamisel tekivad krambid . Halvimal juhul võib see lõppeda ka äkksurmaga. Pidev kokkupuude kahjustav närvisüsteemi. Aromaatsed süsivesinikud mõjuvad ärritavalt ka nahale. · Keemilised omadused: aromaatne ring (tuum) on suhtelisel püsiv ja keemiliselt vastupidav (näiteks oksüdeerijate suhtes). Tüüpiline reaktsioon aromaatsele tuumale on elektrofiilne asendus, kus aromaatne tuum on ise nukleofiilne tsenter. Näiteid reaktsioonidest: 1) alküülimine (alküülrühma viimine benseeni tuuma, katalüsaatoriks on AlCl3),
2) halogeenimine (halogeeni liitmine, katalüsaatoriks on AlCl3),
3) nitreerimine (nitrorühma liitmine). Reageerimisel lämmastikhappega (katalüsaatoriks on H2SO4) tekivad nitroühendid.
FENOOLID JA AROMAATSED AMIINID
1. Fenoolid. Nende struktuur ja omadused · Fenoolid ­ hüdroksüareenide üldnimetus. Fenoolina võime me kutsuda vaid hüdroksübenseeni (benseeni tuuma küljes on ­OH rühm). 21
· Fenoolid ja alkoholid kuuluvad ühisesse hüdroksüühendite klassi. · Tänu hüdroksüülrühma ja aromaatse tuuma vastastikmõjult, on fenoolid palju tugevamad happed kui alkoholid. Vaata hapete tugevusi lk 25. · Fenoolide reageerimisel leelismetallidega ja leelisega tekib sool ( fenolaat ):
· Fenoolides on elektronide delokalisatsioon (laialimäärimine). See stabiliseerib energeetiliselt osakest ja seepärast ongi fenoolid tugevamad happed kui alkoholid. · Fenoolid on palju reaktsioonivõimelisemad kui benseen. Näiteid reaktsioonidest: 1) Halogeenimine
2) Nitreerimine
2. Aromaatsed amiinid. Nende struktuur ja omadused · Aromaatsed amiinid ­ aromaatse tuumaküljes on aminorühm. Kõige lihtsam aromaatne amiin on aniliin (aromaatse tuuma küljes üks aminorühm). · Aromaatsed amiinid on alused. elektronpilv on delokaliseeritud nagu fenoolidelgi. · Aromaatsed amiinid nagu kõik amiinid regeerivad hapetega ja oksüdeeruvad kergesti: 22
KARBONÜÜLÜHENDID
1. Aldehüüdid ja ketoonid · Karbonüülühendid ­ ühendid, mis sisaldavad karbonüülrühma
· Aldehüüdrühm ­ karbonüülrühm on seotud ühe süsiniku ja ühe vesiniku aatomiga.
· Aldehüüdid ­ aldehüüdrühma sisaldavad ained. · Ketorühm ­ karbonüülrühm on seotud kahe süsiniku aatomiga.
· Ketoonid ­ ained, mis sisaldavad ketorühma. · Aldehüüdid ja ketoonid on karbonüülühenid. Nad on funktsiooniderivaadid.
2. Nimetamine · Aldehüüdide tunnuseks on järelliide aal. See liide lisatakse tüviühendi nime lõppu. Näide: CH3 ­ CH2 ­ CH2 ­ CHO ( propanaal ), CH3 ­ CHO ( etanaal ). · Ketoonide tunnuseks on järelliide ­oon. See liide lisatakse tüviühendi nime lõppu, kusjuures märgitakse ära ka ketorühma asukoht (nagu alkoholidel). O || Näide: CH3 -- CH2 -- C -- CH3 (CH3CH2COCH3) ­ butaan2oon.
3. Struktuur ja keemilised omadused · Kaksiksideme tõttu (süsiniku ja hapniku vahel) sarnanevad alkeenidega. · Nagu alkeenidelegi on ka karbonüülühenditele iseloomulikud liitumisreaktsioonid (liitumine alkoholiga ). · Kuna hapnikul on suurem elekronegatiivsus kui süsinikul, siis karbonüülrühma hapnikul asub nukleofiilne tsenter () ning süsinikul elektrofiilne tsenter (+). 23
· Kuna süsiniku oksüdatsiooniaste aldehüüdrühmas on +I, siis võivad karboksüülühendid nii redutseeruda kui oksüdeeruda. · Redutseerumisel tekkivad alkoholid (samuti on alkoholide oksüdeerumisel võimalik saada aldehüüde või ketoone), aldehüüdide oksüdeerumisel aga karboksüülhapped. Ketoonid on oksüdeerumise suhtes üpris vastupidavad.
alkohol ¾[¾® O] [O ] aldehüüd ¾¾® karboksüül hape ¬¾ ¾¾ ¬¾¾¾ [ H ] [H ]
· Aldehüüdid on reaktsioonivõimelisemad kui ketoonid (reaktsioonid kulgevad kiiremini).
4. Füüsikalised omadused · Enamik aldehüüde ja ketoone on kergesti lenduvad vedelikud. · Metanaal , etanaal ja propanaal lahustuvad vees väga hästi kui süsinikahela pikenedes lahustuvus väheneb.
5. Füsioloogilised omadused · Aldehüüdid ja ketoonid on narkootilise toimega ja kahjustavad kesknärvi süsteemi. Mõjuvad ärritavalt limaskestale.
6. Esindajaid · Metanaal e. formaldehüüd ­ mürgine gaas , vesilahus on desinfitseerimis vahend. · Etanaal e. atseetaldehüüd ­ toatemperatuuril keev mürgine vedelik. · Bensaldehüüd ­ mandlilõhnaline vedelik. Kasutatakse maitse ja lõhnaainena. · Propenaal ­ kergesti lenduv vedelik. Tugev lakrimaator (ärritab nina ja silmi ning kutsub esile rohket pisarate voolu). Tekib näiteks rasva kõrvetamisel. · Propanoon e. atsetoon ­ mürgine vedelik. Väga hea orgaaniline lahusti. 24
KARBOKSÜÜLHAPPED
1. Saamine ja nimetamine · Karboksüülhapped ­ karboksüülrühma (­COOH funktsionaalrühmana) sisaldavad orgaanilised ühendid. · Saadakse: aldehüüdide oksüdeerumisel ­ CH3--CHO (oksü deerumine ) CH3 -- COOH. · Nimetamine: tavaliselt lisatakse tüviühendi nimetusele lõppu ­hape (kui karboksüülrühmi on kaks, siis dihape ). Karboksüülrühma süsinik loetakse tüviühendi ahelasse.
Näited: CH3 -- CH2 -- CH2 -- COOH ­ butaanhape CH2 -- CH2 -- COOH ­ 2kloropropaanhape | Cl HOOC -- CH2 -- CH2 -- COOH ­ butaan1,4dihape
Karboksüülhappe aniooni nimetuse andmisel asendatakse järelliide ­hape järelliitega aat. Näiteks: CH3 -- CH2 -- COO (propanaatioon) nagu SO3 2 (sulfaatioon). Vastava happe soola nimetatakse näiteks: CH3 ­ CH2 ­ COONa (naatriumpro panaat). · Kuna paljud orgaanilised happed on keeruka struktuuriga ja nende nimetused tuleksid liiga pikad, siis kasutatakse nende triviaalnimetusi. Näiteks: piimhape, sipelghape ( metaanhape ), äädikhape (etaanhape).
2. Struktuur · Karboksüülhapete funktsionaalrühm on karboksüülrühm (­COOH või O || ­ C ­ OH). Karboksüülrühm = karbonüülrühm + hüdroksüülrühm. O || ­ C ­ OH 25
· Karboksüülrühmas on polaarsed sidemed ja sidemete vaheline nurk on 120 o . Ruumilise paigutuse poolest on karboksüülrühm planaarne (st. aatomid paikenvad ühes tasapinnas).
· Osalaengud jagunevad karboksüülrühmas järgmiselt:
· Erinevad reagendid (ühendid, mis liituvad karboksüülrühmas olevatesse reaktsioonitsentritesse) liituvad järgmiselt:
3. Karboksüülhapete omadused · Keemilised omadused: kõige tähtsam omadus on happelisus . Nii nagu teistelegi hapetele, kehtivad ka karboksüülhapetele hapete üldised omadused. Karboksüülhapped annavad lahusesse vesinikioone (prootoneid), aga palju kordi vähem kui tugevad anorgaanilised happed (HNO3, H2SO4, HCl jt.). Karboksüülhapped on väga nõrgad happed võrreldes anorgaaniliste hapetega.
ALKOHOL Hapete tugevus kasvab
VESI FENOOL SÜSIHAPE KARBOKSÜÜLHAPE PALJUD ANORGAANILISED HAPPED (HCl, H2SO4, HNO3) 26
Karboksüülhapped reageerivad: 1) aktiivsete metallidega (leelismetallid), tekib sool, 2CH3 -- COOH + 2Na 2CH3 -- COONa + H2 2CH3 -- COOH + Ca (CH3 -- COO)2Ca + H2 2) alustega (tekib sool), CH3 -- COOH + NaOH CH3 -- COONa + H2O 3) aluseliste oksiididega (tekib sool), 2CH3 -- COOH + Li2O 2CH3 -- COOLi + H2O 4) nõrgemate hapete sooladega (tekib sool). 2CH3 -- COOH + CaCO3 (CH3 -- COO)2Ca + H2O + CO2 5) alkoholidega (tekib ester ), CH3 -- COOH + CH3 ­ OH ¾ H ¾SO ¾® CH3 -- COOCH3 + H2O 2 4
Karboksüülhapete reaktsioonidel võime me saada: estreid, halogeniide, amiide, sooli jt.
· Füüsikalised omadused: karboksüülhapete molekulidel on võime moodustada vesiniksidemeid. Keemistemperatuur on suhteliselt kõrge. Väikese ahelaga karboksüülhapped lahustuvad vees hästi, aga ahela pikenedes lahustuvus väheneb.
· Füsioloogilised omadused: karboksüülhapped võivad olla sadu kordi mürgi semad kui anorgaanilised happed.
4. Karboksüülhapete esindajaid. · Asendamata karboksüülhapped (radikaalis ei esine asendusrühmi): Metaanhape e. sipelghape ( HCOOH ) ­ terava lõhna ja ärritava toimega mürgine vedelik. Looduses leidub nõgestes, sipelgates. Kasutatakse keemiatööstuses, kahjuritõrjeks. Etaanhape e. äädikhape ( CH3COOH ) ­ ei ole mürgine. Kasutatakse toiduainetööstuses (söögiäädikas ­ 30%ne äädikhape lahus), keemia tööstuses (lahustina). Rasvhapped ­ on looduslike rasvade koostises olevad monohapped, milles on üle nelja paarisarv süsiniku aatomi. Rasvhapped võivad olla nii küllastunud 27
kui küllastumata. Rasvhapete soolad lahustuvad hästi vees. Rasvhapete soolasid (alates 6 süsinikuga) nimetatakse seepideks. Dihapped ­ tuntuim on etaandihape e. oblikhape (HOOCCOOH). Oblikhape on mürgine (sadestab organismis Ca 2+ ). Dihappeid leidub looduses palju. Bensoehape e. benseenkarboksüülhape ­ kasutatakse keemiatööstuses, toiduainetööstuses säilitusainena E210.
· Asendatud karboksüülhapped: Piimhape e. 2hüdroksüpropaanhape ­ tekib lihastes suure koormusega töötamisel, aga samuti ka mikroobide elutegevuse jääkainena. Õunhape e. hüdroksübutaandihape ­ puuviljades, marjades. Viinhape e. 2,3dihüdroksübutaanhape ­ tekib veini laagerdamisel. Sidrunhape ­ esineb enamikes puuviljades ja marjades eriti tsitrusviljalistes ( sidrun ). Kasutatakse toitude ja jookide hapustamiseks.
Nii õun, sidrun kui ka viinhape on tavalised puuviljahapped ning sisalduvad puuviljades.
5. Aminohapped · Nad on asendatud karboksüülhapetest ühed olulisemad. Nad on kõige enam levinud orgaanilised lämmastiku ühendid. Esineb kõikides elusorganismides. Valgud tekivad aminohapetest. · Aminohapped on need happed, kus karboksüülhappe radikaalis on üks või mitu vesinikku aatomit asendatud aminorühmaga. · Karboksüülrühm annab aminohappele happelised omadused ja aminorühm aluselised omadused. Seepärast on aminohapped amfoteersete omadustega. CH3 ­ CH2 ­ CH2 ­ COOH happelised omadused | NH2 aluselised omadused 28
· Puhtad aminohapped on tahked kristalsed ained, mis ei lendu. Nad lahustuvad hästi vees. Neil on suhteliselt kõrge sulamistemperatuur. · Keemilised omadused: tähtsam omadus on amfoteersus. Aminohapped moodustavad soolasid nii aluste kui ka hapetega:
ESTRID JA AMIIDID
1. Karboksüülhapete funktsiooniderivaadid · Karboksüülhappe funktsiooniderivaat ­ ühend, milles karbonüülrühm on seotud mingi polaarse rühmaga (Cl, NH2, OR), mis pole hüdroksüülrühm (OH). Näiteks:
· Tähtsamad karboksüülhapete funktsiooniderivaadid on estrid ja amiidid. · Karboksüülhappe asendusderivaat ­ asendatud karboksüülhapped (radikaalis on asendatud üks või mitu vesiniku aatomit mingi asendusrühmaga). Näiteks: aminohapped, hüdroksühapped, halogenohapped jt.
2. Estrid · Ester ­ karboksüülhappe funktsiooniderivaat, kus funktsionnalrühmaks on: O || ­ C ­ OR · Nimetused moodustatakse sarnaselt soolade nimetustega: 29
· Estrid on vedelad või tahked ained. Meeldiva puuvilja lõhnaga. Estrid ise ei ole mürgised, kuid estrite lagunemisel võivad tekkida väga mürgised ühendid. · Keemilised omadused: Hüdrolüüs ­ aine ära reageerimine veega. 1) Estri happelisel hüdrolüüsil (katalüütilisel hüdrolüüsil) moodustuvad hape ja alkohol. Katalüsaatorina kasutatakse tugevaid happeid (H2SO4). CH3 -- COOCH3 + H2O + H3O + CH3 -- COOH + CH3 -- OH + H3O + 2) Reageerimisel leelistega ( leelise vesilahusega) moodustuvad estrist happe sool ning alkohol. Seda reaktsiooni nimetatakse estri leeliseliseks hüdrolüüsiks. CH3 -- COOCH3 + NaOH CH3 -- COONa + CH3 -- OH 3) Estri saamine: saadakse happe ja alkoholi omavahelisel reaktsioonil happelises keskkonnas (tavaliselt H2SO4 juuresolekul). R -- COOH + R' -- OH ¾ H ¾SO ¾® R -- COOR' + H2O 2 4
CH3 -- COOH + CH3 -- OH ¾ H ¾SO ¾® CH3 -- COOCH3 + H2O 2 4
3. Amiidid · Amiid ­ karboksüülhappe funktsiooniderivaat, kus funktsionaalrühmaks on: O || ­ C ­ NH2 · Amiidi nimetus moodustatakse karboksüülhappe nimest, asendades liite ­ hape liitega ­amiid:
· Keemilised omadused: 1) Amiidi leeliselisel hüdrolüüsil saadakse sool ja ammoniaak . CH3 -- CONH2 + NaOH CH3 -- COONa + NH3 2) Amiidi happelisel hüdrolüüsil saadakse karboksüülhape ja moodustub 30
ammooniumkatioon (NH4 + ). + CH3 -- CONH2 + H2O ¬¾ ¾® CH3 -- COOH + NH4 + H O 3
3) Amiide saadakse karboksüülhapete derivaatidest. R -- COCl + R'NH2 R -- CONHR' + HCl R -- COOR + R'NH2 R -- CONHR' + ROH
4. Mineraalhapete estrid · Mineraalhapete estreid saadakse mineraalhapete reageerimisel alkoholiga happelises keskkonnas (H2SO4 juuresolekul).
· Nitraadid ­ lämmastikhappe estrid. Moodustuvad lämmastikhappest ja alkoholist väävelhappe juuresolekul. Kõik orgaanilised nitraadid on ebapüsivad. Võivad kergesti plahvatada. a) Nitroglütseriin (glütserooli trinitraat) Õline vedelik ning võimas ja ohtilk lõhkeaine. Väga palju kasutatakse lõhketöödes näiteks kaevandustes, hoonete õhkamisel jne. Sõjanduses kasutatakse nitroglütseriini tänapäeval minimaalselt. Dünamiit ­ nitroglütseriin immutatud mingi poorse materjaliga . Leiutati 1867. aastal oli Alfred Nobeli poolt. Kõige tähtsam lõhkeaine tänapäevani. b) Nitrotselluloos ­ saadakse tselluloosi töötlemisel lämmastikhappe ja väävelhape seguga. Kasutatakse nitrotsellulooslakkide, lõhkeainete valmistamiseks. · Sulfaadid ­ väävelhappe estrid. Näiteks: metüülsulfaat, dimetüülsulfaat.
· Fosfaadid ­ fosforhappe estrid. Väga tähtsad elusorganismides. Fosforhappe estri moodustumisest saavad alguse paljud rakkudes toimuvad reaktsioonid. Fosforhappe estrid on ka nukeliinhapped. 31
5. Rasvad · Rasv ­ glütserooli (propaan1,2,3triooli) triester karboksüülhappega (tegelikult rasvhapetega).
· Looduslike rasvade karboksüülhappe jäägid on hargnemata ahelaga ning paarisarvulise süsiniku aatomite arvuga. Looduslikud rasvhapped võivad olla küllastunud või küllastumata (sisaldavad kaksiksidemeid ). · Laboris võib valmistada ükskõik millise karboksüülhappelise koostisega rasvasid. · Füüsikalised omadused: 1) Ei märgu veega (väga hüdrofoobsed). Ei lahustu vees kuna hüdrofoobne süsivesiniku ahel on pikk. 2) Lahustuvad hästi orgaanilistes lahustites (bensiin, eeter). 3) Rasval on kindel sulamistemperatuur. 4) Küllastunud rasvhapped on toatemperatuuril tahked, küllastumata rasvhapped võivad olla pehmed või isegi vedelad. · Keemilised omadused: 1) Leeliselisel hüdrolüüsil tekivad rasvhapete soolad, mida nimetatakse seepideks.
tristearaat leelis glütserool seep ( rasv ) (seebikivi) 2) Seep on detergent. Seebi molekulis on pikk hüdrofoobne süsivesinikahel ja polaarne hüdrofiilne karboksülaatrühm. 3) Küllastumata rasvad oksüdeeruvad õhu toimel ja moodustuvad aldehüüdid, karboksüülhapped või teised hapnikuühendid. 4) Rasvade rääsumine rasvade lagunemine mikroobide toimel. 32
· Rasvad meie elus: vt. Tuulmets, A. 2002. Orgaaniline keemia. Lk. 178.
POLÜMEERID
1. Polümeer ja polümerisatsioon · Polümeer ­ ühend, mille molekul koosneb kovalentsete sidemetega seotud korduvatest struktuuriühikutest ­ elementaarlülidest. · Tavaliselt on polümeerides üle 100 elementaarlüli. · Monomeerid (elementaarlülid) ­ ühinevad polümeerumise (polümerisat siooni) käigus ja moodustavad polümeere. · Polümerisatsioon ­ protsess, mille käigus monomeerid ühinevad moodustades polümeere.
· Polümeeri nime moodustamisel lisatakse polümeeri lähteainele (monomeerile) eesliide polü.
2. Liitumispolümerisatsioon ja polükondensatsioon · Liitumispolümerisatsioon ­ polümeer moodustub monomeeride liitumise teel. Nii saadakse liitumispolümeerid. Näiteks alkeenid polümeeruvad, liitudes kaksiksideme arvel:
polüpropeen · Polükondensatsioon ­ Polükondensatsiooni teel moodustuvad konden satsioonipolümeerid. Seda protsessi võib vaadelda nagu estri teket, kus happe ja alkoholi omavahelise reaktsiooni käigus tekib ester ja eraldub vesi Näiteks kahe hüdroksühappe molekuli ühinemine:
Kondensatsioonipolümeeri elementaarlüli ei ole samasugune kui lähte monomeer . Elementaarlüli koostiseks on monomeer miinus vesi. Tuntumad kondensatsioonipolümeerid on polüestrid, polüamiidid, polüsahhariidid ja polüpeptiidid. Polükondensatsioonil saadud polümeeri tunneb ära selle 33
järgi, et ahelas on ,,võõras aatom" (,,võõrad" aatomid on kõik peale süsiniku ja vesiniku).
3. Polümeeride kasutamine · Polümeere kasutatakse toodete valmistamiseks nii puhtal kujul kui ka plastmassidena. · Plastmassid ­ sisaldavad mingit polümeerset ühendit ja lisaks veel täiteainet (vähendavad polümeeri kulu ja kujundavad materjali omadused), stabilisaatoreid (suurendavad plastmasside valgus ja kuumuskindlust ning kaitsevad oksüdeerumise eest), plastifikaatoreid (vähendavad plastmassi rabedust) ja värvaineid (annavad plastmassile soovitud värvi).
4. Polüalkeenid ja nende kasutamine · Alkeenid ja asendatud alkeenid polümeeruvad liitumispolümerisatsiooni teel. Tehnikas kasutatakse paljusi polüalkeene, eriti asendatud polüalkeene. Tähtsamate asendatud polüeteenide kasutusalad: vt. Tuulmets, A. 2002. Orgaaniline keemia. Lk. 190. · Kopolümeerid ­ ahelas paiknevad erinevad lülid sellises arvulises järjekorras, nagu neid polümerisatsiooniks võeti. · Homopolümeerid ­ valmistatakse ühe kindla monomeeri polümerisatsiooni teel. Homopolümeerid on kõik eelpool kirjeldatud polümeerid.
5. Polüestrid ja polüamiidid · Polüestrid ­ Väga tähtsad tehnikas, tekstiilitööstuses. Sünteetilised kiud (tekstiilitooted), karastusjoogipudelid jt. · Polüamiidid ­ kõige tuntumad polüamiidid on nailon6 ja nailon6,6. Nailon kiud on väga vastupidavad ja neid kasutatakse väga palju tekstiilitööstuses.
SAHHARIIDID
1. Sahhariidid ehk süsivesikud · Sahhariidid ehk süsivesikud ­ orgaaniliste ühendite kõige levinum klass. Üle 70% eluslooduses esinevast süsinikust on sahhariidide koostises. Sahhariidide hulka kuuluvad näiteks: suhkur, tärklis, tselluloos , glükoos, fruktoos jne. 34
2. Monosahhariidid ehk lihtsuhkrud · Monosahhariidid ehk monoosid ­ üks rühm sahhariide, mille ahelas on tavaliselt viis ( pentoosid ) kuni kuus (keksoosid) süsiniku aatomit. Molekulis on üks karbonüülrühm ja mitu hürdoksüülrühma. Süsivesinikahel on tavaliselt hargnemata. Nime tunnuseks on lõppliide oos. Tuntumad on näiteks: glükoos ehk viinamarjasuhkur (C6H12O6), fruktoos ehk puuviljasuhkur (C6H12O6), riboos (C5H10O5), desoksüriboos (C5H10O4).
· Keemilised omadused: 1) Käituvad sarnaselt alkoholidele ja karbonüülühenditele. 2) Moodustavad molekulisiseseid tsükleid. 3) Tsüklilistel molekulidel on 2 isomeerset kuju: vorm (esimese süsiniku juures olev hüdroksüülrühm märgitakse allpool tsükli tasapinda) ja vorm (esimese süsiniku juures olev hüdroksüülrühm märgitakse ülalpool tsükli tasapinda).
glükoos riboos 4) Tsüklilised vormid reageerivad kergesti alkoholidega, moodustades eetri tüüpi ühendeid glükosiide (eetrite alaliik).
tsükliline vorm glükosiid 35
3. Oligosahhariidid ehk liitsuhkrud · Oligosahhariidid ­ võivad moodustuda monosahhariidide molekulide omavahelisel liitumisel. Näiteks: laktoos , sahharoos (harilik suhkur). Monosahhariidide molekulid võivad liituda ka nii, et moodustuvad polüsahhariidid.
4. Disahhariidid · Disahhariidid ­ kahest monosahhariidist moodustunud glükosiidid. Reaktsioonis käitub üks sahhariid alkoholina. Disahhariidid on sarnased eetritega. Nad on omavahel seotud üle hapniku silla mida nimetatakse glükosiidsidemeks.
glükoos glükoos kui alkohol glükosiid ( maltoos )
· Tuntumad disahhariidid: 1) Sahharoos (glükoos + fruktoos) ­ roo või peedisuhkur (tavaline suhkur). Kuumutamisel (185 o C) tekib pruun mass, mida nimetatakse karamelliks. Sahharoosi hüdrolüüsil tekkivat glükoosi ja fruktoosi segu nimetatakse invertsuhkruks. Tuntuim invertsuhkru lahus on mesi. 2) Maltoos (glükoos + glükoos) ­ linnasesuhkur. Hüdrolüüsil moodustub glükoos. Maltoosi saadakse tärklise ensümaatilisel töötlemisel. 3) Laktoos (galaktoos + glükoos) ­ piimasuhkur . Sisaldub piimas.
5. Polüsahhariidid · Polüsahhariidid ­ monosahhariidi jääkidest koosnev pikk ahel ( disahhariid + monosahhariid = trisahhariid, trisahhariid + monosahhariid = tetrasahhariid jne.). Polüsahhariid on kõrgmolekulaarne ühend (polümeer). Ta moodustub polükondensatsiooni teel. · Polüsahhariidid jaotatakse 3 gruppi: 1) struktuursed plüsahhariidid (nt. tselluloos) 2) varupolüsahhariidid (nt. tärklis, glükogeen) 3) muude ülesannetega polüsahhariidid (nt. pektiinid). 36
· Esindajaid: Tselluloos ­ ehitatud glükoosi jääkidest. Tselluloosi kiud on taimerakkude ehitusmaterjaliks. Tselluloos on tähtis paberi, etanooli, lõhkeainete ja tehiskiudude tootmisel.
Tärklis ­ ehitatud glükoosi jääkidest. On taimede varupolüsahhariid. Eristatakse kahte tärklise vormi: amüloos ja amülopektiin. Tärklis on hügroskoopne aine, kuid ei lahustu vees. Ta pundub ( paisub ) vees.
VALGUD
1. Kodeeritavad aminohapped · Kodeeritavad aminohapped on eluks vajalikud 20 aminohapet, millest loodus on ehitanud valgud. Valgud on tekkinud aminohapete polükondensatsioonil. · Igale kodeeritavale aminohappele vastab geneetilises koodis teatav sümbol. Näiteks: glütsiid (Gly), proliin (Pro), türosiin (Tyr) jne. · Kõik kodeeritavad aminohapped on aminohapped (aminorühm asub ehk 2 süsiniku juures). · Aminohapped on vees väga hästi lahustuvad amfoteersed ühendid. · Kodeeritavad aminohapped jagunevad asendamatuteks ja asenduvateks aminohapeteks. 37
· Asendamatud aminohapped ­ aminohapped, mida organism ise ei sünteesi. Need viiakse organismi toiduga. Asendamatuid aminohappeid on kaheksa ( valiin , leutsiin, isoleutsiin, fenüülalaniin, treoniin, metioniin , trüptofaan, lüsiin). · Asenduvad aminohapped ­ aminohapped, mida organism suudab ise sünteesida.
2. Peptiidid · Peptiidid ­ bioloogiliselt olulised amiidid või polüamiidid, kus aminohapped on omavahel seotud amiidsidemega. Enamasti on need aminohapped. Peptiidi molekuli amiidrühma nimetatakse biokeemias peptiidsidemeks. · Polüpeptiidid ­ kui peptiidi moodustavaid aminohappeid on üle kümne. · Oligopeptiidid ­ kahest kuni kümnest aminohappest koosnevad peptiidid.
3. Valgud · Valgud kuuluvad polüpeptiidide hulka, kuid kõik polüpeptiidid ei ole tingimata valgud. Kõik polüpeptiidid on kindlasti polüamiidid, kuid kõik polüamiidid ei ole kindlasti polüpeptiidid.
POLÜAMIIDID
POLÜPEPTIIDID
VALGUD
· Valgud koosnevad ühest või mitmest omavahel seotud polüpeptiidahelast. Valgumolekulid koosnevad sadadest kuni isegi tuhandetest aminohappe jääkidest. · Valgud jagunevad: 1) lihtvalgud (ehitatud ainult aminohapetest lähtudes), 2) liitvalgud (lisaks lihtvalgulisele osale esineb veel täiendav rühm). 38
· Keemilised omadused: valgud lagunevad temperatuuri tõstmisel (sidemed katkevad ), hüdrolüüsuvad hapete ja leeliste toimel, moodustavad vees lahustudes kolloidlahuseid. · Valkude funktsioonid organismis: 1) ehituslik funktsioon. Valgud on organismis peamiseks ehitusmaterjaliks, 2) ensümaatiline funktsioon. Ensüümid on valgud, mis reguleerivad biokeemiliste reaktsioonide kiirust, 3) transpordi funktsioon. Transportvalgud transpordivad hapniku kopsudest kõikidesse kudedesse, 4) signaalfunktsioon. Valgulised hormoonid nt. insuliin (reguleerib vere suhkrusisaldust). 39
VALIK HARJUTUSÜLESANDEID ORGAANILISEST KEEMIAST
1. Anna ühenditele nimetused.
1) CH3 -- CH -- CH2 -- CH -- CH2 -- CH3 | | CH2 CH3 | CH3
2) CH3 | CH2 CH3 CH3 CH3 | | | | CH3 -- CH -- CH -- CH -- CH -- CH -- C -- CH2 -- CH3 | | | CH2 CH3 CH2 CH2 | | | | CH -- C -- CH2 -- CH3 CH3 CH2 | | | CH2 CH3 CH3 | CH3
3) CH3 -- CH2 -- CH -- CH2 -- CH -- CH2 -- OH | | OH OH
4) CH3 -- CH2 -- CH2 -- CH -- CH -- CH2 -- CH2 -- CH -- OH | | | OH OH OH
5) Br OH Br | | | CH3 -- CH -- CH2 -- CH -- CH -- CH -- OH | CH3 40
6) CH3 -- CH = C -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- CH3 | CH || CH | C ||| CH
7) CH3 -- CH -- CH2 -- CH2 -- CH -- COOH | | Br F
8) CH3 -- CH2 -- CH2 -- O -- CH2 -- CH3
9) O || CH3 -- CH2 -- CH2 -- C -- CH3
10) CH3 -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- CHO
11) CH3 -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- COOLi
12) CH3 -- CH -- CH2 -- COOH | NH2
13) F I CH3 I | | | | CH3 -- CH -- C -- CH -- C -- CH2 -- CH -- OH | | | CH3 Cl OH 41
14) Br Cl OH Br | | | | CH3 -- CH -- CH -- CH -- CH -- C -- CH --OH | | | CH3 F OH
15) CH3 -- CH = C -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- CH3 | Br -- C -- Cl | C ||| C | C ||| C -- Cl
16) Cl | CH3 -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- C -- C C -- C C | | C -- I Cl || C -- F | CH3
17) O || CH3 -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- C -- OCH2 -- CH3
18) O || CH2 -- CH2 -- C -- O -- CH2 -- CH -- CH -- CH3 | | | Cl CH3 NH2
19) O O || || CH3 ­ CH2 ­ H2C ­ O ­ C ­ CH2 ­ CH2 ­ C ­ O ­ CH2 ­ CH2 ­ CH3 42
20) O || CH3 -- CH2 -- CH2 -- C -- NH2
21) O || ( -- NH -- CH2 -- CH2 -- C -- )n
22) O || ( -- CH2 -- CH2 -- C -- O -- )n
23) CH3 | ( -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- CH -- )n
2. Kirjuta ühendite lihtsustatud struktuurivalemid 1) 2,4dimetüülpentaan. 2) 2,2dibromo3jodo3,5dietüülnonaan 3) Butaan2,3diool. 4) 1,4dikloro1,2,4trifluoro2,3dihüdroksüpentaan. 5) Butüülpropüüleeter. 6) Dietüüleeter. 7) Pentaan1,5diamiin. 8) Heksa2,4dieen. 9) Hepta2,3dieen5üün. 10) 1hüdroksübuta2,3dieen. 11) 1,5dikloro6jodo7hüdroksü5pentüüloktaan6een1,3diüün. 12) 1,3,5dietüülbenseen. 13) 2klorobutanaal. 14) pentaan2oon. 15) 3bromo4,5dihüdroksüheksaandihape. 16) Kaaliumpentanaat. 17) Etüülpentanaat. 18) Heksaanamiid . 19) Polüeteen.
3. Lõpeta ja tasakaalusta reaktsioonivõrrandid 1) CH3 -- CH2 -- CH2 -- CH3 + Cl2 43
2) CH3 -- CH2 -- Cl + CH3 -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- OH
3) CH3 -- CH2 -- CH2 -- Br + KOH
4) CH3 -- CH2 -- F + KCN
5) CH3 -- CH2 -- OH + Na
6) CH3 -- CH2 -- CH2 -- CH2 -- OLi + CH3 -- CH2 -- Br
7) CH3 -- CH2 -- CH2 -- NH2 + HCl
8) CH3 -- CH = CH -- CH3 + Br2
9) CH2 = CH ­ CH = CH2 + HCl
10) + Br2
11) + CH3 -- CH2 -- CH2 -- Cl
12) + Na
O 2 13) CH3 -- CH2 -- CHO ¾ ¾® 14) CH2 -- CH2 -- CH2 -- COOH + NaOH
15) CH2 -- CH2 -- COOH + CaO
16) HOOC -- CH2 -- CH2 -- COOH + KOH
17) CH2 -- COOH + CH2 -- CH2 -- CH2 -- OH
4. Arvutusülesanded 1) Mitu dm 3 vesiniku eraldub butanooli reageerimisel 5 grammi naatriumiga. 2) Kui palju etanooli saadakse 3 kilogrammi naatriumhüdroksiidi reageerimisel kloroetaaniga? 3) Kui palju dietüüleetrit saadi 23 grammi bromoetaani reageerimisel 45 grammi 50 %se kaaliumetanolaadiga? 4) Mitu dm 3 vesiniku eraldub 23 grammi etaani dehüdrogeenimisel? 44
5) Mitu grammi oktaani tekib 34 grammi okta2,4,6trieeni hüdrogeenimisel kui protsessi saagis on 45 %? 6) Mitu grammi bensoehapet saadakse 13 grammi tolueeni oksüdeerimisel? 7) Kui palju vesinikkloriidhapet tekkis 35 grammi benseeni alküülimisel 56 grammi 1klorobutaaniga? 8) Kui palju etanaali on vaja võtta 34 grammi 67 %se etaanhappe valmistamiseks? 9) Kui palju soola tekkis 50 %se metaanhappe reageerimisel 23 grammi 5 %se baariumhüdroksiidiga?