Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья

С.Ю. Елисеев

Общие представления

По возможности атомов соединяться вместе в длинноватые цепи углерод занимает особенное положение в повторяющейся системе. Углерод может соединяться практически со всеми хим элементами с образованием молекул цепной и повторяющейся (кольчатой) структуры самых разных размеров. В состав цепей и циклов молекул органических соединений, не считая атомов Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья С, могут заходить Н, О, S, N, P, As, Si, Ge, Sn, Pb, B, Ti и другие элементы.

Органическая химия – это химия соединений углерода, атомы которого связаны с атомами других частей ковалентными, в большей степени не достаточно поляризованными связями.

Органические соединения, либо соединения углерода, отличаются от неорганических многочисленностью и разнообразием перевоплощений Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья. Если неорганических соединений насчитывается порядка 200 тыщ, то органических соединений понятно выше 2 миллионов.

Законы химии управляют поведением как неорганических, так и органических веществ. Но органические соединения имеют ряд отличительных особенностей. Так, большая часть неорганических соединений – тугоплавкие вещества, а для органических соединений типично состояние газов, жидкостей и низкоплавких жестких тел Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья; большая часть неорганических соединений не горючи, органические легче окисляются и пылают, чем неорганические.

К низкомолекулярным относят органические соединения с длиной цепи от 2 до 50 углеродных атомов, к высокомолекулярным – с длиной цепи порядка 200-200000 углеродных атомов и молекулярным весом порядка 104-106 у.е.

Органические соединения при длине цепи порядка 200 атомов углерода владеют уже Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья смолоподобными и каучукоподобными качествами.

Если цепи атомов кислорода, азота, фосфора, серы, бора и других частей не достаточно устойчивы, то длинноватые цепи атомов углерода в силу большой энергии С-С - связи (339 КДж) - очень устойчивы.

Области внедрения

Фармацевтические вещества.

Высокомолекулярные органические соединения: полимерные смолы и органическое стекло; пластические массы (пластмассы Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья) и синтетические волокна; синтетический каучук.

Красящие вещества (красители).

Гербициды (вещества, уничтожающие сорняки).

Инсектициды и фунгициды (вещества, уничтожающие, соответственно насекомых и грибы).

Дефолианты (вещества, ускоряющие опадение листьев; применение их укоряет созревание хлопчатника и упрощает машинную уборку).

Десиканты (соединения, содействующие высушиванию растений на корню).

Витамины (сложные физиологически активные органические вещества, отсутствие которых в Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья еде человека либо животных ведет к нарушению обычных функций организма).

Ферменты (сложные органические соединения, являющиеся био катализаторами, вызывающими процессы брожения, расщепления жиров, белков и т.п.)

Консерванты (органические вещества, предохраняющие от закисания и порчи вина, соки, варенья, маринады и другие пищевые продукты).

Органическая химия достигнула большущих фурроров в исследовании Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья состава и переработке каменного угля, нефти и природного газа; таким макаром, она плотно сплетена с угольной, нефтяной и газовой отраслями индустрии, обеспечивающими с одной стороны, получение разных видов горючего, с другой – сырьем разные производства. Так, каменный уголь употребляют не только лишь как горючее, методом переработки из него добывают Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья нужный для металлургии кокс, а так же светильный газ и каменноугольный деготь. Последний, свою очередь служит источником для получения бессчетных органических соединений, нужных для синтеза ВМС, красителей, фармацевтических и взрывчатых веществ и т.п. Из нефти методом её перегонки получают разные виды горючего, смазочные материалы и другие ценные продукты. Природный газ Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья, в особенности попутный нефтяной газ, также представляет собой ценное хим сырье и горючее, применяемое как в индустрии, так и в быту.

Теория хим строения

Сотворена в 1858-1861 г.г. в русским химиком А. М. Бутлеровым.

Главные положения теории хим строения:

Молекулы веществ - представляют собой реально имеющиеся вещественные частички Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья, владеющие определенным хим строением. Т.е. атомы, образующие их, соединяются вместе в определенной, соответствующей для каждого вещества последовательности и взаимно оказывают влияние друг на друга.

Строение молекул вещества познаваемо и может быть установлено методом исследования параметров вещества, товаров его перевоплощений, также методом его разложения и синтеза.

Характеристики вещества определяются его высококачественным Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья и количественным составом и хим строением его молекул. Вещества, имеющие однообразные состав и молекулярный вес, но различное строение, отличаются по своим свойствам; в этом заключается явление изомерии.

Обоюдное воздействие атомов, образующих молекулу, определяет обскурантистскую способность каждого из их; хим нрав одних и тех же атомов в разных Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья молекулах находится в зависимости от того, с какими атомами они связаны в данной молекуле.

Углерод в органических соединениях, обычно, четырехвалентен; атомы его способны соединяться не только лишь с другими атомами, да и вместе, образуя цепи; последние могут замыкаться с образованием циклов. Это свойство углерода и явление изомерии и обуславливают обилие органических Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья веществ.

В развитии и обосновании теории хим строения огромную роль сыграли российские химики – ученики и последователи А.М. Бутлерова: В.В. Марковников, А.М. Зайцев, Е.Е. Вагнер, Н.Д. Зелинский, М.И. Коновалов, А.Е. Фаворский и др.

Электрическое строение органических соединений

Нрав связей в Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья органических соединениях

Для молекул органических соединений более свойственны ковалентные связи. Как понятно, атом углерода имеет четыре валентных электрона. В согласовании с его положением в повторяющейся системе частей (2 период, I группа, порядковый номер 6) углерод крепко держит электроны в собственном наружном слое и в то же время не склонен отымать электроны Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья у других атомов. Потому связь атомов углерода с атомами разных частей и вместе осуществляется методом образования обобщенных пар, т.е. с помощью ковалентных связей. Электрические структурные формулы, к примеру, простых углеводородов – метана и этана – имеют последующий вид (для сопоставления рядом с ними приведены обыденные структурные формулы):

Н Н Н Н Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья Н Н

. . ½ . . . . ½½

Н : C : Н Н¾C¾Н Н : C : C : Н Н¾C¾C¾Н

. . ½ . . . . ½½

Н Н Н Н Н Н

Рис. 1 Электрическая и рядовая структурные формулы метана и этана.

Атом углерода, обычно, образует четыре ковалентные связи, т.к Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья. исключительно в этом случае у него создается устойчивый восьмиэлектронный наружный слой. Этим разъясняется то, что почти всегда валентность углерода равна четырем. В молекуле метана углерод образует ковалентные связи с 4-мя атомами водорода, у каждого из которых создается устойчивый двухэлектронный слой. В молекуле этана одна из электрических пар производит Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья ковалентную связь меж 2-мя углеродными атомами.

Из сравнения электрических формул метан и этана с обыкновенными структурными формулами следует, что любая обычная связь меж атомами осуществляется одной обобщенной электрической парой. Соответственно в субстанциях с кратными связями двойная связь появляется вследствие образования соединяющимися атомами 2-ух, а тройная – 3-х обобщенных электрических пар. Электрические Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья структуры и обыденные структурные формулы, к примеру, этилена и ацетилена имеют вид:

Н Н

. . . . Н Н

C::C >C = C< Н : C:::C : Н H¾C º C¾H

. . . . Н Н

Н Н

Н2С = СН2 НС º СН

Рис. 2. Электрическая и рядовая структурные формулы метана и этана.

Состояние валентных электронов в атоме Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья углерода

Из курса неорганической химии понятно, что электрическая структура невозбужденного атома углерода может быть выражена формулой 1s22s22p2, т.е. во 2-м (наружном) электрическом слое у него два спаренных (с обратными спинами) s- электрона и только два неспаренных p-электрона, которые могут участвовать в образовании ковалентных связей Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья. Как следует, углерод был должен бы проявлять валентность, равную двум, но в большинстве собственных соединений он четырехвалентен – образует четыре ковалентные связи. Это разъясняется тем, что при издержке некой энергии происходит "расспаривание" 2s- электронов: какой-то из них переводится на свободную орбиту подуровня 2p, и атом перебегает в возбужденное Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья состояние (2s22p2 2s12p3), либо графически:

2p 2p
2s 2s
С C*

обычное состояние возбужденное состояние

Таким макаром, у атома углерода, участвующего в образовании 4 ковалентных связей, во наружном электрическом слое, как было показано ранее, четыре валентных электрона. Состояние их не идиентично. Какой-то из них (s- электрон), двигаясь вокруг ядра образует шаровое скопление Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья (рис.3), схожее облаку электрона в атоме водорода (s-состояние электрона). Облака 3-х других электронов (p- электроны) имеют форму больших восьмерок (гантелей) с "перетяжкой" в области ядра и нацеленных в 3-х взаимно перпендикулярных направлениях (p- состояния электрона).

Рис. 3. Негибридизованные 2р(x y z) (а, б, в) и 2s орбитали (г Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья) атома углерода и орбитали атома углерода в состоянии sp3-гибридизации (д).

Когда углерод, проявляя валентность четыре, соединяется ординарными (простыми) связями с 4-мя другими атомами, электрическая плотность туч всех 4 валентных электронов перераспределяются. Происходит гибридизация 1-го s- состояния и 3-х p- состояний электронов. В итоге во наружном электрическом слое связанного углеродного атома появляются четыре Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья схожих гибридных состояния. Занимая эти состояния, валентные электроны образуют гибридные облака, имеющие вид деформированной восьмерки (Рис.3 д), большая часть которой ориентирована от ядра по полосы связи с другим атомом.

Такое состояние валентных электронов атома углерода именуют sp3- гибридизацией (1-ое валентное состояние углерода). Все четыре гибридных облака имеют определенную направленность Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья в пространстве под углом 109о28' друг к другу, что соответствует о тетраэдрической направленности связей атома углерода.

Образование обычных связей

Как показано ранее, обычная ковалентная связь меж атомами появляется парой обобщенных электронов. Образование этой пары в свете представлений квантовой механики заключается во обоюдном перекрывании туч электронов, осуществляющих связь; перекрывание Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья происходит при сближении атомов на определенное расстояние. Меж этими атомами на прямой, соединяющей их центры, появляется большая электрическая плотность (область наибольшего перекрывания туч). К этой области завышенной плотности отрицательного заряда притягиваются положительно заряженные ядра атомов, следствием чего и является появление хим cвязи.

На рис. 4 представлены схемы образования неких связей. Обычная Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья связь меж атомами водорода и углерода H-C (либо H:C) является следствием перекрывания шарообразного облака электрона атома водорода и гибридного облака 1-го из валентных электронов атома углерода. Обычная связь меж 2-мя углеродными атомами C—C (либо C:C) осуществляется вследствие перекрывания 2-ух гибридных туч углеродных атомов.


Рис. 4. Разные Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья виды перекрывания орбиталей при образовании

s-связей: а- перекрывания 1s - орбиталей атомов водорода (Н — Н);

б- перекрывание 1s-орбитали атома водорода с гибридной орбиталью атома углерода (С—Н); в- перекрывание 2-ух гибридных орбиталей атомов углерода (С—С).

Связи обозначенного типа, в каких наибольшее перекрывание электрических туч осуществляется на Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья полосы меж центрами атомов, именуются s-связями, а электроны, участвующие в их образовании, s - электронами. Любая ковалентная связь характеризуется определенным расстоянием меж ядрами соединенных атомов. Это расстояние именуется межъядерным расстоянием, либо длиной связи. Длина обычной связи C—C составляет 1,54 А (0,154 нм).

Образование двойных связей

Двойная связь, к примеру Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья связь C=C, образована 2-мя обобществленными электрическими парами C::C. Но состояние каждой из их не идиентично. К примеру, в молекуле этилена H2C=CH2 при образовании двойной связи в каждом из атомов углерода появляется только три гибридных состояния - в итоге гибридизации s- состояния и 2-ух p- состояний (sp Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья2- гибридизация). В данном случае у каждого углеродного атома одно из p- состояний не участвует гибридизации и остается постоянным.

Три гибридных облака каждого из углеродных атомов этилена участвуют в образовании 3-х s-связей (2-ое валентное состояние углерода). В этилене всего 5 s-связей (четыре C—H и одна С—С). Они все Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья размещены в одной плоскости, любая под углом 120о к примыкающей связи (рис. 5):

Таким макаром, одна из электрических пар двойной связи меж атомами углерода производят обыденную s-связь, 2-ая электрическая пара появляется электронами не участвующими в гибридизации и сохранившими p-состояние. Облака этих электронов, сохранившие форму больших восьмерок, ориентированы перпендикулярно Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья к плоскости, в какой размещены s-связи молекулы этилена и перекрываются над и под этой плоскостью.


Рис. 5. Перекрывание 2-ух негибридизованных 2р-обриталей в молекуле этилена: а- объемное изображение перекрывающихся негибридизованных 2р-орбиталей; б- схематическое изображение этих орбиталей на плоскости.

Связь, осуществляемую таковой парой электронов, именуют p-связью, а образующие ее Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья электроны - p- электронами. Как показано на рис. 6 , p-связь появляется в плоскости, перпендикулярной плоскости расположения s-связей.

Двойная связь, являющаяся сочетанием s- и p-связей, по нраву значительно отличается от обычный связи. Центры углеродных атомов в этилене находятся на расстоянии 1,34 А (0,134 нм), т.е. длина двойной связи несколько меньше Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья, чем обычной.

Образование тройных связей

Тройная связь CºC образована 3-мя парами обобществленных электронов C:::C. Состояние этих пар не идиентично, так же как в случае двойной связи. Одна из их представляет собой s-связь, две другие - p-связи. Поясним это на примере ацетилена HCºCH. При Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья образовании тройной связи в каждом углеродном атоме гибридизируется одно s- и одно p- состояния электронов (sp-гибридизация). У каждого углеродного атома появляется два гибридных состояния, а два p- состояния не участвуют в гибридизации и сохраняют свою конфигурацию (рис. 6).

Два гибридных облака каждого атома С в ацетилене Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья участвуют в образовании 2-ух s-связей (третье валентное состояние углерода). В ацетилене всего три s-связи (одна C—C и две C—H), расположенные на одной прямой. В итоге же перекрывания туч электронов, сохранивших p-состояние, появляются две p-связи, образованны и 2-ух взаимно перпендикулярных плоскостей (рис. 6). Тройная связь Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья в ацетилене имеет длину 1,20 А (0,120 нм), т.е. углеродные атому сближены еще более, чем в случае двойной связи.


Рис. 6. Перекрывание 4 негибридизованных 2р-орбиталей в молекуле ацетилена: а- объемное изображение 4 перекрывающихся 2р-орбиталей; б- схематическое изображение этих орбиталей в 2-ух взаимно перпедикулярных плоскостях.

Изомерия

Еще в 1814 г. французский ученый Гей Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья-Люссак установил, что некие вещества при одном и том же высококачественном и количественном составе владеют разными физическими и хим качествами. К примеру, состав C2H6O и, соответственно, молекулярный вес 46,07 имеют два разных изомерных органических вещества: этиловый спирт – жидкость, кипящая при 78,4 оС, смешивающаяся с водой в всех соотношениях, и диметиловый эфир – газ Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья, практически не растворимый в воде и значительно отличающийся от этилового спирта по химически свойствам.

Это явление, заключающееся в существовании нескольких хим соединений с схожим высококачественным и количественным составом, но хороших по физическим и хим свойствам, было названо изомерией. Обозначенные соединения получили заглавие изомеров.

Суть явления изомерии была Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья раскрыта в теории Бутлерова. Выяснилось, что изомерия обоснована разным хим строением, т.е. различием в порядке соединения атомов в молекулах при одном и том же составе и молекулярном весе веществ.

Для каждого из 3-х простых углеводородов (метана, этана и пропана) может быть по одной структурной формуле:

H H H H H Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья H

ïïïïïï

H¾C¾H; H¾C¾C¾H; H¾C¾C¾C¾H.

ïïïïïï

H H H H H H

В молекуле пропана 4-ый углеродный атом может быть присоединен или к одному из 2-ух последних углеродных атомов, или к среднему Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья. Цепь из 4 атомов углерода, как лицезреем, дает начало двум изомерным молекулам состава C4H10 с разными углеродными скелетами:

H H H H H H H

ïïïïïïï

H¾C¾C¾C¾C¾H (1), H¾C¾¾C¾¾C¾H (2)

ïïïïïïï

H H H H Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья H H¾C¾H H

ï

H

изображаемым сокращенно:

CH3—CH2—CH2—CH3 (1), CH3—CH—CH3 (2).

ï

CH3

1-ый изомер углеводорода бутана C4H10 имеет прямую (нормальную) цепь. 2-ой изомер – изобутан – разветвленную цепь атомов углерода.

Для углеводорода пентана C5H12 различия в последовательности связи углеводородных атомов приводят к образованию Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья 3-х изомеров:

обычный пентан изопентан

СН3—СН2—СН2—СН2—СН3 СН3—СН—СН2—СН3

СН3 ½

½ СН3

тетраметилметан СН3—С—СН3

½

СН3

С повышением числа атомов углерода в молекуле резко увеличивается число изомеров. Известны все 9 структурных изомерных гептанов C7H16, предсказанных теорией хим строения. Для углеводородов C10H22 может быть 75 структурных Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья изомеров, для C11H24 159 изомеров, для C12H26 802 изомера, для C14H30 1858 изомеров, для – C20H42 366319 изомеров.

Явление изомерии – одна из важных обстоятельств существования огромного числа органических соединений.

Характеристики органических соединений зависят от присутствия – многофункциональных групп (—ОН у спиртов; >С=О у альдегидов и кетонов; —СООН у Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья карбоновых кислот; —NH2 у аминосоединений; F, Cl, Br, J у галогенпроизводных и т.д.). Многофункциональные группы обуславливают важные характеристики и сначала хим поведение молекул. Исследование спектров молекул показало, что многофункциональные группы имеют характеристические частоты, не достаточно отличающиеся для отдельных представителей каждого класса органических соединений.

Изомерия свойственна не только Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья лишь для линейных, да и для повторяющихся молекул:

СН3

Циклогексан СН2 метилциклопентан ½

СН2 СН2 СН

СН2 СН2

СН2 СН2

СН2 СН2—СН2

Структурная изомерия может иметь место и при схожем углеродном скелете, если многофункциональные группы занимают различное положение в молекуле. Порядок связи атомов в молекуле пропана выражается одной структурной Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья формулой: CH3—CH2—CH3. Замещение 1-го из атомов водорода пропана гидроксильной группой приводит к получению 2-ух изомерных спиртов:

CH3—CH2—CH2OH (1) CH3—CHOH—CH3 (2)

пропиловый спирт изопропиловый спирт

Эти структурные изомеры отличаются положением в молекуле многофункциональной гидроксильной группы, соответствующей для класса спиртов.

Обоюдное воздействие атомов

Хим поведение – обскурантистская способность 1-го и такого Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья же атома, изменяющаяся в разных молекулах под воздействием конкретно связанных с ним атомов, также под воздействием отдаленных атомов и атомных групп.

Так, к примеру, атом водорода в соединении с хлором, кислородом и азотом (H—Cl, H—O—H, N— ) проявляет разные характеристики. Водород соляной кислоты очень поляризован Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья (протонирован) и просто замещается металлами, водород воды наименее очень поляризован и потому замещается только активными металлами и, в конце концов, водород аммиака очень слабо протонирован и может быть замещен только самыми активными металлами. Различное воздействие атомов Cl, O и N на процесс протонизации – причина различной активности атомов водорода в рассматриваемых Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья молекулах.

Воздействие атомов кремния и углерода в молекулах тетрахлоридов- кремния SiCl4 и углерода CCl4 проявляется в различном хим поведении в этих соединениях атомов хлора. Так, при действии воды в молекуле SiCl4 атомы хлора совсем не сложно замещаются на гидроксильные группы, тогда как в молекуле ССl4 обмена атомов хлора на гидроксильные Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья группы не происходит.

Атом каждого элемента оказывает влияние спецефическим образом на хим поведение других атомов, составляющих молекулу, и совместно с тем, сам подвергается воздействию всей молекулы в целом. Теория хим строения не только лишь раскрыла единство части и целого в молекуле и в хим содействии конкретно связанных Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья вместе атомов, да и указала на существование в молекулах хим воздействия атомов, конкретно не связанных вместе. К примеру, в молекулах хлорэтана (хлористого этила) CH3—CH2—Cl и хлорэтилена (хлористого винила) CH2=CH—Cl различное воздействие на атом хлора этильной (CH3—CH2—) и винильной (CH2=CH—) групп обуславливает и различную его обскурантистскую Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья способность. Если в хлорэтане атом хлора очень подвижен и обладает высочайшей обскурантистской способностью, то в молекуле хлорэтилена атом хлора инертен.

Структурные формулы выявляют главные, конкретные связи и сильные хим взаимодействия атомов в молекуле, характеризуя главные особенности ее хим строения и обскурантистской возможности.

Основная награда в становлении законов и Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья правил обоюдного воздействия атомов в молекуле принадлежит В.В. Марковникову (1837-1904).

Таутомерия

Бутлеров рассматривал хим связь как особенный вид движения атомов. Он считал, что молекулы находятся в неизменном движении и превращении, подвергаясь разнообразным внутренним перестройкам. В свете теории Бутлерова представления об стойкости и неустойчивости изомерных форм молекул являлся Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья чисто формальным, т.к. в неких случаях изомерные молекулы так просто перебегают друг в друга, что оба изомера находятся в состоянии подвижного равновесия

СН3—С—СН2—СООС2Н5 СН3—С=СН—СООС2Н5,

½½½

О ОН

кетонная форма енольная форма

ацетоуксусный эфир

а в других, напротив, равновесие меж изомерами очень либо Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья практически вполне сдвинуто в сторону 1-го из их

СН3 СН3 СН3 СН3

СH ¾¾¾¾® СBr

½¬½

СН2Br СН3.

Обоюдные перевоплощения изомеров могут осуществляться без какого-нибудь наружного воздействия, и, напротив, время от времени требуются насыщенные наружные воздействия (катализаторы) для того, чтоб вызвать обратимые Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья переходы изомеров друг в друга.

Распространенное в органической химии явление, заключающееся в существовании 2-ух либо нескольких изомерных форм молекул, находящихся в состоянии динамического равновесия, именуется таутомерией. В текущее время установлено, что меж явлениями изомерии и таутомерии нет резкой границы. Исследования проявили, что при одних наружных воздействиях вещества могут быть полностью устойчивыми Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья изомерами, тогда как при других – таутомерами.

Общие представления о стереохимии

Предстоящим развитием теории строения явилось создание стереохимии – учения о пространственной структуре органических молекул. В 1874г. голландский химик Я. Вант-Гофф и французский химик Ле-Бель сразу и независимо друг от друга высказали догадку о том, что молекулы органических Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья веществ имеют пространственное, объемное строение.

Пространственное строение молекул обосновано тем, что валентные связи углеродного атома размещены не в плоскости, а спецефическим образом ориентированы в пространстве; атом углерода, связанный с 4-мя одновалентными атомами либо атомными группами, является вроде бы центром тетраэдра – четырехгранной пирамиды (рис. 7), а его валентные связи ориентированы к Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья верхушкам тетраэдра (H). В этих верхушках помещаются соединенные с атомом углерода одновалентные атомы либо атомные группы. В итоге молекулы органических веществ имеют объемность, пространственное строение.

Рис. 7 Модели пространственного строения молекулы метана:

А – тетраэдрическая; б – шаростержневая; в – по Бригдебу.

Оказалось, что и при схожей последовательности связей в молекулах Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья, вероятна изомерия, обусловленная разным расположением атомов в пространстве. Этот вид изомерии именуется пространственной изомерией либо стереоизомерией.

Стереоизомеры могут содержать асимметричный атом углерода, соединенный с 4-мя разными атомами либо атомными группами (рис. 8). Органические вещества, содержащие асимметричный углеродный атом, есть в виде 2-ух изомерных молекул с разным пространственным расположением атомов. Эти Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья стереоизомерные молекулы относятся друг к другу как предмет к зеркальному изображению и именуются энантиомерами (асимметричный атом углерода в формулах обозначается звездочкой):

CH3—C*HOH—COOH молочная кислота

Стереоизомеры, владея схожими хим и физическими качествами, отличаются меж собой оптической активностью, т.е. по отношению к поляризованном свету. Любой из их крутит плоскость поляризованного луча Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья в обратном направлении, являясь оптическим антиподом.

Поляризация связей

Когда ковалентной связью соединяются схожие атомы, обобщенная электрическая пара в одинаковой мере принадлежит им обоим. По другому обстоит дело, если ковалентной связью соединены атомы разных частей,


Рис. 8 Энантиомеры молочной кислоты.

владеющие различной электроотрицательностью (ЭО) (т.е. способностью притягивать обобщенные электроны Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья, образующие ковалентную связь). В данном случае обобщенная электрическая пара оказывается в той либо другой мере смещенной (оттянутой) сторону более ЭО- атома. В итоге у этого атома появляется некий (лишний либо частичный) отрицательный заряд, а у атома, от которого электрическая пара оттянута, - равный по величине положительный заряд. Связь меж такими Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья атомами является поляризованной связью.

Так, к примеру, в молекуле хлора обобщенная электрическая пара в равной степени принадлежит обоим атомам, в молекуле же органического вещества – хлористого метила CH3Cl пара электронов, осуществляющая связь меж хлором и углеродом, смещена в сторону несколько более электроотрицательного хлора (и условно может быть изображена d Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья+ и d-):

Cl : Cl H3Cd+ : Cld- H3Cd+ ® Cld-

I II III

У хлора появляется некий отрицательный заряд, у углерода – положительный, ковалентная связь меж этими атомами в хлористом метиле поляризована. Как показано в формуле II, частичные заряды атомов, соединенных поляризованной связью, принято обозначать греческой буковкой d (дельта) со знаком Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья плюс и знаком минус соответственно. Смещение электрической пары в поляризованной обычный ковалентной связи обычно обозначают стрелкой на середине черточки, выражающей эту связь, как представлено в формуле III.

Чем более поляризована связь, т.е. чем больше осуществляющая ее пара смещена к одному из атомов, тем больше эта Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья связь по собственному нраву приближается к ионной связи и тем выше обскурантистская способность соединенных таковой связью атомов.

Степень поляризации связи меж 2-мя атомами, а как следует, и ее крепкость, зависят от воздействия других соединенных с ними атомов либо атомных групп. А именно, связь С—С меж 2-мя формально схожими углеродными атомами Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья, может быть поляризованной, если любой из их в свою очередь соединен с разными атомами либо группами. В особенности склонны к поляризации двойные и тройные связи.

В молекулах с двойными связями p-электроны, образующие p-связь, сдвинуты в направлении более электроотрицательного атома:

R2C=O, R2C=CH Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья2, R3C—N=O.

Изогнутая стрелка показывает направление смещения p-связей.

Взаимодействие электронов p-связей с электронами других участков ненасыщенной молекулы вызывает ее электронную асимметрию.

В молекулах соединений с кратными связями p-связи существенно легче поляризуются, чем s-связи. В итоге поляризации атомы, связанные двойной связью, получают частичные (неполные Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья) электронные заряды:

R2Cd+=Od- R2Cd+=CH2d- R3C—Nd+=Od-

Молекулы, содержащие две либо несколько чередующихся двойных связей, разбитых s-связью, именуются сопряженными системами:

>C=C—C=CC=C—C=O >C=C—N=O

úúúúú

В сопряженных системах электроны p-связей находятся в поле всех углеродных ядер и потому изменение Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья рассредотачивания электронов в одной части молекулы вызывает перегруппировки электронов во всех других ее частях, как в едином целом.. Таковой тип взаимодействия атомов именуют сопряжением связей.

Органические молекулы с довольно отлично развитой системой сопряженных связей проявляют полупроводниковые характеристики.

Индуктивный эффект и типы заместителей

Развивающаяся на базе современной квантовой механики Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья электрическая теория позволила поглубже подойти к закономерностям обоюдного воздействия атомов в молекулах. Рассматривая проявления обоюдного воздействия атомов как итог разных типов смещения электронов межатомными связями, можно разъяснить направление многих реакций и перевоплощений молекул.

В молекулах, построенных из схожих атомов и атомных групп, электрическая пара ковалентной связи умеренно распределена меж ядрами Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья (остовами атомов):

Cl—Cl; Br—Br; CH3—CH3

Обоюдное воздействие атомов обусловливает полярность и поляризуемость связей в органических молекулах. Электронная асимметрия ковалентной связи в органических молекулах, построенных из атомов с различной ЭО, изменяет состояние связей и заряды всех атомов молекулы.

Если в органической молекуле атом водорода Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья поменять на атом, владеющим более высочайшим сродством к электрону, то этот атом не только лишь оттягивает пару общих электронов с конкретно связанных углеродных атомов, да и вызывает смещение электрических пар у более удаленных атомов:

С®С¾®С—¾®Х

Этот тип обоюдного воздействия атомов именуется индукдуктивным эффектом. Индуктивный эффект Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья атомов и атомных групп может быть отрицательным (—J) и положительным (+J). Образцом сопоставления является водород, индуктивный эффект которого принят за нуль. –J - эффект проявляют заместители, владеющие огромным сродством к электрону, чем водород. +J - эффект проявляют заместители с наименьшим электрическим сродством:

Y—CR3 H—CR3 X—СR3

+J - эффект эталон —J - эффект

(Y Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья=Si /1,8/; P/2,1/) (H=0 /ЭО=2,1/) (X=N/3,0/; O/3,5/; F/4,0/; Cl/3,0/)

При индуктивном эффекте обоюдное воздействие атомов передается повдоль углеродной цепи с силой, затухающей по мере удаления от атома, притягивающего либо отталкивающего электроны.

Сравнение констант диссоциации органических кислот позволяет раскрыть индуктивное воздействие заместителей на силу кислот. Так, в хлоруксусной кислоте атом хлора Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья и карбоксильная группа имеют отрицательный индукционный (—J) - эффект и поэтому оттягивают к для себя электроны. Воздействие атома хлора через углеродную цепь на карбоксильную группу усиливают протонирование атома водорода этой группы и тем наращивает диссоциацию кислоты.

Если константа диссоциации уксусной кислоты К=1,82×10-5, то у хлоруксусной кислоты она Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья в 85 раз больше (К=155×10-5). Предстоящее замещение атомов водорода в углеводородном радикале уксусной кислоты атомами хлора с (—J) - эффектом вызывает резкое увеличение кислотных параметров:

Уксусная кислота CH3—CОOH 1,82×10-5;

Монохлоруксусная кислота CH2Cl—CОOH 155×10-5;

Дихлоруксусная кислота CHCl2—CОOH 5000×10-5;

Трихлоруксусная кислота CCl3—CОOH 30000×10-5.

Если заместители, владеющие (-J)-эффектом, разделены от карбоксильной группы увеличивающимся Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья числом метиленовых групп, которые являются нехорошими проводниками электрических воздействий, то диссоциация кислот должна уменьшиться. Константы диссоциации a-, b- и g-хлормасляных кислот демонстрируют постепенное затухание индукционного эффекта по цепи атомов:

a-хлормасляная кислота CH3—CH2—CHCl—CОOH 139×10-5;

b-хлормасляная кислота CH3—CHCl—CH2—CОOH 8.9×10-5;

g-хлормасляная кислота СН2Cl Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья—CH2—CH2—CОOH 3×10-5.

Величина (—J)-эффекта увеличивается с повышением номера группы повторяющейся системы и миниатюризируется для частей одной и той же группы с увеличением порядкового номера элемента. При всем этом атомы, владеющие кратными связями, посильнее притягивают электроны, чем надлежащие атомы с простыми связями.

Величина (+J)-эффекта увеличивается с увеличением порядкового номера Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья элемента.

Поляризуемость связей находится в зависимости от энергетического состояния электронов и тем больше, чем больше главное квантовое число (n) частей, участвующих в образовании связи. Подвижность электронов 1-го и такого же квантового уровня определяется орбитальным квантовым числом (l).

Реакции органических веществ

Исследование хим поведения – обскурантистской возможности органических веществ показало, что Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья разрыв ковалентной связи меж атомами может осуществляться так, что электрическая пара остается у 1-го их 2-ух ранее связанных атомов:

А : В ¾® А+ + :В-


Таковой тип разрыва ковалентной связи, приводящий к появлению свободных ионов, именуется гетеролитическим расщеплением.

Образование ковалентных связей в процессе гетеролитических реакций происходит методом передачи электрических пар Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья свободным органическим анионам:

А : В + С : Д ¾® А : Д + С : В

Большая часть реакций меж органическими соединениями являются гетеролитическими реакциями. Если ионные реакции неорганических молекул обычно протекают одномоментно, то ионные реакции органических молекул могут протекать медлительно по стадиям.

Так, к примеру, взаимодействие нейтральной либо слабополярной молекулы А—В Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья с ионами С+ и :Д- состоит из последующих 3-х стадий:

А—В ¾® А+ + :В- (I) Д:- + А+ ¾® А—Д (II)


В:- + С+ ¾® С—В (III)

Обскурантистская способность молекул, участвующих в гетеролитических реакциях, обоснована полярностью, поляризуемостью и сопряжением их связей. Совместно с тем, направление и Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья скорость реакций зависят от природы атакующего органическую молекулу реагента, природы растворителя, деяния катализаторов и других причин.

Полярные реагенты делятся на нуклеофильные и электрофильные. Нуклеофильные, либо электронодонорные, реагенты отдают свои электроны углеродному атому в органической молекуле, образуя с ним хим связь. Электрофильные, либо электроноакцепторные, реагенты получают электроны от углерода органической Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья молекулы, образуя с ним хим связь.

Нуклеофильными реагентами являются негативно заряженные ионы, молекулы с неподеленными парами электронов, молекулы с очень поляризованными либо просто поляризуемыми связями:

J-, Br-, Cl-, OH-, OR-, CN-, H2O, NH3, ROH.

К электрофильным реагентам относятся положительно заряженные ионы, молекулы с незаполненными электрическими оболочками, молекулы галогенов Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья, карбонильные соединения, ацетиленовые углеводороды:

Н+ илиН3O+, NH4+, NO2+, NO+, F2, Cl2, Br2, J2, AlCl3, BF3, RHal, R2C=O, —C=C— .

Нуклеофильные реагенты отдают электроны, и поэтому, их можно рассматривать, как восстановители. Электрофильные реагенты оттягивают электроны и тем проявляют окислительные характеристики. Подобно процессам окисления и восстановления нуклеофильные и электрофильные Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья реакции взаимно связаны.

Есть все ступени перехода от восстановителей к окислителям и от нуклеофильных реагентов к электрофильным. Зависимо от критерий и от природы атакующего реагента одни и те же вещества проявляют или нуклеофильные (восстановительные), или электрофильные (окислительные) характеристики.

К примеру, молекула акролеина CH2=CH—CH=O может по связи С=С Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья присоединять как нуклеофильный реагент – гидросульфит натрия, так и электрофильный реагент – молекулу хлора:

ОО

H2C=CH—C—H + NaHSO3 ¾® CH2—CH2—C—H

ú

О SO3Na О

H2C=CH—C—H + Cl2 ¾® CH2Cl—CHCl—C—H

В первом случае молекула акролеина проявляет электрофильные, а Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья во 2-м – нуклеофильные характеристики. Такие реагенты, как аммиак и вода, зависимо от критерий реакции и природы взаимодействующего с ними вещества, проявляют нуклеофильные и электрофильные характеристики.

Гомолитическое расщепление ковалентной связи происходит вследствие разрыва электрической пары:

А : В --- А× + ×В

Гомолитическая диссоциация молекул обычно вызывается тепловым и фотохимическим разложением органических веществ. Фотоны с достаточной энергией Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья превращают молекулы в свободные радикалы. Потому действие света, равно как и облучение УФ-лучами, инициирует процесс гомолитической диссоциации молекул. В итоге гомолитических реакций образуются свободные радикалы.

Свободные радикалы представляют собой электронейтральные частички с неспаренными электронами. Свободные радикалы подобно свободным одновалентным атомам, владея большой энергией, являются малоустойчивыми и очень Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья реакционноспособными частичками. Они не могут существовать долгое время и просто ведут взаимодействие не только лишь вместе (рекомбинация свободных радикалов), но с недиссоциированными молекулами с образованием устойчивых соединений. Но, есть и долгоживущие свободные радикалы с сопряженной системой связей.

В текущее время установлено, что многие органические реакции (окисления, галогенирования, нитрования и другие Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья) протекают с образованием свободных радикалов.

Конструктивные реакции обычно являются цепными реакциями, т.к. взаимодействие свободного радикала с молекулой приводит к образованию нового свободного радикала либо атома с развитием цепи хим перевоплощений. Примером цепных конструктивных реакций является реакция взаимодействия галогенов с углеводородами при освещении:

Сl : Cl + hn® 2Cl× инициирование Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья цепи

CH4 + Cl×®×CH3 + HCl î развитие либо рост

×CH3 + Cl2 ® CH3Cl + Cl×ì цепи

Обрыв цепи происходит вследствие исчезновения из газовой фазы свободных радикалов в итоге их рекомбинации:

Cl× + Cl× = Cl2 î

×CH3 + ×CH3 = C2H6 ì обрыв цепи

Предпосылкой обрыва цепи являются также столкновения радикалов со стенами сосуда и с молекулами Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья примесей.

При содействии свободных радикалов либо атомов с молекулами с двойными связями происходит гомолитический разрыв p-связи и образование нового свободного радикала:

Br2 + hn® Br× + Br×

Br× + >C=CCBr—C<

>CBr—CCBr—CBr<

Энергия, нужная для разрыва p-связи (пары электронов), тем меньше, чем больше устойчивость образующегося при всем этом свободного радикала.

Конструктивные реакции Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья – в большей степени реакции автокаталитические. Они играют главную роль в процессах полимеризации, ведущих к получению ценнейших полимерных материалов.

Систематизация органических реакций

По конечному результату:

А) реакции присоединения (R—CH=CH2 + Br2 ® R—CHBr—CH2Br);

Б) реакции отщепления (элиминирования)

(R—CHBr—CH2—R' + KOH ® R—CH = CH—R Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья' +KBr + H2O)

В) реакции замещения (RH + Cl2 ® RCl + HCl)

Г) реакции изомеризации (CH3—CH2—CH2—CH3 ® CH3—CH—CH3

ï

По механизму протекания: CH3

А) Гетеролитические (полярные и ионные) реакции

Нуклеофильные реакции (R :Cl + :OH- ® R : OH + :Cl-)

Электрофильные реакции ( R—NH2 + H+ ® R—NH3+)

Б) Гомолитические (конструктивные) реакции

Сl Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья : Cl + hn® 2Cl×

CH4 + Cl×®×CH3 + HCl

×CH3 + Cl2 ® CH3Cl + Cl×

3) По количеству молекул, участвующих в простой стадии, протекаю-

щей с меньшей скоростью:

Мономолеклярные,

Бимолекулярные и т.д.

Эти классы реакций неразрывно связаны меж собой, ибо реакции присоединения могут протекать по электрофильному, нуклеофильном либо конструктивному механизму, а реакции нуклеофильного замещения Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья при насыщенном атоме углерода могут осуществляться средством мономолекулярного, или бимолекулярного механизма.

Систематизация органических соединений

Органические соединения делят на три огромные группы:

Органические соединения с открытой цепью (ациклические) атомов углерода (алифатический либо жирный ряд). К этой группе органических соединений относят углеводороды и их производные, не содержащие в молекулах колец, либо Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья циклов.

Алифатические соединения разделяются на насыщенные (либо

предельные), содержащие в молекулах простые углерод- углеродные связи, и ненасыщенные (либо непредельные - олефины), содержащие в

молекулах двойные и тройные углерод - углеродные связи.

Карбоциклические (алициклические) соединения – органические

соединения, содержащие замкнутые в кольцо цепи атомов углерода:

Алициклические могут быть соединениями – насыщенными (циклопропан,

циклобутан Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья, циклопентан и т.д.) и ненасыщенные;

Ароматичные соединения, содержащие бензольное ядро (и другие соединения отвечающие правилу ароматичности Хюккеля). Нередко к ароматичным соединениям относят только соединения с бензоидной системой связей, т.е. арены (бензол и полициклические соединения, построенные из конденсированных бензольных колец) и их замещенные.

Гетероциклические соединения – соединения, в Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья построении колец которых

Участвуют не только лишь атомы углерода, да и атомы других хим

частей.

Органические соединения образуют гомологические ряды. Каждый следующий член гомологического ряда отличается от предшествующего на метиленовую группу CH2, которая именуется гомологической разностью. Гомологические ряды объединяют органические соединения с общими хим качествами и схожим хим строением.

Перечень литературы

Писаренко Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья А.П., Хавин З.Я. Курс органической химии. М., Высшая школа,

1975. 510 с.

Нечаев А.П. Органическая химия. М., Высшая школа, 1976. 288 с.

Артеменко А.И. Органическая химия. М., Высшая школа, 2000. 536 с.

Березин Б.Д., Березин Д.Б. Курс современной органической химии. М., Высшая школа, 1999. 768 с.

Ким А.М. Органическая химия Основные теоретические положения органической химии. Насыщенные (предельные) углеводороды - статья. Новосибирск, Сибирское институтское издательство, 2002. 972 с.



osnovnie-tipi-bintovih-povyazok.html
osnovnie-tipi-ekonomicheskih-sistem.html
osnovnie-tipi-flancev-i-ih-primenenie.html