Alcani(hidrocarburi saturate, parafine) - hidrocarburi saturate aciclice cu formula generala C n H 2n+2.În conformitate cu formula generală, se formează alcani serie omoloagă.
Primii patru reprezentanți au denumiri semi-sistematice - metan (CH 4), etan (C 2 H 6), propan (C 3 H 8), butan (C 4 H 10). Numele membrilor următori ai seriei sunt construite din rădăcină (cifrele grecești) și sufixul - ro: pentan (C 5 H 12), hexan (C 6 H 14), heptan (C 7 H 16), etc.
Atomii de carbon din alcani sunt în sp 3- stare hibridă. axele patru sp3- orbitalii sunt direcționați către vârfurile tetraedrului, unghiurile de legătură sunt 109°28.
Structura spațială a metanului:
Energia de legătură C-C E s - din\u003d 351 kJ / mol, lungimea legăturii C-C este de 0,154 nm.
Legătura C-C în alcani este covalent nepolar. Conexiune S-N - covalent slab polar.
Pentru alcani, începând cu butan, există izomeri structurali(izomeri de structură) care diferă în ordinea legării dintre atomii de carbon, cu aceeași compoziție calitativă și cantitativă și greutate moleculară, dar diferiți ca proprietăți fizice.
Metode de obţinere a alcanilor
1. CnH2n+2> 400-700°C> С p H 2p+2 + С m H 2m ,
Cracarea petrolului (metoda industrială). Alcanii sunt izolați și din surse naturale (gaze naturale și asociate, petrol, cărbune).
(hidrogenarea compușilor nesaturați)
3. nCO + (2n + 1)H 2 > C n H 2n+2 + nH 2 O (obținut din gazul de sinteză (CO + H 2))
4. (reacția Wurtz)
5. (reacția Dumas) CH 3 COONa + NaOH > t> CH4 + Na2CO3
6. (reacția Kolbe)
Proprietățile chimice ale alcanilor Alcanii nu sunt capabili de reacții de adiție, deoarece toate legăturile din moleculele lor sunt saturate, ele sunt caracterizate prin reacții de substituție radicală, descompunere termică, oxidare, izomerizare.
1. (reactivitatea scade în seria: F 2 > Cl 2 > Br 2 > (I 2 nu merge), R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > RCH 3)
2. (reacția lui Konovalov)
3. CnH2n+2 + SO2 + ?O2> h?> CnH2n+1S03H - acid alchil sulfonic
(oxidare sulfonică, condiții de reacție: iradiere UV)
4.CH4> 1000°C> C + 2H2; 2CH4> t>1500 °C> C 2 H 2 + ZN 2 (descompunerea metanului - piroliza)
5. CH4 + 2H20> Ni, 1300 °C> CO 2 + 4H 2 (conversie metan)
6. 2С n H 2n + 2 + (Зn + 1) O 2 > 2nCO 2 + (2n + 2) Н 2 O (arderea alcanilor)
7. 2n- C 4 H 10 + 5O 2 > 4CH 3 COOH + 2H 2 O (oxidarea alcanilor în industrie; producerea acidului acetic)
8. n- C4H10> izo- C4H10 (izomerizare, catalizator AlCI3)
2. Cicloalcani
Cicloalcani(cicloparafine, naftene, cicani, polimetilene) sunt hidrocarburi saturate cu un lanț de carbon închis (ciclic). Formula generala C n H 2n.
Atomii de carbon din cicloalcani, ca și în alcani, sunt în sp 3-stare hibridizată. serie omoloagă cicloalcanii începe cu cel mai simplu cicloalcan - ciclopropanul C 3 H 6, care este un carbociclu plat cu trei membri. Conform regulilor nomenclaturii internaționale în cicloalcani, se consideră lanțul principal de atomi de carbon care formează un ciclu. Denumirea este construită pe numele acestui lanț închis cu adăugarea prefixului „ciclo” (ciclopropan, ciclobutan, ciclopentan, ciclohexan etc.).
Izomeria structurală a cicloalcanilor este asociată cu diferite mărimi ale inelelor (structurile 1 și 2), structura și tipul de substituenți (structurile 5 și 6) și aranjarea lor reciprocă (structurile 3 și 4).
Metode de obţinere a cicloalcanilor
1. Obținerea din derivați dihalogenați ai hidrocarburilor
2. Preparare din hidrocarburi aromatice
Proprietățile chimice ale cicloalcanilor Proprietățile chimice ale cicloalcanilor depind de mărimea inelului, ceea ce determină stabilitatea acestuia. Ciclurile cu trei și patru membri (cicluri mici), fiind saturate, diferă puternic de toate celelalte hidrocarburi saturate. Ciclopropanul, ciclobutanul intră în reacții de adiție. Pentru cicloalcani (C5 și mai sus), datorită stabilității lor, reacțiile sunt caracteristice în care structura ciclică este păstrată, adică reacții de substituție.
1. Acțiunea halogenilor
2. Acțiunea halogenurilor de hidrogen
Halogenii de hidrogen nu reacţionează cu cicloalcanii care conţin cinci sau mai mulţi atomi de carbon în ciclu.
4. Dehidrogenare
Alchenele(hidrocarburi nesaturate, hidrocarburi de etilenă, olefine) - hidrocarburi alifatice nesaturate, ale căror molecule conțin o dublă legătură. Formula generală pentru un număr de alchene C n H 2n.
Conform nomenclaturii sistematice, denumirile alchenelor sunt derivate din denumirile alcanilor corespunzători (cu același număr de atomi de carbon) prin înlocuirea sufixului – ro pe - ro: etan (CH 3 -CH 3) - etenă (CH 2 \u003d CH 2), etc. Lanțul principal este ales astfel încât să includă în mod necesar o legătură dublă. Numerotarea atomilor de carbon începe de la capătul lanțului cel mai apropiat de legătura dublă.
Într-o moleculă de alchenă, atomii de carbon nesaturați se află în sp 2-hibridarea, iar legătura dublă dintre ele este formată prin?- şi?-legatură. sp 2-Orbitalii hibridi sunt îndreptați unul către celălalt la un unghi de 120 °, iar unul nehibridizat 2p-orbital, situat la un unghi de 90° față de planul orbitalilor atomici hibrizi.
Structura spațială a etilenei:
C=C lungimea legăturii 0,134 nm, C=C energia legăturii E c=c\u003d 611 kJ / mol, energie?-legatură E? = 260 kJ/mol.
Tipuri de izomerie: a) izomerie de lanţ; b) izomeria poziției legăturii duble; în) Z, E (cis, trad) - izomerie, un tip de izomerie spațială.
Metode de obţinere a alchenelor1. CH3-CH3> Ni, t> CH 2 \u003d CH 2 + H 2 (dehidrogenarea alcanilor)
2. C2H5OH >H,S04, 170°C> CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O (deshidratarea alcoolilor)
3. (dehidrohalogenarea halogenurilor de alchil conform regulii Zaitsev)
4. CH 2 Cl-CH 2 Cl + Zn > ZnCl 2 + CH 2 \u003d CH 2 (dehalogenarea derivaților dihalogen)
5. HCaCH + H2> Ni, t> CH 2 \u003d CH 2 (reducere alchinică)
Proprietățile chimice ale alchenelorPentru alchene, reacțiile de adiție sunt cele mai caracteristice; ele sunt ușor oxidate și polimerizate.
1. CH 2 \u003d CH 2 + Br 2\u003e CH 2 Br-CH 2 Br
(adăugarea de halogeni, reacție calitativă)
2. (adăugarea de halogenuri de hidrogen conform regulii Markovnikov)
3. CH 2 \u003d CH 2 + H 2> Ni, t> CH3-CH3 (hidrogenare)
4. CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O> H+> CH 3 CH 2 OH (hidratare)
5. ZCH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O\u003e ZCH 2 OH-CH 2 OH + 2MnO 2 v + 2KOH (oxidare ușoară, reacție calitativă)
6. CH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 3 + KMnO 4> H+> CO 2 + C 2 H 5 COOH (oxidare dură)
7. CH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 3 + O 3\u003e H 2 C \u003d O + CH 3 CH 2 CH \u003d O formaldehidă + propanal> (ozonoliză)
8. C 2 H 4 + 3O 2 > 2CO 2 + 2H 2 O (reacție de ardere)
9. (polimerizare)
10. CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr\u003e peroxid> CH 3 -CH 2 -CH 2 Br (adăugarea de bromură de hidrogen împotriva regulii lui Markovnikov)
11. (reacție de substituție în poziție?)
Alchinele(hidrocarburi acetilenice) - hidrocarburi nesaturate care au o legatura tripla C?C in compozitie. Formula generală a alchinelor cu o legătură triplă este C n H 2n-2. Cel mai simplu reprezentant al seriei CH-CH de alchine are numele banal de acetilenă. Conform nomenclaturii sistematice, denumirile hidrocarburilor acetilenice sunt derivate din denumirile alcanilor corespunzători (cu același număr de atomi de carbon) prin înlocuirea sufixului - ro pe -în: etan (CH 3 -CH 3) - etin (CH? CH), etc. Lanțul principal este ales astfel încât să includă în mod necesar o legătură triplă. Numerotarea atomilor de carbon începe de la capătul lanțului cel mai apropiat de legătura triplă.
Formarea unei triple legături implică atomi de carbon în sp-stare hibridizată. Fiecare dintre ele are două sp- orbitali hibrizi direcționați unul către celălalt la un unghi de 180 ° și doi non-hibrizi p orbitali la 90° unul față de celălalt și către sp orbitali hibrizi.
Structura spațială a acetilenei:
Tipuri de izomerie: 1) izomerie a poziţiei legăturii triple; 2) izomeria scheletului de carbon; 3) izomerie interclasică cu alcadiene și cicloalchene.
Metode de obţinere a alchinelor1. CaO + GL > t> CaC2 + CO;
CaC2 + 2H2O > Ca (OH)2 + CH2CH (producția de acetilenă)
2,2CH4> t>1500 °C> HC = CH + ZN 2 (cracarea hidrocarburilor)
3. CH3-CHCI2 + 2KOH> în alcool> HC?CH + 2KCI + H2O (dehalogenare)
CH2CI-CH2CI + 2KOH> în alcool> HC2CH + 2KCI + H20
Proprietățile chimice ale alchinelorAlchinele se caracterizează prin reacții de adiție, substituție. Alchinele polimerizează, izomerizează, intră în reacții de condensare.
1. (hidrogenare)
2. HC?CH + Br2 > CHBr=CHBr;
CHBr \u003d CHBr + Br 2\u003e CHBr 2 -CHBr 2 (adăugarea de halogeni, reacție calitativă)
3. CH3-C?CH + HBr> CH3-CBr \u003d CH2;
CH 3 -CBr \u003d CH 2 + HBr\u003e CH 3 -CBr 2 -CHg (adăugarea de halogenuri de hidrogen conform regulii Markovnikov)
4. (hidratarea alinelor, reacția lui Kucherov)
5.(adaos de alcooli)
6. (atașarea insulei de carbon)
7.CHaCH + 2Ag20> NH3> AgC?CAgv + H 2O (formarea acetilenurilor, reacție calitativă pentru tripla legătură terminală)
8.CH?CH + [O]> KMnO 4> HOOC-COOH > HCOOH + CO 2 (oxidare)
9. CH?CH + CH?CH > CH 2 \u003d CH-C?CH (catalizator - CuCl și NH 4 Cl, dimerizare)
10,3HC?CH> C, 600°C> C6H6 (benzen) (ciclooligomerizare, reacția Zelinsky)
5. Hidrocarburi diene
Alcadiene(diene) - hidrocarburi nesaturate, ale căror molecule conțin două legături duble. Formula generală a alcadienelor C n H 2n _ 2. Proprietățile alcadienelor depind în mare măsură de aranjarea reciprocă a dublelor legături în moleculele lor.
Metode de obţinere a dienelor1. (Metoda lui SV. Lebedev)
2. (deshidratare)
3. (dehidrogenare)
Proprietățile chimice ale dienelor
Pentru dienele conjugate, reacțiile de adiție sunt caracteristice. Dienele conjugate sunt capabile să se atașeze nu numai la legături duble (la C 1 și C 2, C 3 și C 4), ci și la atomii de carbon terminali (C 1 și C 4) pentru a forma o dublă legătură între C 2 și C 3.
6. Hidrocarburi aromatice
arene, sau hidrocarburi aromatice,- compuși ciclici, ale căror molecule conțin grupări ciclice stabile de atomi cu un sistem închis de legături conjugate, unite prin conceptul de aromaticitate, care determină trăsături comune în structură și proprietăți chimice.
Toate legăturile C-C din benzen sunt echivalente, lungimea lor este de 0,140 nm. Aceasta înseamnă că în molecula de benzen nu există legături pur simple și duble între atomii de carbon (ca în formula propusă în 1865 de chimistul german F. Kekule), și toate sunt aliniate (sunt localizate).
Formula Kekule Omologii benzenului sunt compuși formați prin înlocuirea unuia sau mai multor atomi de hidrogen într-o moleculă de benzen cu radicali de hidrocarburi (R): C 6 H 5 -R, R-C 6 H 4 -R. Formula generală pentru seria omoloagă a benzenului C n H 2n _ 6 (n> 6). Denumirile banale (toluen, xilen, cumen etc.) sunt utilizate pe scară largă pentru denumirile de hidrocarburi aromatice. Denumirile sistematice sunt construite din denumirea radicalului de hidrocarbură (prefix) și cuvântul „benzen” (rădăcină): C 6 H 5 -CH 3 (metilbenzen), C 6 H 5 -C 2 H 5 (etilbenzen). Dacă există doi sau mai mulți radicali, poziția lor este indicată de numărul atomilor de carbon din inelul de care sunt atașați. Pentru benzenii disubstituiți R-C 6 H 4 -R se folosește și o altă metodă de construire a denumirilor, în care poziția substituenților este indicată înaintea denumirii triviale a compusului cu prefixe: orto-(o-) - substituenți ai atomilor de carbon vecini ai inelului (1,2-); meta-(m-) - substituenti printr-un atom de carbon (1,3-); pereche-(P-) - substituenți de pe părțile opuse ale inelului (1,4-).
Tipuri de izomerie (structurală): 1) pozițiile substituenților pentru benzenii di-, tri- și tetra-substituiți (de exemplu, o-, m-Și P-xilene); 2) un schelet de carbon într-un lanț lateral care conține cel puțin 3 atomi de carbon; 3) substituenţi (R), începând cu R=C2H5.
Metode de obţinere a hidrocarburilor aromatice1. C6H12> Pt, 300 °C> С 6 Н 6 + ЗН 2 (dehidrogenarea cicloalcanilor)
2. n- C6H14> Cr2O3, 300°C> C 6 H 6 + 4H 2 (dehidrociclizarea alcanilor)
3. ZS2H2> C, 600°C> C 6 H 6 (ciclotrimerizarea acetilenei, reacția Zelinsky)
Proprietățile chimice ale hidrocarburilor aromaticePrin proprietățile chimice, arenele diferă de hidrocarburile saturate și nesaturate. Pentru arene, reacțiile cele mai caracteristice procedează cu conservarea sistemului aromatic și anume reacțiile de substituție a atomilor de hidrogen asociate ciclului. Alte reacții (adăugare, oxidare), în care sunt implicate legături C-C delocalizate ale inelului benzenic și aromaticitatea acestuia este perturbată, merg cu dificultate.
1. C6H6 + CI2> AlCl 3> C6H5Cl + HCI (halogenare)
2. C6H6 + HN03> H2SO4> C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O (nitrare)
3. C6H6> H2SO4> C6H5-SO3H + H2O (sulfonare)
4. C6H6 + RCI> AlCl 3> C6H5-R + HCI (alchilare)
5. (acilare)
6. C6H6 + ZN2> t, Ni> C 6 H 12 ciclohexan (adaos de hidrogen)
7. (1,2,3,4,5,6-hexaclorociclohexan, adaos de clor)
8. C 6 H 5 -CH 3 + [O]> C 6 H 5 -COOH la fierbere cu o soluție de KMnO 4 (oxidarea alchilbenzenilor)
7. Hidrocarburi halogenate
halocarburi numiti derivati ai hidrocarburilor in care unul sau mai multi atomi de hidrogen sunt inlocuiti cu atomi de halogen.
Metode de producere a halocarburilor1. CH 2 \u003d CH 2 + HBr\u003e CH 3 -CH 2 Br (hidrohalogenarea hidrocarburilor nesaturate)
CH?CH + HCl > CH2 \u003d CHCl
2. CH 3 CH 2 OH + РCl 5 > CH 3 CH 2 Cl + POCl 3 + HCl (preparat din alcooli)
CH 3 CH 2 OH + HCl > CH 3 CH 2 Cl + H 2 O (în prezența ZnCl 2, t°C)
3. a) CH 4 + Cl 2 >hv> CH 3 Cl + HCl (halogenarea hidrocarburilor)
Proprietățile chimice ale halocarburilor
Reacțiile de substituire și eliminare sunt de cea mai mare importanță pentru compușii din această clasă.
1. CH 3 CH 2 Br + NaOH (soluție apoasă) > CH 3 CH 2 OH + NaBr (formarea alcoolilor)
2. CH 3 CH 2 Br + NaCN > CH 3 CH 2 CN + NaBr (formare de nitrili)
3. CH 3 CH 2 Br + NH 3 > + Br - HBr- CH 3 CH 2 NH 2 (formarea aminelor)
4. CH 3 CH 2 Br + NaNO 2 > CH 3 CH 2 NO 2 + NaBr (formarea compușilor nitro)
5. CH 3 Br + 2Na + CH 3 Br > CH 3 -CH 3 + 2NaBr (reacția Wurtz)
6. CH 3 Br + Mg > CH 3 MgBr (formare de compuși organomagnezici, reactiv Grignard)
7. (dehidrohalogenare)
alcooli numiți derivați ai hidrocarburilor, ale căror molecule conțin una sau mai multe grupări hidroxil (-OH) asociate cu atomi de carbon saturați. Gruparea -OH (grupa hidroxil, hidroxi) este o grupare funcțională din molecula de alcool. Denumirile sistematice sunt date de numele hidrocarburii cu adăugarea sufixului - olși un număr care indică poziția grupării hidroxi. Numerotarea se efectuează de la capătul lanțului cel mai apropiat de grupul OH.
În funcție de numărul de grupări hidroxil, alcoolii sunt împărțiți în monohidroxici (o grupă -OH), polihidroxici (două sau mai multe grupe -OH). Alcooli monohidroxilici: metanol CH3OH, etanol C2H5OH; alcool dihidroxilic: etilenglicol (etandiol-1,2) HO-CH2-CH2-OH; alcool trihidroxilic: glicerol (propantriol-1,2,3) HO-CH2-CH(OH)-CH2-OH. În funcție de ce atom de carbon (primar, secundar sau terțiar) este asociată gruparea hidroxi, se disting alcoolii primari R-CH2-OH, R2CH-OH secundari, R3C-OH terțiari.
În funcție de structura radicalilor asociați cu atomul de oxigen, alcoolii sunt împărțiți în saturați sau alcanoli (CH 3 CH 2 -OH), nesaturați sau alchenoli (CH 2 \u003d CH-CH 2 -OH), aromatici (C 6H5CH2-OH).
Tipuri de izomerie (izomerie structurală): 1) izomerie de poziție a grupei OH (începând de la C 3); 2) schelet de carbon (începând de la C 4); 3) izomerie interclasă cu eteri (de exemplu, alcool etilic CH 3 CH 2 OH și dimetil eter CH 3 -O-CH 3). Consecința polarității legăturii O-H și a prezenței perechilor de electroni singuri pe atomul de oxigen este capacitatea alcoolilor de a forma legături de hidrogen.
Metode de obținere a alcoolilor1. CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O / H +\u003e CH 3 -CH 2 OH (hidratare alchenă)
2. CH3-CHO + H2> t, Ni> C 2 H 5 OH (reducerea aldehidelor și cetonelor)
3. C 2 H 5 Br + NaOH (apos) > C 2 H 5 OH + NaBr (hidroliza derivaților de halogen)
ClCH2-CH2Cl + 2NaOH (apos) > HOCH2-CH2OH + 2NaCl
4. CO + 2Н 2> ZnO, CuO, 250 °C, 7 MPa> CH 3 OH (producție de metanol, industrie)
5. C6H12O6> drojdie> 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 (fermentație cu monoză)
6. 3CH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O\u003e 3CH 2 OH-CH 2 OH - etilen glicol+ 2KOH + 2MnO 2 (oxidare în condiții blânde)
7. a) CH 2 \u003d CH-CH 3 + O 2\u003e CH 2 \u003d CH-CHO + H 2 O
b) CH 2 \u003d CH-CHO + H 2\u003e CH 2 \u003d CH-CH 2 OH
c) CH 2 \u003d CH-CH 2 OH + H 2 O 2\u003e HOCH 2 -CH (OH) -CH 2 OH (obținerea glicerolului)
Proprietățile chimice ale alcoolilorProprietățile chimice ale alcoolilor sunt asociate cu prezența grupării -OH în molecula lor. Alcoolii se caracterizează prin două tipuri de reacții: scindarea legăturii C-O și legătura O-H.
1. 2C 2 H 5 OH + 2Na > H 2 + 2C 2 H 5 ONa (formarea alcoolaților metalici Na, K, Mg, Al)
2. a) C 2 H 5 OH + NaOH? (nu funcționează în soluție apoasă)
b) CH2OH-CH2OH + 2NaOH> NaOCH2-CH2ONa + 2H2O
c) (reacție calitativă la alcooli polihidroxici - formarea unei soluții albastre strălucitoare cu hidroxid de cupru)
3. a) (formarea esterilor)
b) C 2 H 5 OH + H 2 SO 4 > C 2 H 5 -O-SO 3 H + H 2 O (la rece)
4. a) C 2 H 5 OH + HBr> C 2 H 5 Br + H 2 O
b) C 2 H 5 OH + РCl 5 > C 2 H 5 Cl + POCl 3 + HCl
c) C 2 H 5 OH + SOCl 2 > C 2 H 5 Cl + SO 2 + HCl (înlocuirea grupării hidroxil cu halogen)
5. C2H5OH + HOC2H5> H2SO4,<140 °C > C 2 H 5 -O-C 2 H 5 + H 2 O (hidratare intermoleculară)
6. C2H5OH> H2S04, 170°C> CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O (hidratare intramoleculară)
7. a) (dehidrogenarea, oxidarea alcoolilor primari)
Fenolii se numesc derivați de arenă, în care unul sau mai mulți atomi de hidrogen ai inelului aromatic sunt înlocuiți cu grupări hidroxil. În funcție de numărul de grupări hidroxil din ciclul aromatic, se disting fenolii mono- și poliatomici (cu doi și trei atomi). Numele banale sunt folosite pentru majoritatea fenolilor. Izomeria structurală a fenolilor este asociată cu diferite poziții ale grupărilor hidroxil.
Metode de obţinere a fenolilor
1. C 6 H 5 Cl + NaOH (p, 340°C) > C 6 H 5 OH + NaCl (hidroliza alcalină a halocarburilor)
2. (metoda de obținere a cumenului)
3. C 6 H 5 SO 3 Na + NaOH (300–350°C) > C 6 H 5 OH + Na 2 SO 3 (topirea alcalină a sărurilor acizilor sulfonici aromatici)
Proprietățile chimice ale fenolilorFenolii în majoritatea reacțiilor pe legătura OH sunt mai activi decât alcoolii, deoarece această legătură este mai polară datorită deplasării densității electronilor de la atomul de oxigen către inelul benzenic (participarea perechii de electroni singuri a atomului de oxigen în n -sistemul de conjugare). Aciditatea fenolilor este mult mai mare decât cea a alcoolilor.
Pentru fenoli, reacțiile de scindare a legăturii C-O nu sunt tipice. Influența reciprocă a atomilor din molecula de fenol se manifestă nu numai în comportamentul grupării hidroxi, ci și în reactivitatea mai mare a inelului benzenic.
Gruparea hidroxil crește densitatea electronilor în inelul benzenic, în special în orto-Și pereche- poziții (+ efectul M al grupului OH). Pentru detectarea fenolilor se folosește o reacție calitativă cu clorură de fier(III). Fenolii monotomici dau o culoare albastru-violet stabilă, care este asociată cu formarea de compuși complecși ai fierului.
1. 2C 6 H 5 OH + 2Na > 2C 6 H 5 ONa + H 2 (la fel ca etanolul)
2. C 6 H 5 OH + NaOH > C 6 H 5 ONa + H 2 O (spre deosebire de etanol)
C 6 H 5 ONa + H 2 O + CO 2 > C 6 H 5 OH + NaHCO 3 (fenolul este un acid mai slab decât carbonicul)
Fenolii nu formează esteri în reacțiile cu acizii. Pentru aceasta se folosesc derivați acizi mai reactivi (anhidride, cloruri acide).
4. C6H5OH + CH3CH2OH> NaOH> C6H5OCH2CH3 + NaBr (O-alchilare)
(interacțiune cu apa de brom, reacție calitativă)
6. (Nitrarea diluată HNO 3, nitrarea cu HNO 3 concentrat produce 2,4,6-trinitrofenol)
7. n C6H5OH+ n CH2O> n H2O+ (-C6H3OH-CH2-) n(policondensare, obținere rășini fenol-formaldehidice)
10. Aldehide și cetone
Aldehide sunt compuși în care gruparea carbonil
conectat la un radical de hidrocarbură și un atom de hidrogen și cetone- compuşi carbonilici cu doi radicali hidrocarburi.
Denumirile sistematice ale aldehidelor sunt construite pe numele hidrocarburii corespunzătoare cu adăugarea unui sufix –al. Numerotarea lanțului începe de la atomul de carbon carbonil. Denumirile banale sunt derivate din denumirile triviale ale acelor acizi în care aldehidele sunt transformate în timpul oxidării: H 2 C \u003d O - metanal (formaldehidă, formaldehidă); CH 3 CH=O - etanal (aldehidă acetică). Denumirile sistematice ale cetonelor unei structuri simple sunt derivate din numele radicalilor cu adăugarea cuvântului „cetonă”. Într-un caz mai general, numele unei cetone este construit din numele hidrocarburii corespunzătoare și sufixul -este el; numerotarea lanțului începe de la capătul lanțului cel mai apropiat de gruparea carbonil. Exemple: CH3-CO-CH3-dimetilcetonă (propanonă, acetonă). Aldehidele și cetonele se caracterizează prin izomerie structurală. Izomeria aldehidelor: a) izomeria scheletului carbonic, începând de la C 4; b) izomerie interclasă. Izomeria cetonelor: a) schelet de carbon (cu C 5); b) poziţiile grupării carbonil (cu C5); c) izomerie interclasă.
Atomii de carbon și oxigen din grupa carbonil sunt în stare sp2- hibridizare. Legătura C=O este foarte polară. Electronii legăturii multiple C=O sunt deplasați la atomul de oxigen electronegativ, ceea ce duce la apariția unei sarcini negative parțiale pe acesta, iar atomul de carbon carbonil capătă o sarcină pozitivă parțială.
Metode de obţinere a aldehidelor şi cetonelor1. a) (dehidrogenarea, oxidarea alcoolilor primari)
b) (dehidrogenarea, oxidarea alcoolilor secundari)
2. a) CH 3 CH 2 CHCl 2 + 2NaOH> in apa> CH 3 CH 2 CHO + 2NaCl + H 2 O (hidroliza derivaților dihalogenați)
b) CH3Cl2CH3 + 2NaOH> in apa> CH3COCH3 + 2NaCI + H2O
3. (hidratarea alchinelor, reacția Kucherov)
4. (oxidarea etilenei la etanal)
(oxidarea metanului la formaldehidă)
CH4 + O2 > 400-600°C NR> H 2 C \u003d O + H 2 O
Proprietățile chimice ale aldehidelor și cetonelorPentru compuşii carbonilici sunt caracteristice reacţii de diferite tipuri: a) adăugare la gruparea carbonil; b) reducerea si oxidarea; c) condensare; e) polimerizare.
1. (adaos de acid cianhidric, formare de hidroxinitrili)
2. (adaos de hidrosulfat de sodiu)
3. (recuperare)
4. (formarea hemiacetalilor și acetalilor)
5. (interacțiune cu hidroxolamina, formare de acetaldehidă oximă)
6. (formarea derivaților dihalogenați)
7. (a-halogenare în prezența OH?)
8. (condens albdol)
9. R-CH \u003d O + Ag 2 O> NH3> R-COOH + 2Agv (oxidare, reacție în oglindă de argint)
R-CH \u003d O + 2Cu (OH) 2\u003e R-COOH + Cu 2 Ov, + 2H 2 O (precipitat roșu, oxidare)
10. (oxidarea cetonelor, stări severe)
11. n CH 2 \u003d O\u003e (-CH2-O-) n paraforme n= 8-12 (polimerizare)
11. Acizi carboxilici și derivații lor
acizi carboxilici numiți compuși organici care conțin una sau mai multe grupări carboxil -COOH asociate cu un radical hidrocarburic. După numărul de grupări carboxil, acizii se împart în: monobazici (monocarboxilici) CH 3 COOH (acetic), polibazici (dicarboxilici, tricarboxilici etc.). După natura radicalului de hidrocarbură, se disting acizii: limitatori (de exemplu, CH 3 CH 2 CH 2 COOH); nesaturate (CH 2 \u003d CH (-COOH); aromatice (C 6 H 5 COOH).
Denumirile sistematice ale acizilor sunt date de numele hidrocarburii corespunzătoare cu adăugarea sufixului -nou iar cuvintele „acid”: HCOOH - acid metan (formic), CH 3 COOH - acid etanoic (acetic). Pentru acizii carboxilici, izomeria structurală caracteristică este: a) izomeria scheletică în radicalul hidrocarburic (începând de la C 4); b) izomerie interclasă, începând de la C 2 . Posibilă izomerie cis-trans în cazul acizilor carboxilici nesaturați. densitatea electronilor? - legăturile din grupa carbonil sunt deplasate către atomul de oxigen. Ca urmare, se creează o lipsă de densitate electronică în carbonul carbonil și acesta atrage perechi singure de atom de oxigen din grupa hidroxil, ca urmare a faptului că densitatea electronică a legăturii OH se deplasează către atomul de oxigen, hidrogenul devine mobil și dobândește capacitatea de a se desprinde sub formă de proton.
Într-o soluție apoasă, acizii carboxilici se disociază în ioni:
R-COOH - R-COO? + H +
Solubilitatea în apă și punctele mari de fierbere ale acizilor se datorează formării legăturilor de hidrogen intermoleculare.
Metode de obţinere a acizilor carboxilici1. CH 3 -CCl 3 + 3NaOH > CH 3 -COOH + 3NaCl + H 2 O (hidroliza derivaților trihalogeni)
2. R-CHO + [O] > R-COOH (oxidarea aldehidelor și cetonelor)
3. CH 3 -CH \u003d CH 2 + CO + H 2 O / H + > Ni, p, t> CH3-CH2-CH2-COOH (oxosinteză)
4. CH 3 C?N + 2H 2 O / H + > CH 3 COOH + NH 4 (hidroliza nitrililor)
5. CO + NaOH > HCOONa; 2HCOONa + H 2 SO 4 > 2HCOOH + Na 2 SO 4 (obținerea HCOOH)
Proprietățile chimice ale acizilor carboxilici și derivaților acestoraAcizii carboxilici prezintă reactivitate ridicată și reacţionează cu diverse substanţe, formând o varietate de compuşi, printre care derivaţii funcţionali sunt de mare importanţă: esteri, amide, nitrili, săruri, anhidride, anhidride halogenate.
1. a) 2CH 3 COOH + Fe > (CH 3 COO) 2 Fe + H 2 (formarea sărurilor)
b) 2CH 3 COOH + MgO > (CH 3 COO) 2 Mg + H 2 O
c) CH 3 COOH + KOH > CH 3 COOK + H 2 O
d) CH 3 COOH + NaHCO 3 > CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O
CH 3 COONa + H 2 O - CH 3 COOH + NaOH (sărurile acizilor carboxilici sunt hidrolizate)
2. (formarea de esteri imbricați)
(saponificarea eterului imbricat)
3. (obținerea clorurilor acide)
4. (descompunerea apei)
5. CH3-COOH + CI2> hv> Cl-CH2-COOH + HCl (halogenare în poziţia a)
6. HO-CH \u003d O + Ag 2 O> NH3> 2Ag + H 2 CO 3 (H 2 O + CO 2) (caracteristici HCOOH)
HCOOH > t> CO + H2O
Grasimi- esteri ai glicerolului și acizilor carboxilici monohidroxilici superiori. Numele comun pentru acești compuși este trigliceride. Compoziția trigliceridelor naturale include reziduuri de acizi saturați (palmitic C 15 H 31 COOH, stearic C 17 H 35 COOH) și acizi nesaturați (oleic C 17 H 33 COOH, linoleic C 17 H 31 COOH). Grăsimile constau în principal din trigliceride ale acizilor saturați. Grăsimi vegetale - uleiuri (floarea soarelui, soia) - lichide. Compoziția trigliceridelor uleiurilor include reziduuri de acizi nesaturați.
Grăsimile sub formă de esteri se caracterizează printr-o reacție reversibilă de hidroliză catalizată de acizi minerali. Cu participarea alcalinelor, hidroliza grăsimilor are loc ireversibil. Produsele în acest caz sunt săpunuri - săruri ale acizilor carboxilici superiori și ale metalelor alcaline. Sărurile de sodiu sunt săpunuri solide, sărurile de potasiu sunt lichide. Reacția de hidroliză alcalină a grăsimilor se mai numește și saponificare.
Amine- derivați organici ai amoniacului, în molecula cărora unul, doi sau trei atomi de hidrogen sunt înlocuiți cu radicali de hidrocarburi. În funcţie de numărul de radicali hidrocarburi se disting aminele RNH2 primare, R2NH secundare, R3N terţiare. După natura radicalului de hidrocarbură, aminele sunt împărțite în alifatice (grase), aromatice și mixte (sau grași-aromatice). Denumirile aminelor în cele mai multe cazuri sunt formate din denumirile radicalilor de hidrocarburi și sufixul -amina. De exemplu, CH3NH2 este metilamină; CH3-CH2-NH2-etilamină. Dacă amina conține diverși radicali, atunci aceștia sunt enumerați în ordine alfabetică: CH 3 -CH 2 -NH-CH 3 - metiletilamină.
Izomeria aminelor este determinată de numărul și structura radicalilor, precum și de poziția grupării amino. Legătura N-H este polară, astfel încât aminele primare și secundare formează legături de hidrogen intermoleculare. Aminele terțiare nu formează legături de hidrogen asociate. Aminele sunt capabile să formeze legături de hidrogen cu apa. Prin urmare, aminele inferioare sunt foarte solubile în apă. Odată cu creșterea numărului și mărimii radicalilor hidrocarburi, solubilitatea aminelor în apă scade.
Metode de obţinere a aminelor1. R-NO 2 + 6 [H] > R-NH 2 + 2H 2 O (reducerea compușilor nitro)
2. NH 3 + CH 3 I > I? > NH3> CH 3 NH 2 + NH 4 I (alchilare amoniac)
3. a) C 6 H 5 -NO 2 + 3 (NH 4) 2 S> C 6 H 5 -NH 2 + 3S + 6NH 3 + 2H 2 O (reacția Zininei)
b) C 6 H 5 -NO 2 + 3Fe + 6HCl> C 6 H 5 -NH 2 + 3FeCl 2 + 2H 2 O (reducerea compușilor nitro)
c) C6H5-N02 + ZN2> catalizator, t> C6H5-NH2 + 2H20
4. R-C?N + 4[H]> RCH2NH2 (reducerea nitrililor)
5. ROH + NH3 > Al203, 350°C> RNH2 + 2H2O (obținerea alchilaminelor inferioare C2-C4)
Proprietățile chimice ale aminelorAminele au o structură similară cu amoniacul și prezintă proprietăți similare. Atât în amoniac, cât și în amine, atomul de azot are o singură pereche de electroni. Aminele se caracterizează prin proprietăți de bază pronunțate. Soluțiile apoase de amine alifatice prezintă o reacție alcalină. Aminele alifatice sunt baze mai puternice decât amoniacul. Aminele aromatice sunt baze mai slabe decât amoniacul, deoarece perechea de electroni neîmpărtășită a atomului de azot este deplasată către inelul benzenic, conjugându-se cu electronii săi.
Bazicitatea aminelor este afectată de diverși factori: efectele electronice ale radicalilor de hidrocarburi, ecranarea spațială a atomului de azot de către radicali și capacitatea ionilor rezultați de a se stabiliza datorită solvației într-un mediu solvent. Ca urmare a efectului donor al grupărilor alchil, bazicitatea aminelor alifatice în fază gazoasă (fără solvent) crește în seria: primară< 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 + H 2 O> OH (interacțiune cu apa)
2. (CH 3) 2 NH + HCl > [(CH 3) 2 NH 2] Cl clorură de dimetilamoniu (reacție cu acizii)
[(CH 3) 2 NH 2] Cl + NaOH > (CH 3) 2 NH + NaCl + H 2 O (reacția sărurilor de amine cu alcalii)
(acilare, nu funcționează cu amine terțiare)
4. R-NH2 + CH3I> I? > NH3> CH3NHR + NH4I (alchilare)
5. Interacțiunea cu acidul azotat: structura produșilor de reacție cu acidul azot depinde de natura aminei. Prin urmare, această reacție este utilizată pentru a distinge între aminele primare, secundare și terțiare.
a) R-NH 2 + HNO 2 > R-OH + N 2 + H 2 O (amine grase primare)
b) C6H5-NH2 + NaN02 + HCI> [C6H5-N?N] + CI? – sare de diazoniu (amine aromatice primare)
c) R 2 NH + H-O-N \u003d O\u003e R 2 N-N \u003d O (N-nitrozamină) + H 2 O (amine secundare grase și aromatice)
d) R 3 N + H-O-N \u003d O\u003e nicio reacție la temperatură scăzută (amine grase terțiare)
(amine aromatice terțiare)
proprietățile anilinei. Anilina se caracterizează prin reacții atât la grupa amino, cât și la inelul benzenic. Inelul benzenic slăbește proprietățile de bază ale grupării amino în comparație cu aminele alifatice și amoniacul, dar sub influența grupării amino, inelul benzenic devine mai activ în reacțiile de substituție în comparație cu benzenul.
C 6 H 5 -NH 2 + HCl > Cl \u003d 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
C6H5NH2 + CH3I > t> +eu?
14. Aminoacizi
Aminoacizi numiți compuși hetero-funcționali, ale căror molecule conțin atât o grupare amino, cât și o grupare carboxil. În funcție de aranjarea reciprocă a grupărilor amino- și carboxil, aminoacizii sunt împărțiți în a-, a-, a-, etc. Conform IUPAC, pentru denumirea de aminoacizi, gruparea NH 2 se numește prefix amino-, indicând numărul atomului de carbon de care este legat, urmat de numele acidului corespunzător.
Acid 2-aminopropanoic (a-aminopropanoic, a-alanina) 
Acid 3-aminopropanoic (a-aminopropanoic, a-alanina) 
acid 6-aminohexanoic (a-aminocaproic) Prin natura radicalului de hidrocarbură, se disting aminoacizii alifatici (grași) și aromatici. Izomeria aminoacizilor depinde de structura scheletului de carbon, de poziția grupării amino în raport cu gruparea carboxil. Aminoacizii se caracterizează și prin izomerie optică.
Metode de obținere a aminoacizilor1. (amonoliza acizilor halogenati)
2. CH 2 \u003d CH-COOH + NH 3 > H2N-CH2-CH2-COOH (adăugarea de amoniac la acizi a, p-nesaturați)
(acțiunea HCN și NH3 asupra aldehidelor sau cetonelor)
4. Hidroliza proteinelor sub influența enzimelor, acizilor sau alcalinelor.
5. Sinteză microbiologică.
Proprietățile chimice ale aminoacizilorAminoacizii prezintă proprietățile bazelor datorită grupării amino și proprietățile acizilor datorită grupării carboxil, adică sunt compuși amfoteri. În stare cristalină și într-un mediu apropiat de neutru, aminoacizii există sub formă de sare internă - un ion dipolar, numit și zwitterion H 3 N + -CH 2 -COO?.
1. H2N-CH2-COOH + HCI> CI? (formarea sărurilor la grupa amino)
2. H2N-CH2-COOH + NaOH> H2N-CH2-COO?Na + + H2O (formarea sărurilor)
(formare de ester)
(acilare)
5. + NH3-CH2-COO? + 3CH 3 I > -BUNĂ> (CH3)3N + -CH2-COO? – betaină de acid aminoacetic
(alchilare)
(interacțiune cu acidul azot)
7. n H2N-(CH2)5-COOH> (-HN-(CH2)5-CO-) n+ n H2O (obținerea capronului)
15. Carbohidrați. Monozaharide. Oligozaharide. Polizaharide
Carbohidrați(zahăr) - compuși organici având o structură și proprietăți similare, a căror compoziție este reflectată de formula С x (Н 2 O) y, unde X y? 3.
Clasificare:
Monozaharidele nu sunt hidrolizate pentru a forma carbohidrați mai simpli. Oligo- și polizaharidele sunt scindate prin hidroliză acidă la monozaharide. Reprezentanți cunoscuți: glucoză (zahăr din struguri) C 6 H 12 O 6, zaharoză (trestie, zahăr din sfeclă) C 12 H 22 O 11, amidon și celuloză [C 6 H 10 O 5] n.
Cum să obțineți1. mC02 + nH20 > hv, clorofilă> C m (H 2 O) n (glucide) + mO 2 (obținut prin fotosinteză)
carbohidrați: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 > 6CO 2 + 6H 2 O + 2920 kJ
(metabolism: glucoza este oxidată cu eliberarea unei cantități mari de energie într-un organism viu în timpul metabolismului)
2. 6nC02 + 5nH20 > hv, clorofilă> (C 6 H 10 O 5) n + 6nO 2 (obținerea amidonului sau a celulozei)
Proprietăți chimiceMonozaharide. Toate monozele în stare cristalină au o structură ciclică (a- sau a-). Când este dizolvat în apă, hemiacetalul ciclic este distrus, transformându-se într-o formă liniară (oxo-).
Proprietățile chimice ale monozaharidelor se datorează prezenței a trei tipuri de grupe funcționale în moleculă (carbonil, alcool hidroxil și glicozidic (hemiacetal) hidroxil).
1. C 5 H 11 O 5 -CHO (glucoză) + Ag 2 O > NH 3 > CH 2 OH- (CHOH) 4 -COOH (acid gluconic) + 2Ag (oxidare)
2. C5H11O5-CHO (glucoză) + [H]> CH2OH-(CHOH) 4-CH2OH (sorbitol) (reducere)
(monoalchilare)
(polialchilare)
5. Cea mai importantă proprietate a monozaharidelor este fermentarea lor enzimatică, adică descompunerea moleculelor în fragmente sub acțiunea diferitelor enzime. Fermentarea este realizată în principal de hexoze în prezența enzimelor secretate de drojdii, bacterii sau mucegaiuri. În funcție de natura enzimei active, se disting reacțiile de următoarele tipuri:
a) C 6 H 12 O 6 > 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 (fermentaţie alcoolică);
b) C6H12O6 > 2CH3-CH (OH)-COOH (fermentaţia acidului lactic);
c) C 6 H 12 O 6 > C 3 H 7 COOH + 2CO 2 + 2H 2 O (fermentaţie butirică);
d) C 6 H 12 O 6 + O 2 > HOOC-CH 2 -C (OH) (COOH) -CH 2 -COOH + 2H 2 O (fermentarea acidului citric);
e) 2C 6 H 12 O 6 > C 4 H 9 OH + CH 3 -CO-CH 3 + 5CO 2 + 4H 2 (fermentaţie acetonă-butanol).
dizaharide. Dizaharidele sunt carbohidrați ale căror molecule constau din două resturi de monozaharide legate între ele prin interacțiunea grupărilor hidroxil (două hemiacetal sau unul hemiacetal și un alcool). Absența sau prezența hidroxilului glicozidic (hemiacetal) afectează proprietățile dizaharidelor. Biozele sunt împărțite în două grupe: regeneratorȘi nerestauratoare. Biozele reducătoare sunt capabile să prezinte proprietățile agenților reducători și, atunci când interacționează cu o soluție de amoniac de argint, se oxidează la acizii corespunzători, conțin hidroxil glicozidic în structura lor, relația dintre monoze este glicozidă-glicoză. Schema de invatamant regenerator bios pe exemplul maltozei:
Dizaharidele sunt caracterizate printr-o reacție de hidroliză, în urma căreia se formează două molecule de monozaharide:
Un exemplu dintre cele mai comune dizaharide din natură este zaharoza (zahărul din sfeclă sau trestie de zahăr). Molecula de zaharoză constă din resturi de p-D-glucopiranoză și p-D-fructofuranoză conectate între ele prin interacțiunea hidroxililor hemiacetali (glicozidici). Biozele de acest tip nu prezintă proprietăți reducătoare, deoarece nu conțin hidroxil glicozidic în structura lor, relația dintre monoze este glicozid-glicozidic. Aceste dizaharide sunt numite nerestauratoare, adică nu se poate oxida.
Schema de formare a zaharozei:
Inversarea zaharozei. Hidroliza acidă a zaharozei (+) sau acțiunea invertazei produce cantități egale de D (+) glucoză și D (-) fructoză. Hidroliza este însoțită de o schimbare a semnului unghiului specific de rotație [?] de la pozitiv la negativ; prin urmare, procesul se numește inversie, iar amestecul de D(+)glucoză și D(-)fructoză se numește zahăr invertit.
Polizaharide (polioze). Polizaharidele sunt carbohidrați naturali cu molecul mare, ale căror macromolecule constau din reziduuri de monozaharide. Reprezentanti principali: amidonȘi celuloză, care sunt construite din reziduurile unei monozaharide - D-glucoza. Amidonul și celuloza au aceeași formulă moleculară: (C 6 H 10 O 5) n, dar proprietăți diferite. Acest lucru se datorează particularităților structurii lor spațiale. Amidonul este alcătuit din reziduuri de a-D-glucoză, în timp ce celuloza este alcătuită din a-D-glucoză. Amidon- o polizaharidă de rezervă a plantelor, se acumulează sub formă de boabe în celulele semințelor, bulbilor, frunzelor, tulpinilor, este o substanță amorfă albă insolubilă în apă rece. Amidon - amestec amilozaȘi amilopectină, care sunt construite din reziduuri?-D-glucopiranoza.
amiloza– polizaharidă liniară, relația dintre resturile de D-glucoză 1?-4. Forma lanțului este elicoidală, o tură a helixului conține 6 reziduuri de D-glucoză. Conținutul de amiloză în amidon este de 15-25%.
amiloza 
amilopectină Amilopectina– polizaharidă ramificată, legături între resturile de D-glucoză – 1?-4 și 1?-6. Conținutul de amilopectină în amidon este de 75-85%.
1. Formarea de eteri și esteri (similar cu biozele).
2. Reacție calitativă - colorare cu adaos de iod: pentru amiloză - în albastru, pentru amilopectină - în roșu.
3. Hidroliza acidă a amidonului: amidon > dextrine > maltoză > α-D-glucoză.
Celuloză. Polizaharidă structurală a plantelor, construită din reziduuri de β-D-glucopiranoză, natura compusului este 1β-4. Conținutul de celuloză, de exemplu, în bumbac este de 90-99%, în lemn de esență tare - 40-50%. Acest biopolimer are o rezistență mecanică ridicată și acționează ca material de susținere pentru plante, formând pereții celulelor vegetale.
Caracterizarea proprietăților chimice1. Hidroliza acidă (zaharificare): celuloză > celobioză > α-D-glucoză.
2. Formarea esterilor
Fibrele de acetat sunt realizate din soluții de acetat de celuloză în acetonă.
Nitroceluloza este explozivă și formează baza pulberii fără fum. Piroxilina - un amestec de di- și trinitrați de celuloză - este utilizată pentru fabricarea de celuloid, colodion, filme fotografice, lacuri.
- o ramură a științei chimice care studiază hidrocarburile - substanțe care conțin carbon și hidrogen, precum și diverși derivați ai acestor compuși, inclusiv atomi de oxigen, azot și halogen. Toți astfel de compuși sunt numiți organici.Chimia organică a apărut în procesul studierii acelor substanțe care au fost extrase din organismele vegetale și animale, constând în principal din compuși organici. Acesta este ceea ce a determinat denumirea pur istorică a unor astfel de compuși (organism - organic). Unele tehnologii ale chimiei organice au apărut în vremuri străvechi, de exemplu, fermentația alcoolică și acetică, utilizarea coloranților organici indigo și alizarina, procesele de tăbăcire a pielii etc. De mult timp, chimiștii au putut doar să izoleze și să analizeze compușii organici, dar nu au putut. obțineți-le artificial, ca urmare, a apărut credința că compușii organici pot fi obținuți numai cu ajutorul organismelor vii. Începând din a doua jumătate a secolului al XIX-lea. metodele de sinteză organică au început să se dezvolte intens, ceea ce a făcut posibilă depășirea treptată a iluziei stabilite. Pentru prima dată, sinteza compușilor organici în laborator a fost efectuată de F. Wöhler ne (în perioada 1824–1828), în timpul hidrolizei cianogenului, a obținut acid oxalic, care anterior fusese izolat din plante, și prin încălzirea cianatului de amoniu datorită rearanjarii moleculei ( cm. ISOMERIA) au primit uree, un produs rezidual al organismelor vii (Fig. 1).
Orez. unu. PRIMELE SINTEZE DE COMPUSI ORGANICI
Acum mulți dintre compușii prezenți în organismele vii pot fi obținuți în laborator, în plus, chimiștii obțin constant compuși organici care nu se găsesc în natura vie.
Formarea chimiei organice ca știință independentă a avut loc la mijlocul secolului al XIX-lea, când, datorită eforturilor chimiștilor, au început să se formeze idei despre structura compușilor organici. Rolul cel mai proeminent l-au jucat lucrările lui E. Frankland (el a definit conceptul de valență), F. Kekule (a stabilit tetravalența carbonului și structura benzenului), A. Cooper (a propus simbolul liniei de valență care este folosit și astăzi, conectând atomii atunci când descrie formule structurale), AM Butlerov (a creat teoria structurii chimice, care se bazează pe poziția conform căreia proprietățile unui compus sunt determinate nu numai de compoziția sa, ci și de ordinea acestuia). în care atomii sunt legaţi).
Următoarea etapă importantă în dezvoltarea chimiei organice este asociată cu lucrările lui J. Van't Hoff, care a schimbat chiar modul de gândire al chimiștilor, propunând trecerea de la o imagine plată a formulelor structurale la aranjarea spațială a atomilor în o moleculă, ca urmare, chimiștii au început să considere moleculele ca corpuri volumetrice.
Ideile despre natura legăturilor chimice din compușii organici au fost formulate pentru prima dată de G. Lewis, care a sugerat că atomii dintr-o moleculă sunt conectați cu ajutorul electronilor: o pereche de electroni generalizați creează o legătură simplă și se formează două sau trei perechi. , respectiv, o legătură dublă și triplă. Având în vedere distribuția densității electronilor în molecule (de exemplu, deplasarea acesteia sub influența atomilor electronegativi O, Cl etc.), chimiștii au putut explica reactivitatea multor compuși, adică. posibilitatea participării lor la anumite reacții.
Luarea în considerare a proprietăților electronului, determinate de mecanica cuantică, a condus la dezvoltarea chimiei cuantice, folosind conceptul de orbitali moleculari. Acum, chimia cuantică, care și-a demonstrat puterea predictivă în multe exemple, colaborează cu succes cu chimia organică experimentală.
Un grup mic de compuși de carbon nu sunt clasificați ca organici: acidul carbonic și sărurile sale (carbonați), acidul cianhidric HCN și sărurile sale (cianuri), carburile metalice și alți compuși de carbon care sunt studiati prin chimia anorganică.
Principala caracteristică a chimiei organice este varietatea excepțională de compuși care au apărut datorită capacității atomilor de carbon de a se combina între ei într-un număr aproape nelimitat, formând molecule sub formă de lanțuri și cicluri. Diversitate și mai mare se realizează prin includerea atomilor de oxigen, azot etc. între atomii de carbon.Fenomenul de izomerie, datorită căruia moleculele cu aceeași compoziție pot avea o structură diferită, crește și mai mult varietatea compușilor organici. În prezent sunt cunoscuți peste 10 milioane de compuși organici, iar numărul acestora crește cu 200-300 de mii anual.
Clasificarea compușilor organici. Hidrocarburile sunt luate ca bază pentru clasificare, sunt considerate compuși de bază în chimia organică. Toți ceilalți compuși organici sunt considerați derivați ai lor.La sistematizarea hidrocarburilor se ia în considerare structura scheletului de carbon și tipul de legături care leagă atomii de carbon.
I. ALIFATIC (aleiphatos. greacă petrol) hidrocarburile sunt catene liniare sau ramificate si nu contin fragmente ciclice, formeaza doua grupe mari.
1. Hidrocarburile saturate sau saturate (numite astfel deoarece nu sunt capabile să atașeze nimic) sunt lanțuri de atomi de carbon legați prin legături simple și înconjurate de atomi de hidrogen (Fig. 1). În cazul în care lanțul are ramuri, se adaugă un prefix la nume izo. Cea mai simplă hidrocarbură saturată este metanul și un număr dintre acești compuși încep cu ea.
Orez. 2. HIDROCARBURI SATURATE
Principalele surse de hidrocarburi saturate sunt petrolul și gazele naturale. Reactivitatea hidrocarburilor saturate este foarte scazuta, ele pot reactiona doar cu cele mai agresive substante, precum halogenii sau acidul azotic. Când hidrocarburile saturate sunt încălzite peste 450 ° C fără acces la aer, legăturile C-C sunt rupte și se formează compuși cu un lanț de carbon scurtat. Expunerea la temperaturi ridicate în prezența oxigenului duce la arderea lor completă la CO 2 și apă, ceea ce le permite să fie utilizate eficient ca combustibil gazos (metan - propan) sau lichid (octan).
Când unul sau mai mulți atomi de hidrogen sunt înlocuiți cu o grupare funcțională (adică capabilă de transformări ulterioare), se formează derivații de hidrocarburi corespunzători. Compușii care conțin grupa C-OH se numesc alcooli, HC=O - aldehide, COOH - acizi carboxilici (se adaugă cuvântul "carboxilic" pentru a-i deosebi de acizii minerali obișnuiți, de exemplu, clorhidric sau sulfuric). Un compus poate conține simultan diferite grupări funcționale, de exemplu, COOH și NH2, astfel de compuși sunt numiți aminoacizi. Introducerea de halogeni sau grupări nitro în compoziţia hidrocarburilor conduce, respectiv, la derivaţi de halogen sau nitro (fig. 3).
Orez. 4. EXEMPLE DE HIDROCARBURI SATURATE cu grupuri functionale
Toți derivații de hidrocarburi prezentați formează grupe mari de compuși organici: alcooli, aldehide, acizi, derivați de halogen etc. Deoarece partea de hidrocarbură a moleculei are o reactivitate foarte scăzută, comportamentul chimic al unor astfel de compuși este determinat de proprietățile chimice ale grupelor funcționale -OH, -COOH, -Cl, -NO 2 etc.
2. Hidrocarburile nesaturate au aceleași variante ale structurii catenei principale ca și hidrocarburile saturate, dar conțin legături duble sau triple între atomi de carbon (Fig. 6). Cea mai simplă hidrocarbură nesaturată este etilena.
Orez. 6. HIDROCARBURI NESURAȚI
Cea mai tipică pentru hidrocarburile nesaturate este adăugarea printr-o legătură multiplă (Fig. 8), care face posibilă sinteza diferitelor compuși organici pe baza acestora.
Orez. 8. ADĂUGAREA REACTIVILOR la compuși nesaturați prin legătură multiplă
O altă proprietate importantă a compușilor cu legături duble este capacitatea lor de a polimeriza (Fig. 9.), Legăturile duble sunt deschise în acest caz, rezultând formarea de lanțuri lungi de hidrocarburi.
Orez. nouă. POLIMERIZAREA ETILENEI
Introducerea grupelor funcționale menționate anterior în compoziția hidrocarburilor nesaturate, la fel ca și în cazul hidrocarburilor saturate, conduce la derivații corespunzători, care formează și grupări mari din compușii organici corespunzători - alcooli nesaturați, aldehide etc. (Fig. 10).
Orez. 10. HIDROCARBURI NESURAȚI cu grupuri functionale
Pentru compușii indicați, sunt date denumiri simplificate, poziția exactă în molecula legăturilor multiple și a grupurilor funcționale este indicată în numele compusului, care este compilat conform regulilor special dezvoltate.
Comportamentul chimic al unor astfel de compuși este determinat atât de proprietățile legăturilor multiple, cât și de proprietățile grupurilor funcționale.
II. HIDROCARBURILE CARBOCICLICE conțin fragmente ciclice formate numai din atomi de carbon. Ei formează două grupuri mari.
1. Hidrocarburi aliciclice (adică atât alifatice, cât și ciclice în același timp). În acești compuși, fragmentele ciclice pot conține atât legături simple, cât și multiple, în plus, compușii pot conține mai multe fragmente ciclice, prefixul „ciclo” este adăugat la denumirea acestor compuși, cel mai simplu compus aliciclic este ciclopropanul (Fig. 12).
Orez. 12. HIDROCARBURI ALICICICE
Pe lângă cele prezentate mai sus, există și alte opțiuni pentru conectarea fragmentelor ciclice, de exemplu, acestea pot avea un atom comun (așa-numiții compuși spirociclici) sau pot fi conectate în așa fel încât doi sau mai mulți atomi să fie comuni. la ambele cicluri (compuși biciclici), prin combinarea a trei și mai multe cicluri este posibilă și formarea cadrelor de hidrocarburi (Fig. 14).
Orez. paisprezece. OPȚIUNI PENTRU CICLURI DE CONECTAREîn compuși aliciclici: spirocicluri, biciclete și cadre. Numele compușilor spiro- și biciclici indică acea hidrocarbură alifatică care conține același număr total de atomi de carbon, de exemplu, spirociclul prezentat în figură conține opt atomi de carbon, așa că numele său este construit pe baza cuvântului „octan”. . În adamantan, atomii sunt aranjați în același mod ca în rețeaua cristalină a diamantului, care i-a determinat numele ( greacă adamantos - diamant)
Multe hidrocarburi aliciclice mono și biciclice, precum și derivați de adamantan, fac parte din petrol, numele lor generalizat este naftenele.
În ceea ce privește proprietățile chimice, hidrocarburile aliciclice sunt apropiate de compușii alifatici corespunzători, totuși, au o proprietate suplimentară asociată cu structura lor ciclică: inelele mici (3-6-membri) se pot deschide prin adăugarea unor reactivi (Fig. 15). ).
Orez. 15. REACȚII ALE HIDROCARBURILOR ALICICICE, procedând cu deschiderea ciclului
Introducerea diferitelor grupe funcționale în compoziția hidrocarburilor aliciclice conduce la derivații corespunzători - alcooli, cetone etc. (Fig. 16).
Orez. 16. HIDROCARBURI ALICICICE cu grupuri functionale
2. Al doilea grup mare de compuși carbociclici este format din hidrocarburi aromatice de tip benzen, adică care conțin unul sau mai multe inele benzenice în compoziția lor (există și compuși aromatici de tip non-benzen ( cm. AROMATICITATE). Totuși, ele pot conține și fragmente de lanțuri de hidrocarburi saturate sau nesaturate (Fig. 18).
Orez. optsprezece. HIDROCARBURI AROMATICE.
Există un grup de compuși în care inelele benzenice par a fi lipite între ele, aceștia sunt așa-numiții compuși aromatici condensați (Fig. 20).
Orez. douăzeci. COMPUSI AROMATICI CONDENSATI
Mulți compuși aromatici, inclusiv cei condensați (naftalina și derivații săi), fac parte din petrol, a doua sursă a acestor compuși este gudronul de cărbune.
Inelele benzenice nu se caracterizează prin reacții de adiție care au loc cu mare dificultate și în condiții dure, cele mai tipice reacții pentru acestea sunt reacțiile de substituție a atomilor de hidrogen (Fig. 21).
Orez. 21. REACȚII DE SUBSTITUȚIE atomi de hidrogen din nucleul aromatic.
Pe lângă grupările funcționale (grupări halogen, nitro și acetil) atașate la nucleul benzenic (Fig. 21), pot fi introduse și alte grupări, rezultând derivații corespunzători ai compușilor aromatici (Fig. 22), care formează clase mari de compuși organici - fenoli, amine aromatice etc.
Orez. 22. COMPUȘI AROMATICI cu grupuri functionale. Compușii în care gruparea ne-OH este atașată la un atom de carbon din nucleul aromatic se numesc fenoli, spre deosebire de compușii alifatici, unde astfel de compuși sunt numiți alcooli.
III. HIDROCARBURILE HETEROCICLICE conțin în inel (pe lângă atomii de carbon) diverși heteroatomi: O, N, S. Inelele pot fi de diferite dimensiuni, conțin atât legături simple, cât și multiple, precum și substituenți hidrocarburi atașați heterociclului. Există opțiuni atunci când heterociclul este „lidat” la inelul de benzen (Fig. 24).
Orez. 24. COMPUȘI HETEROCICLICI. Numele lor s-a dezvoltat istoric, de exemplu, furanul și-a primit numele de la aldehida de furan - furfural, obținut din tărâțe ( lat. furfur - tărâțe). Pentru toți compușii prezentați, reacțiile de adiție sunt dificile, iar reacțiile de substituție sunt destul de ușoare. Astfel, aceștia sunt compuși aromatici de tip non-benzen.
Diversitatea compușilor din această clasă crește și mai mult datorită faptului că heterociclul poate conține doi sau mai mulți heteroatomi în ciclu (Fig. 26).
Orez. 26. HETEROCICLE cu doi sau mai mulți heteroatomi.
La fel ca și hidrocarburile alifatice, aliciclice și aromatice considerate anterior, heterociclurile pot conține diverse grupe funcționale (-OH, -COOH, -NH 2 etc.), iar în unele cazuri heteroatomul din ciclu poate fi considerat și ca fiind grup funcțional, deoarece este capabil să ia parte la transformările corespunzătoare (Fig. 27).
Orez. 27. HETEROATOM N ca grup funcţional. În numele ultimului compus, litera „N” indică la ce atom este atașată gruparea metil.
Reacții de chimie organică. Spre deosebire de reacțiile chimiei anorganice, în care ionii interacționează cu o viteză mare (uneori instantanee), moleculele care conțin legături covalente participă de obicei la reacțiile compușilor organici. Ca urmare, toate interacțiunile decurg mult mai lent decât în cazul compușilor ionici (uneori zeci de ore), adesea la temperaturi ridicate și în prezența unor substanțe care accelerează procesul - catalizatori. Multe reacții se desfășoară prin etape intermediare sau în mai multe direcții paralele, ceea ce duce la o scădere marcată a randamentului compusului dorit. Prin urmare, atunci când se descriu reacții, în loc de ecuații cu coeficienți numerici (ceea ce este acceptat în mod tradițional în chimia anorganică), schemele de reacție sunt adesea folosite fără a specifica rapoarte stoichiometrice.Denumirea claselor mari de reacții organice este adesea asociată cu natura chimică a reactivului activ sau cu tipul de grup organic introdus în compus:
a) halogenare - introducerea unui atom de halogen (Fig. 8, prima schemă de reacție),
b) clorurare, i.e. expunerea la HCl (Fig. 8, a doua schemă de reacție)
c) nitrare - introducerea grupei nitro NO 2 (Fig. 21, a doua direcție a reacției)
d) metalizare - introducerea unui atom de metal (Fig. 27, prima etapă)
a) alchilare - introducerea unei grupări alchil (Fig. 27, etapa a doua)
b) acilare - introducerea grupării acil RC(O)- (Fig. 27, etapa a doua)
Uneori, numele reacției indică caracteristicile rearanjarii moleculei, de exemplu, ciclizare - formarea unui ciclu, deciclizare - deschiderea ciclului (Fig. 15).
O clasă mare este formată prin reacții de condensare ( lat. condensatio - compactare, îngroșare), în care se produce formarea de noi legături C-C cu formarea simultană de compuși anorganici sau organici ușor de îndepărtat. Condensul însoțit de eliberarea apei se numește deshidratare. Procesele de condensare pot avea loc și intramolecular, adică în cadrul unei singure molecule (Fig. 28).
Orez. 28. REACȚII DE CONDENSARE
În condensarea benzenului (Fig. 28), rolul grupărilor funcționale este jucat de fragmentele C-H.
Clasificarea reacțiilor organice nu este strictă, de exemplu, prezentată în Fig. 28 Condensarea intramoleculară a acidului maleic poate fi atribuită și reacțiilor de ciclizare, iar condensarea benzenului, dehidrogenării.
Există reacții intramoleculare care sunt oarecum diferite de procesele de condensare, când un fragment (moleculă) este desprins sub forma unui compus ușor de îndepărtat, fără participarea evidentă a grupurilor funcționale. Astfel de reacții se numesc eliminare ( lat. eliminare - expulzare), în timp ce se formează noi conexiuni (Fig. 29).
Orez. 29. REACȚII DE ELIMINARE
Variantele sunt posibile atunci când sunt realizate în comun mai multe tipuri de transformări, ceea ce este prezentat mai jos prin exemplul unui compus în care au loc diferite tipuri de procese la încălzire. În timpul condensării termice a acidului mucic (Fig. 30), are loc deshidratarea intramoleculară și eliminarea ulterioară a CO 2 .
Orez. treizeci. CONVERSIUNEA ACIDULUI MUCKIC(obținut din siropul de ghindă) în acid piromucos, numit așa deoarece se obține prin încălzirea mucusului. Acidul pirosmucus este un compus heterociclic - furan cu o grupare funcțională (carboxil) atașată. În timpul reacției, legăturile C-O, C-H sunt rupte și se formează noi legături C-H și C-C.
Există reacții în care rearanjarea moleculei are loc fără modificarea compoziției ( cm. IZOMERIZAREA).
Metode de cercetare în chimie organică. Chimia organică modernă, pe lângă analiza elementară, folosește multe metode de cercetare fizică. Cele mai complexe amestecuri de substanțe sunt separate în componente constitutive folosind cromatografia bazată pe mișcarea soluțiilor sau vaporilor de substanțe printr-un strat de sorbent. Spectroscopia în infraroșu - transmiterea razelor infraroșii (termice) printr-o soluție sau printr-un strat subțire al unei substanțe - vă permite să stabiliți prezența într-o substanță a anumitor fragmente ale unei molecule, de exemplu, grupele C 6 H 5, C \ u003d O, NH 2 etc.Spectroscopia ultravioletă, numită și electronică, transportă informații despre starea electronică a moleculei; este sensibilă la prezența legăturilor multiple și a fragmentelor aromatice în substanță. Analiza substanțelor cristaline folosind raze X (analiza de difracție a razelor X) oferă o imagine tridimensională a aranjamentului atomilor într-o moleculă, similară cu cele prezentate în figurile animate de mai sus, cu alte cuvinte, vă permite să vedeți structura moleculei cu ochii tăi.
Metoda spectrală - rezonanța magnetică nucleară, bazată pe interacțiunea rezonantă a momentelor magnetice ale nucleelor cu un câmp magnetic extern, face posibilă distingerea atomilor unui element, de exemplu, hidrogenul, localizați în diferite fragmente ale moleculei (în scheletul de hidrocarbură, în grupa hidroxil, carboxil sau amino), precum și determină proporția acestora. O analiză similară este posibilă și pentru nucleele C, N, F etc. Toate aceste metode fizice moderne au condus la cercetări intense în chimia organică - a devenit posibil să se rezolve rapid acele probleme care au durat mai mulți ani.
Unele secțiuni ale chimiei organice au apărut ca arii independente mari, de exemplu, chimia substanțelor naturale, medicamentele, coloranții și chimia polimerilor. La mijlocul secolului al XX-lea chimia compușilor organoelementali a început să se dezvolte ca o disciplină independentă care studiază substanțele care conțin o legătură C-E, unde simbolul E desemnează orice element (cu excepția carbonului, hidrogenului, oxigenului, azotului și halogenilor). S-au făcut progrese mari în biochimie, care studiază sinteza și transformările substanțelor organice care apar în organismele vii. Dezvoltarea tuturor acestor domenii se bazează pe legile generale ale chimiei organice.
Sinteza organică industrială modernă include o gamă largă de procese diferite - acestea sunt, în primul rând, producția pe scară largă - prelucrarea petrolului și gazelor și producția de combustibili pentru motoare, solvenți, lichide de răcire, uleiuri lubrifiante, în plus, sinteza polimerilor, fibre sintetice, diverse rășini pentru acoperiri, adezivi și emailuri. Industriile cu tonaj mic includ producția de medicamente, vitamine, coloranți, aditivi alimentari și parfumuri.
Mihail Levitsky
LITERATURĂ Karrer P. Curs de chimie organică, per. din germană, GNTI Himlit, L., 1962Cram D, Hammond J. Chimie organica, per. din engleză, Mir, M., 1964
În trecut, oamenii de știință au împărțit toate substanțele din natură în cele neînsuflețite și vii, inclusiv regnurile animale și vegetale printre acestea din urmă. Substanțele din primul grup se numesc minerale. Iar cele care au intrat în al doilea, au început să fie numite substanțe organice.
Ce se înțelege prin asta? Clasa de substanțe organice este cea mai extinsă dintre toți compușii chimici cunoscuți de oamenii de știință moderni. La întrebarea care sunt substanțele organice se poate răspunde după cum urmează - aceștia sunt compuși chimici care includ carbon.
Vă rugăm să rețineți că nu toți compușii care conțin carbon sunt organici. De exemplu, corbide și carbonați, acidul carbonic și cianurile, oxizii de carbon nu sunt printre ele.
De ce există atât de multe substanțe organice?
Răspunsul la această întrebare constă în proprietățile carbonului. Acest element este curios prin faptul că este capabil să formeze lanțuri din atomii săi. Și, în același timp, legătura de carbon este foarte stabilă.
În plus, în compușii organici, prezintă o valență ridicată (IV), adică capacitatea de a forma legături chimice cu alte substanțe. Și nu numai single, ci și dublu și chiar triplu (în rest - multipli). Pe măsură ce multiplicitatea legăturilor crește, lanțul de atomi devine mai scurt, iar stabilitatea legăturilor crește.
Și carbonul este înzestrat cu capacitatea de a forma structuri liniare, plate și tridimensionale.
De aceea substanțele organice din natură sunt atât de diverse. Puteți verifica cu ușurință singur: stați în fața unei oglinzi și priviți cu atenție reflexia dvs. Fiecare dintre noi este un manual ambulant de chimie organică. Gândiți-vă: cel puțin 30% din masa fiecărei celule sunt compuși organici. Proteinele care ți-au construit corpul. Carbohidrații, care servesc drept „combustibil” și sursă de energie. Grăsimi care stochează rezerve de energie. Hormoni care controlează funcția organelor și chiar comportamentul tău. Enzime care declanșează reacții chimice în interiorul tău. Și chiar și „codul sursă”, firele de ADN, sunt toți compuși organici pe bază de carbon.
Compoziția substanțelor organice
După cum am spus la început, principalul material de construcție pentru materia organică este carbonul. Și practic orice elemente, combinându-se cu carbonul, pot forma compuși organici.
În natură, cel mai adesea în compoziția substanțelor organice sunt hidrogen, oxigen, azot, sulf și fosfor.
Structura substanțelor organice
Diversitatea substanțelor organice de pe planetă și diversitatea structurii lor pot fi explicate prin trăsăturile caracteristice ale atomilor de carbon.
Vă amintiți că atomii de carbon sunt capabili să formeze legături foarte puternice între ei, conectându-se în lanțuri. Rezultatul sunt molecule stabile. Modul în care atomii de carbon sunt conectați într-un lanț (aranjați în zig-zag) este una dintre caracteristicile cheie ale structurii sale. Carbonul se poate combina atât în lanțuri deschise, cât și în lanțuri închise (ciclice).
De asemenea, este important ca structura substanțelor chimice să afecteze direct proprietățile lor chimice. Un rol semnificativ îl joacă și modul în care atomii și grupurile de atomi dintr-o moleculă se afectează reciproc.
Datorită particularităților structurii, numărul de compuși de carbon de același tip ajunge la zeci și sute. De exemplu, putem considera compușii hidrogen ai carbonului: metan, etan, propan, butan etc.
De exemplu, metanul - CH4. O astfel de combinație de hidrogen cu carbon în condiții normale este în stare gazoasă de agregare. Când apare oxigenul în compoziție, se formează un lichid - alcool metilic CH 3 OH.
Nu numai substanțele cu compoziție calitativă diferită (ca în exemplul de mai sus) prezintă proprietăți diferite, dar și substanțele cu aceeași compoziție calitativă sunt capabile de acest lucru. Un exemplu este capacitatea diferită a metanului CH4 şi a etilenei C2H4 de a reacţiona cu bromul şi clorul. Metanul este capabil de astfel de reacții numai atunci când este încălzit sau sub lumină ultravioletă. Și etilena reacționează chiar și fără iluminare și încălzire.
Luați în considerare această opțiune: compoziția calitativă a compușilor chimici este aceeași, cea cantitativă este diferită. Atunci proprietățile chimice ale compușilor sunt diferite. Ca și în cazul acetilenei C 2 H 2 și benzenului C 6 H 6.
Nu ultimul rol în această varietate este jucat de astfel de proprietăți ale substanțelor organice, „legate” de structura lor, precum izomeria și omologia.
Imaginați-vă că aveți două substanțe aparent identice - aceeași compoziție și aceeași formulă moleculară pentru a le descrie. Dar structura acestor substanțe este fundamental diferită, de unde diferența de proprietăți chimice și fizice. De exemplu, formula moleculară C 4 H 10 poate fi scrisă pentru două substanțe diferite: butan și izobutan.
Vorbim despre izomerii- compuși care au aceeași compoziție și greutate moleculară. Dar atomii din moleculele lor sunt localizați într-o ordine diferită (structură ramificată și neramificată).
Cu privire la omologie- aceasta este o caracteristică a unui astfel de lanț de carbon în care fiecare membru următor poate fi obținut prin adăugarea unei grupe CH2 la cea anterioară. Fiecare serie omoloagă poate fi exprimată printr-o formulă generală. Și cunoscând formula, este ușor de determinat compoziția oricăruia dintre membrii seriei. De exemplu, omologii metanului sunt descriși prin formula CnH2n+2.
Pe măsură ce se adaugă „diferența omoloagă” CH2, legătura dintre atomii substanței este întărită. Să luăm seria omoloagă a metanului: primii patru termeni ai săi sunt gaze (metan, etan, propan, butan), următorii șase sunt lichide (pentan, hexan, heptan, octan, nonan, decan) și apoi substanțe în stare solidă. de agregare urmează (pentadecan, eicosan etc.). Și cu cât legătura dintre atomii de carbon este mai puternică, cu atât greutatea moleculară, punctele de fierbere și de topire ale substanțelor sunt mai mari.
Ce clase de substanțe organice există?
Substanțele organice de origine biologică includ:
- proteine;
- carbohidrați;
- acizi nucleici;
- lipide.
Primele trei puncte pot fi numite și polimeri biologici.
O clasificare mai detaliată a substanțelor chimice organice acoperă substanțele nu numai de origine biologică.
Hidrocarburile sunt:
- compuși aciclici:
- hidrocarburi saturate (alcani);
- hidrocarburi nesaturate:
- alchene;
- alchine;
- alcadiene.
- compuși ciclici:
- compuși carbociclici:
- aliciclic;
- aromatice.
- compuși heterociclici.
- compuși carbociclici:
Există și alte clase de compuși organici în care carbonul se combină cu alte substanțe decât hidrogenul:
- alcooli si fenoli;
- aldehide și cetone;
- acizi carboxilici;
- esteri;
- lipide;
- carbohidrați:
- monozaharide;
- oligozaharide;
- polizaharide.
- mucopolizaharide.
- amine;
- aminoacizi;
- proteine;
- acizi nucleici.
Formule ale substanțelor organice pe clase
Exemple de substanțe organice
După cum vă amintiți, în corpul uman, diferite tipuri de substanțe organice stau la baza fundațiilor. Acestea sunt țesuturile și fluidele noastre, hormonii și pigmenții, enzimele și ATP și multe altele.
În corpul oamenilor și al animalelor, proteinele și grăsimile sunt prioritare (jumătate din greutatea uscată a unei celule animale este proteine). În plante (aproximativ 80% din masa uscată a celulei) - pentru carbohidrați, în primul rând complecși - polizaharide. Inclusiv pentru celuloză (fără de care nu ar exista hârtie), amidon.
Să vorbim despre unele dintre ele mai detaliat.
De exemplu, despre carbohidrați. Dacă ar fi posibil să se ia și să se măsoare masele tuturor substanțelor organice de pe planetă, carbohidrații ar fi cei care ar câștiga această competiție.
Ele servesc ca sursă de energie în organism, sunt materiale de construcție pentru celule și, de asemenea, asigură furnizarea de substanțe. Plantele folosesc amidon în acest scop și glicogen pentru animale.
În plus, carbohidrații sunt foarte diversi. De exemplu, carbohidrați simpli. Cele mai comune monozaharide din natură sunt pentozele (inclusiv deoxiriboza, care face parte din ADN) și hexozele (glucoza, care vă este bine cunoscută).
Ca și cărămizile, la un șantier mare al naturii, polizaharidele sunt construite din mii și mii de monozaharide. Fără ele, mai exact, fără celuloză, amidon, nu ar exista plante. Da, iar animalele fără glicogen, lactoză și chitină le-ar fi greu.
Să ne uităm cu atenție veverite. Natura este cel mai mare maestru al mozaicurilor și puzzle-urilor: din doar 20 de aminoacizi, în corpul uman se formează 5 milioane de tipuri de proteine. Proteinele au, de asemenea, multe funcții vitale. De exemplu, construcția, reglarea proceselor din organism, coagularea sângelui (există proteine separate pentru aceasta), mișcarea, transportul anumitor substanțe în organism, sunt, de asemenea, o sursă de energie, sub formă de enzime acționează ca un catalizator pentru reactii, asigura protectie. Anticorpii joacă un rol important în protejarea organismului de influențele externe negative. Și dacă apare o discordie în reglarea fină a corpului, anticorpii, în loc să distrugă inamicii externi, pot acționa ca agresori asupra propriilor organe și țesuturi ale corpului.
Proteinele sunt, de asemenea, împărțite în simple (proteine) și complexe (proteine). Și au proprietăți inerente doar lor: denaturare (distrugere, pe care ați observat-o de mai multe ori când ați fiert un ou fiert tare) și renaturare (această proprietate este utilizată pe scară largă la fabricarea de antibiotice, concentrate alimentare etc.).
Să nu ignorăm și lipide(grasimi). În corpul nostru, ele servesc ca o sursă de rezervă de energie. Ca solvenți, ei ajută la cursul reacțiilor biochimice. Participați la construcția corpului - de exemplu, la formarea membranelor celulare.
Și încă câteva cuvinte despre compuși organici atât de curioși precum hormoni. Sunt implicați în reacții biochimice și metabolism. Acești hormoni mici fac bărbați bărbați (testosteron) și femei femei (estrogen). Ne fac fericiți sau tristi (hormonii tiroidieni joacă un rol important în schimbările de dispoziție, iar endorfinele dau un sentiment de fericire). Și chiar determină dacă suntem „bufnițe” sau „lacăte”. Indiferent dacă ești gata să studiezi târziu sau preferi să te trezești devreme și să-ți faci temele înainte de școală, nu doar rutina ta zilnică decide, ci și câțiva hormoni suprarenali.
Concluzie
Lumea materiei organice este cu adevărat uimitoare. Este suficient să vă adânciți puțin în studiul său pentru a vă tăia respirația din sentimentul de rudenie cu toată viața de pe Pământ. Două picioare, patru sau rădăcini în loc de picioare - toți suntem uniți de magia laboratorului chimic al mamei natură. Face ca atomii de carbon să se alăture în lanțuri, să reacționeze și să creeze mii de astfel de compuși chimici diverși.
Acum aveți un scurt ghid de chimie organică. Desigur, nu toate informațiile posibile sunt prezentate aici. Unele puncte pe care poate fi necesar să le clarificați singur. Dar puteți folosi oricând traseul pe care l-am planificat pentru cercetarea dumneavoastră independentă.
De asemenea, puteți folosi definiția materiei organice, clasificarea și formulele generale ale compușilor organici și informații generale despre aceștia în articol pentru a vă pregăti pentru orele de chimie de la școală.
Spune-ne în comentarii ce secțiune de chimie (organică sau anorganică) îți place cel mai mult și de ce. Nu uitați să „distribuiți” articolul pe rețelele de socializare pentru ca și colegii tăi să-l folosească.
Vă rugăm să raportați dacă găsiți vreo inexactitate sau eroare în articol. Cu toții suntem oameni și toți facem greșeli uneori.
site, cu copierea integrală sau parțială a materialului, este necesară un link către sursă.
Este greu de imaginat progres în orice domeniu al economiei fără chimie - în special, fără chimie organică. Toate sferele economiei sunt conectate cu știința și tehnologia chimică modernă.
Chimia organică studiază substanțele care conțin carbon în compoziția lor, cu excepția monoxidului de carbon, a dioxidului de carbon și a sărurilor acidului carbonic (acești compuși sunt mai apropiați ca proprietăți de compușii anorganici).
Ca știință, chimia organică nu a existat decât la mijlocul secolului al XVIII-lea. Până în acel moment, se distingeau trei tipuri de chimie: chimie animală, vegetală și minerală. Chimia animală a studiat substanțele care alcătuiesc organismele animale; vegetală - substanțe care alcătuiesc plantele; minerale - substanțe care fac parte din natura neînsuflețită. Acest principiu, însă, nu permitea separarea substanțelor organice de cele anorganice. De exemplu, acidul succinic a aparținut grupului de substanțe minerale, deoarece a fost obținut prin distilarea chihlimbarului fosil, potasa a fost inclusă în grupul de substanțe vegetale, iar fosfatul de calciu a fost în grupul de substanțe animale, deoarece acestea au fost obținute prin calcinare. , respectiv, materiale vegetale (lemn) și animale (oase).
În prima jumătate a secolului al XIX-lea, s-a propus separarea compușilor de carbon într-o disciplină chimică independentă - chimia organică.
Printre oamenii de știință din acea vreme domina o viziune vitalistă asupra lumii, conform căreia compușii organici se formează numai într-un organism viu sub influența unei „forțe de viață” speciale, supranaturale. Aceasta însemna că era imposibil să se obțină substanțe organice prin sinteză din cele anorganice, că exista o prăpastie de netrecut între compușii organici și anorganici. Vitalismul a devenit atât de înrădăcinat în mintea oamenilor de știință încât multă vreme nu s-a încercat să sintetizeze substanțe organice. Cu toate acestea, vitalismul a fost infirmat prin practică, prin experiment chimic.
În 1828, chimistul german Wöhler, lucrând cu cianat de amoniu, a obținut accidental uree
O
II
NH2-C-NH2.
În 1854, francezul Berthelot a sintetizat substanțe legate de grăsimi, iar în 1861, omul de știință rus Butlerov a sintetizat substanțe legate de clasa zaharurilor. Acestea au fost lovituri grele aduse teoriei vitaliste, rupând în cele din urmă convingerea că sinteza compușilor organici era imposibilă.
Acestea și alte realizări ale chimiștilor au necesitat o explicație teoretică și o generalizare a căilor posibile pentru sinteza compușilor organici și relația proprietăților acestora cu structura.
Din punct de vedere istoric, prima teorie a chimiei organice a fost teoria radicalilor (J. Dumas, J. Liebig, I. Berzelius). Potrivit autorilor, multe transformări ale compușilor organici au loc în așa fel încât anumite grupe de atomi (radicali), fără a se modifica, trec de la un compus organic la altul. Cu toate acestea, s-a stabilit curând că în radicalii organici, atomii de hidrogen pot fi înlocuiți chiar și cu atomi care sunt diferiți chimic de hidrogen, cum ar fi atomii de clor, iar tipul de compus chimic este păstrat.
Teoria radicalilor a fost înlocuită cu o teorie mai perfectă a tipurilor care acoperă mai mult material experimental (O.Laurent, Ch.Gerard, J.Dumas). Teoria tipurilor a clasificat substanțele organice în funcție de tipurile de transformări. Hidrocarburile au fost clasificate ca hidrogen, derivații de halogen ca acid clorhidric, alcoolii, esterii, acizii și anhidridele lor ca apă și aminele ca amoniac. Cu toate acestea, vastul material experimental acumulat nu se mai încadrează în tipurile cunoscute și, în plus, teoria tipurilor nu putea prezice existența și modalitățile de sinteză a noilor compuși organici. Dezvoltarea științei a necesitat crearea unei teorii noi, mai progresive, pentru a cărei naștere existau deja câteva premise: a fost stabilită tetravalența carbonului (A. Kekule și A. Kolbe, 1857), capacitatea atomului de carbon pentru a forma lanțuri de atomi a fost arătat (A. Kekule și A. Cooper, 1857).
Rolul decisiv în crearea teoriei structurii compușilor organici îi revine marelui om de știință rus Alexander Mikhailovici Butlerov. La 19 septembrie 1861, la cel de-al 36-lea Congres al naturaliștilor germani, A.M. Butlerov a publicat-o în raportul „Despre structura chimică a materiei”.
Principalele prevederi ale teoriei structurii chimice a lui A.M. Butlerov pot fi reduse la următoarele.
1. Toți atomii din molecula unui compus organic sunt legați între ei într-o anumită secvență în conformitate cu valența lor. O modificare a secvenței de aranjare a atomilor duce la formarea unei noi substanțe cu proprietăți noi. De exemplu, compoziția substanței C2H6O corespunde a doi compuși diferiți: dimetil eter (CH3-O-CH3) și alcool etilic (C2H5OH).
2. Proprietățile substanțelor depind de structura lor chimică. Structura chimică este o anumită ordine în alternarea atomilor dintr-o moleculă, în interacțiunea și influența reciprocă a atomilor unul asupra celuilalt - atât învecinați, cât și prin alți atomi. Ca rezultat, fiecare substanță are propriile sale proprietăți fizice și chimice speciale. De exemplu, eterul dimetil este un gaz inodor, insolubil în apă, t°pl. = -138°C, pf = 23,6°C; alcool etilic - un lichid cu miros, solubil în apă, t ° pl. = -114,5°C, pf = 78,3°C.
Această poziție a teoriei structurii substanțelor organice a explicat fenomenul de izomerie, care este larg răspândit în chimia organică. Perechea dată de compuși - dimetil eter și alcool etilic - este unul dintre exemplele care ilustrează fenomenul de izomerie.
3. Studiul proprietăților substanțelor vă permite să determinați structura lor chimică, iar structura chimică a substanțelor determină proprietățile lor fizice și chimice.
4. Atomii de carbon sunt capabili să se combine între ei, formând lanțuri de carbon de diferite tipuri. Ele pot fi atât deschise, cât și închise (ciclice), atât drepte, cât și ramificate. În funcție de numărul de legături petrecute de atomii de carbon pentru a se conecta între ei, lanțurile pot fi saturate (cu legături simple) sau nesaturate (cu legături duble și triple).
5. Fiecare compus organic are o formulă structurală specifică sau o formulă structurală, care este construită pe baza poziției carbonului tetravalent și a capacității atomilor săi de a forma lanțuri și cicluri. Structura unei molecule ca obiect real poate fi studiată experimental prin metode chimice și fizice.
A.M. Butlerov nu s-a limitat la explicațiile teoretice ale teoriei sale despre structura compușilor organici. A efectuat o serie de experimente, confirmând predicțiile teoriei prin obținerea izobutanului, tert. alcool butilic etc. Acest lucru a făcut posibil ca A.M. Butlerov să declare în 1864 că faptele disponibile fac posibilă garantarea posibilității producerii sintetice a oricărei substanțe organice.
În dezvoltarea și fundamentarea ulterioară a teoriei structurii compușilor organici, adepții lui Butlerov - V.V. Markovnikov, E.E. Wagner, N.D. Zelinsky, A.N.
Perioada modernă de dezvoltare a chimiei organice în domeniul teoriei se caracterizează printr-o pătrundere din ce în ce mai mare a metodelor mecanicii cuantice în chimia organică. Cu ajutorul lor, întrebările despre cauzele anumitor manifestări ale influenței reciproce a atomilor în molecule sunt rezolvate. În dezvoltarea sintezei organice, perioada modernă se caracterizează printr-un succes semnificativ în obținerea a numeroși compuși organici, care includ substanțe naturale - antibiotice, diverși compuși medicinali și numeroși compuși macromoleculari. Chimia organică a pătruns adânc în domeniul fiziologiei. Deci, din punct de vedere chimic, s-a studiat funcția hormonală a organismului, mecanismul de transmitere a impulsurilor nervoase. Oamenii de știință au ajuns aproape de a rezolva problema structurii și sintezei proteinelor.
Chimia organică ca știință independentă continuă să existe și să se dezvolte intens. Acest lucru se datorează următoarelor motive:
1. Varietatea compușilor organici, datorită faptului că carbonul, spre deosebire de alte elemente, este capabil să se combine între ele, dând lanțuri lungi (izomeri). În prezent, se cunosc aproximativ 6 milioane de compuși organici, în timp ce doar aproximativ 700 de mii sunt anorganici.
2. Complexitatea moleculelor de substanțe organice care conțin până la 10 mii de atomi (de exemplu, biopolimeri naturali - proteine, carbohidrați).
3. Specificitatea proprietăților compușilor organici în comparație cu cei anorganici (instabilitate la temperaturi relativ scăzute, scăzută - până la 300 ° C - punct de topire, combustibilitate).
4. Reacții lent între substanțele organice în comparație cu reacțiile tipice pentru substanțele anorganice, formarea subproduselor, specificul eliberării substanțelor rezultate și echipamentele de proces.
5. Importanța practică enormă a compușilor organici. Sunt alimentele și îmbrăcămintea noastră, combustibilul, o varietate de medicamente, numeroase materiale polimerice și așa mai departe.
Clasificarea compușilor organici
Un număr mare de compuși organici sunt clasificați ținând cont de structura lanțului de carbon (scheletul de carbon) și de prezența grupurilor funcționale în moleculă.
Diagrama prezintă clasificarea compușilor organici în funcție de structura lanțului de carbon.
compusi organici
Aciclic (alifatic)
(conexiuni în circuit deschis)
Ciclic
(conexiuni cu circuit închis)
Saturat (marginal)
nesaturat (nesaturat)
Carbociclic (ciclul este format doar din atomi de carbon)
Heterociclic (ciclul este format din atomi de carbon și alte elemente)
Aliciclic (ciclic alifatic)
aromatice
Cei mai simpli reprezentanți ai compușilor aciclici sunt hidrocarburile alifatice - compuși care conțin numai atomi de carbon și hidrogen. Hidrocarburile alifatice pot fi saturate (alcani) și nesaturate (alchene, alcadiene, alchine).
Cel mai simplu reprezentant al hidrocarburilor aliciclice este ciclopropanul care conține un ciclu de trei atomi de carbon.
Seria aromatică combină hidrocarburile aromatice - benzen, naftalina, antracen etc., precum și derivații acestora.
Compușii heterociclici pot conține în ciclu, pe lângă atomii de carbon, unul sau mai mulți atomi ai altor elemente - heteroatomi (oxigen, azot, sulf etc.).
În fiecare serie prezentată, compușii organici sunt împărțiți în clase în funcție de compoziție și structură. Cea mai simplă clasă de compuși organici sunt hidrocarburile. Când atomii de hidrogen din hidrocarburi sunt înlocuiți cu alți atomi sau grupuri de atomi (grupe funcționale), se formează alte clase de compuși organici din această serie.
Grup funcțional - un atom sau un grup de atomi care stabilește apartenența compusului la clasele de compuși organici și determină direcțiile principale ale transformărilor sale chimice.
Compușii cu o grupă funcțională sunt numiți monofuncționali (metanol CH3-OH), cu mai multe grupe funcționale identice - polifuncționale (glicerol
CH2-
eu
OH CH-
eu
OH CH2),
eu
Oh
cu mai multe grupe funcționale diferite - heterofuncționale (acid lactic
CH3-
CH-COOH).
eu
Oh
Compușii fiecărei clase constituie serii omoloage. O serie omoloagă este o serie infinită de compuși organici care au o structură similară și, prin urmare, proprietăți chimice similare și diferă între ele prin orice număr de grupe CH2 (diferență omoloagă).
Principalele clase de compuși organici sunt următoarele:
I. Hidrocarburi (R-H).
II. Derivați de halogen (R-Hlg).
III. Alcoolii (R-OH).
O
IV. Eteri sunt simpli și complecși (R-O-R ', R-C).
\
SAU'
O
V. Compuși carbonilici (aldehide și cetone) (R-C
\
H
O
II
, R-C-R).
O
VI. acizi carboxilici R-C).
\
Oh
R
eu
VII. Amine (R-NH2, NH, R-N-R').
eu eu
R'R''
VIII. Compuși nitro (R-NO2).
IX. Acizi sulfonici (R-SO3H).
Numărul claselor cunoscute de compuși organici nu se limitează la cei enumerați, este mare și crește constant odată cu dezvoltarea științei.
Toate clasele de compuși organici sunt interconectate. Trecerea de la o clasă de compuși la alta se realizează în principal datorită transformării grupurilor funcționale fără modificarea scheletului de carbon.
Clasificarea reacțiilor compușilor organici în funcție de natura transformărilor chimice
Compușii organici sunt capabili de o varietate de transformări chimice, care pot avea loc atât fără modificări ale scheletului de carbon, cât și odată cu acesta. Cele mai multe reacții au loc fără modificarea scheletului de carbon.
I. Reacții fără modificarea scheletului de carbon
Reacțiile fără modificarea scheletului de carbon includ următoarele:
1) substituții: RH + Br2 ® RBr + HBr,
2) adaosuri: CH2=CH2 + Br2® CH2Br - CH2Br,
3) eliminare (eliminare): CH3-CH2-Cl ® CH2=CH2 + HCl,
4) izomerizare: CH3-CH2-CєСH
------®
¬------
Reacțiile de substituție sunt caracteristice tuturor claselor de compuși organici. Atomii de hidrogen sau atomii oricărui element altul decât carbonul pot fi înlocuiți.
Reacțiile de adiție sunt tipice pentru compușii cu legături multiple, care pot fi între carbon, carbon și oxigen, carbon și azot etc., precum și pentru compușii care conțin atomi cu perechi de electroni liberi sau orbitali liberi.
Compușii care conțin grupări electronegative sunt capabili de reacții de eliminare. Substanțe precum apa, halogenurile de hidrogen, amoniacul se desprind ușor.
Compușii nesaturați și derivații lor sunt în special predispuși la reacții de izomerizare fără modificarea scheletului de carbon.
II. Reacții cu modificarea scheletului de carbon
Acest tip de transformare a compușilor organici include următoarele reacții:
1) prelungire a lanțului,
2) scurtarea lanțului,
3) izomerizarea lanțului,
4) ciclizare,
5) deschiderea ciclului,
6) contracția și extinderea ciclului.
Reacțiile chimice au loc cu formarea diverșilor produși intermediari. Calea pe care se realizează tranziția de la materiile prime la produsele finale se numește mecanism de reacție. În funcție de mecanismul de reacție, ele sunt împărțite în radicali și ionici. Legăturile covalente dintre atomii A și B pot fi rupte în așa fel încât perechea de electroni fie să fie împărțită între atomii A și B, fie transferată la unul dintre atomi. În primul caz, particulele A și B, după ce au primit câte un electron, devin radicali liberi. Clivajul homolitic are loc:
A: B ® A. + .B
În al doilea caz, perechea de electroni trece la una dintre particule și se formează doi ioni opuși. Deoarece ionii rezultați au structuri electronice diferite, acest tip de rupere a legăturii se numește clivaj heterolitic:
A: B ® A+ + :B-
Un ion pozitiv în reacții va tinde să atașeze un electron la sine, adică se va comporta ca o particulă electrofilă. Ioni negativi - așa-numita particulă nucleofilă va ataca centrii cu sarcini pozitive în exces.
Studiul condițiilor și metodelor de desfășurare, precum și a mecanismelor reacțiilor compușilor organici, este conținutul principal al acestui curs de chimie organică.
Problemele nomenclaturii compușilor organici, de regulă, sunt expuse în toate manualele de chimie organică, prin urmare omitem în mod deliberat luarea în considerare a acestui material, acordând atenție faptului că, în toate cazurile de scriere a ecuațiilor de reacție, inițial și compușii rezultați sunt furnizați cu denumiri adecvate. Aceste nume cu cunoștințe de bază ale nomenclaturii vor permite tuturor să rezolve în mod independent problemele legate de nomenclatura compușilor organici.
Studiul chimiei organice începe, ca de obicei, cu seria alifatică și cu cea mai simplă clasă de substanțe - hidrocarburile.
http://www.mitht.ru/e-library
Pomogaev A.I.
Curs scurt de chimie organică partea 1
Fundamentele teoretice ale chimiei organice.
Manual M., MITHT ei. M.V.Lomonosov, 2003 - 48 p.
Ediția a 2-a.
Aprobat de Comisia pentru bibliotecă și edituri MITHT
lor. M.V. Lomonosov ca ajutor didactic.
Acest manual este destinat studenților din anul III ai direcției de licență „Știința Materialelor și Tehnologia Materialelor Noi” care studiază chimia organică pe parcursul unui semestru universitar.
Manualul este o prezentare a materialului care nu depășește în principal curriculumul de chimie organică pentru acest domeniu. La sfârșitul fiecărei secțiuni, există exerciții și sarcini tipice, a căror soluție independentă va ajuta studentul să se pregătească atât pentru teste, cât și pentru examen.
Pregătit la Departamentul de Chimie Organică MITHT le. M.V. Lomonosov.
© Academia de Stat de Tehnologie Chimică Fină din Moscova. M.V. Lomonosov
http://www.mitht.ru/e-library
STRUCTURA COMPUSILOR ORGANICI _____________ 4
1. Clasificarea compușilor organici____________________________4
2. Formarea legăturilor în compușii organici ______________________ 5
3. Proprietăţile legăturilor covalente _________________________________________________9
4. Deplasări electronice în molecule de compuși organici _________11
4.1. Efect inductiv _____________________________________________11
4.2. Conjugarea orbitală: delocalizarea legăturii, efect mezomer ______14
5. Izomeria compușilor organici________________________________19
5.1. Izomerie structurală _________________________________________________19
5.2. Stereoizomerie _______________________________________________________________20
6. Sarcini și exerciții _____________________________________________32
FUNDAMENTELE TEORIEI REACȚIILOR ORGANICE __________ 34
1. Clasificarea reacțiilor organice în funcție de tipul de rupere a legăturii __________34
1.1. Reacții omolitice sau radicale libere ___________________34
1.2. Reacții heterolitice sau ionice ______________________________36
2. Clasificarea reacţiilor după tipul de transformare _______________________38
3. Acizi și baze în chimia organică _________________________39
3.1. Acizi și baze Bronsted __________________________________________39
3.2. Acizi și baze Lewis _________________________________________________43
3.3. Bază acidă cataliză_________________________________________________44
4. Sarcini și exerciții _____________________________________________45
http://www.mitht.ru/e-library
STRUCTURA COMPUSILOR ORGANICI
1. Clasificarea compușilor organici
Chimia organică studiază diferiți compuși ai carbonului,
dintre care cei mai simpli sunt compușii de carbon cu hidrogen -
hidrocarburi. Toate celelalte substanțe organice pot fi considerate ca derivați de hidrocarburi, care diferă de hidrocarburi prin aceea că în ele unul sau mai mulți atomi de hidrogen sunt înlocuiți cu alți atomi sau grupe de atomi (grupe funcționale).
Compoziția compușilor organici, pe lângă atomii de carbon și hidrogen, poate include atomi de alte elemente (așa-numiții heteroatomi). Acest,
în primul rând, atomi de halogen (derivați de halogen ai hidrocarburilor),
oxigen (alcooli, fenoli, eteri, aldehide, cetone, acizi carboxilici), azot (amine, compuși nitro), sulf (tioli, acizi sulfonici),
metale (compuși organometalici) și multe alte elemente.
ÎN Clasificarea compușilor organici se bazează pe acestea structura
– secvența de atomi dintr-o moleculă. Pentru clasificarea compușilor organici se clasifică mai întâi baza hidrocarburică (structura părinte), referindu-se la hidrocarburi saturate cu lanț deschis sau ciclice, saturate sau nesaturate,
aliciclice sau aromatice. Și apoi sunt atribuiți derivaților corespunzători ai hidrocarburilor, luând în considerare grupul funcțional. Deci, de exemplu, butanul este o hidrocarbură neciclică saturată (astfel de hidrocarburi se numesc alcani), 1-butena este o hidrocarbură neciclică nesaturată cu o legătură dublă (alchenă). Ciclobutena este o alchenă ciclică, iar benzenul este o hidrocarbură aromatică. 2-Butenalul este aciclic nesaturat
aldehida (adică neciclică), iar acidul benzoic este un acid carboxilic aromatic.
http://www.mitht.ru/e-library
CH3 CH2 CH2 CH3 |
CH2 =CHCH2 CH3 |
CH3CH=CHCH=O |
||||||
ciclobutenă |
2-butenal |
benzoic |
||||||
2. Formarea de legături în compușii organici
Molecula oricărui compus organic este o colecție ordonată de atomi legați predominant printr-o legătură covalentă. Legătura ionică se găsește și în moleculele organice, cu toate acestea, nu determină structura și comportamentul chimic al marii majorități a compușilor organici. Chimia organică este chimia compușilor covalenti ai carbonului.
legătură covalentă- aceasta este o legătură pe care doi atomi o realizează printr-o pereche de electroni socializată. Socializarea unei perechi de electroni are loc atunci când orbitalii atomici ai doi atomi se suprapun, în timp ce este complet indiferent (pentru legătura formată) câți electroni erau în fiecare dintre orbitalii suprapusi. Ambii orbitali pot avea câte un electron fiecare, sau o pereche de electroni poate fi într-unul dintre orbitali și nu un singur electron în celălalt (în acest din urmă caz, se vorbește despre un mecanism donor-acceptor pentru formarea unei legături covalente ).
Orbitalii pe care atomii elementelor din perioada I și a II-a îi asigură pentru formarea de legături în compușii organici pot avea caracteristicile obișnuite pentru orbitalii atomici, adică să fie orbitali s sau p. Asa de,
de exemplu, în formarea unei molecule de clorură de hidrogen, atomul de clor asigură orbitalul p, iar atomul de hidrogen furnizează orbitalul s. Poate exista un electron în orbitalul p al atomului de clor, apoi atomul de hidrogen oferă și un electron pentru a forma o legătură. Sau pot exista doi electroni (anion) pe orbitalul p al atomului de clor, apoi pentru a forma o legătură, atomul de hidrogen trebuie să aibă un orbital gol sau liber (proton). În acest din urmă caz, legătura covalentă se formează prin metoda donor-acceptor: anionul de clor acționează ca donor de pereche de electroni, iar protonul ca acceptor al acestuia. De mai jos
http://www.mitht.ru/e-library
două scheme de formare a orbitalilor moleculari (legare și antilegare, sau slăbire) sunt prezentate în timpul interacțiunii (suprapunere)
orbitali atomici.
Pentru atomul de carbon, ca și pentru atomii altor elemente din a doua perioadă,
care pot forma atât legături simple (single) cât și legături duble sau triple, așa-numita hibridizare a orbitalilor atomici este caracteristică,
când orbitalii atomici de diferite energii (orbitalii s și p) își aliniază energiile, formând așa-numiții orbitali degenerați, adică. orbitali,
având aceeași energie.
Un atom de carbon are patru electroni la nivelul său exterior de energie. Doi electroni de valență sunt localizați pe orbital s, pe doi p-
orbitalii au câte un electron fiecare, iar al treilea orbital p este gol. Când se formează legături, atomul de carbon este excitat, iar unul dintre electronii s merge la orbitalul p liber.
excitaţie
s px ru pz
Un atom de carbon excitat cu configurația electronică 2s2p3 poate forma maximum patru legături covalente. În acest caz, se pot forma legături cu un număr diferit de atomi - cu patru, trei sau doi.
În primul caz, când atomul de carbon formează legături cu patru atomi vecini, adică. este o patru-coordonare, hibridizarea tuturor celor patru orbitali are loc cu formarea a patru orbitali degenerați care diferă de orbitalii originali atât ca energie, cât și ca formă.
http://www.mitht.ru/e-library
Acest proces, conform orbitalilor implicați în proces, se numește sp 3 -
hibridizare, iar orbitalii rezultați sunt orbitali sp3-hibrizi. În spațiu, acești orbitali hibrizi se află pe axe
cât mai departe unul de celălalt și situat din această cauză în unghi
109,50 unul față de celălalt (ca segmente care leagă centrul tetraedrului cu vârfurile acestuia). Prin urmare, atomul de carbon din hibridizarea sp3 este numit și
tetraedric.
109,5o |
||
Când un atom de carbon formează legături cu trei atomi vecini, adică.
este o tri-coordonată, energiile a trei orbitali sunt aliniate - unul s- și doi p-orbitali cu formarea a trei orbitali degenerați sp 2 -hibrizi, ale căror axe se află în același plan la un unghi de 120O.
unul altuia. Orbitalul p care nu participă la hibridizare este situat perpendicular pe planul menționat.
120o |
||
sp2 |
În al treilea caz, când atomul de carbon este bi-coordonatăȘi
este legat doar de doi atomi vecini, se realizeaza hibridizarea sp. Doi orbitali sp degenerați sunt situati la un unghi de 180° unul față de celălalt, adică. pe o axă de coordonate și doi p-orbitali nehibrizi sunt pe celelalte două
axele de coordonate. |
|||
http://www.mitht.ru/e-library
Formarea legăturilor unui atom de carbon are loc atunci când orbitalii săi hibrizi se suprapun cu orbitalii hibrizi sau nehibrizi corespunzători ai altor atomi. În acest caz, pot fi implementate două moduri fundamental diferite de suprapunere a orbitalilor.
A) Suprapunerea axială a orbitalilor , la care maximul de suprapunere este pe axa care trece prin nucleele atomilor de legare, duce la formarea legături σ. Densitatea electronică a acestei legături se află între nucleele atomilor legați. Este simetric față de axa de suprapunere.σ-legatură poate fi format prin suprapunerea oricăror orbitali atomici. Atomii de hidrogen și clor dintr-o moleculă de clorură de hidrogen sunt legațiσ-legatură, format ca urmare a suprapunerii axiale orbitalii s un atom de hidrogen și orbitalii p atom de clor. În molecula de metan sunt, de asemenea, toate cele patru legături dintre atomul de carbon și atomii de hidrogen legături σ, fiecare dintre acestea se formează prin suprapunerea unuia dintre cele patru sp 3 -hibrid orbitalii unui atom de carbon cu orbitalul s al atomului de hidrogen.
Suprapunerea orbitalilor atomici în timpul formării legăturilor σ în moleculele de acid clorhidric (a) și metan (b)
B) Suprapunerea laterală a orbitalilor este suprapunerea a două p-
orbitali situati pe axe reciproc paralele. Legătura π formată în timpul unei astfel de suprapuneri se caracterizează prin faptul că maximul suprapunerii nu este situat pe axa care trece prin nucleele atomilor legați. Legătura π este formată din orbitalii p ai atomilor hibridizați sp2 sau sp.
Deci, de exemplu, într-o moleculă de etilenă (CH2 \u003d CH2), trei orbitali hibrizi sp2 ai fiecărui atom de carbon cu suprapunere axială cu două s-
orbitalii atomilor de hidrogen si un orbital sp2 al atomului de carbon vecin
http://www.mitht.ru/e-library
formează trei legături σ. Orbitalii p nehibrizi ai atomilor de carbon se suprapun „lateral” și formează o legătură π. În acest caz, toate cele cinci legături σ sunt situate în același plan, iar planul de simetrie al legăturii π este perpendicular pe acesta.
În molecula de acetilenă, legătura triplă carbon-carbon este o combinație între o legătură σ și două legături π. Acestea din urmă sunt formate prin suprapunerea laterală a orbitalilor p nehibrizi în perpendiculară reciprocă
avioane. |
||||
Formarea de legături π în moleculele de etilenă (a) și acetilenă (b).
3. Proprietăţile legăturilor covalente
O legătură covalentă este caracterizată de următorii parametri:
Lungimea legăturii este definită ca distanța dintre atomii legați. Lungimea legăturii depinde de razele atomilor legați, de tipul de hibridizare a atomilor,
și, de asemenea, asupra multiplicității conexiunii (Tabelul 1).
tabelul 1 |
|||||||
Lungimea legăturii, Å |
Lungimea legăturii, Å |
||||||
Energia legăturii este definită ca energia formării sau disocierii legăturii și depinde de natura atomilor legați, de lungimea legăturii, precum și de ea.
http://www.mitht.ru/e-library
multiplicitatea (Tabelul 2). Trebuie remarcat faptul că energia unei legături duble C-C nu reprezintă de două ori energia unei legături simple, deoarece suprapunerea laterală a orbitalilor este mai puțin eficientă decât cea axială și, prin urmare, π-
legătura este mai puțin puternică decât legătura σ.
masa 2 |
||||||
Tipul de comunicare |
energie de legătură, |
Tipul de comunicare |
energie de legătură, |
|||
kcal/mol |
kcal/mol |
|||||
Polaritatea comunicării este determinată de diferența de electronegativitate a atomilor legați. Electronegativitatea unui atom este capacitatea acestuia de a atrage electroni de valență. Dacă electronegativitatea atomilor legați este aceeași, densitatea electronică a legăturii este distribuită uniform între atomi. În toate celelalte cazuri, densitatea electronică a legăturii este deplasată într-o direcție sau alta, în funcție de care dintre atomi este atrasă mai puternic. În acest caz, o așa-numită sarcină negativă parțială apare pe un atom mai electronegativ, iar o sarcină pozitivă parțială apare pe un atom mai puțin electronegativ. Pentru moleculele diatomice, polaritatea legăturii poate fi caracterizată foarte simplu prin momentul dipol al moleculei, care poate fi măsurat. În mod normal, polaritatea unei singure legături este reprezentată de o săgeată de-a lungul legăturii către atomul mai electronegativ. Polaritatea legăturilor multiple este reprezentată de o săgeată curbă care indică de la legătura către atomul mai electronegativ. Următoarele sunt exemple