Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Сборник задач и заданий по органической химии. Учебное пособие
.pdf
Все органические вещества в зависимости от углеводородного скелета можно разделить на ациклические и циклические.
Ациклические соединения – это вещества, молекулы которых состоят из открытых углеродных цепей – прямых или разветвленных. Ациклические (нециклические, цепные) соединения
называют также жирными или алифатическими. Эти названия
связаны с тем, что одними из первых хорошо изученных соединений такого типа были природные жиры.
Среди ациклических соединений различают:
- предельные (насыщенные), например:
CH3 – CH3 - этан,
СH
3
׀
CH3 – C – H - изобутан,
׀
СH
3
СH3– CH2 – OH - этиловый спирт,
СH3– CH2 – СОOH - пропановая кислота;
- непредельные (ненасыщенные), например:
CH2= CH2 - этилен,
CH ≡ CH - ацетилен,
CH2= CH – CH = CH2 - дивинил.
Предельными называются органические соединения, в молекулах которых между атомами углерода имеются только одинарные связи. В непредельных соединениях между атомами углерода существует одна или несколько кратных связей.
Циклические соединения – это вещества, молекулы кото-
рых состоят из замкнутых в кольца цепей атомов.
Циклические соединения, в свою очередь, делят на карбоциклические и гетероциклические.
Карбоциклические соединения – вещества, замкнутые цепи которых содержат только атомы углерода. Например, циклогексан, циклогексен и бензол.
11
Карбоциклические соединения, в свою очередь делятся:
- на алициклические (предельные и непредельные):
циклобутан циклогексан циклогексен;
- ароматические:
бензол анилин нафталин
Гетероциклические соединения - вещества, замкнутые цепи которых содержат кроме атомов углерода атомы других элементов – кислорода, азота, серы и так далее:
фуран пиридин тиазол
В состав многих органических соединений, кроме углерода
и водорода, входят и другие элементы, причем в виде функциональных групп - групп атомов, определяющих химические свойства данного класса соединений (табл. 1).
Последовательность органических соединений с одинаковыми функциональными группами и однотипным строением, каждый член, которой отличается от соседнего атома на группу
–CH2–, называется гомологическим рядом. Группа –CH2–
называется гомологической разностью. Члены гомологического
ряда называются гомологами. Состав всех членов гомологического ряда может быть выражен общей формулой. Например, общая
формула гомологического ряда алканов (CH4 C2H6 C3H8 C4H
C5H12 …) имеет вид CnH
2n + 2
(n ≥ 1).
10
12
Таблица 1
Классификация органических веществ
по функциональным группам
Химическая номенклатура – это система формул и названий химических веществ. Она включает правила составления
формул и названий.
В органической химии употребляют тривиальные названия
веществ и названия на основе различных номенклатур: рациональной, женевской (систематической), международной
(ИЮПАК).
Тривиальные названия возникли в начале развития органической химии, когда не существовало классификации и теории
13
строения органических соединений. Органическим соединениям
давали случайные названия по источнику получения (щавелевая
и яблочная кислоты, ванилин), цвету или запаху (ароматические
соединения), реже – по химическим свойствам (парафины).
За основу рациональной номенклатуры обычно принимают
название наиболее простого (чаще всего первого) члена данного
гомологического ряда. Все остальные соединения рассматриваются как производные этого соединения, образованные замещением в нем атомов водорода углеводородными или иными радикалами (например: триметилуксусный альдегид, метиламин, хлоруксусная кислота, метиловый спирт).
В 1892 г. на Международном конгрессе в Женеве выработана номенклатура, получившая название систематической или
женевской. Эта номенклатура основывается на современной теории строения и классификации органических соединений и пытается решить главную проблему номенклатуры: название каждого
органического соединения должно содержать правильные названия функций (заместителей) и основного скелета углеводорода и
должно быть таким, чтобы по названию можно было написать
единственно правильную структурную формулу.
В 1957 г. на конференции ИЮПАК (IUPAС – International
Union of Pure and Applied Chemistry, Международный союз теоретической и прикладной химии) в Париже была принята новая
международная номенклатура «правила ИЮПАК», которая является развитием женевской номенклатуры.
В основу международной номенклатуры положены названия предельных углеводородов. Класс соединений обозначается
функциональным окончанием. Например, названия ациклических
предельных углеводородов имеют окончания –ан (CH4 – метан,
C3H8 – пропан); ациклических непредельных углеводородов –ен
или –ин (C3H6 – пропен, C3H4 – пропин); спиртов –ол (C2H5OH
этанол); альдегидов –аль:
O
(C2H5 – C пропаналь) и т. д.
H
Названия органических соединений по международной номенклатуре представлены в табл. 2.
14
Таблица 2
Названия органических соединений по международной номенклатуре
Формула
органического соединения
CH3 – CH – CH2 – CH
1 2 3 4
׀
CH
3
1 2 3 4
CH2 = C – CH2 – CH
׀
CH
1 2 3 4
CH2 = C – CH = CH
1 2 3 4
C2H
3
2
5
CH ≡ C – CH – CH
׀
CH
4 3 2 1
CH2 – CH – CH2 – C
3
׀ H
CH
3
4 3 2 1
CH2 – CH – CH – C
׀ OH
CH
3
4 3 2 1
CH3 – CH – C – CH
׀ ׀׀
CH3 O
Название
3
3
2-Метилбутан
2-Метилбутен-1
2-Этилбутадиен-1,3
3
3-Метилбутин-1
1,3-Диметилбензол
O
3-Метилбутаналь
O
2-Метилбутановая
кислота
3
3-Метилбутанон-2
15
Названия изомерных соединений образуют следующим образом:
1) выбирается главная цепь – самая длинная неразветвленная углеродная цепь, содержащая функциональную группу или
кратную связь, характерную для данного гомологического ряда;
2) углеводородные радикалы и функциональные группы,
находящиеся в боковой цепи, рассматриваются как заместители
атомов водорода главной цепи;
3) цепь нумеруют, начиная с того конца, к которому ближе
функциональная группа или кратная связь главной цепи, заместитель в боковой цепи;
4) называют предельный углеводород, соответствующий
главной цепи, изменяют или прибавляют окончание в соответствии с наличием кратной связи или функциональной группы в
главной цепи; положение кратной связи или функциональной
группы в главной цепи указывают цифрой после корня слова –
названия;
5) положение заместителей в боковой цепи указывают номером углеродного атома, у которого находится заместители;
6) если имеется несколько одинаковых групп, то перед их
названием ставится приставка ди-, три-, тетра-, пента-, гекса-
и т. д., обозначающая число присутствующих групп;
7) двойные углерод-углеродные связи указывают суффиксом – ен (диен, если их две и т. д.), а тройные - суффиксом – ин;
8) положение кратных связей обозначают порядковыми
номерами у углеродных атомов, подобно тому, как это делается
для заместителей. Все название органического соединения пишется слитно.
Контрольные задания
1. Укажите, к какому классу относится каждое из следующих веществ: C3H7OH, H2N – CH2COOH; С6H5OH; CH3COOH;
CH3 – C – C2H5; C2H5 – C – H; C3H7 – NH2; CH3 – NO2.
׀׀ ׀׀
O O
16
2. Выберите из нижеприведенных веществ гомологи:
а) C2H4; C2H2; C3H6; C4H10; C5H12; C6H6; C6H12; C6H14; C7H12;
б) С3H7OH; HCOOH; CH3OH; C17H35COOH; CH3COOH;
CH3COOH; C3H7COOH; С6H5OH; С2H5OH.
3. Составьте структурные формулы ациклических предельных и непредельных углеводородов: C2H6; C2H4; C3H4; C2H2;
C3H8; C3H6; C4H6; C5H8.
4. Назовите вещества:
CH
3
׀
а) СН3 – С – CH2 – СH3; б) CH2= C – CH2 – CH3;
׀ ׀
CH3 C2H
5
в) СH3 – CH = C – CH3; г) СH3 – CH – CH2 – CH – CH2OH;
׀ ׀ ׀
C3H7 CH3 C2H
5
O O
д) CH3 – CH – C ; е) CH3 – CH – C ;
׀ H ׀ OH
СH3 CH
3
ж) CH2= CH – CH – OH; з) CH2= CH – C ≡ C – CH3;
׀
CH
3
O
и) CH3– CH – CH – C к) CH3– CH – CH2 – СH3.
׀ ׀ H ׀
CH3 CH
3
CH3– CH – CH
3
5. Составьте структурные формулы соединений по их на-
званиям: 2,4-диметил-5-диэтилгептан; 3-метилпентен; 3-метил-
гексен-2; 2,4-диметилпентановая кислота; 2,2-диметилпропаналь;
2-метилпропанол-2; трифторметан; 1-метил-3хлорбензол; 2-этил-
пентанол-1; этандиол-1,2; 3,5-диэтилфенол; 2-метилпропаналь;
2-бробпропановая кислота; диметиламин; 4-метилпентин-1.
17
1.4. Типы химических реакций
с участием органических веществ
В зависимости от результата реакций с участием органиче-
ских соединений можно выделить следующие типы.
1. Реакции замещения, при которых в молекулах исходного
вещества замещаются отдельные атомы:
СН4 + Сl2 → CH3Cl + HCl.
2. Реакции разложения или отщепления, в результате которых каждая молекула исходного вещества превращается в две
или более молекулы:
CН3 – СН2ОН → СН2= СН2 + Н2О.
3. Реакции присоединения, продукты которых образуются в
результате соединения двух или нескольких молекул исходного
вещества:
CH2= CН2 + Вr2 → СН2Br – СН2Br.
Важной разновидностью реакций присоединения являются
реакции полимеризации, при которых из большого числа малых
молекул образуется одна макромолекула:
nCН2= СН2 → ( –СН2 – СН2–)
этилен полиэтилен
n
К реакциям присоединения можно отнести и некоторые реакции циклизации, при которых из ациклических соединений образуются циклические:
3 CНºСН →
4. Реакция изомеризации, при которых органические веще-
ства превращаются в свои изомеры, например:
CН3 – СН2 – СН2 – СН3 → СН3 – СН – СН3.
׀
СН
18
3
Существует другая классификация реакций с участием органических соединений, основанная на механизме разрыва ковалентной связи между атомами молекул.
1. Радикальные или гомолитические реакции протекают с
образованием радикалов – частиц с неспаренными электронами.
При образовании радикалов общая электронная пара в молекуле
разделяется между двумя атомами.
Например:
H H
∙ ∙ ∙ ∙
H ׃ С ׃ H → H׃ C ∙ + ∙ H или СH4 → ∙ CH3 + ∙ H.
∙ ∙ ∙ ∙
H H
метан радикал радикал
метил водорода
Радикалы – очень реакционноспособные частицы. Они реагируют между собой и другими молекулами:
∙ СH3 + ∙ СH3 → CH3 – CH3; ∙ СH3 + Cl2 → CH3Cl + ∙ Cl.
Радикальный механизм обычно имеет место при разрыве
ковалентных связей, обладающих малой полярностью, например,
углерод – углерод, углерод – водород.
2. Ионные или гетеролитические реакции протекают с образованием заряженных частиц ионов (катионов и анионов). При
этом общая электронная пара остается у одного из атомов исходных молекул:
H H
∙ ∙ ∙ ∙ +
H ׃ C ׃ Cl → H ׃ C + ׃ Cl- или CH3Cl → CH
∙ ∙ ∙ ∙
H H
метил- метил- хлорид-
хлорид катион анион
+
+ Cl-.
3
19
Образовавшиеся катионы реагируют с нуклеофильными
(«любящими ядра») частицами, например, с молекулами воды,
аммиака, ионами OH-, Cl-, Br-, I-:
+
CH
+ ׃OH- → CH3OH.
3
Гетероциклический разрыв может происходить и с образо-
ванием органических анионов, например, CH
-
. Такие анионы
3
взаимодействуют с электрофильными («любящими электроны»)
частицами, к которым относятся катионы металлов, анионы галогенов, ионы водорода:
-
CH
+ H+ → CH4.
3
Ионный механизм обычно наблюдается в реакциях, протекающих с разрывом сильнополярных ковалентных связей, например, углерод – кислород, углерод – галоген. Примером гетероциклического разрыва связи является электролитическая диссоциация – образование катионов в водном растворе происходит
под действием нуклеофильных частиц (молекул воды).
Контрольные задания
1. Закончите уравнения реакций, расставьте коэффициенты
и определите тип реакции:
а) C2H6 + Br2→…; б) С2H2 + Cl2 → …; в) С2H5OH + Na →…;
г) HCOOH →…; д) С2H2 + H2O →…; е) nCH3 – CH = CH2 →…
2. Составьте уравнения реакций получение хлорметана из
метана; хлорэтана из этилена; изобутана из бутана; этилена из
этанола; бромбензола из бензола; этанола из бромэтана; этена из
хлорэтана.
3. Закончите уравнения реакций, расставьте коэффициенты
и определите радикальные и ионные реакции:
а) C3H8 + Cl2→ …; б) (СH3)3Cl + NaOH → …; в) C2H4 + HCl →…;
г) СH4 + HNO3 →…; д) C2H2 + H2 →…; е) HCOOH + KOH →…
4. Напишите уравнения реакций присоединения водорода к
пропену; хлороводорода к этену; воды к пропену; брома к пропану; водорода к пропину;
5. Составьте уравнения реакций полимеризация пропилена,
этина, винилбензола.
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]