MITÄ SIDOKSILLE TAPAHTUU KEMIALLISESSA REAKTIOSSA

Samankaltaiset tiedostot
Liittymis- eli additioreaktio Määritelmä, liittymisreaktio:

Reaktiomekanismi. Tänä päivänä hyödynnetään laskennallista kemiaa reaktiomekanismien määrittämisessä/selvittämisessä!

Orgaanisten yhdisteiden rakenne ja ominaisuudet

Lämpö- eli termokemiaa

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Vahvat&heikot protolyytit (vesiliuoksissa) ja protolyysireaktiot

2. Täydennä seuraavat reaktioyhtälöt ja nimeä reaktiotuotteet

8. Alkoholit, fenolit ja eetterit

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Vahvat&heikot protolyytit (vesiliuoksissa) ja protolyysireaktiot

Kondensaatio ja hydrolyysi

Kertausta 1.kurssista. KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä. Hiilen isotoopit

SIDOKSET. Palautetaan mieleen millaisia sidoksia kemia tuntee ja miten ne luokitellaan: Heikot sidokset ovat rakenneosasten välisiä sidoksia.

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

Helsingin yliopiston kemian valintakoe. Keskiviikkona klo Vastausselvitykset: Tehtävät:

Törmäysteoria. Törmäysteorian mukaan kemiallinen reaktio tapahtuu, jos reagoivat hiukkaset törmäävät toisiinsa

Kemian perusteet farmasiassa osa II: orgaaniset yhdisteet/tapio Nevalainen Loppukuulustelu b) ketoni

8. Alkoholit, fenolit ja eetterit

Kovalenttinen sidos ja molekyyliyhdisteiden ominaisuuksia

10. Karbonyyliyhdisteet. Karboksyylihapot ja niiden johdannaiset

Johdantoa. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

2. Alkaanit. Suoraketjuiset alkaanit: etuliite+aani Metaani, etaani... Dekaani (10), undekaani, dodekaani, tridekaani, tetradekaani, pentadekaani..

12. Amiinit. Ammoniakki 1 amiini 2 amiini 3 amiini kvarternäärinen ammoniumioni

ORGAANINEN KEMIA 1 (KE )

3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

CHEM-A1200 Kemiallinen rakenne ja sitoutuminen

Kemian tehtävien vastaukset ja selitykset Lääketieteen ilmainen harjoituskoe, kevät 2017

Kemia 1. Mooli 1, Ihmisen ja elinympäristön kemia, Otava (2009) MAOL taulukot, Otava

KE Orgaaninen kemia 1

Hapetus-pelkistymisreaktioiden tasapainottaminen

Veden ionitulo ja autoprotolyysi TASAPAINO, KE5

Bensiiniä voidaan pitää hiilivetynä C8H18, jonka tiheys (NTP) on 0,703 g/ml ja palamislämpö H = kj/mol

Luku 3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

Kemia 1. Mooli 1, Ihmisen ja elinympäristön kemia, Otava (2009) MAOL-taulukot, Otava

KEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET

Puhdasaine Seos Aineen olomuodot

MUUTOKSET ELEKTRONI- RAKENTEESSA

Ionisidos ja ionihila:

d) Klooria valmistetaan hapettamalla vetykloridia kaliumpermanganaatilla. (Syntyy Mn 2+ -ioneja)

HEIKOT VUOROVAIKUTUKSET MOLEKYYLIEN VÄLISET SIDOKSET

Kemian perusteet, osa II: orgaaniset yhdisteet (3.0 ov, 4.5 op) Vastaukset luentomonisteen 2011 tehtäviin

Kemian opiskelun avuksi

Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

POHDITTAVAKSI ENNEN TYÖTÄ

Kemiallisia reaktioita ympärillämme Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet

ORGAANINEN KEMIA. = kemian osa-alue, joka tutkii hiilen yhdisteitä KPL 1. HIILI JA RAAKAÖLJY

Avaruus- eli stereoisomeria

KPL1 Hiili ja sen yhdisteet. KPL2 Hiilivedyt

Liuos voi olla hapan, emäksinen tai neutraali

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

sulfonihappoihin fenoleihin aldehydeihin amiineihin

Tehtävä 1. Valitse seuraavista vaihtoehdoista oikea ja merkitse kirjain alla olevaan taulukkoon

1. Kemialliset reaktiot Kemiallisessa reaktiossa tapahtuu energiamuutoksia, kun sidoksia katkeaa ja uusia sidoksia muodostuu. Kemiallinen reaktio voi

KE2 Kemian mikromaailma

Jaksollinen järjestelmä

Avaruus- eli stereoisomeria

Kertaus. Tehtävä: Kumpi reagoi kiivaammin kaliumin kanssa, fluori vai kloori? Perustele.

Orgaanisissa yhdisteissä on hiiltä

Henkilötunnus: - KOULUTUSOHJELMA Sukunimi: Etunimet: Nimikirjoitus: KEMIA. Kemian kuulustelu klo 9.00

KE1 KERTAUSTA SIDOKSISTA VASTAUKSET a) K ja Cl IONISIDOS, KOSKA KALIUM ON METALLI JA KLOORI EPÄMETALLI.

Biomolekyylit ja biomeerit

Orgaanista kemiaa. Yhdistetyypit ja nimeäminen

EPIONEN Kemia EPIONEN Kemia 2015

1. a) Selitä kemian käsitteet lyhyesti muutamalla sanalla ja/tai piirrä kuva ja/tai kirjoita kaava/symboli.

Ionisidos syntyy, kun elektronegatiivisuusero on tarpeeksi suuri (yli 1,7). Yleensä epämetallin (suuri el.neg.) ja metallin (pieni el.neg.) välille.

Infrapunaspektroskopia

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta dia-valinta 2016

Erilaisia entalpian muutoksia

1. Malmista metalliksi

HEIKOT SIDOKSET. Heikot sidokset ovat rakenneosasten välisiä sidoksia.

ATOMIN JA IONIN KOKO

VÄRIKÄSTÄ KEMIAA. MOTIVAATIO: Mitä tapahtuu teelle kun lisäät siihen sitruunaa? Entä mitä havaitset kun peset mustikan värjäämiä sormia saippualla?

ULKOELEKTRONIRAKENNE JA METALLILUONNE

TERVEYDEN BIOTIETEIDEN Henkilötunnus: - KOULUTUSOHJELMA Sukunimi: Etunimet: Nimikirjoitus: KEMIA. Kemian kuulustelu klo 12.

Terveyden biotieteiden valintakoe / kemia 1 (10) Henkilötunnus - Sukunimi Etunimet. Allekirjoitus KEMIAN KYSYMYKSET

Määritelmä, metallisidos, metallihila:

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

Neutraloituminen = suolan muodostus

vi) Oheinen käyrä kuvaa reaktiosysteemin energian muutosta reaktion (1) etenemisen funktiona.

Tehtävä 2. Selvitä, ovatko seuraavat kovalenttiset sidokset poolisia vai poolittomia. Jos sidos on poolinen, merkitse osittaisvaraukset näkyviin.

a) Puhdas aine ja seos b) Vahva happo Syövyttävä happo c) Emäs Emäksinen vesiliuos d) Amorfinen aine Kiteisen aineen

Alikuoret eli orbitaalit

Massaspektrometria. magneetti negat. varautuneet kiihdytys ja kohdistus

Vanilliini (karbonyyliyhdiste) Etikkahappo (karboksyyliyhdiste)

Atomin elektronikonfiguraatiot (1)

Kvanttimekaaninen atomimalli. "Voi hyvin sanoa, että kukaan ei ymmärrä kvanttimekaniikkaa. -Richard Feynman

Käytetään nykyaikaista kvanttimekaanista atomimallia, Bohrin vetyatomi toimii samoin.

Bentseeni on vaikeasti reagoiva yhdiste. Bentseeni on avaruusrakenteeltaan tasomainen. Bentseenin

Kemia s10 Ratkaisut. b) Kloorin hapetusluvun muutos: +VII I, Hapen hapetusluvun muutos: II 0. c) n(liclo 4 ) = =

CHEM-A1200 Kemiallinen rakenne ja sitoutuminen

Kemiallinen reaktio

Lukion kemian OPS 2016

Kemian koe, KE3 Reaktiot ja energia RATKAISUT Maanantai VASTAA YHTEENSÄ VIITEEN TEHTÄVÄÄN

KE03. Kurssikalvot. Tuomas Hentunen. Kevät Tuomas Hentunen KE03 Kevät / 26

Näiden aihekokonaisuuksien opetussuunnitelmat ovat luvussa 8.

KE2 KURSSIKOE 4/2014 Kastellin lukio

KE1 Ihmisen ja elinympäristön kemia

TERVEYDEN BIOTIETEIDEN Henkilötunnus: - KOULUTUSOHJELMA Sukunimi: Etunimet: Nimikirjoitus: KEMIA. Kemian kuulustelu klo 12.

8. Alkoholit, fenolit ja eetterit

Kemian koe, Ke3 Reaktiot ja energia RATKAISUT Perjantai VASTAA YHTEENSÄ KUUTEEN TEHTÄVÄÄN

Transkriptio:

MITÄ SIDOKSILLE TAPAHTUU KEMIALLISESSA REAKTIOSSA REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Kaikissa kemiallisissa reaktioissa atomit törmäilevät toisiinsa siten, että sekä atomit että sidoselektronit järjestyvät uudelleen. Reaktiomekanismi kuvaa sitä, miten ja missä järjestyksessä nämä ilmiöt tapahtuvat. KERTAUSTA - sidoselektroniparit - vapaat elektroniparit - sp 3 -hybridisoituminen Hiiliatomin sp 2 -hybridisaatio Hiiliatomin sp 2 -hybridisaatiossa sekoittuvat yksi 2s-atomiorbitaali ja kaksi 2p-atomiorbitaalia. Yksi hiilen 2p-atomiorbitaaleista ei osallistu hybridisaatioon. Tämä hybridisoitumaton p-atomiorbitaali on kohtisuorassa hybridiorbitaalien muodostamaa tasoa vastaan. 1

MISSÄ REAKTIO TAPAHTUU? Kun erimerkkiset ionit vetävät toisiaan puoleensa, syntyy ionisidoksia. Tätä ilmiötä kutsutaan kiteytymiseksi (liuokset saostuminen). Kun kaksi molekyyliä reagoi keskenään, vanhat sidokset katkeavat ja uudet syntyvät, syntyy kovalenttisia sidoksia. Orgaanisilla yhdisteillä reaktio tapahtuu funktionaalisissa ryhmissä. Siellä on kohtia, joissa on paljon elektroneja tai elektronivajausta. 2

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Orgaanisten yhdisteiden reaktioita Orgaanisille yhdisteille reaktiot tapahtuvat pääsääntöisesti funktionaalisissa ryhmissä, joissa on vapaita elektroneja tai joka on muuten molekyylin reagoivin osa (kaksois- ja kolmoissidokset). Hiiliketjua merkitään R (bentseenirengasta Ar). Hiilirunko säilyy useimmiten muuttumattomana. Orgaanisille yhdisteille reaktiot olivat: 1. Korvautumis- eli substituutioreaktiot, S N 1, S N 2 2. Liittymis- eli additioreaktiot 3. Eliminaatioreaktio 4. Kondensaatioreaktiot 5. Hydrolyysireaktio 6. Protoninsiirtoreaktiot 7. Hapettumis-pelkistymisreaktiot 3

1. Korvautumis- eli substituutioreaktiot, S N 1, S N 2 Näissä reaktioissa atomi tai atomiryhmä korvautuu toisella. 2. Liittymis- eli additioreaktiot, joihin liittyy ns. Markovnikovin sääntö: Vety menee siihen kaksoissidoksen hiileen, jossa on entuudestaan enemmän vetyä kiinni. 5. Eliminaatioreaktiot ovat käänteisiä liittymisreaktioille. Eliminaatio: syntyy π sidos, kaksi σ sidosta katkeaa. 3. Kondensaatioreaktio- ja 4. Hydrolyysireaktiot Kondensaatiossa kaksi molekyyliä liittyy yhteen, välistä lohkeaa eli kondensoituu pois pieni molekyyli (esimerkiksi vesi). Kondensaatiolle käänteinen reaktio on hydrolyysi. Lisäksi hapetus-pelkistysreaktiot 4

Protoninsiirtoreaktiot: Tyypillinen reagoiva funktionaalinen ryhmä: Happamat: karboksyylihappo ryhmä Emäksinen: aminoryhmä Lisätietoa Määritelmä, elektrofiili ja nukleofiili: Sellaista hiukkasta, joka pystyy muodostamaan uuden kovalenttisen sidoksen vapaan elektroniparinsa avulla, kutsutaan nukleofiiliksi (ydinhakuiseksi), merkitään Nu:, jossa kaksoispiste tarkoittaa vapaata elektroniparia. Nukleofiili liittyy helposti poolisen ryhmän (sidoksen) positiivisen osittaisvarauksen δ + saaneeseen atomiin. Elektrofiili (elektronihakuinen), merkitään E, on puolestaan aine, joka uuden kovalenttisen sidoksen muodostuessa ottaa vastaan elektroniparin. Nukleofiili liittyy helposti poolisen ryhmän (sidoksen) negatiivisen osittaisvarauksen δ saaneeseen atomiin. Elektrofiili nimensä mukaisesti hakeutuu myös sinne missä on elektroneja tarjolla (kaksois-, kolmoissidokset). Esimerkkejä: Tyypillisiä nukleofiilejä ovat mm. H 2 O, Cl, OH, N 3 H Vastaavasti tyypillisiä elektrofiilejä ovat mm. H +, NO 2 + Kemiassa puhutaan elektrofiilisestä additioreaktiosta ja nukleofiilisesta substituutioreaktiosta (S N 1, S N 2 reaktiot, katso netti lisätiedot). 5

PROTONINSIIRTOREAKTIOT Kertausta: Hapot luovuttavat protonin H + ja emäkset ottavat vastaan. Protolyysissä eli protoninsiirtoreaktiossa vety-ydin eli protoni siirtyy hapolta emäkselle. Aina on oltava molemmat, ei voi olla vain esim. vastaanottajia. Happojen ja emästen vesiliuoksissa tapahtuu protolysoitumista, eli vetyionin H + siirtymistä. Muodostuu joko oksoniumioni H 3 O + tai hydroksidi-ioni OH. Tärkeää! Vesiliuoksessa olevat oksoniumionit H 3 O + aiheuttavat happamuuden ei happo! Vastaavasti vesiliuoksessa olevat hydroksidi-ionit OH aiheuttavat emäksisyyden ei emäs! Alleviivaa kirjasta (s 46. ylh.) Kun happo ja emäs reagoi, syntyy suolaa ja vettä. Orgaanisten suolojen anioneilla on emäsluonnetta eli ne voivat suolan liuetessa reagoida edelleen veden kanssa orgaanisten suolojen vesiliuokset eivät ole neutraaleja (k. 5)! Fenolilla happoluonnetta siksi se ei ole aromaattinen alkoholi! Reagoi veden kanssa muodostuu CH 3 COOH ja OH, eli emäksisyyttä! 6

Neutraloitumisreaktiossa - suolat liukenevat yleensä hyvin veteen - muodostuu ioni-dipoli-sidoksia - suolat ovat haihtumattomia 7

Reaktiomekanismin piirtäminen Reaktiomekanismia piirrettäessä esitetään selkeästi, mitkä molekyylin elektronit lähtevät liikkeelle toista molekyyliä kohti ja muodostavat uuden sidoksen. Samalla esitetään mikä sidos katkeaa tai mitkä sidokset katkeavat. Pyritään piirtämään reagoivat molekyylit keskenään oikeaan asentoon. Sanotaan: Se molekyyli tai ioni, josta elektronit lähtevät, hyökkää positiivista varausta tai osittaisvarausta kohti. Sidoselektronien liikkeitä sidosten katkeamisessa/muodostuksessa kuvataan kaarinuolten avulla. Kaarinuoli kertoo mikä sidos tai elektronipari hyökkää eli muodostaa sidoksen ja mikä sidos katkeaa ja minne elektronit päätyvät. On sovittu, että nuolen suunta ilmaisee elektronien liikesuunnan. 8

Miten piirretään veden ja vetykloridin välisen reaktion mekanismi? Yhteenveto Protonisiirtoreaktioissa happo luovuttaa protonin H + eli vety-ytimen emäkselle. Emäs siis ottaa vastaan. Reaktiomekanismia kuvataan piirtämällä kaarinuolet, jotka kuvaavat elektroniparien liikkeitä. Nuolen suunta osoittaa elektronien liikesuunnan ja kertoo, mihin uusi sidos muodostuu ja mistä vanha sidos katkeaa. 9

Korvautumis- eli substituutioreaktio Määritelmä, korvautumisreaktio: Korvautumis- eli substituutioreaktiossa molekyylin atomi tai atomiryhmä korvautuu toisella atomilla tai atomiryhmällä. S N 1, S N 2-reaktiot moniste. Reaktio on tyypillinen alkaaneille, sykloalkaaneille (siis tyydyttyneille hiilivedyille) ja aromaattisille yhdisteille. Korvautumisreaktioissa muodostuu lisäksi aina jokin pieni molekyyli, kuten esimerkiksi vetyhalogenidi tai vesi. Esimerkkejä Halogenoituja hiilivetyjä valmistetaan suoraan alkaaneista korvautumisreaktiolla. Nämä reaktiot tarvitsevat korkeaa lämpötilaa tai voimakasta säteilyä. Siksi reaktiot ovat mekanismeiltaan monimutkaisia ja usein syntyy erilaisten halogenoitujen hiilivetyjen seos. Myös katalyyttejä käytetään. Alkaanien ja sykloalkaanien halogenointi tapahtuu radikaalimekanismilla. Esimerkiksi metaanin vetyatomit voidaan yksitellen korvata klooriatomilla, kunnes kaikki vedyt on korvattu: 10

Aromaattinen rengas on erittäin pysyvä rakenne, joten se säilyy korvautumisreaktioissa muuttumattomana. Aromaattiset yhdisteet ovat kuitenkin reaktiivisempia kuin alkaanit, siksi reaktiot voivat tapahtuvat alhaisemmissa lämpötiloissa. Aromaattisten yhdisteiden korvautumisreaktio selittyy sillä, että bentseenirenkaan delokalisoituneet elektronit eivät yleensä osallistu reaktioihin. Niinpä reagoivana kohtana ovatkin vetyatomit tai muut ryhmät. Esimerkiksi bentseenin klooraus ja tolueenin eli metyylibentseenin valmistus: 11

Aiemmin mainittiin Siksi reaktiot ovat mekanismeiltaan monimutkaisia seuraavaa ei tarvitse osata eikä tule kokeeseen! Lähinnä tiedoksi. Muita tärkeitä aromaattisia korvautumisreaktioita ovat bentseenin ja tolueenin nitraukset sekä alkylointi, eli lisätään jokin alkyyliryhmä (metyyli CH 3, etyyli CH 2 CH 3 tai propyyli CH 2 CH 2 CH 3 ryhmä, jne.) Aromaattisilla yhdisteillä puhutaan ns. orto/para-ohjaavista ryhmistä ja meta-ohjaavista ryhmistä. Tässä metyyliryhmä on orto/paraohjaava 12

Hiilirungossa olevan halogeeniatomin voi helposti korvata happea tai typpeä sisältävä funktionaalinen ryhmä. Tuotteena saadaan alkoholeja, eettereitä, tai amiineja. Tässä reaktiossa tarvitaan emäksiset olosuhteet. Amiinien ja ammoniakin reaktioita alkyylihalogenidin kanssa kutsutaan alkylointireaktioiksi. Voidaan ajatella, että yksi ammoniakin vedyistä korvautuu alkyyliryhmällä. 13

Metyyliamiinissa on edelleen vapaa elektronipari, joten reaktio voi edetä vielä. Saadaan ns. useampikertainen alkylointi (lähinnä tiedoksi). Mitä pitää osata korvautumisreaktioista? Perusidea, mitkä hiilivedyt kuuluvat korvautumisreaktioluokkaan ja jokin esimerkki, esim. halogenointi. Ei vaikeita mekanismeja eikä monisteen S N 1- tai S N 2-mekanismeja eikä useampikertaista alkylointia jne. 14