Introducere in Studiul Chimiei Organice

8/17/2019 Introducere in Studiul Chimiei Organice

1/86

Introducere in studiul chimiei organice

Defnitia chimiei organice

In 1809 J. Berzelius realizeaza un tratat de chimie in care clasifca substantele in :

- substante organice ( ro!enite din mediul animal si !egetal "

- substante anorganice ( ro!enite din mediul mineral "

#lasifcarea nu are la baza un criteriu stiintifc$ ci se bazeaza e obser!atii emi-

rice. Introduce notiunea de %orta !itala$ %orta inaccesibila omului$ ce sta la baza

%ormarii substantelor organice. &eoria !itala arata imosibilitatea crearii sub-

stantelor organice de catre om si a dominat rima treime a secolului al 'I'-lea.

In 188 )*hler realizeaza rima sinteza organica$ rintr-o simla incalzire$

trans%ormand cianatul de amoniu (sare tiic anorganica" in uree diamida +#,-

comus tiic organic".

+/#, t0# +

cianat de amoniu

# ,

+

uree


2/86

eactia este o reactie de izomerizare$ cei doi comusi find substante

izomere$ substante cu aceeasi %ormula moleculara$ dar %ormule structurale

di%erite.

23erienta lui )*hler arata ca obtinerea substantelor organice este

accesibila omului$ nefind necesara entru aceasta o %orta de natura di!ina$ ceea

ce a deschis calea sintezelor organice.

In aceste conditii defnitia e care a dat-o Berzelius chimiei organice nu era

corecta. 4naliza substantelor organice arata rezenta cu reonderenta a

atomului de carbon$ atom e care chimistii il un la baza chimiei organice.

#on%orm acestei teorii chimia organica este chimia carbonului. 4ceasta defnitie

este artial corecta deoarece :

- e3ista multi comusi ai carbonului de natura anorganica ( +#, si sarurile

sale$ #,$ #, ".

- e3ista multi comusi organici care in molecula lor nu rezinta atomi de carbon

( hidro3il amina +-,+$ hidrazina +-+ ".

4naliza comusilor organici duce la concluzia rezentei alaturi de atomii

de carbon al unui alt atom si anume atomul de hidrogen.

#omusii organici ai hidrogenului cu carbonul oarta denumirea de

hidrocarburi. 4nalizele moderne arata ca teoretic si in mare arte ractic$ toti

comusii organici ot f sintetizati din hidrocarburi$ acesti comusi denumindu-se

deri!ati ai hidrocarburilor.

Deri!atii hidrocarburilor: comusi organici rezultati rin inlocuirea unuiasau mai multor atomi de hidrogen cu atomi sau gruuri de atomi ai elementelor

organogene organizati in %unctiuni.

2lemente organice : elemente care se gasesc in comusii organici$ sunt

nemetale #$ +$ ,$ $ 5$ 6$ ' ( halogeni : 7 $#l$ Br$ I "

$$,rganogene dau nastere la comusi organici.


3/86

7unctiunea

Deri!at

' ( halogen "

-' (deri!at halogenat "

#+-#l (clorura de metil"

,+ (hidro3il"

-,+ (alcool"

-,+ (enol"

4-,+ (%enol"

Deri!at hidro3ilic

#+-#+-,+ (alcool etilic"

#+#+-,+ (alcool alilic"

#+- ,+ (%enol"

+ (amina"

-+ (amina"


4/86

#+-+ (metil amina"

#himia organica - chimia hidrocarburilor si a deri!atilor acestora.

,biectul chimiei organice il constituie :

; izolarea si urifcarea substantelor organice.

; stabilirea comozitiei si structurii lor.

; cunoasterea rorietatilor lor si a osibilitatilor de trans%ormare.

; sinteza de laborator a comusilor organici ce rezinta imortanta.

5urse naturale de materie organica. #ircuitul carbonului in natura

#a urmare a nenumaratelor arderi$ inclusi! resiratia animala$ materia

organica este degenerata o3idati! ana la dio3id de carbon si aa. at de

enzimele !egetale e cai secifce. 5ubstantele organice rezultate din %otosinteza

ser!esc la dez!oltarea lantei hrana entru animale intretinerea si

dez!oltarea organism gc ului animal. ?nele substante sunt trans%ormate in

rodusi necesari celulei animale$ altele sunt trans%ormate %urnizand energie

organismului.


5/86

In sol e3ista ana la adancimi de cati!a @ilometri materiale organice sub

%orma de zacaminte$ rezultatul trans%ormarii chimice si biochimice anaerobe

su%erite de organismele !egetale si animale in eoci geologice deartate.

#arbochimia ( chimizarea carbunilor " a %ost initiata in 180 si etrochimia (

chimizarea etrolului "- aaruta un secol mai tarziu - constituie doua ramuri de

baza a industriei organice de sinteza. #antitati enorme de materie organica

e3ista in aa marilor si oceanelor sub %orma de organisme !egetale si animale de

di%erite genuri si grade de e!olutie. 6e laneta noastra materia organica aare

%oarte rasandita :

In bios%era$ lante suerioare si ma>oritatea seciilor animale.

In hidros%era$ lante in%erioare$ animale$ lancton.

In litos%era$ zacaminte de etrol$ carbune$ gaze naturale.

5ubstante organice

6lante ,

carbune

+rana

etrol


6/86

+, = #, animale

5ubstante organice

. Izolarea si urifcarea substantelor organice

#aracterizarea unui comus organic incee intotdeauna cu stabilirea

comozitiei sale. 6entru aceasta$ comusul organic este mai intai izolat din

mediul din care a aarut ( mediul de reactie "$ aoi urifcat entru indeartarea

oricaror urme de substanta straina.

Izolarea si urifcarea comusilor organici se oate %ace cu o gama %oarte

larga de metode fzice$ fzico-chimice$ biochimice$ chimice. 23emlu : sublimarea$

distilarea$ cristalizarea$ e3tractia.

5ublimarea : oeratia de urifcare bazata e rorietatea unor substante solide

de a sublima$ de a trece rin incalzire direct in %aza gazoasa$ %ara a se toi.

#ondensarea !aorilor rezultati conduce la o masa de cristale ( nu de lichid " cu o

uritate suerioara robei initiale. 7olosirea sublimarii este limitata numai la

substantele care au rorietatea de a sublima.

Distilarea : metoda de izolare a comusului organic dintr-un amestec$ de obicei

lichid$ alcatuit din mai multi comusi ( comonenti ". 5e bazeaza e di%erenta

dintre unctele de ferbere ale comonentelor din amestec. 5e incalzeste

amestecul intru-un !as de distilare$ !aorii rezultati rin incalzirea amestecului la

di%erite temeraturi$ sunt condensati si lichidele obtinute sunt culese searat.

5e oate articia in di%erite !ariante de lucru in %unctie de !aloarea di%erentei

unctelor de ferbere ale comonentilor amestecului.


7/86

Distilarea %ractionata simla : entru di%erente mari ale unctelor de ferbere ( 0

- 00# ".

Distilare %ractionata cu coloane de distilare : entru di%erente mici ale unctelor

de ferbere ( -100 # ".

Distilare %ractionata la resiune scazuta$ e!entual cu coloana de distilare

( 1 - 0 # ".

#ristalizarea ( metoda de %ractionare a comonentelor unui amestec " : sebazeaza e di%erenta de solubilitate a comonentelor unui amestec intr-un

dizol!ant oarecare$ la o temeratura aroiata de unctul sau de ferbere$ se

obtine o solutie saturata care rin racire conduce la o masa de cristale ure.

23tractia : alicata atat lichidelor cat si solidelor$ ermite seararea unui

comonent dintr-un amestec oarecare e baza solubilitatii sale selecti!e in

anumiti sol!enti.

ezultantul acestor oeratii de urifcare este urmarit rin intermediul unor

marimi caracteristice comusilor organici numite caracteristici fzice (unctul de

toire entru substantele solide si indicele de re%ractie al lichidelor".

#and dua doua oeratii de urifcare$ !aloarea constantelor fzice nu se

modifca$ atunci substanta izolata este sufcient de ura entru a f suusa

in!estigatiilor analitice.

4cti!itate e3erimentala

1. Distilarea unui amestec de substante organice.

5e reara in realabil un amestec de acid acetic si tetraclorura de carbon in


8/86

roortie de 1:1. 7ractionarea amestecului se oate realiza in doua moduri :

- in balonul )urtz se introduce o cantitate de amestec egala cu A din caacitateabalonului si cate!a bucati de ortelan oros entru omogenizarea ferberii. 5e

monteaza aoi termometrul$ a carei scala sa fe ast%el aleasa incat sa oata

masura cel mai ridicat unct de ferbere al comonentilor amestecului$ a!and

gri>a ca bazinul cu mercur sa a>unga ana in dretul tubului lateral al balonului de

distilare. 5e ataseaza aoi re%rigerentul$ se alimenteaza cu aa si la iesire se

laseaza !asul de culegere.

5e regleaza sursa de incalzire ( lama cu gaz sau sursa electrica " ast%el incat

ferberea amestecului sa nu fe !iolenta. 5e noteaza temeraturile la care cei doi

comonenti !or distila si se !a masura cu un cilindru gradat cantitatea din fecarecomonent. 5e stabileste randamentul distilarii ( tetraclorura de carbon are

unctual de ferbere $0 #$ acidul acetic are unctual de ferbere 1180 # " rin

raortarea la cantitatea initiala de amestec.

1 balon )urtz

termometru

re%rigerent racit cu aa

/ !as de culegere a distilari

lama de incalzire

sita de azbest


9/86

Distilarea %ractionata simla %olosita entru relucrarea unor cantitati mici de

amestecuri ( - ml ".

4mestecul suus distilarii este introdus intr-o erubeta la care s-a atasat

un manson de cauciuc etans$ un tub obisnuit de sticla cu rol de re%rigerent$ a!and

diametrul interior mai mare cu 1- mm decat diametrul e3terior al tubului lateral

cu care se imbina. Distilarea !a decurge in mod obisnuit$ urmarindu-se !ariatia

de temeratura.

1 erubeta cu tub lateral

termometru

re%rigerent racit cu aer

/ !as de culegere

baie de racire a !asului de culegere

. 6urifcarea acidului benzoic rin sublimare :


10/86

- 5e introduc 100 ml aa si g acid benzoic imur intr-un !as 2rlenmaCer de circa

00ml caacitate.

- 5e incalzeste amestecul ana la ferbere$ cand se obser!a distilarea totala a

acidului benzoic.

- 5e fltreaza solutia ferbinte cat mai reede osibil.

- 7iltrantul cules se imarte in doua arti egale : una !a f lasata sa se raceasca

lent ( 10 - 1 min."$ cealalta !a f racita raid cu un >et de aa rece. In ambele se%ormeaza cristale de acid benzoic. In ortiunea de solutie racita raid se !or

%orma microcristale cu %orma aciculara$ iar in cealalta se !or %orma cristale mari$

bine determinate$ !izibile cu ochiul liber.

. Determinarea unctului de toire :

Intr-un tubusor cailar se introduce o cantitate mica de substanta solida uscata

in realabil si bine maruntita. 4cesta se ataseaza de ti>a termometrului rin

adeziune sau cu a>utorul unui inel de cauciuc. 2rubeta se scu%unda intr-o baie de

incalzire si se f3eaza cu o clema de stati!.

5e incalzeste si se urmareste atent cresterea temeraturii$ notand !aloarea la

care %aza solida din tubusorul cailar se toeste$ de!enind lichida.

1 erubeta

cailar inchis la un caat

termometru


11/86

/ clema de f3are

baie de incalzire

lama de incalzire

do de luta

#a lichid de incalzire in baie se oate %olosi :

- aa ( entru substantele cu unct de toire ana la 90-90 # "

- ulei de arafna sau glicerina ( entru substante cu unct de ferbere ana

la 10-1800 # "

- acid sul%uric ( entru temeraturi mai mari ".

23erienta se oate realiza entru di%erite substante :

- na%talina cu unct de toire 800 #

- a-na%tilamina cu unctul de toire 00 #

- metadinitrobenzen cu unct de toire 910 #

- acid benzoic cu unct de toire 10 #


12/86

- uree cu unct de toire 10 #

- acid salicilic cu unct de toire 110 #

. #omozitia substantelor organice

Desi comusii organici au un numar imresionant$ ei sunt alcatuiti dintr-un

numar relati! restrans de elemente chimice denumite elemente organogene

( #$ +$ ,$ $ 5$ halogeni "$ nemetalele aate in 5.6. in coltul din dreata.

4naliza elementala a substantelor organice

6rezenta in substantele organice a elementelor organogene se determina

baza analizei chimice. Dua urifcare$ substanta organica este suusa analizei

elementale calitati!a si cantitati!a.

4naliza elementala calitati!a urmareste identifcarea seciilor de atomi

care comun substanta organica cercetata. 5ubstanta organica este suusa unor

trans%ormari chimice simle ai caror rodusi fnali sunt secifci si usor de

identifcat.

23emlu : carbonul imreuna cu hidrogenul se identifca rin incalzire ana

la descomunerea unei robe de substanta cu o3id de curu ( #, " cu %ormarea

de #,$ a aei din carbonul si hidrogenul din substanta si o3igenul din agentul

o3idant :

5ubstanta ( #$+ " = #, #, = +, = #u


13/86

#elelalte elemente organogene ( $5$ ' " sunt identifcate dua

descomunerea termica a substantei in rezenta de sodiu cu %ormarea unor

comusi anorganici usor de identifcat rin reactii simle$ secifce :

5ubstanta ( #$+$$5$' " = a a# = a5 =a'

in substantele organice$ o3igenul nu se identifca ca element.

4naliza elementala cantitati!a : dozeaza cu metode coresunzatoareelementele identifcate anterior$ cu e3cetia o3igenului care se dozeaza ca

di%erenta.

Eetodele %olosite sunt arderile ( combustiile " in care se %ormeaza

; #, din carbon$

; aa din hidrogen$

; 5, din sul%$

; azot elementar din azot.

ezultantul ei se e3rima in rocente si rerezinta %ormula rocentuala asubstantei.

4cti!itate e3erimentala. 4naliza elementala calitati!a

1. Identifcarea carbonului.


14/86

5e ia o erubeta uscata$ re!azuta cu un do rin care trece un tub de sticla

indoit in unghi dret$ in care se amesteca 0$1 - 0$ g substanta cu 1- g ( e3ces "

de o3id de curu ( #, " ulbere$ calcinat in realabil entru er%ecta uscare.

5e astua erubeta si se f3eaza e un stati! in ozitie orizontala$ caatul liber altubului se introduce ana aroae de baza unei erubete ce contine solutie

diluata de hidro3id de calciu ( #a(,+" ". 5e incalzeste amestecul din ce in ce

mai mult.

- Fa inceut se barboteaza aerul$ aoi se dez!olta dio3idul de carbon :

5ubstanta (#" = #u, #, = #u

- Dio3idul de carbon se une in e!identa rin %ormarea carbonatului de calciu$

insolubil in aa.

#, = #a(,+" #a#, = +,

Identifcarea hidrogenului.

6e artile reci ale erubetei se deun icaturi mici de aa$ ce se %ormeaza

rin o3idarea hidrogenului din substanta.

#a(,+"


15/86

5ubstanta (+" = #, +, = #u

Eineralizarea substantei : intr-un tubusor de combustie se introduc

substanta cu o bucatica de sodiu neo3idat si uscat e hartie de in. 5e rinde

tubusorul intr-un cleste de lemn si se incalzeste tretat la acara unui bec$ mai

intai in zona unde se aa bucatica de sodiu$ iar dua toirea ei si in zona

substantei . Dua ce substanta a ars$ se incalzeste tubusorul ana la rosu si in

aceasta stare se arunca intr-un ahar cu aa distilata. 5e acoera cu o sticla de

ceas. 5e fltreaza solutia si se imarte fltrantul in trei arti egale$ in !ederea

identifcarii $ 5 si halogenilor.

Identifcarea azotului.

Intr-o erubeta se introduc - / ml din fltrantul de mai sus$ - icaturi

dintr-o solutie roasata de sul%at de fer (II" 0G si - icaturi solutie de

clorura de fer (III". 5e incalzeste ana la ferbere. 5e aciduleaza cu - mlsolutie de acid clorhidric :

- daca substanta contine azot utin se %ormeaza un reciitat !erde albastrui.

- daca continutul in azot este mare se %ormeaza un reciitat albastru de

he3aciano%erat (III" sau albastru de Berlin 7e/H7e(#"

&rans%ormari chimice

- sodiul cu carbonul si azotul %ormeaza bromura de sodiu ( a# "

5ubstanta (#$" = a a#

- cianura de sodiu reactioneaza cu sul%atul de fer (II" si %ormeaza cianura de fer


16/86

a# =7e5,/ 7e(#" = a5,/

- cianura de fer (II" cu e3ces de cianura de sodiu %ormeaza he3aciano%eratul (II"de sodiu.

7e(#" = /a# a/ H7e(#"

- in rezenta ionilor de fer (III"$ he3aciano%eratul (II" de sodiu %ormeaza albastru

de Berlin sau he3aciano%eratul (II" de fer (III"

a/ H7e(#" = /7e#l 7e/H7e(#" = 1a#l

Identifcarea sul%ului :

Intr-o erubeta se introduc ml fltrat de la mineralizarea substantei sodiu

si 1 ml de solutie aoasa de acetat de lumb. Daca substanta a a!ut sul% se

%ormeaza un reciitat negru$ sul%ura de lumb. 5ubstanta reactioneaza cu sodiu

cu %ormarea sul%urii de sodiu.

5ubstanta (5" = a a5

a5 =6b(#+#,," 6b5 = #+#,,a

Identifcarea halogenilor :

- Intr-o erubeta se introduc ml fltrant de la mineralizarea substantei de sodiu.

- 5e aciduleaza cu acid azotic care nu contine halogeni.

- 5e ferbe 1- min.


17/86

- 5e raceste.

- 5e adauga 1 ml solutie G azotat de argint.

Daca substanta analizata contine halogeni se %ormeaza un reciitat de

halogenura de argint :

5ubstanta ('" = a a

a = 4g, a, = 4g'

7ormule rocentuale$ emirice$ brute$ moleculare

ezultatul analizei elementelor cantitati!e se e3rima sub %orma de

comozitie rocentuala. 7ie :

- s cantitatea de substanta suusa combustiei

- a cantitatea de #, ( dio3id de carbon " rezultata in urma arderii$ in

conditiile in care tot carbonul a trecut in Dio3id de carbon

- b cantitatea de aa rezultata

E

s

a


18/86

b

7 7e 7b 7E

,rice %ormula chimica ne o%era doua tiuri de in%ormatii :

#alitati!e : ne arata seciile de atomi comonente ale moleculei organice

comune tuturor %ormulelor chimice.

#antitati!e : in%ormatii caracteristice fecarui ti de %ormula chimica.

7ormula rocentuala 7 - asectul cantitati! ne arata cota de articiarenumerica a fecarei secii de atomi la %ormarea a 100 g substanta.

Determinarea # G : 1mol #, (//g".1 at g # (1g"

a g #,.3 g #

3 1a // K 3 a11

1g substantaa 11 g #

100g substanta # G


19/86

#G a 11s L 100 #G 00a 11s

+ G : 1mol +, (18g". at g + (g"

b g +,C g +

C b 18 K C b9 g +

s g substantab 9 g +

100g substanta + G

+G 100b 9s

In mod analog se determina continutul rocentual al tuturor celorlalte elemente

organice$ cu e3cetia o3igenului care se determina rin di%erenta :

, G 100 - ( #G = +G = .. "


20/86

ezultatul se scrie sub %orma 7 : # :

+ :

, :

Determinarea %ormulei emirice ( 7e "$ asectul cantitati! ne arata raortul

masic in care se gasesc seciile de atomi comonente ale moleculelor organice.

7ormula se determina rin imartirea rocentelor de la %ormula rocentuala la

masele atomilor resecti!i ( 4#1$ 4+1$ 4,1$ 45$ 4718 ". 5e obtin

indicii %ormulei emirice.

Determinarea %ormulei brute (7b" asectul cantitati! ne arata raortul

numeric (atomic" in care se gasesc seciile atomice comonente ale moleculei

organice. 6entru aceasta se imart indicii %ormulei emirice la cea mai mica

!aloare a lor$ rezultatul il rerezinta indicii %ormulei brute.

Determinarea %ormulei moleculare (7E" asectul cantitati! il rerezinta

numarul real din fecare secie de atomi comonente ale comusului organic.

7ormula moleculara este un multilu al %ormulei brute$ %actorul de multilicarefind n.

E

n

suma maselor atomice ale elementelor comonente tinand cont de indicii 7b


21/86

Mazele rezultate in urma combinatei sunt trecute rin !ase salatoare care au

rolul de a retine selecti! si cantitati! comonentele.

+, este retinuta de !asul salator cu:

acid sul%uric(+5,/" concentrat: retinerea este fzica$ a!and loc diluarea solutiei$

alicatia se bazeaza e rorietatile higroscoice ale acidului sul%uric.

#lorura de calciu(#a#l" anhidra: retinerea este chimica cu %ormarea clorurii de

calciu he3ahidratate(#a#lL+,"

#, este retinut de !asul salator cu :

Fate de !ar ( solutie de #a(,+"$ retinerea este chimica si se %ormeaza

reciitatul de carbonat de calciu ( #a#, "

#, = #a(,+" #a#, = +,

5olutie de otasa caustica (N,+"$ retinerea este chimica

N,+ = #, N#, = +,

23cesul de o3igen rezultat in urma combustiei este retinut de !asul salator cu

irogalol ( 1$$ - trihidro3i benzen "$ retinerea este chimica si se bazeaza e

sensibilitatea irogalolului %ata de o3igen.

In toate cazurile cresterea masei !asului salator se datoreaza comonentelor din

gazele de combustie$ datorata retinerii.


22/86

u orice insiruire de simboluri chimice si indici rerezinta o %ormula a unei

substante organice. 6entru !erifcarea !alabilitatii unei %ormule moleculare se

%olosesc doua rinciii :

6rinciiul aritatii : 6entru o substanta reala suma tuturor co!alentelor

elementelor comonente tinand cont de indicii %ormulei moleculare trebuie sa fe

un numar ar.

6rinciiul nesaturarii echi!alente : nesaturarea echi!alenta este o masura a

gradului de nesaturare a unei substante. 6oate f %olosit entru determinarea

!aliditatii unei %ormule moleculare.

6entru o substanta de %ormal:

#a+b,cd'e$

indicele de nesaturare se calculeaza :

(a=" - (b - d =e"

.2.

6entru o substanta reala indicele de nesaturare trebuie sa fe intreg$

oziti!$ inclusi! zero.

,bser!atie - in e3rimarea !alorii indicelui de nesaturare echi!alenta nu intra

substantele di!alente.

/. 5tructura comusilor organici


23/86

Eodul de organizare al atomilor elementelor comonente in ansamblulmoleculei oarta denumirea de structura a moleculei. 6entru a cunoaste

structura unui comus organic este necesara cunoasterea naturii atomilor

elementelor comonente$ natura legaturilor ce se realizeaza intre atomi$

geometria atomilor si a legaturilor .

Intre atomii elementelor organice se stabilesc legaturi co!alente ( atomii

elementelor organice sunt atomi de nemetale". 4laturi de legaturile co!alente

intalnim legaturi co!alent - coordinati!e ( in secial in cazul comusilor de ti

amoniu " si chiar$ dar mai rar$ legaturi ionice. u se intalnesc legaturi metalice.

a." Fegatura co!alenta in comusii organici

Fa %ormarea legaturilor co!alente articia atomi atat in stare

%undamentala ( +$ '$ $ 5 " cat si in stare hibridizata ( #$ $ , ". Fegatura

co!alenta este legatura ce se realizeaza rin unerea in comun a cate unuielectron de catre fecare atom de nemetal articiant la %ormarea legaturii.

4tomul realizeaza un numar de legaturi co!alent egal cu numarul orbitalilor mo-

noelectronici nearticianti la %ormarea legaturi.

In cazul in care atomul considerat se aa in stare hibridizata$ legatura se

%ormeaza ast%el :

- rin intermediul orbitalilor hibrizi se %ormeaza numai legaturi co!alente O ( nu-

marul legaturilor O numarul orbitalilor hibrizi monoelectronici"

- rin intermediul orbitalilor uri ( nehibridizati " se %ormeaza legaturi co!alente

P ( numarul legaturilor co!alente P numarul orbitalilor P uri monoelectronici "

Daca atomul se aa in stare %undamentala$ el realizeaza rin intermediul

orbitalilor monoelectronici numai legaturi sigma.


24/86

In comusii organici e3ista legaturi :

- simle ( o legatura co!alenta simla "

- multile - dubla ( o legatura sigma si o legatura P "

- trila ( o legatura sigma si doua legaturi P "

b." 4tomul de carbon in comusii organici

Eultitudinea comusilor organici se e3lica si rin %atul ca atomul de

carbon articia la %ormarea de legaturi in stare hibridizata$ este singurul care

are uterea de incatenare ( rorietatea atomului unui element de a %orma

lanturi de atomi de carbon ".

4ceasta rorietate se e3lica rin %atul ca atomul de carbon isi are

stratul de !alenta %oarte aroae de nucleu$ unde are atru electroni$ e care ii

distribuie ast%el incat in nici una din starile de hibridizare nu rezinta un orbital

comlet ocuat. 4ceasta asigura stabilitate ma3ima atomului de carbon hibridizat

si simetrie ma3ima.

#(z" : 1ss


25/86

2


26/86

ur

ur


27/86

#

s

#


28/86

s

#


29/86

s

s

5t. %undamentala

Diagrama energetica arata ca odata cu ridicarea cotei de articiare

energetica a orbitalilor s la %ormarea orbitalilor hibrizi energia orbitalilor hibrizi

scade.

&iul hibridizarii #ota de articiare a


30/86


31/86

+ # + + # + #+/

+ +

In toti comusii organici atomul de carbon este tetra!alent $ indi%erent de natura

hibridizarii.

+ +

+ # # + #+ #+ - #+

+ +

# s simetrie trigonala

6rezinta - orbitali hibrizi monoelectronici legaturi simle : 1 leg. dubla

leg. simle

1 orbital ur 1 legatura P


32/86

.

# : # ═ ( atomul de #s ce realizeaza legaturi simle si o

. legatura dubla "

+ +

+# #+ ( etena " # #

+ +

#s - simetrie diagonala

6rezinta orbitali hibrizi monoelectronici ---K legaturi sigma

orbitali uri ---K legaturi i

ealizeaza: a" - 1 legatura simla

1 legatura trila

b" - legaturi duble

.

.# . $ - # Q ( #s a realizat o legatura trila si o legatura simla "

.


33/86

#+ +# Q #+ R + - # Q # - +

: # : $ # ( #s a realizat legaturi duble "

#+ # #+

4tomul de carbon rezinta co!alenta /$ atomul de hidrogen co!alenta 1$ atomul

de o3igen co!alenta $ atomul de azot co!alenta $ atomul de halogen co!alenta

1.

4tomul de azot in comusii organici articia la %ormarea legaturilor co!alente

atat in stare %undamentala$ cat si in stare hibridizata$ caz in care rezinta

!aloarea a co!alentei.

(S": 1ss

2


34/86


35/86

ur


36/86

ur

s


37/86

s


38/86

s

s


39/86

s rerezinta orbitali hibrizi monoelectronici $ legaturi co!alente simle.

..

. . s - simetrie de iramida turtita

.

+

#+ - + $ +# -

+

Daca atomul de azot %oloseste dubletul electroni nearticiant ca donator intr-olegatura co!alenta coordinati!a se modifca simetria in simetria tetragonala.

s rezinta - electroni sigma K legaturi sigma - 1 legatura dubla

1 legatura simla

1 electron i K 1 legatura i

.. electroni dintr- un orbital hibrid comlet ocuat cu electroni

- : ( dublet electronic nearticiant "


40/86

..

-

( s ce si-a realizat legaturile "

+ibridizarea la ,3igen


41/86

ur

s


42/86

s


43/86

, (S8": 1ss

4tomul de o3igen rezinta$ in stare %undamentala$ un numar de electroni

distribuiti: in s si / in . In aceasta stare rezinta orbitali semiocuati$ deci

!aloarea a co!alentei.

In stare hibridizata s$ rezinta / orbitale hibride$ comlet ocuate cu

electroni si semiocuate - !aloarea a co!alentei. 6rin intermediul acestor

orbitali se realizeaza co!alente O$ deci legaturi simle. 4tomul de o3igen s

rezinta o simetrie ungulara$ cu un unghi intre a3ele orbitalilor hibrizi de 10/$0.


44/86

4tomul de o3igen s rezinta orbitale hibride ( comlet ocuate$ 1

semiocuat " si un orbital ur semiocuat. 6rin intermediul orbitalului hibrid

semiocuat se realizeaza o legatura co!alenta O$ iar rin intermediul orbitalului

ur semiocuat$ o legatura co!alenta P. 4tomul de o3igen s realizeaza o

legatura dubla (o legatura O si o legatura P"R el rezinta o simetrie trigonala.

4tomul de o3igen nu realizeaza hibridizare s.

#oncluzii

4tomii elementelor organogene$ find atomi de nemetal$ !or f legati intre ei

numai rin legaturi co!alente.

In comusii organici atomii elementelor organice rezinta urmatoarele !alori ale

co!alentei : #-/$ +-1$ -$ 5-$ 6-$ '-1. ealizarea legaturilor simle si multile

imlica urmatoarele !alori ale co!alentii ma3ime :

a" legatura simla - toti atomii elementelor organice$ indi%erent de !aloarea

ma3ima a co!alentei.

b" Fegatura dubla: atomii elementelor organice care au !aloarea a co!alentei

c" Fegatura simla: atomii elementelor organice care au !aloarea a

co!alentei

&oate co!alentele atomilor comonenti ai unei molecule organice satis%acutenumai rin legatura co!alenta. 4aritia legaturii co!alente coordinati!a se

datoreaza %olosirii de un atom a dubletelor electronice nearticiante ca donor

intr-o legatura co!alent-coordinati!a. 4aritia structurii organice are la baza

tocmai %atul ca atomii elementelor organice se unesc rin legaturi co!alente.

Fegatura co!alenta rezinta o serie de caracteristici ce e3lica structura

organica:

2ste diri>ata in satiu e directii bine determinate care se conser!a in

timul e3istentei moleculei in care aare.


45/86

7ac intre ele unghiurile ale caror !alori sunt constante entru o substanta

chimica data.

4tomii legati rin legaturi co!alente sunt situati la distante defnite si

caracteristice.

umai atomii legati cu legaturi co!alente alcatuiesc molecule$ comusii

ionici nu sunt %ormati din molecule.

?n rim %actor determinant al e3istentei structurii chimice organice il

rerezinta e3istenta legaturii co!alente$ cu caracteristicile ei.

?n alt %actor imortant care e3lica multitudinea de comusi organici este

rorietatea e care o are atomul de carbon de a %orma lanturi in care e3ista zeci

si chiar sute de mii de atomi de carbon. 4ceasta rorietate$ la acest ni!el$ o are

doar atomul de carbon si oara denumirea de catene de atomi de carbon.

Intr-o catena$ un atom de carbon realizeaza un anumit numar de legaturi cu

alti atomi de carbon resectand tetra!alenta atomului de carbon.

&inand cont de numarul legaturi e care un atom de carbon le oate realiza

intr-o catena cu alti atomi de carbon$ atomul de carbon oate f:

; nular :atomul de carbon ce nu realizeaza nici o legatura cu un alt atom decarbon

+

+ # + (#+/" R #+-,-#+


46/86

+

; secundar: realizeaza legaturi cu alti atomi de carbon:

+#-#+-#+

#+#+

; tertiar: realizeaza legaturi cu alti atomi de carbon:

+# - #+ - #+

#+ +# #+ - #+


47/86

+# Q #+

- cuaternar: realizeaza / legaturi cu alti atomi de carbon:

#+

#+ - # - #+ +# # #+

#+

+#

# #+ +# Q # - #+

+#

6e langa rorietatea de a f rimar$ secundar$ o alta caracteristica a

acestora cauza %undamentala e e3istentei comusilor organici$ este rorietatea

de incatenare.


48/86

umai atomul de carbon rezinta aceasta rorietate in catena utand

e3ista zeci$ sute ana la sute de mii de atomi de carbon legati intre ei.

&inand cont de natura hibridizarii$ atomilor de carbon ce intra in

comonenta unei catene$ aceasta oate f:

; saturata :contine numai atomi de carbon saturati$ atomi de carbon

hibridizati s

; nesaturata : contine e langa atomi de carbon s si atomi de carbon

nesaturati$ # s si s$ intre care se realizeaza legaturi multile

&inand cont de modul de disunere a atomilor de carbon in ansamblul unei

catene aceasta oate f:

; liniara:

# - # - # - # - # - # - # -

, ast%el de catena daca este saturata contine numai atomi de carbon rimar

si secundar.

; ramifcata:

#


49/86

# - # - # - # - # - # - # -

# #

, structura saturata ciclica contine toate tiurile de atomi de carbon.

#

# # # #

# # # #


50/86

#

#atenele ciclice saturate contin toate tiurile de atomi de carbon mi3te

# - # - # - # - # - # - # -

# #

#

5tructura chimica organica este asectul cel mai imortant al unei

molecule deoarece ne arata modul de aran>are al atomilor in ansamblul satial al

moleculei si interactiunile reciroce dintre atomi.

#atene de atomi de carbon T aciclice T liniare - saturate

- nesaturate


51/86

T ramifcate - saturate

- nesaturate

ciclice T simle - saturate

- nesaturate

T cu catena laterala - saturate

- nesaturate

5tructura chimica organica e3lica rorietatile fzico - chimice ale acestora.

#unoasterea structurii ermite identifcarea substantei. 7ormula moleculara ( ea

singura " o%era %oarte utine in%ormatii structurale$ la %ormula moleculara data ot

e3ista o multitudine de comusi chimici. 7enomenul oarta numele de izomerie.

Izomeria este %enomenul rin care unei %ormule moleculare i se atribuie

doua sau mai multe substante di%erite.

7E #+, ( izomeri " T #+ -, - #+ ( dimetileter "

T #+ - #+ - ,+ ( alcool etilic "

7E #+, are 9 izomeri

Determinarea structurii unui comus organic imlica mai multe etae %acandu -se as cu as$ %olosindu - se metode :


52/86

- fzice

- chimice ( analiza %unctionala si elementara "

- fzico - chimice ( sectro - %otometrie in ?


53/86

- %ormule de confguratie redau disozitia satiala a substituentilor legati direct la

atomul de carbon. 5e %oloseste un cod al liniilor entru rerezentare.

i " linie unctata entru legaturi ce se aa in satele %oii de hartie

ii" linie continua entru legaturi ce se aa in lanul %oii de hartie

iii" linie ana entru legaturi ce se aa in %ata lanului %oii de hartie$ sre

obser!ator ( artea ingrosata sre obser!ator "

+ +

# ▬ +

# ▬ +

+ +

- %ormule de con%ormatie indica aran>amentul geometric rezultat in urma rotirii

atomilor de hidrogen in >urul a3ei de simetrie a atomilor de carbon.

+ +

#


54/86

+

+

Introducere in studiul chimiei organice

Definitia chimiei organice

In 1809 J. Berzelius realizeaza un tratat de chimie in care clasifica

substantele in : - substante organice ( proenite din mediul animal si egetal !

- substante anorganice ( proenite din mediul mineral !

"lasificarea nu are la baza un criteriu stiintific# ci se bazeaza pe obseratii empi-

rice. Introduce notiunea de forta itala# forta inaccesibila omului# ce sta la baza

formarii substantelor organice. $eoria itala arata imposibilitatea crearii sub-

stantelor organice de catre om si a dominat prima treime a secolului al %I%-lea.

In 18&8 'hler realizeaza prima sinteza organica# printr-o simpla

incalzire# transformand cianatul de amoniu (sare tipic anorganica! in uree

diamida )&"*+- compus tipic organic!.

,) ,"* t0" )& ,

cianat de amoniu

C = O

)& ,

uree

eactia este o reactie de izomerizare# cei doi compusi fiind substante

izomere# substante cu aceeasi formula moleculara# dar formule structurale

diferite.


55/86

/perienta lui 'hler arata ca obtinerea substantelor organice este

accesibila omului# nefiind necesara pentru aceasta o forta de natura diina# ceea

ce a deschis calea sintezelor organice.

In aceste conditii definitia pe care a dat-o Berzelius chimiei organice nu era corecta. Analiza substantelor organice

arata prezenta cu preponderenta a atomului de carbon, atom pe care chimistii il pun la baza chimiei organice. Conformacestei teorii chimia organica este chimia carbonului . Aceasta definitie este partial corecta deoarece

- eista multi compusi ai carbonului de natura anorganica ( )&"*+ si sarurile

sale# "* "* !.

- eista multi compusi organici care in molecula lor nu prezinta atomi de carbon

( hidroil amina )& ,-*)# hidrazina )& ,-,)& !.

Analiza compusilor organici duce la concluzia prezentei alaturi de atomii de carbon al unui alt atom si anumeatomul de hidrogen.

"ompusii organici ai hidrogenului cu carbonul poarta denumirea de

hidrocarburi. nalizele moderne arata ca teoretic si in mare parte practic# toti

compusii organici pot fi sintetizati din hidrocarburi# acesti compusi denumindu-

se deriati ai hidrocarburilor.

!eri"atii hidrocarburilor compusi organici rezultati prin inlocuirea unuia sau mai multor atomi de hidrogen cu atomisau grupuri de atomi ai elementelor organogene organizati in functiuni.

/lemente organice : elemente care se gasesc in compusii organici# sunt

nemetale "# )# *# ,# 2# 3# % ( halogeni : 4 #"l# Br# I !

##*rganogene55 6 dau nastere la compusi organici.

4unctiunea 7eriat

% ( halogen ! -% (deriat halogenat ! ")+-"l (clorura de metil!

*) (hidroil! -*) (alcool!

5-*) (enol!

-*) (fenol!

7eriat

hidroilic

")+-")&-*) (alcool etilic!

")&6")-*) (alcool alilic!

")- *) (fenol!

,)& (amina! -,)& (amina! ")+-,)& (metil amina!


56/86

"himia organica - chimia hidrocarburilor si a derivatilor acestora.

*biectul chimiei organice il constituie :

• izolarea si purificarea substantelor organice.

• stabilirea compozitiei si structurii lor.

• cunoasterea proprietatilor lor si a posibilitatilor de

transformare.

• sinteza de laborator a compusilor organici ce prezinta

importanta.

Surse naturale de materie organica. Circuitul carbonului in natura

"a urmare a nenumaratelor arderi# inclusi respiratia animala# materia

organica este degenerata oidati pana la dioid de carbon si apa. egetatia

retine dioidul de carbon# il transforma in prezenta apei si a razelor luminoase in

substante organice necesare plantei ( zaharide# proteine# grasimi ! cu eliminarea

unei cantitati corespunzatoare de oigen.

n"*& ; n)&* lumina materie organica ;

n*&

cest proces este catalizat de pigmentul erde al plantei ( clorofila ! si

diriilometri materiale organice sub

forma de zacaminte# rezultatul transformarii chimice si biochimice anaerobesuferite de organismele egetale si animale in epoci geologice departate.

"arbochimia ( chimizarea carbunilor ! a fost initiata in 18+0 si

petrochimia ( chimizarea petrolului !- aparuta un secol mai tarziu - constituie

doua ramuri de baza a industriei organice de sinteza. "antitati enorme de

materie organica eista in apa marilor si oceanelor sub forma de organisme

egetale si animale de diferite genuri si grade de eolutie. 3e planeta noastra

materia organica apare foarte raspandita :

In biosfera# plante superioare si ma


57/86

In hidrosfera# plante inferioare# animale# plancton.

In litosfera# zacaminte de petrol# carbune# gaze naturale.

#ubstante organice

3lant

e *&

carbune

$rana

petrol

)&* ;

"*& animale

2ubstante organice

&. Izolarea si purificarea substantelor organice

Caracterizarea unui compus organic incepe intotdeauna cu stabilirea compozitiei sale. %entru aceasta, compusulorganic este mai intai izolat din mediul din care a aparut & mediul de reactie ', apoi purificat pentru indepartarea oricaror urme de substanta straina.


58/86

Izolarea si purificarea compusilor organici se poate face cu o gama foarte

larga de metode fizice# fizico-chimice# biochimice# chimice. /emplu :

sublimarea# distilarea# cristalizarea# etractia.

Sublimarea : operatia de purificare bazata pe proprietatea unor substantesolide de a sublima# de a trece prin incalzire direct in faza gazoasa# fara a se topi.

"ondensarea aporilor rezultati conduce la o masa de cristale ( nu de lichid ! cu

o puritate superioara probei initiale. 4olosirea sublimarii este limitata numai la

substantele care au proprietatea de a sublima.

Distilarea : metoda de izolare a compusului organic dintr-un amestec# de

obicei lichid# alcatuit din mai multi compusi ( componenti !. 2e bazeaza pe

diferenta dintre punctele de fierbere ale componentelor din amestec. 2e

incalzeste amestecul intru-un as de distilare# aporii rezultati prin incalzirea

amestecului la diferite temperaturi# sunt condensati si lichidele obtinute suntculese separat.

#e poate participa in diferite "ariante de lucru in functie de "aloarea diferentei punctelor de fierbere alecomponentilor amestecului.

!istilarea fractionata simpla pentru diferente mari ale punctelor de fierbere & ( - )((C '.

!istilare fractionata cu coloane de distilare pentru diferente mici ale punctelor de fierbere & ) -*(( C '.

!istilare fractionata la presiune scazuta, e"entual cu coloana de distilare

& * - ) ( C '.

Cristalizarea & metoda de fractionare a componentelor unui amestec ' se bazeaza pe diferenta de solubilitate acomponentelor unui amestec intr-un dizol"ant oarecare, la o temperatura apropiata de punctul sau de fierbere, se obtineo solutie saturata care prin racire conduce la o masa de cristale pure.

Extractia aplicata atat lichidelor cat si solidelor, permite separarea unui component dintr-un amestec oarecare pebaza solubilitatii sale selecti"e in anumiti sol"enti.

+ezultantul acestor operatii de purificare este urmarit prin intermediul unor marimi caracteristice compusilor organici numite caracteristici fizice &punctul de topire pentru substantele solide si indicele de refractie al lichidelor'.

Cand dupa doua operatii de purificare, "aloarea constantelor fizice nu se modifica, atunci substanta izolata este

suficient de pura pentru a fi supusa in"estigatiilor analitice.

Acti"itate eperimentala

*. !istilarea unui amestec de substante organice.

#e prepara in prealabil un amestec de acid acetic si tetraclorura de carbon in

proportie de **. ractionarea amestecului se poate realiza in doua moduri

- in balonul urtz se introduce o cantitate de amestec egala cu / din capacitatea balonului si cate"a bucati de portelanporos pentru omogenizarea fierberii. #e monteaza apoi termometrul, a carei scala sa fie astfel aleasa incat sa poatamasura cel mai ridicat punct de fierbere al componentilor amestecului, a"and gri0a ca bazinul cu mercur sa a0unga pana

in dreptul tubului lateral al balonului de distilare. #e ataseaza apoi refrigerentul, se alimenteaza cu apa si la iesire seplaseaza "asul de culegere.


59/86

#e regleaza sursa de incalzire & lampa cu gaz sau sursa electrica ' astfel incat fierberea amestecului sa nu fie"iolenta. #e noteaza temperaturile la care cei doi componenti "or distila si se "a masura cu un cilindru gradat cantitateadin fiecare component. #e stabileste randamentul distilarii & tetraclorura de carbon are punctual de fierbere 12,)( C,acidul acetic are punctual de fierbere **3( C ' prin raportarea la cantitatea initiala de amestec.

1 balon 'urtz

& termometru

+ refrigerent racit cu apa

as de culegere a distilari

lampa de incalzire

sita de azbest

7istilarea fractionata simpla folosita pentru prelucrarea unor cantitati mici de

amestecuri ( + - ml !.

mestecul supus distilarii este introdus intr-o eprubeta la care s-a atasat

un manson de cauciuc etans# un tub obisnuit de sticla cu rol de refrigerent# aand

diametrul interior mai mare cu 1-& mm decat diametrul eterior al tubului lateral

cu care se imbina. 7istilarea a decurge in mod obisnuit# urmarindu-se ariatia

de temperatura.

1 eprubeta cu tub lateral

& termometru

+ refrigerent racit cu aer

as de culegere

baie de racire a asului de culegere

&. 3urificarea acidului benzoic prin sublimare :

- 2e introduc 100 ml apa si &g acid benzoic impur intr-un as /rlenma?er de

circa +00ml capacitate.

- 2e incalzeste amestecul pana la fierbere# cand se obsera distilarea totala a

acidului benzoic.

- 2e filtreaza solutia fierbinte cat mai repede posibil.


60/86

- 4iltrantul cules se imparte in doua parti egale : una a fi lasata sa se raceasca

lent ( 10 - 1 min.!# cealalta a fi racita rapid cu un


61/86

/perienta se poate realiza pentru diferite substante :

- naftalina cu punct de topire 800 "

- α-naftilamina cu punctul de topire 00 "

- metadinitrobenzen cu punct de topire 910 "

- acid benzoic cu punct de topire 1&&0 "

- uree cu punct de topire 1++0 "

- acid salicilic cu punct de topire 110 "

3. Compozitia substantelor organice

7esi compusii organici au un numar impresionant# ei sunt alcatuiti dintr-

un numar relati restrans de elemente chimice denumite elemente organogene

( "# )# *# ,# 2# halogeni !# nemetalele aflate in 2.3. in coltul din dreapta.

naliza elementala a substantelor organice

3rezenta in substantele organice a elementelor organogene se

determina baza analizei chimice. 7upa purificare# substanta organica este

supusa analizei elementale calitatia si cantitatia.

Analiza elementala calitativa urmareste identificarea speciilor de atomi

care compun substanta organica cercetata. 2ubstanta organica este supusa unor

transformari chimice simple ai caror produsi finali sunt specifici si usor de

identificat.

/emplu : carbonul impreuna cu hidrogenul se identifica prin incalzire

pana la descompunerea unei probe de substanta cu oid de cupru ( "* ! cu

formarea de "* a apei din carbonul si hidrogenul din substanta si oigenul din

agentul oidant :

2ubstanta ( "#) ! ; "* "*& ; )&* ; "u

"elelalte elemente organogene ( ,#2# % ! sunt identificate dupa

descompunerea termica a substantei in prezenta de sodiu cu formarea unor

compusi anorganici usor de identificat prin reactii simple# specifice :


62/86

2ubstanta ( "#)#,#2#% ! ; ,a ,a", ; ,a&2 ;,a%

in substantele organice# oigenul nu se identifica ca element.

Analiza elementala cantitativa dozeaza cu metode corespunzatoare elementele identificate anterior, cu eceptia

oigenului care se dozeaza ca diferenta.

Aetodele folosite sunt arderile ( combustiile ! in care se formeaza

• "*& din carbon#

• apa din hidrogen#

• 2*& din sulf#

• azot elementar din azot.

ezultantul ei se eprima in procente si reprezinta formula procentuala a

substantei.

Acti"itate eperimentala. Analiza elementala calitati"a

*. Identificarea carbonului.

2e ia o eprubeta uscata# preazuta cu un dop prin care trece un tub de sticla

indoit in unghi drept# in care se amesteca 0#1 - 0#& g substanta cu 1-& g ( eces !de oid de cupru ( "* ! pulbere# calcinat in prealabil pentru perfecta uscare.

2e astupa eprubeta si se fieaza pe un stati in pozitie orizontala# capatul liber al

tubului se introduce pana aproape de baza unei eprubete ce contine solutie

diluata de hidroid de calciu ( "a(*)!& !. 2e incalzeste amestecul din ce in ce

mai mult.

- a inceput se barboteaza aerul# apoi se dezolta dioidul de carbon :

2ubstanta ("! ; &"u* "*& ; &"u

- 7ioidul de carbon se pune in eidenta prin formarea carbonatului de calciu#

insolubil in apa.

"*& ; "a(*)!& "a"*+ ; )&*

Identificarea hidrogenului.


63/86

3e partile reci ale eprubetei se depun

picaturi mici de apa# ce se formeaza prin

oidarea hidrogenului din substanta.

"a(*)!&

2ubstanta ()! ;

"* )&* ; "u

Aineralizarea substantei : intr-un tubusor de combustie se introduc

substanta cu o bucatica de sodiu neoidat si uscat pe hartie de in. 2e prindetubusorul intr-un cleste de lemn si se incalzeste treptat la flacara unui bec# mai

intai in zona unde se afla bucatica de sodiu# iar dupa topirea ei si in zona

substantei . 7upa ce substanta a ars# se incalzeste tubusorul pana la rosu si in

aceasta stare se arunca intr-un pahar cu apa distilata. 2e acopera cu o sticla de

ceas. 2e filtreaza solutia si se imparte filtrantul in trei parti egale# in ederea

identificarii ,# 2 si halogenilor.

Identificarea azotului.

Intr-o eprubeta se introduc + - ml din filtrantul de maisus# & - + picaturi dintr-o solutie proaspata de sulfat de fier (II!

&0C si & -+ picaturi solutie de clorura de fier (III!. 2e incalzeste

pana la fierbere. 2e aciduleaza cu & - + ml solutie de acid

clorhidric :

- daca substanta contine azot putin se formeaza un precipitat

erde albastrui.

- daca continutul in azot este mare se formeaza un precipitat albastru deheacianoferat (III! sau albastru de Berlin 4eD4e(",!E+

$ransformari chimice

- sodiul cu carbonul si azotul formeaza bromura de sodiu ( ,a", !

2ubstanta ("#,! ; ,a ,a",

- cianura de sodiu reactioneaza cu sulfatul de fier (II! si formeaza cianura de fier

&,a", ;4e2* 4e(",!& ; ,a&2*


64/86

- cianura de fier (II! cu eces de cianura de sodiu formeaza heacianoferatul (II!

de sodiu.

4e(",!& ; ,a", ,a D4e(",!E

- in prezenta ionilor de fier &III', heacianoferatul &II' de sodiu formeaza albastru de Berlin sau heacianoferatul &II' defier &III'

,a D4e(",!E ; 4e"l+ 4eD4e(",!E+ ; 1&,a"l

Identificarea sulfului :

Intr-o eprubeta se introduc ml filtrat de la mineralizarea substantei sodiu

si 1 ml de solutie apoasa de acetat de plumb. 7aca substanta a aut sulf se

formeaza un precipitat negru# sulfura de plumb. 2ubstanta reactioneaza cu sodiu

cu formarea sulfurii de sodiu.

2ubstanta (2! ; &,a ,a&2

,a&2 ;3b(")+"**!& 3b2 ; &")+"**,a

Identificarea halogenilor :

- Intr-o eprubeta se introduc ml filtrant de la mineralizarea substantei de sodiu.

- 2e aciduleaza cu acid azotic care nu contine halogeni.

- 2e fierbe 1-& min.

- 2e raceste.

- 2e adauga 1 ml solutie C azotat de argint.

7aca substanta analizata contine halogeni se formeaza un precipitat de

halogenura de argint :

2ubstanta (%! ; ,a ,a


65/86

,a ; g,*+ ,a,*+ ;

g%

Formule procentuale, empirice, brute, moleculare

ezultatul analizei elementelor cantitatie se eprima sub forma de

compozitie procentuala. 4ie :

- s cantitatea de substanta supusa combustiei


66/86

- a cantitatea de "*& ( dioid de carbon ! rezultata in urma

arderii# in conditiile in care tot carbonul a trecut in 7ioid de

carbon

-

b cantitatea de apa rezultata4

s

a

b

Fp Fe Fb FM

*rice formula chimica ne ofera doua tipuri de informatii :

Calitative ne arata speciile de atomi componente ale moleculei organice comune tuturor formulelor chimice.

"antitatie : informatii caracteristice fiecarui tip de formula chimica.

4ormula procentuala 4p - aspectul cantitati ne arata cota de participare

numerica a fiecarei specii de atomi la formarea a 100 g substanta.

7eterminarea " C : 1mol "*& (g!.1 at g " (1&g!

a g "*&. g "

6 1&a F 6G 6 +aF11

1g substanta+a F 11 g "

100g substanta " C

"C 6 +a F11s H 100 "C 6 +00a F 11s

) C : 1mol )&* (18g!.& at g ) (&g!


67/86

b g )&*? g )

? 6 &b F 18 6G ? 6 bF9 g )

s g substantab F 9 g )

100g substanta ) C

)C 6 100b F 9s

In mod analog se determina continutul procentual al tuturor celorlalte elemente

organice# cu eceptia oigenului care se determina prin diferenta :

* C 6 100 - ( "C ; )C ; .. !

ezultatul se scrie sub forma 4p : " :

) :

* :

Determinarea formulei empirice & e ', aspectul cantitati" ne arata raportul masic in care se gasesc speciile deatomi componente ale moleculelor organice. ormula se determina prin impartirea procentelor de la formula procentualala masele atomilor respecti"i & AC=*5, A$=*, AO=*2, A#=65, A=*3 '. #e obtin indicii formulei empirice.

Determinarea formulei brute &b' aspectul cantitati" ne arata raportul numeric &atomic' in care se gasescspeciile atomice componente ale moleculei organice. %entru aceasta se impart indicii formulei empirice la cea mai mica"aloare a lor, rezultatul il reprezinta indicii formulei brute.


68/86

Determinarea formulei moleculare &4' aspectul cantitati" il reprezinta numarul real din fiecare specie de atomicomponente ale compusului organic. ormula moleculara este un multiplu al formulei brute, factorul de multiplicare fiindn.

A

n 6

suma maselor atomice ale elementelor componente tinand cont de indicii 4 b

azele rezultate in urma combinatei sunt trecute prin ase spalatoare care au

rolul de a retine selecti si cantitati componentele.

H! este retinuta de asul spalator cu:

acid sulfuric&$5#O7' concentrat retinerea este fizica, a"and loc diluarea solutiei, aplicatia se bazeaza pe proprietatile

higroscopice ale acidului sulfuric.

"lorura de calciu("a"l&! anhidra: retinerea este chimica cu formarea clorurii de

calciu heahidratate("a"l&H)&*!

C! este retinut de asul spalator cu :

apte de ar ( solutie de "a(*)! retinerea este chimica si se formeaza

precipitatul de carbonat de calciu ( "a"*+ !

"*& ; "a(*)!& "a"*+ ; )&*

2olutie de potasa caustica (*)!# retinerea este chimica

&*) ; "*& &"*+ ; )&*

/cesul de oigen rezultat in urma combustiei este retinut de asul spalator cu

pirogalol ( 1#+ - trihidroi benzen !# retinerea este chimica si se bazeaza pe

sensibilitatea pirogalolului fata de oigen.

In toate cazurile cresterea masei "asului spalator se datoreaza componentelor din gazele de combustie, datorataretinerii.

8u orice insiruire de simboluri chimice si indici reprezinta o formula a unei substante organice. %entru "erificarea"alabilitatii unei formule moleculare se folosesc doua principii

Principiul paritatii %entru o substanta reala suma tuturor co"alentelor elementelor componente tinand cont de

indicii formulei moleculare trebuie sa fie un numar par .


69/86

Principiul nesaturarii echivalente nesaturarea echi"alenta este o masura a gradului de nesaturare a uneisubstante. %oate fi folosit pentru determinarea "aliditatii unei formule moleculare.

%entru o substanta de formal

CaHbOcNdXe,

indicele de nesaturare se calculeaza

&5a95' - &b - d 9e'

8.:.=

5

%entru o substanta reala indicele de nesaturare trebuie sa fie intreg, poziti", inclusi" zero.

Observatie - in exprimarea valorii indicelui de nesaturare echivalenta nu intra substantele divalente.

4. Structura compusilor organici

4odul de organizare al atomilor elementelor componente in ansamblul moleculei poarta denumirea de structura amoleculei. %entru a cunoaste structura unui compus organic este necesara cunoasterea naturii atomilor elementelor componente, natura legaturilor ce se realizeaza intre atomi, geometria atomilor si a legaturilor .

Intre atomii elementelor organice se stabilesc legaturi coalente ( atomii

elementelor organice sunt atomi de nemetale!. laturi de legaturile coalente

intalnim legaturi coalent - coordinatie ( in special in cazul compusilor de tip

amoniu ! si chiar# dar mai rar# legaturi ionice. ,u se intalnesc legaturi metalice.

a.! "egatura covalenta in compusii organici

a formarea legaturilor coalente participa atomi atat in stare

fundamentala ( )# %# ,# 2 ! cat si in stare hibridizata ( "# ,# * !. egatura

coalenta este legatura ce se realizeaza prin punerea in comun a cate unui

electron de catre fiecare atom de nemetal participant la formarea legaturii.

tomul realizeaza un numar de legaturi coalent egal cu numarul orbitalilor mo-noelectronici neparticipanti la formarea legaturi.

In cazul in care atomul considerat se afla in stare hibridizata# legatura se

formeaza astfel :

- prin intermediul orbitalilor hibrizi se formeaza numai legaturi coalente K ( nu-

marul legaturilor K 6 numarul orbitalilor hibrizi monoelectronici!

- prin intermediul orbitalilor p puri & nehibridizati ' se formeaza legaturi co"alente ; & numarul legaturilor co"alente ; =numarul orbitalilor ; puri monoelectronici '


70/86

!aca atomul se afla in stare fundamentala, el realizeaza prin intermediul orbitalilor monoelectronici numai legaturisigma.

In compusii organici eista legaturi

- simple & o legatura co"alenta simpla '

- multiple - dubla & o legatura sigma si o legatura ; '

- tripla & o legatura sigma si doua legaturi ; '

b.' Atomul de carbon in compusii organici

4ultitudinea compusilor organici se eplica si prin faptul ca atomul de carbon participa la formarea de legaturi instare hibridizata, este singurul care are puterea de incatenare & proprietatea atomului unui element de a forma lanturi deatomi de carbon '.

Aceasta proprietate se eplica prin faptul ca atomul de carbon isi are stratul de "alenta foarte aproape de nucleu,unde are patru electroni, pe care ii distribuie astfel incat in nici una din starile de hibridizare nu prezinta un orbitalcomplet ocupat. Aceasta asigura stabilitate maima atomului de carbon hibridizat si simetrie maima.

C&z=2' *s55s55p5

:


71/86

p ppur

ppur

C sp3

C sp2

C sp

s

#t. fundamentala

!iagrama energetica arata ca odata cu ridicarea cotei de participare energetica a orbitalilor s la formareaorbitalilor hibrizi energia orbitalilor hibrizi scade.


72/86

Csp6 5)>

Csp5 66,6> scadere

Csp )(>

ariatia energiei orbitalilor hibrizi Csp6 ? Csp5 ? Csp

O legatura, sigma sau pi , formata de fapt din doi electroni, se reprezinta con"entional printr-o liniuta & - '.

O legatura dubla se reprezinta & = ' iar o legatura tripla & @ '.

Csp6 - simetrie tetragonala.

%rezinta 7 orbitali hibrizi monoelectronici 7 legaturi co"alente sigma

7 legaturi simple.

.

. C . &Csp6' - C - &Csp6 ce realizeaza 7 legaturi simple '

.

$ $

$ C $ $ C $ C$7

) )

In toti compusii organici atomul de carbon este tetraalent # indiferent de natura

hibridizarii.

$ $


73/86

$ C C $ C5$2 C$6 - C$6

) )

" sp& simetrie trigonala

3rezinta - + orbitali hibrizi monoelectronici + legaturi simple : 1 leg.

dubla

& leg. simple

1 orbital p pur 1 legatura L

.

" : " M ( atomul de "sp& ce realizeaza & legaturi simplesi o

. legatura dubla !

) )

)&" 6 ")& ( etena ! " 6 "

) )

Csp - simetrie diagonala

3rezinta & orbitali hibrizi monoelectronici ---G & legaturi sigma

& orbitali p puri ---G & legaturi pi

ealizeaza: a! - 1 legatura simpla

1 legatura tripla

b! - & legaturi duble

.

." . # - " N ( "sp a realizat o legatura tripla si o legatura simpla !

.


74/86

"&)& )" N ") O ) - " N " - )

: " : # 6 " 6 ( "sp& a realizat & legaturi duble !

")& 6 " 6 ")&

tomul de carbon prezinta coalenta # atomul de hidrogen coalenta 1#

atomul de oigen coalenta atomul de azot coalenta +# atomul de halogen

coalenta 1.

tomul de azot in compusii organici participa la formarea legaturilor

coalente atat in stare fundamentala# cat si in stare hibridizata# caz in care

prezinta aloarea + a coalentei.

, (P6@!: 1s&

&s&

&p+

:


75/86

p

ppur

ppur

sp6


76/86

sp5

sp

s

,sp+

reprezinta + orbitali hibrizi monoelectronici # + legaturi coalente simple.

..

. , . ,sp+ - simetrie de piramida turtita

.

)

")+ - ,)& # )+" - ,

)

7aca atomul de azot foloseste dubletul electroni neparticipant ca donator intr-o

legatura coalenta coordinatia se modifica simetria in simetria tetragonala.

,sp& prezinta - & electroni sigma 6 G & legaturi sigma - 1 legatura dubla

1 legatura simpla

1 electron pi 6 G 1 legatura pi

.. electroni dintr- un orbital hibrid complet ocupat cu electroni

- , : ( dublet electronic neparticipant !

..

-, 6

( , sp& ce si-a realizat legaturile !


77/86

)ibridizarea la *igen

p ppur

sp6

sp5


78/86

* (P68!: 1s

&

&s

&

&p

tomul de oigen prezinta# in stare fundamentala# un numar de electroni

distribuiti: & in &s si in &p. In aceasta stare prezinta & orbitali semiocupati# deci

aloarea & a coalentei.

In stare hibridizata sp+# prezinta orbitale hibride# & complet ocupate cu

electroni si & semiocupate - aloarea & a coalentei. 3rin intermediul acestor

orbitali se realizeaza & coalente K# deci & legaturi simple. tomul de oigen

sp+ prezinta o simetrie ungulara# cu un unghi intre aele orbitalilor hibrizi de

10#0.

tomul de oigen sp& prezinta + orbitale hibride ( + complet ocupate# 1

semiocupat ! si un orbital p pur semiocupat. 3rin intermediul orbitalului hibrid

semiocupat se realizeaza o legatura coalenta K# iar prin intermediul orbitalului

p pur semiocupat# o legatura coalenta L. tomul de oigen sp& realizeaza o

legatura dubla (o legatura K si o legatura L!O el prezinta o simetrie trigonala.

tomul de oigen nu realizeaza hibridizare sp.

"oncluzii

tomii elementelor organogene# fiind atomi de nemetal# or fi legati intre ei

numai prin legaturi coalente.

In compusii organici atomii elementelor organice prezinta urmatoarele alori ale

coalentei : "-# )-1# ,-+# 2- 3-+# %-1. ealizarea legaturilor simple si

multiple implica urmatoarele alori ale coalentii maime :

a! legatura simpla - toti atomii elementelor organice# indiferent de aloareamaima a coalentei.

b! egatura dubla: atomii elementelor organice care au aloarea &

a coalentei

c! egatura simpla: atomii elementelor organice care au aloarea +

a coalentei

$oate coalentele atomilor componenti ai unei molecule organice satisfacute

numai prin legatura coalenta. paritia legaturii coalente coordinatia sedatoreaza folosirii de un atom a dubletelor electronice neparticipante ca donor


79/86

intr-o legatura coalent-coordinatia. paritia structurii organice are la baza

tocmai faptul ca atomii elementelor organice se unesc prin legaturi coalente.

egatura coalenta prezinta o serie de caracteristici ce eplica structura

organica:

/ste diri


80/86

)

• secundar: realizeaza & legaturi cu alti atomi de carbon:

)+"-")&-")+

")&6")&

• tertiar: realizeaza + legaturi cu alti atomi de carbon:

)+" - ") - ")+

")+ )&" 6 ") - ")+

)" N ")

- cuaternar: realizeaza legaturi cu alti atomi de carbon:

")+

")+ - " - ")+ )&" 6 " 6 ")&


81/86

")&

)+"

C = C$5 $C @ C - C$6

)+"

3e langa proprietatea de a fi primar# secundar# o alta caracteristica a

acestora cauza fundamentala e eistentei compusilor organici# este proprietatea

de incatenare.

,umai atomul de carbon prezinta aceasta proprietate in catena putand

eista zeci# sute pana la sute de mii de atomi de carbon legati intre ei.

$inand cont de natura hibridizarii# atomilor de carbon ce intra in

componenta unei catene# aceasta poate fi:

• saturata :contine numai atomi de carbon saturati# atomi de carbon

hibridizati sp+

• nesaturata : contine pe langa atomi de carbon sp + si atomi de carbon

nesaturati# " sp& si sp# intre care se realizeaza legaturi multiple

$inand cont de modul de dispunere a atomilor de carbon in ansamblulunei catene aceasta poate fi:

• liniara:

" - " - " - " - " - " - " -


82/86

* astfel de catena daca este saturata contine numai atomi de carbon

primar si secundar.

• ramificata:

"

" - " - " - " - " - " - " -

" "

* structura saturata ciclica contine toate tipurile de atomi de carbon.

"

" " " "

" " " "

"


83/86

"atenele ciclice saturate contin toate tipurile de atomi de carbon mite

" - " - " - " - " - " - " -

C C

"

#tructura chimica organica este aspectul cel mai important al unei molecule deoarece ne arata modul de aran0areal atomilor in ansamblul spatial al moleculei si interactiunile reciproce dintre atomi.

"atene de atomi de carbon Q aciclice Q liniare - saturate

- nesaturate

Q ramificate - saturate

- nesaturate

ciclice Q simple - saturate

- nesaturate

Q cu catena laterala - saturate

- nesaturate

2tructura chimica organica eplica proprietatile fizico - chimice ale acestora.

"unoasterea structurii permite identificarea substantei. 4ormula moleculara ( ea

singura ! ofera foarte putine informatii structurale# la formula moleculara data

pot eista o multitudine de compusi chimici. 4enomenul poarta numele deizomerie.


84/86

Izomeria este fenomenul prin care unei formule moleculare i se atribuie

doua sau mai multe substante diferite.

4A "&)* (& izomeri ! Q ")+ -* - ")+ ( dimetileter !

Q ")+ - ")& - *) ( alcool etilic !

4A "+)* are 9 izomeri

7eterminarea structurii unui compus organic implica mai multe etape facandu -

se pas cu pas# folosindu - se metode :

- fizice

- chimice ( analiza functionala si elementara !

- fizico - chimice ( spectro - fotometrie in =# A,# AR !

ezultatele analizei functionale sunt concretizate in formule structurale.

4ormulele structurale sunt reprezentari grafice ce scot in eidenta

particularitatile structurale ale moleculelor respectie.

ormulele structurale sunt

- formule plane# obisnuite# nu redau imaginea spatiala a moleculelor# dar sunt

folosite datorita comoditatii.

- formule de proiectie sunt rezultatul proiectiei imaginilor spatiale ale

moleculelor in planul hartiei. edau imaginea spatiala ( schema moleculara !

) )

) - " - " - )

) )


85/86

- formule de configuratie redau dispozitia spatiala a substituentilor legati direct

la atomul de carbon. 2e foloseste un cod al liniilor pentru reprezentare.

i ! linie punctata pentru legaturi ce se afla in spatele foii de hartie

ii! linie continua pentru legaturi ce se afla in planul foii de hartie

iii! linie pana pentru legaturi ce se afla in fata planului foii de hartie# spre

obserator ( partea ingrosata spre obserator !

) )

" S )

" S )

) )

- formule de conformatie indica aran


86/86

) )

- modele structurale reprezentari reale ale unor molecule organice confectionate

din diferite materiale care incearca sa reprezinte particularitatile structurale ale

compusilor

#

+ +

- modele structurale rerezentari reale ale unor molecule organice con%ectionate

din di%erite materiale care incearca sa rerezinte articularitatile structurale ale

comusilor

Introducere in Studiul Chimiei Organice

Documents

Transcript of Introducere in Studiul Chimiei Organice