Informacja do zadań 19.-20.

Reakcja Hecka jest stosowana do łączenia cząsteczek dwóch różnych związków organicznych z utworzeniem nowego wiązania węgiel - węgiel. Jednym z substratów tej reakcji jest halogenopochodna węglowodoru aromatycznego (halogenek arylu), a drugim - związek nienasycony z podwójnym wiązaniem przy skrajnym atomie węgla. W odpowiednich warunkach reakcja przebiega zgodnie z równaniem:

W jednym z etapów produkcji leku przeciwzapalnego - naproksenu - stosuje się reakcję Hecka. W jej wyniku powstaje związek Q, którego wzór przedstawiono poniżej.

 

^{Na podstawie: B. Cornils, W.A. Herrmann, Applied Homogeneous Catalysis with Organometallic Compounds, Weinheim 2002.}

 

Zadanie 19.2.

Uzupełnij tabelę. Wpisz formalne stopnie utlenienia oraz typ hybrydyzacji (sp, sp², sp³) orbitali walencyjnych atomów węgla oznaczonych we wzorze związku Q literami a i b.

Atom węgla	Stopień utlenienia	Typ hybrydyzacji
a
b

 

 

---

Odpowiedź:

Poniżej zapisano poprawnie uzupełnioną tabelę:

Atom węgla	Stopień utlenienia	Typ hybrydyzacji
a	- I	sp2
b	0	sp2

 

 

---

Wyjaśnienie:

Ustalanie stopni utlenienia atomów węgla w cząsteczkach organicznych:

Węgiel w związkach organicznych może przyjmować różne stopnie utlenienia, od -IV do +IV, w zależności od liczby i rodzaju wiązań, które tworzy z innymi atomami, m.in. z tlenem, wodorem i azotem. Aby ustalić stopnie utlenienia atomów węgla w cząsteczkach związków organicznych, należy sprawdzić wartości elektroujemności węgla i wszystkich atomów tworzących z tym atomem węgla wiązania. Bardziej elektroujemny atom przyciąga elektrony tworzące wiązanie do siebie. Przypisujemy mu wówczas cząstkowy stopień utlenienia -I, a mniej elektroujemnemu atomowi +I. Wiązania pomiędzy węglami nic nie wnoszą do stopnia utlenienia (elektroujemność atomów jest taka sama i elektrony są dzielone "po równo" na to wiązanie dlatego ich "wkład" w stopień utlenienia wynosi 0. Suma cząstkowych stopni utlenienia daje ostateczny stopień utlenienia atomu węgla w związku.

W naszym przypadku:

• dla atomu węgla oznaczonego jako a: 

Mamy atom węgla, który tworzy dwa wiązania z innymi atomami węgla, więc nie bierzemy ich pod uwagę i jedno wiązanie z atomem wodoru, którego elektroujemność jest niższa od elektroujemności atomu węgla więc węgiel bardziej przyciąga elektrony tworzące to wiązanie dlatego przypisujemy mu -1,  a atomowi wodoru +1. Stopień utlenienia tego atomu węgla wynosi więc -I.

• dla atomu węgla oznaczonego jako b:

Mamy atom węgla, który tworzy trzy wiązania - każde z innym atomem węgla,każde liczymy więc jako 0 do sumarycznego stopnia utlenienia, który będzie równy 0.

 

Hybrydyzacja atomów węgla w cząsteczkach organicznych:

W hybrydyzacji sp³: jeden orbital s i trzy orbitale p łączą się, tworząc cztery równocenne orbitale zhybrydyzowane. W przestrzeni orbitale te skierowane są w stronę naroży tetraedru, kąt pomiędzy tymi wiązaniami wynosi 109,5°. Atomy węgla, które tworzą w cząsteczkach organicznych wiązania pojedyncze (np. jak w etanie) ulegają hybrydyzacji sp³. Orbital sp³ z jednego atomu węgla nakłada się czołowo z orbitalem sp³ drugiego atomu węgla, tworząc wiązanie σ. Pozostałe trzy orbitale sp³ na każdym atomie węgla nakładają się z orbitalami 1s atomów wodoru, tworząc wiązania C-H.

W hybrydyzacji sp²: jeden orbital s i dwa orbitale p łączą się, tworząc trzy równocenne orbitale zhybrydyzowane. W przestrzeni orbitale te skierowane są w stronę naroży trójkąta(w płaszczyźnie), kąt pomiędzy tymi wiązaniami wynosi 120°. Pozostały, niezhybrydyzowany orbital p znajduje się prostopadle do płaszczyzny zhybrydyzowanych orbitali sp². Atomy węgla, które tworzą w cząsteczkach organicznych wiązania podwójne (np. jak w etenie) ulegają hybrydyzacji sp². Jeden z orbitali sp² z jednego atomu węgla nakłada się czołowo z orbitalem sp² drugiego atomu węgla, tworząc wiązanie σ. Niezhybrydyzowane orbitale p na każdym atomie węgla nakładają się bokiem, tworząc wiązanie π, które jest obecne obok wiązania sigma w wiązaniu podwójnym. Pozostałe dwa orbitale sp² na każdym atomie węgla nakładają się z orbitalami 1s atomów wodoru, tworząc wiązania C-H.

W hybrydyzacji sp: jeden orbital s i jeden orbital p łączą się, tworząc dwa równocenne orbitale zhybrydyzowane. W przestrzeni orbitale te skierowane są liniowo w przeciwne strony, kąt pomiędzy tymi wiązaniami wynosi 180°. Pozostałe dwa niezhybrydyzowane orbitale p są prostopadłe do siebie i do zhybrydyzowanych orbitali sp. Atomy węgla, które tworzą w cząsteczkach organicznych wiązania potrójne (np. jak w etynie) ulegają hybrydyzacji sp. Jeden z orbitali sp z jednego atomu węgla nakłada się czołowo z orbitalem sp drugiego atomu węgla, tworząc wiązanie σ. Dwa niezhybrydyzowane orbitale p na każdym atomie węgla nakładają się bokiem, tworząc dwa wiązania π, które są obecne obok wiązania sigma w wiązaniu potrójnym. Drugi orbital sp na każdym atomie węgla nakłada się z orbitalami 1s atomów wodoru, tworząc wiązania C-H.