Organic Chemistry - Alkenes Pg.2

Reaction of Alkenes

1. Halogenation of Alkenes - ใส่หมู่ 7 เข้าไปแทนที่ H

2. Hydrogenation of Alkenes - ก็เติม H ลงไป ได้ Alkanes

3. Hydrohalogenation of Alkenes - เติมสารประกอบระหว่าง H กับหมู่ 7 ลงไป พันธะไพแตกออก

 

 4. Hydroxylation of Alkenes - เติมหมู่ Hydroxyl ลงใน Alkene ได้ Glycol ใช้สารละลาย KMnO4 ในสารละลายเบสเป็นรีเอเจนต์ จึงเรียกอีกอย่างว่า ปฏิกริยาฟอกจางสีด่างทับทิม

5. Hydration of Alkenes - เติมน้ำลงไปใน Alkene และใช้กรดเป็น catalyst ได้ออกมาเป็นแอลกอฮอล์

6. Ozonolysis of Alkenes - ใช้ O3 เพื่อเปลี่ยน Alkene ให้กลายเป็น Aldehyde หรือ Ketone

7. Polymerization - ทำให้ Alkene ผสมกันเองเป็นโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้นเรื่อยๆ (อุณหภูมิและความดันต้องเหมาะสมด้วย)

Youtube : http://www.youtube.com/watch?v=qgAI_XwmBpw

Organic Chemistry - Alkenes Pg.1

Introduction

          สารประกอบ Alkene คือสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีพันธะระหว่าง Carbon เป็นพันธะไพ เพียงแห่งเดียวเท่านั้น โดย Alkene มีสูตรคือ CnH2n สำหรับโซ่เปิด และ CnH2n-2 สำหรับโซ่ปิด

การเรียกชื่อ

          เติม -ylene หรือ -ene ก็ได้ ตามภาพ (เช่น Ethene อาจเรียกเป็น Ethylene ได้)

 การเรียกชื่อ IUPAC

          เหมือนกับการเรียก Alkanes เพียงแต่ว่า สายโซ่หลัก จะต้องเป็นสายที่ยาวที่สุดที่มีพันธะไพอยู่ด้วย
 และทั้งนี้ ก็มีชื่อเรียกแทนบางหมู่ที่เราอาจใช้ได้เช่น Ethenyl = Vinyl, Propenyl = Allyl

Geometrical Isomer (ไอโซเมอร์เชิงเรขาคณิต)

          เกิดจากการแทนที่ Hydrogen ด้วยหมู่ Alkyl 2 หมู่ แล้วเกิดผลิตภัณฑ์ 2 แบบ จึงเติม cis- และ trans- เพื่อเรียกให้ต่างกัน โดยถ้าหมู่ที่มาเกาะนั้น อยู่ด้านเดียวกัน จะเรียก cis- นำหน้า แต่ถ้าทแยงกันก็จะเรียก trans- นำหน้า ตามภาพ

 

 ***ถ้าหมู่ที่มาเกาะ เป็นคนละหมู่กัน จะเปลี่ยนระบบที่เรียกเป็น E,Z System แทน โดยหลักง่ายๆ คือ E = Entagen = opposite คือ ทแยงกัน และ Z = Zusummen = together คืออยู่ด้านเดียวกัน

การเตรียมสารประกอบ Alkenes

1. Dehydrohalogenation of Alkylhalides - เป็นการดึง H และหมู่ 7 ออกจาก Alkylhalides โดนใช้ KOH ที่ละลายใน Alcohol เร่งปฏิกริยา

2. Dehydration of Alcohols - โดยให้ความร้อนกับแอลกอฮอล์ด้วยกรดแก่ ได้น้ำและสารประกอบ Alkenes

3. Reduction of Alkynes - คือเติม H เข้าไปใน Alkynes และใช้ Pd, CaCO3, BaSO4 หรือ Na/Li ละลายในใน NH3 เป็นตัวเร่งปฏิกริยา

Organic Chemistry - Alkanes Pg.2

การเตรียมสารประกอบ Alkanes

          ในการเตรีมสารประกอบ Alkanes จากสารอินทรีย์ชนิดอื่นนั้น จะใช้โลหะ Platinum, Palladium หรือ Nickle เป็นตัวเร่งปฏิกริยา เพราะโลหะพวกนี้มีผิวขรุขระ จะช่วยยึด Hydrogen ไว้เมื่อทำปฏิกริยา ทำให้สารต่างๆในปฏิกริยาชนกันง่ายขึ้น

การเตรียม Alkanes จาก Alkene หรือ Alkynes (Hydrogenation of Alkenes or Alkynes)

         เป็นการใส่ Hydrogen เข้าไปทำให้พันธะระหว่าง C ที่เป็นพันธะคู่หรือสามนั้น แตกออก ไปจับกับ Hydrogen แทน

การเตรียม Alkanes จาก Alkylhalides (หมู่ 7 เกาะอยู่กับ Alkyl)  

           ใส่ Hydrogen เช่นเดียวกัน เพียงแต่ Hydrogen ไปแทนที่หมู่ 7

 ปฎิกริยาของสารประกอบ Alkanes

1. Halogenation of Alkanes - เหมือนย้อนกลับปฏิกริยาเมื่อกี้เลย คือ ใช้หมู่ 7 ไปแทนที่ Hydrogen แทน เพียงแต่ใช้แสงหรือความร้อนเป็นตัวเร่งปฏิกริยา โดยจะทำให้พันธะของสารตั้งต้นแตกออก

2. Combustion Reaction - ปฏิกริยาการสันดาป Oxygen ได้ CO2 และ H2O แต่ถ้า Oxygen ไม่พอ จะเกิด C เหลือเป็นเขม่า

สารประกอบ Cycloalkanes

          คือ Alkanes ที่เป็นวงแหวน มีความอิ่มตัวแล้ว หลักการเรียกชื่อก็แค่ใส่ cyclo- ไปข้างหน้า

 

          สำหรับการเกิดปฏิกริยานั้น จะมีแต่สารที่เป็นสามเหลี่ยม สี่เหลี่ยม หรือห้าเหลี่ยมเท่านั้น ที่จะเกิดได้ เนื่องจากสารพวกนี้มีความเครียดภายในวงสูง คือมุมพันธะไม่ถึง 109.5 เมื่อทำปฏิกริยา ก็อาจแตกเป็นสายได้

Organic Chemistry - Alkanes Pg.1

Introduction

          สารประกอบ Alkane มีสูตรเป็น CnH2n+2 ถ้าเป็นโซ่เปิด แต่ถ้าโว่ปิดจะเป็น CnH2n โดยสารประกอบ Alkane นั้นจะจับกันด้วยพันธะเดี่ยวทั้งหมด และสำหรับชื่อสารนั้น จะเรียกตามจพนวนคาร์บอนสายโซ่ที่ยาวที่สุด ตามตาราง

 

 หมู่ Alkyl

          หมู่ Alkyl ก็มาจาก Alkane นั่นแหละครับ แค่ H หายไปตัวนึง ทำให้สามารถไปสร้างพันธะกับหมู่อื่นๆได้ โดยการเรียกชื่อก็เหมือน Alkane เลย เพียงแค่เปลี่ยน -ane เป็น -yl เช่น Methyl (CH3), Ethyl (C2H5)

ข้อตกลง - คำนำหน้า (ทั้ง Alkane และ Alkyl)

          1. n- ย่อมาจาก normal คือคาร์บอนต่อเป็นโซ่ตรงปกติ เช่น n-Hexane

          2. iso- ใช้เมื่อมี Methyl แยกสาขาที่คาร์บอนตัวรองสุดท้าย เช่น isohexyl

         3. ใช้ sec- นำหน้าเมื่อมีจุดต่อที่ Secondary Carbon (คาร์บอนที่มีหมู่ฟังก์ชันมาเกาะรอบๆ 2 ตัว)

         4. ใช้ tert- นำหน้าเมื่อมีจุดต่อที่ Tertiary Carbon (คาร์บอนที่มีหมู่ฟังก์ชันมาเกาะรอบๆ 3 ตัว)

การเรียกชื่อ IUPAC

          เป็นชื่อที่เรียกยากนิดนึง คนธรรมดาไม่เรียกกัน แต่ถ้าเรียกได้แล้ว จะสามารถทำนายสูตรโครงส้าง และเรียนรู้สารนั้นๆได้อย่างแม่นยำ

1. นับ C ที่ต่อกันยาวที่สุดเป็นโซ่หลัก

2. เริ่มนับตำแหน่งจากด้านที่มีหมู่ Alkyl มาเกาะมากที่สุด

3. บอกตำแหน่งพร้อมชื่อหมู่ Alkyl ที่มาเกาะ โดยใช้ขีดคั่นระหว่างตัวเลขกับตัวอักษร เช่น 2-methyl.....

4. เมื่อมีหมู่ Alkyl มาเกาะ 2 หมู่ขึ้นไป ให้เรียงตามตัวอักษรภาษาอังกฤษ โดยคำว่า mono, di, tri, tetra, sec, tert, และ n คำเหล่านี้ ข้ามไป ไม่เกี่ยวในการเรียงตัวอักษรเช่น n-hexane ก็เป็นตัว h

5. ถ้าหมู่ Alkyl เกาะที่คาร์บอนตัวเดียวกันก็เรียกกตำแหน่งนั้นซ้ำ

6. ถ้า Alkyl เกาะที่โซ่หลัก แต่ป็น Alkyl ประเภทเดียวกัน ใช้คำนำหน้า di. tri พวกนี้ โดยใช้จุลภาค ขั้นระหว่างตัวเลข เช่น 2,3-dimethyl.....

7. ถ้าเลือกโซ่หลักได้มากกว่า 1 ทาง เลือกทางที่มี Alkyl มาเกาะมากที่สุดถ้าเท่ากัน ก็ให้เลือกตำแหน่งที่มีผลรวมของตัวเลขทั้งหมดในโครงสร้างมีค่าน้อยที่สุด

ตัวอย่าง :

Organic Chemistry - Introduction Pg.5

หมู่ที่มีผลทางการเหนี่ยวนำ (ในที่นี้ e- = electron)


          หมู่ที่ให้ e- ได้แก่ หมู่อัลคิล หมู่ที่มี O หรือ N ที่เป็นประจุลบ
          หมู่ที่รับ e- ได้แก่ หมู่ Halogen, Amino, Hydroxyl, Carbonyl, Nitro, Ammonium และ Phenyl

ผลที่เกิดจากการเหนี่ยวนำ

          1. ทำให้เกิดความเป็นขั้ว - ถ้าหมู่ที่ให้ e- มาทำพันธะกับหมู่ที่รับ e- จะทำให้หมู่ที่รับ e- มีแนวโน้มจะดึง e- ไปมากกว่า ทำให้เกิดความเป็นขั้วลบที่หมู่ที่รับ e- และเกิดความเป็นขั้วบวกที่หมู่ที่ให้ e-

           2. ผลต่อความว่องไวของปฏิกริยา - การเหนี่ยวนำ ทำเกิดความเป็นขั้ว ซึ่งถ้ายิ่งเป็นขั้วมากๆ จะทำให้ยิ่งไม่สเถียร เมื่อไม่สเถียรก็จะว่องไวต่อการเกิดปฏิกริยามาก ในที่นี้ ถ้าสารตัวกลางมีสภาพเป็นขั้วอยู่แล้ว เช่น Cabanion คือเป็นขั้วลบ ก็จะสเถียรกว่าถ้าไปทำพันธะกับหมู่ที่ดึง e- เพราะเมื่อดึง e- ไปแล้ว สถาพความเป็นลบของ Carbanion ก็จะน้อยลง


          3. ผลต่อความเป็นกรดเบส - ถ้ากรดแรง คือ ปล่อย H+ ง่าย แต่เบสแรงคือรับ H+ ง่าย  เช่นถ้าหมู่ Hydroxyl (-OH) ไปเกาะกับหมู่ที่ดึง e- ก็จะทำให้ O ถูกดึง e- ไป ซึ่ง O ก็ต้องไปดึง e- จาก H ต่ออีก จึงทำให้ H มีสภาพเป็นขั้วบวก และสเถียรน้อย หลุดง่าย แต่กลับกัน ถ้า Hydroxyl ไปเกาะกับหมู่ที่ให้ e- จำทำให้ H มีสถาพเป็นลบแทน จึงทำให้รับ H+ ง่ายกว่า

Resonance Effect

           การเกิดปรากฏการณ์ resonance นั้น คือการที่ e- ไพ เคลื่อนที่ผ่านพันธะไพ ส่งต่อไปเรื่อยๆ รอบโมเลกุลของสาร แทนที่จะมีทั้งพันธะเดี่ยวและพันธะคู่ กลับกลายเป็นว่า ทุกพันธะในโมเลกุลเท่ากันหมด (เขาทดลองมาแล้ว) เพราะ e- เคลื่อนที่ไปรอบๆ ทำให้มีการสลับตำแหน่งของพันธะแบบเร็วมากๆๆ โดยสารที่เกิดปรากฏการณ์ resonance ได้จะต้องมีจำนวน e- ไพ = 4n+2 (n เป็นจำนวนเต็มบวก) และสารที่เกิด resonance ได้ จะมีความสเถียรมาก ซึ่งขั้นตอนการเกิด resonance นั้น อธิบายยาก เอาคลิปไปดูละกันนะครับ

http://www.youtube.com/watch?v=P7duE64mFI0&feature=related

Organic Chemistry - Introduction Pg.4

Organic Reactions (ปฏิกริยาเคมีในสารอินทรีย์)

          ปฏิกิืยาเคมีในสารอินทรีย์นั้น เกี่ยวข้องกับการสร้างหรือทำลายพันธะผผ่านสารตัวกลาง โดยมีทิศทางการเกิดปฏิกริยาผ่านสารตัวกลางนั้น เรียกว่า กลไกการเกิดปฏิกริยา

          ปฏิกริยาในสารอินทรีย์แบ่งเป็น 6 ประเภทได้แก่

1. ปฏิกริยาการแทนที่ เกิดขึ้นเฉพาะกับสารที่อิ่มตัวแล้ว (เพราะอิ่มตัวแล้ว เลยต้องแทนที รับอีกไม่ได้่)
2. ปฏิกริยาการเติม เกิดขึ้นเฉพาะกับสารที่ไม่อิิ่มตัว
3. ปฏิกริยาการขจัดออก เป็นการดึงเอาอะตอมใดๆออกไม่จากโมเลกุล แล้วอะตอมที่เหลืออยู่มีดารเปลี่ยนแปลงพันธะ
4. ปฏิกริยาการจัดเรียงตัวใหม่ ต้องการสภาวะที่เหมาะสม และสารผลิตภุณฑืจะมีสูตรโมเลกุลเหมือนสารตั้งต้น
5. ปฏิกริยา Polymerization ทำให้สารมีโมเลกุลใหญ่ขึ้นโดยมีมู่ซ้ำกั้น
6. ปฏิกริยาการแตกออก แตกจากโมเลกุลใหญ่ให้เล็กลง

การสร้างพันธะ

          การสร้างพันธะโคเวเลนต์ 1 พันธะนั้น จะใช้อิเล็กตรอน 2 ตัว โดยอิเล็กตรอน 2 ตัวนั้นจะวิ่งวนๆอยู่รอบๆอะตอมที่ทำพันธะกัน การสร้างพันธะมี 2 แบบ ดังนี้

แบบที่ 1 คือ อะตอมที่สร้างพันธะกัน ใช้อิเล็กตรอนอะตอมละ 1 อิเล็กตรอน แชร์กัน
แบบที่ 2 คือ อะตอมใดอะตอมหนึ่งใช้อิเล็กตรอน 2 ตัว อีกตัวไม่ใช้เลย แต่ทำพันธะกันเพราะไม่สเถียรเหมือนกัน

การทำลายพันธะ

          มี 2 แบบเช่นเดียวกันคือ เมื่อแตกแล้ว ทั้งสองอะตอมได้อิเล็กตรอนคนละตัว หรือแตกแล้ว อะตอมหนึ่งได้ไป 2 ตัว อีกอะตอมไม่ได้เลย


สารตัวกลาง (Intermediate)

         สารตัวกลาง (หรือสารมัธยันตร์ก็ได้ แต่ผมไม่ค่อยชอบอ่ะนะ) ที่พบในสารอินทรีย์แบ่งเป็น 4 ประเภท ได้แก่

1. Carbon Radical

 

2. Carbocation (Carbenium-Ion)

3. Carboanion ต่างจาก Carbon Radical ตรงที่ว่า C มีอิเล็กตรอนเพิ่มมาอีกตัว ทำให้สภาพขั้วเป็นลบ

4. Carbene มีอิเล็กตรอนเหลือ 2 ตัวเช่นเดียวกับ Carbanion แต่ว่า มี R มาเกาะแค่ 2

ความสเถียรของ Carbon Radical

          Carbon Radical นั้นมีอิเล็กตรอน แค่ 7 จึงมีความต้องการอิเล็กตรอนมาก ซึ่งก็จะสามารถหาอิเล็กตรอนได้ง่ายใน R (หมู่อัลคิลที่มาเกาะ) ใน R มีอิเล็กตรอนให้เยอะมากๆๆๆ แต่ใน H มีอิเล็กตรอนแค่ตัวเดียว เพราะฉะนั้น Carbon Radical ที่มี R มาเกาะเยอะ ก็จะยิ่งสเถียรมาก

Organic Chemistry - Introduction Pg.3

Isomerism (ไอโซเมอริซึม)่

          คือการที่สารมีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน แต่สูตรโครงสร้างต่างกัน แบ่งเป็น 2 ประเภท

1. Structural Isomer คือสูตรโมเลกุลเหมือน โครงสร้างไม่เหมือน

2. Stereo Isomer คือสูตรโมเลกุลเหมือน โครงสร้างก็เหมือน แต แต่ตำแหน่งการจัดเรียงอะตอมต่างๆในโมเลกุลต่างกัน

ประเภทของสารประกอบคาร์บอน

ใช้พันธะระหว่างคาร์บอนเป็นเกณฑ์ แบ่งเป็น 2 ประเภท ได้แก่
1. Saturated Carbon คือ พันธะระหว่างคาร์บอนเป็นพันธะเดี่ยวทั้งหมด มีความอิ่มตัว และมีความสเถียร เนื่องจากพันธะเป็นพันธะซิกมาทั้งหมด
2. Unsaturated Carbon คือ พันธะระหว่างคาร์บอนเป็นพันธะคู่หรือพันธะสามอย่างน้อยแห่งหน่ึ่งในโมเลกุล ยังไม่อิ่มตัว


ใช้โครงสร้างเป็นเกฑท์ แบ่งเป็น 4 ประเภท ได้แก่
1. Aliphatic Hydrocarbon คือคาร์บอนต่อกันเป็นโซ่เปิด จะมีกิ่งหรือไม่มีก็ได้
2. Alicyclic Hydrocarbon คาร์บอนเป็นโซ่ปิด(วงแหวน)
3. Aromatic Hydrocarbon คาร์บอนเป็นโซ่ปิดที่สเถียรเนื่องจากเกิดสภาวะ Resonance ได้ (จะกล่าวอีกทีในภายหลัง)
4. Heterocyclic คาร์บอนที่เป็นวงโดยมีธาตุอื่นๆอยู่ด้วย


ใช้หมู่ Function เป็นเกณฑ์
          
          หมู่ Function นั้น คือ หมู่ที่ทำหน้าที่ในการแสดงสมบัติของสารอินทรีย์ รวมทั้งใช้ในการเรียกชื่อ จัดกลุ่ม และจำแนกสมบัติต่างๆ แสดงดังนี้