Справочники / Репетитор по химии - Белов Н.В

Принципиального различия между органическими и не-

органическими веществами нет.

Однако типичные органические вещества имеют ряд свойств, которые отличают их от типичных неорганических веществ. Это объясняется различием в характере химической связи:

Характер химических связей и валентность углерода в органических соединениях

Атом углерода образует только ковалентные связи. Это объясняется тем, что углерод имеет электроотрицательность (ЭО) = 2,5, что является промежуточной величиной между значениями ЭО типичных металлов (ЭО = 0,7—1,5) и ЭО типичных неметаллов (ЭО = 3,0—4,0).

Рассмотрим валентные возможности атома углерода:

валентные

электроны

Во всех органических соединениях атом С находится в возбужденном состоянии, поэтому валентность С равна IV.

470

Важнейшее свойство углерода — способность его атомов соединяться друг с другом с образованием цепей:

|| | |

—C—C—C—C—

|| | |

Поэтому существует очень много органических веществ.

Атом углерода в органических соединениях может находиться в трех валентных состояниях (табл. 46). Этим вален-

тным состояниям соответствуют различные типы гибриди-

зации электронных орбиталей (облаков) атома углерода

(о гибридизации см. § 3.8).

Основные положения теории химического строения органических соединений

Эту теорию разработал русский ученый А. М. Бутлеров

(1858—1861).

I положение. Атомы в молекулах органических веществ

соединяются друг с другом в определенной последовательности согласно их валентности.

Последовательность соединения атомов в молекуле называется химическим строением (структурой).

(СН3—СН3) (СН3—СН2—ОН)

471

472

Образуются четыре новых гибридных облака, которые направлены в пространстве к вершинам

тетраэдра

Образуются три новых гибридных облака, которые располагаются в одной плоскости под углом 120°.

Электронное облако, не участвующее

вгибридизации, перпендикулярно

кэтой плоскости

Образуются два новых гибридных облака, которые располагаются на линии под углом 180°. Электронные облака, не участвующие в гибридизации, взаимно перпендикулярны

473

Ворганических соединениях, как уже отмечалось, атомы углерода могут соединяться друг с другом, образуя цепи (углеродный скелет).

Вобразующихся цепях атом углерода может быть связан либо с одним соседним атомом углерода, либо с двумя, либо

стремя, либо с четырьмя. Соответственно различают первичные, вторичные, третичные и четвертичные атомы углерода.

В зависимости от наличия тех или иных атомов углерода цепи

бывают:

а) прямые (неразветвленные) — содержат два первичных атома углерода (крайние в цепи), остальные атомы — вторичные; например:

|| | | | |

—C—C—C—C—C—C—

| | | | | |

б) разветвленные — содержат хотя бы один третичный или хотя бы один четвертичный атом углерода; например:

|| | |

—C—C—C—C—

| | | |

—C—

|

третичный атом углерода

в) замкнутые (циклы) — не содержат первичных атомов углерода; например:

II положение. Свойства веществ зависят не только от со-

става, но и от строения их молекул.

Например, существуют два различных вещества, которые имеют одинаковый состав, выражаемый эмпирической формулой С2Н6О:

474

Этанол и диметиловый эфир по отношению друг к другу

являются изомерами.

Изомеры — это вещества, которые имеют одинаковый состав, но разное строение молекул и различные свойства.

Изомерия — явление существования изомеров.

Изомеры имеют одинаковую эмпирическую формулу и разные структурные формулы. С увеличением числа атомов углерода в молекуле число изомеров резко возрастает; например:

С4Н10 — 2 изомера, С10Н22 — 75 изомеров.

Изомерия положения функциональной группы:

475

2. Пространственная изомерия (геометрическая изомерия, цис-транс-изомерия)

Цис- и транс-изомеры имеют одинаковое химическое строение (т. е. порядок соединения атомов в молекулах), но различное пространственное расположение атомов и атом-

ных групп.

3. Межклассовая изомерия — изомерия веществ, принадлежащих к разным классам органических соединений. В сущности, межклассовая изомерия является одним из видов структурной изомерии. В таблице приведены важнейшие примеры межклассовой изомерии.

476

IIIположение. В молекулах органических веществ атомы

игруппы атомов влияют друг на друга. Это взаимное влияние определяет свойства веществ.

Рассмотрим, например, влияние ОН-группы на подвижность атомов «Н» в цикле бензола*:

*В приведенной ниже структурной формуле бензола С6Н6 выделен только замещающийся атом водорода.

477

В бензольном ядре замещается один атом водорода.

При наличии группы —ОН в бензольном ядре замещаются три атома водорода.

С другой стороны, углеводородный радикал влияет на подвижность атома водорода в ОН-группе:

Если группа —ОН связана с бензольным кольцом, атом водорода в ней является подвижным и может замещаться на атом металла при взаимодействии со щелочью.

СН3—СН3—ОН + NaOH реакция не идет

Если группа —ОН связана с алкильным радикалом, подвижность атома водорода в ней невелика, и он не может замещаться на металл при действии щелочи.

Гомологический ряд. Гомологи

Гомологический ряд — это ряд органических соединений, в котором каждый следующий член ряда отличается от предыдущего на группу CH2. Сходные по химическим свойствам

соединения, образующие гомологический ряд, называются

гомо@логами. Труппа СН2 называется гомологической разностью.

Например: СН4, С2Н6, С3Н8, C4H10, C5H12… СnН2n+2.

Состав всех членов гомологического ряда может быть выражен общей формулой.

478

Существует понятие «ближайшие гомологи». Это члены гомологического ряда, отличающиеся друг от друга на одну группу —CH2—. Например, ближайшими гомологами пропа-

на С3Н8 являются этан С2Н6 и бутан C4H10.

Члены гомологического ряда характеризуются сходными, но не всегда одинаковыми химическими свойствами. Многие физические свойства (температура кипения, температура плавления и др.) в гомологических рядах изменяются закономерно.

Классификация органических веществ

Как и неорганические соединения, органические вещества классифицируются, т. е. разделяются на классы.

Большинство органических соединений можно представить формулой: R—X, где R — углеводородный радикал; X — ф;ункциональная группа.

Функциональные группы — это группы атомов, которые

определяют наиболее характерные химические свойства органических соединений. Углеводородные радикалы — остат-

ки УВ, связанные с функциональными группами.

479