1. No category

Orgaaninen kemia
orgaaniset reaktiot ja isomeria
Tunnin sisältö
1.  Orgaanisten reaktioiden perusteita
–  Reaktiotyyppejä
–  Reaktiomekanismeista
–  Redox-reaktiot orgaanisessa kemiassa
2.  Orgaanisten reaktioiden päätyypit
3.  Muita reaktioita
Perusteita
•  Reaktiot tapahtuvat yleensä funktionaalisten
ryhmien välillä
•  Orgaanisetkin molekyylit pyrkivät alimpaan
mahdolliseen energiatilaan
•  Lukioasiaan kuuluvissa orgaanisissa
reaktioissa hiilirunko pysyy yleensä samana
–  Kullekin yhdisteryhmälle on sille tyypillisimmät
reaktiot
Reaktiomekanismeista
•  Reaktiomekanismi kuvaa nettoreaktioyhtälöä
tarkemmin, mitä reaktiossa oikeastaan
tapahtuu
–  Se kertoo reaktion osareaktiot ja pysymättömät
välituotteet
•  Radikaalimekanismi
•  Ionimekanismi
Radikaalimekanismi
•  Atomien välinen kovalenttinen sidos katkeaa, ja
molemmille atomeille jää sidoksesta 1 elektroni, jolloin
syntyy 2 radikaalia
•  Radikaalit voivat törmätä toisiin molekyyleihin luoden
uusia radikaaleja
•  Radikaalien reaktio loppuu, kun ne muodostavat toisen
radikaalin kanssa yhteisen elektroniparin
.
Cl . + Cl
Cl Cl
–  Radikaalien synty
.
.
CH 3 + HCl
Cl
CH
+
–  Reaktion eteneminen
.
Cl Cl
Cl . + Cl
–  Reaktion loppu
4
Cl .
+
.
CH43
4
H3C Cl
Ionimekanismi
•  Kovalenttinen sidos katkeaa siten, että toinen
atomi saa molemmat sidoselektronit
•  Elektronegatiivisuus!
•  Syntyy usein esim. karbokationeja (positiivisesti
varautunut hiili), jotka ovat pysymättömiä. Ne
muodostavat heti uusia yhdisteitä
H2C
H3C
+
+
CH2 +
CH2
HCl
Cl
-
H3C
H3C
+
CH2
+
CH2 Cl
Cl
-
Reaktioiden päätyyppejä
1.  Hapetus- ja pelkistysreaktiot
2.  Protolysoituminen
3.  Kondensaatioreaktio
–  Polykondensaatiot
4.  Hydrolyysireaktio
5.  Korvautuminen eli substituutioreaktio
6.  Liittyminen eli additioreaktio
–  Polyadditiot
7.  Eliminaatioreaktio
1. Hapetus-pelkistysreaktiot
•  Orgaanisille yhdisteille ei yleensä lasketa
hapetuslukuja
•  Orgaanisten yhdisteiden redox-reaktioissa
tarkastellaan vain tietyn molekyylin
hapettumista/pelkistymistä
–  Reaktioyhtälöt jätetään usein tasapainottamatta
•  Hapettuminen: hapen määrä yhdisteessä
kasvaa ja/tai vedyn vähenee
•  Pelkistyminen: hapen määrä yhdisteessä
vähenee ja/tai vedyn määrä kasvaa
1.1 Alkoholien hapettuminen
•  Alkoholit voivat hapettua riippuen niiden
asemasta (prim/sek)
–  Primääriset alkoholit
voivat hapettua
aldehydeiksi
–  Sekundääriset alkoholit
voivat hapettua ketoneiksi
–  Tertiääriset alkoholit eivät
hapetu. Miksi?
OH
R
O
R
OH
R
R
R
R
[ O]
R
OH
O
[ O]
R
R
1.2 Muut redox-reaktiot
•  Karbonyyliryhmät voivat reagoida myös
toiseen suuntaan
–  Aldehydi ryhmä voi hapettua karboksyylihapoksi
tai pelkistyä primaariseksi alkoholiksi
–  Ketoni voi pelkistyä sekundaariseksi alkoholiksi
O
R
O
R
OH
H
R
R
R
OH
H
R
O
R
O
R
O
OH
2. Protolysoituminen
• 
• 
• 
• 
• 
• 
Protolysaatio = reaktio, jossa siirtyy vetyä
Happamat ryhmät voivat luovuttaa vetyionin
Emäksiset ryhmät voivat vastaanottaa vetyionin
Happamia: karboksyylihapot, fenolit
Emäksisiä: amiinit, mutta EI amidit. Why is that?
Huomaa varauksen muuttuminen
protolysaatiossa! Tästä useita
pääsykoetehtäviä…
R
NH2
R2
+
+
NH
R1
H2O
R
R2
H2O
R1
R1
R2 N
R3
+
+
NH3
H2O
+
+
+
HO
NH2
R1
+
R2 NH
R3
O
C
R
2
NH
+
R1
HO
HO
-
-
-
3. Kondensaatioreaktiot
•  Kaksi molekyyliä yhdistyy ja välistä lohkeaa
pieni molekyyli (usein vesi)
•  Reaktioita:
–  Esteröintireaktiot
–  Eetterin muodostuminen,
–  Peptidien muodostus
•  Myös esim. polymerisaatioreaktiot!
O
O
R1 OH
+
HO R2
HO R3
+
HO R2
O
R1 OH
+
R1 O
R3 O
R2
+
H2O
R2
+
H2O
O
H2N
R4
R1
NH
R4
+
H2O
3.1 Polykondensaatio
•  Kondensaatiopolymeerit syntyvät useampia
funktionaalisia ryhmiä sisältävien
molekyylien liittyessä yhteen; diamiinit, diolit,
dikarboksyylihapot
•  Ryhmät voivat olla myös erilaiset, kuten
aminohapoilla
•  Esim. PET-muovi, NYLON
3.2 Polymerisoituminen
•  Useampi kuin kaksi molekyyliä kondensoituu
ketjuksi/haaroittuneeksi polymeeriksi
•  Polymeerin rakenneyksikkö on monomeeri
•  Molekyyli voidaan nimetä monomeerien
lukumäärän mukaan (esim. trimeeri, pentameeri,
dekameeri jne.)
•  Yksikköä merkataan sulkeilla:
•  Luonnon polymeerejä:
–  Tärkkelys, selluloosa, proteiinit…
4. Hydrolyysireaktio
•  Periaatteessa kondensaatioreaktion käänteisreaktio,
jossa molekyyliin tuodaan vettä (tai veden
johdannainen)
•  Vesi katkaisee yhteen liittyneiden molekyylien välisen
liitoksen ja ne hajoavat erillisiksi molekyyleiksi
•  Tyypillisiä reagoivia yhdisteitä: esterit, amidit,
anhydridit, mutta EI eetterit (sidos erittäin vahva ja
energeettisesti epäedullista rikkoa ja muita syitä, jotka
ovat monimutkaisempia…)
•  Elimistössä moniin hydrolyyseihin (esim.
peptidisidosten) tarvitaan entsyymejä
O
O
O
+
H2O
O
OH
O
O
+
KOH
O
-
+
+
O
O
NH
+
H2O
OH
OH
OH
+
+
NH2
+
K
Esimerkki
•  Millaisia molekyylejä syntyy kuvan
molekyylin hydrolyysissä? Piirrä monomeerit.
NH
NH
NH
O
O
O
O
NH
n
•  Piirrä näistä monomeereistä koostuva
polymeeri.
n
O
HO
OH
O
O
+
n
HO
OH
Esimerkki
HO
O
O
O
OH
O
H2N
NH2
O
O
O
n
5. Substituutioreaktio
•  Eli korvautumisreaktio;
–  Funktionaalinen ryhmä vaihtuu toiseksi
–  Atomi vaihtuu toiseksi
•  Usein vedyt korvataan esimerkiksi
halogeeneilla
•  Tyypillinen reagoiva yhdiste on bentseeni,
sen johdannainen tai tyydyttynyt hiilivety
(radikaalimekanismi)
Cl
+
+
Cl Cl
Cl Cl
+
Cl
+
HCl
HCl
6. Additioreaktio
•  Molekyyliin liittyy jokin toinen (pienempi)
molekyyli
•  Esim. kaksoissidokselliseen hiiliketjuun liitetään
vetyä additiolla (hydraus), jolloin
kaksoissidoksen piisidos aukeaa hiilen
hybridisaatio muuttuu sp2 à sp3
•  Markovnikovin säännön mukaan vety liittyy
siihen hiileen, jossa sitä on eniten
•  HUOM! Bentseeni ei reagoi additiolla
delokalisoituneen elektronirakenteen vuoksi
6.1 Konjugoituneen systeemin
additio
•  Konjugoituneeseen systeemiin voidaan
kuitenkin lisätä vetyä,
•  Konjugoituneessa systeemissä joka toinen
sidos on kaksoissidos
•  Esim. 1,3-butadieeni
•  Kyseinen yhdiste reagoi yleensä siten, että
keskelle muodostuu uusi sidos ja reunat
avautuvat
+
Cl Cl
Cl
Cl
6.2 Polyadditio
•  Esim PE-muovit syntyvät polyadditiolla
•  Useampi kaksoisidoksellinen hiiliketju
(monomeeri) liitetään yhteen additiolla
R
C
H
H
H
R
H
R
H
R
C
C
H
C
C
C
H
C
H
H
H
H
C
H
n
7. Eliminaatioreaktio
•  Yhdisteestä poistuu jokin stabiili pieni
molekyyli, jolloin sidokset järjestäytyvät
uudelleen à kaksois- ja kolmoissidoksia
•  ”Addition vastakohta”
•  Eivät yleensä tapahdu merkittävällä
nopeudella ilman katalysointia, (kuten eivät
muutkaan biokemialliset/orgaaniset reaktiot)
H H
H C C H
HO H
H
H
C C
H
H
+ H2O
7.1 Rasvahappojen desaturaatio
• 
• 
• 
• 
Eli rasvahappojen kaksoissidosten muodostaminen
Elimistö voi muodostaa tyydyttyneitä rasvahappoja
Osa muutetaan tyydyttymättömäksi
Vetyä ei kuitenkaan vapaudu, vaan vapautuneet
elektronit ja ionit sidotaan muihin yhdisteisiin
OH
O
OH
O
+
H2
Esimerkki
•  Kirjoita rakennekaavoin propeenin ja
vetykloridin reaktio.
•  Piirrä polymeeri, joka syntyy propeenista.
•  Mistä monomeereistä kyseinen yhdiste
koostuu?
n
Esimerkki
+
Cl
HCl
n
Muita orgaanisia reaktioita/
termistöä
•  Palaminen: reaktio hapen kanssa
•  Hydraus: vedyn liittäminen tyydyttymättömään
NO
yhdisteeseen
2
•  Nitraus:
+ HO
+ HNO3
• 
SO3H
•  Sulfonointi:
+ H2O
+ H2SO4
2
•  Halogenointi
•  Saippuointi: rasvan (triglyseridin) hydrolyysi lipeän
(NaOH) kanssa
Saippuointi