เคมีอินทรีย์5

ปฏิกิริยาของสารประกอบอินทรีย์ (Organic Reactions)

  

ประเภท

1.ปฏิกิริยาการแทนที่ Substitution reactions เกิดเฉพาะสารประกอบคาร์บอนที่อิ่มตัวแล้ว

2.ปฏิกิริยาการเติม Addition reaction เกิดเฉพาะสารประกอบคาร์บอนที่ไม่อิ่มตัว

3.ปฏิกิริยาการขจัดออก Elimination reaction

4.ปฏิกิริยาการจัดเรียงตัวใหม่ Rearrangement reaction

5.  Polymerization ทำให้สารประกอบคาร์บอนมีโมเลกุลใหญ่ขึ้นโดยมีหมู่ซ้ำกัน

6.ปฏิกิริยาการแตกตัว (Cracking Reaction)

การสร้างและการทำลายพันธะ

1.การสร้างพันธะ

แบบที่ 1สร้างพันธะแบบเสมอภาค(Homolytic Forming) การสร้างพันธะระหว่างอะตอมของธาตุ 2 อะตอม โดยใช้ e- อะตอมละ 1 e-ร่วมกันเกิด Covalent Bond 1 พันธะ

แบบที่ 2 สร้างพันธะแบบไม่เสมอภาค(Heterolytic Forming) การสร้างพันธะโดยอะตอมหนึ่งเป็นอะตอมให้ 2 e กับอีก atom หนึ่ง เกิด Covalent Bond 1 พันธะ

 

2.การทำลายหรือการแตกพันธะ

 แบบที่ 1 Homolytic Cleavage การแตกแบบเสมอภาค :แบ่ง e- ไปอะตอมละ 1 ได้อนุมูลอิสระ (Free  Radical) - ปฏิกิริยา Free Radical

แบบที่ 2 Heterolytic Cleavage การแตกแบบไม่เสมอภาค อะตอมที่ใช้ e^- ร่วมกันอะตอมหนึ่งดึง e^- ไปทั้งคู่ ได้เป็น อนุมูลประจุบวก (Cation) และอนุมูลประจุลบ (Anion) ขึ้นอยู่กับค่า EN ของธาตุที่สร้างพันธะร่วมกัน – ปฏิกิริยา ionic

สารมัธยันตร์ที่พบในเคมีอินทรีย์ (Intermediate)

สารมัธยันตร์ที่พบในเคมีอินทรีย์ จำแนกเป็น 4 แบบ คือ Carbon Radical, Carbocation or Carbonium ion, Carboanion or Carbanion และ Carbene

ความเสถียรของ Carbon Radical

          Carbon Radical เป็นสารที่ขาด e^- เพราะมี valence e^- 7 ตัว หมู่ Alkyl (R) เป็นหมู่ที่ให้ e^- ได้ดีกว่า H ดังนั้นยิ่งมีหมู่ Alkyl มากขึ้นก็ยิ่งเสถียรมากขึ้น ลำดับความเสถียรดังนี้ 3^o>2^o>1^o> methyl radical

ความเสถียรของ Carbocation

          Carbocation เป็นสารที่ขาด e^- เพราะมี valence e^- 6 ตัว หมู่ Alkyl (R) เป็นหมู่ที่ให้ e^- ได้ดีกว่า H ดังนั้นยิ่งมีหมู่ Alkyl มากขึ้นก็ยิ่งเสถียรมากขึ้น ลำดับความเสถียรดังนี้ 3^o>2^o>1^o> methyl carbocation

 ความเสถียรของ Carboanion

          Carboanion มี 8 valence e^- หมู่ Alkyl (R) เป็นหมู่ที่ให้ e^- ได้ดีกว่า H ดังนั้นยิ่งมีหมู่ Alkyl มากขึ้น ความเสถียรจะน้อยลง ลำดับความเสถียรดังนี้ 3^o>2^o>1^o> methyl radical

ผลที่เกิดขึ้น (จากการเหนี่ยวนำ)

หมู่ที่มีผลทางการเหนี่ยวนำ แบ่งเป็น 2 ประเภท

1.หมู่ที่ให้ Electron (Electron donating group) ได้แก่ 

Alkyl,

หมู่ที่มี Oxygen, หรือ Nitrogen ที่เป็นประจุลบ

2.หมู่ที่ดึง Electron (Electron withdrawing group) ได้แก่ 

หมู่ Halogen (-X) 

หมู่อะมิโน (-NH₂)

หมู่ไฮดรอกซิล –(OH)

หมู่ Carbonyl  

หมู่ Nitro (-NO₂)

หมู่แอมโมเนียม –NH³ 

หมู่ฟีนิล

ผลของการเหนี่ยวนำที่มีอิทธิพลต่อปัจจัยต่างๆของสารอินทรีย์ 

1เกิดความเป็นขั้ว เช่น Ethane, Fluoroethane

2ความว่องไวขึ้นอยู่กับสารตั้งต้น

3พิจารณาความเสถียร หมู่ไหนที่อะตอมกลางขาด e^- แล้วมีหมู่อะตอมมาให้ e^- จะทำให้เสถียรมากขึ้น หมู่ไหนที่อะตอมกลาง e^- แล้วมีหมู่อะตอมมาดึง e^- จะทำให้เสถียรต่ำลง

4. ผลของการเหนี่ยวนำต่อความเป็นกรด เบสของสาร หมู่ไหนที่แสดงสมบัติเป็นบวกมากๆ จะสามารถแตกตัวให้ H⁺ (กรด)ได้ดี ถ้าหมู่ไหนที่แสดงสมบัติเป็นลบมากๆ ก็จะเป็นเบสมากกว่า

 

การเกิด Resonance Effect

การเกิด Resonance คือการที่ π- e^- หรือ electron คู่โดดเดี่ยวเคลื่อนที่ผ่านพันธะไพ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน เรียกว่า Delocalisation

เคมีอินทรีย์4

หมู่ฟังก์ชัน

คือ หมู่อะตอม หรือกลุ่มอะตอมของธาตุที่แสดงสมบัติเฉพาะของสารอินทรีย์ชนิดหนึ่ง เช่น CH₃OH (เมทานอล) CH₃CH₂OH(เอทานอล) ซึ่งต้องเป็นสารอินทรีย์พวกแอลกอฮอล์ เพราะสารแต่ละชนิดต่างก็มีหมู่ -OH เป็นองค์ประกอบ แสดงหมู่ -OH เป็นหมู่ฟังก์ชันของแอลกอฮอล์

HCOOH (กรดเมทาโนอิก) และ CH₃COOH (กรดเอทาโนอิก) ซึ่งต่างเป็นกรดอินทรีย์ เพราะสารทั้งสองต่างก็มีหมู่ -COOH เป็นองค์ประกอบ แสดงหมู่ -COOH เป็นฟังก์ชันของกรดอินทรีย์

อนึ่งสารอินทรีย์โดยทั่วไปประกอบด้วยองค์ประกอบ 2 ส่วน ส่วนหนึ่งเป็นอะตอมไฮโดรคาร์บอนหรือหมู่อะตอม อื่น ๆ อีก ส่วนหนึ่งเป็นหมู่ฟังก์ชัน ซึ่งแสดงสมบัติเฉพาะของสารอินทรีย์นั้นและเป็นส่วนที่มีความว่องไวทางเคมี กล่าวคือ ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดกับสารอินทรีย์มักจะเกิดตรงส่วนของหมู่ฟังก์ชัน เช่น

CH3OH + Na

---------->

CH3O-Na+ + 1/2H2

  ตาราง หมู่ฟังก์ชันบางชนิดและสารประกอบที่มีหมู่ฟังก์ชันเป็นองค์ประกอบ

ชนิดของสารอินทรีย์	หมู่ฟังก์ชัน	ชื่อของหมู่ฟังก์ชัน	สูตรทั่วไป	ตัวอย่าง
แอลเคน	-	-	R-H	CH3CH2CH3 โพรเพน
แอลคีน		พันธะคู่
แอลไคน์		พันธะสาม
แอลกอฮอล์	-OH	ไฮดรอกซิล	R-OH	CH3CH2OH เอทานอล
อีเทอร์	-O-	ออกซี	R-O-R'	CH3-O-CH3 ไดเมทิลอีเทอร์ (เมทอลซิลมีเทน)
แอลดีไฮด์		ฟอร์มิล หรือคาร์บอกซาลดีไฮด์
คีโตน		คาร์บอนิล
กรดอินทรีย์		คาร์บอกซิล
เอสเทอร์		แอลคอกซิคาร์บอนิล
เอมีน	- NH2	อะมิโน	R- NH2	CH3- NH2 เมทิลเอมีน(อมิโนมีเทน)
เอไมด์		เอไมด์

เคมีอินทรีย์3

Isomerism

 หมายถึง  ปรากฏการณ์ที่สารต่างชนิดมีสูตรโมเลกุลเหมือนกัน แต่สูตรโครงสร้างและสมบัติแตกต่างกัน  และเรียกสารแต่ละชนิดว่า  ไอโซเมอร์  (Isomer)   สารอินทรีย์ที่มีโมเลกุลขนาดเล็ก จะมีจำนวนไอโซเมอร์น้อยกว่าสารอินทรีย์ที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ขึ้น  เมื่อมีจำนวนอะตอมของคาร์บอนเพิ่มขึ้น  ก็จะมีจำนวนไอโซเมอร์เพิ่มขึ้น

การพิจารณาว่าสารคู่หนึ่งเป็นไอโซเมอร์กันหรือไม่

1. ถ้าประกอบด้วยธาตุต่างชนิดกัน จะไม่เป็นไอโซเมอร์กัน

2. ถ้าประกอบด้วยธาตุชนิดเดียวกัน และจำนวนอะตอมเท่ากัน จะต้องพิจารณาขั้นต่อไป

ก)  ถ้าสูตรโครงสร้างเหมือนกัน จะเป็นสารชนิดเดียวกัน ไม่เป็นไอโซเมอร์กัน  เช่น

 

ข)   ถ้าสูตรโครงสร้างต่างกัน จะเป็นเป็นไอโซเมอร์กัน  เช่น 

  1)C5H12 มี 3 ไอโซเมอร์

                  2) C5H10 มีไอโซเมอร์ที่เป็นโซ่เปิด 6 ไอโซเมอร์ โดยเป็นโซ่ตรง 2 ไอโซเมอร์ และโซ่กิ่ง 3 และแบบวงอีก 1 ไอโซเมอร์

 

หลักการเขียนไอโซเมอร์

1. พิจารณาจากสูตรโมเลกุลก่อนว่าเป็นสารประเภทใด

2. เมื่อทราบว่าเป็นสารประเภทใดแล้วจึงนำมาเขียนไอโซเมอร์

3. ถ้าเป็นสารพวกโซ่เปิด (Open chain หรือ Acyclic) มักจะเริ่มเขียนไอโซเมอร์จากตัวที่มี C ต่อกันเป็นสายตรงยาวที่สุดก่อน หลังจากนั้นจึงลดความยาวของ C สายตรงลงครั้งละอะตอม

4. ในกรณีที่เป็นไฮโดรคาร์บอนแบบวง (Cyclic chain) มักจะเริ่มจากวงที่เล็กก่อน คือเริ่มจาก C 3 อะตอม แล้วจึงเพิ่มเป็น 4 อะตอม ตามลำดับ