ГОУ СПО СВЕРДЛОВСКИЙ ОБЛАСТНОЙ ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ

ЦМК ХИМИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН

ОПОРНЫЕ КОНСПЕКТЫ К ЛЕЦИЯМ ПО ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

ЕКАТЕРИНБУРГ, 2009 г.

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ К ТЕМЕ «НОМЕНКЛАТУРА АЛИФАТИЧЕСКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ»

Вещества, сходные по строению и химическим свойствам и отличающиеся друг от друга по составу молекул на одну или нескольких групп атомов - СН₂-, называются ГОМОЛОГАМИ и образуют гомологический ряд.

-СН₂- - гомологическая разница.

АЛКАНЫ – это углеводороды, в молекулах которых все атомы углерода находятся в состоянии sр³ –гибридизации и связаны друг с другом только σ – связями. Общая формула С_пн_2п+2.

АЛКЕНЫ – это углеводороды, в молекулах которых имеется одна двойная связь (одна σ- и одна π -), атомы углерода при двойной связи находятся в состоянии sр² – гибридизации. Общая формула С_пН_2п.

АЛКИНЫ – это углеводороды, в молекулах которых два атома углерода находятся в состоянии sр – гибридизации и связаны друг с другом тройной связью: - С ≡ С -. Общая формула С_пН_2п-2.

АЛКАНЫ СПН2П+2	АЛКИЛЫ СПН2П+1	АЛКЕНЫ СПН2П	АЛКИНЫ СПН2П-2
СН4 метан	СН3- метил	-	-
С2Н6 этан	С2Н5 - этил	С2Н4 этен (этилен)	С2Н2 этин (ацетилен)
С3Н8 пропан	С3Н7 – пропил	С3Н6 пропен (пропилен)	С3Н4 пропин
С4Н10 бутан	С4Н9 - бутил	С4Н8 бутен (бутилен)	С4Н6 бутин
С5Н12 пентан	С5Н11- амил (пентил)	С5Н10 пентен	С5Н8 пентин
С6Н14 гексан	С6Н13 – гексил	С6Н12 гексен	С6Н10 гексин
С7Н16 гептан	С7Н15 – гептил	С7Н14 гептен	С7Н12 гептин
С8Н18 октан	С8Н17 – октил	С8Н16 октен	С8Н14 октин
С9Н20 нонан	С9Н19 - нонил	С9Н18 нонен	С9Н16 нонин
С10Н22 декан	С10Н21- децил	С10Н20 децен	С10Н18 децин

ПРИМИНЕНИЕ В МЕДИЦИНЕ:

БУТАН – для заполнения аэрозольных упаковок лекарств, ВАЗЕЛИНОВОЕ МАСЛО (жидкий парафин, от С₁₂ до С₂₅) – внутрь при хронических запорах, ПАРАФИН ( от С₁₉ до С ₃₆) – основа для мазей, для лечения теплом при невралгиях, невритах и т.п. ( парафинотерапия), ОЗОКЕРИТ - для лечения теплом при артритах, артрозах, радикулитах, язвах голени и т.п., ЭТИЛЕН – для получения полиэтилена и других полимерных масс для изготовления медицинской техники, протезов, шовного материала и т.п.

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ К ТЕМЕ «ПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ».

ПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АЛКАНЫ, ПАРАФИНЫ) – соединения, состоящие из атомов С и Н, в которых все связи атомов углерода, не затраченные на образование одинарных связей С – С, насыщены атомами Н. Общая формула С_пН_2п+2.

НОМЕНКЛАТУРА: сначала выбирают самую длинную цепь. Нумерацию начинают с того конца, где ближе разветвление. Называют номера положений заместителей, называют заместители в алфавитном порядке, указывая умножительные приставки (ди-, три-, тетра-, пента- и т.д.). Например,

СН₃

I

СН₃ – СН – С – СН – СН₂ – СН₃

I I I

CН₃ СН₃ С₂Н₅

2,3,3 – триметил-4-этилгексан

ВОЗМОЖНА ИЗОМЕРИЯ УГЛЕРОДНОГО СКЕЛЕТА.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА: С₁ – С₄ – газы, С₅ – С₁₅ – жидкости (при обычных условиях), С₁₆ и дальше – твердые вещества.

СТРОЕНИЕ: sр³ – гибридизация, выравниваются по энергиям 4 эквивалентых σ – связи С – Н, направленные к вершинам тетраэдра. Угол 109*28.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА: связи С – С и С – Н прочные, характеризуются низкой поляризуемостью,=> СВОБОДНОРАДИКАЛЬНЫЙ МЕХАНИЗМ реакций: СН₃:Н →СН₃* + Н*.

1. РЕАКЦИИ СВОБОДНОРАДИКАЛЬНОГО ЗАМЕЩЕНИЯ 2. ОКИСЛЕНИЕ 3.КРЕКИНГ

(свет, нагрев) 1. горение СН₄ +2О₂→СО₂+2Н₂О от англ. tu crack –

1.галогенирование 2.каталитическое окисление расщеплять – смесь

СН₄ + С1₂→СН₃С1 + НС1 Мп, 300*С предельных и непре

СН₃С1 + С1₂→СН₂С1₂ +НС1 С₃₆Н₇₄ + 5О-------------->2С₁₇Н₃₅СООН+Н₂О дельных углеводоро

СН₂С1₂ +С1₂→СНС1₃ +НС1 (молекула разрывается пополам) дов:

СНС1₃ +С1₂→СС1₄+ НС1 С₁₀Н₂₂→СН₄ + С₉Н₁₈

2.нитрование (реакция М.Н.Коновалова)

140*С └----> С₂Н₆ + С₈Н₁₆

СН₃ – СН₂ – СН₃ + НO-NO₂ → CH₃ – CH – CH₃ + H₂O

10% I

NO₂

В первую очередь замещается Н у третичного атома С, затем у вторичного, и у первичного.

4.ДЕГИДРИРОВАНИЕ ( катализатор – Ni, Pl или Pd, 360*С)

С₄Н₁₀ → С₄Н₈ + Н₂

ПРИМЕНЕНИЕ: ВАЗЕЛИНОВОЕ МАСЛО (С₅- С₁₅) – внутрь, как слабительное; наружно в дерматологии ( основа для мазей),

ВАЗЕЛИН (С₁₅ – С₂₅) – основа для мазей,

ПАРАФИН (С₁₈ – С₃₅) - для парафинотерапии, основа для мазей.

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ К ТЕМЕ «НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ. АЛКЕНЫ».

АЛКЕНЫ (олефины) – углеводороды, содержащие двойные (С = С ) связи. Общая формула С_пН_2п.

НОМЕНКЛАТУРА: от названия соответствующих насыщенных углеводородов ан→ен, нумерацию углеродной цепи начинают с конца, где ближе двойная связь (сравни с предельными углеводородами). Например, СН₃ – СН – С = СН₂

I I

СН₃ С₂Н₅ 3- метил – 2 – этилбутен – 1.

ИЗОМЕРИЯ:1.Структурная (углеродного скелета и положения двойной связи).

2.Пространственная (цис – и транс-).

СТРОЕНИЕ: sр² – гибридизация, угол 120* между валентными орбиталями. 2р – электрона соседних атомов С образуют π – связь вне плоскости σ –связи С – С, => характерны реакции электрофильного присоединения ( π –связь более реакционноспособна, чем σ – связь).

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА:

1.Реакции электрофильного присоединения

-галогенирование СН₂ = СН₂ + Вг₂ → СН₂Вг - СН₂Вг (качественная реакция на двойную связь – обесцвечивание бромной воды)

- гидрирование СН₂ = СН₂ + Н₂ → СН₃ – СН₃

- гидрогалогенирование СН₂ = СН – СН₃ + НВг → СН₃ – СНВг – СН₃ ПРАВИЛО МАРКОВНИКОВА: атом Н из НХ

- гидратация СН₂ = СН – СН₃ + Н₂О → СН₃ – СН(ОН) – СН₃ присоединяется к атому С с наибольшим числом

атомов Н.

2. Окисление

- реакция с КМпО₄ в нейтральной или слабощелочной среде

(качественная реакция на двойную связь – обесцвечивание раствора КмпО₄)

3 СН₂ = СН₂ + 2 КмпО₄ + 4 Н₂О→ 3 СН₂ – СН₂ + 2 МпО₂ +2 КОН

I I

ОН ОН ( этиленгликоль, этандиол – 1,2)

-реакция с окислителем в кислой среде ( полный разрыв двойной связи)

СН₃ – СН = СН – СН₂ - СН₃ + О → СН₃ – СООН + СН₃ – СН₂ – СООН

3. Полимеризация

п СН₂ = СН₂ → ( - СН₂ – СН₂ - )_п

4. Горение

С₂Н₄ + 3О₂ → 2СО₂ + 2Н₂О

ПРИМЕНЕНИЕ:

На основе реакции полимеризации непредельных углеводородов получают различные полимеры, которые используются в медицине при изготовлении медицинской техники и вспомогательного материала, изготовление системы для переливания крови, шовный материал.

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ К ТЕМЕ «АЦЕТИЛЕНОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ. АЛКИНЫ»

АЛКИНЫ – непредельные углеводороды, содержащие тройную связь (С ≡ С). Общая формула С_пН_2п-2.

НОМЕНКЛАТУРА: аналогично алкенам, замена ен →ин (иногда используют рациональную на основе ацетилена). Например,

СН₃ – СН – С ≡ СН

I

СН₃ 3- метилбутин – 1.

ИЗОМЕРИЯ: структурная (углеродного скелета и положения тройной связи), СРАВНИ с алкенами - нет пространственной изомерии.

СТРОЕНИЕ: sр – гибридизация, угол между валентными орбиталями 180*. Группа - С ≡ С – имеет линейное строение ( σ – связь). Перпендикулярно этой плоскости две взаимноперпендикулярных π – связи образуют компактное облако, => в некоторых реакциях присоединения С ≡ С мало реакционноспосонна ( реакции идут в 2 стадии).

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА:

1.реакции электрофильного присоединения + Вг₂

- галогенирование СН ≡ СН + Вг₂ → СНВг = СНВг -------- СН(Вг)₂ – СН(Вг)₂ ( качественная реакция на тройную связь – обесцвечивание

+ Н₂ бромной воды)

- гидрирование СН ≡ СН + Н₂ → СН₂ = СН₂ ----- СН₃ – СН₃

+НВг

- гидрогалогенирование СН ≡ СН + НВг → СН₂ = СНВг --------- СН₃ – СН(Вг)₂ О

Н₂SО₄, Нg²⁺ //

- гидратация (реакция Кучерова): СН ≡ СН + Н₂О ----------- → {СН₂ = СН – ОН} → СН₃ – С

\

Н

(гомологи ацетилена гидратируются по правилу Марковникова и дают после изомеризации кетоны).

2. окисление

- реакция с КмпО₄ в нейтральной или слабощелочной среде

3С₂Н₂ + 8КмпО₄ + 4Н₂О → 3 Н₂С₂О₄ + 8МпО₂ + 8КОН (качественная реакция – обесцвечивание раствора КмпО₄)

-реакция с окислителями в кислой среде

R₁ – C ≡ C – R₂ + O → R₁ – COOH + R₂ – COOH (смесь карбоновых кислот)

3.кислотные свойства (отличие от алкенов)

R – C ≡ CH + NaH→ R – C ≡ CNa + H₂

HC ≡ CH + Ag₂O → AgC ≡ CАg↓ + H₂O (качественная реакция на концевую тройную связь - С≡ СН)

4.полимеризации

-циклическая полимеризация – тримеризация (600*С) → бензол

-линейная полимеризация – димеризация (80*С) → винилацетилен.

ПРИМЕНЕНИЕ: ацетилен и гомологи ацетилена используются для синтеза многих химических продуктов: пластмасс, каучука, уксусной кислоты.

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ К ТЕМЕ «АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ»

АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ (АРЕНЫ) – органические соединения, в состав которых входит одно или несколько бензольных ядер, критерии ароматичности (правило Хьюккеля) - единая π – электронная система,

- плоский σ-скелет,

- число обобщенных р- электронов равно 4п+2 (п-число циклов, п=0,1,2,3…),=6,10,14…

НОМЕНКЛАТУРА: название заместителя+ бензол

ИЗОМЕРИЯ: положение заместителей (орто-, мета-, пара-).

СТРОЕНИЕ: sр² – гибридизация, каждый атом С образует 3σ – связи, валентный угол 120*, плоская молекула. 6 р – электронов образуют единую π – электронную систему. Ароматическая система характеризуются высокой устойчивостью, => характерны реакции электрофильного замещения.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА:

1.реакции электрофильного замещения.

-алкилирование (в присутствии безводной соли: А1С1₃, FеС1₃ и т.д.)

-нитрование (в присутствии концентрированной Н₂SО₄)

-сульфирование (условия - Т = 25*С, SО₃)

-галогенирование (в присутствии безводной соли А1С1₃, FеС1₃ и т.д.)

2.реакции окисления. Арены устойчивы к окислению.

- в жестких условиях (О₂, V₂О₅, Т = 450*) → малеиновый ангидрид

-в обычных условиях окисление боковой цепи (КМпО₄, Н₂SО₄) → бензойная кислота, СО₂ и Н₂О.

3.реакции присоединения

- гидрирование (восстановление) (в присутствии металлических катализаторов Ni, Pt, Pd при Т = 300*С) → циклогексан

-галогенирование (в отсутствие катализатора, без доступа воздуха, Т = 20*) → гексахлорциклогексан

4.реакция боковой цепи – свободнорадикальное замещение (аналогично алканам)

ПРАВИЛА ЗАМЕЩЕНИЯ В ПРОИЗВОДНЫХ БЕНЗОЛА

ЭЛЕКТРОНОДОНОРНЫЕ ЗАМЕСТИТЕЛИ ЭЛЕКТРОНОАКЦЕПТОРНЫЕ ЗАМЕСТИТЕЛИ

(На1-, R-, NH₂-, OH-) (-COH, –COOH, - SO₃H, -NO₂)

способствуют протеканию реакции электрофильного замещения, усложняют протекане реакции электрофильного замещения,

вновь вводимый заместитель направляется в орто- и пара-положения вновь вводимый заместитель направляется в мета-положение

(образуется два изомерных соединений) (образуется одно соединение)

ОПОРНЫЙ КОНСПЕКТ К ТЕМЕ «ГАЛОГЕНПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ»

ГАЛОГЕНПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ – это углеводороды, у которых один или несколько атомов водорода замещены на галогены.

К ЛАССИФИКАЦИИ

ПО ХАРАКТЕРУ РАДИКАЛА ПО ПРИРОДЕ УВ ХАРАКТЕРА ПО ЧИСЛУ АТОМОВ ГАЛОГЕНА

фторсодержащие алифатические монозамещенные

хлорсодержащие алициклические дизамещенные

бромсодержащие ароматические тризамещенные

иодсодержащие тетразамещенные и т.д.

Различают первичные, вторичные, третичные галогенпроизводные, в зависимости с каким атомом С связан галоген.

ИЗОМЕРИЯ: структурная (изомерия углеродной цепи, положение галогена, у непредельных положение - непредельных связей).

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА (очень реакционноспособны, кроме фторсодержащих), характерны реакции нуклеофильного замещения.