Главная страница
qrcode

Предметом изучения органической химии


НазваниеПредметом изучения органической химии
Анкорege chemistry good(eazy).pdf
Дата12.11.2017
Размер8.03 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаege_chemistry_good_eazy.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипДокументы
#20074
Каталогid42419309

С этим файлом связано 48 файл(ов). Среди них: M_Kh_Galimova_Fermentativnaya_kinetika_Spravochnik_po_mekhanizma, OKh_Organic_Mechanisms_Reactions_Stereochemis.pdf, Manipulyatsia_soznaniem.doc, 1375860988_minion004.jpg, ruppert2008_zool_besp_1-4.djvu, Markov_A_-_Evolyutsia_cheloveka_Obezyany_Neyron.fb2 и ещё 38 файл(а).
Показать все связанные файлы

Органическая химия
1
Органическая химия. Введение

Органическая химия. Введение
2
Предметом изучения органической химии являются органические соединения, структурную основу которых образуют атомы углерода.
Основные атомы органогены: углерод С, водород Н, азот N, кислород О, сера S, фосфор Р.
Главные задачи органической химии, как науки:
1. Получение природных и синтез новых органических соединений с ценными свойствами (биоактивных веществ, лекарственных препаратов, красителей, пищевых продуктов, полимерных, композиционных и наноразмерных материалов и пр.).
2. Установление строения синтезированных и имеющихся в природе органических веществ.
3. Изучение закономерностей протекания и механизмов реакций органических соединений. Установление строения промежуточных частиц – интермедиатов реакций.
4. Внедрение достижений органической химии в практику человеческой деятельности.

Органическая химия. Введение
3
Примеры молекул органических веществ
H
C H
H
H
метан
H
2
C C
OH
O
глицин
(аминокислота)
NH
2
C
C OH
H
C H
HO
C OH
H
C OH
H
CH
2
OH
O
H
D-глюкоза
(углевод)
ацетилсаллициловая кислота (аспирин)
COOH
O
C
O
CH
3
S
NH
C
O
O O
сахарин
(в 300 раз слаще сахара)
H
3
C
CH
2
C
S
O
H
пропантиаль-S-оксид
(луковый запах)
O
O
OH
OH
ализарин
(природный краситель)
Cl
CH
2
CH
2
S CH
2
CH
2
Cl иприт (боевое отравляющее вещество)
H
3
C C
O
O CH
2
CH
2
CH
CH
3
CH
3
изоамилацетат (грушевый запах)

Органическая химия. Введение
4
Александр Михайлович Бутлеров (1828-1886), русский химик-органик.
Становление теории химического строения органических соединений
«Химическое строение – это порядок соединения атомов в молекуле»
А.М Бутлеров (1861 г.)
Конец XVIII – начало XIX вв. – период открытия и синтеза новых органических веществ (метана, этилена, ацетилена, бензола и др.)
1806 г. – И. Берцелиус определил органическую химию как химию соединений углерода.
1837 г. – теория радикалов Ж. Дюма и Ю. Либиха.
1851 г. – теория типов Ш. Жерара.
1861 г. – теория химического строения А.М. Бутлерова.

Органическая химия. Введение
5
Основные постулаты теории химического
строения органических соединений
- атомы объединены в молекулы в строго определенной последовательности;
- атомы образуют четко определенное количество связей с соседними атомами, т.е. атомы характеризуются определенной валентностью (количеством образуемых связей), так в структурах органических молекул валентность углерода – 4, кислорода – 2, азота – 3, водорода – 1;
- органические вещества могут давать структурные изомеры –
соединения, имеющие одинаковый состав атомов в молекулах, но различное строение;
- связанная определенным образом группа атомов составляет функциональную группу органического соединения и придает этому соединению характерные химические свойства.

Электронное строение атома углерода.
Типы гибридизации атома углерода
6
Органическая химия. Введение
1s
2 2s
2p
2p
2p
1s
2 2s
2 2p
2p
2p
1s
2 2s
2 2p
2
- основное электронное состояние атома углерода
переход электрона
с 2s на 2р орбиталь
1s
2 2s
1 2p
3
- возбужденное электронное состояние атома углерода
четыре неспаренных электрона -
валентность углерода четыре
Атом углерода С содержит 6 электронов.
Переход в атоме углерода одного электрона с 2s на 2р орбиталь приводит к появлению 4 неспаренных электронов, которые могут образовать 4 ковалентные связи с другими атомами.
Атом углерода является четырехвалентным!

sp
3
-Гибридизация атома углерода.
Строение метана
7 1s
2 2s
2p
2p
2p s + 3 p
sp
3
-гибридные орбитали
4
C
H
H
H
H
sp
3
sp
3
sp
3
sp
3
s
s
s
s
CH
4
H
C H
H
H
C
H
H
H
H
H
C
H
H
H
109
o
28' - тетраэдрический угол
Органическая химия. Введение

sp
2
-Гибридизация атома углерода.
Строение этилена
8
Органическая химия. Введение
1s
2 2s
2p
2p
2p s + 2 p
sp
2
-гибридные орбитали
3
p-орбиталь
s
s
s
s
C
H
H
C
C
H
H
H
H
C
H
H
sp
2
sp
2
C
C
H
H
H
H
sp
2
sp
2
sp
2
sp
2
sp
2
sp
2
-связи, образуемые sp
2
-орбиталями
H
H
H
H
C
C
p
p
-связь - перекрывание p-орбиталей
-связь
-связь

Органическая химия. Введение
9
sp-Гибридизация атома углерода.
Строение ацетилена
C
C
H
H
H
H
C
C
1s
2 2s
2p
2p
2p s + p
sp-гибридные орбитали
2
p-орбитали
C
H
C H
-связи - перекрывание p-орбиталей
-связи, образуемые sp-орбиталями
p
p
p
p

Органическая химия. Введение
10
Длины связей в молекулах органических соединений
Связь
Длина, нм
Связь
Длина, нм
С
sp3
–C
sp3 0.154
С
sp3
–H
0.111
С
sp2
=C
sp2 0.134
С
sp2
–H
0.110
С
sp
C
sp
0.120
С
sp
–H
0.108
С=O
0.122
O–H
0.096
С
sp2
=N
0.130
N–H
0.101
CN
0.116
S–H
0.134
Энергии углерод-углеродных связей в молекулах органических соединений
Связь
С
sp3
–C
sp3
С
sp2
=C
sp2
С
sp
C
sp
Энергия, кДж/моль
(ккал/моль)
347-356
(83-85)
611-632
(146-151)
837
(200)

Органическая химия. Введение
11
Классификация органических соединений
I. Углеводороды.
- алканы
- алкены
- алкины
- циклоалканы
- арены – производные бензола
H
3
C CH
3
CH
4
H
3
C
CH
3
CH
2
метан этан пропан
H
2
C CH
2
этилен этен пропен бутен-1
H
2
C
CH
CH
3
H
2
C CH
H
2
C CH
3
C C
ацетилен этин
C C CH
3
HC C CH
2
CH
3
пропин
H
H
H
бутин-1
циклопропан
C
H
2
C
CH
2
H
2
H
2
C
H
2
C
CH
2
CH
2
циклобутан
H
2
C
CH
2
CH
2
C
H
2
C
H
2
циклопентан
C
C
C
C
C
C
H
H
H
H
H
H
CH
3
метилбензол
(толуол)
бензол

Органическая химия. Введение
12
II. Функциональные производные углеводородов.
- галогеналканы
- спирты
- фенолы
- карбонильные соединения – альдегиды и кетоны
H
3
C CH
2
H
3
C
CH
3
CH
бромэтан
2-хлорпропан
Br
Cl
H
3
C
I
иодметан
H
3
C CH
2
этанол пропанол-2
OH
H
3
C OH
метанол
H
3
C CH
OH
CH
3
фенол
OH
орто-метилфенол
OH
CH
3
метаналь
H
3
C
C
CH
3
C O
H
H
O
пропанон

Органическая химия. Введение
13
- карбоновые кислоты и их производные
- азотсодержащие соединения –
амины, нитропроизводные, аминокислоты
- углеводы
CH
2
OH
C O
C H
HO
C OH
H
C OH
H
CH
2
OH
D-фруктоза
C
C OH
H
C H
HO
C OH
H
C OH
H
CH
2
OH
O
H
D-глюкоза
C
C OH
H
C H
HO
C OH
H
CH
2
OH
O
H
D-ксилоза
H
3
C C
OH
O
уксусная кислота хлорангидрид уксусной кислоты
H
3
C C
Cl
O
H
3
C C
O
O
этилацетат
CH
2
CH
3
H
3
C NH
2
метиламин
NH
2
анилин
H
3
C NO
2
нитрометан
H
C C
OH
O
NH
2
H
3
C
аланин

Органическая химия. Введение
14
Номенклатура органических соединений –
правила составления названий
Гомологический ряд алканов
Число углеродных атомов в алкане
Структура алкана
Название алкана
1
CH
4
метан
2
CH
3
–CH
3
этан
3
CH
3
–CH
2
–CH
3
пропан
4
CH
3
–CH
2
–CH
2
–CH
3
бутан
5
CH
3
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
3
пентан
6
CH
3
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
3
гексан
7
CH
3
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
3
гептан
8
CH
3
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
3
октан
9
CH
3
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
3
нонан
10
CH
3
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
2
–CH
3
декан

Органическая химия. Введение
15
Алкильные радикалы
Структура радикала
Название радикала
CH
3

метил-
CH
3
–CH
2

этил-
CH
3
–CH
2
–CH
2

пропил-
CH
3
–CH
2
–CH
2
–CH
2

бутил-
CH
3
–CH–CH
2
–CH
3
втор-бутил-
CH
3
CH
3
–C–CH
3
трет-бутил-
CH
3
CH
3
–CН–CH
2

изобутил-

Органическая химия. Введение
16
Принятые IUPAC обозначения функциональных групп важнейших классов
органических соединений (старшинство групп растет сверху вниз)
Класс соединения
Функциона- льная группа
Название в префиксе (в начале слова)
Название в суффиксе (в конце слова)
Галогеналканы
–Br
–I
–F
–Cl бром- иод- фтор- хлор- в суффиксе не указываются
Нитросоединения
–NO
2
нитро- в суффиксе не указываются
Алкины
–C≡C–
в префиксе не указываются
-ин
Алкены
>C=C<
в префиксе не указываются
-ен
Амины
–NН
2
амино-
-амин
Спирты
–ОН
гидрокси-
-ол
Кетоны
>C=О
оксо-
-он
Альдегиды
Н–C=О
оксо-
(или формил- для группы –СНО целиком как заместителя)
-аль
Нитрилы
–C≡N
циано-
-нитрил
Карбоновые кислоты
–CООН
карбокси-
-овая кислота
Примечание. Названия алкенов и алкинов образуют путем замены суффикса -ан в имени алкана на суффикс -ен и -ин соответственно. Названия других классов соединений получают прибавлением соответствующего суффикса к имени алкана без замены суффикса -ан.

Органическая химия. Введение
17
Основные правила составления названий органических соединений
1. В качестве основы названия выбирают углеродную цепь, содержащую самую старшую функциональную группу, при этом цепь должна быть самой ненасыщенной и, по возможности, самой длинной. Выбранную углеродную цепь называют согласно имени соответствующего алкана и нумеруют так, чтобы старшая функциональная группа получила наименьший номер.
2. В названии алкана, отвечающего главной цепи, в суффиксе указывают самую старшую функциональную группу, с обозначением после нее номера
(локанта) углеродного атома на котором эта функциональная группа находится.
3. Оставшиеся младшие функциональные группы и все радикальные заместители указывают в префиксе в алфавитном порядке со своими локантами.
4. Если имеется несколько однотипных заместителей или функциональных групп, то они называются с использованием приставок ди-, три-, тетра- и т.д.

Органическая химия. Введение
18
Примеры названий органических соединений
H
3
C
CH
CH
3
CH
2 2-метилбутан
CH
3
1
2
3
4
H
3
C
CH
CH
2,3-диметилгексан
CH
3
1
2
3
4
CH
2
5
CH
3
CH
2
CH
3
6
H
3
C
CH
CH
2 2-метил-4-этилгептан
1
2
3
4
CH
5
CH
2
6
CH
2
CH
3
7
CH
2
H
3
C
CH
3
H
2
C CH
H
2
C CH
2
CH CH
3
H
3
C
1
2
3
4
5
6
5-метилгексен-1
C C CH
CH
3
H
3
C
CH
3
1
2
3
4
5
4-метилпентин-2
H
3
C
CH
3
CH
2-хлорпропан
Cl
H
3
C C
CH
3
CH
2
OH
2-метилбутанол-2
H
2
C
CH
OH
OH
CH
2
OH
пропантриол-1,2,3
пентен-4-ол-2
H
2
C CH
H
2
C
H
C
OH
1
2
3
5
1
2
3
4
1
2
3
2
4
CH
3
CH
3
1
3

Органическая химия. Введение
19
Примеры названий органических соединений
5
4
1
3
1
2
2
3
H
3
C CH
2
C
H
O
пропаналь
H
3
C C
CH
2
O
пентанон-2
CH
2
CH
3
2
4
5
1
3
CH
2
C
CH
2
O
CH
2
H
3
C
6-гидроксигептанон-3
CH
3
CH
OH
6
7
2
4
1
3
H
3
C C
H
CH
2
CH
3 3-метилбутановая кислота
C
O
OH
C
CH
2
пропандиовая кислота
C
O
OH
O
HO
H
3
C C
H
CH
2
OH
3-гидроксибутановая кислота
C
O
OH
2
4
1
3
2
1
3
5
4
1
3
2
H
3
C C
CH
2
O
4-оксопентановая кислота
CH
2
C
O
OH
C
H
C
пропеновая кислота
O
HO
2
1
3
CH
2

Органическая химия. Введение
20
Изомерия органических соединений
Изомерия углеродного скелета
Изомеры – соединения, имеющие одинаковый состав, но разное строение.
H
3
C
CH
CH
2
изопентан
(2-метилбутан)
CH
3
CH
3
H
3
C
CH
2
CH
2
н-пентан
CH
2
CH
3
C CH
3
CH
3
CH
3
H
3
C
неопентан
(2,2-диметилпропан)
Изомеры пентана С
5
Н
12
:

Органическая химия. Введение
21
Геометрическая изомерия
Применяют две системы обозначений цис-, транс- и Е-, Z-.
Геометрические изомеры – стереоизомеры, различающиеся расположением заместителей относительно двойной связи С=С.
Цис- одинаковые заместители по одну сторону связи С=С,
транс- – по разные.
C C
H
CH
3
H
3
C
H
C C
H
CH
3
H
H
3
C
цис-бутен-2
транс-бутен-2

Органическая химия. Введение
22
C C
F
CH
3
H
3
C
H
более старший заместитель
на этом атоме углерода связи С=С
более старший заместитель
на этом атоме углерода связи С=С
Е-изомер
C C
CH
2
CH
3
CH
3
H
3
CH
2
C
C
H
3
C
O
более старший заместитель
на этом атоме углерода связи С=С
(во второй сфере замести теля
атом углерода)
более старший заместитель
на этом атоме углерода связи С=С
(во второй сфере заместителя
атом кислорода)
Z-изомер
Е- (нем. entgegen – напротив) – старшие заместители по разные стороны связи С=С, Z- (нем. zusammen – вместе) – по одну сторону двойной связи.
Старшинство заместителей определяют по порядковому номеру атома в
Периодической таблице Д.И. Менделеева.

23
Органическая химия. Введение
Асимметрический атом углерода – атом углерода, у которого четыре разных заместителя.
Наличие такого атома в структуре органического соединения приводит к явлению зеркальной изомерии (энантиомерии или хиральности).
Энантиомеры – предмет и его зеркальное отображение, являющиеся изомерными несовместимыми в пространстве объектами.
Хиральность (от греческого «хейр» – рука) – свойство объекта быть несовместимым со своим зеркальным отображением.
Асимметрический углеродный атом является хиральным центром в молекуле.
Диастереомеры – стереоизомеры, не являющиеся зеркальными отображениями друг друга.
Конфигурационная изомерия.
Энантиомерия, хиральность, диастереомерия

24
Органическая химия. Введение
Энантиомеры – R- и S- изомеры
H
3
C C

H
Cl
Br
асимметрический
атом углерода
зеркало
Cl
C

CH
3
Br
H
C

Cl
H
3
C
Br
H
R - изомер
S - изомер энантиомеры - зеркальные изомеры
1-бром-1хлорэтан
движение от старшего
к младшему заместителю
против часовой стрелки
движение от старшего
к младшему заместителю
по часовой стрелке
Для определения R- и S- изомеров сначала устанавливают старшинство заместителей согласно положению атомов в Периодической таблице. Затем самый младший заместитель направляют от наблюдателя и определяют относительное расположение трех оставшихся заместителей.
R- (лат. rectus – правый) – снижение старшинства трех старших заместителей по часовой стрелке,
S- (лат. sinister – левый) – против часовой стрелки.

Органическая химия. Введение
25
Электронные эффекты в молекулах органических соединений
Индуктивный эффект – смещение электронной плотности вдоль -связи за счет разницы электроотрицательности атомов, образующих эту связь.
Электроноакцепторные заместители притягивают к себе электроны, это атомы и группы атомов более электроотрицательные, чем атом углерода.
Такие заместители проявляют –I эффект: F, Cl, Br, OH, OR, NH
2
, CO
2
H,
CO
2
R, CHO, COR, NO
2
, CN, SO
3
H.
Электронодонорные заместители отдают электроны, это атомы и группы атомов менее электроотрицательные, чем атом углерода.
Такие заместители проявляют +I эффект: CH
3
, Li, Mg.

H
3
C
Cl

хлорметан
смещение электронов по

-связи к более
электроотрицательному атому хлора

H
3
C
Li

метиллитий
смещение электронов по

-связи от менее
электроотрицательного атома лития

Органическая химия. Введение
26
Мезомерный (резонансный) эффект – смещение электронной плотности по системе сопряженных кратных (двойных и тройных) связей.
–М эффектом обладают электроноакцепторные заместители способные принять на себя электронную пару: CO
2
H, CO
2
R, CHO, COR, NO
2
, CN, SO
3
H.
+М эффектом обладают электронодонорные заместители способные отдать электронную пару: F, Cl, Br, OH, OR, NH
2
H
2
C C
O
C
H
3
C
H
H
2
C C
O
C
H
3
C
H
смещение пары электронов
мезомерные (резонансные) структуры
H
2
C C
Cl
H
H
2
C C
Cl
H

Органическая химия. Введение
27
Типы химических реакций органических соединений
1. Замещение
2. Присоединение
+
C Y
+
C X
X
Y
C C
Y
X
XY
C C
+
3. Отщепление
C C
Y
X
-XY
C C
5. Окисление –
отрыв электронов от атомов углерода
6. Восстановление –
присоединение электронов к атомам углерода
4. Перегруппировка –
изомерная перестройка структуры
X
A
B
X
A
B
C
-e
C
+e

Органическая химия. Введение
28
Типы промежуточных частиц (интермедиатов) химических
реакций органических соединений
C
свободные радикалы
C
карбокатионы
C
карбанионы
C
карбены
C
C
катион-радикалы анион-радикалы
Механизм реакции – последовательность отдельных элементарных стадий, через которые поэтапно протекает химическая реакция.

Органическая химия. Введение
29
Кислотность и основность органических соединений
Кислоты и основания Бренстеда
Кислоты Бренстеда – соединения доноры протонов, способные диссоциировать с отщеплением протонов.
Основания Бренстеда – соединения акцепторы протонов, способные присоединять протоны.
H A
H
+
A
-
+
кислота
сопряженное
основание
B
H
+
+
B H
основание
сопряженная
кислота
Кислоты и основания Льюиса
Кислоты Льюиса – соединения акцепторы электронов, способные принимать электроны на вакантную орбиталь:
AlCl
3
, BF
3
, FeBr
3
, ZnCl
2
, H
+
, NO
2
+
, CH
3
+
и др.
Основания Льюиса – соединения доноры электронов, способные отдавать электроны: RO:H, R
3
N:, R
2
C=CR
2
, бензол, арены и др.

Органическая химия. Введение
30
Количественная оценка кислот и оснований Бренстеда
H A
H
3
O
+
A
-
+
кислота
сопряженное
основание
H
2
O
+
основание
сопряженная
кислота
Количественной оценкой силы кислоты Бренстеда является величина константы ее диссоциации в воде К
а
или соответствующее значение рК
а
Количественной оценкой силы основания Бренстеда является величина константы равновесия в воде К
b
или соответствующее значение рК
b
HO
-
+
кислота
сопряженное
основание
H
2
O
+
сопряженная
кислота
B
основание
BH

Органическая химия. Введение
31
Литература по органической химии
1. А.А. Петров, Х.В. Бальян, А.Т. Трощенко «Органическая химия», 2002 г.
2. В.Ф. Травень «Органическая химия», М.: Академкнига, 2006 г.
3. А.О. Реутов, А.Л. Курц, К.П. Бутин «Органическая химия», М.:
Бином, 2010 г.

перейти в каталог файлов


связь с админом