
- •Тема 1: Предмет органической химии. Классификация,номенклатура, изомерия органических соединений
- •Предметорганическойхимии.Характеристика органических соединений
- •Изомерии;
- •Органическая химия имеет исключительно важное познавательное инароднохозяйственное значение.
- •2. Теорияхимическогостроенияорганических
- •Зная свойства вещества, можно установить его строение, и, наоборот, химическое строение вещества определяет его свойства.
- •Формулы(способыизображенияорганическихсоединений)
- •Классификацияорганическихсоединений
- •Изомерияорганическихсоединений
- •Структурнаяизомерия
- •Пространственнаяизомерия
- •Геометрическаяизомерия
- •Оптическаяизомерия
- •Конформации(поворотнаяизомерия)
- •Тема 2: Электронное строение и реакционная способностьорганических соединений
- •Типысвязейвмолекулахорганическихсоединений
- •Тема3:Алканы
- •1.Общая характеристика: строение, номенклатура, изомерия Предельныеуглеводороды(алканы,парафины,насыщенные
- •Тема3:Алканы
- •1.Общая характеристика: строение, номенклатура, изомерия Предельныеуглеводороды(алканы,парафины,насыщенные
- •Строение.
- •Номенклатураалканов
- •ПорядокпостроенияназванияразветвленногоалканапоИюпак
- •Изомерия
- •Структурнаяизомерия
- •Оптическаяизомерия
- •Радикалыилизаместители.
- •2.Химическиесвойства.Общиепредставленияомеханизмецепныхрадикальных реакций замещения в алканах (на примере реакциигалогенирования).
- •Сульфированиеисульфокисление:
- •Дегидрирования
- •В.Изомеризация
- •3.Способыполученияипрактическоеиспользование
- •2Гидpиpованиенепpедельныхуглеводоpодов:
- •Изсолейкарбоновыхкислот:
- •Разложениекарбидовметаллов(метанидов)водой:
- •Тема4:Циклоалканы
- •Общаяхарактеристика
- •Номенклатура
- •Изомерияциклоалканов
- •Структурнаяизомеpия
- •Пространственнаяизомерия
- •Химическиесвойства
- •Получениециклоалканов
- •Применение
- •Тема5:Алкены
- •1.Общаяхарактеристика:строение,номенклатура,изомерия
- •Строение
- •Номенклатура
- •Физическиесвойства
- •2.Химическиесвойства
- •Механизмыреакции присоединения калкенам:
- •Креакциямэлектрофильногоприсоединения аЕотносятся:
- •ОбъяснениеправилаМарковникова
- •Современная формулировка правила Марковникова:электрофильное присоединение к двойной связи идет черезобразование наиболее устойчивого карбокатиона.
- •Реакциягидратации
- •Реакцииокисленияалкенов:
- •Эпоксидирование (реакция н.А. Прилежаева, 1909г)эпоксидирование (по Прилежаеву)
- •Окислениевприсутствиисолейпалладия:
- •Реакцииозонирования.
- •Гидроборированиеалкеновииспользованиевсинтезеспиртов.
- •Реакцииполимеризации
- •Аллильноехлорированиеалкенов,механизм
- •Реакцииизомеризацииалкенов
- •Способыполученияипрактическоеиспользование
- •Отщепление атома водорода в реакциях дегидрогалогенирования и дегидратации происходитпреимущественно от наименее гидрогенизированного атома углерода.
- •Применениеалкенов
- •Тема6:Алкадиены
- •Общаяхарактеристика:строение,номенклатура,изомерия
- •Общаяформулаалкадиенов:СnН2n-2.Классификация диенов:
- •Кумулированные:
- •Номенклатура
- •Международная
- •Электронноестроение Делокализованныеπ-связи.Сопряжение
- •Химическиесвойства
- •Химические свойства диенов с сопряженными двойнымисвязями
- •Гидрирование
- •Галогенирование
- •Гидрогалогенирование,гидратации
- •Полимеризациясопряженныхдиенов
- •3.Получениеалкадиенов
- •4.Каучуки.Синтетическиекаучуки
- •Тема7:Алкины
- •Общаяхарактеристика:строение,номенклатура,изомерия
- •Номенклатураалкинов
- •Изомерияалкинов
- •Физическиесвойства
- •Химическиесвойства
- •Гидрирование
- •Б)Гомогенноегидрирование
- •Галогенирование
- •Гидрогалогенирование
- •Гидратация(реакцияКучерова)
- •Присоединениекарбоновыхкислот:
- •Реакциинуклеофильногоприсоединения
- •РеакцияФаворского
- •Реакцииполимеризации
- •Образованиеалкинидов
- •Этот метод дает возможность переходить от простых ацетиленовых углеводородов к более сложным.
- •Б)Реакцииокислительногорасщепления
- •Получениеалкинов
- •Применение
- •Тема8:Ароматическиеуглеводороды(арены)
- •Критерииароматичности.ПравилоХюккеля.
- •Теплотагидрированиябензола
- •Ароматическойявляется:
- •Небензоидные ароматические системы: циклопропенилий- и тропилий-катионы, циклопентадиенильный анион, азулен.
- •Арены. Общая характеристика: строение, номенклатура,изомерия
- •Одноядерныеарены:
- •Многоядерныеарены:
- •Гомологическийряд:
- •4.Химическиесвойствааренов
- •Электрофильноезамещениевбензольномкольце.
- •Наиболеетипичнаясхемареакцииароматическогоэлектрофильного замещения:
- •Свободнорадикальноегалогенированиебензола иалкилбензолов
- •АцилированиепоФриделю–Крафтсу
- •Реакция сульфированияпроисходит при нагревании под действием «дымящей» серной кислоты (олеум) с образованием ароматических сульфокислот:
- •Ориентацияприсоединениявмонозамещенныхбензолах
- •6.Конденсированныеароматическиеуглеводороды
- •В общем и целом, полиядерные конденсированные соединенияболее реакционноспособны (и менее ароматичны), чем бензолы.
- •Ориентация замещения в монозамещенных нафталине иантрацене
- •Антрацен
- •Антрахинон
- •Фенантрен
- •Конденсированные полиядерные соединения (нафталин, антрацен, фенантрен) получают, главным образом, при коксованииуглей.
- •Тема9: Галогенпроизводныеуглеводородов
- •1.Общаяхарактеристика
- •Наполярностьсвязивлияют:
- •Химическиесвойства
- •Реакциинуклеофильногозамещения,механизмыSn1 иSn2
- •Протеканиюреакциипомономолекулярномумеханизму(sn1)спо-собствуют:
- •Таким образом, протеканию замещения по бимолекулярномумеханизму (sn2) благоприятствуют:
- •Соединениясповышеннойипониженнойподвижностьюатома галогена
- •Реакционнаяспособностьвинил-иарилгалогенидов
- •Которое гласит, что придегидрогалогенировании алкилгалогенидовводород отщепляется от соседнего наименее гидрогенизированного атома углерода:
- •Получение литий- и магнийорганических соединений и ихиспользование в органическом синтезе
- •3.Способыполучениягалогенпроизводныхуглеводородов
- •4.Биологическое действие галогенпроизводных, их применение в народном хозяйстве
- •Тема 10:Спирты (одноатомные, многоатомные), тиолы, простыеэфиры
- •1 Общая характеристика одноатомных спиртов: строение, номенклатура, изомерия. Физические свойства спиртов, роль водородной связи
- •В зависимости от того, с каким атомом углерода(первичным,вторичным или третичным)связана гидроксогруппа, различаютспирты:
- •Номенклатураспиртов
- •2.Химическиесвойстваодноатомныхспиртов
- •Реакциизамещенияатомаводороданаметалл(кислотныесвойства)
- •Алкоголяты металлов обладают сильными основными инуклеофильными свойствами в отличие от спиртов (см. Ниже).
- •Реакция этерификации - образование сложных эфиров.(нуклеофильные свойства спиртов)
- •Реакциисгалогенидами фосфораисеры
- •Отдельныепредставители.
- •3.Многоатомныеспирты:особенностихимическихсвойств
- •4.Промышленныеилабораторныеметодыполученияспиртов
- •Щелочнойгидролизгалогеноуглеводородов:
- •Гликоли получают окислением алкенов щелочным или нейтральным раствором kMnO4(реакция Вагнера):
- •В технике глицерин получают гидролизом (омылением) природных жиров и масел:
- •Химическиесвойства
- •Простыеэфиры
- •Номенклатураиизомерия
- •Способыполучения
- •Тема11: Фенолы
- •1 Общая характеристика фенолов: классификация, строение, номенклатура, изомерия, физические свойства
- •2.Химическиесвойствафенолов
- •Образованиепростыхалкилариловыхэфиров
- •Образованиепростыхдиариловыхэфиров
- •Образованиесложныхэфиров-реакцияацилирования
- •Галогенирование
- •Нитрование
- •Сульфирование
- •Ацилирование
- •Реакциясформальдегидом
- •Карбоксилирование.РеакцияКольбе
- •Восстановление
- •Окисление
- •Качественнаяреакциянафенолы
- •3Промышленныеилабораторныеметодыполученияфенолов.
- •Гидролизводных растворовароматическихдиазосоединений
- •Тема12: Карбонильныесоединения
- •Общая характеристика карбонильных соединений: строение, классификация, номенклатура, изомерия, электронное строение
- •Изомерияальдегидов:
- •Енолизация,кето-енольнаятаутомерия.
- •Физическиесвойства
- •Электронноестроениекарбонильнойгруппы
- •Химическиесвойствакарбонильныхсоединений
- •Присоединениециановодородной (синильной)кислотыHcn:
- •Присоединениегидросульфитанатрия
- •Присоединениеаммиакаи егопроизводных
- •Первичныхспиртов:
- •Окислительно-восстановительныереакции
- •Альдольнаяикротоноваяконденсации.
- •3 Способыполученияипрактическоеиспользование карбонильных соединений
- •Окислениеспиртов
- •Гидратацияалкинов(реакцияКучерова)
- •Восстановлениехлорангидридовкарбоновыхкислот–реакцияРозенмунда
- •Почислукарбоксильных группкислотыподразделяютсяна:
- •Номенклатура
- •Изомерия
- •Спирта(сложныйэфир), аммиака (амид),
- •Химические свойства одноосновных карбоновых кислот и ихпроизводных
- •Способы получения и практическое использование одноосновных карбоновых кислот
- •5Сложныеэфирыкарбоновыхкислот.Жиры
- •Тема 14: Непредельные,ароматическиеидикарбоновыекарбоновыекислоты
- •Непредельныекарбоновыекислоты
- •Отдельныепредставителинепредельныходноосновныхкислот
- •Высшиенепредельныекислоты
- •A.Двухосновныекарбоновыекислоты
- •Свойствадвухосновныхкислот
- •Способыполучениядвухосновныхкислот
- •Ненасыщенныедикарбоновыекислоты
- •3Ароматическиекарбоновыекислоты
- •Химическиесвойства
- •Важнейшиепредставители
- •Ароматическиедикарбоновыекислоты
- •Важнейшиепредставители
- •Тема15: Амины.Азо-идиазосоединения
- •Амины.Общаяхарактеристика
- •2Химическиесвойстваалифатическихаминов
- •Особенностихимическихсвойствароматическихаминов
- •4Способыполученияаминов
- •Отдельныепредставителиалифатическихаминов
- •Диазосоединения
- •Реакции,идущиесвыделениемазота
- •Образованиегалогенопроизводных(реакцияЗандмейера).
- •Замещение диазогруппы, катализируемое солями одновалентноймеди (реакция Зандмейера)
- •Реакции,идущиебезвыделенияазота
- •В основе всех азокрасителей лежитядроазобензола,ипоэтому все азокрасители можно рассматривать как производныеазобензола.
- •Тема16:Гидрокси-,оксо-иаминокислоты.Пептидыибелки
- •Гидроксикислоты
- •Основныепредставители:
- •Оптическаяизомерияоксикислот
- •Еслигидроксилрасположенсправа–этоD-конфигурацияилиD-ряд. Если гидроксил расположен слева – этоL- конфигурация илиL-ряд.
- •Молочнаякислота
- •Яблочнаякислота
- •2(R),3(s)бутандиол-2,3
- •Винныекислоты
- •Особенностихимическихсвойств
- •Поведениеоксикислотпринагревании
- •2Оксокислоты(альдегидо-икетокислоты)
- •Общаяформула:
- •Особенностихимическихсвойств
- •Специфическиесвойства
- •Глиоксиловаякислота
- •Ацетоуксуснаякислота
- •Аминокислоты.Пептидыибелки
- •Оптическаяизомерияаминокислот
- •Методыполученияаминокислот
- •Особенностихимическихсвойств
- •Реакциясформальдегидом
- •Нингидриннаяреакция(качественная)
- •Этерификация
- •Термическоеповедениеаминокислот
- •Номенклатура
- •Примеры:
- •Тема17: Углеводы:моносахариды,дисахариды,полисахариды
- •Углеводы:общаяхарактеристика,классификация
- •Моносахариды(монозы)
- •2.1.Изомериямоносахаридов
- •МетоOдHыпHолучениямоносахаридов
- •Химическиесвойствамоносахаридов
- •Окислениемоносахаридов
- •Восстановлениемоносахаридов
- •Действиещелочейнамоносахариды
- •Реакциициклическихформмоносахаридов
- •Отдельныепредставителимоносахаридов
- •Дисахариды
- •Отдельныепредставителидисахаридов
- •Высшиеполисахариды
- •Тема18:Гетероциклическиесоединения
- •Пятичленныегетероциклы:фуран,тиофен,пиррол,ихстроениеНоменклатура
- •Реакционнаяспособность
- •Методыполучения
- •Гидрированиепиррола
- •Сульфирование
- •Галоидирование
- •Синтезпиридина
- •Строениепиридина.
- •IiРеакцииэлектрофильногоамещения
- •Реакциинуклеофильногозамещения
- •Восстановление(гидрирование)
- •Реакциинуклеофильногозамещения,snAr Биологическиактивныепроизводныехинолина
Химическиесвойства
Химические свойства циклоалканов сильно зависят от размерацикла, определяющего его устойчивость. Трех- и четырехчленные циклы (малые циклы), являясь насыщенными, тем не менее, резко отличаются от всех остальных предельных углеводородов. Валентные углы в циклопропане и циклобутане значительно меньше нормального тетраэдрического угла 109°28’, свойственного sp3-гибридизованному атому углерода.
Это
приводит к большой напряженности таких
циклов и их стремлению к раскрытию под
действием реагентов. Поэтомуциклопропан,
циклобутан и их производные вступают
в реакции присоединения, проявляя
характер ненасыщенных соединений.
Легкость реакций присоединения
уменьшается с уменьшением напряженности
цикла в ряду:
циклопропан>циклобутан>>циклопентан.
Рисунок5–Отклонениевалентныхугловвмолекулециклопропанаотнормального(109°28')
На связь между устойчивостью цикла и его строением обратил внимание немецкий химик А.Байер (1885).В своей теории он исходил из предположения, что все циклы являются плоскими, а за меру устойчивости цикла принял любое отклонение валентных углов от "нормального"угла109°28'.Такоеотклонение,помнениюБайера,создает
в
молекуле напряжение, которое, в свою
очередь, понижает ее устойчивость.
Например, у циклопропана, который можно
представить в виде правильного
треугольника, направление валентных
связей должно отклоняться от
тетраэдрического угла (в расчете на
одну связь) на угол :
Такой
расчет дал отклонение валентного угла
от нормального для циклобутана +9°44',
циклопентана 0°44', циклогексана -5°16' и
т.д. Таким образом, согласно теории
Байера трех- и четырехчленные циклы
должны быть неустойчивы, а пятичленный
– устойчив. Это согласуется с экспериментом.
Однако теория не моглаобъяснить
причину устойчивости циклогексана,
отклонение у которого составляет 5°16'.
АдольффонБайер
JohannFriedrich WilhelmAdolfvonBaeyer
С1858в течение двух лет он вместе с Кекуле работал вГентскомуниверситетевБельгии,азатемвозвратилсявБерлин, где читал лекции по химии вБерлинской высшей техническойшколе. В1872Байер переехал вСтрасбурги занял место профессорахимиивСтрасбургском университете.В1875,после смертиЮстуса фон Либиха, Байер стал преемником этого известного химика-органика, заняв должность профессора химии в Мюнхенском университете.
В1885г., в день 50-летия Байера, в знак признания его заслуг перед Германией учёному был пожалован наследственный титул, давший право ставить частицу «фон» перед фамилией. В1905БайерубылаприсужденаНобелевскаяпремияпохимии
«за заслуги в развитии органической химии и химической промышленности благодаря работам по органическим красителям и гидроароматическим соединениям». С1911Общество немецких химиковприсуждает премию и памятную медаль имени Адольфа фон Байера (нем.Adolf-von-Baeyer-Preis).
В 1885 Байер выдвинул теорию напряжения, устанавливающую зависимость прочности углеводородных циклов от величины углов между связями углерод-углерод. Ввёл в структурную теорию понятие о цис-транс-изомерии (1888); в 1896 обнаружил цис-транс- изомерию в ряду терпенов.
Для циклопропана межъядерные углы составляют 60º, как в равностороннем треугольнике, для циклобутана – 90º, как в квадрате, а в циклопентане – 108º, как в правильном пятиугольнике. Нормальный валентный угол для атома углерода – 109,5º. Поэтомупри расположении в названных соединениях всех атомов углерода в одной плоскости уменьшение валентных углов составляет в циклопропане – 49,5º, в циклобутане–19,5º,вциклопентане–1,5º.
Чем
больше отклонение валентного угла от
нормального, тем более напряжены и,
следовательно, непрочны циклы. Однако
в отличие от циклопропана циклобутан
и циклопентан имеют неплоские циклы.
Один из атомов углерода непрерывно
выходит из плоскости. Циклобутан
существует в виде неплоских "сложенных"
конформаций. Циклопентан характеризуется
конформацией "конверт". Таким
образом, обсуждаемые циклы находятся
в колебательном движении, приводящем
к уменьшению "заслоненности" атомов
водорода у соседних углеродных атомов
и снижению напряжения." Только позже
было установлено, что циклы (за исключением
трехчленного) не находятся в одной
плоскости, апринимают
в пространстве определенную форму
(конформацию). Это приводит к повышению
устойчивости цикла. Кроме того, в
некоторых циклоалканах (например, в
циклопропане) перекрывание орбиталей
при образовании (σ-связи происходит не
по оси С-С, а в области, несколько сдвинутой
наружу цикла (за счет взаимного
отталкивания орбиталей).
В результате этого угловое напряжение в молекуле уменьшается (так, угол между связями С-С в циклопропане увеличивается от 60 до 104°). Такое перекрывание несколько приближается к боковому перекрыванию, характерному для образования π-связей. Образовавшиеся σ-связи с расположением максимальной электронной плотности вне прямой между ядрами связываемых атомов называют "банановыми". По свойствам они напоминают π-связи. И действительно, циклопропан способен вступать в реакции присоединения (с разрывом цикла).
Но одновременно снижается прочностьуглерод-углеродных связейв цикле, так как области перекрывания орбиталей в этом случае становятся намногоменьше,чемприобразованииσ-связейвалканах.Вциклобутане
σ-связи также изогнуты относительно оси С-С, но это отклонение гораздоменьше.
Малые
циклы(С3 – С4) довольно легко вступают
в реакциигидрирования:
Циклопропан и его производные присоединяют галогены игалогеноводороды:
В других циклах (начиная с С5) угловое напряжение снимается благодаря неплоскому строению молекул. Поэтомудля циклоалканов (С5 и выше) вследствие их устойчивости характерны реакции, в которых сохраняется циклическая структура, т.е. реакциизамещения.
h Cl
+Cl2 +
циклогексан хлорциклогексан
HCl.
При действии разбавленной азотной кислоты при нагреваниипротекает реакциянитрования:
+
t°HNO3
O
NO
+H2O.
циклогексан нитроциклогексан
Эти соединения, подобно алканам, вступают также в реакциидегидрирования,
окисления в присутствии катализатора
и др.
Столь
резкое отличие в свойствах циклоалканов
в зависимости от размеров цикла приводит
к необходимости рассматривать не общий
гомологический ряд циклоалканов, а
отдельные их ряды по размерам цикла.
Например, в гомологический ряд циклопропана
входят:
циклопропанС3Н6,метилциклопропанС4Н8,этилциклопропанС5Н10ит.д.