22

2. Классификация органических соединений.

Широкое многообразие органических соединений может быть подразделено на различные ряды или классы. В основу такого подразделения могут быть положены общие структурные признаки. Так, в зависимости от строения углеродного скелета молекулы органических соединений подразделяются на ациклические или соединения с открытой цепью и циклические соединения.

Примерами соединений ациклического ряда являются

и др., причем в структуре подобных соединений атомы водорода могут быть замещены на другие гетероатомы или функциональные группы: CH₂=CHCl, CH₃CH₂CH₂CH₂-NO₂ и др.

Всвою очередь циклические органические соединения подразделяются на карбоциклические и гетероциклические. Первые состоят только из атомов углерода и подразделяются на два ряда: ациклические и ароматические соединения.

Ациклические - различные циклические углеводороды и их производные с разной величиной циклов и их числом и разным числом кратных (двойных и тройных связей), кроме шестичленных циклов с тремя двойными связями. Например:

Ароматические соединения или арены, и их производные - циклические углеводороды и их производные, которые построены из шестичленных циклов с тремя двойными связями:

Гетероциклические соединения и их производные - циклические соединения, циклы которых построены не только из углеродных атомов, но содержат также и гетероатомы (О, N, S) и др.

Второй основной принцип классификации - деление по функциям (характеристически группам). В зависимости от того, какая функциональная группа введена в молекулу углеводорода вместо атома водорода различают следующие семейства органических соединений:

- галогенпроизводные углеводородов

RCl, RBr, ArI и др.

- спирты и фенолы

ROH, ArOH

-альдегиды

- кетоны

-карбоновые кислоты

3. Соединения с открытой цепью.

3.1. Углеводороды

3.1.1. Алканы

Алканы относятся к насыщенным или предельным углеводородам с открытой цепью.

Алканы или алифатические углеводороды – соединения, в молекулах которых атомы углерода связаны между собой только простыми (одинарными) -связями. Алканы образуют гомологический ряд соединений с общей формулой С_nH_2n+2. Изомеры углеводородов появляются, начиная с бутана (2 изомера); для С₅Н₁₂ известны три изомера. Следует научиться различать первичный, вторичный и третичный атомы углерода и четко усвоить принципы систематической и рациональной номенклатур.

В алифатических углеводородах химические связи осуществляются с помощью sp³ - гибридных орбиталей (смешение одной 2s - и трех 2р-орбиталей). В этом случае четыре электронные орбитали каждого атома углерода составляют между собой угол ~ 109^о.

Для предельных углеводородов характерно наличие ковалентных неполярных связей. Поэтому процессы разрыва этих связей при реализации химических превращений более выгодно протекают путем гомолиза. С другой стороны, в силу насыщенного характера ароматических углеводородов, последние могут вступать в реакции расщепления (диссоциации) и замещения. Это обусловливает преимущественное участие парафинов в радикальных реакциях распада (крекинга) и замещения. Радикальные реакции существенно ускоряются под действием факторов, способствующих генерированию свободных радикалов : температуры, УФ- и -облучения, химических инициаторов, (веществ, способных легко диссоциировать на свободные радикалы). При осуществлении радикальных реакций может произойти разрыв связей С-H или С-С. Предпочтительнее разрыв идет по связи С-Н, в связи с ее большей доступностью.

Все радикальные реакции включают инициирование (зарождение цепи), рост цепи и заканчиваются обрывом цепи, в результате взаимодействия свободных радикалов.

Механизм реакции S_R:

Реакции протекают в сторону преимущественного образования наиболее устойчивого радикала. Например: реакция свободно-радикального хлорирования н-бутана протекает по следующей схеме:

Развитие цепей:

где М - любая частица, отводящая избыточное тепло от молекулы Cl₂, выделяющееся в результате рекомбинации двух атомов хлора.

На первой стадии развития цепей образуются два бутильных радикала, вторичный и первичный. Поскольку при этом вторичный радикал будет стабилизирован в большей степени, по сравнению с первичным (за счет индуктивного эффекта и сверхсопряжения), его образование будет энергетические более выгодно, и это, в конечном счете, приведет к преимущественному образованию вторичного бутилхлорида.

Примеры других радикальных реакций:

Практическое значение имеют реакции хлорирования, нитрования и сульфохлорирования.