Теория химического строения органических соединений.

 

Основные положения Т.Х.С.

1.______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. _____________________________________________________________

________________________________________________________________

 

3. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Гомологический ряд и гомологическая разность.

Органические соединения можно расположить в ряды сходных по составу, строению и свойствам – гомологические ряды.

Гомологическим рядом называют ___________________________ ___________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ___________________________________________________________________

Например:

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Для гомологических рядов можно вывести общую формулу, для «Алканов» она С_nH_2n+2

Формулы молекулярные и структурные.

В органической химии широко используют различные виды химических формул:

Молекулярная формула отражает __________________________________ __________________________________________________________________ __________________________________________________________________

 

Например: _________________________________________________________

Структурная формула отражает ___________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________

Например

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Часто нет необходимости детально изображать химические связи между атомами углерода и водорода, поэтому в большинстве случаев используют сокращённые структурные формулы.

Например,________________________________________________________

Строение молекул органических веществ наглядно отражают с помощь различных моделей: объёмные (масштабные) и шаростержневые.

Классификация реакций по типу реагирующих частиц и принципу изменения состава молекулы.

1. По направлению (результату) реакции:

- реакции присоединения

 

__________________________________________________________________

2. реакции замещения

 

__________________________________________________________________

3. реакции отщепления

 

__________________________________________________________________

4. реакции перегруппировки атомов

 

__________________________________________________________________

2. По типу разрыва связи в исходных молекулах:

- радикальный (гомолитический) разрыв связи

 

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Свободные радикалы – это __________________________________________

__________________________________________________________________

- гетеролитический (ионный) разрыв связи

 

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Гомолитические реакции - ___________________________________________

__________________________________________________________________

Гетеролитические реакции - __________________________________________

__________________________________________________________________

3. По типу реагента (атакующих чпстиц) в ионных реакциях:

Электрофильные реагенты - __________________________________________

__________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________________

Например, _________________________________________________________

Электрофильные реакции – это _______________________________________

__________________________________________________________________

Нуклеофильные реагенты - __________________________________________

__________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Например, _________________________________________________________

Нуклеофильные реакции – это _______________________________________

__________________________________________________________________

4. По числу реакционных частиц, участвующих в самой медленной стадии:

1. ________________________________________________________________

2._________________________________________________________________

3._________________________________________________________________

 

Лекция №2

«ТИПЫ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ В ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ. АЛКАНЫ. ЦИКЛОАЛКАНЫ»

1. Общая характеристика предельных углеводородов. Номенклатура и гомологический ряд алканов.

2. Физические свойства алканов. Основные способы получения.

3. Строение и химические свойства предельных углеводородов. Радикально-цепной механизм реакции в алканах.

4. Циклоалканы. Особые свойства циклопропана и циклобутана.

1.Общая характеристика предельных углеводородов. Номенклатура и гомологический ряд алканов.

Углеводороды - ______________________________________________

____________________________________________________________________________________________.

Предельными углеводородами, или алканами (международное название), называются ______________________________

__________________ где n - число атомов углерода.

В молекулах предельных углеводородов атомы углерода связаны между собой ___________________ связью, а все остальные валентности насыщены атомами водорода. Алканы называют также насыщенными углеводородами или парафинами.

Номенклатура

Первым членом гомологического ряда алканов является ____________. Окончание -ан является характерным для названий предельных углеводородов. Далее следует __________, ______________, _____________. Начиная с пятого углеводорода, название образуется из греческого числительного, указывающего число углеродных атомов в молекуле, и окончания -ан. Это _______________________________________

_______________________________________. Алканы, начиная с четвертого члена ряда (бутана), имеют изомеры.

Чтобы подчеркнуть, что алкан имеет неразветвленную углеродную цепь, часто к названию добавляют слово нормальный (н-), например:

__________________________________________________________________

н-бутан н-гептан

(нормальный бутан) (нормальный гептан)

При отрыве атома водорода от молекулы алкана образуются одновалетные частицы, называемые__________________________________ (сокращенно обозначаются буквой R). Названия одновалентных радикалов производятся от названий соответствующих углеводородов с заменой окончания –ан на ___. Вот соответствующие примеры:

 

Углеводороды	Одновалентные радикалы

При отнятии от молекулы углеводорода двух атомов водорода получаются _____________________. Их названия также производятся от названий соответствующих предельных углеводородов с заменой окончания -ан на:

–илиден: _________________________________________________________________________________________________________________________________

- илен: ________________________________________________________

______________________________________________________________

Радикал СН2= имеет название ____________.

Для названия изомеров широко применяют три номенклатуры: 1._________________________________________________________________2._____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. _________________________________________________________________________________________________________________________________

 

По рациональной номенклатуре углеводороды рассматриваются как ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Если в формуле одинаковые радикалы повторяются несколько раз, то их указывают греческими числительными: ди - два, три - три, тетра - четыре, пента - пять, гекса - шесть и т. д. Например:

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Рациональная номенклатура удобна для не очень сложных соединений.

По заместительной номенклатуре основой для названия служит

1. _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. _____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. _______________________________________________________________________________________________________________________

Если в формуле содержится несколько одинаковых радикалов, то перед их названием указывают число прописью (ди-, три-, тетра- и т. д.), а номера радикалов разделяют запятыми. Вот как по этой номенклатуре следует назвать изомеры гексана:

 

 

А вот более сложный пример:

 

 

При написании формул изомеров легко заметить, что атомы углерода занимают в них неодинаковое положение. Атом углерода, ________________

___________________________________, называется первичным, с двумя - вторичным, с тремя - третичным, с четырьмя - четвертичным.

Например

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Правило Марковникова №1 _________________________________

________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Физические свойства алканов. Основные способы получения.

В обычных условиях первые четыре члена гомологического ряда алканов (С1 — С4) — __________. Нормальные алканы от пентана до гептадекана (C5 — C17) — __________________, начиная с С18 и выше — т-______________________. По мере увеличения числа атомов углерода в цепи, т.е. с ростом относительной молекулярной массы, возрастают __________

__________________________________________________________________. При одинаковом числе атомов углерода в молекуле алканы с разветвленным строением имеют более низкие температуры кипения, чем нормальные алканы. Алканы практически нерастворимы в ___________, так как их молекулы малополярны и не взаимодействуют с ____________________, они хорошо растворяются в___________________________________________, таких как бензол.

СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЛКАНОВ

Основные природные источники алканов — _____________________

___________. Различные фракции нефти содержат алканы от C5H12 до С30Н62. Природный газ состоит_____________________________________

__________________.

 

Из синтетических методов получения алканов можно выделить следующие:

1. Получение из ненасыщенных углеводородов. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________2. Получение из галогенпроизводных (реакция Вюрца):

____________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Получение из солей карбоновых кислот. ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________4. Получение метана. В электрической дуге, горящей в атмосфере водорода, образуется значительное количество метана:

__________________________________________________________________Такая же реакция идет при нагревании углерода в атмосфере водорода до 400-500 °С при повышенном давлении в присутствии катализатора.

5. В лабораторных условиях метан часто получают из карбида алюминия:

__________________________________________________________________

3. Строение и химические свойства предельных углеводородов. Радикально-цепной механизм реакции в алканах.

В предельных углеводородах ______________________________________
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Все алканы насыщены водородом до предела (максимально). Их атомы углерода находятся в состоянии ___________________, а значит, имеют ______________________ связи. В обычных условиях алканы химически _____________. Они устойчивы к действию многих реагентов: не взаимодействуют с концентрированными серной и азотной кислотами, с концентрированными и расплавленными щелочами, не окисляются сильными окислителями - перманганатом калия KMnО4 и т.п. Химическая устойчивость алканов объясняется высокой прочностью ________________

__________________________. Неполярные связи С-С и С-Н в алканах не склонны к ионному разрыву, но способны расщепляться гомолитически под действием активных свободных радикалов. Поэтому для алканов характерны ____________________________, в результате которых получаются соединения, где атомы водорода замещены на другие атомы или группы атомов. Следовательно, алканы______________________________________

_________________________________________________________________. По этому механизму легче всего замещаются атомы водорода ____________

____________________________________________________________________________________________________________________________________

1. Галогенирование. При взаимодействии алканов с галогенами (хлором и бромом) под действием УФ-излучения или высокой температуры. Общая схема этой реакции показана на примере метана:

Сl2 Сl2 Сl2 Сl2

СН4 → СН3Сl → СН2Сl2 → СНСl3 → ССl4 -HCl -HCl -НСl -HCl

Реакция образования хлорметана протекает по цепному механизму, который характеризуется следующими стадиями:

а) инициирование цепи: hv

__________________________________________________________________ б) рост цепи.

__________________________________________________________________ __________________________________________________________________Эти реакции повторяются до тех пор, пока не произойдет обрыв цепи по одной из реакций:

в) обрыв цепи:

___________________________________________________________________________________________________________________________________

Суммарное уравнение реакции:

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Развитие теории цепных свободнорадикальных реакций тесно связано с именем выдающегося русского ученого ___________________(1896-1986).

2. Нитрование (реакция Коновалова). При действии разбавленной азотной кислоты на алканы при 140°С и небольшом давлении протекает радикальная реакция:

____________________________________________________________________________________________________________________________________

3. Изомеризация. Нормальные алканы при определенных условиях могут превращаться в алканы с разветвленной цепью:

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Крекинг —_________________________________________________
__________________________________________________________________При крекинге высших алканов образуются алкены и низшие алканы, при крекинге метана и этана образуются ацетилен:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Эти реакции имеют большое промышленное значение. Таким путем высококипящие фракции нефти (мазут) превращают в бензин, керосин и другие ценные продукты.

5. Окисление. При мягком окислении метана кислородом воздуха в присутствии различных катализаторов могут быть получены метиловый спирт, формальдегид, муравьиная кислота:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Мягкое каталитическое окисление бутана кислородом воздуха - один из промышленных способов получения уксусной кислоты:

____________________________________________________________________________________________________________________________________

6. На воздухе алканы сгорают до СО2 и Н2О:

СН4 + 2О2→СО2 +2Н2О

 

4. Циклоалканы. Особые свойства циклопропана и циклобутана.

 

Циклоалканы-_______________________________________________. Простейшие представители этого ряда:

 

__________________________________________________________________

Общая формула гомологического ряда циклоалканов _________. Точно такой же формулой описывается гомологический ряд _________. Из чего следует, что каждому циклоалкану изомерен соответствующий алкен. Это пример так называемой ____________________________________ изомерии.

Строение циклоалканов.

Каждый атом углерода в циклоалканах находится в состоянии __________________ и образует__________________________________. Углы между связями зависят от размера цикла. В простейших циклах С3 и С4 углы между связями С-С сильно отличаются от тетраэдрического угла 109,5°, что создает в молекулах напряжение и обеспечивает их высокую реакционную способность. Свободное вращение вокруг связей С-С, образующих цикл, _____________________.

Изомерия и номенклатура.

1) Для циклоалканов как и для всех классов органических соединений, характерна ________________________________________________________.

2) Отсутствие свободного вращения вокруг связей С-С в цикле создает предпосылки для существования ______________________________________

__________________________________________________________________. Например, в молекуле 1,2-диметилциклопропана две группы СН3 могут находиться по одну сторону от плоскости цикла (цис-изомер) или по разные стороны (транс-изомер):

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

цис-изомер транс-изомер

По размеру цикла циклоалканы делятся на ряд групп - __________ (С3, С4) и ___________________ (С5-С7) циклы.

Названия циклоалканов строятся путем добавления приставки цикло- к названию алкана с соответствующим числом атомов углерода. Структурные формулы циклоалканов обычно записывают в сокращенном виде, используя геометрическую форму цикла и опуская символы атомов углерода и водорода.

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Физические свойства.

При обычных условиях первые два члена ряда (С3 - С4) — _______, (С5 - С16) — ________________, начиная с C17 — _____________________. Температуры кипения и плавления циклоалканов выше, чем у соответствующих алканов.

Получение.

1. Основной способ получения циклоалканов - отщепление двух атомов галогена от дигалогеналканов:

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Каталитическое гидрирование ароматических углеводородов:

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Химические свойства.

По химическим свойствам малые и обычные циклы существенно различаются между собою. Циклопропан и циклобутан склонны к реакциям ________________________, т.е. сходны в этом отношении с алкенами. Циклопентан и циклогексан по своему химическому поведению близки к алканам, так как вступают в реакции _____________________.

1. Так, например, циклопропан и циклобутан способны присоединять бром:

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. Циклопропан, циклобутан и даже циклопентан могут присоединять водород:

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3. В реакцию присоединения с галогеноводородами опять же вступают только малые циклы. Присоединение к гомологам циклопропана происходит по правилу Марковникова:

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4. Реакции замещения:

____________________________________________________________________________________________________________________________________5. Дегидрирование циклоалканов:

____________________________________________________________________________________________________________________________________

ЛЕКЦИЯ №3

«Алкены, алкадиены. Алкины»

1. Общая характеристика алкенов. Номенклатура и изомерия. Строение. Получение и свойства.

2. Общая характеристика диеновых угдеводородов. Номенклатура и изомерия. Строение. Получение и свойства.

3. Общая характеристика алкинов. Номенклатура и изомерия. Строение. Получение и свойства.

1. Общая характеристика алкенов. Номенклатура и изомерия. Строение. Получение и свойства.

Простейшими непредельными (ненасыщенными) соединениями являются углеводороды, содержащие _________________________________. Алкены, содержащие две двойные связи, называются ___________, содержащие три двойные связи — ______________ и т.д. Соединения с несколькими двойными связями имеют общее название ________________.

Алкенами называются___________________________________________

______________________________________________________________. Первый представитель этого класса — _______________________________

Ближайшие гомологи этилена:

____________________________________________________________________________________________________________________________________Простейший алкен с разветвленным углеродным скелетом:

____________________________________________________________________________________________________________________________________

Общая формула гомологического ряда алкенов __________.

 

СТРОЕНИЕ

Атомы углерода при двойной связи находятся в состоянии __________________. Три s-связи, образованные гибридными орбиталями, располагаются в одной плоскости ____________________________________; p-связь образована _________________________________________________
____________________________. При этом атомные р-орбитали перекрываются не в межъядерном пространстве, ___________. Поэтому такое "боковое" перекрывание _______________, чем осевое, и, следовательно, p-связь является _________________, чем s-связь.

 

 

Структурная изомерия алкенов обусловлена ________
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Пространственная, или цис-транс-изомерия обусловлена _____________

______________________________________________________________. Если каждый из атомов углерода при связи С=С связан с двумя разными заместителями, то эти заместители могут располагаться __________________
____________________________________________________________________________________________________________________________________

Эти два изомера нельзя перевести друг в друга без вращения вокруг двойной связи С=С, а это вращение требует разрыва p-связи и затраты большого количества энергии. Поэтому цис- и транс-изомеры представляют собой _____________________________________________________________________________________________________________________________________________. Алкены, у которых хотя бы один из атомов углерода при связи С=С имеет два одинаковых заместителя, _______________________________.

В алкенах с неразветвленной углеродной цепью нумерацию начинают __________________________________________________________________. В названии соответствующего алкана окончание _______________________. В разветвленных алкенах выбирают ________________________________
__________________________________________________________________. Перед названием главной цепи указывают ______________________, при котором находится заместитель, и название этого заместителя. Номер после названия главной цепи указывает ___________________________, например:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Физические свойства алкенов ________ на свойства алканов, хотя все они имеют несколько __________________ температуры плавления и кипения, чем соответствующие ___________. Например, пентан имеет температуру кипения 36 °С, а пентен-1 — 30 °С. При обычных условиях алкены С2 - С4 — ___________. С5 – С15 — ____________, начиная с C16 — _____________________. Алкены _________________в воде, хорошо растворимы в органических растворителях.