ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Уральский государственный экономический университет

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Учебное пособие

для студентов заочной формы обучения специальностей

260202 (технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий),

260501 (технология продуктов общественного питания),

080401 (товароведение и экспертизатоваровпообластямприменения)

Екатеринбург

2007

1

Составители:

Калугина И.Ю., Аксенова Т.Ф., Макаренко И.М.

2

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………………. 4

1.Номенклатура органических соединений………………………………….. 5

2.Углеводороды…………………………………………………………………… 8

2.1.Основные теоретические положения……………………………………... 8

3.Спирты. Фенолы………………………………………………………………. 25

3.1.Основные теоретические положения……………………………………... 25

3.2.Подведем итоги………………………………………………………………… 29

3.3. Лабораторный практикум и индивидуальные задания………………… 32

4.Альдегиды. Кетоны…………………………………………………………… 36

4.1.Основные теоретические положения…………………………………….. 36

4.2.Подведем итоги………………………………………………………………… 40

5.1.Основные теоретические положения……………………………………... 47

5.2.Подведем итоги………………………………………………………………… 51

6.1.Основные теоретические положения……………………………………... 57

6.2.Подведем итоги………………………………………………………………… 66

7.1.Основные теоретические положения……………………………………... 74

7.2.Подведем итоги………………………………………………………………… 77

8.1.Основные теоретические положения……………………………………... 84

8.2.Подведем итоги………………………………………………………………… 90

3

ВВЕДЕНИЕ

Данное учебное пособие предназначено помочь студентам самостоятельно изучить основные разделы курса органическая химия, подготовиться к выполнению лабораторных работ и контрольных заданий.

В учебном пособии представлены следующие материалы: номенклатура органических соединений, основные теоретические положения по основным разделам курса, итоговые таблицы, включающие важнейшие химические свойства и способы получения основных классов органических соединений, методические указания для выполнения лабораторных работ, индивидуальные задания для самостоятельной работы студентов, список основной и дополнительной учебной литературы по органической химии.

Лабораторные работы являются важнейшей составной частью учебного процесса по органической химии. Они способствуют выработке знаний и умений, приобретению навыков экспериментальной работы.

Лабораторные работы объединены по классам органических соединений. Реакции выполняются в полумикрохимических пробирках или на предметных стеклах. При проведении опытов используются очень малые количества реактивов, а также капельные реакции на фильтровальной бумаге.

Для успешного овладения практической частью курса органическая химия студентам необходимо дома провести следующую подготовку к лабораторной работе:

1.прочитать внимательно в данном руководстве теоретические объяснения перед каждым классом органических соединений;

2.ознакомиться с методикой проведения опытов, понять их значение;

3.уяснить уравнения реакций, лежащих в основе опыта;

4.подготовить лабораторный отчет по прилагаемой схеме, заполнив колонки 1 (№ опыта), 2 (название опыта), 3 (формулы исходных веществ), 5 (уравнения реакций) дома и колонки 4 (наблюдения) и 6 (выводы) во время проведения лабораторного эксперимента.

Отчет по лабораторной работе оформляется в таблице, которая расчерчивается на развернутом листе тетради по следующей схеме:

на левой странице

4

на правой странице

Для проверки умений студентов применять полученные знания к решению конкретной задачи, в методических указаниях приводятся индивидуальные задания, которые будут выполняться каждым студентом самостоятельно на аудиторных занятиях.

1.НОМЕНКЛАТУРА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

Ворганической химии существует три вида номенклатуры: тривиальная, рациональная и международная (ИЮПАК).

Тривиальная номенклатура – это случайные названия органических соединений, отражающие их природный источник, способ получения, свойство, фамилию ученого и т.д. Например, муравьиная кислота, хлороформ, кетон Михлера.

Рациональная номенклатура учитывает строение называемого соединения. Названия образуются от первых членов гомологического ряда (метан, этилен, карбинол и т.д.), у которых атомы водорода замещаются на другие атомы и группы атомов:

Номенклатура ИЮПАК строится следующим образом: выбирается наиболее длинная цепь атомов углерода и нумеруется, нумерация начинается с того конца, к которому ближе радикал-заместитель. При наличии нескольких заместителей сумма цифр, обозначающих положение их в цепи, должна быть наименьшей. В названии вещества указывается цифрой место заместителя, называется сам заместитель, а затем главная цепь по числу атомов углерода с добавлением суффикса, соответствующего тому или иному классу органических соединений. Если радикалы повторяются, то перечисляются цифры, указывающие их положение, а число одинаковых радикалов указывается приставками ди-, три-, тетра- и т.д:

5

CH3 CH2 CH3

2 1

При наличии кратной связи или функциональной группы главная цепь выбирается таким образом, чтобы в нее входила кратная связь или углеродный атом, содержащий функциональную группу. Нумерация цепи начинается с того конца, к которому ближе кратная связь или функциональная группа. Ее место указывается цифрой перед названием главной цепи:

6

Формулы и названия некоторых радикалов

бензил

CH2

Принципы названия циклических соединений те же самые, что и в алифатическом ряду. К наименованию главной цепи углеводорода добавляется приставка цикло-: циклопропан, циклогексан и т.д.

Углеводороды ароматического ряда называются как производные бензола, у которого атомы водорода замещены на другие атомы или группы атомов. Например, метилбензол, орто- диметилбензол.

7

2.УГЛЕВОДОРОДЫ

2.1ОСНОВЫНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Углеводороды алифатического ряда RH отличаются друг от друга различным характером ковалентных связей в молекуле. Предельные углеводороды содержат только ординарные σ- связи, а непредельные углеводороды содержат кроме σ-связей, еще π-связи (двойные или тройные). Электронное строение σ- и π- связей различно, поэтому различна у них реакционная способность.

σ-Связь - ковалентная связь, образованная при перекрывании s-, p- и гибридных АО вдоль оси, соединяющей ядра связываемых атомов.

π-

Связь

образуется между атомами, уже соединенными σ-связью. Эта связь слабее σ- связи из-за менее полного перекрывания р-АО.

Характерные особенности σ- и π-связей

1. σ-Связь прочнее π-связи. Это обусловлено более эффективным перекрыванием атомных орбиталей при образовании σ-молекулярных орбиталей и нахождением σ-электронов между ядрами.

8

2. По σ-связям возможно внутримолекулярное вращение атомов, т.к.

форма σ- молекулярных орбиталей допускает такое вращение без разрыва связи. Вращение по π-связи невозможно без ее разрыва!

3.Электроны на π- молекулярных орбиталях, находясь вне межъядерного пространства, обладают большей подвижностью по сравнению с σ-электронами. Поэтому поляризуемость π-связи значительно выше, чем σ-связи.

Так как σ- связи прочные, для их разрыва требуются особые условия.

Предельные углеводороды вступают в реакции замещения атомов водорода при высоких температурах, УФ-облучении.

π-Связи реакционноспособные, легко разрываются, поэтому для

непредельных углеводородов характерны реакции присоединения с разрывом

π- связи при нормальных условиях или невысоких температурах, в присутствии катализаторов кислого характера (опыт 1).

При написании уравнений реакций, характеризующих химические свойства различных углеводородов, нужно помнить следующие правила:

1.в предельных углеводородах атом водорода наиболее активен у третичного атома углерода, затем - у вторичного, у первичного - имеет наименьшую активность;

2.в непредельных углеводородах реакция присоединения по кратной связи идет по правилу Марковникова - атом водорода из реагента присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной или тройной связи;

3.реакция отщепления молекулы галогеноводорода от галогенпроизводных углеводородов или воды от спиртов происходит по правилу Зайцева - атом водорода в углеводородной цепи отщепляется от

менее гидрогенизированного атома углерода, стоящего рядом с атомом углерода, содержащим функциональную группу.

9

2-метил-1-бутен 2-метил-2-хлорбутан

Реакции окисления в ряду предельных и непредельных углеводородов имеют свои отличительные особенности.

Предельные углеводороды окисляются в жестких условиях (высокие температуры, сильные окислители) с расщеплением цепи атомов углерода и образованием карбоновых кислот с меньшим числом атомов углерода в молекуле.

Непредельные углеводороды легко вступают в реакцию окисления:

а) в мягких условиях по месту разрыва π- связи образуются двухатомные спирты - гликоли;

б) в жестких условиях при повышенных температурах разрывается цепь атомов углерода по кратной связи, и образующиеся осколки молекул окисляются до конечных продуктов реакции - главным образом карбоновых кислот (опыт 2).

В ряду углеводородов ацетиленового ряда, атомы водорода при углероде с тройной связью обладают слабо кислотным характером и способны замещаться на металл в реакции со специфическими реагентами:

аммиачным раствором оксида серебра [Ag(NH3)2]OH, аммиачным раствором хлорида меди [Cu(NH3)2]Cl, амидом натрия NaNH2 (опыт 3).

10

Каждый из шести атомов углерода в его молекуле находится в состоянии sp2- гибридизации и связан с двумя соседними атомами углерода и атомом водорода тремя σ-связями. Валентные углы между каждой парой σ-связей равны 120°. Таким образом, скелет σ-связей представляет собой правильный шестиугольник, в котором все атомы углерода и все σ-связи С−С и С−Н лежат в одной плоскости:

р-Электроны всех атомов углерода взаимодействуют между собой путем бокового перекрывания соседних 2р-АО, расположенных перпендикулярно плоскости σ-скелета бензольного кольца. Они образуют единое циклическое π-электронное облако, сосредоточенное над и под плоскостью кольца.

Все связи С−С в бензоле равноценны, их длина равна 0,140 нм, что соответствует промежуточному значению между длиной простой связи (0,154 нм) и двойной (0,134 нм). Это означает, что в молекуле бензола между углеродными атомами нет чисто простых и двойных связей (как в формуле, предложенной в 1865 г. немецким химиком Ф.Кекуле), а все они выровнены

(делокализованы). Поэтому структурную формулу бензола изображают в виде правильного шестиугольника (σ-скелет) и кружка внутри него, обозначающего делокализованные π-связи:

11

Заместители 1 рода – электронодонорные группы (–OH, –NH2, R–, галогены), облегчающие реакции замещения и направляющие новый заместитель по отношению к себе в орто- (рядом) и пара- (через два атома углерода) положение.

Заместители 2 рода – электроноакцепторные группы (–SO3H, –NO2, – СООН, =C=O), затрудняющие реакции и направляющие новый заместитель в мета - (через один атом углерода) положение.

Cl

нитробензол мета-нитрохлорбензол

В молекуле нафталина в реакциях замещения α- положение наиболее активно (опыт 4).

Cl

FeCl3

нафталин α -хлорнафталин

Ароматические углеводороды имеют прочный цикл, поэтому реакции окисления по бензольному ядру идут в очень жестких условиях (высокие температуры, сильные окислители). Боковая цепь окисляется легче с образованием карбоновых кислот. Нужно помнить о том, что какой бы длины не была боковая цепь, окисляется атом углерода связанный с бензольным ядром, остальные атомы углерода и водорода окисляются до СО2 и Н2О (опыт 5).

13