Органическая химия (стр. 3 )

в) Бутин-2 имеет линейное строение, потому что второй и третий атомы углерода имеют по одной δ- связи и по две π- связи, т. е. находятся в третьем валентном состоянии (Sp), которому соответствуют валентные углы 1800. Пространственных изомеров нет.

ПРИМЕР 2. Напишите формулу и дайте названия всех изомерных углеводородов состава С5Н10 с открытой цепью.

ОТВЕТ: Формула С5Н10 соответствует общей формуле СnН2n - формуле углеводородов с одной двойной связью. Сначала рассмотрим изомеры с нормальной неразветвленной углеродной цепью (С – С – С – С – С)

С=С−С–С–С или полностью СН2 = СН – СН2 – СН2 – СН3 (1)

С−С=С–С–С или полностью СН3 – СН = СН – СН2 – СН3 (2)

Расположение двойной связи между атомами 3 - 4 и 4 - 5 дает повторяющиеся структуры.

Затем рассмотрим изомеры с меньшей длиной главной цепи

Варианты расположения двойной связи:

Этиленовых углеводородов, соответствующих цепи , нет.

Если учесть пространственное расположение атомов в молекуле, обнаружим, что углеводород (2) существует в виде двух геометрических изомеров

Вопросы для самопроверки

1.  Что является предметом изучения органической химии? Чем обусловлено выделение органической химии в самостоятельную научную дисциплину?

2.  Сформулируйте основные положения теории химического строения .

3.  Дайте определение основным типам химической связи – ионной и ковалентной; полярной и неполярной; δ- и π- связи; простой и кратной.

4.  Какие виды гибридизации возможны для атома углерода? Охарактеризуйте в каждом случае форму и пространственную направленность атомных орбиталей. Приведите примеры.

5.  Приведите примеры структурных и пространственных изомеров для гексена-2.

6.  Что положено в основу классификации органических соединений? По какому принципу определяется принадлежность органического соединения к определенному ряду, классу?

РАЗДЕЛ 1

УГЛЕВОДОРОДЫ

Т е м а 2. Предельные углеводороды

Определение. Общая формула. Гомологический ряд. Строение, изомерия. Первичный, вторичный, третичный, четвертичный атомы углерода. Понятие об алкилах, их названия. Номенклатура предельных углеводородов. Нахождение алканов в природе, природные и попутные газы, нефть, горный воск. Понятие о составе нефти и путях ее переработки: перегонка, крекинг, пиролиз. Синтетические способы получения алканов: из галогенопроизводных по реакции Вюрца, гидрированием непредельных соединений, из солей карбоновых кислот.

Физические свойства. Химические свойства. Реакции замещения водорода: действие галогенов, нитрование, сульфирование, дегидрирование, окисление.

Промышленное значение предельных углеводородов. Газообразное и жидкое топливо.

Методические указания

Изучение отдельных классов органических соединений целесообразно начинать с углеводородов.

Предельные углеводороды жирного ряда (с открытой цепью) рассматриваются первыми. Гомологический ряд предельных углеводородов характеризуется общей формулой Сп Н2п+2. Соседние члены гомологического ряда отличаются друг от друга на группу – СН2 – , называемую гомологической разностью. Члены гомологического ряда имеют подобные химические и закономерно изменяющиеся физические свойства. Для предельных углеводородов характерна структурная изомерия. Для наименования предельных углеводородов используются систематические названия.

В предельных углеводородах все атомы углерода связаны простой
δ- связью, т. е. характеризуются насыщенностью. Алканы способны к реакциям замещения и отщепления водорода, а также к реакциям разложения, протекающим с разрывом углеродной цепи, и неспособны к реакциям присоединения.

В реакциях замещения у парафинов наиболее легко подвергаются замене атомы водорода при третичном атоме углерода, например:

ПРИМЕР. Какие углеводороды образуются по реакции Вюрца из йодистого метила и хлористого изопропила?

ОТВЕТ: В условиях реакции Вюрца из двух различных галогенопроизводных образуется смесь трех предельных углеводородов.

Данный пример является типичным для органической химии: в большинстве случаев даже при отсутствии побочных реакций образуется смесь продуктов реакции.

Вопросы для самопроверки

1.  Сформулируйте понятие гомологического ряда, гомологической разности. Какова общая формула алканов? Напишите молекулярные формулы предельных углеводородов, содержащих восемь атомов углерода. Напишите формулы и названия их изомеров.

2.  В каком валентном состоянии находятся атомы углерода в этане? К каким типам связей: ионная или ковалентная, δ- или π- , полярная или неполярная относятся связи между атомами С-С и С-Н в молекуле пропана?

3.  Приведите примеры реакций замещения, отщепления и разложения для пропана.

Т е м а 3. Этиленовые углеводороды

Определение. Общая формула. Гомологический ряд. Строение. Изомерия этиленовых углеводородов: структурная и пространственная /цис-транс изомерия/. Номенклатура.

Способы получения: из галогенопроизводных, из спиртов, частичным гидрированием ацетиленовых углеводородов.

Физические свойства. Химические свойства. Реакции электрофильного присоединения: водорода, галогенов, галогеноводородов, воды. Правило Марковникова и его современная трактовка. Окисление олефинов до окисей, гликолей. Окисление с разрывом цепи. Реакции полимеризации. Полиэтилен, полипропилен, их получение, применение в народном хозяйстве.

Этилен, пропилен, бутилены, их получение и применение.

Методические указания

Рассматривая строение алкенов, прежде всего обратите внимание на наличие в их молекулах двойной связи, представляющей собой сочетание различных по электронной конфигурации и прочности δ- и π- связей. Наличие двойной связи обуславливает также появление нового вида изомерии – цис-транс, или геометрической. Последняя имеет место для этиленовых соединений, у которых каждый атом углерода при двойной связи соединен с двумя различными атомами или радикалами. Так, например, 2-бутен CH3 – СН = СН – CH3 может существовать в виде двух стереоизомеров:

В отличие от предельных углеводородов, олефины являются более реакционными за счет меньшей прочности π- связи. Алкены вступают в химические реакции главным образом по двойной связи: реакции присоединения, окисления, полимеризации.

Направление присоединения молекул полярных веществ (HBr, HOH и др.) к несимметричным алкенам определяется правилом Марковникова и может быть объяснено следующим образом: благодаря наличию электронно-донорной группы в молекуле пропилена осуществляется постоянная поляризация двойной связи. Характер поляризации определяет направление присоединения полярной молекулы HBr:

Обратите внимание на реакции качественного определения двойных связей.

ПРИМЕР. Установите строение углеводорода, обесцвечивающего бромную воду и дающего при окислении смесь ацетона и уксусной кислоты.

ОТВЕТ: Окисление с образованием карбоновых кислот и кетонов – реакция окисления этиленовых углеводородов. Ацетон и уксусная кислота могут образовываться при окислении алкена следующего строения:

Обесцвечивание бромной воды также является доказательством наличия в молекуле углеводорода кратных двойных или тройных связей

Таким образом, исходное соединение – триметилэтилен.

Вопросы для самопроверки

1.  Охарактеризуйте второе валентное состояние атома углерода. Приведите атомноорбитальную модель молекулы этилена. Сравните характер образования δ- и π- углерод-углеродных связей.

2.  Сравните длину, энергию, полярность и поляризуемость простой и двойной углерод-углеродной связей. Какая связь обладает большей реакционной способностью?

3.  Напишите структурные формулы непредельных углеводородов состава С5 Н10 и назовите их по систематической номенклатуре. Для каких изомеров возможна геометрическая изомерия?

4.  Какие химические превращения лежат в основе качественных реакций на двойную связь?

5.  Напишите реакцию гидратации 1- бутена. Укажите условия.

6.  Правило Марковникова.

Т е м а 4. Ацетиленовые углеводороды

Определение. Общая формула. Гомологический ряд. Строение. Изомерия. Номенклатура. Получение из дигалогенопроизводных /вицинальных и геминальных/, из карбида кальция, из метана.

Физические свойства. Химические свойства. Реакции присоединения: водорода, галогенов, галогеноводородов, воды /реакции Кучерова/, спиртов, карбоновых кислот, синильной кислоты. Реакции ацетиленового атома водорода: образование ацетиленидов, конденсация с альдегидами и кетонами. Реакция полимеризации.

Ацетилен. Промышленный синтез на основе ацетилена. Винилацетилен.

Методические указания

Алкины характеризуются наличием тройной связи, состоящей из одной δ- связи и двух π- связей, следствием чего является их высокая химическая активность в реакциях присоединения. Однако, в отличие от алкенов алкины склонны не только к реакциям электрофильного присоединения (Br2, HBr), но также и к реакциям нуклеофильного присоединения (HCN).