Kémia | Biokémia » Orvosi kémia kidolgozott tételek

Szerves kémia 1. C-atomok rendűsége. Izoméria lehetőségek a szerves vegyületeknél.  C-atomok rendűsége  Különböző C-atomok csoportosítási lehetősége.  Azt mutatja meg, hogy adott C-atom, hány vegyértékével kapcsolódik másik C-atomhoz.  Primer (elsőrendű) szénatomok egyetlen másik szénatomhoz kapcsolódnak. Ez szénláncokban fordul elő, a lánc kezdetén és végén.  Secunder (másodrendű) szénatomok két vegyértékkel két szomszédos szénatomhoz kapcsolódnak.  Tercier (harmadrendű) szénatomok három vegyértékkel kapcsolódnak szomszédos szénatomokhoz.  Kvaterner (negyedrendű) szénatomok mind a négy vegyértékükkel szomszédos C-atomokhoz kapcsolódnak.  Izoméria lehetőségek a szerves vegyületeknél  Szerves vegyületek egyik fontos tulajdonsága, hogy azonos összegképlettel több, a szénatomszámmal egyre

növekvő számú, egymástól szerkezetileg különböző vegyület írható le. Ez a jelenség az izoméria  Konstitúció: a molekulán belüli atomok, atomcsoportok egymáshoz való kapcsolódásának sorrendje. Ezek a konstitúciós izomerek Pl: C 2 H 6 O a következő képen épülhet fel: CH 3 – CH 2 – OH (etanol) vagy CH 3 – O – CH 3 (dimetiléter). • Helyzeti izoméria: konstitúciós izoméria speciális esete, amikor a kettős kötések vagy egyes funkciós csoportok molekulán belüli helyzete tér el csupán. CH 2 = CH – CH 2 – CH 3 (1-butén) vagy CH 3 – CH = CH – CH 3 (2-butén). • Tautoméria: a kettőskötés helyzeti különbségeiből adódó izomériának van egy speciális esete, melynek klasszikus oéldája az imidazol és származékainak protonizomériája. A protonizoméria következtében egy adott vegyületen belül a kettős kötés különböző helyzetbe kerülhet, de a kialakuló izomerek egymással egyensúlyban vannak, anionjukon

illetve kationjukon keresztül egymásba átalakulhatnak.  Konfiguráció: azonos konstitúciójú vegyületek esetén különböző okok miatt eltérő térszerkezetek alakulnak ki és ez is izomerek megjelenését eredményezheti. Ha pl a két szénatom között valamilyen okból a kötés szabad rotációja nem lehetséges, fellép a geometriai izoméria jelensége. Ha molekulában sem szimmetriasík, sem szimmetriatengely nincs, a molekuláknak két vagy több olyan módosulata lehetséges, amelyek egymással térben nem hozhatók fedésbe, hanem egymás teljes vagy részleges Szerves kémia  tükörképei. Az ilyen eltérő szerkezetű molekulákat, amelyek nem alakulnak át egymásba, konfigurációs izomereknek nevezzük. Konformáció: azonos konstitúció és konfiguráció esetén a molekulák különböző hatásokra különböző térbeli szerkezetet (konformációkat)

vehetnek fel, amelyek azonban a szigma-kötések körüli szabad rotáció lehetősége miatt kisebb energetikai változás hatására is átalakulhatnak egymásba. Ilyenkor az egymással közvetlenül nem kapcsolódó atomok viszonylagos térbeli helyzete különbözik konformációbeli különbségek. Szerves kémia 2. A C-atom különböző hibrid állapotai. σ- és π kötések jellemzői  sp3 hibridállapot  A szén promóció útján eredeti 2s2sp2 elektronkonfigurációját megváltoztatja, hiszen ez csak két kötés létesítésére ad lehetőséget.  A szén promóció utáni 2s12p3 elektronszerkezetében kétféle különböző energiaállapotú kötő elektron, az egy darab s és a három p elektron figyelhető meg. Az s és p pályák kombinációját hibridizációnak nevezzük  A szén ezzel a hibridizációval kell hogy rendelkezzen ahhoz, hogy négy

vegyértékű kötést tudjon kialakítani.  Ebben az állapotban a kötések geometrikus elrendeződése tetraéderes. A kötő elektronok a tetraéderes elrendeződése az egymást taszító elektronpárokat a lehető legmesszebb viszi egymástól.  sp2 hibridállapot  Ebben az állapotban a szén egy s és két p orbitálja kombinálódik, egy p (p z ) megtartotta eredeti állapotát.  A szén kettőskötésű vegyületeiben sp2-es hibridállapotban található.  A kialakuló három, egyenértékű vegyértékelektron-pálya a kötés létrejötte után a p x és p y pályák által meghatározott sík legteljesebb szimmetriáját, a 120o-os kötésszöget alakítják ki, a molekula térszerkezete síktrigonális.  Mivel az sp2-es hibridorbitálok atomi s-pálya aránya az sp3-as hibridállapotnál nagyobb, ezért ennek a hibridállapotnak a σ-kötései energetikailag mélyebb állapotban vannak, mint az sp3-állapotban.  A hibridizációban részt nem vevő p

z atomi elektronpálya a kettőskötés πkomponensének kialakításában vesz majd részt.  sp hibridállapot  Ebben az állapotban a szén egy s és egy p-atomorbitálja hibridizálódik.  Akkor alkalmazzuk ezt a leírási formát, amikor a szén hármaskötést, vagy mindkét irányban egy-egy kettőskötést alakít ki.  Ebben a hibridizációban a p y és p z atomi elektronpályák nem vesznek részt, ezek két π-kötés kialakításán munkálkodnak.  sp – hibridizáció esetén a 180o-os kötésszög, tehát a lineáris elrendeződés adja a legnagyobb szimmetriát.  σ-kötés  Vegyértékkötés kialakításakor az elektronok az atomi pályákról molekulapályákra kerülnek, melyek az atommagok együttes vonzása alatt állnak.  Ha a keletkező molekulaorbitál energiaszintje alacsonyabb, mint az eredeti atomorbitálé volt, kötőpályáról, ellenkező esetben lazítópályáról beszélünk. A Szerves kémia

  lazítókötésnek a két atomot összekötő egyenes síkjában csomópontja van, tartózkodási valószínűsége itt nulla. Mind a kötő, mind a lazítóorbitálokat az atomi elektronorbitálok lineáris kombinációjából kapjuk. Akkor beszélünk σ-kötésről, ha a kombináció után kialakult arbitál szimmetriája hengeres. Ez két p, két s, s és p, valamint s és sp3 orbitálok kombinációja során alakul ki.  π-kötés  Ha a hibridizáció nem teljes (sp és sp2) akkor az atomi állapotban maradt p pályák π-kötést alakítanak ki. Ezzel a többes kötések esetében találkozunk Ehhez két p pályának kell szabadon maradnia. (Ha csak egy marad szabadon, akkor az delokalizálódik.)  A π-kötést létesítő elektronok tartózkodási valószínűsége vagy a σ-kötés „felett” vagy „alatt”, második π-kötés esetén „előtt” vagy „mögött” helyezkedik el. A

π-elektronok tartózkodási valószínűsége a σ-kötés tengelyét magában foglaló síkban nulla.  A π-kötések elhelyezkedésük szerint lehetnek izoláltak, ha egynél több egyszeres σ kötés választja el őket; konjugáltak, ha kettős és egyes kötések váltakozása figyelhető meg; és kumuláltak, ha a két kettőskötés ugyanarról a szénatomról indul ki. Szerves kémia 3. A szerves vegyületekben lévő kötések jellegzetes paraméterei: vegyértékszög, kötéshossz, kötési energia, dipólus-momentum. Induktív- és indoktomer-, konjugációs- és elektromer effektus.  Vegyértékszög  A vegyértékszög a kötések által bezárt szöget jelenti. A vegyértékszögektől függően alakul ki a molekula térgeometriája.  A központi atom hibridizációja alapvetően meghatározza a kötésszögek mértékét, a molekula igyekszik a lehető

legnagyobb szimmetriát felvenni. Mint a szén hibridizációjánál láthattuk, sp-hibridállapot 180o-os kötésszöget, lineáris molekulaszerkezetet ad. Az sp2 hibridizációban a kötésszög 120o, a molekula síktrigonális. Az sp3 hibridizációban a kötésszög 109o, a molekula tetraéderes.  A kötésszöget a molekulában előforduló nemkötő elektronpár jelenléte torzíthatja, mivel azokat a központi atomtörzs jobban magához húzza, így helyigényük nagyobb.  Kötéshossz  A kötésben résztvevő atomok egymástól mért átlagos távolsága.  Két szánatom közötti kötések számának növekedésével a kötéshossz egyre csökken.  A diffrakciós módszerekkel meghatározott kötéshossz érték az adott szénatomok közötti kötésrendnek olyan pontos függvénye, hogy változásaiból a kettős, vagy hármaskötések részleges megjelenésére egyértelműen következetethetünk.  Kötési energia  A moláris atomos képződéshőnek

az adott kötésre eső része. A kötési energia megmutatja, hogy az adott kötés felszakításához mekkora energiára van szükség.  Többeskötések esetén az első illetve második π-kötés egyre kevesebb energiával járul hozzá a kötés stabilizálásához, felszakításukhoz egyre kevesebb energia szükséges, így a kettős illetve hármaskötést tartalmazó szénvegyületek egyre reakcióképesebbek.  Dipolus-momentum  Ha a molekula pozitív és negatív töltéseinek súlypontja nem esik egybe, a molekula dipólus.  A dipólusmomentum a dipólusosság számszerű értéke, ami a dipólust alkotó töltés nagyságának és a pozitív és negatív töltések súlypontja egymástól mért távolságának szorzata: µ = qd. Szerves kémia    Szerves vegyületekben előforduló kötések esetén a fenti képletben szereplő töltés az elektron, illetve

a protonok töltésének tört része, d pedig a kötéstávolságnak felel meg, aminek nagyságrendje 0,1 nm körül mozog. A dipólusmomentum mértékegysége a Cm×10-30, illetve a D (Debeye). A dipólusmomentum kialakulásának oka a kötésben résztvevő atomok elektronegativitás-különbsége két atomos molekulák esetében. Többatomos molekuláknál a kötésszögek és a nemkötő elektronpárok is befolyásoló hatással bírnak.  Induktív effektus  A kötést alkotó atomok elektronegativitásának különbségéből származó töltésszétválás.  Az induktív polározottság a molekula szerkezetéből fakadó, statikus tulajdonság.  Konjugációs effektus  A π-kötés jobban polarizálható, mint a σ-kötés, a második π-kötés polarizálhatósága pedig még az elsőnél is nagyobb.  A π-kötések nagyobb polarizálhatósága abban rejlik, hogy a π-elektronok távolabb vannak az atomtörzs pozitív vonzó hatásától. A második

π-kötés elektronjai pedig még inkább árnyékolva vannak az atomtörzstől.  A π-elektronok nagyobb mozgékonyságából fakadó megnövekedett induktív effektus delokalizált elektronrendszerek esetén különösen kifejezetté válik.  A polározottságnak a konjugált, delokalizált P-kötésekből eredő részét külön névvel, konjugációs effektusnak nevezzük.  Induktomer effektus, elektromer effektus  Szerves vegyületek dipólusmomentuma jelentősen megváltozhat kémiai reakciók közben. Amennyiben a reakciópartner töltéssel vagy résztöltéssel rendelkezik, a szerves vegyületekben lévő σ-, de még inkább a π-kötések elektroneloszlását megváltoztathatja. Így olyan molkeulák (pl etilén, acetilén) is dipoólusmomentumra tehetnek szert, anelyek önmagukban nem voltak dipólusok.  A dipólusmomentumnak azt az átmeneti, a reakciópartner jelenlététől függő formáját induktomer effektusnak illetve elektromer effektusnak nevezzük

aszerint, hogy σ-, illetve π-kötésekben részt vevő elektronokat érint.  Azonos külső körülmények között az elektromer polarizáció az induktomer polarizációnál nagyobb mértékű. Szerves kémia 4. Konformáció fogalma. Alkánok és cikloalkánok konformációs viszonyai.  Konformáció fogalma  Azonos konstitúció és konfiguráció esetén a molekulák különböző hatásokra különböző térbeli szerkezetet (konformációkat) vehetnek fel, amelyek azonban a szigma-kötések körüli szabad rotáció lehetősége miatt kisebb energetikai változás hatására is átalakulhatnak egymásba. Ilyenkor az egymással közvetlenül nem kapcsolódó atomok viszonylagos térbeli helyzete különbözik konformációbeli különbségek.  Már olyan egyszerű vegyület, mint az etán is rendelkezik különböző konformációkkal. Fontosabb kismolekulák, mint pl a

glükóz a lehetséges konformerek száma többszöröse az etánénak, míg legnagyobb jelentősége a makromolekulák, főleg a fehérjék konformációjának van.  Alkánok konformációs viszonyai  A telített szénhidrogéneket eredeti nevén paraffin szénhidrogéneknek vagy egyszerűen paraffinoknak nevezzük. Nevük a latin „parum affinis”, azaz kevéssé reakcióképes kifejezésből származik. A vegyületcsoport szabályos kémiai neve: alkánok.  Egy alkán konstitúciós képletét megfigyelve láthatjuk, hogy a lánc végén mindig olyan C-atom van, amelyhez három hidrogén kacsolódik (-CH 3 ) a normális lánc közepén pedig olyanok, amelyekhez kettő (-CH 2 -).  Már a két C-atomos etán 3-3 hidrogénatomja a két szénatom szabad rotációja következtében különböző távolságokra lehetnek egymástól és ezek energetikailag is különböznek.  Nyitott állás: ha a hidrogénatomok a lehető legtávolabb kerülnek egymástól. Ez a

legstabilabb, legalacsonyabb energiaállapota az etánnak.  Fedő állás: amikor a hidrogénatomok a legközelebb vannak egymáshoz. Ez a legkevésbé stabil, energetikailag a legmagasabb állapota az etánnak.  Az etán molekula nyitott és fedő állása csak a két véglet, a kettő között bármilyen konformációt felvehet. Mivel a molekulában csak σ-kötések vannak, ezért a szabad rotáció nem gátolt, s ez különböző hatásokra be is következik. Szobahőmérsékleten a nyitott konformer van túlsúlyban (99%)  Ha más atomok vagy atomcsoportok is jelen vannak a molekulában, a konformerek száma nő. A normál bután esetében ilyennek számít a két metilcsoport a molekula két végén  Az n-bután két metil-csoportja nemcsak fedő vagy nyitott állásba kerülhet, hanem a metilcsoportok fedő állásba kerülhetnek a hidrogénekkel is.  Periplanáris állás: az azonos ligandumok (pl. a metilcsoportok) kötéstengelye párhuzamos.  Klinális

állás: az azonos ligandumok kötéstengelyei egymással szöget zárnak be. Szerves kémia    Anti-állás: az azonos szubsztituensek (itt a metil-csoportok az etán szubsztituenseinek tekinthetők) a molekulán keresztül fektethető általános sík különböző oldalára esnek. Syn-állás: az azonos szubsztituensek a molekulán keresztül fektethető általános sík azonos oldalán helyezkednek el. Ezek az állások kombinálódnak, így aztán beszélhetünk pl. anti-periplanáris, antiklinális, synklinális, synperiplanáris állásról. Legstabilabb az antiperiplanáris, mert ebben kerülnek a legtávolabb egymástól az azonos ligandumok, legkevésbé stabil pedig a synklinális.  Cikloalkánok konformációs viszonyai  Ha a szénlánc gyűrűbe kapcsolódva válik zárttá, akkor a molekula gyűrűs. A ciklopropán gyűrűje a legkisebb tagszámú, mindössze

három szénatom alkotja (CH 2 ) 3 . Felső határa a gyűrű tagszámának ugyanúgy nincsen, mint a szénláncban. A természetben az öt- és hattagú gyűrűt tartalmazó vegyületek, vagyis a ciklopentán és a ciklohexán származékai a legelterjedtebbek.  A σ-kötések körüli részleges rotáció lehetővé teszi itt is különböző konformerek kialakulását, erre elsősorban az öt vagy annál több szénatomot tartalmazó molekuláknál van lehetőség, mivel a ciklopropánban és a ciklobutánban a kötésszög jelentősen eltorzul a stabil tetraéderhez képest és ez jelentős feszültséget okoz a molekulában.  Boríték-konformáció: ebben a legstabilabb a ciklopentán, ahol a 1080-os szögfeszültség már elhanyagolható. Itt négy szénatom esik egy síkba, az ötödik pedig a sík felett helyezkedik el.  Szék-konformáció: a ciklohexánban már két szénatomnak kell a síkból kiemelkednie, így itt két szélső helyzetet találunk. A

szék-konformációban a két egymással szemben álló szénatom a középsík két oldalán helyezkedik el. Ez a konformáció stabilabb.  Kád-konformáció: a két egymással szemben álló szénatom a középsík azonos oldalán helyezkedik el. Ez kevésbé stabil  Csavart-konformáció: a szék és a kád közötti köztes állapot. A szék-állapotú ciklohexán molekula ezen az energetikailag kedvezőtlen helyzeten keresztül billen át az egyik székből a másikba.  A molekulában lévő hidrogénatomok és egyéb szubsztituensek térállását is jellemezzük: amely szubsztituensek kötéstengelyének iránya a középsíkra többé-kevésbé merőleges, axiális állásban van. Ha a szubsztituens kötésiránya a gyűrű általános síkjával többé-kevésbé párhuzamos, a szubsztituens ekvatoriális állású. Szerves kémia 5. Az optikai aktivitás szerkezeti

alapjai. Enantioméria fogalma Projekciós szerkezeti képletek.  Az optikai aktivitás szerkezeti alapjai  Optikai izoméria vagy sztereoizoméria szerkezeti alapja, hogy a molekula nem szimmetrikus szerkezetű, tehát nincsen szimmetriasíkja, gyakran szimmetriatengelye sem. Az ilyen molekulák nem azonosak a saját tükörképeikkel, vagyis hasonlóak páros végtagjainkhoz.  Királis molekuláknak nevezzük ezeket a molekulákat a „kheir” görög szóból eredően, ami kezet jelent.  Azok a molekulák, amelyekben szimmetriasík és szimmetriatengely is található, azonosak saját tükörképükkel, tehát akirálisak.  Ha csak szimmetriatengelye van a molekulának, akkor disszimetrikus, ha az sincsen, akkor aszimmetrikus. Mindkettő királis  A szerves vegyületek kiralitását kiralitás-centrum jelenléte okozza, ami az esetek többségében szénatom, de lehet pl. N, S, P atom is  A kiralitás centrumokhoz négy különböző ligandum kapcsolódik

(Cabdetípus).  Lényege az optikai aktivitásnak, hogy a szerves vegyületek többségére jellemző tulajdonság, így a legtöbb szerves molekulának két optikai izomerje van, de a szervezet enzimjei általában csak az egyiket képesek felismerni, lebontani vagy szintetizálni.  Enantioméria fogalma  Az n kiralitás-centrumot tartalmazó királis molekulának 2n db sztereoizomerje van. Az egynél több kiralitáscentrumot tartalmazó molekulának többféle sztereoizomérje van.  Azokat a sztereoizoméreket, amelyek egymásnak teljes tükörképi párjai, enentiomereknek nevezzük.  Több kiralitás-centrum esetén léteznek részleges tükörképi párok is, ezek a diasztereomerek.  Az enantiomerek fizikai-kémiai tulajdonságaik megegyeznek, csak a síkban polarizált fény síkjának különböző irányú elforgatásában és az enzimekhez való kapcsolódásukban különböznek.  A diasztereomerek fizikai és kémiai tulajdonságai is különböznek,

amire az is utal, hogy triviális nevük is teljesen különböző.  Projekciós szerkezeti képletek  A királis vegyületeket leginkább a térbeli golyó-pálcika modellel lehet szemléltetni, de erre az írott anyagban nincs lehetőség, ezért ún. projekciós modellek születtek. Szerves kémia   Fischer-féle projekció és elnevezés: • A kiralitáscentrum körüli tetraéder vetítésének szabályai: ♦ a legoxidáltabb csoport legyen felül ♦ a szénlánc további része található alul ♦ a láncnak a kiralitás-centrumtól felfelé és lefelé rajzolt része egyaránt a sík mögött legyen ♦ a két másik csoport a sík előtt helyezkedjen el. • Előnye ennek az ábrázolásnak, hogy jól mutatja a konfigurációs rokonságot. Hátránya, hogy csak bizonyos vegyület-csoportok esetében használható, bár kétségtelenül ide tartozik biológiailag sok

fontos vegyület. • Ha a sík előtt lévő két csoport közül az egyik H-atom, a másik nagyobb ligandum, akkor a nagyobb ligandum állása a meghatározó a vegyület elnevezésében. • A Fischer-féle ábrázoláson alapuló nevezéktan alapvegyülete a glicerin-aldehid. A poláros fény síkját jobbra forgató forma a D-glicerin-aldehid, a balra forgató az L-glicerin-aldehid. • Mindazon vegyületeket, amelyekből ellenőrizhetően a sztereokémiai konfigurációt megőrző reakciósorozat végén a D-glicerineldehid kapható, D-konfigurációjunak nevezzük, enantiomerjét Lkonfigurációjúnak. • A vetítési szabályok betartása esetén a legoxidáltabb szénatomtól a legtávolabb eső kiralitás-centrumon a D-sorozatú molekulában jobbra az L-sorozatú molekulában balra van a funkciós csoport. Cahn-Ingold-Prelog (CIP) projekció és elnevezés • A kiralitáscentrum körüli tetraéder három ligandumát a sík elé helyezve azokat vastagon kihúzott

vegyértékvonallal kapcsolja a centrális atomhoz, míg a negyedik, a sík mögé kerülő ligandumot szaggatott, vagy pontozott vegyértékvobal jelzi. • A kiralitáscentrum ligandumait a hozzá közvetlenül kapcsolódó atomok rendszámának sorrendjében rangsoroljuk. A legalacsonyabb rangú ligandumot (ez gyakran H-atom) az ábrázolás szerint a sík mögé helyezzük, míg a sík előtti ligandumokat a rendszám szerinti nagyság sorrendjébe állítjuk. Ha ez a sorrend az óramutató járásával megegyező, R-konfigurációról beszélünk, ellenkező esetben Skonfigurációról. • A módszer szerint minden kiralitáscentrumot külön jellemezni kell, vagyis a vegyület királis centrumainak először a szerkezeti izoméria szabályainak megfelelően számokat adunk, majd az adott sorszámú királis centrum száma mellé tesszük az R vagy S jelzést. Szerves kémia 6.

Diasztereoméria fogalma. Mezo módosulatok és racém keverékek  Diasztereoméria  Optikai izoméria vagy sztereoizoméria szerkezeti alapja, hogy a molekula nem szimmetrikus szerkezetű, tehát nincsen szimmetriasíkja, gyakran szimmetriatengelye sem. Az ilyen molekulák nem azonosak a saját tükörképeikkel, vagyis hasonlóak páros végtagjainkhoz.  Királis molekuláknak nevezzük ezeket a molekulákat a „kheir” görög szóból eredően, ami kezet jelent.  Azok a molekulák, amelyekben szimmetriasík és szimmetriatengely is található, azonosak saját tükörképükkel, tehát akirálisak.  Ha csak szimmetriatengelye van a molekulának, akkor disszimetrikus, ha az sincsen, akkor aszimmetrikus. Mindkettő királis  A szerves vegyületek kiralitását kiralitás-centrum jelenléte okozza, ami az esetek többségében szénatom, de lehet pl. N, S, P atom is  A kiralitás centrumokhoz négy különböző ligandum kapcsolódik (Cabdetípus).  Lényege

az optikai aktivitásnak, hogy a szerves vegyületek többségére jellemző tulajdonság, így a legtöbb szerves molekulának két optikai izomerje van, de a szervezet enzimjei általában csak az egyiket képesek felismerni, lebontani vagy szintetizálni.  Az n kiralitás-centrumot tartalmazó királis molekulának 2n db sztereoizomerje van. Az egynél több kiralitáscentrumot tartalmazó molekulának többféle sztereoizomérje van.  Több kiralitás-centrum esetén léteznek részleges tükörképi párok is, ezek a diasztereomerek.  A diasztereomerek fizikai és kémiai tulajdonságai is különböznek, amire az is utal, hogy triviális nevük is teljesen különböző.  Mezo módosulatok  A több királis centrumot tartalmazó vegyületek egyik fontos tulajdonsága, hogy optikailag inaktív, vagy másnéven mezo-formáik és léteznek.  Ebben az esetben a molekulában a páros számú királis centrumok, és az azokon elhelyezkedő páronként azonos

szubsztituensek miatt egy tükösík állítható, ennek a szimmetriaelemnek köszönhetően egy, a Fischer-projekció szerinti enantiomer pár valójában azonos vegyületet jelez, amely szimmetrikus tulajdonsága miatt optikailag inaktív akirális.  A mezo-vegyületekre jó példa a borkősav vagy az eritrit.  Racém vegyületek  A kémiai szintézisek során általában nem nyerünk tiszta királis vegyületeket, hanem azok enantiomerjeinek keverékét, ún. racém elegyet Szerves kémia  A racém elegy optikailag inaktív, de a mezo-módosulattal ellentétben itt két különböző komponensből álló vegyületről van szó, mely komponensek egymás optikai aktivitását kioltják. Szerves kémia 7. Optikai izomerek elválasztása. Abszolút és relatív konfiguráció 

Optikai izomerek elválasztása  A kémiai szintézisek során nyert racém elegyek optikailag inaktívak, hiszen a jobbra és balra forgató optikai izomerek közel 1:1 aránya miatt forgatóhatásukat kioltják  Ha királis reagensekkel reagáltatjuk a racém keveréket, a két izomér már nem enantiomerekké, hanem részleges tükörképi párokká, diasztereomérekké válnak, melyek kémiai-fizikai tulajdonságainak különbözőségei miatt könnyen szétválaszthatók.  A szétválasztott diasztereomérekből megfelelő eljárásokkal a racém keverék komponensei immár királis izomerek formájában tisztán kinyerhetők.  A diasztereomérek rendszerint jól kristályosodó sókat képeznek, amelyek különböző hőmérsékleten kristályosodnak és így szétválaszthatók.  A királis reagensekkel történő reakciók közül különösen fontosak at enzimreakciók.  Abszolút és relatív konfiguráció  Szerves kémia

8. A π-elektronok delokalizációja. A butadién szerkezetének jellemzése. Tautoméria  A π-elektronok delokalizációja  A delokalizált kötésrendszerek leírása több, egymással egyenrangú elméleti megközelítés is létezik. Az egyik a vegyértékkötés elmélet, amely a kettőskötéseket hol itt, hol ott képzeli el, és az így képezhető mezomer határszerkezetek összegzésével igyekszik megközelíteni a tényleges kötésviszonyokat. A másik megközelítés a molekulaorbitál-elmélet, végső soron a Schrödinger egyenletet nem az egyes atomokra, hanem az egész molekulára írja fel, és igyekszik véges megoldásokat, molekulapályákat találni.  Növekvő számú π elektron delokalizációja során a legmagasabb energiájú betöltött molekulapálya és a legalacsonyabb energiájú betöltetlen molekulapálya energiaszintje egyre közelebb kerül egymáshoz, így a közük lévő

energiaátmenet egyre kisebb energiabefektetést igényel („HOMOLUMO”). Így az elektronátmeneteket kismértékben gerjesztő fény az UV, a több delokalizált elektront tartalmazó molekulák esetén viszont a látható fény tartományába kerül, azaz a több delokalizált elektront tartalmazó szerves vegyület színes lesz.  A delokalizáció révén a molekulában olyan elektronpályák keletkeznek, amelyeken lévő elektronokat még a látható fény megfelelő hullámhosszú, kisenergiájú fotonjai is gerjeszteni képesek. Kismértékű delokalizáció az ultraibolyához legközelebb eső ibolya színű fény elnyeléséhez vezet, a vegyület sárga lesz. Minél több a delokalizált π-elektron, a vegyület színe annál inkább tolódik el a narancs – piros – kék – zöld irányba.  A karotin kiterjedt delokalizált π-elektron rendszere miatt sárga színű a sárgarépa.  A biliverdin a hem lebontásának zöld színű köztiterméke.  A

π-elektronok delokalizációja természetesen nemcsak a C – C közötti kettőskötések részvételével valósulhat meg.  A π-elektronok delokalizációjában a megfelelő (konjugált) helyzetben lévő nemkötő elektronpárok is részt vehetnek.  Különösen nagy energianyereséggel járó elektron delokalizáció lép fel gyűrűs vegyületekben, ha 4n + 2 db π-kötésben résztvevő, vagy nemkötő elektron lép fel közös molekulapályára, ahol n a gyűrűszámot jelöli. Ez a Hückelszabály Az ilyen vegyületeket aromás vegyületeknek nevezzük, mivel számos képviselőjük igen jellegzetes szaggal bír. Az aromás karakterek kialakításában itt is igaz, hogy nem csak a konjugált helyzetben lévő kettőskötéseket alkotó π-elektronok, hanem az ugyancsak konjugáltan elhelyezkedő nemkötő elektronpárok is részt vehetnek. Szerves kémia  A butadién

szerkezetének jellemzése  A legegyszerűbb konjugált dién, az 1,3 butadién: CH 2 = CH – CH = CH 2 .  A butadién szobahőmérsékleten gáz, fagyáspontja –4 oC.  Olefinsajátságokat mutat: addícióra és polimerizációra hajlamos.  Az addíciós reakcióban vagy csak az egyik kettőskötés vesz részt, vagy mind a kettő. Érdekes sajátsága a butadiénnek, hogy egy molekulát kétféleképpen addicionálhat: vagy két szomszédos szénatomján, vagy a konjugált lánc végén. Utóbbi esetben a megmaradó kettős kötés a lánc közepére helyeződik át.  Elegendő mennyiségű reakciótárssal megvalósítható a butadién teljes telítése is.  konjugált kettőskötéseket tartalmazó vegyület, a π-elektronok rendszere összefüggő egészként viselkedik. A két π-kötést létesítő elektronpár delokalizált molekulaorbitálokon tartózkodik a molekulában.  Mivel mindkét elektronpár megtalálható a molekula szigmavázának teljes

hosszában, a Pauli-elv értelmében nem lehetnek minden tulajdonságuk azonos. A két elektronpár nem azonos energiaszintű molekulaorbitálon tartózkodik.  A kisebb energiájú π 1 -molekulapályának egy csomósíkja van, s ez a szigmaváz síkja, a nagyobb energiájú π 2 -molekulapályának viszont kettő: az egyik a szintén a szigmaváz síkja, a másik egy erre merőleges síkm amely a molekula közepén halad át. Minél több csomósíkja van egy molekulapályának, annál nagyobb a pályaenergia.  A π-ellektron delokalizációval nem csak a reakciói, de a molekulában mért kötéstávolságok is jól értelmezhetők.  Ha a butadiénben a π-elektron párok lokalizáltak volnának, mint ahogy azt a szokásos konstitúciós képletben jelölni szoktuk, akkor az 1. és 2 valamint a 3. és 4 C-atom közötti távolságnak egyenlőnek kellene lennie az eténben mért kötéshosszal (134 pm), s a 2. és 3 C-atom között a paraffinok molekuláiban megszokott 154

pm-rel.  Ezzel szemben a butadiénben lévő szélső kötések kissé hosszabbak (136 pm), a középső kötés viszont lényegesen rövidebb (147 pm).  Tautoméria  A kettőskötés helyzeti különbségeiből adódó izomériának egy speciális esete. A proton izoméria következtében egy adott vegyületen belül a kettőskötés különböző helyzetbe kerülhet, de a kialakuló izomerek egymással egyensúlyban vannak, anionjukon illetve kationjukon keresztül egymásba átalakulhatnak. Ezt a jelenséget tautomériának nevezzük  Az imidazol egy öt tagú gyűrűből álló vegyület. Két nitrogénje közül az egyik nemkötő elektronpárt hordoz, ezért protonkötő képessége folytán bázikus sajátságú. Másik nitrogénje viszont egy elektronnal az aromás szerkezet fenntartásához járul hozzá, hidrogénatomot hordoz, amely erős bázis hatására disszociálni képes, tehát savas.  A gyűrű öt atomtörzsén a hat π-elektron (két kettős kötés,

és a magányos Nnek egy nemkötő elektronpárja) elektronsűrűsége elsősorban a két nagy elektronegativitású N-atomon oszlik meg, a molekula polarizálódik, mivel az egyik N-atom csak 0,5, a másik 1,5 negatív töltéshez jut. Szerves kémia    Ha erős bázis hatására az imidazol elveszíti egy protonját, az anion negatív töltése a két N-atomon egyenlően oszlik meg, ezzel a polarizáció megszűnik. Sav hatására viszont a nemkötő elektronpárt hordozó N-atom protont köt, ekkor a pozitív töltés oszlik meg egyenletesen a két N-atomon. A sav-bázis reakciók során keletkező szimmetrikus ionok bármely nitrogénje képes savtól protont átvenni, vagy a bázisnak protont átadni. Az imidazol kétféle formája tulajdonképpen tautomer. Szerves kémia 9. A

szerves vegyületek váz és funkciós csoport szerinti csoportosítása.  Váz szerinti csoportosítás  A legtöbb szénvegyület molekulájának vázát a láncszerűen kapcsolódó szénatomok alkotják. A szénváz határozza meg a molekula méretét és a molekula azon sajátságai, amelyek a molekulamérettel valamilyen kapcsolatban vannak) pl. halmazállapot  A szerves vegyületek a szénatomokon kívül hidrogénatomokat is tartalmaznak. Ha a szénen és a hidrogénen kívül egyéb heteroatomokat is tartalmaz a molekula (N, O, S) akkor ezek befolyásolják az adott molekula sajátságait.  A legegyszerűbb szerves vegyületek a szénhidrogének, molekuláik kizárólag szén- és hidrogénatomokat tartalmaznak.  Fontos csoportosítási szempont a szénatomok kapcsolódásmódja: vannak nyílt láncú és gyűrűs szénhidrogének.  A telített szénhidrogénekben (paraffinok) csak sp3 hibridállapotú szénatomokat találunk, ezekben csak egyszeres, azaz

szigma-kötések találhatók, függetlenül attól, hogy gyűrűs vagy nyíltláncú paraffinokról beszélünk.  Telítetlen szénhidrogénekben minimum két olyan szénatom van, amely sp2 hibridállapotú, s közöttük az atomi energiállapotban maradt p z orbitálok elektronjai kettőskötést (π-kötés) hoznak létre. A többszörös kötésű szénatompárt már funkciós csoportnak tekintjük. A formailag telítettlen gyűrűs szénhidrogének egyik speciális, igen fontos csoportját alkotják az aromás szénhidrogének.  Az izociklusos vegyületek (pl. ciklohexán) vázában csak szénatom található, a heterociklusos gyűrűben (pl. piridin) a szénatomokon kívül legalább egy heteroatom is van.  A ciklusos vegyületek egyik fajtája az aromás vegyületek, melyekben a vázat alkotó atomok elektronjai teljesen delokalizálódnak. Mintapéldája a benzol, ahol is a vázat hat sp2 hibridállapotú szénatom építi fel, és a nagymérfű

elektron-delokalizáció aromás karakterűvé teszi azt.  Ha az aromás gyűrűben heteroatom is van, akkor heteroaromás vegyületről beszélünk. Ilyenkor a heterotaom elektronjai is delokalizálódnak, részt vesznek az aromás karakter kialakításában.  Funkciós csoport szerinti csoportosítás  A funkciós csoport az a legkisebb molekularészlet, amelyre egy vegyület egyegy tulajdonsága visszavezethető.  Az azonos funkciós csoporttal rendelkező vegyületek tulajdonságai hasonlóak, ezért a szerves vegyületeket gyakran ezek szerint csoportosítjuk. Szerves kémia    A heteroatomok a szénhidrogének egy H-atomját helyettesítik a molekulában, a heteroatomot tartalmazó molekularészlet az adott molekula egy jellegzetes részét, funkciós csoportját alkotja. Például azoknak a szerves vegyületeknek egy részét, amelyekben hidroxilcsoport van,

alkoholoknak nevezzük. Ezek lehetnek telített vagy telítetlenek, kis- vagy nagy szénatomszámúak, folyékony vagy szilárd (kristályos) fázisúak, vízben oldhatók vagy oldhatatlanok. Egy szerves vegyület tulajdonságait a szénváz és a funkciós csoport együttesen határozzák meg. funkciós csoport >C=C< -C ≡ C- C – Cl - C – OH >C–O–C< (C) – CHO > CO - NH 2 - NO 2 - COOH - COOCH 3 -C=O `X név olefin (-én) acetilén típusú (-in) halogénezett CH alkohol (-ol) éter aldehid (-ál) keton (-on) amin nitrovegyület karbonsav észter karbonsavszármazék példavegyület CH 2 = CH 2 HC ≡ CH H 3 C – Cl CH 3 – OH CH 3 – O – C 2 H 5 HCHO CH 3 – CO – CH 3 CH 3 – NH 2 CH 3 – NO 2 HCOOH CH 3 COOC 2 H 5 CH 3 COCl példavegyület neve etilén (etén) acetilén (etin) metilklorid metilalkohol metil-etil-éter formaldehid aceton metil-amin mitro-metán hangyasav etil-acetát acetil-klorid Szerves kémia

10. Szerves vegyületek elnevezésének szabályai  Nomenklatura  A IUPAC-nomenklatura a konstitúciós szénváz izomériánál használatos módszer 1. Válasszuk ki a leghosszabb el nem ágazó szénláncot és nevezzük el a megfelelő telített vagy telítetlen vegyület nevével, mely elnevezésbél a szénatomok száma illetve a lánc telítettsége vagy telítetlensége az irányadó (telített: -án, telítetlen: -én, több kettős kötés esetén: –dién, -trién, stb.) 2. Számozzuk meg a leghosszabb lánc szénatomjait úgy, hogy az elágazási pontok a lehető legkisebb sorszámot kapják. 3. Az elágazási pontokon levő atomokat vagy atomcsoportokat szubsztituensként felfogva illesszük azok nevét a leghosszabb lánc neve elé.  Amennyiben egy adott főcsoportból több is van a molekulában, erre a di-, tri-, tetra-, stb előtagokkal utalunk. Amennyiben az azonos szubsztituensek másmás

szénatomhoz kapcsolódnak, a bisz-, trisz-, tetrakisz-, stb előtagokat alkalmazzuk.  Gyűrűs vegyületek esetén speciális neveket használunk. Ezek elsősorban triviális nevek és adott számozási szabályok szerint ehhez kapcsoljuk a subsztituensek nevét. A számozás alapelve, hogy a szubsztituensek lehetőleg a legkisebb számot kapják és a főcsoport jellegű szubsztituensek rangosabbak a szénhidrogén-oldalláncoknál.  Gyűrűs vegyületre utaló kifejezés a ciko- előtag a megfelelő szénláncelnevezés előtt. Pl: ciklohexán  Számos esetben a számozás mellett „félracionális” jelzések is forgalomban vannak, pl. a savak, aminok, aldehidek első szénatomjától visszafelé α, β, γ, , ω-szénatomról is beszélnek. Aromás vegyületeknél gyakran használjuk az orto- (1,2), meta- (1,3), és para- (1,4) jelölést a kétszeresen szubsztituált származékokra. Szerves kémia

11. Szerves reakciók mechanizmusa: homolízis és heterolízis, gyöktípusú, elektrofil és nukleofil reakciók általános jellemzése.  Homolízis  A szervas kémiai reakciók előfeltétele, hogy a reaktánsok adott kötőelektronpárjaiban változás következzen be. Ez vagy homo- vagy heterolízis során fordulhat elő.  A homolízis a kötésben szereplő σ- vagy π-elektronpár olyan megváltozása, amely során a molekulapályák átfedése teljesen megszűnik, a két kötőelektron külön-külön atomorbitálra kerül.  Homlízis akkor következik be, ha a homolízist elszenvedő kötésben és ennek közvetlen környezetében nem, vagy igen kismértékben polározott a kötés és a reakciópartner hatására sem polarizálódik.  Alkánok esetében (csak egyszeres σ-kötések) a kötés homolízisével két egymástól független, párosítatlan elektronnal rendelkező gyök keletkezik: CH 4 CH 3 * + H.  Alkének estében

(kettőskötés is van) csak a π-kötés homolizál, a molekulát a σ-kötés továbbra is összetartja: CH 2 = CH 2 *CH 2 – CH 2 .  Heterolízis  A kötésben szereplő elektronpár olyan változása amelynek során a kötő elektronpár a kötésben levő egyik atomra, vagy atomcsoportra kerül. Ezáltal egy elektronfelesleggel rendelkező negatív, és egy elektronhiányos pozitív centrum alakul ki a molekulából, illetve molekulában.  Alkán származékok esetében: CH 3 Cl CH 3 + + Cl-.  Alkének esetében CH 2 = CH 2 +CH 2 – CH 2 -.  A heterolízis a polarizált, vagy a reakció során polarizálódó kötésekre jellemző. A kevésbé lokalizált π-kötések könnyebben heterolizálnak, mint a σ-kötések elektronjai.  Gyöktípusú reakció  A homolízis következtében létrejött gyökök gyöktípusú (R) reakciókban vehetnek részt.  Gyöktípusú lehet szubsztitúció, addíció és elimináció is.  Elektrofil reakció 

Heterolízis következtében létrejött ionok jellemző mechanizmusa.  Ha a támadó molekula negatív polározottságú szénatomot támad, akkor beszélünk elektrofil reakcióról.  Elektrofil reakció is lehet szubsztitúció, addíció és elimináció egyaránt. Szerves kémia  Nukleofil reakció  Heterolízis során keletkezett ionok jellemző reakciótípusa.  Ha a támadó molekula pozitív polározottságú szénatomot támad, akkor beszélünk nukleofil reakcióról.  Nukleofil reakció lehet szubsztitúció, addíció és elmináció egyaránt. Szerves kémia 12. Az alkánok és cikloalkánok homológ sora: izoméria lehetőségek, előállítási reakciók  Alkánok homológ sora, izoméria lehetőségek  Az alkánok kifejezés teljesen megegyezik a paraffinok

kifejezéssel, csak ez az újabb elnevezés. Mindkettő ugyanazt jelenti: nyílt láncú szénhidrogének  C n H 2n+2 általános képlettel jellemezhetőek.  A homológ sor első néhány tagja: metán, etán, propán, bután, pentán, hexán, heptán, oktán, nonán, dekán, eikozán, stb.  Az izoméria lehetőségek a szénatomok számának növekedésével egyre inkább növekszik. A propánig a konstituciós izomerek száma 1 A butánnál kettő, pentánnál három, hexánnál 5, heptánnál 9, oktánnál 18, nonánnál 35, dekánnál 75, eikozánnál 366319.  Az izoméria lehetőségekről bővebben az 1. tételben  Alkánok előállítási reakciói  Mint nevük is mutatja, nem nagyon reakcióképes vegyületek a paraffinok. Szobahőmérsékleten gyakorlatilag semmilyen vegyülettel nem reagálnak. Ez a molekulaszerkezetnek köszönhető: az elektroneloszlás olyan egyenletes és tömör, hogy a paraffinmolekuláknak egyszerűen nincs „sebezhető pontja”.

 Magas hőmérsékletre hevítve (1000 oC körül) a paraffinok hőbomlást szenvednek. Etánból így gyártanak eltilént  A nagyobb szénatomszámú szénhidrogének molekulái a C – C kötés felbomlása és hidrogénatom kicserélődése útján kisebb szénatomszámú telített és telítettlen szénhidrogén molekulákra „töredeznek” szét; pl. a pentánból propán és etilén keletkezik.  Halogéntartalmú paraffinszármazékok SR, SN, telítetlen szénvegyületek addíciós reakciója, aromás vegyületek SE útján állíthatók elő.  Az alkilhaloidok jellemző reakciója a SN. (87 old)  Cikloalkánok homológ sora, izoméria lehetőségek  Gyűrűs telített szénhidrogének.  A monociklusos cikloalkánok összegképlete C n H 2n .  A homológ sor tagjainak neve a megfelelő szénatomszámú alkán nevével azonos, csak egy ciklo- előtaggal bővül.  Az izoméria lehetőségekről bővebben az 1. tételben  A kondenzált gyűrűs

rendszerek iskolapéldája a biciklo-dekán vagy dekalin. Minden élő sejtben megtalálható a szteroidok közös alap-vegyülete a gonán (szterán), ami három hattagú és egy öttagú gyűrűből áll.  Cikoalkánok előállítási reakciói  megegyeznek az alifás alkánok reakcióival. Szerves kémia 13. Az alkánok és cikloalkánok fizika-kémiai tulajdonságai és reakciói. Fontosabb telített szénhidrogének  Az alkánok és cikloalkánaok fizikai-kémiai tulajdonságai  A homológ sorban előrefelé haladva megfigyelhetjük az olvadáspont és fagyáspont emelkedését.  A metán, etán, propán, bután szobahőmérsékleten gázok. A legkisebb szénatomszámú cseppfolyós paraffin a pentán.  Ugyan a forráspont is fokozatosan növekszik, a két szomszédos paraffin forráspontja közti különbség fokozatosan csökken, mivel a molekulák növekedésében

az egy metiléncsoportnyi növekedés viszonylag egyre kevesebb változást jelent.  A telített szénhidrogének a velük azonos molekulatömegű, egyéb vegyületekhez képest a legalacsonyabb forráspontúak, mert leggyengébb a molekulák közötti kölcsönhatás.  Az olvadáspont nem olyan egyenletesen emelkedik, mint a forráspont, mert azt a molekulák tömegén és alakján kívül azok elrendeződése is befolyásolja, és más a páros és páratlan szénatomszámú normális alkánok kristályszerkezete.  Az elágazó láncú paraffinok olvadáspontja is, forráspontja is különbözik az azonos szénatomszámú, normális láncú izomer paraffinétól. Minél nagyobb mértékű a láncelágazás, annál alacsonyabb a forráspont és annál magasabb az olvadáspont. Ez azzal magyarázható, hogy az elágazások számának növekedésével egyre inkább nő az intermolekuláris kölcsönhatások száma.  Cikloalkánok forráspontja is, olvadáspontja is magasabb,

mint az azonos számú szénatom számú alifás szénhidrogéneké. Ennek oka is az eltérő molekulaalakban van. A gyűrűs molekulák könnyebben tudnak egymáshoz illeszkedni, mint az örökké tekergőző hosszú nyílt szénláncok.  A C 1 – C 4 paraffinok standardállapotban gázok, öttől kb. a húszas szénatomszámig a víznél kisebb sűrűségű folyadékok, a húsznál nagyobb szénatomszámúak pedig kristályos anyagok.  Vízben gyakorlatilag egyáltalán nem oldódnak a paraffinok, jól oldódnak viszont egymásban: a gáz- és szilárd fázisúak a folyadékokban.  Alkánok és cikloalkánok reakciói  Mint nevük is mutatja, nem nagyon reakcióképes vegyületek a paraffinok. Szobahőmérsékleten gyakorlatilag semmilyen vegyülettel nem reagálnak. Ez a molekulaszerkezetnek köszönhető: az elektroneloszlás olyan egyenletes és tömör, hogy a paraffinmolekuláknak egyszerűen nincs „sebezhető pontja”.  Magas hőmérsékletre hevítve (1000

oC körül) a paraffinok hőbomlást szenvednek. Etánból így gyártanak eltilént  Néhány száz fok hőmérsékleten a paraffinok más anyagokkal (pl. klórral, kénsavval, salétromsavval stb.) is reagálnak Szerves kémia   Az alkánok legfontosabb reakciója, hogy magas hőmérsékleten az oxigénnel reagálnak, elégnek. Ismert reakciótípus a gyökös szubsztitúció.  Fontosabb telített szénhidrogének  Metán • CH 4 • Apoláris molekulák, köztük gyenge a kölcsönhatás, így az gáz halmazállapotú. • Nagyon alacsony hőmérsékleten van der Waals-féle erők hatására cseppfolyósodik (forráspont –162 oC). • A központi C-atom sp3 hibridállapotban van. A kötőelektronok nagyon mély energiaszinten találhatók, a látható fény hullámhosszán érkező sugarak nem tudják azokat gerjeszteni, így nem alakul közöttük kölcsönhatás. A

metán ezért színtelen • A tetraéderes molekulák egymással könnyen elrendeződnek, ezért a forrásponthoz közeli hőmérsékleten (-183 oC) a metán megfagy. • A metán apoláros oldószerekben könnyen oldódik. • A metán éppen a stabil elektronszerkezete miatt nehezen vihető reakcióba. • Magas hőmérsékleten hőbomlást szenvednek, hidrogén mellett más szénhidrogének illetve elemi szén keletkezik belőlük. • Magas hőmérsékleten nikkel katalizátor jelenlétében a vízgőzzel is reagál, CO és 3 H 2 keletkezik belőle, amiből később metil-alkoholt, benzint lehet előállítani. • Klórral reagálva klór-metán és hidrogén-klorid keletkezik, mely reakció szobahőmérsékleten és sötétben nem játszódik le. Ez a reakció szubsztitúció formájában történik. • Meggyújtva a levegő oxigénjével is reagál, ha tökéletes az égés akkor széndioxid és víz keletkezik.  Propán, bután • Keverékükből háztartási gázt

állítanak elő.  Kloroform, széntetraklorid • CHCl 3 és CCl 4 • A metán és az etán többszörösen szubsztituált származékai. kiváló apoláris oldószerek.  Dekalin, szterán • Telített cikloalkánok. • A szterán minden élő sejtben megtalálható szteroidok közös alapvegyülete. Szerves kémia 14. Az alkének és cikloalkének Genfi nomenklatúrája és előállítása.  Genfi nomenklatúra  Az alkéneket régen olefineknek neveztük. Jelentésük ugyanaz: telítettlen, tehát többeskötést is tartalmazó szénhidrogének.  Az eténből kiindulva, s a molekula szénláncát egy-egy CH 2 -csoportttal növelve, felépíthetjük a monoolefinneket, tudományos nevén az alkének homológ sorát.  Az egyes alkének nevét az alkánokéhoz hasonlóan képezzük, csak az –án végződés helyett –én végződést alkalmazunk.  A kettőskötést

tartalmazó szénhidrogének neve –én szótagra végződik.  A kettőskötés helyzetét a vév elé tett számmal jelezzük. A telítetlen szénatompár két tagja közül csak az láncvéghez közelebb esőnek a sorszámát adjuk meg.  A szénatomok számozását a szénlánc azon végén kell kezdeni, amelyikhez a kettőskötés közelebb van.  Két és három szénatomos alkének esetén nem kell a kettős kötés helyzetét jelezni, mert ezek csak egyfélék lehetnek, az etilén és propilén.  A butánból már két különböző butén vezethető le annak megfelelően, hogy a kettőskötés az 1. és 2 vagy a 2 és 3 szénatom között van-e Eszerint megkülönböztetünk 1-butént és 2-butént.  Mivel az olefinek kettővel kevesebb H-atomot tartalmaznak, mint a paraffinok, ezért általános képletük C n H 2n  A gyűrűbe rendeződött alkének neve a cikloalkének vagy cikoolefinek.  A gyűrűben lehet egy vagy több kettőkötés. Ha a

kettőskötések száma kettő, akkor –diénekről beszélünk (pl. butadién), amelyekben több, azok poliének  A poliénekben a kettőkötések gyakran delokalizálódnak, ilyenkor aromás karaktert alakítanak ki.  Az acetilénben és az acetilénhaz hasonló molekulákban sp hibridállapotú szénatomot, és legalább egy hármaskötést (σππ) találunk.  Alkének és cikloalkének előállítása  Az olefinek a kőolajban és a földgázban csak nyomokban fordulnak elő. Az ipar az egyszerű olefineket paraffinok hőbontásával állítja elő; pl. az etilént etánból.  A nagy szénatomszámú paraffinokat tartalmazó kőolajpárlatok krakkolásával egyrészt krakkgáz képződik, amely C 2 – C 4 olefineket, főként etilént és propilént tartalmaz, másrészt a kiindulásinál kisebb szénatomszámú paraffinokból álló cseppfolyós termék, az ún. krakkbenzin gyártható Szerves kémia

15. Az alkének fizikai-kémiai tulajdonságai és reakciói. Fontosabb alkének illetve cikoalkének.  Az alkének fizikai-kémiai tulajdonságai  Fizikai tulajdonságaik megegyeznek az alkánokéval, hiszen a molekulák apolárisak.  Az alkének reakciói  Addíció: • Az addíció sajátsága, hogy a reakció során a az olefin a reagenssel úgy lép kapcsolatba, hogy ezek egymással egyesülnek, egyetlen termék keletkezik. • Az addíciót a kation kezdeményezi, ezért ezek a reakciók elektrofil addíciós reakciók (A E ). • Ha az olefin nem szimmetrikus konstituciójú, akkor a savaddíció eredményeként két izomer termék képződhet attól függően, hogy melyik telítetlen szénatomhoz kapcsolódik a hidrogén és melyikhez a savmaradék. A savaddíció azonban irányítottanjátszódik le, és a hidrogén mindig ahhoz a szénatomhoz kapcsolódik, amelyikhez már eredetileg is több hidrogénatom kapcsolódott. Ezt

nevezzük Markovnyikov-szabálynak. • Ugyanilyen mechanizmussal játszódik le a nem szimetrikus konstitúciójú olefinek esetében a kénsav, illetve ezen át a víz addíciója is. Így lehet az olefinekből klórtartalmú szénhidrogénszármazékokat és alkoholokat előállítani • Hidrogénaddíció (redukció): gyökös machanizmusú. Erősen exergonikus reakcióval hidrogénezhetők, de ezek a reakciók csak katalizátor jelenlétében játszódnak le. Katalizátorként leggyakrabban fémeket alkalmaznak, melyek aktív felületén a hidrogénmolekula kötő elektronpárja fellazul, a hidrogén megközelítőleg atomos szerkezetűvé válik. A katalizátor felszínén megkötött, a katalizátor hatására homolizáló elektronokból kialakult etiléngyök és a hidrogén egymással reagál, így a két sp2 hibridállapotú szénatom a hidrogéneket megköti és ezáltal az olefinből paraffin lesz.  Oxidáció: • az olefinek oxidálhatók, ekkor egy vicinális diol,

vagy a kettőskötés hasadásával két kisebb, oxidáltabb vegyület keletkezik. A termék milyensége az oxidálószer erősségétől, a kettőskötések számától és elhelyezkedésétől függ.  Polimerizáció: • Megfelelő katalizátorok (kis mennyiségben alkalmazott erős savak, nátrium) hatására az olefinek molekulái egymással lépnek addíciós reakcióba és hosszú paraffinláncokká kapcsolódnak össze. Szerves kémia  Fontosabb alkének és cikoalkének  Acetilén • Katalizátor felhasználásával az acetilén sósavaddíciójával állítják elő a nagy mennyiségben használt PVC alapanyagát a vinilkloridot: HC ≡ CH + H – Cl H 2 C = CH – Cl.  Butadién • Két kettőskötést tartalmazó alkén, mely a butánból származtatható (H 2 C = CH – CH – CH 2 ). • Könnyen addícionál sósavat, 1,2 illetve 1,4 addícióval. • Brómmal

szintén ilyen formában reagál. Megfelelő mennyiségű reaktánssal a butadién teljes addíciója is kivitelezhető mind a négy szénatomhoz kapcsolódik egy Br.  Izoprén • 2-metil-1,3-butadién (2. szénatomon egy CH 3 metilcsoport; 1 és 3 szénatom után kettőskötés) • Összegképlete C 5 H 8 . • Szobahőmérsékleten folyadék. • Jellemző öt szénatomos váza sok természetes szénvegyületben megtalálható. • Az izoprénvázas vegyületek egyik csoportja a terpének, melyek polimerizált izoprének; lehetnek ciklusosak is. Másik csoport a karotinoidok, melyek zsírban és apoláros oldószerekben jól oldódnak. Legismertebb képviselőjük a sárgarépa karotinja Egyik izomerje a β-karotin, mely a szervezetben két A-vitaminra hasad föl. Szerves kémia 16. Az acetilén előállítása és reakciói.  Az acetilén előállítása  HC ≡ CH (etin), az

alkinek csoportjába tartozik.  A szénatomok sp hibridállapotban vannak, így két π-kötés is kialakul a hármaskötésben.  Az acetlién (etin) robbanékony gáz, ezért ezt megelőzendő acetonnal átitatott kovaföldet tartalmazó palackokban tárolják, ugyanis az acetilén az acetonban jól oldódik.  A hétköznapi életben kalciumkarbidból és vízből szoktak acetilént fejleszteni, egyes helyeken még ma is az így fejlesztett gázzal üzemelő acetilénlámpákkal világítanak: CaC 2 + 2 H 2 O HC ≡ CH + Ca(OH) 2 .  Az acetilén a földgáz metánjából is előállítható. 1200 oC-on játszódik le a o C következő reakció: 2CH 4 1200  C 2 H 2 + 3H 2 .  Az acetilén reakciói  Az etilénnél is reakcióképesebb vegyület, mely a gyenge π-kötéseknek és a C – H kötések polározottságának köszönhető.  Égés. Az acetilén erősen kormozó és világító lánggal ég Ún karbidlámpákban használatosak is. Hegesztésre

is használják, mert tiszta oxigénnel kevert elegye kb. 3000 oC-on ég, ami az acélt is megolvasztja  Addíciós reakciók. A hármaskötés a reakciókörülményektől függően részben vagy egészben telítődik. Így nemcsak teljesen telített, hanem kettőskötést tartalmazó vegyületek is előállíthatók acetilénből. 2 katalizátor 2 katalizátor HC ≡ CH H   H 2 C = CH 2 H   H 3 C – CH 3 Br2 Br2 HC ≡ CH  Br – CH = CH – Br  Br 2 CH – CHBr 2 Gyakorlati szempontból különösen fontos reakciója az acetilénnek, hogy higany(II)-klorid (HgCl 2 ) katalizátor jelenlétében egy molekula hidrogénkloridot addícionál vinil-klorid képződése közben (PVC): HC ≡ CH + HCl HgCl 2 H 2 C = CH – Cl  Az acetilénre 50%-os kénsav és higany(II)-szulfát (HgSO 4 ) katalizátor jelenlétében víz is addícionálódik. Az így keletkező telítetlen alkohol (vinilalkohol) azonban nem stabilis és egy

hidrogénatom és a kettős kötés helyzetének megváltoztatásával rögtön acetaldehiddé alakul át. Az acetaldehidből sok egyéb vegyületet lehet előállítani. Sóképzés: cseppfolyós ammóniában oldott acetilén nátriummal hidrogénfejlődés közben reagál, és nátrium-acetilid, vagy más néven nátriumkarbid képződik belőle. A karbidok általában robbanékony vegyületek Kivétel ez alól a kalcium-karbid (CaC 2 ), mely stabil ionrácsot alkot. A kalcium-karbidból víz hatására felszabadul az acetilén. Szerves kémia 17. Az aromás szénhidrogének: helyzeti izomerek, izolált és kondenzált gyűrűk, homo- és heteroatomos szénhidrogének.  Az aromás szénhidrogének  Az aromás szerkezet a π-kötések delokalizációjának különleges esetét képviseli. Az aromás vegyületek mindig ciklusosak és adott számú p-elektron planáris előfordulása

esetében jönnek létre.  Helyzeti izomerek  Pl. a benzol szimmetrikus molekula (C 6 H 6 ), ezért egy hidrogén cseréjével csak egyféle termék képződhet. Ha két hidrogén helyére léptetünk be új szubsztituenst, háromféle izomerrel számolhatrunk, ahol az elnevezés alapja az új szubsztituensek egymáshoz viszonyított helyzete.  Ha a hidrogéneket metilcsoportokkal helyettesítjük, akkor az egyik metilcsoport helyén kezdjük a gyűrű szénatomjainak számozását, és arrafelé haladunk, amerre közelebb találjuk a következő szubsztituenst.  Orto- helyzet: 1,2-dimetilbenzol.  Meta- helyzet: 1,3-dimetilbenzol.  Para- helyzet: 1,4-dimetilbenzol.  Izolált és kondenzált gyűrűk  Izolált gyűrűkről beszélünk, ha több gyűrű úgy kapcsolódik egymáshoz, hogy nincsen közös atomja. Legismertebb példa erre a difenil, ahol két benzolgyűrű van kovalens kötéssel kapcsolva.  Kondenzált gyűrűkről beszélünk, ha több gyűrű

úgy kapcsolódik egymáshoz, hogy a kapcsolódó gyűrűknek van közös atomja. Legegyszerűbb példa erre a naftalin, ahol a két gyűrűnek két közös szénatomja van. A naftalin aromás karaktere gyengébb, mint a benzolé, mert a 11 σ-kötésére csak öt delokalizált elektronpár (10 elektron) jut. Három benzolgyűrű összekapcsolódásával antracént vagy fenentrént kapunk.  Homo- és heteroatomos szénhidrogének  Homoatomos szénvegyületről akkor beszélünk, ha a szerves molekulában csak C és H atomok találhatók. Ilyenek találhatók a paraffinok (alkánok), cikloparaffinok (cikloalkánok), olefinek (alkének) és cikloolefinek (cikloalkének) homológ soraiban.  Heteroatomos szénhidrogénekről akkor beszélünk, ha a vegyület egy Hatomját más elemmel, molekulával kicseréljük. Ilyenek pl a halogénezett szénhidrogének (alkilhalogenidek), az oxigéntartalmú szénhidrogének (hidroxivegyületek, karbonsavak és észterek, alkoholok, fenolok,

éterek, Szerves kémia oxovegyületek), nitrogéntartalmú szénvegyületek (aminok) stb. Heteroatom beépülhet nyílt láncú és ciklusos szénhidrogénekbe is. Szerves kémia 18. Aromás szénhidrogének előállítása. Az aromás jelleg fizikaikémiai jellemzése és elektronszerkezeti magyarázata  Az aromás szénhidrogének előállítása  Régebben a benzolt a kőszénkátrány desztillációjával állították elő, ma elsősorban a kőolajból nyert paraffinok aromatizálásával gyártják.  Ha a hexánt megfelelő katalizátor jelenlétében (platina vagy fém-oxidok) 400 – 500 oC-ra hevítik, a hexámnolekulák hidrogént vesztenek és a szénlánc benzolgyűrűvé záródik.  A ciklohexán, ami eleve tartalmazza a hattagú gyűrűt, már 200 oC-on benzollá

dehidrogenezhető. Ezek a reakciók is jól mutatják a benzolgyűrű nagy stabilitását.  Az aromás jelleg fizikai-kémia jellemzése és elektronszerkezeti magyarázata  A benzol a legegyszerűbb, de egyúttal legtökéletesebb aromás rendszer.  A benzol színtelen, jellegzetes szagú, vízzel nem elegyedő, erősen fénytörő folyadék.  Olvadáspontja 5 oC, forráspontja 80 oC.  Sokféle reakciója ismert, amelyek során egy vagy több hidrogénatomja más atomra vagy csoportra cserélődik ki. A benzol tehát nem addíciós, hanem szubsztitúciós reakciókra hajlamos.  A benzol szerkezete hat szénatomos gyűrű, melyben kettős és egyes kötések periodikusan váltják egymást (3 db kettős és egy darab egyszeres), valamint mindegyik szénatomhoz még egy hidrogénatom is kapcsolódik.  E szerint a leírás szerint (Kekulé-szerkezet) azt várnánk, hogy a gyűrűben váltakozva hosszabb és rövidebb kötések találhatók. Ám a röntgendiffrakciós

vizsgálatok szerint a valódi szerkezet tökéletes hatszöges szimmetriát mutat.  A benzolgyűrűben a szomszédos szénatomok közötti távolság 140 pm. Ez rövdebb, mint az egyszeres C – C kötés (154 pm), de hosszabb, mint a C = C kettőskötés (134 pm). A benzolgyűrűben minden szomszédos szénatom közötti kötéstávolság egyforma, és átmenet az egyszeres és kettőskötés között.  A benzol szigmavázát hat szénatomtörzs, hat proton és a köztük kötést létesítő tizenkét σ-elektronpár alkotja. Az atommagok egy közös síkban helyezkednek el (C-atom sp2 hibridállapotban) úgy, hogy a szénatommagok egy szabályos hatszög csúcsain, a protonok pedig úgy, hogy a kötésszögek pontosan 120o-osak. A σ-elektronpárok is a gyűrű síkjában koncentrálódnak  A σ-váz hat egységnyi pozitív töltést hordoz, ami a σ-elektronrendszer árnyékolóhatása miatt kifelé nagyjából úgy hat, mint a széntörzseket magába foglaló kör

alakú, egyenletesen pozitív erőtér. Ebben az erőtérben mozog a molekula további hat delokalizált elektronja, a Pauli elv-értelmében páronként három különböző π-molekulaorbitálon. Szerves kémia    A delokalizált π-molekulaorbitáloknak a σ-váz síkjában van csomósíkjuk, itt előfordulási valószínűségük nulla. A π 1 -molekulaorbitál elektronjai a σ-váz alatt és felett koncenrálódnak. A további két π-molekulapálya szintén az egész gyűrűrendszerre kiterjed, de ezeknek a szigma-vázra merőlegesen is van egy-egy csomósíkja. A π 2 elektronpár éppen ott koncentrálódik, ahol a π 3 -nak csomósíkja van, és viszont. A kialakult π-elektronszextett teljesen egyenletes, koszorú alakú töltésfelhőként viselkedik a szigma-váz alatt és felett. Szerves kémia

19. A benzol szubsztitúciós reakciói.  A benzol brómozása  A benzol szubsztitúciós reakcióval brómbenzollá alakul, egyik H-atom Br-ra cserélődik ki, és a levált hidrogén egy újabb brómmal HBr molekulát képez.  A benzol és a bróm egymással elektrofil szubsztitúcióval reagál (S E ).  A reakció két lépésben zajlik. Először az aromás vegyületből az elektrofil reagens addíciójával labilis szigma komplex képződik, majd a komplex rearomatizációjával kialakul a termék.  A folyamat katalizátor jelenlétében megy végbe, a katalizátor a brómmolekula heterolíziséhez kell.  Formálisan a bróm egy hidrogénatomját cserélte le a reagens.  A benzol és a bróm egymáshoz közelítésével a benzol elektronfelhője kicsit megsűrűsödik a bróm oldalán, a bróm elektronfelhője pedig egy kicsit elhúzódik az elektrongazdag benzol közeléből. A benzol π-elektronjainak egy hányada átáramlik a

brómmolekula felé. Az így létrejövő töltésátviteli komplexben a két molekulát egy nem erős kölcsönhatás (van der Waals nagyságú) tartja egymás mellett.  A kialakuló intermediert π-komplexnek nevezik, mert a brómmolekula a teljes elektronrendszerhez kapcsolódik, tehát körbe-körbe korcsolyázhat a benzolgyűrűn.  Ekkor a katalizátor hatására a bróm elektrofil tulajdonsága megnő. A katalizátor egy erős Lewis sav, a benzol által polarizált brómmolekulát támadja, hiszen egy aniont szeretne szerezni. Ahogy a sav leszakít egy brómaniont a molekuláról, a visszamaradt szinte kationnak tekinthető bróm számára a benzol ad egy π-elektront, és ekkor hasad szét a brómmolekula.  A szakadás után a kationos brómatom a benzolhoz kovalens kötéssel kapcsolódik és kialakul a szigma-komplex. A szubsztituált szénatom sp2 hibridállapot helyett sp3 hibridállapotúvá válik.  A szigmakomplex egy intermedier, stabilizálódni szeretne.

Ezt protonleadással teszi: a szubsztituált szénatom a bróm által polarizálódott, elektronhiányos. Ezt a hiányt a C – H kötésből egy elektronnal pótolja, a molekula rezgése miatt a proton leszakad és a bromid anionnal kapcsolódva hidrogénbromidot alkot.  Egyéb szubsztitúciók  Hasonló elektrofil szubsztitúcióval a benzol szulfonálható benzoszulfonsavá, alkilezhető, acilezhető alkil-fenil-ketonokká, nitrálható nitrobenzollá. Szerves kémia 20. Az aromás szubsztituensek irányító hatása. Az irányító hatás magyarázata.  Az aromás szubsztituensek irányító hatása  Az egyszeresen szubsztituált benzolszármazékok további S E reakciókkat többszörösen szubsztituált benzolszármazékokat adhatnak.  Az elsőnek belépő szubsztituens irányítja a további szubsztituensek belépését.  Az irányító csoport meghatározza az új

szubsztituens helyzetét és befolyásolja azt is, hogy a kérdéses reakció könnyen vagy nehezebben megy végbe.  Az irányítóhatás függ az egyes szubsztituensek méretétől és a támadó csoportok tulajdonságaitól is.  Elsőosztályú irányító csoportok azok, amelyek az új szubsztituenst orto és para helyzetbe irányítják és általában aktiválnak (pl. – O –, -NH 2 , -NHR, -NR 2 , -OH, halogéncsoportok, stb.)  Másodosztályú irányító csoportok azok, amelyek dezaktiválnak és az új szubsztituenst meta helyzetbe irányítják (-NO 2 , -CHO, -SO 3 H, -COOH, -CCl 3 , stb.)  Az irányító hatás magyarázata  A második szubsztituens belépése a molekulába szintén a szigmakomplexen keresztül valósulhat meg. Ai irányító csoport induktív és konjugációs hatások révén befolyásolhatja a szigma komplex töltési viszonyai és így a reakció irányítottságát. A támadó hatására alakul ki a szigma kationos komplex  Induktív

hatás: • Az irányító csoport az aromás gyűrűhöz kapcsolódó atomjának EN-a révén fejthet ki hatást a gyűrű elektronrendszerére. • Az induktív effektussal akkor számolunk, ha a funkciós csoport atomja(i) a szénatomtól eltérő EN-úak, ekkor ez az indukciós hatás a σ és π elektronrendszer egyaránt polarizálja. • A szénnél nagyobb EN-ú vagy pozitív töltésű atomok elektronszívó hatása az egész gyűrű elektronsűrűségét csökkenti, tehát a három szigmakomplex (orto, para és meta) energiatartalmát növeli. • Az elektronszívó hatás miatt a szubsztituenshez közvetlenül kapcsolódó szénatomon különösen csökken az elektronsűrűség. • Az elektronszívó szubsztituensek különösen az orto és para termékekhez vezető szigmakomplex energiatartalmát növelik meg, így meta termék keletkezésével kell számolnunk. • Ha a szénatomhoz elektronküldő csoport kapcsolódik, akkor a szénatom elektronhiányát csökkenti, így

a szigmakomplexek közül az orto és para helyzetű irányítást valósít meg, ráadásul a szigmakomplex elektronhiányát csökkenti, tehát a rekciót serkenti. Szerves kémia   Konjugációs hatás: • Az aromás rendszer a nemkötő elektronpárt tartalmazó szubsztituensek magányos elektronpárjaira is kiterjedhet, ezáltal a rendszer stabilitása is megnő. • Ha a szubsztituens az alapváz rendszerében megnöveli az elektronsűrűséget, azaz elektronküldő konjugációt valósít meg, akkor +K effektusról beszélünk. Minden olyan irányító szubsztituens, amely magányos elektronpárt tartalmaz, az orto és para helyzetbe irányuló szubsztitúciónak kedvez. • Az elektronszívó konjugációs effektusról (-K) akkor beszélünk, ha az irányító szubsztituens kettős kötést tartalmazó funkciós csoporttal bír (pl. vinil csoport, oxo csoport) A π-kötést

tartalmazó szubsztituensek alapállapotban csak kismértékű konjugációban vesznek részt, a szigmakomplexben a konjugáció viszont nagymértékű és kiterjedt. Amennyiben az irányító csoport π-kötésen kívül nagy elektronegativitású, elektronszívó csoportot is tartalmaz (pl. aldehid csoport), akkor ezek a csoportok megnöveli az orto és para helyzetű szubsztitúcióhoz vezető átmeneti állapot konjugált kationszerkezetének pozitív töltését, ezáltal megnő az átmeneti állapot energiatartalma is. Ebben az esetben a meta helyzetbe kapcsolódhat be az új szubsztituens. Az induktív effektus elsősorban az aktivitást, dezaktivitást befolyásolja, míg a konjugáció elsősorban az irányításért felelős. Szerves kémia 21. Az aromás szénhidrogének oxidációja és redukciója. Fontosabb aromás heteroatomos vegyületek.  Az aromás szénhidrogének

oxidációja és redukciója  Szerves kémia 22. Szerves halogénszármazékok előállítása, fizikai-kémiai tulajdonságaik, reakcióik.  Szerves halogénszármazékok előállítása  Nevüket annak a szénhidrogénnek a nevéből képezzük, amelyekből hidrogénatom helyettesítésével levezethetők. Az alapszénhidrogén neve előtt fel kell sorolni a molekulában lévő halogénatomokat ábécé sorrendben, és azt is meg kell adni, hogy azok a szénhidrogén hányas számú szénatomjához kapcsolódnak.  A telített szénatomhoz kapcsolódó hidrogénatomot ultraibolya fénnyel megvilágítva vagy magas hőmérsékleten, az aromás gyűrűhöz kapcsolódót pedig vaskatalizátor jelenlétében enyhe melegítés közben lehet elemei halogénnel (klórral vagy brómmal) szubsztituáltatni. Kettős vagy hármas kötésre hidrogén-halogenid- vagy halogénaddícióval

kapcsolhatunk halogénatomot.  Fizikai-kémiai tulajdonságaik  Néhány kis molekulatömegű klórvegyület, továbbá sok fluorvegyület gáz, a közepes molekulatömegű halogénszármazékok jellegzetes szagú, vízzel nem elegyedő, nagy sűrűségű folyadékok, a nagyobbak kristályos anyagok.  A halogénatomok számának növekedésével a forráspont emelkedik. A klórszármazékok forráspontja magasabb, mint az alapszénhidrogéné, ami természetes, hiszen nagyobb a molekulatömegük.  Reakcióik  Szubsztitúció • Acetonos oldatban nátrium-hidroxiddal melegítve az alkilhalogenidek alkoholokká alakulnak át. A reakció eredményeként a kovalensen kötött halogénatom anion alakjában hasad le, a hidroxidion pedig kovalensen kapcsolódik a szénatomhoz. • Ilyen módon csak telített szénatomhoz kapcsolódó hidrogénatom cserélhető ki, a telítetlen vagy aromás szénhez kapcsolódó nem vagy csak nagyon nehezen.  Elimináció • Azok a

halogénvegyületek, amelyek molekulájában a halogénatomot kötő szénatommal szomszédos szénatomhoz hidrogénatom is kapcsolódik, tömény lúggal hevítve hidrogén-halogenid kilépése közben olefinekké (alkén) alakíthatók át.  Az alkil-halogenidek tehát lúg hatására kétféleképpen reagálhatnak: szubsztitúcióval alkohollá, eliminációval olefinné alakíthatók. A két reakció egymás mellett történik, a lúgkoncentrációval és a hőmérséklettel lehet befolyásolni, hogy melyik reakció legyen az átalakulás fő iránya. Szerves kémia  Ha a halogénatomot kötő szénatomnak több olyan szomszédja is van, amelyhez hidrogén kapcsolódik, akkor a hidrogénatom elsősorban arról szakad le, amelyikhez már eredetileg is kevesebb hidrogén kapcsolódott. Ez a Zajcev-szabály. Szerves kémia

23. Az alkoholok előállítása, fizikai-kémiai tulajdonságaik.  Az alkoholok előállítása  Az alkoholok az oxigéntartalmú szénvegyületek közé tartoznak.  Az alkoholok a szerves vázon kívül legalább egy alkoholos hidroxilcsoportot tartalmaznak.  Az alkoholok előállíthatók alkil-halogenidekből szubsztitúcióval, ha azokat acetonos oldatban nátrium-hidroxiddal melegítjük. Ez a paraffinok (alkánok) nukleofil szubsztitúciója.  Az etilén (CH 2 = CH 2 ) erős savakat, pl. hidrogénklorid gázt vagy kénsavat is addícionál. Ilyenkor az egyik telítetlen szénatomhoz a savból származó proton kapcsolódik, a másikhoz pedig a savmaradékion. Az etilént kénsavval (H – OSO 2 OH) addícionáltatva etil-hidrogén-szulfátot kapunk (H – CH 2 – CH 2 – OSO 2 OH). Az etil-hidrogén-szulfát vízzel főzve etilalkoholra és kénsavra hasad szét, ami tuladonképpen úgy tekinthető, mintha az etilénre a kénsav

közvetítésével víz addícionálódott volna. Ez olefinek (alkének) vízaddíciója.  Észterek hidrolízisével karbonsavat és alkoholt állíthatunk elő.  Aldehidek redukációjával primer, ketonok redukációjával szekunder alkoholokat készíthetünk (annak a szénatomnak a rendűsége, amelyhez az – OH csoport kapcsolódik).  Alkoholok fizikai-kémiai tulajdonságai  Az alkoholok H-híd kötésekkel történő asszociációjára a forráspont és az olvadáspont értékeik is utalnak. Az alkoholok forráspontja és olvadáspontja magasabb, mint a molekulatömeg alapján számított érték lenne.  A szénlánc hosszának növekedésével ez a hatás csökken, mert a hosszú alkilcsoportok melletti alkoholos hidroxilcsoportok relatíve kevesebb H-híd kötést alkotnak, így kisebb mértékű az asszociáció.  Ugyanez érvényes az alkoholok oldékonyságára is. A poláros oldószerekben a C 1 – C 3 alkoholok jól oldódnak, a hosszabbak vízben

nem, vagy alig. A hidroxilcsoportok számának növelésével a vízben való oldékonyság emelkedik.  Az alkoholokban az –OH kötés az oxigénatom nagy elektronegativitása miatt erősen poláros, így a pozitív polározottságú hidrogén savi disszociációra hajlamos. Ugyanakkor a negatív polározottságú és nemkötő elektronpárral rendelkező oxigénatom proton megkötésére alkalmas bázisos része a molekulának. Ez adja a savak amfoter jellegét  Az alkoholok igen gyenge savak (pK s 16-19 között), csak alkálifémek hatására deprotonálódnak.  Ha alkoholmolekulához az oldatban H-híd kötéssel másik alkoholmolekula kapcsolódik (lassú egyensúlyi folyamatokban) autoprotolízis figyelhető meg, ami az amfoter tulajdonságot bizonyítja. Szerves kémia  Az alkoholok felépítése szerint több csoportot állíthatunk föl. Primer alkoholról

beszélünk, ha az –OH csoport primer szénatomhoz kapcsolódik. Secunder az alkohol, ha az –OH csoport secunder szénatomhoz kapcsolódik. Az alkohol is lehet nyíltláncú vagy ciklusos. A nyíltláncú telített alkoholok lehetnek egy- és kétértékűek aszerint, hogy hány –OH csoport kapcsolódik. A kétértékű alkoholokat három csoportra oszthatjuk: geminális diolokról beszélünk, ha a két –OH csoport ugyanahhoz a szénatomhoz kapcsolódik (energetikailag instabilitást okoz), vicinális diolokban a két –OH csoport szomszédos szénatomokhoz kapcsolódik, diszjunkt diolok esetében a két alkoholos szénatomot egy vagy több másik szénatom választja el. Ha az alkoholt olefinekből vagy acetilén típusú szénhidrogénekből állítottuk elő, akkor telítetlen alkoholokról beszélünk. Végül a többértékű alkoholok három, vagy több –OH csoportot is tartalmaznak. Szerves kémia

24. Az alkoholok kémiai reakciói, fontosabb alkoholok.  Az alkoholok kémiai reakciói  Az alkoholok, mint reagensek nukleofil szubsztitúciós mechanizmussal reagálhatnak más vegyületekkel.  Éterképzés: • R-O- (alkoxid) + R-X (alkilhalogenid) R-O-R (éter) + :X(halogenidion) • A reakció S N2 mechanizmusú, az alkohol a reakció előtt alkoxiddá alakul és ilyen formában reagál az alkilhaloiddal.  Észterképzés: • Az alkoholok (QOH) és a karbonsavak (RCOOH) között egyensúlyi reakció játszódik le, melynek során vízkilépéssel észter (RCOOQ) keletkezik. Így például etonolból és ecetsavból etilacetát keletkezik • Ebben a folyamatban az egyensúly eltolható a termékképzés irányába, ha az egyik kiindulási anyagok (pl. az alkoholt) nagy feleslegben adjuk a reakcióelegyhez. 18 • O izotóppal kimutatható, hogy a primer alkohol oxigénje épül be az észtermolekulába és a kihasadó víz oxigénjét a

karbonsav szolgáltatja. A reakcióban az alkoholt a karbonsav acil csoportja acilezi, ennek eredményeképp keletkezik az észter.  Dehidratálás • Az alkoholokból vízelvonással étereket vagy olefineket (alkén) állíthatunk elő. Ha két alkohol molekulából lép ki egy molekula víz, étert kapunk. Ha alkohol molekulán belül, akkor olefint (Primer alkoholból étert, secunder alkoholból olefint készíthetünk).  Oxidáció és redukció • Egyszerű alkoholok redukciójával paraffint (alkán), az oxidációval primer alkoholból aldehidet, secunder alkoholból ketont kaphatunk. A tercier alkohol csak láncszakadás közben oxidálható. • A redukciós és oxidációs lépések során a szénatom oxidációs száma kettővel változik meg, mivel két elektron átmenetével jár a reakció. Az oxidációs szám megváltozása a következő egyenlettel írható le: − III −I +I redukció oxidáció R − CH 2 H ←   R − CH 2 − OH  

 R − CHO  Fontosabb alkoholok  Metilalkohol • Szabad állapotban a növényvilágban található igen kis mennyiségben. Színtelen folyadék, hétköznapi használatban oldószerként alkalmazzák. • Erős méreg, 5-10 ml elfogyasztása vakságot, 50-100 ml halált okoz. A metanol gőzök belégzése krónikus mérgezés forrása lehet. Szerves kémia A klinikumból ismert, hogy a metilalkohollal együtt fogyasztott etilalkohol a mérgezés tüneteit enyhíti. Etilalkohol • Cukortartalmú gyümölcs-nedvek erjedésénél alkohol keletkezik. Színtelen, kellemes szagú, égető ízű, gyúlékony folyadék. • Élvezeti cikként, oldószerként és az orvosi gyakorlatban fertőtlenítőszerként használjuk. • A szövettanban a sejtek dehidrálására felszálló alkoholsort használunk. Etilénglikol • A glikolok többértékű alkoholok. • Az etilénglikolt főleg

gépkocsik hűtőfolyadékjában használjuk, alacsony olvadáspontja miatt. • Édes ízű, erős méreg, ami a májat, vesét károsítja; speciális antidótum nincsen. Glicerol • A legfontosabb többértékű alkohol. • Nagy viszkozitású, édes folyadék. • Elsősorban észterszármazékai fontosak (Zsírok, olajok, foszfolipidek), le lényegesek az oxidált származékai is (glicerinaldehid, glicerinsav). •    Szerves kémia 25. Az enolok és fenolok fizikai-kémiai tulajdonságai, reakciói. Fontosabb fenolok.  Az enolok és fenolok fizikai-kémiai tulajdonságai  Enoloknak nevezzük azokat a vegyületeketm amelyekben a hidroxilcsoport sp2 hibridállapotú (nem aromás vegyületben) lévő szénatomhoz kapcsolódik.  Az enolok gyenge savak, mert a kettőskötés elektronszívó hatása miatt a közvetlenül ide kapcsolódó hidroxilcsoport a protont

könnyebben adja le, mint az alkoholok. Fontos, hogy a >C= C-OH szerkezet labilis, az enolos hidroxilcsoport sav-bázis katalízissel átalakul a stabilabb keto-formába. Ezt a folyamatot keto-enol tautomer átalakulásnak nevezzük.  Fenoloknak nevezzük mindazokat a hidroxivegyületeket, amelyekben a hodroxilcsoport közvetlenül az aromás gyűrűhöz kapcsolódik.  Az aromás gyűrű lehet homo- vagy heterociklusos, monociklusos vagy kondenzált.  A fenolos hidroxilcsoport különbözik az alkoholostól: a fenolokban az O-H kötés polárosabb, ezért a fenol erősebb sav, mint az enolok.  Az enolok és fenolok reakciói  Keto-enol tautomer átalakulás: a proton alakjában történő hidrogéntranszfer sav-bázis katalizátor közvetítésével zajlik: >C= C-O-H ⇔ >CH-C= O. A konjugált sav protonja az enolos forma sp2 hibrid-állapotú szenét támadja meg és protonálja ezt a szénatomot. A szén sp3 hibridállapotúvá válik, eközben a szomszédos

szénatom a hidroxilcsoport H-O kötőelektronpárja a proton eltávolításával egyidőben a C O kötésre tevődik át és így létrejön a karbonil (keto-, vagy aldehid-) csoport, a σ C-O kötés mellett kialakul a πkötés is. Az egyensúlyi folyamatban az oxo forma sp3 hibridállapotú szenének deprotonálásával és a karbonilcsoport oxigénjének protonálódásával, továbbá a π-kötés elektronjainak oxigénre történő lokalizációjával az enolos forma ismét kialakulhat. A biológiai rendszerekre jellemző pH értékek mellett igen erősen a keto-forma felé van eltolódva az egyensúly.  A fenol lúggal fenolátot képez, ezen túl általában elmondható róla, hogy az alkoholoknál leírt reakciókat a fenol is adja. A fenolok acilezésével észterek keletkeznek.  A fenolok és fenolszármazékok oxidálhatók, kinonok állíthatók így elő, melyek már nem aromásak. Az egyértékű fenolokból szemikinonok, a kétértékű orto- és

para-difenolokból kinonok képződnek. Szerves kémia  Fontosabb fenolok  Fenol • Hidroxi-benzol, karbolsa. • Tiszta állapotban színtelen kristályos anyag. Olvadáspontja 42 oC, forráspontja 181 oC. • Levegőn állva megszíneződik, először rózsaszínűvé, majd barnásvörössé válik. • Vízzel korlátozottan elegyedik. • Kellemetlen szagú anyag, erősen mérgező, bőrre kerülve veszélyes égési sebeket okoz. • Fertőtlenítő hatású, de ma már e célra nem alkalmazzák. Vasúti talpfákat szoktak tartósítani fenoltartalmú kátránnyal. • Felépítése benzolgyűrű egyik H-atomja helyén –OH csoport.  Naftol • Kondenzált gyűrűs fenol. • Két gyűrű kapcsolódik, ahol tulajdonképpen az egyik egy tiszta benzolgyűrű, a másik egy fenol. • A „fenol részen” lévő –OH csoport elhelyezkedése alapján megkülönböztetünk

α-naftolt és β-naftolt. Az utóbbiban az előzőhöz képest az –OH csoport ortohelyzetben van, persze ez a kifejezés nem helyes, hiszen mindkét vegyületben egyetlen –OH csoport kapcsolódik a két gyűrűhöz. Szerves kémia 26. Az éterek előállítása, fizikai-kémiai és kémiai tulajdonságaik.  Éterek előállítása  Az éterek nem tartalmaznak hidroxilcsoportot, de az alkoholokból vezethetők le.  Éter keletkezik, ha két alkohol vízkilépés közben összekapcsolódik.  Az éterekre jellemző funkciós csoport a C-O-C.  Az alkoholok egy jellemző reakciója során, éterképzés közben keletkezik éter, miután az alkohol először alkiloxiddá alakul, majd az alkilhalogeniddel reagálva éter és halogenidiont képez. Ez egy nukleofil szubsztitúciós reakció  Éterek fizikai-kémiai tulajdonságai  Az étereket (az alkoholokkal együtt) a nem

lineáris térszerkezet (a kötésszögek a tetraéderes szöghöz közeli értékkel) és az oxigén atom által kiváltott polarizáció jellemzi.  A szénatomnak és a hidrogénatomnak az oxigénhez képest kicsi az elektronegativitása, így a C-O és a H-O kötések egyaránt polárosak, az oxigén atom körül nagyobb az elektronsűrűség, az alkoholok és az éterek dipólus jellegűek.  Az éterek kémiai tulajdonságai  Az éterek oxigénatomja képes a proton felvételére, ilyenkor az alkoxóniumion (hidroxidion analógiájára) keletkezik.  Az éterek gyenge bázisok, így konjugált savpárjuk középerős savként viselkednek. Ennek megfelelően sav-bázis reakcióra csak akkor kerül sor, ha az éterek erős savakkal reagálnak. Szerves kémia 27. Az oxovegyületek nomenklatúrája, előállítása, fizikai-kémiai tulajdonságaik.  Az oxovegyületek

nomenklatúrája  Az oxigénatom kétvegyértékű, ennek megfelelően háromféle konstitúciós helyzetbe épülhet be valamilyen szénhidrogén molekulába.  Alkoholok: az oxigén csak egy kötéssel kapcsolódik a szénatomhoz, a másik vegyértékével pedig egy hidrogénatomhoz. Ilyen módon a molekulában egy jellemző funkciós csoport, az alkoholos hidroxilcsoport jön létre. A vegyületet egy molekulájában a szénatomokon túl egy, vagy több hidroxilcsoport is van.  Éterek: az oxigénatom két sp3 hibridállapotú szénatomhoz kapcsolódik egyegy kötéssel. A molekulának ezt a részletét étercsoportnak nevezzük Az éterek jellegzetes ismertetőjele ez a fajt kötés.  Oxovegyületek: az oxigénatom mindkét kötésével egyetlen szénatomhoz (sp2) kötődik, így kialakul az oxocsoport. Az összekapcsolódott szénatom és a kettőkötésű oxigénatom együttesen a karbonilcsoportot adja (>C=O). • Aldehidek: a karbonilcsoport a láncvégen

helyezkedik el (formilcsoport [-CHO]). • Ketonok: a karbonilcsoport két különböző szénatomhoz kapcsolódik a láncon belül (>CO). • Nyílt szénláncú vagy gyűrűs aldehidek és ketonok: az alapszénhidrogén jellege szerint. • Telített vagy telítetlen aldehidek és ketonok: az alapszénlánc telítettsége szerint. • Dialdehidek, diketonok, ketonaldehidek, polioxovegyületek: az oxocsoportok száma és konstitúciós helyzete szerint különböztetjük meg őket.  Oxovegyületek előállítása  Legegyszerűbben egyszerű alkoholok oxidációjával állíthatók elő az oxocsoporttal rendelkező oxovegyületek.  Primer alkoholok oxidációja során aldehid keletkezik.  Secunder alkoholok oxidációja során keton keletkezik.  Az oxidációs lépések során az érintett szénatom oxidációs száma +II-vel nő, tehát +I-ről +I-re emelkedik, mivel két elektron átmenetéve jár a reakció.  Oxovegyületek fizikai-kémiai tulajdonságai  A

>C=O kötés polározott, ami döntően befolyásolja ezeknek a vegyületeknek a fizikai-kémiai tulajdonságait.  Nukleofil reagensekkel mutatnak reakciókészséget, ami a pozitívan polározott szénatomnak köszönhető. Szerves kémia      A gyengén bázikus jellegért a negatívan polározott oxigénatom a felelős. A polarizáció révén a dipólus molekulák asszociációra képesek, a karbonil csoport asszociációja viszont gyengébb mint az alkoholoké, hiszen itt a hidrogénkötés kialakulására nincs esély. Ennek megfelelően az oxovegyületek forráspontja alacsonyabb, mint a hasonló szénatomszámú alkoholoké. A karbonilcsoport protolítikus oldószerrel (pl. vízzel) asszociálhat, a C 1 – C 4 aldehidek és a C 3 – C 4 ketonok ezért jól oldódnak vízben. A karbonil-szénatom sp2 hibridállapotú, így az őt körülvevő ligandumok

(karbonil.oxigén, a szénatom, és az X szén) planáris elrendeződést mutatnak Szerves kémia 28. Az oxovegyületek reakciói, fontosabb oxovegyületek.  Az oxovegyületek reakciói  A formilcsoport és a karbonilcsoport hasonlósága miatt a polimerizációt kivéve az aldehidek és a ketonok azonos reakcióra képesek.  Oxido-redukcó: az aldehidek könnyen redukálhatók primer alkoholokká, illetve oxidálhatók karbonsavakká. A ketonok nem oxidálhatók, csak lánchasadással karbonsavakká. A ketonok redukciójakor secunder alkoholokhoz jutunk.  Nukleofil addíció: ezen reakciók közös vonása, hogy az sp2 hibridállapotú karbonilcsoport telítődik, sp3 hibridállapotú szénatom keletkezik és eközben belép a molekulába az új nukleofil szubsztituens. Számos esetben a nukleofil addíciót víz kilépése (kondenzáció) kíséri. A A N -ban támadó nukleofil

molekula a karbonil csoport pozitívan polározott szénatomjára támad. Ennek eredményeképp a támadó ágens az sp2 szénatom elektronjait a karbonilcsoport oxigénjére áttaszítja, lokalizálja. A szénatom negyedik vegyértéke így szabaddá válik, ide a támadó ágens magányos elektronpárja révén koordinatív kovalens kötést létesít és az addícióval sp3 hibridállapotú szénatom keletkezik.  Fontosabb oxovegyületek  Formaldehid • HCHO • Szúrós szagú gáz, vizes oldata a formalin. • Nagyon erős sejtméreg, baktericid hatású, ezért fertőtlenítésre használják. • A fehérjék szabad aminocsoportjaihoz kapcsolódhat, ezzel a szöveteket konzerválja.  Acetaldehid • CH 3 -CHO • Kellemetlen, szúrós szagú, mérgező anyag. • Forráspontja igen alacsony, +20 oC, így a külső körülményektől függ a halmazállapota. • A szerves szintézisek egyik kiindulási anyaga.  Retinál • Az A-vitamin oxidációjával keletkezik az

emberi szervezetben.  Benzaldehid, furfurol • Aromás aldehidek közül a legismertebbek.  Glicerinaldehid • A glicerin egyik primér alkoholos hidroxilcsoportjának oxidációjával keletkezik. • Jelentősége a szénhidrátok kémiájában van. Szerves kémia  Aceton • Nagy mennyiségben gyártják, mert a szerves-oldószerek egyik legjobbika. • Az alifás (nyílt szénláncú) ketonok narkotikus, nyálkahártya izgató és toxikus hatásuk miatt veszélyesek lehetnek. Szerves kémia 29. A karbonsavak nomenklatúrája, előállítása, fizikai-kémiai tulajdonságaik.  A karbonsavak nomenklatúrája  A karbonsavakban előforduló karboxilcsoportok (COOH) száma szerint mono-, di-, tri- vagy polikarbonsavakról beszélünk, más nomenklatúra szerint egy-, két-, három-

vagy többértékű karbonsavak.  A karboxil csoport(ok)hoz kapcsolódó alkilcsoport jellege szerint alifás, ciklusos, aromás illetve heterociklusos karbonsavak.  Az alkilcsoport telítettsége alapján telített vagy telítetlen karbonsavak.  Az alkilcsoportban előforduló egyéb funkciós csoportok alapján hidroxikarbonsav (hidroxilcsoport), oxokarbonsav (karbonil csoport), aminokarbonsav (aminocsoport), halogén-karbonsav (halogénatom).  A karbonsav nomenklatúra szerint az alkilcsoportot karboxilcsoporttal szubsztituáltnak tekintjük és így nevezzük el a zsírsav molekulát: • A szénlánc szénatomjait a karboxilcsoporttal kezdve megszámozzuk és megjelöljük, hogy a szubsztituens(ek) melyik szénatom(ok)hoz kapcsolódnak. • A karboxilcsoport melletti szénatomtól kiindulva az egyes szénatomokat a görög ABC betűivel jelöljük meg és ehhez rendeljük az egyes szubsztituenseket. Hosszabb szénláncok esetében az utolsó szénatomot mindig

ω-szénatomnak nevezzük.  A karbonsavakat triviális névvel is illetjük (hangyasav, ecetsav, vajsav, stb).  A karbonsavak előállítása  Primer alkoholokból, aldehiden át oxidációval karbonsavak keletkeznek. Ketonokból csak lánctöréssel állíthatók elő karbonsavak. A karbonilszénatomon az oxidációs szám változása +II: R–CH 2 OH (primer alkohol) R–CHO (aldehid) R–COOH (karbonsav)  Aromás vegyületek oldalláncai az alkillánc hosszától függetlenül oxidációval karboxilcsoporttá alakulnak. Például toluolból és etilbenzolból egyaránt benzoesav keletkezik.  A karbonsav-észterek hidrolízisével karbonsavat és alkoholt kapunk: R–COOQ (karbonsav-alkil-észter) RCOOH (karbonsav) + QOH (alkohol)  A karbonsavak fizikai-kémiai tulajdonságai  Hidrogén-híd képzés • A karbonsavak az alkoholokhoz hasonlóan képesek H-híd kötésekkel asszociálni, ezért magasabb a forráspontjuk, mint azt a molekulatömeg alapján

várnánk. • A karbonil csoport oxigénjének magányos elektronpárja révén kitűnő protonakceptor, a hidroxilcsoport viszont az O-H kötés Szerves kémia   polározottsága miatt igen erős protondonor, így két hidrogénhíd alakulhat ki a karbonsav molekulák között. Savasság • A szénvegyületek között a legerősebb savak. • A karboxilát anionban a szimmetrikus, egyenletes delokalizált elektroneloszlás úgy valósulhat meg, hogy az elektronfelesleg is delokalizálódik a két oxigénatomon, így mindkét axigénatomnak jut egy fél negatív töltés. A proton lehasadásának hajtóereje az, hogy különlegesen stabil anion képződik. • A legismertebb szerves sav, az ecetsav a sósavval szemben a vízben csak részlegesen disszociál. Ez azért van így, mert a savak disszociációjából származó hidroxónium kation protonjáért a konjugált bázisok

harcban állnak a víz molekuláival. Ha a sav konjugált bázisa gyengébb bázis, mint a víz, akkor a folyamat a teljes disszociáció irányába van eltolva. Ellenkező esetben nem Márpedig a HCl konjugált bázisa gyengébb bázis, mint a víz, az ecetsavé pedig azzal összemérhető. Az ecetsav disszociációját erős bázisok fokozzák. Karbonsavak és sóinak oldékonysága, felületaktív anyagok • A szénatomszám növekedésével a karbonsavak oldhatósága vízben egyre inkább csökken. A karboxilcsoportok egymáshoz kapcsolódhatnak, a vízmolekulákkal is alkothatnak hidrogénhidakat, de ezek nem elégségesek ahhoz, hogy a nagy apoláros alkilcsoportokkal rendelkező zsírsavakat oldatba vigyék. • Sóik jobban oldódnak vízben, mint maguk a karbonsavak, mert a negatívan töltött karboxilát aniont sokkal nagyobb hidrátburok veszi körül, mint a karboxilcsoportokat. • A hosszabb szénláncú zsírsavak sóit szappanoknak nevezzük. Ezek a vízben

emulgeált zsírt, mint felületaktív anyagok oldják; az apoláros alkilrész a zsírban oldódik, a poláros rész pedig a víz felé orientálódik, a zsírcsepp felszínén található. Szerves kémia 31. A dikarbonsavak oxi- illetve oxokarbonsavak reakciói.  Szerves kémia 32. A fontosabb karbonsavak.  Telített monokarbonsavak  Hangyasav • H-COOH • Nagyon csípős szagú, erősen maró folyadék. A zsírsavak közül a legerősebb sav. A hangyák csípős váladékából izolálták  Ecetsav • CH 3 COOH • Legfontosabb karbonsav. Csípős, ecetszagú folyadék • +17 oC-on megfagy, jéggé dermed, ezért jégecetnek is nevezik. • Ételízesítésre már nagyon régen használják. • Az ecetsavban található savgyök, az acetilcsoport (CH 3 CO-) a KoAhoz kötődve

az anyagcserefolyamatokban kulcsvegyületnek számít.  Aromás karbonsavak  Benzoesav • Dekarboxilezve benzol keletkezik belőle. • Az orto-hidroxibenzoesav, azaz a szalicilsav származéka az acetilszalicilsav (aszpirin).  Nikotinsav • Heteroaromás vegyület.  Telítetlen monokarbonsavak  Akrilsav • származékai közül polimerizációval keletkező műanyagokat, a polakrilátokat a fogászatban kompozíciós tömőanyagokként is használják.  Olajsav • Zsírok és olajok fő összetevője. • Többszörösen telítetlen zsírsavakat az állati szervezet nem képes előállítani, a táplálékkal kell felvenni őket, ezért ezeket esszenciális zsírsavaknak is nevezzük.  Arachidonsav • Négy telítetlen kötést tartalmazó vegyület.  Dikarbonsavak  Oxálsav • Sóskában található, első disszociációs állandója nagyobb, mint a második, mert a szomszédos karboxilcsoportok elektronszívó hatása miatt a protonok polarizáltabb

kötésben vannak. Az első proton Szerves kémia leválásakor keletkező negatívan töltött anion a második protontól nehezebben válik meg.  Telítetlen zsírsavak  Maleinsav és fumérsav • Telítetlen dikarbonsavak, egymás geometriai izomerjei.  Hidroxikarbonsavak  Glikolsav • A karboxilcsoportokon kívül egy vagy több hidroxilcsoportot is tartalmaz. • A glikolsav a hidroxikarbonsavak homológ sorában a legegyszerűbb.  Tejsav • Hidroximonokarbonsavak közé tartozik. • Az anaerob glikolízis végterméke izomszövetben illetve baktériumokban.  Kólsav • Karboxilcsoportot tartalmazó szteránvázas vegyület. • Az epesavak felületaktív anyaga: a váz egyik részén poláros hidroxil és karboxilcsoportokat tartalmaz elősegítve a poláros anyagok kötődését, másik részen apoláros metilcsoport és maga a váz helyezkedik el. Így az

epesavak detergensei  Oxokarbonsavak  Piroszőlősav és oxálecetsav • Szénláncukban valamelyik szénatomon karboxilcsoport helyettesíti. • Központi szerepük van az anyagcserében. a hidrogéneket  Aminokarbonsavak  Szénláncukban szubsztituensként egy –NH 2 (amino) csoport van.  Ezek nem egyenlők a savamidokkal, ahol az aminocsoport a karboxilcsoport –OH csoportját helyettesíti.  Biológiai jelentőségük a fehérjék felépítésében van.  Szénsavszármazékok  Foszgén • A szénsav kloridja. • Szerves szintetikus rekciókban valamint harcigázként használható föl.  Karbamid (urea) • A szénsav diamidja. • Emlősök vizeletében számottevő mennyiségben megtalálható. Szerves kémia 33. A kéntartalmú szerves vegyületek előállítása, fizikai-kémiai és kémiai tulajdonságaik. Fontosabb tiovegyületek  A

kéntartalmú szerves vegyületek előállítása  A kén legelterjedtebb hat biogén elem egyike.  A kéntartalmú szerves vegyületek egyik csoportjában, a tiovegyületekben a szénvázban, vagy a funkciós csoportban az oxigént helyettesíti.  Szerves kémia 34. A nitrogéntartalmú szerves vegyületek csoportjai. Nitrovegyületek előállítása, fizikai-kémiai tulajdonságaik és reakcióik. Fontosabb nitrovegyületek.  A nitrogéntartalmú szerves vegyületek csoportjai  Egy vagy két N-atom foglalhat helyet a heterociklusos alapvázakban, vagy más szénvázakban, de egy vagy két N-atomot találhatunk a sokféle szerkezetű, különböző vázakhoz kapcsolódó funkcionális csoportokban is.  Az ilyen funkciós csoportokat a bennük lévő nitrogén redukáltsága szerint csoportosítjuk. A legredukáltabb ilyen vegyület az ammónia, majd a hidrazin (NH 2 -HN 2

), az azoimid (NH 3 ) és az elemi nitrogén.  A sor legoxidáltabb tagjai a nitrogéntrioxid (N 2 O 5 ), a salétromossav savanhidridje, a nitrogénpentoxid (N 2 O 5 ), a salétromsav savanhidridje és a nitrogédioxid (NO 2 ) a salétromsav és a salétromossav vegyes anhidridje.  Ammónia származékok: ide tartoznak a primer, a secunder, a tercier aminok, ahol az ammónia molekula 1, 2, 3 hidrogénjét szerves csoporttal (pl. alkil) helyettesítjük, továbbá az NH 4 +-ból származtatható kvaterner ammónium iont tartalmazó származékok.  Hidrazin származékok: ezekben a hidrazin egy vagy több hidrogén atomját szerves váz(ak) helyettesítheti(k).  Nitril vegyületek: tulajdonképpen a HCN szerves származékai. Szerves vegyületekben a -C ≡ N gyököt nitril csoportnak nevezik.  Nitrozovegyületek: bennük nitrozocsoport (-N=O) található.  Nitrovegyületek: bennük nitrocsoport (-NO 2 ) található. Ha a nitro- vagy nitrozocsoport nem közvetlenül,

hanem oxigénen keresztül kapcsolódik szénatomhoz, akkor salétromsav- vagy salétromossav észterről beszélünk (szerves nitrátok, illetve nitritek).  Nitrovegyületek kémiai tulajdonságai és reakciói  A nitrocsoport elektronszívó hatású, ezért az aromás nitrovegyületben a fenolos hidroxilcsoport savasságát fokozza. A 2,4,6-trinitrofenol esetében már a triviális név (pikrinsav) is utal az erős savi jellegre.  A nitrocsoport megfelelő körülmények között redukálható, így aminok állíthatók elő.  Fontosabb nitrovegyületek  Nitrobenzol • Sárgaszínű, csillogó, keserűmandula szagú folyadék, olcsóbb piperecikkek illatosítására használják.  2,4,6-trinitrotoluol (TNT) • Legelterjedtebb „klasszikus” robbanószer. Szerves kémia   2,4-dinitrofenol • A sejlégzés vizsgálatában tölt be fontos szerepet,

szétkapcsolja egymástól az elektron-transzportot és a foszforilációt. 2,4-dinitrofluorbenzol • A fehérjeszerkezet vizsgálatának fontos reagense. • Benne a két nitrocsoport annyira fellazítja a halogént, hogy aminosavak aminocsoportjaival könnyen kicserélhetővé válik. • A fehérjék hidrolízise után nyert keveréket kromatográfiásan komponenseire bontják, s megvizsgálják, mely aminosavak – aminocsoportjai vannak dinitro-fenilálva. Ebből egyértelműen megállapítható, melyik az N-terminális aminosav. Szerves kémia 35. Aminok csoportosítása, előállítása, fizikai-kémiai tulajdonságaik.  Aminok csoportosítása, előállítása  Az aminok olyan nitrogéntartalmú szénvegyületek, amelyek molekuláiban a nitrogénatom egyszeres kötéssel kapcsolódik egy, két vagy három szénatomhoz, a többi vegyértékét pedig hidrogénatomok kötik le.

 Az ammónia szerves származékai, hiszen úgy is levezethetők, hogy az ammónia egy, két vagy három hidrogénatmját helyettesítjük szénhidrogén csoportokkal.  Ebből következtethetünk az előállításra is: az aminokat nyílt szénláncú alkilhaloidokból és ammóniából állíthatjuk elő. A folyamat során nem egységes termék képződik, hanem primer, szekunder, trecier és kvaterner amin egyaránt keletkezhet.  A N-hez kapcsolódó szénhidrogén csoportok számának megfelelően primer, secunder, tercier, kvaterner aminokról beszélönk.  Az R= N-H típusú vegyületek nem aminok, hanem iminek, hiszen itt kettősköéssel csak egy alkilcsoport kapcsolódik a nitrogénatomhoz.  Az aminocsoportokhoz kapcsolódó szerves szubsztituensek karaktere szerint (alkil-, alkenil-, cikloalkenil-, aromás aminok).  A molekulában megtalálható aminocsoportok száma szerint (mono-, di-, tri-, poliaminok).  A nitrogénatomhoz kapcsolódó szénhidrogén

csoport egyaránt lehet telített (alkil), telítetlen vagy aromás (aril).  Az aminok fontosabb tulajdonságai  Legjellegzetesebb tulajdonságuk bázikus karakterük. A magányos elektronpárt tartalmazó nukleofil nitrogénatom mind protonokat, mind alkil csoportokat megköthetnek, ezáltal kvaterner ammoniumionná válik.  A molekulák közti hidrogénkötések miatt a primer és secunder aminok forráspontja magasabb, mint a közel azonos molekulatömegű szénhidrogéné, a tercier aminoké viszont gyakorlatilag azonos azzal. Az aminok forráspontja alacsonyabb, mint a velük azonos molukulatömegű alkoholoké.  Mivel a nitrogénatom jó akceptora a vízmolekulák által létesített hidrogénkötéseknek, az aminok viszonylag jól oldódnak vízben, jobban, mint az alkoholok. Éterben, alkoholban az aminok jól oldódnak Szerves kémia 36. Aminok reakciói, fontosabb

aminok és származékaik.  Aminok reakciói  Bázikus karakterük miatt erős savval sót képeznek: R-NH 2 + HCl R-NH 3 Cl.  Acilhaloidokkal acilezhetők: R-NH 2 + Q-COCl R-NH-CO-Q + HCl.  Alkilezhetők, ilyenkor magasabb rendű aminok keletkeznek.  Salétromossavval adott reakciók: • Primer aminok salétromossav hatására dezaminálódnak, alkohol és nitrogéngáz keletkezik: R-NH 2 + HNO 2 R-OH + N 2 + H 2 O.  Oxovegyületekkel a primer aminok Schiff-bázisokat képeznek. • Egy aldehid vagy keton primer aminnal Schiff bázis keletkezése közben reagál. A Schiff-bázis képződésének az aminosavak transzaminálásában van jelentősége. • A legtöbb aminosav a transzaminálás során veszti el aminocsoportját.  Fontosabb aminok  Etanolamin és kolin • A kolin az etanolamin trimetilált származéka. • Mindkettő a foszfolipidek alkotórésze.  Aminosavak • Az aminovegyületek közé sorolhatók. Szerves kémia

37. Savamidok és a szénsav nitrogéntartalmú származékai.  Savamidok  A savamidok a karbonsavak illetve anorganikus savak –OH csoportjainak az –NH 2 , vagy –NH-R csoporttal történő helyettesítésével vezethetők le.  A savamidokban olyan σ-váz található, amelyen a két π-kötés elektronpárja és a N nemkötő elektronpárja delokalizálódott. Ezért, eltérően az aminoktól nem bázisos jellegűek, mivel a nemkötő elektronpár delokalizációja miatt a nitrogénatom protonkötő képessége csökken. A delokalizált szerkezet síkalkatot tesz lehetővé, ennek következtében geometriai izoméria jelenik meg ezekben a vegyületekben.  A savamidok planáris szerkezetének a fehérjék szerkezetében is nagy jelentősége van, mivel a peptidkötés savamid-kötésnek tekinthető, így a delokalizált jelleg ott is megjelenik.  A savamidok amfoter karakterű vegyületek,

melyek igen jó hidrogénkötésképzők. Ennek oka, hogy a nagy elektronsűrűségű oxigén jó akceptor, míg a N-H kötésben lévő proton jó donor. Ez a sajátosság igen fontos a fehérjék szekunder szerkezetének kialakításában, ahol a peptid(amid)kötések között alakulnak ki H-hidak.  Az alkaloidok közül a lizergsav-dietilamid (LSD) tartalmaz savamid kötést.  A szénsav nitrogéntartalmú származékai  Karbamidsav, karbamid • Mindkettő a szénsav amidja. • A karbamidsav több biokémiai szintézis, út előanyaga. • A karbamid a nitrogénanyagcsere egyik végterméke. Nagy mennyiségben fordul elő a vizeletben és arról is nevezetes, hogy Wöhler ezt a vegyületet állította elő szervetlen ammóniumcianátból (HN 4 OCN), ezzel megcáfolva a „vis vitalis” elméletet. • A karbamid oxigénjét imincsoporttal helyettesítve kapjuk a guanidint. A guanidino-csoport az argininben (aminosav) fordul elő