4.2. Изомерия органических соединений

Все изомеры делятся на 2 класса: структурныеипространственныеизомеры.

Структурныминазывают изомерыс разным порядком соединения атомов.

Пространственныеизомеры имеют одинаковые заместители у каждого атома углерода и отличаются лишь ихвзаимным расположением в пространстве.

Структурные изомеры. Среди структурных изомеров выделяют три группы.

1. Соединения, отличающиеся углеродными скелетами:

СН₃―СН₂―СН₂―СН₃СН₃― СН₂―СН₃С₄Н₁₀

н – бутан | молекулярная

СН₃формула

2-метилпропан

(изобутан)

2. соединения, содержащие различные функциональные группы и относящиеся к различным классам органических соединений:

СН₃―СН₂―NO₂NH₂―CH₂―COOHС₂Н₅О₂N

нитроэтан аминоуксусная молекулярная

кислота формула

3. соединения, отличающиеся положением заместителей или кратной связи в молекуле:

СН₃―СН=СН―СН₃СН₃―СН₂―СН=СН₂

бутен-2 бутен-1

СН₃―СН―СН₃СН₃―СН₂―СН₂―ОН

| пропанол-1

ОН

пропанол-2

Пространственные изомеры (стереоизомеры). Стереоизомеры можно разделить на 2 типа: геометрические и оптические изомеры.

Геометрическая изомерияхарактерна для соединений, содержащих двойную связь или цикл. В таких молекулах можно провести условную плоскость таким образом, что заместители у различных атомов углерода могут оказаться по одну сторону (цис-) или по разные стороны (транс-) от этой плоскости. Геометрические изомеры отличаются по своим физическим и химическим свойствам.

Н Н Н СН₃

С=С С=С

Н₃С СН₃Н₃С Н

цис-бутен – 2 транс-бутен-2

СН₃

СН₃

СН₃СН₃

транс- 1,2 – цис- 1,2 -

диметилциклопентан диметилциклопентан

Оптическими изомераминазывают молекулы, зеркальные изображения которых не совместимы друг с другом. Таким свойством обладают молекулы, имеющиеассиметрический центр– атом углерода, связанный с четырьмя различными заместителями. Например, в виде двух оптических изомеров существует молекула молочной кислоты, содержащая один ассиметрический центр. СН₃―СН(ОН) ―СООН

Н Н

| |

СС

НО СН₃Н₃С ОН

СООН НООС

4.3. Классификация органических реакций

1. По типу разрыва химических связей в реагирующих частицах реакции подразделяют на два типа: радикальные и ионные.

Радикальные реакции– это процессы, идущие с гомолитическим разрывом ковалентной связи. При этом пара электронов, образующая связь, делится таким образом, что каждая из образующихся частиц получает по одному электрону. В результате гомолитического разрыва образуются свободные радикалы.

X:Y→X· + ·Y.

Нейтральный атом или частица с неспаренным электроном называется свободным радикалом.

Ионные реакции– это процессы, идущие с гетеролитическим разрывом ковалентных связей, когда оба электрона связи остаются с одной из ранее связанных частиц.

X:Y→X⁺+ :Y.^-

В результате гетеролитического разрыва связи получаются заряженные частицы: нуклеофильная и электрофильная.

Нуклеофильная частица (нуклеофил) – это частица, имеющая пару электронов на внешнем энергетическом уровне. За счет пары электронов нуклеофил способен образовывать новую ковалентную связь.

Электрофильная частица (электрофил) – это частица, имеющая свободную орбиталь на внешнем энергетическом уровне. Электрофил предоставляет незаполненные, вакантные орбитали для образования ковалентной связи.

2. По структурному признакуорганические реакции подразделяют на следующие типы:

1. реакции присоединения:

RCH=CH₂ + XY→RCHX―CH₂Y;

2. реакции замещения:

RCH₂X+Y→RCH₂Y+X;

3. реакции отщепления (элиминирования):

R―CHX―CH₂Y→R―CH=CH₂ +XY;

4. реакции полимеризации:

nCH₂=CH₂→(―CH₂―CH₂―)n.

Примеры: 1) СН₂=СН₂+HCl→CH₃―CH₂CI;

2) CH₄ + CI₂→CH₃CI + HCI;

3) CH₃―CH₂Br→CH₂=CH₂ +HBr.

Особый тип реакции поликонденсации.

3. В зависимости от химической природы реакции можно указать следующие виды реакций:

1. Реакции окисления– процессы, при которых под действием окисляющего реагента вещество соединяется с кислородом (либо другим электроотрицательным элементом) или теряет водород (в виде воды или молекулярного водорода):

СН₃СНОCH₃COOH;

CH₃OHCH₂O + H₂O;

CH₃OHCH₂O + H₂ .

Отщепление водорода в последнем примере называется дегидрированиеми проводится в присутствии катализатора.

2. Реакции восстановления– реакции, обратные окислению. Под действием восстанавливающего реагента соединение принимает атомы водорода или теряет атомы кислорода:

СН₃СОСН₃СН₃СНОНСН_3.

3. Реакция гидрирования– реакция, представляющая собой частный случай восстановления. Водород присоединяется к кратной связи или ароматическому ядру в присутствии катализатора.

4. Реакция конденсации– реакция, при которой происходит рост цепи. Сначала происходит присоединение, за которым обычно следует элиминирование.

5. Пиролиз– реакция, при которой соединение подвергается термическому разложению без доступа воздуха с образованием одного или нескольких продуктов. Иногда вместо пиролиза употребляется термин «сухая перегонка».