Органическая химия формулы в таблицах. Справочник студента по органической химии

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пятигорская государственная фармацевтическая академия»

Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

СХЕМАХ И РИСУНКАХ

Учебное пособие для студентов 2 курса (3, 4 семестры)

(очной формы обучения) для студентов 2 и 3 курсов (заочной формы обучения)

по дисциплине С2.Б.7 – «Органическая химия»

Пятигорск, 2011

УДК. 547(076)

Печатается по решению ЦМС Пятигорской государственной фармацевтической академии. Протокол №7 от 02.04.2003 г.

Общая редакция: Зав. кафедрой, профессор Оганесян Э.Т.

Но основе действующей программы по органической химии для фармвузов создано пособие, позволяющее в сжатой и доступной форме получить сведения о строении, способах получения и реакционной способности важнейших классов органичеких соединений.

Рецензенты: профессор Компанцев В.А., доцент Саушкина А.С.

Редакционный совет:

Беликов В.Г. (отв. редактор) – проф. д.ф.н.; Вергейчик Е.Н. (зам. редактора) – проф., д.ф.н.; Погорелов В.И. (зам. редактора) – проф., д.ф.н.; Муравьева Д.А. – проф., д.ф.н.; Гаевый М.Д. – проф., д.м.н.; Гацан В.В. – проф., д.ф.н.

Карпова В.В.; Браташова Т.М. (отв. секретарь)

1.1 Классификация и основные разновидности номенклатуры

1.3 Заместительная номенклатура функциональных производных

2.2 sp 3 -Гибридизация. Строение алканов. Прогнозирование

2.3 Cтроение циклоалканов. Прогнозирование реакционной

2.4 sp 2 -Гибридизация. Строение этилена. Прогнозирование

2.5 Строение бутадиена-1,3. Понятие о сопряжении. Влияние

2.7 sp-Гибридизация. Строение ацетилена и реакционная

	способность алкинов...............................................................................................
	Электронное строение гетероциклических соединений.
Прогнозирование реакционной способности на основе анализа строения.............
		Особенности строения sp2 -гибридного атома азота....................................
		Электронное строение пиридина...................................................................
		Электронное строение пиррола.....................................................................
		Электронное строение пиразола...................................................................
	Изомерия органических соединений.......................................................................
		Виды изомерии................................................................................................
		Свойства хиральных соединений..................................................................
		Правила работы с проекционными формулами Фишера.............................
	Стереохимическая номенклатура............................................................................
		D-, L-система обозначений.............................................................................
		R-,S-система обозначений.............................................................................
	Классификация и механизмы органических реакций...........................................
		Классификация реакций.................................................................................
		Механизм реакций радикального замещения (SR ) .......................................
		Механизм реакций электрофильного замещения (SE ) ................................
		Механизм реакции нуклеофильного замещения (SN ) у
	sр3 -гибридного атома углерода..............................................................................
		Механизм реакций электрофильного присоединения (AdE ) ........................
		Механизм реакций нуклеофильного присоединения (AdN ) ..........................
	Реакционная способность и способы получения органических веществ в
схемах.............................................................................................................................

ПРЕДИСЛОВИЕ

Изучение органической химии в фармацевтических высших учебных заведениях ставит своей важнейшей целью формирование у студентов методического подхода к изучению взаимосвязи между строением молекул и их свойствами.

Обилие теоретического материала создает предпосылки для достижения этой цели, однако студенты зачастую испытывают острую необходимость в таком источнике информации, который позволил бы легко и быстро ответить на многие вопросы, связанные с изучением способов получения и реакционной способности органических соединений.

Настоящее учебное пособие как раз и призвано помочь студентам в сжатой и доступной форме получить сведения,

касающиеся строения и свойств важнейших классов органических соединений.

1. ОСНОВЫ КЛАССИФИКАЦИИ И НОМЕНКЛАТУРЫ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

1.1 Классификация и основные разновидности номенклатуры органических соединений

Органическая химия - это химия углеводородов и их производных. Сейчас известно несколько миллионов органических соединений. Чтобы изучить такое громадное количество веществ, их разбивают на более мелкие группы - классы, в пределах которых соединения имеют сходство в строении, а значит и в химических свойствах.

Классифицировать органические вещества можно по разным признакам: I - по строению углеродной цепи они могут быть а) ациклические (уг-

леродные цепи не имеют циклов); б) циклические (углеродные цепи замкнуты в циклы);

II - по природе углерод-углеродных связей вещества делят на а) предельные (в молекулах только одинарные углерод-углеродные связи); б) непредельные (в молекулах есть двойные или тройные углерод-углеродные связи); в) ароматические (циклические соединения с особым типом связи (см.

III - по наличию функциональных групп вещества относят к различным классам (важнейшие представлены в табл.1).

Номенклатура - это совокупность правил, позволяющих дать название каждому химическому соединению. Наибольшее значение имеет заместительная номенклатура; для производных углеводородов помимо заместительной часто используют радикало-функциональную номенклатуру. Для некоторых соединений применяют тривиальные (исторически сложившиеся) названия.

1.2 Заместительная номенклатура углеводородов

Углеводороды - это вещества, молекулы которых состоят только из атомов углерода и водорода.

Чтобы дать название ациклическому углеводороду по заместительной номенклатуре надо:

1 . Выбрать родоначальную структуру, используя следующий порядок:

1) максимальное число кратных (двойных, тройных) связей;

2) максимальная длина цепи;

3) максимальное число заместителей (радикалов).

2* . Пронумеровать родоначальную структуру так, чтобы наименьшие значения (локанты) получили:

1) кратные связи;

2) углеводородные заместители.

Каждый последующий пункт действует при отсутствии предыдущего, или если предыдущий не дал однозначного ответа.

3 . Назвать все радикалы (см. табл.2)

4. Составить название согласно следующей схеме:

Приставка

Окончание

Углеводородные

Ан - алканы

заместители

углеводородная

Ен - алкены

указывающие

по алфавиту

цепь(родоначаль-

Ин - алкины

положения

ная структура)

Диен - алкадиены

кратных связей

Например:

3-этилгексан

C2 H5

3-метил-3-этилпентен-1

CH3 2

(CH2 )

C3 H7 CH3

3,3,4-триметил-4-пропилнонин-1

2-изопропилбутадиен-1,3 или 2-(1-метилэтил)бутадиен-1,3

Таблица 1

				Таблица 2
		Названия некоторых углеводородных заместителей
			Названия
			тривиальное,	систематическое
			допускаемое


CH3 -
		(C H -)



			изопропил	1-метилэтил

CH3 -CH2 -CH2 -CH2 -
	CH CH2		изобутил	2-метилпропил

			втор-бутил	1-метилпропил

			трет-бутил	1,1-диметилэтил


			II Алкенилы

		CH2 -		пропен-2-ил
			III Алкинилы
			не используется
	C CH2 -		не используется	пропин-2-ил


		(C6 H5 -)
				2-метилфенил

				фенилметил

				2-фенилэтенил

Для циклических углеводородов в качестве родоначальной структуры выбирают или цикл, или ациклическую углеводородную цепь, связанную с циклом. Нумерацию цикла в случае наличия заместителей производят от одного заместителя к другому так, чтобы локанты получили наименьшее значение.

CH2 -CH2 -CH3

CH C2 H5

втор-бутилбензол

1-метил-2-пропилциклопентан

Для некоторых циклических углеводородов правила ИЮПАК допускают следующие тривиальные названия:


						C CH3

	орто-ксилол	мета-ксилол
		мета-ксилол		пара-ксилол
				пара-ксилол










нафталин
нафталин			антрацен
			антрацен

					фенантрен








H3 C C CH3
H3 C C CH3

1.3 Заместительная номенклатура функциональных производных углеводородов

Функциональные группы (Ф.Г.) - группы атомов неуглеродного
характера, замещающие атомы водорода в углеводородной цепи и
определяющие свойства (функцию) соединений.
Важнейшими функциональными группами являются:
				Таблица 3

	Название	Название		Название
		гидрокси-
			SO3 H

		карбонил-
				алкилтио-
		карбоксил-


		карбамоил-





		карбонил-
По природе и количеству ФГ органические соединения делят на следую-
щие группы:

Функциональные производные углеводородов

Монофункциональные

Полифункциональные

Гетерофункциональные

одинаковых Ф.Г.)

Чтобы дать название функциональным производным углеводородов надо: 1. Выбрать родоначальную структуру - углеводородную цепь, связанную:

1) с функциональной группой (для монофункциональных соединений);

2) с большим числом функциональных групп (для полифункциональных соединений);

Классификация органических веществ

В зависимости от типа строения углеродной цепи органические вещества подразделяют на:

ациклические и циклические.
предельные (насыщенные) и непредельные (ненасыщенные).
карбоциклические и гетероциклические.
алициклические и ароматические.

Ациклические соединения — органические соединения, в молекулах которых отсутствуют циклы и все атомы углерода соединены друг с другом в прямые или разветвленные открытые цепи.

В свою очередь среди ациклических соединений выделяют предельные (или насыщенные), которые содержат в углеродном скелете только одинарные углерод-углеродные (С-С) связи и непредельные (или ненасыщенные), содержащие кратные — двойные (С=С) или тройные (С≡С) связи.

Циклические соединения - химические соединения, в которых присутствует три или более связанных атомов, образующие кольцо.

В зависимости от того, какими атомами образованы циклы различают карбоциклические соединения и гетероциклические соединения.

Карбоциклические соединения (или изоциклические) содержат в своих циклах только атомы углерода. Эти соединения в свою очередь делятся на алициклические соединения (алифатические циклические) и ароматические соединения.

Гетероциклические соединения содержат в составе углеводородного цикла один или несколько гетероатомов, чаще всего которыми являются атомы кислорода, азота или серы.

Простейшим классом органических веществ являются углеводороды – соединения, которые образованы исключительно атомами углерода и водорода, т.е. формально не имеют функциональных групп.

Поскольку углеводороды, не имеют функциональных групп для них возможна только классификация по типу углеродного скелета. Углеводороды в зависимости от типа их углеродного скелета делят на подклассы:

1) Предельные ациклические углеводороды носят название алканы. Общая молекулярная формула алканов записывается как C n H 2n+2 , где n — количество атомов углерода в молекуле углеводорода. Данные соединения не имеют межклассовых изомеров.

2) Ациклические непредельные углеводороды делятся на:

а) алкены — в них присутствует только одна кратная, а именно одна двойная C=C связь, общая формула алкенов C n H 2n ,

б) алкины – в молекулах алкинов также присутствует только одна кратная, а именно тройная С≡С связь. Общая молекулярная формула алкинов C n H 2n-2

в) алкадиены – в молекулах алкадиенов присутствуют две двойные С=С связи. Общая молекулярная формула алкадиенов C n H 2n-2

3) Циклические предельные углеводороды называются циклоалканы и имеют общую молекулярную формулу C n H 2n .

Остальные органические вещества в органической химии рассматривают как производные углеводородов, образуемые при введении в молекулы углеводородов так называемых функциональных групп, которые содержат другие химические элементы.

Таким образом, формулу соединений с одной функциональной группой можно записать как R-X, где R – углеводородный радикал, а Х – функциональная группа. Углеводородным радикалом называют фрагмент молекулы какого-либо углеводорода без одного или нескольких атомов водорода.

По наличию тех или иных функциональных групп соединения подразделяют на классы. Основные функциональные группы и классы соединений, в состав которых они входят, представлены в таблице:

Таким образом, различные комбинации типов углеродных скелетов с разными функциональными группами дают большое разнообразие вариантов органических соединений.

Галогенпроизводные углеводородов

Галогенпроизводными углеводородов называют соединения, получаемые при замене одного или нескольких атомов водорода в молекуле какого-либо исходного углеводорода на один или несколько атомов какого-либо галогена соответственно.

Пусть некоторый углеводород имеет формулу C n H m , тогда при замене в его молекуле X атомов водорода на X атомов галогена формула галогенпроизводного будет иметь вид C n H m- X Hal X . Таким образом, монохлорпроизводные алканов имеют формулу C n H 2n+1 Cl , дихлорпроизводные C n H 2n Cl 2 и т.д.

Спирты и фенолы

Спирты – производные углеводородов, один или несколько атомов водорода в которых заменены на гидроксильную группу -OH. Спирты с одной гидроксильной группой называют одноатомными, с двумя – двухатомными , с тремя трехатомными и т.д. Например:

Спирты с двумя и более гидроксильными группами называют также многоатомными спиртами. Общая формула предельных одноатомных спиртов C n H 2n+1 OH или C n H 2n+2 O. Общая формула предельных многоатомных спиртов C n H 2n+2 O x , где x – атомность спирта.

Спирты могут быть и ароматическими. Например:

бензиловый спирт

Общая формула таких одноатомных ароматических спиртов C n H 2n-6 O.

Однако, следует четко понимать, что производные ароматических углеводородов, в которых на гидроксильные группы заменены один или несколько атомов водорода при ароматическом ядре не относятся к спиртам. Их относят к классу фенолы . Например, это данное соединение является спиртом:

А это представляет собой фенол:

Причина, по которой фенолы не относят к спиртам, кроется в их специфических химических свойствах, сильно отличающих их от спиртов. Как легко заметить, однотомные фенолы изомерны одноатомным ароматическим спиртам, т.е. тоже имеют общую молекулярную формулу C n H 2n-6 O.

Амины

Аминами называют производные аммиака, в которых один, два или все три атома водорода замещены на углеводородный радикал.

Амины, в которых только один атом водорода замещен на углеводородный радикал, т.е. имеющие общую формулу R-NH 2 , называют первичными аминами .

Амины, в которых два атома водорода замещены на углеводородные радикалы, называют вторичными аминами . Формулу вторичного амина можно записать как R-NH-R’. При этом радикалы R и R’ могут быть как одинаковые, так и разные. Например:

Если в аминах отсутствуют атомы водорода при атоме азота, т.е. все три атома водорода молекулы аммиака замещены на углеводородный радикал, то такие амины называют третичными аминами . В общем виде формулу третичного амина можно записать как:

При этом радикалы R, R’, R’’ могут быть как полностью одинаковыми, так и все три разные.

Общая молекулярная формула первичных, вторичных и третичных предельных аминов имеет вид C n H 2 n +3 N.

Ароматические амины с только одним непредельным заместителем имеют общую формулу C n H 2 n -5 N

Альдегиды и кетоны

Альдегидами называют производные углеводородов, у которых при первичном атоме углерода два атома водорода заменены на один атом кислорода, т.е. производные углеводородов в структуре которых имеется альдегидная группа –СН=О. Общую формулу альдегидов можно записать как R-CH=O. Например:

Кетонами называют производные углеводородов, у которых при вторичном атоме углерода два атома водорода заменены на атом кислорода, т.е. соединения, в структуре которых есть карбонильная группа –C(O)-.

Общая формула кетонов может быть записана как R-C(O)-R’. При этом радикалы R, R’ могут быть как одинаковыми, так и разными.

Например:


пропанон	бутанон

Как можно заметить, альдегиды и кетоны весьма схожи по строению, однако их все-таки их различают как классы, поскольку они имеют существенные различия в химических свойствах.

Общая молекулярная формула предельных кетонов и альдегидов одинакова и имеет вид C n H 2 n O

Карбоновые кислоты

Карбоновыми кислотами называют производные углеводородов, в которых есть карбоксильная группа –COOH.

Если кислота имеет две карбоксильные группы, такую кислоту называют дикарбоновой кислотой .

Предельные монокарбоновые кислоты (с одной группой -COOH) имеют общую молекулярную формулу вида C n H 2 n O 2

Ароматические монокарбоновые кислоты имеют общую формулу C n H 2 n -8 O 2

Простые эфиры

Простые эфиры – органические соединения, в которых два углеводородных радикала опосредованно соединены через атом кислорода, т.е. имеют формулу вида R-O-R’. При этом радикалы R и R’ могут быть как одинаковыми, так и разными.

Например:

Общая формула предельных простых эфиров такая же, как у предельных одноатомных спиртов, т.е. C n H 2 n +1 OH или C n H 2 n +2 О.

Сложные эфиры

Сложные эфиры – класс соединений на основе органических карбоновых кислот, у которых атом водорода в гидроксильной группе замещен на углеводородный радикал R. Фомулу сложных эфиров в общем виде можно записать как:

Например:

Нитросоединения

Нитросоединения – производные углеводородов, у которых один или несколько атомов водорода заменены на нитрогруппу –NO 2 .

Предельные нитросоединения с одной нитрогруппой имеют общую молекулярную формулу C n H 2 n +1 NO 2

Аминокислоты

Соединения, имеющие в своей структуре одновременно две функциональные группы – амино NH 2 и карбоксильную – COOH. Например,

NH 2 -CH 2 -COOH

Предельные аминокислоты с одной карбоксильной и одной аминогруппой изомерны соответствующим предельными нитросоединениям т.е. как и они имеют общую молекулярную формулу C n H 2 n +1 NO 2

В заданиях ЕГЭ на классификацию органических веществ важно уметь записывать общие молекулярные формулы гомологических рядов разных типов соединений, зная особенности строения углеродного скелета и наличия тех или иных функциональных групп. Для того, чтобы научиться определять общие молекулярные формулы органических соединений разных классов, будет полезен материал по этой теме .

Номенклатура органических соединений

Особенности строения и химических свойств соединений находят отражение в номенклатуре. Основными типами номенклатуры считаются систематическая и тривиальная .

Систематическая номенклатура фактически прописывает алгоритмы, в соответствии с которыми то или иное название составляется в строгом соответствии с особенностями строения молекулы органического вещества или, грубо говоря, его структурной формулы.

Рассмотрим правила составления названий органических соединений по систематической номенклатуре.

При составлении названий органических веществ по систематической номенклатуре наиболее важным является правильно определить число атомов углерода в наиболее длинной углеродной цепи или посчитать число атомов углерода в цикле.

В зависимости от количества атомов углерода в основной углеродной цепи, соединения, будут иметь в своем названии различный корень:

Количество атомов С в главной углеродной цепи	Корень названия


	проп-

	пент-
	гекс-
	гепт-


	дек(ц)-

Вторая важная составляющая, учитываемая при составлении названий, — наличие/отсутствие кратных связей или функциональной группы, которые перечислены в таблице выше.

Попробуем дать название веществу, имеющему структурную формулу:

1. В главной (и единственной) углеродной цепи данной молекулы содержится 4 атома углерода, поэтому название будет содержать корень бут-;

2. В углеродном скелете отсутствуют кратные связи, следовательно, суффикс, который нужно использовать после корня слова будет -ан, как и у соответствующих предельных ациклических углеводородов (алканов);

3. Наличие функциональной группы –OH при условии, что нет более старших функциональных групп добавляет после корня и суффикса из п.2. еще один суффикс – «ол»;

4. В молекулах содержащих кратные связи или функциональные группы, нумерация атомов углерода главной цепи начинается с той стороны молекулы, к которой они ближе.

Рассмотрим еще один пример:

Наличие в главной углеродной цепи четырех атомов углерода говорит нам о том, что основой названия является корень «бут-», а отсутствие кратных связей говорит о суффиксе «-ан», который будет следовать сразу после корня. Старшая группа в данном соединении – карбоксильная, она и определяет принадлежность этого вещества к классу карбоновых кислот. Следовательно, окончание у названия будет «-овая кислота». При втором атоме углерода находится аминогруппа NH 2 — , поэтому данное вещество относится к аминокислотам. Также при третьем атоме углерода мы видим углеводородный радикал метил (CH 3 — ). Поэтому по систематической номенклатуре данное соединение называется 2-амино-3-метилбутановая кислота.

Тривиальная номенклатура, в отличие от систематической, как правило, не имеет связи со строением вещества, а обусловлена по большей части его происхождением, а также химическими или физическими свойствами.

Формула	Название по систематической номенклатуре	Тривиальное название
Углеводороды
CH 4	метан	болотный газ
CH 2 =CH 2	этен	этилен
CH 2 =CH-CH 3	пропен	пропилен
CH≡CH	этин	ацетилен
CH 2 =CH-CH= CH 2	бутадиен-1,3	дивинил
	2-метилбутадиен-1,3	изопрен
	метилбензол	толуол
	1,2-диметилбензол	орто -ксилол (о -ксилол)
	1,3-диметилбензол	мета -ксилол (м -ксилол)
	1,4-диметилбензол	пара -ксилол (п -ксилол)
	винилбензол	стирол
Спирты
CH 3 OH	метанол	метиловый спирт, древесный спирт
CH 3 CH 2 OH	этанол	этиловый спирт
CH 2 =CH-CH 2 -OH	пропен-2-ол-1	аллиловый спирт
	этандиол-1,2	этиленгликоль
	пропантриол-1,2,3	глицерин
	фенол (гидроксибензол)	карболовая кислота
	1-гидрокси-2-метилбензол	орто -крезол (о -крезол)
	1-гидрокси-3-метилбензол	мета -крезол (м -крезол)
	1-гидрокси-4-метилбензол	пара -крезол (п -крезол)
	фенилметанол	бензиловый спирт
Альдегиды и кетоны
	метаналь	формальдегид
	этаналь	уксусный альдегид, ацетальдегид
	пропеналь	акриловый альдегид, акролеин
	бензальдегид	бензойный альдегид
	пропанон	ацетон
Карбоновые кислоты
(HCOOH)	метановая кислота	муравьиная кислота (соли и сложные эфиры — формиаты)
(CH 3 COOH)	этановая кислота	уксусная кислота (соли и сложные эфиры — ацетаты)
(CH 3 CH 2 COOH)	пропановая кислота	пропионовая кислота (соли и сложные эфиры — пропионаты)
C 15 H 31 COOH	гексадекановая кислота	пальмитиновая кислота (соли и сложные эфиры — пальмитаты)
C 17 H 35 COOH	октадекановая кислота	стеариновая кислота (соли и сложные эфиры — стеараты)
	пропеновая кислота	акриловая кислота (соли и сложные эфиры — акрилаты)
HOOC-COOH	этандиовая кислота	щавелевая кислота (соли и сложные эфиры — оксалаты)
	1,4-бензолдикарбоновая кислота	терефталевая кислота
Сложные эфиры
HCOOCH 3	метилметаноат	метилформиат, метиловый эфир мурвьиной кислоты
CH 3 COOCH 3	метилэтаноат	метилацетат, метиловый эфир уксусной кислоты
CH 3 COOC 2 H 5	этилэтаноат	этилацетат, этиловый эфир уксусной кислоты
CH 2 =CH-COOCH 3	метилпропеноат	метилакрилат, метиловый эфир акриловый кислоты
Азотсодержащие соединения
	аминобензол, фениламин	анилин
NH 2 -CH 2 -COOH	аминоэтановая кислота	глицин, аминоуксусная кислота
	2-аминопропионовая кислота	аланин

Алканы (предельные углеводороды, парафины) – ациклические насыщенные углеводороды общей формулы С n H 2n+2 . В соответствии с общей формулой алканы образуют гомологический ряд.

Первые четыре представителя имеют полусистематические названия – метан (CH 4), этан (С 2 Н 6), пропан (С 3 Н 8), бутан (С 4 Н 10). Названия последующих членов ряда строятся из корня (греческие числительные) и суффикса -ан : пентан (С 5 Н 12), гексан (С 6 Н 14), гептан (С 7 Н 16) и т. д.

Атомы углерода в алканах находятся в sp 3 -гибридном состоянии. Оси четырех sp 3 - орбиталей направлены к вершинам тетраэдра, валентные углы равны 109°28 .

Пространственное строение метана:

Энергия С-С связи Е с - с = 351 кДж/моль, длина С-С связи 0,154 нм.

Связь С-С в алканах является ковалентной неполярной. Связь С-Н – ковалентная слабополярная.

Для алканов, начиная с бутана, существуют структурные изомеры (изомеры строения), различающиеся порядком связывания между атомами углерода, с одинаковым качественным и количественным составом и молекулярной массой, но различающихся по физическим свойствам.

Способы получения алканов

1. С n H 2n+2 >400–700 °C > С p H 2p+2 + С m H 2m ,

Крекинг нефти (промышленный способ). Алканы также выделяют из природных источников (природный и попутный газы, нефть, каменный уголь).

(гидрирование непредельных соединений)

3. nCO + (2n + 1)Н 2 > С n H 2n+2 + nH 2 O (получение из синтез-газа (CO + Н 2))

4. (реакция Вюрца)

5. (реакция Дюма) CH 3 COONa + NaOH >t > CH 4 + Na 2 CO 3

6. (реакция Кольбе)

Химические свойства алканов

Алканы не способны к реакциям присоединения, т. к. в их молекулах все связи насыщены, для них характерны реакции радикального замещения, термического разложения, окисления, изомеризации.

1. (реакционная способность убывает в ряду: F 2 > Cl 2 > Br 2 > (I 2 не идет), R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > RCH 3 )

2. (реакция Коновалова)

3. C n H 2n+2 + SO 2 + ?O 2 >h? > C n H 2n+1 SO 3 H – алкилсульфокислота

(сульфоокисление, условия реакции: облучение УФ)

4. CH 4 >1000 °C > С + 2Н 2 ; 2CH 4 >t>1500 °C > С 2 Н 2 + ЗН 2 (разложение метана – пиролиз)

5. CH 4 + 2Н 2 O >Ni, 1300 °C > CO 2 + 4Н 2 (конверсия метана)

6. 2С n H 2n+2 + (Зn+1)O 2 > 2nCO 2 + (2n+2)Н 2 O (горение алканов)

7. 2н- С 4 Н 10 + 5O 2 > 4CH 3 COOH + 2Н 2 O (окисление алканов в промышленности; получение уксусной кислоты)

8. н- С 4 Н 10 > изо- С 4 Н 10 (изомеризация, катализатор AlCl 3)

2. Циклоалканы

Циклоалканы (циклопарафины, нафтены, цикланы, полиметилены) – предельные углеводороды с замкнутой (циклической) углеродной цепью. Общая формула С n H 2n .

Атомы углерода в циклоалканах, как и в алканах, находятся в sp 3 -гибридизованном состоянии. Гомологический ряд циклоалканов начинает простейший циклоалкан – циклопропан С 3 Н 6 , представляющий собой плоский трехчленный карбоцикл. По правилам международной номенклатуры в циклоалканах главной считается цепь углеродных атомов, образующих цикл. Название строится по названию этой замкнутой цепи с добавлением приставки «цикло» (циклопропан, циклобутан, циклопентан, циклогексан и т. д.).

Структурная изомерия циклоалканов связана с различной величиной цикла (структуры 1 и 2), строением и видом заместителей (структуры 5 и 6) и их взаимным расположением (структуры 3 и 4).

Способы получения циклоалканов

1. Получение из дигалогенопроизводных углеводородов

2. Получение из ароматичесих углеводородов

Химические свойства циклоалканов

Химические свойства циклоалканов зависят от размера цикла, определяющего его устойчивость. Трех– и четырехчленные циклы (малые циклы), являясь насыщенными, резко отличаются от всех остальных предельных углеводородов. Циклопропан, циклобутан вступают в реакции присоединения. Для циклоалканов (С 5 и выше) вследствие их устойчивости характерны реакции, в которых сохраняется циклическая структура, т. е. реакции замещения.

1. Действие галогенов

2. Действие галогеноводородов

С циклоалканами, содержащими пять и более атомов углерода в цикле, галогеново-дороды не взаимодействуют.

4. Дегидрирование

Алкены (непредельные углеводороды, этиленовые углеводороды, олефины) – непредельные алифатические углеводороды, молекулы которых содержат двойную связь. Общая формула ряда алкенов С n Н 2n .

По систематической номенклатуре названия алкенов производят от названий соответствующих алканов (с тем же числом атомов углерода) путем замены суффикса – ан на – ен : этан (CH 3 -CH 3) – этен (CH 2 =CH 2) и т. д. Главная цепь выбирается таким образом, чтобы она обязательно включала в себя двойную связь. Нумерацию углеродных атомов начинают с ближнего к двойной связи конца цепи.

В молекуле алкена ненасыщенные атомы углерода находятся в sp 2 -гибридизации, а двойная связь между ними образована?– и?-связью. sp 2 -Гибридные орбитали направлены друг к другу под углом 120°, и одна негибридизованная 2р -орбиталь, расположена под углом 90° к плоскости гибридных атомных орбиталей.

Пространственное строение этилена:

Длина связи С=С 0,134 нм, энергия связи С=С Е с=с = 611 кДж/моль, энергия?-связи Е? = 260 кДж/моль.

Виды изомерии: а) изомерия цепи; б) изомерия положения двойной связи; в) Z, Е (cis, trans ) – изомерия, вид пространственной изомерии.

Способы получения алкенов

1. CH 3 -CH 3 >Ni, t > CH 2 =CH 2 + H 2 (дегидрирование алканов)

2. С 2 Н 5 OH >H,SO 4 , 170 °C> CH 2 =CH 2 + Н 2 O (дегидратация спиртов)

3. (дегидрогалогенирование алкилгалогенидов по правилу Зайцева)

4. CH 2 Cl-CH 2 Cl + Zn > ZnCl 2 + CH 2 =CH 2 (дегалогенирование дигалогенопроизводных)

5. HC?CH + Н 2 >Ni, t > CH 2 =CH 2 (восстановление алкинов)

Химические свойства алкенов

Для алкенов наиболее характерны реакции присоединения, они легко окисляются и полимеризуются.

1. CH 2 =CH 2 + Br 2 > CH 2 Br-CH 2 Br

(присоединение галогенов, качественная реакция)

2. (присоединение галогеноводородов по правилу Марковникова)

3. CH 2 =CH 2 + Н 2 >Ni, t > CH 3 -CH 3 (гидрирование)

4. CH 2 =CH 2 + Н 2 O >H + > CH 3 CH 2 OH (гидратация)

5. ЗCH 2 =CH 2 + 2КMnO 4 + 4Н 2 O > ЗCH 2 OH-CH 2 OH + 2MnO 2 v + 2KOH (мягкое окисление, качественная реакция)

6. CH 2 =CH-CH 2 -CH 3 + КMnO 4 >H + > CO 2 + С 2 Н 5 COOH (жесткое окисление)

7. CH 2 =CH-CH 2 -CH 3 + O 3 > Н 2 С=O + CH 3 CH 2 CH=O формальдегид+пропаналь > (озонолиз)

8. С 2 Н 4 + 3O 2 > 2CO 2 + 2Н 2 O (реакция горения)

9. (полимеризация)

10. CH 3 -CH=CH 2 + HBr >перекись > CH 3 -CH 2 -CH 2 Br (присоединение бро-моводорода против правила Марковникова)

11. (реакция замещения в?-положение)

Алкины (ацетиленовые углеводороды) – ненасыщенные углеводороды, имеющие в своем составе тройную С?С связь. Общая формула алкинов с одной тройной связью С n Н 2n-2 . Простейший представитель ряда алкинов CH?CH имеет тривиальное название ацетилен. По систематической номенклатуре названия ацетиленовых углеводородов производят от названий соответствующих алканов (с тем же числом атомов углерода) путем замены суффикса –ан на -ин : этан (CH 3 -CH 3) – этин (CH?CH) и т. д. Главная цепь выбирается таким образом, чтобы она обязательно включала в себя тройную связь. Нумерацию углеродных атомов начинают с ближнего к тройной связи конца цепи.

В образовании тройной связи участвуют атомы углерода в sp -гибридизованном состоянии. Каждый из них имеет по две sp- гибридных орбитали, направленных друг к другу под углом 180°, и две негибридных p -орбитали, расположенных под углом 90° по отношению друг к другу и к sp -гибридным орбиталям.

Пространственное строение ацетилена:

Виды изомерии: 1) изомерия положения тройной связи; 2) изомерия углеродного скелета; 3) межклассовая изомерия с алкадиенами и циклоалкенами.

Способы получения алкинов

1. СаО + ЗС >t > СаС 2 + CO;

СаС 2 + 2Н 2 O > Са(OH) 2 + CH?CH (получение ацетилена)

2. 2CH 4 >t>1500 °C > HC = CH + ЗН 2 (крекинг углеводородов)

3. CH 3 -CHCl 2 + 2KOH >в спирте > HC?CH + 2KCl + Н 2 O (дегалогенирова-ние)

CH 2 Cl-CH 2 Cl + 2KOH >в спирте > HC?CH + 2KCl + Н 2 O

Химические свойства алкинов

Для алкинов характерны реакции присоединения, замещения. Алкины полиме-ризуются, изомеризуются, вступают в реакции конденсации.

1. (гидрирование)

2. HC?CH + Br 2 > CHBr=CHBr;

CHBr=CHBr + Br 2 > CHBr 2 -CHBr 2 (присоединение галогенов, качественная реакция)

3. CH 3 -С?CH + HBr > CH 3 -CBr=CH 2 ;

CH 3 -CBr=CH 2 + HBr > CH 3 -CBr 2 -CHg (присоединение галогеноводородов по правилу Марковникова)

4. (гидратация алинов, реация Кучерова)

5.(присоединение спиртов)

6.(присоединение карбоновых ислот)

7. CH?CH + 2Ag 2 O >NH 3 > AgC?CAgv + H 2 O (образование ацетиленидов, качественная реакция на концевую тройную связь)

8. CH?CH + [О] >КMnO 4 > HOOC-COOH > HCOOH + CO 2 (окисление)

9. CH?CH + CH?CH > CH 2 =CH-С?CH (катализатор – CuCl и NH 4 Cl, димеризация)

10. 3HC?CH >C, 600 °C > С 6 Н 6 (бензол) (циклоолигомеризация, реакция Зелинского)

5. Диеновые углеводороды

Алкадиены (диены) – непредельные углеводороды, молекулы которых содержат две двойные связи. Общая формула алкадиенов С n Н 2n _ 2 . Свойства алкадиенов в значительной степени зависят от взаимного расположения двойных связей в их молекулах.

Способы получения диенов

1. (метод СВ. Лебедева)

2. (дегидратация)

3. (дегидрирование)

Химические свойства диенов

Для сопряженных диенов характерны реакции присоединения. Сопряженные диены способны присоединять не только по двойным связям (к C 1 и С 2 , С 3 и С 4), но и к концевым (С 1 и С 4) атомам углерода с образованием двойной связи между С 2 и С 3 .

6. Ароматические углеводороды

Арены, или ароматические углеводороды, – циклические соединения, молекулы которых содержат устойчивые циклические группы атомов с замкнутой системой сопряженных связей, объединяемые понятием ароматичности, которая обуславливает общие признаки в строении и химических свойствах.

Все связи С-С в бензоле равноценны, их длина равна 0,140 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 (дел окал изованы).

формула Кекуле

Гомологи бензола – соединения, образованные заменой одного или нескольких атомов водорода в молекуле бензола на углеводородные радикалы (R): С 6 Н 5 -R, R-С 6 Н 4 -R. Общая формула гомологического ряда бензола С n Н 2n _ 6 (n > 6). Для названия ароматических углеводородов широко используются тривиальные названия (толуол, ксилол, кумол и т. п.). Систематические названия строят из названия углеводородного радикала (приставка) и слова «бензол» (корень): С 6 Н 5 -CH 3 (метилбензол), С 6 Н 5 -С 2 Н 5 (этилбензол). Если радикалов два или более, их положение указывается номерами атомов углерода в кольце, с которыми они связаны. Для дизамещен-ных бензолов R-С 6 Н 4 -R используется также и другой способ построения названий, при котором положение заместителей указывают перед тривиальным названием соединения приставками: орто– (o -) – заместители соседних атомов углерода кольца (1,2-); мета– (м -) – заместители через один атом углерода (1,3-); пара– (п -) – заместители на противоположных сторонах кольца (1,4-).

Виды изомерии (структурная): 1) положения заместителей для ди-, три– и тетра-замещенных бензолов (например, о-, м- и п -ксилолы); 2) углеродного скелета в боковой цепи, содержащей не менее 3 атомов углерода; 3) заместителей (R), начиная с R=С 2 Н 5 .

Способы получения ароматических углеводородов

1. С 6 Н 12 >Pt, 300 °C > С 6 Н 6 + ЗН 2 (дегидрирование циклоалканов)

2. н- С 6 Н 14 >Cr 2 O 3 , 300 °C > С 6 Н 6 + 4Н 2 (дегидроциклизация алканов)

3. ЗС 2 Н 2 >С, 600 °C > С 6 Н 6 (циклотримеризация ацетилена, реакция Зелинского)

Химические свойства ароматических углеводородов

По химическим свойствам арены отличаются от предельных и непредельных углеводородов. Для аренов наиболее характерны реакции, идущие с сохранением ароматической системы, а именно реакции замещения атомов водорода, связанных с циклом. Другие реакции (присоединение, окисление), в которых участвуют делокали-зованные С-С связи бензольного кольца и нарушается его ароматичность, идут с трудом.

1. C 6 H 6 + Cl 2 >AlCl 3 > C 6 H 5 Cl + HCl (галогенирование)

2. C 6 H 6 + HNO 3 >H 2 SO 4 > C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O (нитрование)

3. С 6 Н 6 >H 2 SO 4 > С 6 Н 5 -SO 3 H + H 2 O (сульфирование)

4. С 6 Н 6 + RCl >AlCl 3 > С 6 Н 5 -R + HCl (алкилирование)

5. (ацилирование)

6. С 6 Н 6 + ЗН 2 >t, Ni > С 6 Н 12 циклогексан (присоединение водорода)

7. (1,2,3,4,5,6-гексахлороциклогексан, присоединение хлора)

8. С 6 Н 5 -CH 3 + [О] > С 6 Н 5 -COOH кипячение с раствором КMnO 4 (окисление алкилбензолов)

7. Галогеноуглеводороды

Галогеноуглеводородами называются производные углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода заменены на атомы галогена.

Способы получения галогеноуглеводородов

1. CH 2 =CH 2 + HBr > CH 3 -CH 2 Br (гидрогалогенирование ненасыщенных углеводородов)

CH?CH + HCl > CH 2 =CHCl

2. CH 3 CH 2 OH + РCl 5 > CH 3 CH 2 Cl + POCl 3 + HCl (получение из спиртов)

CH 3 CH 2 OH + HCl > CH 3 CH 2 Cl + Н 2 O (в присутствии ZnCl 2 , t°C )

3. а) CH 4 + Cl 2 >hv> CH 3 Cl + HCl (галогенирование углеводородов)

Химические свойства галогеноуглево-дородов

Наибольшее значение для соединений этого класса имеют реакции замещения и отщепления.

1. CH 3 CH 2 Br + NaOH (водн. р-р) > CH 3 CH 2 OH + NaBr (образование спиртов)

2. CH 3 CH 2 Br + NaCN > CH 3 CH 2 CN + NaBr (образование нитрилов)

3. CH 3 CH 2 Br + NH 3 > + Br --HBr - CH 3 CH 2 NH 2 (образование аминов)

4. CH 3 CH 2 Br + NaNO 2 > CH 3 CH 2 NO 2 + NaBr (образование нитросоединений)

5. CH 3 Br + 2Na + CH 3 Br > CH 3 -CH 3 + 2NaBr (реакция Вюрца)

6. CH 3 Br + Mg > CH 3 MgBr (образование магнийорганических соединений, реактив Гриньяра)

7. (дегидрогалогенирование)

Спиртами называются производные углеводородов, в молекулах которых содержится одна или несколько гидроксильных групп (-OH), связанных с насыщенными атомами углерода. Группа -OH (гидроксильная, оксигруппа) является в молекуле спирта функциональной группой. Систематические названия даются по названию углеводорода с добавлением суффикса -ол и цифры, указывающей положение гидроксигруппы. Нумерация ведется от ближайшего к OH-группе конца цепи.

По числу гидроксильных групп спирты подразделяются на одноатомные (одна группа -OH), многоатомные (две и более групп -OH). Одноатомные спирты: метанол CH 3 OH, этанол С 2 Н 5 OH; двухатомный спирт: этилен-гликоль (этандиол-1,2) HO-CH 2 -CH 2 -OH; трехатомный спирт: глицерин (пропантриол-1,2,3) HO-CH 2 -CH(OH)-CH 2 -OH. В зависимости от того, с каким атомом углерода (первичным, вторичным или третичным) связана гидроксигруппа, различают спирты первичные R-CH 2 -OH, вторичные R 2 CH-OH, третичные R 3 C-OH.

По строению радикалов, связанных с атомом кислорода, спирты подразделяются на предельные, или алканолы (CH 3 CH 2 -OH), непредельные, или алкенолы (CH 2 =CH-CH 2 -OH), ароматические (С 6 Н 5 CH 2 -OH).

Виды изомерии (структурная изомерия): 1) изомерия положения OH-группы (начиная с С 3); 2) углеродного скелета (начиная с С 4); 3) межклассовая изомерия с простыми эфирами (например, этиловый спирт CH 3 CH 2 OH и диметиловый эфир CH 3 -О-CH 3). Следствием полярности связи О-Н и наличия неподеленных пар электронов на атоме кислорода является способность спиртов к образованию водородных связей.

Способы получения спиртов

1. CH 2 =CH 2 + Н 2 O/Н + > CH 3 -CH 2 OH (гидратация алкенов)

2. CH 3 -CHO + Н 2 >t, Ni > С 2 Н 5 OH (восстановление альдегидов и кетонов)

3. C 2 H 5 Br + NaOH (водн.) > С 2 Н 5 OH + NaBr (гидролиз галогенопроизводных)

ClCH 2 -CH 2 Cl + 2NaOH (водн.) > HOCH 2 -CH 2 OH + 2NaCl

4. CO + 2Н 2 >ZnO, CuO, 250 °C, 7 МПа > CH 3 OH (получение метанола, промышленность)

5. С 6 Н 12 O 6 >дрожжи > 2С 2 Н 5 OH + 2CO 2 (брожение моноз)

6. 3CH 2 =CH 2 + 2KMnO 4 + 4Н 2 O > 3CH 2 OH-CH 2 OH - этиленгиликоль + 2KOH + 2MnO 2 (окисление в мягких условиях)

7. а) CH 2 =CH-CH 3 + O 2 > CH 2 =CH-CHO + Н 2 O

б) CH 2 =CH-CHO + Н 2 > CH 2 =CH-CH 2 OH

в) CH 2 =CH-CH 2 OH + Н 2 O 2 > HOCH 2 -CH(OH)-CH 2 OH (получение глицерина)

Химические свойства спиртов

Химические свойства спиртов связаны с наличием в их молекулу группы -OH. Для спиртов характерны два типа реакций: разрыв связи С-О и связи О-Н.

1. 2С 2 Н 5 OH + 2Na > Н 2 + 2C 2 H 5 ONa (образование алкоголятов металлов Na, К, Mg, Al)

2. а) С 2 Н 5 OH + NaOH ? (в водном растворе не идет)

б) CH 2 OH-CH 2 OH + 2NaOH > NaOCH 2 -CH 2 ONa + 2Н 2 O

в) (качественная реакция на многоатомные спирты – образование ярко-синего раствора с гидроксидом меди)

3. а) (образование сложных эфиров)

б) С 2 Н 5 OH + H 2 SO 4 > С 2 Н 5 -О-SO 3 H + Н 2 O (на холоду)

4. а) С 2 Н 5 OH + HBr > С 2 Н 5 Br + Н 2 O

б) С 2 Н 5 OH + РCl 5 > С 2 Н 5 Cl + POCl 3 + HCl

в) С 2 Н 5 OH + SOCl 2 > С 2 Н 5 Cl + SO 2 + HCl (замещение гидроксильной группы на галоген)

5. С 2 Н 5 OH + HOC 2 H 5 >H 2 SO 4 , <140 °C > C 2 H 5 -O-C 2 H 5 + H 2 O (межмолекулярная гидротация)

6. С 2 Н 5 OH >H 2 SO 4 , 170 °C > CH 2 =CH 2 + H 2 O (внутримолекулярная гидротация)

7. а) (дегидрирование, окисление первичных спиртов)

Фенолами называются производные аренов, в которых один или несколько атомов водорода ароматического кольца замещены на гидроксильные группы. По числу гидроксильных групп в ароматическом кольце различают одно– и многоатомные (двух– и трехатомные) фенолы. Для большинства фенолов используются тривиальные названия. Структурная изомерия фенолов связана с различным положением гидроксильных групп.

Способы получения фенолов

1. С 6 Н 5 Cl + NaOH(p, 340°C) > С 6 Н 5 OH + NaCl (щелочной гидролиз галогеноуглеводородов)

2. (кумольный способ получения)

3. C 6 H 5 SO 3 Na + NaOH (300–350°C) > С 6 Н 5 OH + Na 2 SO 3 (щелочное плавление солей ароматических сульфоновых кислот)

Химические свойства фенолов

Фенолы в большинстве реакций по связи О-Н активнее спиртов, поскольку эта связь более полярна за счет смещения электронной плотности от атома кислорода в сторону бензольного кольца (участие непо-деленной электронной пары атома кислорода в системе л-сопряжения). Кислотность фенолов значительно выше, чем спиртов.

Для фенолов реакции разрыва связи С-О не характерны. Взаимное влияние атомов в молекуле фенола проявляется не только в особенностях поведения гидроксигруппы, но и в большей реакционной способности бензольного ядра.

Гидроксильная группа повышает электронную плотность в бензольном кольце, особенно в орто– и пара- положениях (+М-эффект OH-группы). Для обнаружения фенолов используется качественная реакция с хлоридом железа(III). Одноатомные фенолы дают устойчивое сине-фиолетовое окрашивание, что связано с образованием комплексных соединений железа.

1. 2С 6 Н 5 OH + 2Na > 2C 6 H 5 ONa + Н 2 (так же, как и этанол)

2. С 6 Н 5 OH + NaOH > C 6 H 5 ONa + H 2 O (в отличие от этанола)

C 6 H 5 ONa + Н 2 O + CO 2 > С 6 Н 5 OH + NaHCO 3 (фенол более слабая кислота, чем угольная)

Фенолы не образуют сложные эфиры в реакциях с кислотами. Для этого используются более реакционноспособные производные кислот (ангидриды, хлорангидриды).

4. С 6 Н 5 OH + CH 3 CH 2 OH >NaOH > С 6 Н 5 OCH 2 CH 3 + NaBr (О-алкилирование)

(взаимодействие с бромной водой, качественная реакция)

6.(нитрование разб. HNO 3 , при нитрировании конц. HNO 3 образуется 2,4,6-тринитрофенол)

7. n C 6 H 5 OH + n CH 2 O > n H 2 O + (-C 6 H 3 OH-CH 2 -) n (поликонденсация, получение фенолформальдегидных смол)

10. Альдегиды и кетоны

Альдегидами называются соединения, в которых карбонильная группа

соединена с углеводородным радикалом и атомом водорода, а кетонами – карбонильные соединения с двумя углеводородными радикалами.

Систематические названия альдегидов строят по названию соответствующего углеводорода с добавлением суффикса –аль . Нумерацию цепи начинают с карбонильного атома углерода. Тривиальные названия производят от тривиальных названий тех кислот, в которые альдегиды превращаются при окислении: Н 2 С=O – метаналь (муравьиный альдегид, формальдегид); CH 3 CH=O – этаналь (уксусный альдегид). Систематические названия кетонов несложного строения производят от названий радикалов с добавлением слова «кетон». В более общем случае название кетона строится по названию соответствующего углеводорода и суффикса –он ; нумерацию цепи начинают от конца цепи, ближайшего к карбонильной группе. Примеры: CH 3 -CO-CH 3 – диметилкетон (пропанон, ацетон). Для альдегидов и кетонов характерна структурная изомерия. Изомерия альдегидов: а) изомерия углеродного скелета, начиная с С 4 ; б) межклассовая изомерия. Изомерия кетонов: а) углеродного скелета (с С 5); б) положения карбонильной группы (с С 5); в) межклассовая изомерия.

Атомы углерода и кислорода в карбонильной группе находятся в состоянии sp 2 - гибридизации. Связь С=O сильно полярна. Электроны кратной связи С=O смещены к электроотрицательному атому кислорода, что приводит к появлению на нем частичного отрицательного заряда, а карбонильный атом углерода приобретает частичный положительный заряд.

Способы получения альдегидов и кетонов

1. а) (дегидрирование, окисление первичных спиртов)

б) (дегидрирование, окисление вторичных спиртов)

2. а) CH 3 CH 2 CHCl 2 + 2NaOH >в воде > CH 3 CH 2 CHO + 2NaCl + H 2 O (гидролиз дигалогенопроизводных)

б) CH 3 СCl 2 CH 3 + 2NaOH >в воде > CH 3 COCH 3 + 2NaCl + H 2 O

3. (гидратация алкинов, реакция Кучерова)

4. (окисление этилена до этаналя)

(окисление метана до формальдегида)

CH 4 + O 2 >400–600 °C, NO > H 2 C=O + H 2 O

Химические свойства альдегидов и ке-тонов

Для карбонильных соединений характерны реакции различных типов: а) присоединение по карбонильной группе; б) восстановление и окисление; в) конденсация; д) полимеризация.

1. (присоединение циановодородной кислоты, образование гидроксинитрилов)

2. (присоединение гидросулбфита натрия)

3. (восстановление)

4. (образование полуацеталец и ацеталей)

5. (взаимодействие с гидроксоламином, образование оксима ацетальдегида)

6. (образование дигалогенопроизводных)

7. (?-галогенирование в присутствии OH?)

8. (албдольная конденсация)

9. R-CH=O + Ag 2 O >NH 3 > R-COOH + 2Agv (окисление, реакция «серебряного зеркала»)

R-CH=O + 2Cu(OH) 2 > R-COOH + Cu 2 Ov, + 2H 2 O (красный осадок, окисление)

10. (окисление кетонов, жесткие условия)

11. n CH 2 =O > (-CH2-O-) n параформ n = 8-12 (полимеризация)

11. Карбоновые кислоты и их производные

Карбоновыми кислотами называются органические соединения, содержащие одну или несколько карбоксильных групп -COOH, связанных с углеводородным радикалом. По числу карбоксильных групп кислоты подразделяются на: одноосновные (монокарбоновые) CH 3 COOH (уксусная), многоосновные (дикарбоновые, трикарбоновые и т. д.). По характеру углеводородного радикала различают кислоты: предельные (например, CH 3 CH 2 CH 2 COOH); непредельные (CH 2 =CH(-COOH); ароматические (С 6 Н 5 COOH).

Систематические названия кислот даются по названию соответствующего углеводорода с добавлением суффикса –овая и слова «кислота»: HCOOH – метановая (муравьиная) кислота, CH 3 COOH – этановая (уксусная) кислота. Для карбоновых кислот характерная структурная изомерия: а) изомерия скелета в углеводородном радикале (начиная с С 4); б) межклассовая изомерия, начиная с С 2 . Возможна цис-транс-изомерия в случае непредельных карбоновых кислот. Электронная плотность?- связи в карбонильной группе смещена в сторону атома кислорода. Вследствие этого у карбонильного углерода создается недостаток электронной плотности, и он притягивает к себе неподеленные пары атома кислорода гидроксильной группы, в результате чего электронная плотность связи О-Н смещается в сторону атома кислорода, водород становится подвижным и приобретает способность отщепляться в виде протона.

В водном растворе карбоновые кислоты диссоциируют на ионы:

R-COOH - R-COО? + Н +

Растворимость в воде и высокие температуры кипения кислот обусловлены образованием межмолекулярных водородных связей.

Способы получения карбоновых кислот

1. CH 3 -СCl 3 + 3NaOH > CH 3 -COOH + 3NaCl + Н 2 O (гидролиз тригалогенопроизводных)

2. R-CHO + [О] > R-COOH (окисление альдегидов и кетонов)

3. CH 3 -CH=CH 2 + CO + Н 2 O/Н + >Ni, р, t > CH 3 -CH 2 -CH 2 -COOH (оксосинтез)

4. CH 3 C?N + 2Н 2 O/ Н + > CH 3 COOH + NH 4 (гидролиз нитрилов)

5. CO + NaOH > HCOONa; 2HCOONa + H 2 SO 4 > 2HCOOH + Na 2 SO 4 (получение HCOOH)

Химические свойства карбоновых кислот и их производных

Карбоновые кислоты проявляют высокую реакционную способность и вступают в реакции с различными веществами, образуя разнообразные соединения, среди которых большое значение имеют функциональные производные: сложные эфиры, амиды, нитрилы, соли, ангидриды, гало-генангидриды.

1. а) 2CH 3 COOH + Fe > (CH 3 COO) 2 Fe + Н 2 (образование солей)

б) 2CH 3 COOH + MgO > (CH 3 COO) 2 Mg + Н 2 O

в) CH 3 COOH + KOH > CH 3 COОК + Н 2 O

г) CH 3 COOH + NaHCO 3 > CH 3 COONa + CO 2 + Н 2 O

CH 3 COONa + H 2 O - CH 3 COOH + NaOH (соли карбоновых кислот гидролизуются)

2. (образование вложных эфиров)

(омыление вложного эфира)

3. (получение хлорангидридов кислот)

4. (разложение водой)

5. CH 3 -COOH + Cl 2 >hv > Cl-CH 2 -COOH + HCl (галогенирование в?-положение)

6. HO-CH=O + Ag 2 O >NH 3 > 2Ag + Н 2 CO 3 (Н 2 O + CO 2) (особенности HCOOH)

HCOOH >t > CO + Н 2 O

Жиры – сложные эфиры глицерина и высших одноатомных карбоновых кислот. Общее название таких соединений – триглицериды. В состав природных триглицеридов входят остатки насыщенных кислот (пальмитиновой С 15 Н 31 COOH, стеариновой С 17 Н 35 COOH) и ненасыщенных (олеиновой С 17 Н 33 COOH, линолевой С 17 Н 31 COOH). Жиры состоят главным образом из триглицеридов предельных кислот. Растительные жиры – масла (подсолнечное, соевое) – жидкости. В состав триглицеридов масел входят остатки непредельных кислот.

Жирам как сложным эфирам свойственна обратимая реакция гидролиза, катализируемая минеральными кислотами. При участии щелочей гидролиз жиров происходит необратимо. Продуктами в этом случае являются мыла – соли высших карбоновых кислот и щелочных металлов. Натриевые соли – твердые мыла, калиевые – жидкие. Реакция щелочного гидролиза жиров называется также омылением.

Амины – органические производные аммиака, в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены на углеводородные радикалы. В зависимости от числа углеводородных радикалов различают первичные RNH 2 , вторичные R 2 NH, третичные R 3 N амины. По характеру углеводородного радикала амины подразделяются на алифатические (жирные), ароматические и смешанные (или жирноароматические). Названия аминов в большинстве случаев образуют из названий углеводородных радикалов и суффикса –амин. Например, CH 3 NH 2 – метиламин; CH 3 -CH 2 -NH 2 – этиламин. Если амин содержит различные радикалы, то их перечисляют в алфавитном порядке: CH 3 -CH 2 -NH-CH 3 – ме-тилэтиламин.

Изомерия аминов определяется количеством и строением радикалов, а также положением аминогруппы. Связь N-Н является полярной, поэтому первичные и вторичные амины образуют межмолекулярные водородные связи. Третичные амины не образуют ассоциирующих водородных связей. Амины способны к образованию водородных связей с водой. Поэтому низшие амины хорошо растворимы в воде. С увеличением числа и размеров углеводородных радикалов растворимость аминов в воде уменьшается.

Способы получения аминов

1. R-NO 2 + 6[Н] > R-NH 2 + 2H 2 O (восстановление нитросоединений)

2. NH 3 + CH 3 I > I? >NH 3 > CH 3 NH 2 + NH 4 I (алкилирование аммиака)

3. а) С 6 Н 5 -NO 2 + 3(NH 4) 2 S > С 6 Н 5 -NH 2 + 3S + 6NH 3 + 2H 2 O (реакция Зинина)

б) С 6 Н 5 -NO 2 + 3Fe + 6HCl > С 6 Н 5 -NH 2 + 3FeCl 2 + 2Н 2 O (восстановление нитросоединений)

в) С 6 Н 5 -NO 2 + ЗН 2 >катализатор, t > C 6 H 5 -NH 2 + 2Н 2 O

4. R-C?N + 4[H] > RCH 2 NH 2 (восстановление нитрилов)

5. ROH + NH 3 >Al 2 O 3 ,350 °C > RNH 2 + 2H 2 O (получение низших алкиламинов С 2 -С 4)

Химические свойства аминов

Амины имеют сходное с аммиаком строение и проявляют подобные ему свойства. Как в аммиаке, так и в аминах атом азота имеет неподеленную пару электронов. Для аминов характерны ярко выраженные основные свойства. Водные растворы алифатических аминов проявляют щелочную реакцию. Алифатические амины – более сильные основания, чем аммиак. Ароматические амины являются более слабыми основаниями, чем аммиак, поскольку не-поделенная электронная пара атома азота смещается в сторону бензольного кольца, вступая в сопряжение с его?-электронами.

На основность аминов влияют различные факторы: электронные эффекты углеводородных радикалов, пространственное экранирование радикалами атома азота, а также способность образующихся ионов к стабилизации за счет сольватации в среде растворителя. В результате донорного эффекта алкильных групп основность алифатических аминов в газовой фазе (без растворителя) растет в ряду: первичные < вторичные < третичные. Основность ароматических аминов зависит также от характера заместителей в бензольном кольце. Электроноакцепторные заместители (-F, -Cl, -NO 2 и т. п.) уменьшают основные свойства ариламина по сравнению с анилином, а электронодонорные (алкил R-, -OCH 3 , -N(CH 3) 2 и др.), напротив, увеличивают.

1. CH 3 -NH 2 + Н 2 O > OH (взаимодействие с водой)

2. (CH 3) 2 NH + HCl > [(CH 3) 2 NH 2 ]Cl хлорид диметиламмония (взаимодействие с кислотами)

[(CH 3) 2 NH 2 ]Cl + NaOH > (CH 3) 2 NH + NaCl + H 2 O (взаимодействие солей аминов со щелочами)

(ацителирование, с третичными аминами не идет)

4. R-NH 2 + CH 3 I > I? >NH 3 > CH 3 NHR + NH 4 I (алкилирование)

5. Взаимодействие с азотистой кислотой: строение продуктов реакции с азотистой кислотой зависит от характера амина. Поэтому данная реакция используется для различия первичных, вторичных и третичных аминов.

а) R-NH 2 + HNO 2 > R-OH + N 2 + H 2 O (первичные жирные амины)

б) С 6 Н 5 -NH 2 + NaNO 2 + HCl > [С 6 Н 5 -N?N] + Cl? – соль диазония (первичные ароматические амины)

в) R 2 NH + Н-О-N=O > R 2 N-N=O (N-нитрозамин) + Н 2 O (вторичные жирные и ароматические амины)

г) R 3 N + Н-О-N=O > при низкой температуре нет реакции (третичные жирные амины)

(третичные ароматические амины)

Свойства анилина. Для анилина характерны реакции как по аминогруппе, так и по бензольному кольцу. Бензольное кольцо ослабляет основные свойства аминогруппы по сравнению с алифатическими аминами и аммиаком, но под влиянием аминогруппы бензольное кольцо становится более активным в реакциях замещения по сравнению с бензолом.

C 6 H 5 -NH 2 + HCl > Cl = C 6 H 5 NH 2 HCl

C 6 H 5 NH 2 HCl + NaOH > C 6 H 5 NH 2 + NaCl + H 2 O

C 6 H 5 NH 2 + CH3I >t > + I?

14. Аминокислоты

Аминокислотами называются гетеро-функциональные соединения, молекулы которых содержат одновременно аминогруппу и карбоксильную группу. В зависимости от взаимного расположения амино– и карбоксильной групп аминокислоты подразделяют на?-, ?-, ?– и т. д. По ИЮПАК, для наименования аминокислот группу NH 2 - называют приставкой амино-, указывая цифрой номер углеродного атома, с которым она связана, а затем следует название соответствующей кислоты.

2-аминопропановая кислота (?-аминопропановая, ?-аланин)

3-аминопропановая кислота (?-аминопропановая, ?-аланин)

6-аминогексановая кислота (?-аминокапроновая)

По характеру углеводородного радикала различают алифатические (жирные) и ароматические аминокислоты. Изомерия аминокислот зависит от строения углеродного скелета, положения аминогруппы по отношению к карбоксильной группе. Для аминокислот характерна еще оптическая изомерия.

Способы получения аминокислот

1. (аммонолиз галогенокислот)

2. CH 2 =CH-COOH + NH 3 > H 2 N-CH 2 -CH 2 -COOH (присоединение аммиака к?, ?-непредельным кислотам)

(действие HCN и NH 3 на альдегиды или кетоны)

4. Гидролиз белков под влиянием ферментов, кислот или щелочей.

5. Микробиологический синтез.

Химические свойства аминокислот

Аминокислоты проявляют свойства оснований за счет аминогруппы и свойства кислот за счет карбоксильной группы, т. е. являются амфотерными соединениями. В кристаллическом состоянии и в среде, близкой к нейтральной, аминокислоты существуют в виде внутренней соли – дипо-лярного иона, называемого также цвиттер-ион H 3 N + -CH 2 -COO?.

1. H 2 N-CH 2 -COOH + HCl > Cl? (образование солей по аминогруппе)

2. H 2 N-CH 2 -COOH + NaOH > H 2 N-CH 2 -COO?Na + + H 2 O (образование солей)

(образование сложного эфира)

(ацилирование)

5. + NH 3 -CH 2 -COO? + 3CH 3 I >-HI > (CH 3) 3 N + -CH 2 -COO? – бетаин аминоуксусной кислоты

(алкилирование)

(взаимодействие с азотистой кислотой)

7. n H 2 N-(CH 2) 5 -COOH > (-HN-(CH 2) 5 -CO-) n + n H 2 O (получение капрона)

15. Углеводы. Моносахариды. Олигосахариды. Полисахариды

Углеводы (сахара) – органические соединения, имеющие сходное строение и свойства, состав большинства которых отражает формула С х (Н 2 O) y , где х, у ? 3.

Классификация:

Моносахариды не гидролизуются с образованием более простых углеводов. Олиго-и полисахариды расщепляются при кислом гидролизе до моносахаридов. Общеизвестные представители: глюкоза (виноградный сахар) С 6 Н 12 O 6 , сахароза (тростниковый, свекловичный сахар) С 12 Н 22 О 11 , крахмал и целлюлоза [С 6 Н 10 О 5 ] n .

Способы получения

1. mCO 2 + nН 2 O >hv, хлорофилл > C m (H 2 O) n (углеводы)+ mO 2 (получение при фотосинтезе)

углеводы: С 6 Н 12 O 6 + 6O 2 > 6CO 2 + 6Н 2 O + 2920 кДж

(метаболизм: глюкоза окисляется с выделением большого количества энергии в живом организме в процессе метаболизма)

2. 6nCO 2 + 5nН 2 O >hv, хлорофилл > (С 6 Н 10 О 5) n + 6nO 2 (получение крахмала или целлюлозы)

Химические свойства

Моносахриды. Все монозы в кристаллическом состоянии имеют циклическое строение (?– или?-). При растворении в воде циклический полуацеталь разрушается, превращаясь в линейную (оксо-) форму.

Химические свойства моносахаридов обусловлены наличием в молекуле функциональных групп трех видов (карбонила, спиртовых гидроксилов и гликозидного (полуацетального) гидроксила).

1. С 5 Н 11 O 5 -CHO (глюкоза) + Ag 2 O >NH 3 > CH 2 OH-(CHOH) 4 -COOH (глюконовая кислота) + 2Ag (окисление)

2. С 5 Н 11 O 5 -CHO (глюкоза) + [Н] > CH 2 OH-(CHOH) 4 -CH 2 OH(сорбит)(восстановление)

(моноалкилирование)

(полиалкилирование)

5. Важнейшим свойством моносахаридов является их ферментативное брожение, т. е. распад молекул на осколки под действием различных ферментов. Брожению подвергаются в основном гексозы в присутствии ферментов, выделяемых дрожжевыми грибками, бактериями или плесневыми грибками. В зависимости от природы действующего фермента различают реакции следующих видов:

а) С 6 Н 12 O 6 > 2С 2 Н 5 OH + 2CO 2 (спиртовое брожение);

б) С 6 Н 12 O 6 > 2CH 3 -CH(OH)-COOH (молочнокислое брожение);

в) С 6 Н 12 O 6 > С 3 Н 7 COOH + 2CO 2 + 2Н 2 O (маслянокислое брожение);

г) С 6 Н 12 O 6 + O 2 > HOOC-CH 2 -С(OH)(COOH)-CH 2 -COOH + 2Н 2 O (лимоннокислое брожение);

д) 2С 6 Н 12 O 6 > С 4 Н 9 OH + CH 3 -CO-CH 3 + 5CO 2 + 4Н 2 (ацетон-бутанольное брожение).

Дисахариды. Дисахариды – углеводы, молекулы которых состоят из двух остатков моносахаридов, соединенных друг с другом за счет взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой). Отсутствие или наличие гликозидного (полуацетального) гидроксила отражается на свойствах дисахаридов. Биозы делятся на две группы: восстанавливающие и невосстанавливающие. Восстанавливающие биозы способны проявлять свойства восстановителей и при взаимодействии с аммиачным раствором серебра окисляться до соответствующих кислот, содержат в своей структуре гликозидный гидроксил, связь между монозами – гликозид-гликозная. Схема образования восстанавливающих биоз на примере мальтозы:

Для дисахаридов характерна реакция гидролиза, в результате которой образуются две молекулы моносахаридов:

Примером наиболее распространенных в природе дисахаридов является сахароза (свекловичный или тростниковый сахар). Молекула сахарозы состоит из остатков?-D-глюкопиранозы и?-D-фруктофуранозы, соединенных друг с другом за счет взаимодействия полуацетальных (гликозидных) гидроксилов. Биозы этого типа не проявляют восстанавливающих свойств, так как не содержат в своей структуре гликозидного гидроксила, связь между монозами – гликозид-гликозидная. Подобные дисахариды называют невосстанавливающими, т. е. не способными окисляться.

Схема образования сахарозы:

Инверсия сахарозы. При кислом гидролизе (+)сахарозы или при действии инвертазы образуются равные количества D(+)глюкозы и D(-)фруктозы. Гидролиз сопровождается изменением знака удельного угла вращения [?] с положительного на отрицательный, поэтому процесс называют инверсией, а смесь D(+)глюкозы и D(-)фруктозы – инвертным сахаром.

Полисахариды (полиозы). Полисахариды – природные высокомолекулярные углеводы, макромолекулы которых состоят из остатков моносахаридов. Основные представители: крахмал и целлюлоза, которые построены из остатков одного моносахарида – D-глюкозы. Крахмал и целлюлоза имеют одинаковую молекулярную формулу: (С 6 Н 10 О 5) n , но различные свойства. Это объясняется особенностями их пространственного строения. Крахмал состоит из остатков?-D-глюкозы, а целлюлоза – из?-D-глюкозы. Крахмал – резервный полисахарид растений, накапливается в виде зерен в клетках семян, луковиц, листьев, стеблей, представляет собой белое аморфное вещество, нерастворимое в холодной воде. Крахмал – смесь амилозы и амилопектина, которые построены из остатков?-D-глюкопиранозы.

Амилоза – линейный полисахарид, связь между остатками D-глюкозы 1?-4. Форма цепи – спиралевидная, один виток спирали содержит 6 остатков D-глюкозы. Содержание амилозы в крахмале – 15–25 %.

амилоза

амилопектин

Амилопектин – разветвленный полисахарид, связи между остатками D-глюкозы – 1?-4 и 1?-6. Содержание амилопектина в крахмале 75–85 %.

1. Образование простых и сложных эфиров (аналогично биозам).

2. Качественная реакция – окрашивание при добавлении иода: для амилозы – в синий цвет, для амилопектина – в красный цвет.

3. Кислый гидролиз крахмала: крахмал > декстрины > мальтоза > ?-D-глюкоза.

Целлюлоза. Структурный полисахарид растений, построен из остатков?-D-глюкопиранозы, характер соединения 1?-4. Содержание целлюлозы, например, в хлопчатнике – 90–99 %, в лиственных породах – 40–50 %. Этот биополимер обладает большой механической прочностью и выполняет роль опорного материала растений, образуя стенки растительных клеток.

Характеристика химических свойств

1. Кислый гидролиз (осахаривание): целлюлоза > целлобиоза > ?-D-глюкоза.

2. Образование сложных эфиров

Из растворов ацетата целлюлозы в ацетоне изготавливают ацетатное волокно.

Нитроцеллюлоза взрывоопасна, составляет основу бездымного пороха. Пироксилин – смесь ди– и тринитратов целлюлозы – используют для изготовления целлулоида, коллодия, фотопленок, лаков.

При изучении органической химии большое значение имеет теоретические основы. Данная методическая разработка предназначена для самостоятельной подготовки учащихся и справочного материала для учителя. В ней собраны вопросы группированные по темам, которые охватывают как общие проблемы органической химии, так и отдельные разделы. Методические указания посвящены рассмотрению некоторых вопросов теоретической органической химии (классификация реагентов и реакций, протекание реакций во времени) с одержит описание органических соединений по классам. Материал представлен в виде таблиц и схем.

Скачать:

Предварительный просмотр:

АлканыСnH2n+2

Sp 3

замещение

Г 2 , О 2

нитрование

сульфирования

крекинг,

Пиролиз

изомеризация

Циклоалканы

СnH 2n Sp 3

Г 2 , ±Н 2 , О 2

НГ

Алкены СnH 2n Sp 2 и Sp 3

Диен

СnH 2n-2

Sp 2 и Sp 3

полимеризац

изомеризац

Г 2 , ±Н 2 , О 2

НГ Н 2 О KMnO 4

Муравьиный

альдегид

Алкины СnH2n-2 Sp и Sp 3

полимеризац

изомеризац

Г 2 , Н 2 , О 2

НГ Н 2 О KMnO 4

Уксусная кислота

Ин-1+

+{Ag(NH 3 )}OH

CuCl в NH 3

Арены

СnH2n-6

Бензол

Толуол

Ксилол

Кумол

Стирол

Г 2 , Н 2 , О 2

HNO 3 , H 2 SO 4 СnH 2n+1 Cl спирты

алкены

KMnO 4

Спирты

С n H 2n+2 O

Sp 3

Na, НГ,О 2

Серная, азотная

PCl 5 , Спирты

Орг.кислоты

Нагревание

KMnO 4

CuO t

Многоат

спирты

глицерин

этиленгликоль

Na, NaОН, НГ,О 2 азотная, Спирты

Орг.кислоты

Нагревание

KMnO 4

Фенол, крезол, гидрохинон

С 6 Н 5 ОН

Sp 2 и Sp 3

Na, NaОН, НГ

Спирты

Альдегиды

Г 2 , FeCl 3 , HNO 3 , H 2 SO 4

Альдегиды

С n H 2n O

Sp 2 и Sp 3

Н 2 , Н 2 О , Г 2 , фенол

CH 3 -MgCl

Спирты

альдегид

Сu(OH) 2

+{Ag(NH 3 )}OH

Карбоновые

кислоты

С n H 2n O 2

Sp 2 и Sp 3

Ме, МеО, МеОН, Г 2 , SOCl 2

карбонаты

Спирты

Муравьиная кислота

НСООН

+{Ag(NH 3 )}OH

Сu(OH) 2

HgCl 2

Амины

С n H 2n+3 N

Н 2 О НГ О 2

R- Г HNO 2

Анилин

С 6 Н 5 NH 2

Br 2 , Н 2 , H 2 SO 4

Аминокислот

Щелочи

Кислоты

Спирты

Аминокислот

HNO 2

Глюкоза

+{Ag(NH 3 )}OH

Сu(OH) 2

НNO 3

брожения

а)Спиртовое

б)молочнокис

в)маслянокис .

Крахмал

Гидролиз

кислотный

на моносахарид

иод

азотная кисл.

Дисахариды Гидролиз

кислотный на 2 углевода

Белок

биуретовая реакция – Cu(OH)2 синефиолет.

Ксантопротеин+ HNO3 -желтого цвета.

Черный осадок -CuSO4, HgCl2, (CH3COO)2Pb, FeCl3.

Предварительный просмотр:

Способы получения и химические свойства органических веществ

Название класса	Общая формула	Способы получения	Химические свойства
Алканы	С п Н 2n+2	Из оксида углерода(II), карбида алюминия, солей карбоновых кислот, гидрирование алкенов и алкинов, реакция Вюрца, крекинг	Горение, замещение, крекинг, изомеризация, дегидрирование
Циклоалканы	С п Н 2п	Гидрирование аренов, из дигалогенопроизводных	Горение, замещение (для высших), присоединение (для низших)
Алкены	С п Н 2п	Крекинг, дегидрирование алканов, гидрирование алкинов, дегидратация спиртов, дегидрогалогенирование моногалогеналканов, дегалогениро- вание дигалогеналканов	Горение, присоединение (водорода, галогенов, галогеноводородов, воды), полимеризация, окисление
Алкадиены	С п Н 2 п -2	Дегидрирование и дегидратация этанола (реакция Лебедева), дегидрирование алканов и алкенов	Горение, присоединение (водорода, галогенов, галогеноводородов), полимеризация
Алкины	С п Н 2п-2	Дегидрогалогенирование дигалогеналканов. Гидролиз карбида кальция и термическое разложение метана (ацетилен)	Горение, замещение, присоединение (водорода, галогенов, галогеноводородов, воды), окисление, полимеризация
Арены (бензол, толуол)	С п Н 2п-6	Дегидрирование циклоалканов, дегидроциклизация алканов, алкилирование по Фриделю-Крафтсу, реакция Вюрца-Фитинга, из солей бензойной кислоты	Горение, замещение (взаимодействие с галогенами, азотной кислотой), присоединение (водорода, галогенов)
Предельные одноатомные спирты	С п Н 2п+1 ОН Или С п Н 2п+2 О	Гидратация алкенов, гидрирование альдегидов и кетонов, гидролиз галогеналканов, гидролиз (и омыление) сложных эфиров. Из оксида углерода(П) и водорода (метанол). Брожение глюкозы (этанол)	Горение, взаимодействие со щелочными металлами, галогеноводородами, окисление, межмолекулярная и внутримолекулярная дегидратация, этерификация
Многоатомные спирты	R(OH) n	Гидролиз жиров, из пропилена	Горение, этерификация, взаимодействие со щелочными металлами, галогеноводородами, азотной кислотой, гидроксидом меди(П)
Фенолы	С 6 Н 5 (ОН) n	Из фенолята натрия,сплавление солей сульфокислот, из галогенопро- изводных аренов, кумольный способ (из бензола и пропилена)	Горение, замещение, поликонденсация, взаимодействие с галогенами, азотной кислотой, щелочными металлами, щелочами
Альдегиды	С п Н 2п О	Окисление первичных спиртов, гидролиз дигалогеналканов, гидратация ацетилена, окисление алкенов и метана	Горение, окисление (гидроксидом меди(Н), аммиачным раствором оксида серебра), присоединение (воды, водорода), замещение (взаимодействие с галогенами), поликонденсация, полимеризация
Кетоны	С п Н 2п О	Из солей карбоновых кислот, окисление вторичных спиртов	Горение, присоединение водорода
Одноосновные предельные карбоновые кислоты	С п Н 2п О 2	Окисление первичных спиртов, альдегидов, алканов, гидролиз сложных эфиров. Из щавелевой кислоты и оксида углерода(Н) (муравьиная кислота)	Диссоциация, взаимодействие с металлами, основными оксидами, гидроксидами, солями более слабых и летучих кислот, спиртами (этерификация), замещение в радикале (взаимодействие с галогенами), присоединение водорода. Для муравьиной кислоты взаимодействие с гидроксидом меди(Н), аммиачным раствором оксида серебра
Простые эфиры	r,-0-r 2 С п Н 2п+2 О	Из предельных одноатомных спиртов	Горение
Сложные эфиры	С п Н 2п О 2	Из спиртов и кислот	Горение, гидролиз (в том числе омыление)
Углеводы (глюкоза)	С 6 Н 12 О 6	Гидролиз полисахаридов, фотосинтез	Взаимодействие с гидроксидом меди(П), аммиачным раствором оксида серебра, азотной кислотой, ангидридами кислот, галогеналканами, спиртами, горение, восстановление, этерификация, брожение
Углеводы (полисахариды)	(С 6 н 10 О 5 ) п	Из моносахаридов	Горение, гидролиз, этерификация, взаимодействие с азотной и органическими кислотами
Амины	R 2 -N- R 3	Из галогеналканов, нитросоединений	Горение, основные свойства (взаимодействие с водой и кислотами)
Анилин	R-NH 2 или C 6 H 5 NH 2	Из галогеналканов, нитробензола	Основные свойства (взаимодействие с кислотами), взаимодействие с галогенами, водородом, азотной кислотой
Аминокислоты	NH 2 С п Н 2п-1 О 2	Гидролиз белков, из галогенопроизводных кислот	Горение, амфотерные свойства (взаимодействие с кислотами и щелочами), взаимодействие с металлами, основными оксидами, солями, спиртами,поликонденсация, образование биполярного иона

Предварительный просмотр:

Многообразие органических реакций сводится к пяти типам: замещения, присоединения, отщепления, перегруппировки и окислительно-восстановительные.

Реакции замещения

В реакциях замещения водород или функциональная группа замещается на неводородный атом или другую функциональную группу:

Реакции присоединения

Реакции присоединения сопровождаются разрывом кратных связей:

Реакции отщепления

Реакции отщепления (элиминирования) приводят к образованию непредельных углеводородов:

Реакции перегруппировки

Реакции перегруппировки (изомеризации) приводят к образованию изомеров:

Реакции окисления и восстановления протекают с изменением степени окисления углеродного атома:

Полное окисление (сгорание)

Частичное окисление

Все эти реакции протекают по двум механизмам, различающимся способом

При свободнорадикальном механизме под действием излучения или температуры происходит гомологический разрыв связей (преимущественно малополярных) с образованием частиц, содержащих неспаренные электроны. Эти частицы – свободные радикалы – чрезвычайно реакционноспособны.

При ионном механизме происходит гетеролитический разрыв связей с образованием карбкатионов и карбанионов . Атакующий реагент, взаимодействующий с субстратом, может быть двух видов: нуклеофильным и электрофильным.
Нуклеофильные реагенты отдают электронную пару субстрату; электрофильные реагенты принимают электронную пару от субстрата. Карбкатионы обладают электрофильными свойствами, карбанионы – нуклеофильными.
Типичные нуклеофильные реагенты:

Типичные электрофильные реагенты:

Уксусный ангидрид (CH 3 CO) 2 O, молекулярная масса 102,09; бесцветная прозрачная подвижная жидкость с резким запахом; Растворим в бензоле . диэтиловом эфире . этаноле . CHCl 3 , CH 3 COOH, ТГФ, ограниченно - в холодной воде (12 г в 100 г воды), в горячей воде гидролизуется до уксусной кислоты, гидролиз катализируют кислоты.

Уксусный ангидрид обладает химическими свойствами ангидридов карбоновых кислот :

С основаниями уксусный ангидрид дает ацетаты . с HCl и COCl 2 при 70-80°C - ацетилхлорид,

Превращается в бензол , в условиях жидкофазного гидрирования в присут. Ni- и Pd-ка-тализаторов - в циклогенсан.

Сложные эфиры.

Метиловый эфир пропионовой кислоты - метилпропаноат , метилпропионат .

Триглицириды - тристеарат глицерина

Химическая активность органических соединений.

Наибольшей активностью обладают спирты аллильного и бензильного типов, а также третичные спирты. Они реагируют с большей скоростью, чем вторичные, а последние превосходят первичные спирты. С увеличением длины углеводородного радикала реакционная способность спиртов каждого типа понижается. Реакционная способность галогеноводородных кислот, действующих как катализатор и источник нуклеофила, падает в последовательности HI > HBr > HCl >> HF, что связано с уменьшением силы кислоты и уменьшением нуклеофильности при переходе от иодид-иона к хлорид-иону. Иодо- и бромоводородная кислоты легко взаимодействуют со всеми спиртами. Но иодоводородная кислота способна также восстанавливать как исходные спирты, так и образующиеся иодопроизводные в углеводороды, что ограничивает ее применение.
Скорость реакции с HF слишком мала для прямого превращения спиртов в алкилфториды. Если в ряд спиртов поместить фенол или циклический спирт то он будет обладать самыми большими кислотными свойствами

Если кислоты имеют разветвленное строение то их кислотность уменьшается.

Предварительный просмотр:

	Алканы	Алкены
Формула
Представитель	метан	этилен
Гибридизация
Изомерия	Углеродного скелета.	Углеродного скелета, положения двойной связи, межклассовая; цис- и транс-изомерия
Хим. св-ва	Галогенирование, горение, нитрование:	Галогенирование, присоединение водорода, галогенводородов, воды, окисление перманганатом калия, полимеризация.
Получение	Действие металлического натрия на моногалогенпроизводные (Реакция Вюрца). Восстановление непредельных углеводородов. Сплавление солей карбоновых кислот со щелочью.	Действие спиртовых р-оров едких щелочей на галогенпроизводные. Действие Zn или Mg на дигалогенпроизводные с двумя атомами галогена у соседних атомов. Гидрирование ацетиленовых углеводородов над катализаторами с пониженной активностью(Fe).
Кач. реакции	Горение алканов сопровождается синим пламенем.	Алкены обесцвечивают бромную воду. Окисление перманганатом калия – обесцвечивают раствор.

Предварительный просмотр:

Признак	Циклоалканы	Арены
Формула	CnH2n	СnH2n-6
Представители	Циклопропан –С3H6 Циклобутан – С4H8 Циклопропан – С5H10	Бензол – С6H6 Толуол – С6H5CH3 o-ксилол - C6H4(CH3)2 1. 2- диметилбензол n-ксилол - C6H4(CH3)2 1. 3- диметилбензол m-ксилол - C6H4(CH3)2 1. 4- диметилбензол
Гибридизация	Sp 3	Sp 2
Изомерия	1) Изомерия углеродного скелета 2) Изомерия положения заместителей в кольце. 3) Межклассовая изомерия с алкенами	1) Строения и число заместителей 2) Положение заместителей 3) Заместители в положении 1,2-орто; 1,3- мета; 1,4-пара.
Химические свойства	1) Гидрирование 2) присоединение галогенов и галогеноводородов. 3) Дегидрирование (циклогесана и его алкильных производных) 4) разложение 5) окисление	1) галогенирование 2) нитрование 3) Сульфирование 4) Алкилирование 5) Гидрование 6) окисление
Получение	1) Синтез циклических дигалогенопроизводных. 2) из ароматических УВ 3) из нефти.	1) переработка нефти и угля 2) дегидрирование циклогексана 3) Дегидроциклизация гексана 4) Тримеризация ацитилена при 500 град. 5) сплавление солей бензойной кислоты со щелочью.
Качественные реакции	Обесцвечивание бромной воды	реакция с аммиачным раствором цианида никеля (II). Выпадает осадок -Ni(CN)2NH3(C6H6).

Предварительный просмотр:

Спирты

Одноатомные:

Первый представитель: CH3-OH (метиловый спирт)

Общая формула:CnH2n+1OH

Изомерия:

1)Со строением углеродного скелета

2) С положением функциональной группы ОН

Химические свойства:

Взаимодействуют со щелочами и щелочно-земельными металлами

2R-OH+ 2Na ->2 R –O-Na +H2

Взаимодействуют с галогеноводородами

R-OH +H-гал-t> H2O +R-гал

Взаимодействует с оксидом меди

Получение:

Взаимодействие галогеналканов с растворами щелочей
Гидратация алкенов
Восстановление альдегидов и кетонов

Частные случаи:

Метанол – получение синтез газа
Этанол- брожение глюкозы

Многоатомные:

Первый представитель:

Этандиол-1,2

Изомерия:

Химические свойства:

1)Реакции с Щелочами, металлами, нерастворимыми основаниями

2) Замещения. Реакции с галогено-водородами, этерификация

3)Окисления. Реакции горения, окисления

4)Реакции с Cu(OH)2

Получение:

1)Синтетический способ

Предварительный просмотр:

Кетоны

Альдегиды

Общая формула

С n H 2n O

1 представитель

Ацетон

СН 3 -СО-СН 3

муравьиный альдегид (формальдегид)

Sp 3

Sp 3 , sp 2

изомерия

углеродного скелета
положения кетогруппы
межклассовая изомерия

изомерия углеродного скелета, начиная с С 4
межклассовая изомерия
циклическими оксидами (с С 2 )
непредельными спиртами и простыми эфирами (с С 3 )

Хим.

Св-ва

Действие на кетоны сильных окислителей (КМnО 4 , NaIO 4 , К 2 Сr 2 О 7 ) в жестких условиях
(t , давление, кислая или щелочная среда) приводит к разрыву углерод-углеродной связи при карбонильной группе. В результате образуется смесь кислот с меньшим числом атомов углерода, чем в исходном кетоне :

Кетоны присоединяют водород по карбонильной группе с образованием вторичных спиртов:

Кетоны присоединяют активные спирты – метанол и этиленгликоль – с образованием кеталей (эта реакция обратимая):

Альдегиды медленно окисляются кислородом воздуха в карбоновые кислоты:

Альдегиды присоединяют водород Н 2 по двойной связи С=О при нагревании в присутствии катализатора (Ni, Pt, Pd).

Получение

Окисление вторичных спиртов:

Декарбоксилирование солей карбоновых кислот и самих кислот:

Гидролиз дигалогенопроизводных углеводородов , содержащих два атома галогена при одном атоме С:

Синтез ароматических кетонов по Фриделю–Крафтсу из ароматических углеводородов и хлорангидридов карбоновых кислот в присутствии АlСl 3 :

Гидратация алкинов (С (3) и выше) по Кучерову:

Альдегиды получают восстановлением кислот:

Окисление первичных спиртов.
Действие воды на дигалоидные соединения

Действие воды на ацителеновые углеводороды (реакция Кучерова). При действии воды на ацителен в присутствии солей окиси ртути получается уксусный альдегид:

Гидролиз виниловых эфиров. Альдегиды получаются при действии воды в присутствии минеральных кислот на простые виниловые эфиры.

Качественные

реакции

Йодоформная реакция.

Реакция с нитропруссидом натрия.

Оранжево-красное окрашивание, при подкислении СН

Предварительный просмотр:

1 группа “Определение и классификация ”: Карбоновые кислоты – это производные УВ, содержащие функциональную карбоксильную группу – COOH.

Карбоксильная группа состоит из карбонильной и гидроксильной групп.

По основности кислоты делятся на одноосновные (монокарбоновые), двухосновные (дикарбоновые), трехосновные (трикарбоновые) и т.д. (Демонстрация слайдов).

предельные (насыщенные), R – алкил;

непредельные (ненасыщенные) – производные непредельные УВ;

ароматические – производные ароматических УВ.

Наибольшее значение имеют насыщенные монокарбоновые кислоты, их общая формула:

Сn Н2n+1 - СООН

2 группа. “Номенклатура и изомерия” По международной заместительной номенклатуре название кислоты производят от названия соответствующего углеводорода с добавлением окончания и слова кислота. Нумерацию цепи всегда начинают с атома углерода карбоксильной группы, поэтому в названиях положение функциональной группы не указывают. Например:

СН3 – СН2 – СН(С2Н5) – СН(СН3) – СН2 – СООН

2-метил-4-этилгексановая кислота

Названия основных насыщенных карбоновых кислот приведены в таблице.

Внутри класса для предельных монокарбоновых кислот возможна только изомерия углеродной цепи. Метановая, этановая и пропановая кислоты изомеров не имеют.

Составу СH3-COOH соответствуют 4 изомера.

Кроме изомерии по углеродному скелету, для монокарбоновых кислот характерна межклассовая изомерия сложным эфирам карбоновых кислот.

3 группа: “Электронное строение”

Карбоксильная группа содержит высокополяризованную карбонильную группу. Атом углерода карбонильной группы, имеющий частичный положительный заряд, оттягивает на себя электроны связи С – О. Неподеленная пара электронов атома кислорода гидроксильной группы взаимодействует с электронами – связи карбонильной группы. Это приводит к большему оттягиванию электронов от атома водорода гидроксильной группы увеличению полярности связи О – Н по сравнению со спиртами, а также уменьшению положительного заряда на атоме углерода карбонильной группы кислот по сравнению с альдегидами. В отличие от спиртов, кислоты диссоциируют с образованием ионов водорода Н+. В отличие от альдегидов для них не характерны реакции присоединения по двойной связи.

4 группа: “Общие способы получения”

Окисление альдегидов.

В промышленности: 2RCHO + O2 2RCOOH

Лабораторные окислители: Ag2O, Cu(OH)2, KMnO4, K2Cr2O7 и др.

Окисление спиртов: RCH2OH + O2 RCOOH + H2O

Окисление углеводородов: 2C4H10 + 5O2 4CH3COOH + 2H2O

Из солей (лабораторный способ): CH3COONaкр. + H2SO4 конц. CH3COOH + NaHSO4

HCOOH

1)метановая (муравьиная) CH3COOH

2)этановая (уксусная) HCOOCH3

3)метиловый эфир муравьиной кислоты CH3CH2COOH

4)пропановая (пропионовая) HCOOCH2CH3

5)этиловый эфир муравьиной кислоты CH3COOCH3

6)метиловый эфир уксусной кислоты CH3(CH2)2COOH

7)бутановая (масляная) 2-метилпропановая HCOOCH2CH2CH3

8)пропиловый эфир муравьиной кислоты CH3COOCH2CH3

9)этиловый эфир уксусной кислоты CH3CH2COOCH3

10)метиловый эфир пропионовой кислоты CH3CH2COOCH

Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Пятигорская государственная фармацевтическая академия»

Министерства здравоохранения и социального развития Российской Федерации

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

СХЕМАХ И РИСУНКАХ

Учебное пособие для студентов 2 курса (3, 4 семестры)

(очной формы обучения) для студентов 2 и 3 курсов (заочной формы обучения)

по дисциплине С2.Б.7 – «Органическая химия»

Пятигорск, 2011

УДК. 547(076)

Печатается по решению ЦМС Пятигорской государственной фармацевтической академии. Протокол №7 от 02.04.2003 г.

Общая редакция: Зав. кафедрой, профессор Оганесян Э.Т.

Рецензенты: профессор Компанцев В.А., доцент Саушкина А.С.

Редакционный совет:

Карпова В.В.; Браташова Т.М. (отв. секретарь)

1.1 Классификация и основные разновидности номенклатуры

1.3 Заместительная номенклатура функциональных производных

2.2 sp 3 -Гибридизация. Строение алканов. Прогнозирование

2.3 Cтроение циклоалканов. Прогнозирование реакционной

2.4 sp 2 -Гибридизация. Строение этилена. Прогнозирование

2.5 Строение бутадиена-1,3. Понятие о сопряжении. Влияние

2.7 sp-Гибридизация. Строение ацетилена и реакционная

	способность алкинов...............................................................................................
	Электронное строение гетероциклических соединений.
Прогнозирование реакционной способности на основе анализа строения.............
		Особенности строения sp2 -гибридного атома азота....................................
		Электронное строение пиридина...................................................................
		Электронное строение пиррола.....................................................................
		Электронное строение пиразола...................................................................
	Изомерия органических соединений.......................................................................
		Виды изомерии................................................................................................
		Свойства хиральных соединений..................................................................
		Правила работы с проекционными формулами Фишера.............................
	Стереохимическая номенклатура............................................................................
		D-, L-система обозначений.............................................................................
		R-,S-система обозначений.............................................................................
	Классификация и механизмы органических реакций...........................................
		Классификация реакций.................................................................................
		Механизм реакций радикального замещения (SR ) .......................................
		Механизм реакций электрофильного замещения (SE ) ................................
		Механизм реакции нуклеофильного замещения (SN ) у
	sр3 -гибридного атома углерода..............................................................................
		Механизм реакций электрофильного присоединения (AdE ) ........................
		Механизм реакций нуклеофильного присоединения (AdN ) ..........................
	Реакционная способность и способы получения органических веществ в
схемах.............................................................................................................................

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее учебное пособие как раз и призвано помочь студентам в сжатой и доступной форме получить сведения,

касающиеся строения и свойств важнейших классов органических соединений.

1. ОСНОВЫ КЛАССИФИКАЦИИ И НОМЕНКЛАТУРЫ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

1.1 Классификация и основные разновидности номенклатуры органических соединений

леродные цепи не имеют циклов); б) циклические (углеродные цепи замкнуты в циклы);

III - по наличию функциональных групп вещества относят к различным классам (важнейшие представлены в табл.1).

1.2 Заместительная номенклатура углеводородов

Углеводороды - это вещества, молекулы которых состоят только из атомов углерода и водорода.

Чтобы дать название ациклическому углеводороду по заместительной номенклатуре надо:

1 . Выбрать родоначальную структуру, используя следующий порядок:

1) максимальное число кратных (двойных, тройных) связей;

2) максимальная длина цепи;

3) максимальное число заместителей (радикалов).

2* . Пронумеровать родоначальную структуру так, чтобы наименьшие значения (локанты) получили:

1) кратные связи;

2) углеводородные заместители.

3 . Назвать все радикалы (см. табл.2)

4. Составить название согласно следующей схеме:

Приставка

Окончание

Углеводородные

Ан - алканы

заместители

углеводородная

Ен - алкены

указывающие

по алфавиту

цепь(родоначаль-

Ин - алкины

положения

ная структура)

Диен - алкадиены

кратных связей

Например:

3-этилгексан

C2 H5

3-метил-3-этилпентен-1

CH3 2

(CH2 )

C3 H7 CH3

3,3,4-триметил-4-пропилнонин-1

2-изопропилбутадиен-1,3 или 2-(1-метилэтил)бутадиен-1,3

Таблица 1

				Таблица 2
		Названия некоторых углеводородных заместителей
			Названия
			тривиальное,	систематическое
			допускаемое


CH3 -
		(C H -)



			изопропил	1-метилэтил

CH3 -CH2 -CH2 -CH2 -
	CH CH2		изобутил	2-метилпропил

			втор-бутил	1-метилпропил

			трет-бутил	1,1-диметилэтил


			II Алкенилы

		CH2 -		пропен-2-ил
			III Алкинилы
			не используется
	C CH2 -		не используется	пропин-2-ил


		(C6 H5 -)
				2-метилфенил

				фенилметил

				2-фенилэтенил

CH2 -CH2 -CH3

CH C2 H5

втор-бутилбензол

1-метил-2-пропилциклопентан

Для некоторых циклических углеводородов правила ИЮПАК допускают следующие тривиальные названия:


						C CH3

	орто-ксилол	мета-ксилол
		мета-ксилол		пара-ксилол
				пара-ксилол










нафталин
нафталин			антрацен
			антрацен

					фенантрен








H3 C C CH3
H3 C C CH3

1.3 Заместительная номенклатура функциональных производных углеводородов

Функциональные группы (Ф.Г.) - группы атомов неуглеродного
характера, замещающие атомы водорода в углеводородной цепи и
определяющие свойства (функцию) соединений.
Важнейшими функциональными группами являются:
				Таблица 3

	Название	Название		Название
		гидрокси-
			SO3 H

		карбонил-
				алкилтио-
		карбоксил-


		карбамоил-





		карбонил-
По природе и количеству ФГ органические соединения делят на следую-
щие группы:

Функциональные производные углеводородов

Монофункциональные

Полифункциональные

Гетерофункциональные

одинаковых Ф.Г.)

1) с функциональной группой (для монофункциональных соединений);

2) с большим числом функциональных групп (для полифункциональных соединений);