Справочники / Оганесян Э.Т., Попков В.А. Химия, ЕГЭ

2,4-диметилциклогексан- HOOC—СH2—СH—СH2—СOOH карбоновая кислота

СOOH

1,2,3-пропантрикарбоновая кислота

Гетерофункциональные соединения. В названиях гетерофункциональных соединений прежде всего следует учитывать, что старшая группа должна определять начало нумерации и в названии обязательно обозначаться суффиксом. Все остальные заместители перечисляются префиксами в алфавитном порядке. Кратные связи всегда обозначаются в суффиксе:

HO—СH2—СH—СH—СH=С—С—СH2—СOOH

O

7-амино-8-гидрокси-6-метил-3-оксо-4-хлор-4-октеновая кислота

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1. Углеводород

? СH3

H3С—С—СH2—СH2—СH2—СH2—СH3

СH3

можно назвать: 2,2-диметилгептан или триметилпентилметан. Какой номенклатуре отвечает каждое из этих названий?

2. Выделите родоначальную структуру в формуле СH3

H3С—СH—С—СH2—СH2—СH3

СH3 СH—СH3

СH3

3.Напишите структурные формулы следующих соединений: а) 2,3-диметилпептан; б) 2,3-диметилпептен-2;

в) 2,3-диметилгексен-2-аль.

В структуре (I) одинаковые группы атомов располагаются по разные стороны от плоскости π-связи, поэтому ее называют транс-изо- мером (от лат. транс — через). В том случае, если одинаковые группы атомов расположены по одну сторону от плоскости π-связи, ее называют цис-изомером (от лат. цис — на этой стороне) — структура (II).

Данный вид изомерии называют геометрической, или цис-транс- изомерией. Существование геометрических изомеров объясняется тем, что π-связь препятствует свободному вращению атомов или групп атомов по оси σ-связи между двумя углеродными атомами. Переход одного геометрического изомера в другой возможен лишь при высоких температурах, при воздействии ультрафиолетового излучения и т.д.

Геометрические изомеры отличаются друг от друга своими свойствами:

Геометрическая изомерия встречается не только в соединениях с двойной связью, но возможна и для алициклических углеводородов, например:

циклопропандикарбоновая кислота

Цис- и транс-изомеры в приведенном примере отличаются между собой различным расположением карбоксильных групп и водородных атомов относительно плоскости цикла.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1.В параграфе использованы понятия: «изомерия цепи», «изомерия по-

?ложения заместителей и кратных связей», «геометрическая (цис-, транс-) изомерия». Как вы это понимаете?

2.Какая разница между понятиями «гомология» и «изомерия»?

3.Имеются два углеводорода:

H3С—СH=СH—СH2—СH3 H3С—СH=С—СH3

СH3

Можно ли считать их гомологами? Изомерами? Ответ обоснуйте.

4.Напишите структурные изомеры для соединений состава С5Н10; С3Н7Сl; C3H8O и назовите их.

5.Для каких из перечисленных соединений возможна межклассовая изо-

мерия: С5Н12О; С5Н10О? Напишите структурные формулы и назовите все изомеры.

§6. Классификация и механизмы

органических реакций

Органические реакции можно классифицировать несколькими путями в зависимости от избранных критериев. В качестве таковых используют изменение углеродного скелета, природу реагирующих частиц, окислительно-восстановительный характер реагентов, связывание или удаление структурных элементов, кинетику реакции.

Каждый из этих критериев позволяет выделить группы реакций, имеющих сходные характеристики. Наиболее общей является классификация на основе связывания или удаления структурных элементов,

согласно которой различают реакции следующих типов:

1) замещение — из исходной молекулы за счет разрыва связей удаляется атом или группа атомов и вместо них присоединяется новая атомная группа:

СН4 + Сl2 → CH3Cl + НСl;

2) присоединение — к углеродному скелету исходной молекулы присоединяются атомы или группа атомов:

3) отщепление (элиминирование) – исходная молекула отщепляет группу атомов:

кат.

H3С—СH2—СH2 —СH3 –2H2 H2С=СH—СH=СH2;

4) перегруппировка (изомеризация):

Каждая из перечисленных реакций может протекать по конкретному механизму. Описание химической реакции по стадиям называется механизмом. Следовательно, механизм реакции — это последовательность элементарных стадий, через которые осуществляется данная реакция. Различают свободнорадикальные, электрофильные и нуклеофильные реакции.

Важным критерием при определении механизма реакции является тип разрыва химической связи в исходной молекуле. Различают гомолитический и гетеролитический типы разрыва связи.

При гомолитическом расщеплении связи образуются частицы, имеющие неспаренный электрон и называемые радикалами. Примером такого разрыва связи является образование метильного радикала при взаимодействии метана с хлором:

H

H—C : H +Cl . CH3 + H..

H

При гетеролитическом расщеплении связи образуются электрически заряженные частицы. Связующая пара электронов остается у одной из частиц, которая приобретает отрицательный заряд. Вторая частица отщепляется в виде положительного иона:

A : B A+ + : B–.

Частицы, которые заряжены отрицательно (например, ОН–, CN–, I–) или имеют электроноизбыточный центр (например, кислород в H2O, азот в NH3), называют нуклеофильными. Частицы, обладающие положительным зарядом (например, Н+ , NО2+, Вr+) или испытывающие дефицит электронов (например, углерод в группе C=O ), называют электрофильными.

Итак, зная природу взаимодействующих частиц и тип разрыва связи в органической молекуле, рассмотрим, по какому механизму могут

протекать реакции замещения.

Молекулу атакует радикал. Происходит гомолитический разрыв ковалентной связи с образованием новых радикалов. Исходный же радикал взаимодействует с одной из образовавшихся частиц.

В общем виде:

R : X + R′ R . + R′ : X. Например:

Cl : Cl Cl . + . Cl;

H3C : H + Cl . . CH3 + HCl;

. CH3 : + Cl2 CH3Cl + Cl ..

Такой механизм замещения обозначается символом SR — ра-

дикальное замещение (S от лат. Substitution — замещение).

Молекула атакуется электрофильной частицей. Происходит гетеролитическое расщепление связи, и замещаемая частица (атом или группа атомов) уходит в виде положительного иона.

В общем виде:

A : B + C+ A : С + B+.

Например: HCCH + 2Ag+ Ag—CC—Ag + 2H+.

+ [NO2]+ NO2 + H+.

Данная реакция замещения обозначается символом SE (электрофильное замещение).

Атакующая частица является нуклеофилом. Здесь также происходит гетеролитический разрыв связи, но замещаемая частица отщепляется в виде аниона.

Например:

H

H3С—С : Br + : OH– СH3 СH2 OH + : Br–. H

Реакции замещения, протекающие по данному механизму, обозначаются символом SN (нуклеофильное замещение).

В органических реакциях атом углерода способен образовывать ионы, заряд которых зависит от того, у какой из частиц остается электронная пара при разрыве связи:

При потере атомом углерода электрона образуется положительно заряженная частица — карбкатион.

Если при разрыве связи общая электронная пара остается у атома углерода, то образующаяся частица приобретает отрицательный заряд и называется карбанионом.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

1.Проведите сопоставление типов химических реакций в органической

?химии с неорганической.

2.Раскройте сущность символов SR, SE, SN.

3.Объясните понятия «радикал», «нуклеофил», «электрофил», «карбкатион», «карбанион». Какая взаимосвязь между ними и механизмом реакции?

§7. Природные источники получения органических соединений. Переработка нефти

Природный газ. Он представляет собой удобное сырье для получения углеводородов с низкой относительной молекулярной массой. Большая часть природного газа состоит из метана (82–98%), остальное приходится на долю этана, пропана и бутана. Пропан и бутан удаляются из газа путем сжижения, после чего он поступает в газопроводы потребителям. Из природного газа получают также в больших количествах сажу, которая называется газовой, или ламповой, сажей. Такая сажа используется в производстве шинной резины. Из углеводородов,