Cel I: Organische Chemie
Inhoud
H1: Stereochemie – De ruimtelijke structuur van het koolstofskelet ............................. 4
Inleiding ............................................................................................................... 4
Methaan............................................................................................................... 4
Ethaan en conformationele isomerie ...................................................................... 4
Newmanprojectie ................................................................................................. 5
Propaan ............................................................................................................... 6
Butaan ................................................................................................................. 6
De ruimtelijke structuur van alkenen en alkynen...................................................... 7
De ruimtelijke structuur van cyclische verbindingen ................................................ 7
H2: Stereo-isomerie en stereochemie – Het belang van de derde dimensie in de chemie
............................................................................................................................. 11
Stereo-isomerie: inleiding.................................................................................... 11
Wanneer is een koolstof stereogeen? ................................................................... 11
Moleculen met 1 stereogeen centrum zijn chiraal en vormen een enantiomeer paar 11
Optische activiteit ............................................................................................... 12
Een geschikte voorstelling van stereo-isomeren: de Fisherprojectie........................ 12
Een geschikte naamgeving voor stereo-isomeren .................................................. 13
De R,S nomenclatuurregels ................................................................................. 13
Moleculen met meerdere stereogene centra ......................................................... 13
Fysische en chemische eigenschappen van stereo-isomeren ................................ 14
Chemische, biochemische en biomedische relevantie van stereo-isomerie ............ 14
Andere vormen van stereo-isomerie ..................................................................... 16
H3: Inleiding tot organische reactiviteit – chemische transformaties .......................... 17
Inleiding ............................................................................................................. 17
Energetische aspecten van chemische reacties .................................................... 17
Reactiemechanismen: terminologie ..................................................................... 17
H4: Inleiding tot reactiviteit – Organische aciditeit en basiciteit .................................. 19
Proton-transferevenwichten (Brönsted-Lowry concept) ......................................... 19
Oxyzuren ............................................................................................................ 20
,H5: Organische reactiviteit – Nucleofiele substitutie ................................................. 21
Inleiding ............................................................................................................. 21
Het Sn2 mechanisme .......................................................................................... 21
Het Sn1 mechanisme .......................................................................................... 22
Welk mechanisme geniet voorkeur? ..................................................................... 24
H6: Organische reactiviteit - Eliminatie .................................................................... 25
Het E2 mechanisme ............................................................................................ 25
Het E1 mechanisme ............................................................................................ 25
Eliminatie of substitutie? ..................................................................................... 26
H7: Organische reactiviteit – Additie aan de π-binding ............................................... 27
Additie van zuren HX ........................................................................................... 27
Additie van water ................................................................................................ 28
Additie van waterstof........................................................................................... 28
Chemische eigenschappen van diënen ................................................................ 29
H8: Organische reactiviteit – Radikaalreacties .......................................................... 30
Halogenering van alkanen ................................................................................... 30
Ketenreacties ..................................................................................................... 31
De stabiliteit van C-radikalen ............................................................................... 31
H9: Organische reactiviteit – Reactiviteit van de carbonylgroep.................................. 32
Reactie van nucleofielen: additie van alcoholen en amines .................................... 32
Keto-enol tautomerie – aldolcondensaties............................................................ 35
H10: Organische reactiviteit – De carboxylgroep en afgeleide functionele groepen ...... 38
Nomenclatuur .................................................................................................... 38
Fysische eigenschappen van carbonzuren ............................................................ 38
Carbonzuren: de sterkste ‘natuurlijke’ organische zuren ........................................ 39
Derivaten van carbonzuur .................................................................................... 39
De zuur-gekatalyseerde verestering van carbonzuren: Fisher-verestering ................ 40
Een bijzondere klasse van verbindingen in de biochemie van het leven: fosfo-esters en
fosfo-anhydriden ................................................................................................ 41
Aminocarbonzuren ............................................................................................. 44
Esters en amiden ................................................................................................ 44
H11: Organische reactiviteit – Oxidatie en reductie ................................................... 45
, Inleiding ............................................................................................................. 45
H12: Organische reactiviteit – Suikers: structuur en chemie ...................................... 46
Suikers: definities en indeling .............................................................................. 46
Monosachariden ................................................................................................. 46
De cyclische structuur van monosachariden ........................................................ 47
, H1: Stereochemie – De ruimtelijke structuur van het
koolstofskelet
Inleiding
Sp3: 4 sigmabindingen, tetraëder, valentiehoeken 109°
Sterisch getal= 4
Sp2: 3 sigmabindingen, eenzelfde vlak, valentiehoeken 120°
Sterisch getal = 3
Sp: 2 sigmabindingen, lineair, valentiehoeken 180°
Sterisch getal = 2
(SG= som van aantal bindingen en vrije elektronenparen)
Dierlijke vetten: hoog gehalte aan stearinezuur
Plantaardige vetten: meer oliezuur
Methaan
- Statisch beeld van methaan (evenwichtswaarden)
- Voorstelling die overeenkomt met kleinste energie-inhoud
- In werk: bindingsafstanden en valentiehoeken fluctueren rondom de
evenwichtswaarden ➔ bewegingsenergie (ekin) van molecule bij botsing wordt
omgezet tot inwendige energie (epot)
- Hoe hoger de temp, hoe groter de gemid bewegingsenergie, hoe meer botsingen
met andere moleculen, verhoging inwendige energie
- Bindingen kunnen gebroken worden
Ethaan en conformationele isomerie
Geëclipseerd: elke C-H binding op het ene C-atoom
staat precies tegenover een C-H binding van het
naburig C-atoom. → H dicht bij elkaar in de buurt ->
repulsie
Geschrankt: de hoek gevormd door 2 C-H bindingen op het naburig C-atoom snijdt
precies het midden door → H verder van elkaar -> energetisch gunstiger
Inhoud
H1: Stereochemie – De ruimtelijke structuur van het koolstofskelet ............................. 4
Inleiding ............................................................................................................... 4
Methaan............................................................................................................... 4
Ethaan en conformationele isomerie ...................................................................... 4
Newmanprojectie ................................................................................................. 5
Propaan ............................................................................................................... 6
Butaan ................................................................................................................. 6
De ruimtelijke structuur van alkenen en alkynen...................................................... 7
De ruimtelijke structuur van cyclische verbindingen ................................................ 7
H2: Stereo-isomerie en stereochemie – Het belang van de derde dimensie in de chemie
............................................................................................................................. 11
Stereo-isomerie: inleiding.................................................................................... 11
Wanneer is een koolstof stereogeen? ................................................................... 11
Moleculen met 1 stereogeen centrum zijn chiraal en vormen een enantiomeer paar 11
Optische activiteit ............................................................................................... 12
Een geschikte voorstelling van stereo-isomeren: de Fisherprojectie........................ 12
Een geschikte naamgeving voor stereo-isomeren .................................................. 13
De R,S nomenclatuurregels ................................................................................. 13
Moleculen met meerdere stereogene centra ......................................................... 13
Fysische en chemische eigenschappen van stereo-isomeren ................................ 14
Chemische, biochemische en biomedische relevantie van stereo-isomerie ............ 14
Andere vormen van stereo-isomerie ..................................................................... 16
H3: Inleiding tot organische reactiviteit – chemische transformaties .......................... 17
Inleiding ............................................................................................................. 17
Energetische aspecten van chemische reacties .................................................... 17
Reactiemechanismen: terminologie ..................................................................... 17
H4: Inleiding tot reactiviteit – Organische aciditeit en basiciteit .................................. 19
Proton-transferevenwichten (Brönsted-Lowry concept) ......................................... 19
Oxyzuren ............................................................................................................ 20
,H5: Organische reactiviteit – Nucleofiele substitutie ................................................. 21
Inleiding ............................................................................................................. 21
Het Sn2 mechanisme .......................................................................................... 21
Het Sn1 mechanisme .......................................................................................... 22
Welk mechanisme geniet voorkeur? ..................................................................... 24
H6: Organische reactiviteit - Eliminatie .................................................................... 25
Het E2 mechanisme ............................................................................................ 25
Het E1 mechanisme ............................................................................................ 25
Eliminatie of substitutie? ..................................................................................... 26
H7: Organische reactiviteit – Additie aan de π-binding ............................................... 27
Additie van zuren HX ........................................................................................... 27
Additie van water ................................................................................................ 28
Additie van waterstof........................................................................................... 28
Chemische eigenschappen van diënen ................................................................ 29
H8: Organische reactiviteit – Radikaalreacties .......................................................... 30
Halogenering van alkanen ................................................................................... 30
Ketenreacties ..................................................................................................... 31
De stabiliteit van C-radikalen ............................................................................... 31
H9: Organische reactiviteit – Reactiviteit van de carbonylgroep.................................. 32
Reactie van nucleofielen: additie van alcoholen en amines .................................... 32
Keto-enol tautomerie – aldolcondensaties............................................................ 35
H10: Organische reactiviteit – De carboxylgroep en afgeleide functionele groepen ...... 38
Nomenclatuur .................................................................................................... 38
Fysische eigenschappen van carbonzuren ............................................................ 38
Carbonzuren: de sterkste ‘natuurlijke’ organische zuren ........................................ 39
Derivaten van carbonzuur .................................................................................... 39
De zuur-gekatalyseerde verestering van carbonzuren: Fisher-verestering ................ 40
Een bijzondere klasse van verbindingen in de biochemie van het leven: fosfo-esters en
fosfo-anhydriden ................................................................................................ 41
Aminocarbonzuren ............................................................................................. 44
Esters en amiden ................................................................................................ 44
H11: Organische reactiviteit – Oxidatie en reductie ................................................... 45
, Inleiding ............................................................................................................. 45
H12: Organische reactiviteit – Suikers: structuur en chemie ...................................... 46
Suikers: definities en indeling .............................................................................. 46
Monosachariden ................................................................................................. 46
De cyclische structuur van monosachariden ........................................................ 47
, H1: Stereochemie – De ruimtelijke structuur van het
koolstofskelet
Inleiding
Sp3: 4 sigmabindingen, tetraëder, valentiehoeken 109°
Sterisch getal= 4
Sp2: 3 sigmabindingen, eenzelfde vlak, valentiehoeken 120°
Sterisch getal = 3
Sp: 2 sigmabindingen, lineair, valentiehoeken 180°
Sterisch getal = 2
(SG= som van aantal bindingen en vrije elektronenparen)
Dierlijke vetten: hoog gehalte aan stearinezuur
Plantaardige vetten: meer oliezuur
Methaan
- Statisch beeld van methaan (evenwichtswaarden)
- Voorstelling die overeenkomt met kleinste energie-inhoud
- In werk: bindingsafstanden en valentiehoeken fluctueren rondom de
evenwichtswaarden ➔ bewegingsenergie (ekin) van molecule bij botsing wordt
omgezet tot inwendige energie (epot)
- Hoe hoger de temp, hoe groter de gemid bewegingsenergie, hoe meer botsingen
met andere moleculen, verhoging inwendige energie
- Bindingen kunnen gebroken worden
Ethaan en conformationele isomerie
Geëclipseerd: elke C-H binding op het ene C-atoom
staat precies tegenover een C-H binding van het
naburig C-atoom. → H dicht bij elkaar in de buurt ->
repulsie
Geschrankt: de hoek gevormd door 2 C-H bindingen op het naburig C-atoom snijdt
precies het midden door → H verder van elkaar -> energetisch gunstiger
