1. ORGANIC CHEMISTRY AND BIOMOLECULES

2. PENGENALAN
Kimia organik adalah kimia mengenai sebatian karbon. Alasan sejarah tentang pembahagian kimia organik dan bukan organik:
Punca bahan kimia hanya penyelidikan awal tentang kimia adalah dari bahan hidup.
Pada mulanya, bahan kimia organik adalah dari organisma hidup, sangat kompleks dan mengdanungi C, H dan N dan/atau O. Manakala bahan kimia bukan organik terdiri dari unsur yang biasanya tiada karbon (kecuali karbonat) dan ringkas.
Bahan karbon bukan organik (karbonat, sianida, karbon dioksida dll) tidak boleh ditukar kepada bahan organik. Ini melahirkan teori tenaga penting (vital force).

3. Teori ini menyatakan bahawa hanya organisma hidup boleh menukarkan bahan bukan organik yang mengandungi karbon kepada bahan organik.
Pada tahun 1828, Friedrich Wohler berjaya menukarkan ammonium sianat NH4OCN (bukan organik) kepada urea (NH2)2CO (organik).
Dalam suratnya kepada Berzelius beliau mengatakan “ I must tell you that I can prepare urea without requiring kidney or an animal….”
Selepas tahun 1850, adalah persetujuan umum bahawa kimia organik adalah kajian tentang sebatian karbon. Daripada 20 juta sebatian, 90% mengdanungi karbon.
Untungnya, terdapat beberapa kelas sebatian organik, setiap satu dikategorikan berdasarkan kepada grup fungsi (functional groups).

4. RCH=CH2 RCH=CHR R2C=CHR R2C=CR2
Family
Specific Example
IUPAC Name
Common Name
General Formula
Functional Group
General Naming Rule
Alkane
Ethane RH
C-H dan C-C bonds
(carbons)ane
Alkene
Ethene or Ethylene
Ethylene
RCH=CH2 RCH=CHR R2C=CHR R2C=CR2
(carbons)ene
Alkyne
Ethyne or Acetylene
Acetylene
(carbons)yne
Arene
Benzene
ArH
Aromatic Ring

5. (carbons)(ane/ene/yne) nitrile
Ester
Methyl ethanoate
Methyl acetate
(alcohol) (acid)ate
Amide
Ethanamide
Acetamide
(carbons)amide
Nitrile
Ethananenitrile
Acetonitrile
(carbons)(ane/ene/yne)
nitrile
Anhydride
Propanoic anhydride
(acid name -acid) anhydride

6. (carbons)oxy(carbons)
Haloalkane
Bromoethane
Ethyl bromide RX
(halogen)o(carbons)
Alcohol
Ethanol
Ethyl alcohol
ROH
(carbons)ol
Ether
Methoxymethane
Dimethyl ether
ROR
(carbons)oxy(carbons)
Amine
Methanamine
Methylamine
RNH2 R2NH R3N
(carbons)amine
Aldehyde
Ethanal
Acetaldehyde
(carbons)al
Ketone
Propanone
Acetone
(carbons)anone
Carboxylic Acid
Ethanoic Acid
Acetic Acid
(carbons)oic acid

7. Penghibridan sp3
Karbon yang mempunyai 6 elektron mempunyai 2 elektron pada peringkat 2 s dan 2 elektron pada 2 p.
Dalam molekul methana, terdapat 4 ikatan sama (equivalent bonds) tersusun sekitar atom C.
Oleh itu kita perlu menukarkan 4 atom orbital yang berlainan kepada 4 orbital molekul yang sama.
Ini dilakukan dengan hybridization, campuran 4 orbital atom kepada 4 orbital molekul yang baru.

8. Kita telah menggabungkan 4 orbital atom, 2 s dan 3 p untuk membentuk 4 orbital molekul sp3.
Ianya tersusun dalam bentuk tetrahedron dikeliling atom C.
Setiap satu orbital sp3 mengandungi 1 elektron, akan bertindih dengan orbital s atom H, yang juga mengdanungi 1 elektron.
Ketumpatan elektron (electron density) ikatan ini adalah antara kedua-dua atom yang terikat, maka ia dipanggil ikatan sigma (sigma bond) atau ikatan s.
Hibrid sp3 juga berlaku pada NH3.
Nitrogen mengandungi 5 elektron valen.
Ini bermakna 2 elektron akan berpasangan pada 1 sp3 orbital molekul, sebagai pasangan sendirian, dan 3 elektron lagi salah satunya pergi kepada 3 molekul orbital yang masih tinggal
setiap satu bertindih dengan orbital s atom H, punca kepada elektron kedua bagi ikatan. Semua ikatan ini adalah ikatan sigma (s).

9. Penghibridan sp2 Mari lihat kepada ethena (ethylene), C2H4:
Setiap atom C bergabung dengan 3 kumpulan lain, dengan tiada pasangan sendirian.
Oleh itu, diperlukan 3 molekul orbital yang sama (equivalent molecular orbitals), maka kita gabungkan 3 orbital atom, 1 s dan 2 p.

10. Sekarang terdapat 3 orbital ikatan yang sama, sp2 dan 1 unhybridized orbital p.
Tiga orbital sp2 akan berada pada 120o satu sama lain.
Dua daripadanya akan bertindih dengan orbital s atom H, membentuk ikatan C-H, ikatan sigma.
Hibrid yang ke tiga pada setiap C akan membentuk ikatan C-C, juga ikatan sigma.
Orbital p yang tidak menghibrid, terdapat pada setiap C, akan berada menegak dengan orbital sp2.
Orbital ini akan bertindih, sisi sama sisi, dengan orbital tidak menghibrid p atom C yang satu lagi.
Ini membentuk ikatan pi atau p, dipanggil kerana ia ujud dari pertindihan sisi orbital p.
Maka dalam ethylene, atom Carbon dicantumkan oleh 2 ikatan, ikatan s dan p.
Ini yang dimaksudkan dengan ikatan debel (double bond) yang dilukis antara 2 atom seperti C=C.

11. Cara yang biasa digunakan untuk melukis C2H4 adalah:
yang menunjukkan sudut 120o ikatan s, juga ikatan p

12. Alkene General Reactions
ionic additions, which are initiated by an electrophilic agent interacting with the alkene p-cloud, activating the alkene carbons to nucleophilic additions,
syn addition reactions occurring on one side of the alkene p-cloud, by either radical or concerted mechanisms, and,
oxidative cleavage reactions in which the carbon-carbon double bond is cleaved to form di-carbonyl derivatives.

13. Addition reaction of alkenes

14. Oxidation of alkenes

15. Reactions of alkynes

18. Oxidation of alkynes

19. Alkynes Anions as Nucleophiles

20. Conjugated Dienes: Ionic Addition Reactions

21. Conjugated Dienes: Cycloaddition Reactions

23. Arenes: Electrophilic Aromatic Substitution

25. Arenes: Nucleophilic Aromatic Substitution
Arenes having strongly electron-withdrawing groups on the ring, and at least one potential leaving group (typically a halogen) can undergo substitution to strong nucleophiles, as shown below for 1-fluoro-2,4-dinitrobenzene.

27. Arenes: Reactions of Aryl Side-Chains

29. Reactions of Alcohols

31. Ether reactions: cleavage by HI

32. Ether reactions: Ring opening of epoxides

33. Reactions of Phenols

34. Reactions of aldehydes: Grignard reaction

35. Oxidation of aldehydes and ketones

36. Reactions of Carboxylic acids

39. Reactions of aliphatic amines