O Cl Cl N

(1)

K emi oc h ca nce rte rap i e oc ca cet ea p NH N O Cl Cl N NH 2 N O O

O Cl Cl N

Cl Cl NH P O

N O O P O O O - Guanin-nukleoti d

S Sena p sg as

N Mechlorethamine C yclo phos phamide pg yp p Biodisel och tvål – det ena eller det andra? Biodisel och tvål det ena eller det andra? Syra-bas i or ganisk kem i

(2)

Syra-bas i organisk kemi Bygger närmast på: Atkins & Jones: CI H H H Br C Br H H H I + +

Atkins & Jones: Kap. 2, 3, 9 och 14 (13). Behandlar: H H N O

Atkins & Jones: Kap. 1 1 (10) Clayden m fl: K ap5s id1 13 133 NO 2

N O 2 H ++ Kap . 5 , sid . 11 3- 133 Kap. 8, sid. 187-201 Ka p. 13 , sid 319-323 , NH 3 3+

p, , 332-333 Grunden för: Co H 3 N H 3 NN H 3 NH 3

3 NH 3

Förståelsen för hur huvuddelen av alla kemiska reaktioner går till! Närmast: Cla yden m fl: Syra-bas i or ganisk kem i

3 y Kap. 12, sid 279-292 Kap. 17, sid 407-418, 420-423, 427-431, 433(T s), 439-444.

(3)

Lärandemål Efter föreläsningen skall du kunna: • förklara varför m olekyler vanligen INTE reagerar med förklara varför molekyler vanligen INTE reagerar med varandra. • förklara när m olekyler faktiskt kan reagera m ed varandra. förklara när molekyler faktiskt kan reagera med varandra. • förklara vad en nukleofil är och hur reaktiv den är. • förklara vad en elektrofil är och hur reaktiv den är. förklara vad en elektrofil är och hur reaktiv den är. • förklara hur och varför en nukleofil och elektrofil reagerar med varandra. • beskriva elektronernas rörelse under en reaktion (reaktionsmekanismen ) med hjälp av ”krokiga pilar”. • kvalitativt beskriva den kemisk drivkraften för reaktionen utifrån pK a -begreppet. Syra-bas i or ganisk kem i • förklara vad en lämnande grupp är och hur bra den är som lämnande grupp.

(4)

Syra -bas iorganisk kemi Syra bas i organisk kemi •V is a n åg ra olika t yp er av s yra- bas-reaktioner i gy p y organisk kemi • Br ønstedt syra -bas -teori Br ønstedt syra bas teori –p K a • Lewis syra bas teori • Lewis syra -bas -teori • R elatera egenskaper så som nukleofilisitet och l kt fili it ttill b ti ( K ) el ekt ro fili sit et till syra- bas- teor i ( pK a ) • K opplade jämvikter och Le Chateliers princip Syra-bas i or ganisk kem i

(5)

Lewis syra -bas som utgångspunkt Lewis syra bas som utgångspunkt • Jämviktslära (termodynamik) – genomförbarhe t • V arför? I förlängningen • Hur?

I förlängningen • Hur? • Reaktions mekanism – serie av elementarsteg – ki h i h (k k) i rea kt ions h ast ig h et (k ineti k) – processtyrn ing • ”T ransition state” struktur – utveckling/förbättring Syra-bas i or ganisk kem i

(6)

Br ønstedt syra -bas -teori Br ønstedt syra bas teori Syra: Proton - Bas: Proton - Konjugerad K onjugerad Proton donator Proton acceptor syra till B bas till H-A BH A BH A + + Stark bas Stark syra Svag syra Svag bas Stark bas Stark syra Svag syra Svag bas • En syra-bas-r eaktion är en jämvikten förskjuten mot den svagar e syran och svagar e basen. Syra-bas i or ganisk kem i Chemical Principles, Atkins and Jones 1 1.1

(7)

Br ønstedt syra -bas Br ønstedt syra bas • Sva g basg –E n svag bas är en atom eller molekyl, laddad eller oladdad, som är ”stabil” trots sitt fria elektronpar. Detta gynnas av hög elektronegativitet hos den atom på vilket det fria elektronparet finns samt resonansstabiliseringresonansstabilisering . Sk • S tar k syra –D en protonerade formen av en svag bas är en stark li B ö d Dä d äl l ! syra en li gt B rö nste dt. D et omv än da g äll er ! Syra-bas i or ganisk kem i Chemical Principles, Atkins and Jones 1 1.1 (10.1)

(8)

T able 8.1 The pK a value of some compounds V ad påverkar pKa ? Aci d pK a Conjugate base HI ca. -10 I – HCl ca -7 Cl –

Va d påverkar pKa ? • E lektronegativite - ”hybridisering” HCl ca . 7 Cl H 2 SO 4 ca. -3 HSO 4 – HSO 4 – 2.0 HSO 4 2– • R esonansstabilisering • B indningsstyrka CH 3 COOH 4.8 CH 4 COO – H 2 S 7.0 HS – NH + 92 NH

Or ganic Chemistry , Clayden, Greeves, W arren W others, pp 187-192 General C hemistry: A tkins and Jones pp NH 4 + 9. 2 NH 3 C 6 H 5 OH 10.0 C 6 H 5 O – CH 3 OH 15 5 CH 3 O –

General Chemistry: ... Atkins and Jones , pp 1. Jämför CH 4 , NH 3 och CH 3 OH. CH 3 OH 15 .5 CH 3 O 20.0 CH 3 H 3 C

O CH 2 H 3 C

O 2. Jämför CH 4 , C 6 H 6 och HCCH. 25 NH 3 33 NH 2 – C H 43 C H –

H C C H C C H 3. Jämför CH 3 OH och CH 3 COOH 4J ä fö H C l h H I Syra-bas i or ganisk kem i C 6 H 6 ca. 43 C 6 H 5 CH 4 ca. 48 CH 3 – Or ganic Chemistry , Clayden, Greeves, W arren and W others p 188 4. Jä m fö r HCl oc h HI

(9)

Genomförbarhet Kemisk drivkraft och jämvikt H H HO H HF H O H H F + + G H O H H F

F O H H + O H H F Δ G 0 Syra-bas i or ganisk kem i

(10)

pK =- logK Genomförbarhet pK a logK a G G G

0 0 Δ − Δ O H H F

F O H H H + R T eq eq e K RT G K ln =  Δ − = O H H F Δ G 0

[] []

[] [ ] [ ] F O H F F O H

O H K − + −

− +

+ =   

  

   

   

   

 = 3

0 0 3

3 pH = - log a H 3O + = - log[H 3 O + ] K eq = [H 3 O + ][ F - ] [H 2 O ][HF ] K eq [H 2 O ] = [H 3 O + ][ F - ] [HF ] =K

[] []

[ ] HF HF HF O H O H K a

 



    

   

 0 0 2 2 Syra-bas i or ganisk kem i

[] a H 20 = 1 Chemical Principles, Atkins and Jones 1 1.5-1 1.8 (10.5-10.8)

(11)

22 2,4-diklorfenoxyättiksyra 1,4 -D Difenhydramin Benad ryl ,4 Herbicid enad yl Antihistamin Syra-bas i or ganisk kem i

(12)

SubstitutionsreaktionSubstitutionsreaktion Nukleofil Lämnande grupp Nukleofil grupp (R )- 2- br omobutan (S )- 2- metoxybutan (R )- 2- br omobutan (S )- 2- metoxybutan Åt vilket håll är reaktionen förskjuten? Åt vilket håll är reaktionen förskjuten? Hur skall nukleofilen (Nu) respektive den lämnande gruppen (L) vara beskaf fad för att förskjuta jämvikten åt produkthållet? vara beskaf fad för att förskjuta jämvikten åt produkthållet? (Hur påverkas reaktionshast igheten av Nu och L?) ... Syra-bas i or ganisk kem i Or ganic Chemistry , Clayden, Greeves, W arren and W others, (Curly arrows) pp 123-130 (Nucleophile) pp 1 (Leaving group) pp 283-284

(13)

Gör inte så här – det är fel! Krokiga pilar visar INTE hur atomer förflyttas! ii ä fö i Kr ok iga p ilar anv änds fö r att v isa hur elektr onerna förflyttas (omfördelas)! Fel i boken Chemical Principles på sidorna 427 – 429! Syra-bas i or ganisk kem i

(14)

Jämför klassisk syra-bas reaktion db i i k i me d su bst itut ionsrea kt ion t t Brønstedt: pro ton - acceptor pro ton - donator electron- electron- Lewis: pars - donator pars - acceptor Syra-bas i or ganisk kem i

(15)

Lewis syra -bas -teori Lewis syra bas teori E Li äl kt t • E n L ew iss yra är en e le kt ronparsaccep tor •E n Lewisbas är en elektron parsdonatorp Nukleofil ; elektronpars - elektronpars - donator CH 3 CH 3 C l C Cl CH 3 CH 3 C H 3 C C H 3

C l Elektrofil ; elektronpars- To m p-orbital

3 H 3 C C H 3 Syra-bas i or ganisk kem i acceptor Chemical Principles, Atkins and Jones 1 1.2 (10.2) Or ganic Chemistry , Clayden, Greeves, W arren and W others pp 120-122;

(16)

Nukleofil substitution Genomförbarhet Nukleofil substitution G CB r Me H δ+ δ- CH 3 O + C CH 3 O Me H + Br H Et

H Et H F δ+ δ- O + H O + F H H H H CL B +

H F O + H O + F H H God nukleofil = Stark bas Δ G 0 C B L + CL B C B L + + Bra lämnande Stark bas Stark syra Svag bas Svag syra

grupp = Svag bas Syra-bas i or ganisk kem i

(17)

Kolmonoxid som ligand till ll meta ll er C O Fylld metall d xz orbital To m π *-orbital hos CO C O To m metall d z 2 orbital Fylld σ -orbital hos CO C O N

Jämför med karbokatjon N N

N N Fe Nu

N u ”CO” N N C C ”H em” Syra-bas i or ganisk kem i

CO 2 H HO 2 C e

(18)

Syntes av MTBE H 3 C H + /M e O H CH 3 H C H H 3 C C C H /M e O H CH O C 3 H 3 C H 3 C H Syra-bas i or ganisk kem i

(19)

Joniska eller polära reaktioner Hur? Joniska eller polära reaktioner • N amn på reaktionstyp klassifieras utifrån hur bindningar bildas och/eller bryts . • V id jonisk eller polär reaktion bildas och/eller bryts bindningar heterolytiskt . • Jonisk eller polär reaktion äger rum på grund av förekomsten av

polariserad bindning . • Joniska eller polära r eaktioner är den absolut vanligaste formen av kemiska reaktioner Syra-bas i or ganisk kem i

(20)

Hur bryts bindningen ll h

Hur? me ll an H oc h F? XY Y + X Heterolytiskt! Syra-bas i or ganisk kem i Heterolysis: Or ganic Chemistry , Clayden, Greeves, W arren and W others p 126

(21)

Elektrostatiska interaktioner och bi li k i

Hur? or bi ta li ntera kt ione r De två huvudfaktor erna som kontr ollerar reaktionen O O De två huvudfaktor erna som kontr ollerar r eaktionen mellan två atomer/molekyler: Cl H 3 C Cl H 3 C Elektrostatisk interaktion Q uick guide to im portant electrone gativities Qg p g H 2.2 Li B C N O F Li B C N O F 0.98 2.04 2.55 3.04 3.44 3.98 Mg Al Si P S Cl 13 1 16 1 19 21 9 25 8 31 6 Orbital-

1. 31 1. 61 1. 9 2. 19 2. 58 3. 16 Br 2.96 Syra-bas i or ganisk kem i interaktion I 2.66 Electrostatic and orbital interactions: Or ganic Ch emistry , Clayden, Greeves, W arren and W others p 121

(22)

Polär kovalent bindning Hur? Polär kovalent bindning H–H jämfört med H–F E HH H F HH H F HH HF + - Syra-bas i or ganisk kem i Chemical Principles, Atkins and Jones 3.1 Heteronuclear diatomics: Or ganic Chemistry , Clayden, Greeves, W arren and W others pp 101-102

(23)

Heterolys via nukleofil attack Hur? Heterolys via nukleofil attack Fria elektronpar To m anti- bindandebindande orbital hos HF Fylld bindande orbital hos HF Syra-bas i or ganisk kem i Electron flow is the key to reactivity: Or ganic Chemis try , Clayden, Greeves, W arren and W others pp 115-1 17

(24)

Hur? NukleofilNukleofil E H+ p + HF O H H

G δ+ δ- Δ E 0

p O H H F

F O H H H + Syra-bas i or ganisk kem i R AB R AB

0

O H H F Δ G 0 Electron flow is the key to reactivity: Or ganic Chemis try , Clayden, Greeves, W arren and W others pp 115-1

(25)

Kinetik Hur? Nukleofil substitution (S N 2) G δ+ δ- C L B C L σ * B δ+ δ- CL B +

C L B Δ G 0 C B L + God nukleofil = stark bas ld CL B C B L + + Star k Star k Sva g Sva g

Bra lämnan de grupp = svag bas Syra-bas i or ganisk kem i bas syra g bas g syra svag bas The S N 2 reaction: Or ganic Chemistry , Clayden, Greeves, W arren and W others pp 420-422

(26)

Nukleofil attack på sp 3 -kol Hur? Nukleofil attack på sp kol σ * δ+ δ- CL B δ+ δ- H δ+ δ H δ+ δ H CB r H Et δ+ δ- C Br Br δ+ δ- Et Me Me Br + C Br Et Me + B r S 2 bb R 2 bb t Inversion S- 2- brom butan R -2 -b rom bu tan Syra-bas i or ganisk kem i Or ganic Chemistry , Clayden, Greeves, W arren and W others pp

(27)

Alkyleringsmedel R Alkyleringsmedel CL H H O S M e O O O

L: Lämnande gupp S O O S Me M e O O Busulfan

NH N

N O NH 2 N O O Busulfan 1,4-bis(methylsulfonyloxy)butane

O O P O O

O O - Cl Cl O Guanin-nukleotid Cl Cl Cl Cl N H P O

N O S Senapsgas

N Mechlorethamine

N H O Cyclophosphamide Syra-bas i or ganisk kem i Senapsgas Mechlorethamine Cyclophosphamide

(28)

Addition över C =O vid basiska betingelserer OC H Nu T able 8.1 The pK a value of some compounds Acid pK a Conjugate base/ Nucleophile HCl ca 7 Cl – Alkoxidjon pK = 15 5 Nukleofil pK = ? HCl ca . - 7 Cl H 2 SO 4 ca. -3 HSO 4 – CH 3 COOH 4.8 CH 4 COO –

pK a 15 .5 (för ROH) pK a ? (för NuH) 3 4 H 2 S 7.0 HS – CH 3 OH 15.5 CH 3 O – Jämvikten förskjuten åt höger för nukleofiler vars 25 NH 3 33 NH 2 – H C C H C C H korresponderande syra (NuH) har ett större pK a än för R-OH Syra-bas i or ganisk kem i CH 4 ca. 48 CH 3 – Nucleophilic addition to...: Or ganic Chemistry , Clayden, Greeves, W arren and W others pp 135-143

(29)

Nukleofil attack på C=Op G pK a (NuH) > ca 16 pK a (NuH) < ca 16 CO Nu G 0 CO Nu + 1 > eq K 1 < eq K Acid pK a Conjugate base/ Nucleophile Acid pK a Conjugate base/ Nucleophile Nucleophile HCl ca. -7 Cl – H 2 SO 4 ca. -3 HSO 4 –

Nucleophile CH 3 OH 15.5 CH 3 O – 25 H C C H C C H Syra-bas i or ganisk kem i

2 4 4 CH 3 COOH 4.8 CH 4 COO – CH 3 OH 15.5 CH 3 O – NH 3 33 NH 2 – CH 4 ca. 48 CH 3 –

(30)

Substitution på C=O vid basiska betingelserer God nukleofil = stark bas Bra lämnande grupp = svag bas svag bas Stark bas Stark syra Svag b Svag Syra-bas i or ganisk kem i bas syra bas syra Nucleophilic substitutiona at C=O: Or ganic Chemis try , Clayden, Greeves, W arren and W others pp 279-286

(31)

Le Chateliers princip Syrakatalyserad esterhydrolys O R R' O H O R R' O H O R R' O H R ' O R ' O H H OH S H O R' O H R O R' O H R O R R O R R H OH - S O O