Какое химическое свойство является общим для органических соединений
Характерные свойства органических соединений
Органические вещества обладают рядом характерных особенностей, среди которых наиболее важные:
- атомы углерода в молекулах органических соединений способны соединяться друг с другом;
- атомы углерода в молекулах органических соединений образуют цепи и кольца, что является одной из причин многообразия органических соединений;
- связи между атомами в молекулах органических соединений ковалентные. В своем большинстве органические вещества являются неэлектролитами, т.е. не диссоциируют на ионы в растворах, а также сравнительно медленно взаимодействуют друг с другом.
- для органических соединений характерно явление изомерии, в связи с чем имеется множество соединений углерода, которые обладают одинаковым качественным и количественным составом, одинаковой молекулярной массой, но совершенно различными физическими и даже химическими свойствами;
- многие органические соединения являются непосредственными носителями, участниками или продуктами процессов, которые протекают в живых организмах, – ферменты, гормоны, витамины.
Физические свойства органических соединений
Чаще всего органические соединения представляют собой газы, жидкости или низкоплавкие твердые вещества. Большое число твердых органических веществ плавится в интервале сравнительно невысоких температур (от комнатной до 400 °С).
Взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений
Взаимное влияние атомов в молекуле передается через систему ковалентных связей с помощью электронных эффектов. Электронным эффектом называют смещение электронной плотности в молекуле под влиянием заместителей.
Индуктивный эффект (I) – смещение электронной плотности по цепи σ-связей.
Мезомерный эффект (M) — смещение электронной плотности по цепи π-связей.
-I (отрицательный индуктивный эффект): -Cl, -Br, -OH, -NH2;
+ I (положительный индуктивный эффект):-CH3, -C2H5;
-M (отрицательный мезомерный эффект): -CH=O, -COOH, -NO2;
+M (положительный мезомерный эффект):-OH, -NH2;
Химические свойства органических соединений
Реакции органических веществ классифицируют по типу разрыва связей на:
— радикальные реакции, протекающие с гомолитическим разрывом ковалентной связи
А:В → А. + В.
— ионные реакции, протекающие с гетеролитическим разрывом ковалентной связи
А:В → А:— + В+
По типу реакции:
— присоединение
RCH=CH2 +XY → RCHX + CH2Y
— замещение
RCH2X + Y → RCHY + X
— отщепление (элеменирование)
RCHX-CH2Y → RCH=CH2 + XY
— полимеризация
N(CH2=CH2) → (-CH2-CH2-)n
Окисление и восстановление в органической химии связывают с потерей и приобретением водорода и кислорода. Вещество окисляется, если оно теряет атомы Н и приобретает атомы О. Окислитель в общем виде обозначают [O].
Вещество восстанавливается, если оно приобретает атом Н и (или) теряет атомы О. Восстановитель в общем виде обозначается [H].
Генетическая связь между классами органических соединений
Генетические ряды органических соединений выглядит следующим образом:
Рассмотрим на примере ряда этана:
CH3-CH3 +Cl2→ CH3-CH2Cl + HCl (получение из алканов галогеналканов)
CH3-CH3 → CH2=CH2 + H2↑ (получение из алканов алкенов)
CH2=CH2 → C2H2 + H2↑ (получение из алкенов алкинов)
CH2=CH2 + H2O → C2H5OH (получение из алкенов предельных одноатомных спиртов)
C2H5OH + [O] → CH3CHO + H2O (получение из предельных одноатомных спиртов альдегидов)
CH3CHO + [O] → CH3COOH (получение из альдегидов предельных одноосновных карбоновых кислот)
CH3COOH + Cl2 → CH2Cl-COOH (получение из предельных одноосновных карбоновых кислот хлорзамещенных карбоновых кислот)
CH2Cl-COOH + NH3→ NH2-CH2– COOH + HCl (получение хлорзамещенных карбоновых кислот аминокислот)
(получение из аминокислот пептидов)
Примеры решения задач
Источник
Метан, CH4; одно из простейших органических веществ
Органи́ческие соединения, органические вещества́ — вещества, относящиеся к углеводородам или их производным, то есть это класс химических соединений, объединяющий почти все химические соединения, в состав которых входит углерод[1] (за исключением карбидов, угольной кислоты, карбонатов, некоторых оксидов углерода, роданидов, цианидов).
Органические соединения редки в земной коре, но обладают большой важностью, потому что все известные формы жизни основаны на органических соединениях. Такие вещества часто включены в дальнейший круговорот жизни, как например органические вещества почвы (к слову, годовая продукция биосферы составляет 380 млрд.т)[2]. Основные дистилляты нефти считаются строительными блоками органических соединений[3]. Органические соединения, кроме углерода (C), чаще всего содержат водород (H), кислород (O), азот (N), значительно реже — серу (S), фосфор (P), галогены (F, Cl, Br, I), бор (B) и некоторые металлы (порознь или в различных комбинациях)[4].
История[править | править код]
Название органические вещества появилось на ранней стадии развития химии во времена господства виталистических воззрений, продолжавших традицию Аристотеля и Плиния Старшего о разделении мира на живое и неживое. В 1807 году шведский химик Якоб Берцелиус предложил назвать вещества, получаемые из организмов, органическими, а науку, изучающую их, — органической химией. Считалось, что для синтеза органических веществ необходима особая «жизненная сила» (лат. vis vitalis), присущая только живому, и поэтому синтез органических веществ из неорганических невозможен. Это представление было опровергнуто Фридрихом Вёлером, учеником Берцелиуса, в 1829 году путём синтеза «органической» мочевины из «минерального» цианата аммония, однако деление веществ на органические и неорганические сохранилось в химической терминологии и по сей день.
Количество известных органических соединений составляет почти 27 млн.
Таким образом, органические соединения — самый обширный класс химических соединений. Многообразие органических соединений связано с уникальным свойством углерода образовывать цепочки из атомов, что в свою очередь обусловлено высокой стабильностью (то есть энергией) углерод-углеродной связи. Связь углерод-углерод может быть как одинарной, так и кратной — двойной, тройной. При увеличении кратности углерод-углеродной связи возрастает её энергия, то есть стабильность, а длина уменьшается. Высокая валентность углерода — 4, а также возможность образовывать кратные связи, позволяет образовывать структуры различной размерности (линейные, плоские, объёмные).
Классификация[править | править код]
Основные классы органических соединений биологического происхождения — белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты — содержат, помимо углерода, преимущественно водород, азот, кислород, серу и фосфор. Именно поэтому «классические» органические соединения содержат прежде всего водород, кислород, азот и серу — несмотря на то, что элементами, составляющими органические соединения, помимо углерода могут быть практически любые элементы.
Соединения углерода с другими элементами составляют особый класс органических соединений — элементоорганические соединения. Металлоорганические соединения содержат связь металл-углерод и составляют обширный подкласс элементоорганических соединений.
Характерные свойства[править | править код]
Существует несколько важных свойств, которые выделяют органические соединения в отдельный, ни на что не похожий класс химических соединений.
- Органические соединения обычно представляют собой газы, жидкости или легкоплавкие твёрдые вещества, в отличие от неорганических соединений, которые в большинстве своём представляют собой твёрдые вещества с высокой температурой плавления.
- Органические соединения большей частью построены ковалентно, а неорганические соединения — ионно.
- Различная топология образования связей между атомами, образующими органические соединения (прежде всего, атомами углерода), приводит к появлению изомеров — соединений, имеющих один и тот же состав и молекулярную массу, но обладающих различными физико-химическими свойствами. Данное явление носит название изомерии.
- Явление гомологии — существование рядов органических соединений, в которых формула любых двух соседей ряда (гомологов) отличается на одну и ту же группу — гомологическую разницу CH2. Целый ряд физико-химических свойств в первом приближении изменяется симбатно (мера схожести зависимостей в математическом анализе) по ходу гомологического ряда. Это важное свойство используется в материаловедении при поиске веществ с заранее заданными свойствами.
- Горючесть. [источник не указан 1418 дней]
Номенклатура[править | править код]
Органическая номенклатура — это система классификации и наименований органических веществ.
В настоящее время распространена номенклатура ИЮПАК.
Классификация органических соединений построена на важном принципе, согласно которому физические и химические свойства органического соединения в первом приближении определяются двумя основными критериями — строением углеродного скелета соединения и его функциональными группами.
В зависимости от природы углеродного скелета органические соединения можно разделить на ациклические и циклические. Среди ациклических соединений различают предельные и непредельные. Циклические соединения разделяются на карбоциклические (алициклические и ароматические) и гетероциклические.
- Органические соединения
- Углеводороды
- Ациклические соединения
- Предельные углеводороды (алканы)
- Непредельные углеводороды
- Алкены
- Алкины
- Алкадиены (диеновые углеводороды)
- Циклические углеводороды
- Карбоциклические соединения
- Алициклические соединения
- Ароматические соединения
- Гетероциклические соединения
- Карбоциклические соединения
- Ациклические соединения
- Функциональные производные углеводородов:
- Спирты, Фенолы
- Простые эфиры
- Альдегиды, Кетоны
- Карбоновые кислоты
- Сложные эфиры
- Жиры
- Углеводы
- Моносахариды
- Олигосахариды
- Полисахариды
- Мукополисахариды
- Амины
- Аминокислоты
- Белки
- Нуклеиновые кислоты
- Углеводороды
Алифатические соединения[править | править код]
Алифатические соединения — органические вещества, не содержащие в структуре ароматических систем.
Углеводороды — Алканы — Алкены — Диены или Алкадиены — Алкины — Галогенуглеводороды — Спирты — Тиолы — Простые эфиры — Альдегиды — Кетоны — Карбоновые кислоты — Сложные эфиры — Углеводы или сахара — Нафтены — Амиды — Амины — Липиды — Нитрилы
Ароматические соединения[править | править код]
Ароматические соединения, или арены, — органические вещества, в структуру которых входит одна (или более) ароматическая циклическая система (см. Ароматизация).
Бензол-Толуол-Ксилол-Анилин-Фенол-Ацетофенон-Бензонитрил-
Галогенарены-Нафталин-Антрацен-Фенантрен-Бензпирен-Коронен-Азулен-Бифенил-Ионол.
Гетероциклические соединения[править | править код]
Гетероциклические соединения — вещества, в молекулярной структуре которых присутствует хотя бы один цикл с одним (или несколькими) гетероатомом.
Пиррол-Тиофен-Фуран-Пиридин
Полимеры[править | править код]
Полимеры представляют собой особый вид веществ, также известный как высокомолекулярные соединения. В их структуру обычно входят многочисленные сегменты (соединения) меньшего размера. Эти сегменты могут быть идентичны, и тогда речь идёт о гомополимере. Полимеры относятся к макромолекулам — классу веществ, состоящих из молекул очень большого размера и массы.
Полимеры могут быть органическими (полиэтилен, полипропилен, плексиглас и т. д.) или неорганическими (силикон); синтетическими (поливинилхлорид) или природными (целлюлоза, крахмал).
Структурный анализ[править | править код]
В настоящее время существует несколько методов характеристики органических соединений:
- Кристаллография (рентгеноструктурный анализ) — наиболее точный метод, требующий, однако, наличия высококачественного кристалла достаточного размера для получения высокого разрешения. Поэтому пока этот метод не используется слишком часто.
- Элементный анализ — деструктивный метод, использующийся для количественного определения содержания элементов в молекуле вещества.
- Инфракрасная спектроскопия (ИК): используется главным образом для доказательства наличия (или отсутствия) определённых функциональных групп.
- Масс-спектрометрия: используется для определения молекулярных масс веществ и способов их фрагментации.
- Спектроскопия ядерного магнитного резонанса ЯМР.
- Ультрафиолетовая спектроскопия (УФ): используется для определения степени сопряжения в системе.
См. также[править | править код]
- Неорганические вещества
- Органическая химия
Примечания[править | править код]
Источник
1. Атомы какого элемента входят в состав всех органических веществ?
В состав всех органических соединений входят атомы углерода.
2. В чём сущность теории «жизненной силы»? Назовите учёных, внёсших значительный вклад в развитие органической химии.
Сущность теории «жизненной силы» в утверждении, что органические соединения не могут быть получены в лаборатории, а только живыми организмами, потому что для их создания необходима “жизненная сила”.
Ученые, внесшие вклад в развитие органической химии: Я. Берцелиус, Ф. Велер, А. Кольбе, М. Бертло, А. Кекуле, А. М. Бутлеров.
3. Как можно доказать наличие атомов углерода и водорода в составе молекул органических соединений?
При полном окислении любого органического соединения образуется углекислый газ и вода, следовательно, в его составе есть углерод и водород. Выделение углекислого газа можно доказать путем выпадения осадка при его пропускании через известковую воду, а вода вызывает смену белой окраски безводного сульфата меди на голубую его пентагидрата.
4. Сформулируйте важнейшие положения теории строения органических веществ. Справедлива ли эта теория для неорганических соединений?
Важнейшие положения теории строения органических соединений:
1) Атомы, входящие в состав органических соединений, связаны друг с другом в определенной последовательности в соответствии с их валентностью.
2) Свойства веществ зависят не только от того, атомы каких элементов и в каком количестве входят в состав молекул, но и от последовательности соединения атомов в молекулах.
Данная теория справедлива для неорганических веществ, имеющих в составе ковалентные связи.
5. Перечислите основные принципы строения молекул органических соединений. Чему равна валентность атомов углерода в составе органических веществ?
Основные принципы строения молекул органических соединений:
1) Структурной основой молекулы является углеродный скелет, который состоит из атомов углерода, соединенных в определенной последовательности.
2) Каждый атом углерода в углеродном скелете четырехвалентен.
Валентности атомов углерода, не израсходованные на построение скелета, заполняются другими атомами, например, водорода.
6. Какой тип химической связи преобладает в молекулах органических соединений?
Ковалентный тип связи (полярные и неполярные) преобладает в молекулах органических соединений.
7. При пропускании газообразных продуктов полного окисления органического вещества массой 0,508 г через избыток известковой воды было получено 3,600 г осадка. Вычислите массовую долю (%) углерода в органическом веществе.
Дано: m(вещества)=0.508 гmathrm{m(вещества) = 0.508,г}m(вещества)=0.508г
m(CaCO3)=3.600 гmathrm{m(CaCO_3) = 3.600, г}m(CaCO3)=3.600г
Найти: ω(C)mathrm{omega(C)}ω(C)
Решение:
Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+ H2Omathrm{Ca{(OH)_2} + CO_2 = {CaCO_3}{downarrow} +,H_2O}Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O
n(CaCO3)=m(CaCO3)M(CaCO3)=3.60040+12+16⋅3=0.036 (моль)mathrm{n(CaCO_3)={dfrac{m(CaCO_3)}{M(CaCO_3)}}={dfrac{3.600}{40+12+{16 cdot 3}} = 0.036,(моль)}}n(CaCO3)=M(CaCO3)m(CaCO3)=40+12+16⋅33.600=0.036(моль)
n(C)=n(CO2)=n(CaCO3)= 0.036 (моль)mathrm{n(C) = n(CO_2) = n(CaCO_3) =,0.036,(моль)}n(C)=n(CO2)=n(CaCO3)=0.036(моль)
m(C)=n(C)⋅M(C)=0.036⋅12= 0.432 (г)mathrm{m(C) = {n(C)cdot{M(C)}} = {0.036cdot12} =,0.432,(г)}m(C)=n(C)⋅M(C)=0.036⋅12=0.432(г)
ω(C)=m(C)m(вещества)=0.4320.508= 0.8504= 85.04%mathrm{{omega(C)} = {dfrac{m(C)}{m(вещества)}} = {dfrac{0.432}{0.508}} =,0.8504 =,85.04%}ω(C)=m(вещества)m(C)=0.5080.432=0.8504=85.04%
Ответ: 85.04%mathrm85.04%85.04%.
Источник
ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Основные понятия
органической химии
Органическая химия – это
область химии, изучающая соединения углерода. Углерод выделяется среди всех
элементов тем, что его атомы могут связываться друг с другом в длинные цепи или
циклы. Именно это свойство позволяет углероду образовывать миллионы
соединений, изучением которых занимается органическая химия.
Теория химического строения А. М. Бутлерова.
Современная теория строения
молекул объясняет и огромное число органических соединений, и зависимость
свойств этих соединений от их химического строения. Она же полностью
подтверждает основные принципы теории химического
строения, разработанные выдающимся русским ученым А. М. Бутлеровым.
Основные положения этой теории
(иногда ее называют структурной):
1) атомы в молекулах соединены между собой в определенном порядке
химическими связями согласно их валентности;
2) свойства вещества определяются не только качественным составом, но и
строением, и взаимным влиянием атомов.
3) по свойствам вещества можно определить его строение, а по строению –
свойства.
Важным следствием теории строения
был вывод о том, что каждое органическое соединение должно иметь одну
химическую формулу, отражающую ее строение. Такой вывод теоретически
обосновывал хорошо известное уже тогда явление изомерии,— существование веществ с одинаковым молекулярным
составом, но обладающих различными свойствами.
Изомеры – вещества,
одинаковые по составу, но разные по строению
Структурные формулы. Существование изомеров потребовало
использования не только простых молекулярных формул, но и структурных
формул, отражающих порядок связи атомов в молекуле каждого изомера. В
структурных формулах ковалентная связь обозначается черточкой. Каждая черточка
означает общую электронную пару, связывающую атомы в молекуле.
Структурная формула — условное
изображение строения вещества с учетом химических связей.
Классификация органических соединений.
Для классификации
органических соединений по типам и построения их названий в молекуле
органического соединения принято выделять углеродный
скелет и функциональные группы.
Углеродный скелет представляет собой последовательность химически связанных между собой атомов углерода.
Типы углеродных скелетов. Углеродные скелеты разделяют
на ациклические (не
содержащие циклов), циклические и гетероциклические.
В гетероциклическом скелете в
углеродный цикл включается одни или несколько атомов, отличных от углерода. В
самих углеродных скелетах нужно классифицировать отдельные атомы углерода по
числу химически связанных с ними атомов углерода. Если данный атом углерода
связан с одним атомом углерода, то его называют первичным, с двумя —
вторичным, тремя — третичным и четырьмя — четвертичным.
Поскольку атомы углерода могут
образовывать между собой не только одинарные, но и кратные (двойные и тройные)
связи, то соединения, содержащие только
одинарные связи С––С , называют насыщенными,
соединения с кратными связями называют ненасыщенными.
Углеводороды – соединения, в
которых атомы углерода связаны только с атомами водорода.
Углеводороды признаны в
органической химии родоначальными. Разнообразные соединения
рассматриваются как производные углеводородов, полученные введением в них
функциональных групп.
Функциональные группы. В большинстве органических соединений,
кроме атомов углерода и водорода, содержатся атомы других элементов (не
входящие в скелет). Эти атомы или их
группировки, во многом определяющие химические и физические свойства органических
соединений, называют функциональными
группами.
Функциональная группа оказывается
окончательным признаком, по которому соединения относятся к тому или иному
классу.
Важнейшие функциональные группы
Функциональные группы | Класс соединения | |
обозначение | название | |
— F, —Cl, — Br, — I | галоген | галогенопроизводные углеводородов |
— OH | гидроксил | спирты, фенолы |
карбонил | альдегиды, кетоны | |
карбоксил | карбоновые кислоты | |
— NH2 | аминогруппа | амины |
— NO2 | нитрогруппа | нитросоединения |
Гомологический ряд. Для описания органических соединений
полезным является понятие гомологического ряда. Гомологический ряд образуют
соединения, отличающиеся друг от друга на группу —СН2— и обладающие
сходными химическими свойствами. Группы СН2 называются
гомологической
разностью.
Примером гомологического ряда
может служить ряд предельных углеводородов (алканов). Простейший его
представитель — метан СН4. Гомологами метана являются: этан С2Н6,
пропан С3Н8, бутан С4Н10,
пентан С5Н12, гексан С6Н14, гептан
С7Н16 и т. д. Формула любого последующего гомолога
может быть получена прибавлением к формуле предыдущего углеводорода
гомологической разности.
Состав молекул всех членов
гомологического ряда может быть выражен одной общей формулой. Для
рассмотренного гомологического ряда предельных углеводородов такой формулой
будет СnН2n+2,
где n — число
атомов углерода.
Номенклатура органических соединений. В настоящее время
признана систематическая номенклатура ИЮПАК (IUРАС — Международный
союз теоретической и прикладной химии).
По правилам ИЮПАК название
органического соединения строится из названия главной цепи, образующего корень
слова, и названий функций, используемых в качестве приставок или суффиксов.
Для правильного построения
названия необходимо провести выбор главной цепи и нумерацию атомов углерода в
ней.
Нумерацию атомов углерода в
главной цепи начинают с того конца цепи, ближе к которому расположена старшая
группа. Если таких возможностей оказывается несколько, то нумерацию
проводят таким образом, чтобы либо кратная связь, либо другой заместитель,
имеющийся в молекуле, получили наименьший номер.
В карбоциклических соединениях
нумерацию начинают от того атома углерода, при котором находится старшая
характеристическая группа. Если при этом невозможно выбрать однозначную
нумерацию, то цикл нумеруют так, чтобы заместители имели наименьшие
номера.
В группе циклических углеводородов особо
выделяются ароматические углеводороды, для которых характерно наличие
в молекуле бензольного кольца. Некоторые широко известные представители
ароматических углеводородов и их производных имеют тривиальные названия,
использование которых разрешено правилами ИЮПАК: бензол, толуол, фенол,
бензойная кислота.
Радикал С6Н5—, образованный
из бензола, называется фенил, а не
бензил. Бензилом называют радикал С6Н5СН2—,
образованный из толуола.
Составление названия органического соединения. Основу названия
соединения составляет корень слова, обозначающий предельный углеводород с тем
же числом атомов, что и главная цепь (мет-, эт-,
проп-, бут-, пент: гекс- и т. д.). Затем следует суффикс,
характеризующий степень насыщенности, -ан, если
в молекуле нет кратных связей, -ен при
наличии двойных связей и -ин для
тройных связей, (например пентан, пентен, пентин). Если кратных связей в
молекуле несколько, то в суффиксе указывается число таких связей: –диен, –триен, а после суффикса обязательно арабскими цифрами
указывается положение кратной связи (например, бутен-1, бутен-2, бутадиен-1,3):
Далее в суффикс выносится
название самой старшей характеристической группы в молекуле с указанием ее
положения цифрой. Прочие заместители обозначаются с помощью приставок. При этом
они перечисляются не в порядке старшинства, а по алфавиту. Положение
заместителя указывается цифрой перед приставкой, например: 3-метил; 2-хлор и т. п. Если в молекуле имеется несколько одинаковых
заместителей, то перед названием соответствующей группы словом указывается их
количество (например, диметил-,
трихлор- и т. д.). Все цифры в названиях молекул отделяются от слов дефисом, а
друг от друга запятыми. Углеводородные радикалы имеют свои названия.
Предельные углеводородные
радикалы:
Непредельные углеводородные
радикалы:
Ароматические углеводородные
радикалы:
В качестве примера назовем
следующее соединение:
1) Выбор цепи однозначен,
следовательно, корень слова — пент; далее следует суффикс −ен, указывающий на наличие кратной связи;
2) порядок нумерации обеспечивает
старшей группе (—ОН) наименьший номер;
3) полное название соединения
заканчивается суффиксом, обозначающим старшую группу (в данном случае суффикс –ол указывает на
наличие гидроксильной группы); положение двойной связи и гидроксильной
группы указывается цифрами.
Следовательно, приведенное
соединение называется пентен-4-ол-2.
Тривиальная номенклатура представляет собой совокупность
несистематических исторически сложившихся названий органических соединений
(пример: ацетон, уксусная кислота, формальдегид и т. д.).
Изомерия.
Выше было показано, что способность атомов углерода к
образованию четырех ковалентных связей, в том числе и с другими атомами
углерода, открывает возможность существования нескольких соединений одного
элементного состава — изомеров. Все изомеры делят на два больших класса
— структурные изомеры и пространственные изомеры.
Структурными называют изомеры
с разным порядком соединения атомов.
Пространственные изомеры имеют одинаковые заместители у каждого
атома углерода и отличаются лишь их
взаимным расположением в пространстве.
Структурные изомеры. В соответствии с приведенной выше
классификацией органических соединений по типам среди структурных изомеров
выделяют три группы:
1) соединения, отличающиеся углеродными
скелетами:
2) соединения, отличающиеся
положением заместителя или кратной связи в молекуле:
3) соединения, содержащие
различные функциональные группы и относящиеся к различным классам
органических соединений:
Пространственные изомеры (стереоизомеры). Стереоизомеры можно
разделить на два типа: геометрические изомеры и оптические изомеры.
Геометрическая изомерия характерна для соединений, содержащих
двойную связь или цикл. В таких молекулах часто возможно провести условную
плоскость таким образом, что заместители у различных атомов углерода могут
оказаться по одну сторону (цис-) или по разные
стороны (транс-) от этой плоскости. Если изменение ориентации этих
заместителей относительно плоскости возможно только за счет разрыва одной
из химических связей, то говорят о наличии геометрических изомеров.
Геометрические изомеры отличаются своими физическими и химическими свойствами.
Взаимное влияние атомов в молекуле.
Все
составляющие молекулу атомы находятся во взаимосвязи и испытывают взаимное
влияние. Это влияние передается в основном через систему ковалентных
связей с помощью так называемых электронных эффектов.
Электронными
эффектами называют смещение электронной плотности в молекуле под влиянием
заместителей.
Атомы,
связанные полярной связью, несут частичные заряды, обозначаемые греческой
буквой “дельта” (δ ). Атом, “оттягивающий” электронную
плотность δ -связи в свою сторону, приобретает отрицательный
заряд δ − . При рассмотрении пары атомов, связанных ковалентной
связью, более электроотрицательный атом
называют электроноакцептором. Его партнер по δ -связи
соответственно будет иметь равный по величине дефицит электронной плотности, т.
е. частичный положительный заряд δ +, и будет
называтьсяэлектронодонором.
Смещение
электронной плотности по цепи σ -связей называется индуктивным
эффектом и обозначается I.
Индуктивный
эффект передается по цепи с затуханием. Направление смещения электронной
плотности всех σ -связей обозначается прямыми стрелками.
В
зависимости от того, удаляется ли электронная плотность от рассматриваемого
атома углерода или приближается к нему, индуктивный эффект
называют отрицательным (-I) илиположительным (+I). Знак
и величина индуктивного эффекта определяются различиями в
электроотрицательности между рассматриваемым атомом углерода и группой, его
вызывающей.
Электроноакцепторные
заместители, т.е. атом или группа атомов, смещающие электронную плотность σ -связи
от атома углерода, проявляют отрицательный индуктивный эффект (−I-эффект).
Электронодонорные
заместители, т. е. атом или группа атомов, смещающие электронную плотность к
атому углерода, проявляют положительный индуктивный эффект(+I-эффект).
+I-эффект
проявляют алифатические углеводородные радикалы, т. е. алкильные
радикалы (метил, этил и т. д.).
Большинство
функциональных групп проявляют -I-эффект: галогены, аминогруппа, гидроксильная,
карбонильная, карбоксильная группы.
Индуктивный
эффект проявляется и в случае, когда связанные атомы углерода различны по
состоянию гибридизации. Так, в молекуле пропена метильная группа проявляет
+I-эффект, поскольку атом углерода в ней находится в sp3-гибридном
состоянии, а sp2-гибридизованный атом (при двойной связи) выступает в роли
электроноакцептора, так как имеет более высокую электроотрицательность :
При
передаче индуктивного эффекта метильной группы на двойную связь в первую
очередь ее влияние испытывает подвижная π -связь.
Влияние
заместителя на распределение электронной плотности, передаваемое по π -связям,
называют мезомерным эффектом (М). Мезомерный эффект также может быть
отрицательным и положительным. В структурных формулах его изображают изогнутой
стрелкой, начинающейся у центра электронной плотности и завершающейся в том
месте, куда смещается электронная плотность.
Наличие
электронных эффектов ведет к перераспределению электронной плотности в молекуле
и появлению частичных зарядов на отдельных атомах. Это определяет реакционную
способность молекулы.
Классификация органических реакций
− Классификация по типу разрыва химических связей в реагирующих
частицах. Из их числа можно выделить две большие группы реакций
— радикальные и ионные.
Радикальные реакции — это
процессы, идущие с гомолитическим разрывом ковалентной связи. При
гомолитическом разрыве пара электронов, образующая связь, делится таким
образом, что каждая из образующихся частиц получает по одному электрону. В
результате гомолитического разрыва образуются свободные радикалы:
Нейтральный атом или частица с неспаренным электроном называется свободным радикалом.
Ионные реакции — это
процессы, идущие с гетеролитическим разрывом ковалентных связей, когда оба
электрона связи остаются с одной из ранее связанных частиц:
В
результате гетеролитического разрыва связи получаются заряженные частицы: нуклеофильная
и электрофильная.
Нуклеофильная
частица (нуклеофил) — это частица, имеющая пару электронов на внешнем
электронном уровне. За счет пары электронов нуклеофил способен образовывать
новую ковалентную связь.
Электрофильная
частица (электрофил) — это частица, имеющая незаполненный внешний электронный
уровень. Электрофил представляет незаполненные, вакантные орбитали для
образования ковалентной связи за счет электронов той частицы, с которой он
взаимодействует.
−Классификация по составу и
строению исходных веществ и продуктов реакции. В органической химии все
структурные изменения рассматриваются относительно атома (или атомов) углерода,
участвующего в реакции. Наиболее часто встречаются следующие типы превращений:
присоединение
замещение
отщепление (элиминирование)
полимеризация
В соответствии с вышеизложенным
хлорирование метана под действием света классифицируют как радикальное
замещение, присоединение галогенов к алкенам — как электрофильное
присоединение, а г