- •Лекция № 1 предмет органической химии
- •Теории химического строения
- •Основные положения теории бутлерова:
- •1. Положение о химическом строении.
- •2. Положение о зависимости свойств от химического строения.
- •3. Положение о взаимном влиянии атомов.
- •Классификация органических соединений
- •Электронные представления о природе химической связи
- •Электронная структура Схема основного электронного состояния
- •Образование ковалентной связи
- •Гибридизация электронов углерода. - и - связи.
- •Основные характеристики ковалентных связей
- •1. Полярность
- •2. Поляризуемость
- •3. Направленность связей
- •4. Длина связи
- •5. Энергия связи
- •6. Классификация органических реакций по механизму
- •Лекция № 2
- •Алифатические соединения (жирные, ациклические)
- •Способы получения предельных углеводородов
- •Лабораторные способы получения алканов
- •Пространственное строение предельных углеводородов
- •Физические свойства предельных углеводородов
- •Химические свойства предельных углеводородов
- •Получение и свойства алифатических радикалов
- •I тип. Реакция замещения
- •II тип. Реакции окисления
- •III тип. Реакции термического расщепления предельных углеводородов
- •IV тип. Изомеризация предельных углеводородов
- •Лекция 3 этиленовые углеводороды
- •Номенклатура
- •Способы получения
- •Физические свойства олефинов
- •Химические свойства олефинов
- •1. Реакции присоединения
- •Эффект Караша
- •Свойства карбкатионов
- •2. Реакции окисления
- •3. Реакции полимеризации
- •4. Реакции аллильного замещения
- •Отдельные представители
- •Лекция 4 диеновые углеводороды
- •Способы получения
- •Особенности электронного строения диенов с сопряженными связями
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •1. Реакции присоединения
- •2. Реакции окисления
- •3. Реакции полимеризации
- •Натуральный и синтетический каучук
- •Лекция 5 ацетиленовые углеводороды
- •Лабораторные методы получения ацетиленовых углеводородов
- •II. Реакции окисления
- •III. Реакции полимеризации и конденсации
- •Реакции замещения водорода металлом – образование ацетиленидов
- •Изомерия
- •Номенклатура
- •Способы получения
- •Электронное строение
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •I.Реакции нуклеофильного замещения
- •Реакции отщепления галогена
- •III. Реакции отщепления галогеноводорода
- •Лекция 7 галогенопроизводные непредельных углеводородов
- •I. Галогенопроизводные винильного типа. Получение
- •Особенности свойств
- •II. Соединения аллильного типа Получение
- •Получение
- •Отличие в физических и химических свойствах фторуглеводородов
- •Лекция 8 спирты (оксисоединения)
- •Свойства
- •Отдельные представители
- •Многоатомные спирты
- •Способы получения (кроме общих)
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Рациональная система названий
- •Номенклатура iupac
- •Способы получения
- •Электронное и пространственное строение карбонильных соединений
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Лекция 10
- •III. Реакции окисления и восстановления
- •Реакции восстановления
- •Классификация
- •Предельные одноосновные кислоты. Гомологический ряд
- •Изомерия
- •Номенклатура
- •Способы получения
- •1. Окисление углеводородов
- •3. Электронное строение
- •4. Физические свойства предельных одноосновных карбоновых кислот
- •5. Химические свойства карбоновых кислот
- •1) Кислотные свойства
- •4) Дегидратация кислот
- •5) Декарбоксилирование – отщепление со2.
- •Лекция 12 предельные двухосновные кислоты
- •Отличие в свойствах
- •Непредельные кислоты
- •Отличия в свойствах
- •Основные особенности геометрической изомерии
- •Номенклатура
- •Получение
- •Электронное строение нитросоединений
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •1.Определение и классификация
- •2. Изомерия, номенклатура
- •Номенклатура
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Способы получения
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Лекция 16 оптическая изомерия Оптическая активность
- •Динамическая стереохимия
- •Стереохимия нуклеофильного замещения
- •Стереохимия электрофильного присоединения
- •Стереохимия отщепления
Лекция 16 оптическая изомерия Оптическая активность
Дневной свет является совокупностью электромагнитных волн, колеблющихся в разных плоскостях. Если такой луч света пропустить через поляризатор, то через него проходит только плоскополяризованный свет, волны которого колеблются в одной плоскости. Поляризатор вызывает такой же эффект, как очень узкая щель. При пропускании такого поляризованного луча через некоторые вещества происходит вращение плоскости поляризации на определенный угол вправо или влево. Способность вещества вращать плоскость поляризации света получила название оптической активности.
Оптической активностью обладают некоторые неорганические вещества, например, кварц. Направлени вращения зависит от строения кристалла. Причина оптической активности кварца кроется в асимметричном строении кристалла.
Органические соединения могут вращать плоскость поляризованного света при пропускании его как через кристаллы, так и через растворы. Следовательно, оптическая активность органических соединений зависит от строения не только кристалла, но и молекулы.
Вант-Гофф подметил, что оптическая активность наблюдается у органических соединений, имеющих асимметрические атомы углерода, т.е. связанные с 4-мя разными заместителями.
Молекула с асимметрическим атомом углерода может существовать в виде двух пространственно несовметимых форм, т.е. в виде двух пространственных изомеров, которые отличаются друг от друга как премет от зеркального изображения.
Один из таких изомеров вращает плоскость поляризации света вправо, другой – на такой же угол влево, поэтому они получили название оптических антиподов (или энантиомеров).
-галогено-, -амино-, -оксикислоты имеют асимметрический атом углерода и поэтому существуют в виде двух оптически активных изомеров. Например, молочная кислота
H O
CH3-C*-C имеет изомеры
OH OH
COOH COOH
HO-C-H H-C-OH
CH3 CH3
левовращающийся изомер правовращающийся изомер
Один из изомеров вращает плоскость поляризованного света вправо, а другой – на такой же угол влево. На рисунке связь С-СООН изомеров показана расположенной в плоскости, связь с группой СН3 уходит под плоскость, а связи с Н и группой ОН – над плоскостью. Такие формулы писать трудно, поэтому для упрощения изображают оптические изомеры с помощью проекционных формул фишера. Центральный асимметрический атом располагается на плоскости, тогда связи его с другими углеродными атомами уходят под плоскость и изображаются пунктирами, а связи асимметрического углерода с групами Н и ОН будут над плоскостью и изображаются в виде сплошных линий. Сам асимметрический атом углерода не изображается.
COOH COOH
H OH OH H
CH3 CH3
Д(+)молочная кислота L(-)молочная кислота
Для составления названий этих изомеров первоначально применяли буквы d и l, что означает по латински dextro – правый и laevo – левый. Позднее этими буквами стали обозначать конфигурацию, т.е. фактическое расположение атомов в молекуле. В этом значении используются заглавные буквы D и L.
По предложению Розанова и Воля к соединениям D-ряда относятся вещества, имеющие одинаковую конфигурацию с правовращащим глицериновым альдегидом.
O
C
H
H-C-OH
CH2OH
Расположение групп в пространстве здесь таково, что стрелка, проведенная от Н к группе СОН и затем к ОН, направлена по ходу часовой стрелки. По этому же признаку определяют конфигурацию замещенных кислот, направление вращения обозначают знаками (+) и (-). Молочная кислота имеет два оптических антипода. В действительности существует три вида молочных кислот, а именно:
Молочная кислота, которая образуется при скисании молока, она оптически неактивна. Она представляет собой смесь равного количества молекул D- и L-изомера. Такие соединения называются рацематами.
Правовращающая молочная кислота образуется в мышцах.
Левовращающая молочная кислота образуется при сбраживании сахаров под действием лево-молочнокислых бактерий.
При синтезе соединений с асимметрическим атомом углерода из вещества, не содержащего А-атома С, образуются обычно рацематы. Например,
H O
CH3-C-C 50%
Cl OH
C H3-CH2-COOH + Cl2
-HCl Cl O
CH3-C-C 50%
H OH
Рацемат
Разделять такие рацематические смеси очень трудно. Практически применяются следующие методы:
1) механический отбор кристаллов, отличающихся друг от друга как предмет от зеркального изображения (так Пастер в 1848 году впервые разделил стереоизомеры винной кислоты, отличающиеся типом кристаллов);
2) биологический отбор с помощью микроорганизмов, поедающих (усваивающих) какую-либо одну оптически активную форму, например, с помощью плесневых грибков.
3) дробная перекристаллизация
При наличии нескольких асимметрических атомов углерода число оптических изомеров выражается формулой N=2n,
где N-число оптических изомеров;
n-число асимметрических атомов углерода.
Винная кислота
HOOC-CHOH-CHOH-COOH
COOH COOH COOH COOH
H OH HO H H OH HO H
H OH HO H HO H H OH
COOH COOH COOH COOH
III IV I II
Мезовинная кислота D-винная кислота L-винная кислота
Имеются два асимметрических атома углерода. Поэтому число оптических изомеров должно составлять N=22=4. Но так как молекула винной кислоты симметрична, (III) одинаков с (IV). Формула (IV) полностью повторяет формулу (III). Если (IV) повернуть на 1800С, то она совместится с (III), это одно и то же вещество.
Фактически существуют три пространственных формы.
В (I) изомере расположение атомов относительно обоих асиммтерических атомов углерода соответствует D-конфигурации, это будет правовращающий изомер; (II) – левовращающий. В изомере (III) или (IV) расположение атомов углерода соответствует правому вращению, а расположение атомов относительно другого асимметрического атома углерода соответствует левому вращению такой же величины. В целом происходит внутримолекулярная компенсация удельного вращения, и молекула будет оптически неактивна. Такие изомеры называются мезосоединениями или мезоформами. Все эти изомеры существуют в природе.
D-винная кислота обычно называется просто винная или виннокаменная (образуется при брожении виноградного сока в виде нерастворимой кислой калиевой соли). Применяется в аналитической химии и медицине.
L-винная кислота выделена Пастером из рацемата с помощью плесневых грибков, которые поедают только D-форму.
Мезовинная кислота – самая устойчивая форма, образуется из всех других изомеров при кипячении их растворов с NaOH. Кроме того, известен рацемат.
Виноградная кислота – получаемая синтетичесим путем. Виноградная кислота – непрочное комплексное соединение D- и L-форм. Отличается от других изомеров физичсекими свойствами (Тпл=2040С, растворимость в воде хуже). Причина – другая упаковка в кристаллы, вследствие чего расстояния между атомами отдельных молекул разные, и взаимное влияние тоже разное.