Првиот се појави на почетокот на 19 век. радикална теорија(Ј. Геј-Лусак, Ф. Велер, Ј. Либиг). Радикалите се групи на атоми кои поминуваат без промена за време на хемиските реакции од едно во друго соединение. Овој концепт на радикали е зачуван, но повеќето други одредби од теоријата на радикалите се покажаа како неточни.
Според типски теории(C. Gerard) сите органски материи можат да се поделат на типови што одговараат на одредени неоргански материи. На пример, алкохолите R-OH и етерите R-O-R се сметаа за претставници на воден тип H-OH, во кој атомите на водород се заменети со радикали. Теоријата на типови создаде класификација на органски супстанции, чии некои принципи се користат денес.
Современата теорија за структурата на органските соединенија беше создадена од извонредниот руски научник А.М. Батлеров.
Основни принципи на теоријата на структурата на органските соединенија од А.М. Батлеров
1. Атомите во молекулата се распоредени во одредена низа според нивната валентност. Валентноста на јаглеродниот атом во органските соединенија е четири.
2. Својствата на супстанциите не зависат само од тоа кои атоми и во колкави количини се вклучени во молекулата, туку и од редоследот по кој тие се поврзани едни со други.
3. Атоми или групи на атоми кои ја сочинуваат молекулата взаемно влијаат еден на друг, што ја одредува хемиската активност и реактивноста на молекулите.
4. Проучувањето на својствата на супстанциите ни овозможува да ја одредиме нивната хемиска структура.
Меѓусебното влијание на соседните атоми во молекулите е најважното својство на органските соединенија. Ова влијание се пренесува или преку синџир на едноставни врски или преку синџир на конјугирани (наизменични) едноставни и двојни врски.
Класификација на органски соединенијасе заснова на анализа на два аспекта на структурата на молекулите - структурата на јаглеродниот скелет и присуството на функционални групи.
Органски соединенија
Јаглеводороди Хетероциклични соединенија
Ограничување- Невиден-Арома-
ефикасна практична
Алифатичен карбоцикличен
Крајна незаситена Крајна незаситена ароматична
(Алкани) (Циклоалкани) (Арени)
СО П H 2 П+2 C П H 2 ПСО П H 2 П -6
алкени, полиени и алкини
СО П H 2 Пполиини C П H 2 П -2
Ориз. 1. Класификација на органските соединенија според структурата на јаглеродниот скелет
Класи на јаглеводородни деривати врз основа на присуство на функционални групи:
Халогени деривати R–Gal: CH 3 CH 2 Cl (хлороетан), C 6 H 5 Br (бромобензен);
Алкохоли и феноли R–OH: CH 3 CH 2 OH (етанол), C 6 H 5 OH (фенол);
Тиоли R–SH: CH 3 CH 2 SH (етанетиол), C 6 H 5 SH (тиофенол);
Етери R–O–R: CH3CH2–O–CH2CH3 (диетил етер),
комплекс R–CO–O–R: CH 3 CH 2 COOCH 2 CH 3 (етил оцетна киселина);
Карбонилни соединенија: алдехиди R–CHO:
кетони R–СОR: CH 3 COCH 3 (пропанон), C 6 H 5 COCH 3 (метил фенилкетон);
Карбоксилни киселини R-COOH: (оцетна киселина), (бензоева киселина)
Сулфонски киселини R–SO 3 H: CH 3 SO 3 H (метансулфонска киселина), C 6 H 5 SO 3 H (бензенсулфонска киселина)
Амини R-NH2: CH3CH2NH2 (етиламин), CH3NHCH3 (диметиламин), C6H5NH2 (анилин);
Нитро-соединенија R–NO 2 CH 3 CH 2 NO 2 (нитроетан), C 6 H 5 NO 2 (нитробензен);
Органометални (органоелемент) соединенија: CH 3 CH 2 Na (етил натриум).
Серија на соединенија слични по структура, кои поседуваат слични хемиски својства, во кои поединечните членови на серијата се разликуваат едни од други само по бројот на -CH 2 - групи, се нарекува хомолошка серија,а групата -CH 2 е хомолошка разлика . За членовите на хомологната серија, огромното мнозинство на реакции се одвиваат на ист начин (со исклучок само на првите членови на серијата). Следствено, знаејќи ги хемиските реакции на само еден член од серијата, може да се каже со висок степен на веројатност дека истиот тип на трансформација се случува со останатите членови од хомологната серија.
За која било хомологна серија, може да се изведе општа формула која ја одразува врската помеѓу атомите на јаглерод и водород на членовите на оваа серија; како ова се нарекува формулата општа формула на хомолошката серија.Да, С П H 2 П+2 – формула на алкани, В П H 2 П+1 OH – алифатични монохидрични алкохоли.
Номенклатура на органски соединенија: тривијална, рационална и систематска номенклатура. Тривијалната номенклатура е збирка на историски утврдени имиња. Значи, од името веднаш е јасно каде е изолирана јаболкова, килибарна или лимонска киселина, како се добива пирувична киселина (пиролиза на грозје киселина), познавачите на грчкиот јазик лесно ќе погодат дека оцетната киселина е нешто кисело, а глицеринот е сладок. . Како што се синтетизираа нови органски соединенија и се развиваше теоријата за нивната структура, беа создадени други номенклатури кои ја рефлектираа структурата на соединението (неговата припадност на одредена класа).
Рационалната номенклатура го конструира името на соединението врз основа на структурата на поедноставно соединение (првиот член на хомологната серија). CH 3 ТОЈ- карбинол, CH3 CH 2 ТОЈ- метилкарбинол, CH3 CH(OH) CH 3 – диметилкарбинол, итн.
IUPAC номенклатура (систематска номенклатура). Според номенклатурата на IUPAC (Меѓународна унија за чиста и применета хемија), имињата на јаглеводородите и нивните функционални деривати се засноваат на името на соодветниот јаглеводород со додавање на префикси и суфикси својствени за оваа хомологна серија.
За правилно (и недвосмислено) именување на органско соединение користејќи систематска номенклатура, мора:
1) изберете ја најдолгата низа на јаглеродни атоми (родителска структура) како главен јаглероден скелет и наведете го неговото име, обрнувајќи внимание на степенот на незаситеност на соединението;
2) идентификуваат Ситефункционални групи присутни во соединението;
3) утврди која група е сениор (види табела), името на оваа група се одразува во името на соединението во форма на наставка и се става на крајот од името на сложенката; сите други групи се дадени во името во форма на префикси;
4) нумерирај ги јаглеродните атоми на главниот синџир, давајќи и на највисоката група најмал број;
5) наведете ги префиксите по азбучен ред (во овој случај не се земаат предвид префиксите за множење ди-, три-, тетра- итн.);
6) запишете го целото име на соединението.
|
Класа за поврзување |
Формула за функционална група |
Наставка или завршница |
|
|
Карбоксилни киселини |
Карбокси- |
Оична киселина |
|
|
Сулфонски киселини |
Сулфонска киселина |
||
|
Алдехиди | |||
|
хидрокси- | |||
|
Меркапто- | |||
|
С≡≡С | |||
|
Халогени деривати |
Br, I, F, Cl |
бром-, јод-, флуор-, хлор- |
-бромид, -јодид, -флуорид, -хлорид |
|
Нитро соединенија |
Неопходно е да се запамети:
Во имињата на алкохоли, алдехиди, кетони, карбоксилни киселини, амиди, нитрили, киселински халиди, суфиксот што ја дефинира класата следи по наставката на степенот на незаситеност: на пример, 2-бутенал;
Соединенијата што содржат други функционални групи се нарекуваат јаглеводородни деривати. Имињата на овие функционални групи се поставени како префикси пред името на матичниот јаглеводород: на пример, 1-хлоропропан.
Имињата на киселинските функционални групи, како што се сулфонска киселина или фосфинска киселина, се ставаат по името на јаглеводородниот скелет: на пример, бензенсулфонска киселина.
Дериватите на алдехидите и кетони често се именувани по матичните карбонилни соединенија.
Естерите на карбоксилните киселини се нарекуваат деривати на матичните киселини. Завршувањето –оична киселина се заменува со –оат: на пример, метил пропионат е метил естер на пропаноична киселина.
За да покажете дека супституентот е поврзан со азотниот атом на матичната структура, користете голема буква N пред името на супституентот: N-метиланилин.
Оние. треба да започнете со името на матичната структура, за која е апсолутно неопходно напамет да се знаат имињата на првите 10 членови од хомологната серија на алкани (метан, етан, пропан, бутан, пентан, хексан, хептан, октан, нонан, декан). Исто така, треба да ги знаете имињата на радикалите формирани од нив - во овој случај, крајот -an се менува во -il.
Размислете за соединение кое е дел од лековите што се користат за лекување на очни болести:
CH 3 – C(CH 3) = CH – CH 2 – CH 2 – C(CH 3) = CH – CHO
Основната матична структура е синџир од 8 јаглеродни атоми, вклучувајќи алдехидна група и двете двојни врски. Осум јаглеродни атоми се октански. Но, постојат 2 двојни врски - помеѓу вториот и третиот атом и помеѓу шестата и седмата. Една двојна врска - крајот -ан мора да се замени со -ен, има 2 двојни врски, што значи -диен, т.е. октадиен, а на почетокот ја посочуваме нивната положба именувајќи ги атомите со помали броеви - 2,6-октадиен. Се занимававме со првобитната структура и неодреденоста.
Но, соединението содржи алдехидна група, тоа не е јаглеводород, туку алдехид, па затоа ја додаваме наставката -ал, без број, таа е секогаш прва - 2,6-октадиенал.
Други 2 супституенти се метил радикали во третиот и седмиот атом. Значи, на крајот добиваме: 3,7-диметил - 2,6-октадиенал.
Основни принципи на теоријата на хемиската структура на А.М. Батлеров
1. Атомите во молекулите се поврзани едни со други во одредена низа според нивните валентности. Низата меѓуатомски врски во молекулата се нарекува нејзина хемиска структура и се рефлектира со една структурна формула (структурна формула).
2. Хемиската структура може да се одреди со користење на хемиски методи. (Во моментов се користат и современи физички методи).
3. Карактеристиките на супстанциите зависат од нивната хемиска структура.
4. Врз основа на својствата на дадена супстанција може да се одреди структурата на нејзината молекула, а врз основа на структурата на молекулата може да се предвидат својствата.
5. Атомите и групите на атоми во молекулата имаат взаемно влијание еден врз друг.
Теоријата на Батлеров беше научна основа на органската хемија и придонесе за нејзиниот брз развој. Врз основа на одредбите на теоријата, А.М. Батлеров го објасни феноменот на изомеризам, предвиде постоење на различни изомери и за прв пат доби некои од нив.
Развојот на теоријата на структурата беше олеснет со работата на Кекуле, Колбе, Купер и Ван'т Хоф. Сепак, нивните теоретски позиции не беа од општа природа и служеа главно за објаснување на експерименталниот материјал.
2. Формули за структура
Формулата за структура (структурна формула) го опишува редоследот на поврзување на атомите во молекулата, т.е. неговата хемиска структура. Хемиските врски во структурната формула се претставени со цртички. Врската помеѓу водородот и другите атоми обично не е означена (таквите формули се нарекуваат скратени структурни формули).
На пример, целосните (проширени) и скратените структурни формули на n-бутан C4H10 имаат форма:
Друг пример се формулите на изобутан.
Честопати се користи уште пократка нотација на формулата, кога не се прикажани само врските со атомот на водород, туку и симболите на атомите на јаглерод и водород. На пример, структурата на бензен C6H6 се рефлектира со формулите:
Структурните формули се разликуваат од молекуларните (бруто) формули, кои покажуваат само кои елементи и во која пропорција се вклучени во составот на супстанцијата (т.е. квалитативен и квантитативен елементарен состав), но не го одразуваат редоследот на поврзување на атомите.
На пример, n-бутан и изобутан имаат иста молекуларна формула C4H10, но различна низа на врски.
Така, разликата во супстанциите се должи не само на различни квалитативни и квантитативни елементарни состави, туку и на различни хемиски структури, кои можат да се рефлектираат само со структурни формули.
3. Концептот на изомеризам
Уште пред создавањето на теоријата на структурата, беа познати супстанции со ист елементарен состав, но со различни својства. Таквите супстанции се нарекувале изомери, а самиот овој феномен бил наречен изомеризам.
Основата на изомеризмот, како што е прикажано од А.М. Батлеров, лежи разликата во структурата на молекулите што се состојат од ист сет на атоми. Така,
изомеризам е феномен на постоење на соединенија кои имаат ист квалитативен и квантитативен состав, но различни структури и, според тоа, различни својства.
На пример, кога една молекула содржи 4 атоми на јаглерод и 10 атоми на водород, можно е постоење на 2 изомерни соединенија:
Во зависност од природата на разликите во структурата на изомерите, се разликуваат структурниот и просторниот изомеризам.
4. Структурни изомери
Структурните изомери се соединенија со ист квалитативен и квантитативен состав, кои се разликуваат по редоследот на поврзување на атомите, т.е. хемиската структура.
На пример, составот C5H12 одговара на 3 структурни изомери:
Друг пример:
5. Стереоизомери
Просторните изомери (стереоизомери), со ист состав и иста хемиска структура, се разликуваат во просторниот распоред на атомите во молекулата.
Просторните изомери се оптички и цис-транс изомери (различни обоени топчиња претставуваат различни атоми или атомски групи):
Молекулите на таквите изомери се просторно некомпатибилни.
Стереоизомеризмот игра важна улога во органската хемија. Овие прашања ќе бидат разгледани подетално кога се проучуваат соединенија од поединечни класи.
6. Електронски претстави во органската хемија
Примената на електронската теорија на атомската структура и хемиското поврзување во органската хемија беше една од најважните фази во развојот на теоријата за структурата на органските соединенија. Концептот за хемиска структура како низа од врски меѓу атомите (А.М. Батлеров) беше дополнет со електронската теорија со концепти за електронска и просторна структура и нивното влијание врз својствата на органските соединенија. Токму овие идеи овозможуваат да се разберат начините на пренесување на взаемното влијание на атомите во молекулите (електронски и просторни ефекти) и однесувањето на молекулите во хемиските реакции.
Според современите концепти, својствата на органските соединенија се одредуваат со:
природата и електронската структура на атомите;
видот на атомските орбитали и природата на нивната интеракција;
тип на хемиски врски;
хемиска, електронска и просторна структура на молекулите.
7. Својства на електронот
Електронот има двојна природа. Во различни експерименти може да ги покаже својствата и на честичката и на бранот. Движењето на електронот ги почитува законите на квантната механика. Врската помеѓу брановите и корпускуларните својства на електронот ја рефлектира релацијата де Броље.
Енергијата и координатите на електронот, како и другите елементарни честички, не можат истовремено да се мерат со иста точност (Хајзенберговиот принцип на несигурност). Затоа, движењето на електронот во атом или молекула не може да се опише со помош на траекторија. Електронот може да се наоѓа во која било точка во вселената, но со различни веројатности.
Делот од просторот во кој постои голема веројатност да се најде електрон се нарекува орбитален или електронски облак.
На пример:
8. Атомски орбитали
Атомска орбитала (АО) е регионот каде што електрон најверојатно ќе престојува (електронски облак) во електричното поле на атомското јадро.
Положбата на елементот во Периодниот систем го одредува типот на орбиталите на неговите атоми (s-, p-, d-, f-AO, итн.), кои се разликуваат по енергија, форма, големина и просторна ориентација.
Елементите од првиот период (H, He) се карактеризираат со еден AO - 1s.
Во елементите од вториот период, електроните заземаат пет AO на две енергетски нивоа: првото ниво 1s; второ ниво - 2s, 2px, 2py, 2pz. (броевите го означуваат бројот на енергетското ниво, буквите го означуваат обликот на орбиталата).
Состојбата на електронот во атомот е целосно опишана со квантни броеви.
Создадено од А.М. Батлеров во 60-тите години на 19 век, теоријата за хемиската структура на органските соединенија ја донесе потребната јасност за причините за разновидноста на органските соединенија, ја откри врската помеѓу структурата и својствата на овие супстанции, овозможи да се објасни својства на веќе познати и предвидуваат својства на уште неоткриени органски соединенија.
Откритијата во областа на органската хемија (тетравалентноста на јаглеродот, способноста да се формираат долги синџири) му дозволија на Батлеров во 1861 година да ги формулира главните генерации на теоријата:
1) Атомите во молекулите се поврзани според нивната валентност (јаглерод-IV, кислород-II, водород-I), секвенцата на врски на атомите се рефлектира со структурни формули.
2) Карактеристиките на супстанциите зависат не само од хемискиот состав, туку и од редоследот на поврзување на атомите во молекулата (хемиската структура). Постои изомери, односно супстанции кои имаат ист квантитативен и квалитативен состав, но различни структури и, според тоа, различни својства.
C 2 H 6 O: CH 3 CH 2 OH - етил алкохол и CH 3 OCH 3 - диметил етер
C 3 H 6 - пропен и циклопропан - CH 2 = CH−CH 3
3) Атомите взаемно влијаат еден на друг, тоа е последица на различната електронегативност на атомите кои ги формираат молекулите (O>N>C>H), а овие елементи имаат различни ефекти врз поместувањето на заедничките електронски парови.
4) Врз основа на структурата на молекулата на органска супстанција, може да се предвидат нејзините својства, а врз основа на нејзините својства може да се одреди нејзината структура.
ТСОС доби понатамошен развој по воспоставувањето на структурата на атомот, усвојувањето на концептот на видови хемиски врски, видови на хибридизација и откривањето на феноменот на просторна изомеризам (стереохемија).
Билет бр. 7 (2)
Електролизата како редокс процес. Електролиза на топи и раствори користејќи натриум хлорид како пример. Практична примена на електролиза.
Електролизае редокс процес кој се јавува на електродите кога директна електрична струја поминува низ раствор од топење или електролит
Суштината на електролизата е спроведување на хемиски реакции со користење на електрична енергија. Реакциите се редукција на катодата и оксидација на анодата.
Катодата (-) им дава електрони на катјоните, а анодата (+) прифаќа електрони од анјоните.
Електролиза на топење на NaCl
NaCl-->Na + +Cl -
K(-): Na + +1e-―>Na 0 | 2 проценти закрепнување
A(+) :2Cl-2e-―>Cl 2 0 | 1 процент оксидација
2Na + +2Cl - ->2Na+Cl 2
Електролиза на воден раствор на NaCl
Во електролизата на NaC| Во водата учествуваат јоните на Na + и Cl -, како и молекулите на водата. Кога ќе помине струјата, катјоните Na + се движат кон катодата, а Cl - анјоните се движат кон анодата. Но на катодатаНаместо јоните на Na, молекулите на водата се намалуваат:
2H 2 O + 2e-―> H 2 +2OH -
а хлоридните јони се оксидираат на анодата:
2Cl - -2e-―>Cl 2
Како резултат на тоа, има водород на катодата, хлор на анодата, а NaOH се акумулира во растворот
Во јонска форма: 2H 2 O + 2e -> H 2 + 2OH-
2Cl - -2e-―>Cl 2
електролиза
2H 2 O + 2Cl - -―>H 2 +Cl 2 +2OH -
електролиза
Во молекуларна форма: 2H 2 O + 2NaCl-—> 2NaOH + H 2 + Cl 2
Примена на електролиза:
1) Заштита на метали од корозија
2) Добивање активни метали (натриум, калиум, алкална земја, итн.)
3) Прочистување на одредени метали од нечистотии (електрично рафинирање)
Билет бр. 8 (1)
Поврзани информации:
- А) Теорија на знаење е наука која ги проучува формите, методите и техниките на појавата и обрасците на развој на знаењето, неговиот однос со реалноста, критериумите на неговата вистина.
Предавање 15
Теорија на структурата на органските материи. Главни класи на органски соединенија.
Органска хемија -науката која ги проучува органските материи. Во спротивно може да се дефинира како хемија на јаглеродни соединенија. Вториот зазема посебно место во периодниот систем на Д.И.Менделев за разновидноста на соединенија, од кои се познати околу 15 милиони, додека бројот на неоргански соединенија е петстотини илјади. Органските материи се познати на човештвото одамна, како шеќер, растителни и животински масти, бои, миризливи и лековити материи. Постепено, луѓето научија со преработка на овие супстанции да добијат различни вредни органски производи: вино, оцет, сапун, итн. хемијата е од големо значење за развојот на медицината, бидејќи огромното мнозинство на лекови се органски соединенија не само од природно потекло, туку и се добиваат главно преку синтеза. Исклучителното значење на висока молекуларна тежинаоргански соединенија (синтетички смоли, пластика, влакна, синтетичка гума, бои, хербициди, инсектициди, фунгициди, дефолијати...). Органската хемија е од големо значење за производство на храна и индустриски добра.
Современата органска хемија длабоко навлезе во хемиските процеси кои се случуваат за време на складирањето и преработката на прехранбените производи: процесите на сушење, ранцидност и сапонификација на маслата, ферментација, печење, ферментација, производство на пијалоци, во производството на млечни производи итн. Откривањето и проучувањето на ензими и парфеми и козметика исто така одиграа голема улога.
Една од причините за широката разновидност на органски соединенија е уникатноста на нивната структура, која се манифестира во формирањето на ковалентни врски и синџири од јаглеродни атоми, различни по вид и должина. Покрај тоа, бројот на врзани јаглеродни атоми во нив може да достигне десетици илјади, а конфигурацијата на јаглеродните синџири може да биде линеарна или циклична. Покрај јаглеродните атоми, синџирите може да содржат кислород, азот, сулфур, фосфор, арсен, силициум, калај, олово, титаниум, железо итн.
Манифестацијата на овие својства со јаглерод се должи на неколку причини. Беше потврдено дека енергиите на врските C-C и C-O се споредливи. Јаглеродот има способност да формира три типа на орбитална хибридизација: четири sp 3 - хибридни орбитали, нивната ориентација во просторот е тетраедрална и одговара на едноставноковалентни врски; три хибридни sp 2 орбитали лоцирани во иста рамнина, во комбинација со нехибридна орбитала, формираат двојни множителиврски (─С = С─); исто така со помош на sp - се јавуваат хибридни орбитали со линеарна ориентација и нехибридни орбитали помеѓу атоми на јаглерод тројни множителиврски (─ C ≡ C ─) Покрај тоа, јаглеродните атоми ги формираат овие типови врски не само меѓу себе, туку и со други елементи. Така, современата теорија за структурата на материјата објаснува не само значителен број на органски соединенија, туку и влијанието на нивната хемиска структура врз нивните својства.
Исто така, целосно ги потврдува основите теории за хемиска структура, развиен од големиот руски научник А.М.Батлеров. Нејзините главни одредби:
1) во органските молекули, атомите се поврзани едни со други во одреден редослед според нивната валентност, што ја одредува структурата на молекулите;
2) својствата на органските соединенија зависат од природата и бројот на нивните составни атоми, како и од хемиската структура на молекулите;
3) секоја хемиска формула одговара на одреден број можни изомерни структури;
4) секое органско соединение има една формула и има одредени својства;
5) во молекулите постои взаемно влијание на атомите еден врз друг.
Класи на органски соединенија
Според теоријата, органските соединенија се поделени во две серии - ациклични и циклични соединенија.
1. Ациклични соединенија.(алкани, алкени) содржат отворен, незатворен јаглероден ланец - прави или разгранет:
Н Н Н Н Н
│ │ │ │ │ │ │
N─ S─S─S─S─ N H─S─S─S─N
│ │ │ │ │ │ │
N N N N N │ N
Нормален бутан изобутан (метилпропан)
2. а) Алициклични соединенија– соединенија кои имаат затворени (циклични) јаглеродни синџири во нивните молекули:
циклобутан циклохексан
б) ароматични соединенија,чии молекули содржат скелет од бензен - шестчлен прстен со наизменични единечни и двојни врски (арени):
в) Хетероциклични соединенија– циклични соединенија кои содржат, покрај јаглеродни атоми, азот, сулфур, кислород, фосфор и некои елементи во трагови, кои се нарекуваат хетероатоми.
фуран пирол пиридин
Во секој ред, органските супстанции се дистрибуираат во класи - јаглеводороди, алкохоли, алдехиди, кетони, киселини, естри во согласност со природата на функционалните групи на нивните молекули.
Постои и класификација според степенот на заситеност и функционалните групи. Според степенот на заситеност, тие се разликуваат:
1. Екстремно заситен– јаглеродниот скелет содржи само единечни врски.
─С─С─С─
2. Незаситени незаситени– во јаглеродниот скелет има повеќекратни (=, ≡) врски.
─С=С─ ─С≡С─
3. Ароматични– незаситени циклуси со конјугација на прстен (4n + 2) π-електрони.
По функционални групи
1. Алкохоли R-CH 2 OH
2. Феноли 
3. Алдехиди R─COH кетони R─C─R
4. Карбоксилни киселини R─COOH O
5. Естери R─COOR 1
Најголемиот настан во развојот на органската хемија беше создавањето во 1961 година од големиот руски научник А.М. Батлеровтеории за хемиската структура на органските соединенија.
Пред А.М. Батлеров сметал дека е невозможно да се знае структурата на молекулата, односно редоследот на хемиските врски меѓу атомите. Многу научници дури ја негираа реалноста на атомите и молекулите.
А.М. Батлеров го негираше ова мислење. Тој дојде од вистинското место материјалистичкии филозофски идеи за реалноста на постоењето на атоми и молекули, за можноста да се знае хемиската врска на атомите во молекулата. Тој покажа дека структурата на молекулата може да се утврди експериментално со проучување на хемиските трансформации на супстанцијата. Спротивно на тоа, знаејќи ја структурата на молекулата, може да се заклучат хемиските својства на соединението.
Теоријата на хемиската структура ја објаснува разновидноста на органските соединенија. Тоа се должи на способноста на четиривалентен јаглерод да формира јаглеродни синџири и прстени, да се комбинира со атоми на други елементи и присуството на изомеризам во хемиската структура на органските соединенија. Оваа теорија ги постави научните основи на органската хемија и ги објасни нејзините најважни закони. Основните принципи на неговата теорија А.М. Батлеров го истакна во својот извештај „За теоријата на хемиската структура“.
Главните принципи на теоријата на структурата се како што следува:
1) во молекулите, атомите се поврзани едни со други во одредена низа во согласност со нивната валентност. Редоследот по кој се поврзуваат атомите се нарекува хемиска структура;
2) својствата на супстанцијата не зависат само од тоа кои атоми и во која количина се вклучени во нејзината молекула, туку и од редоследот по кој тие се поврзани едни со други, т.е. од хемиската структура на молекулата;
3) атоми или групи на атоми кои формираат молекула взаемно влијаат еден на друг.
Во теоријата на хемиската структура, големо внимание се посветува на меѓусебното влијание на атомите и групите атоми во молекулата.
Се нарекуваат хемиските формули кои го прикажуваат редоследот по кој атомите се комбинираат во молекулите структурни формулиили формули на структура.
Важноста на теоријата на хемиската структура на А.М. Батлерова:
1) е најважниот дел од теоретската основа на органската хемија;
2) по важност може да се спореди со Периодниот систем на елементи од Д.И. Менделеев;
3) овозможи да се систематизира огромна количина практичен материјал;
4) овозможи однапред да се предвиди постоењето на нови супстанции, како и да се наведат начини за нивно добивање.
Теоријата на хемиската структура служи како водечка основа за сите истражувања во органската хемија.
12 Феноли,хидрокси деривати ароматични соединенија, која содржи една или повеќе хидроксилни групи (–OH) поврзани со јаглеродните атоми на ароматичното јадро. Врз основа на бројот на OH групи, се разликуваат моноатомски соединенија, на пример, оксибензен C 6 H 5 OH, обично наречен едноставно фенол, хидрокситолуени CH 3 C 6 H 4 OH - т.н крезоли, оксинафталини - нафтали, диатомски, на пример диоксибензен C 6 H 4 (OH) 2 ( хидрохинон, пирокатехин, резорцинол), полиатомски, на пример пирогалол, флороглуцинол. F. - безбојни кристали со карактеристичен мирис, поретко течности; високо растворлив во органски растворувачи (алкохол, етер, енсол). Поседувајќи кисели својства, фосфорот формира производи слични на сол - фенолати: ArOH + NaOH (ArONa + H 2 O (Ar е ароматичен радикал). Алкилацијата и ацилацијата на фенолатите доведува до фосфорни естри - едноставни ArOR и сложени ArOCOR (R е органски радикал). салицилна киселина. За разлика од алкохоли, хидроксилната група на F. со голема тешкотија се заменува со халоген. Електрофилната замена во јадрото на фосфорот (халогенација, нитрација, сулфонација, алкилација итн.) се изведува многу полесно отколку во несупституираните ароматични јаглеводороди; заменските групи се испраќаат до орто- И пар- позиција на групата OH (види. Правила за ориентација). Каталитичката хидрогенизација на F. доведува до алициклични алкохоли, на пример C 6 H 5 OH се намалува на циклохексанол. F. се карактеризира и со реакции на кондензација, на пример, со алдехиди и кетони, кои се користат во индустријата за производство на фенол и резорцинол-формалдехидни смоли, дифенилолпропан и други важни производи.
Фосфатите се добиваат, на пример, со хидролиза на соодветните халогени деривати, алкално топење на арилсулфонските киселини ArSO 2 OH и изолирани од катран од јаглен, кафеав јаглен, итн. Физиката е важна суровина во производството на различни полимери, лепила , бои и лакови, бои и лекови (фенолфталеин, салицилна киселина, салол), сурфактанти и мириси. Некои F. се користат како антисептици и антиоксиданти (на пример, полимери, масла за подмачкување). За квалитативна идентификација на железен хлорид, се користат раствори на железен хлорид, кои формираат обоени производи со железна киселина. F. се токсични (види Отпадна вода.).
13 Алканите
општи карактеристики
Јаглеводородите се наједноставните органски соединенија кои се состојат од два елементи: јаглерод и водород. Заситените јаглеводороди или алкани (меѓународно име) се соединенија чиј состав се изразува со општата формула C n H 2n+2, каде што n е бројот на јаглеродни атоми. Во молекулите на заситените јаглеводороди, јаглеродните атоми се поврзани едни со други со едноставна (единечна) врска, а сите други валенции се заситени со атоми на водород. Алканите се нарекуваат и заситени јаглеводороди или парафини (терминот „парафини“ значи „низок афинитет“).
Првиот член на хомологната серија на алкани е метанот CH4. Завршувањето -an е типично за имињата на заситените јаглеводороди. Потоа следуваат етан C 2 H 6, пропан C 3 H 8, бутан C 4 H 10. Почнувајќи од петтиот јаглеводород, името се формира од грчкиот број, што го означува бројот на јаглеродни атоми во молекулата и завршувањето -an. Ова е пентан C 5 H 12 хексан C 6 H 14, хептан C 7 H 16, октан C 8 H 18, нонан C 9 H 20, декан C 10 H 22 итн.
Во хомологната серија, се забележува постепена промена во физичките својства на јаглеводородите: точките на вриење и топење се зголемуваат, густината се зголемува. Во нормални услови (температура ~ 22°C), првите четири членови од серијата (метан, етан, пропан, бутан) се гасови, од C 5 H 12 до C 16 H 34 се течности, а од C 17 H 36 се цврсти материи.
Алканите, почнувајќи од четвртиот член на серијата (бутан), имаат изомери.
Сите алкани се заситени со водород до границата (максимум). Нивните јаглеродни атоми се во состојба на sp 3 хибридизација, што значи дека имаат едноставни (единечни) врски.
Номенклатура
Веќе се дадени имињата на првите десет членови од серијата заситени јаглеводороди. За да се нагласи дека алканот има директен јаглероден синџир, зборот нормално (n-) често се додава на името, на пример:
CH3-CH2-CH2-CH3CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3
n-бутан n-хептан
(нормален бутан) (нормален хептан)
Кога атом на водород се отстранува од молекула на алкан, се формираат едновалентни честички наречени јаглеводородни радикали (скратено како R). Имињата на едновалентни радикали се изведени од имињата на соодветните јаглеводороди со завршетокот –an заменет со –ил. Еве релевантни примери:
Радикалите се формираат не само од органски, туку и од неоргански соединенија. Значи, ако ја одземете хидроксилната група OH од азотна киселина, ќе добиете едновалентен радикал - NO 2, наречен нитро група итн.
Кога два атоми на водород се отстранат од јаглеводородна молекула, се добиваат двовалентни радикали. Нивните имиња се изведени и од имињата на соодветните заситени јаглеводороди со завршетокот -ane заменет со -илиден (ако атомите на водород се одделени од еден јаглероден атом) или -илен (ако атомите на водород се отстранети од два соседни јаглеродни атоми) . Радикалниот CH 2 = се нарекува метилен.
Имињата на радикали се користат во номенклатурата на многу јаглеводородни деривати. На пример: CH 3 I - метил јодид, C 4 H 9 Cl - бутил хлорид, CH 2 Cl 2 - метилен хлорид, C 2 H 4 Br 2 - етилен бромид (ако атомите на бром се поврзани со различни јаглеродни атоми) или етилиден бромид (ако атомите на бром се врзани за еден јаглероден атом).
За именување на изомери, широко се користат две номенклатури: стара - рационална и модерна - супститутивна, која се нарекува и систематска или меѓународна (предложена од Меѓународната унија за чиста и применета хемија IUPAC).
Според рационалната номенклатура, јаглеводородите се сметаат за деривати на метанот, во кои еден или повеќе атоми на водород се заменуваат со радикали. Ако истите радикали се повторуваат неколку пати во формулата, тогаш тие се означени со грчки бројки: ди - два, три - три, тетра - четири, пента - пет, хекса - шест итн. На пример:
Рационалната номенклатура е погодна за не многу сложени врски.
Според супститутивната номенклатура, името се заснова на еден јаглероден ланец, а сите други фрагменти од молекулата се сметаат за супституенти. Во овој случај, се избира најдолгиот синџир на јаглеродни атоми и атомите на синџирот се нумерирани од крајот до кој е најблиску јаглеводородниот радикал. Потоа го нарекуваат: 1) бројот на јаглеродниот атом на кој се поврзува радикалот (почнувајќи од наједноставниот радикал); 2) јаглеводород кој има долг ланец. Ако формулата содржи неколку идентични радикали, тогаш пред нивните имиња означете го бројот со зборови (ди-, три-, тетра-, итн.), а броевите на радикалите се одделени со запирки. Еве како треба да се нарекуваат изомери на хексан според оваа номенклатура:
Еве еден покомплексен пример:
И супститутивната и рационалната номенклатура се користат не само за јаглеводороди, туку и за други класи на органски соединенија. За некои органски соединенија се користат историски утврдени (емпириски) или таканаречени тривијални имиња (мравја киселина, сулфурен етер, уреа итн.).
При пишувањето на формулите на изомерите, лесно е да се забележи дека атомите на јаглеродот заземаат различни позиции во нив. Јаглеродниот атом кој е врзан за само еден јаглероден атом во синџирот се нарекува примарен, за два се нарекува секундарен, за три е терцијарен и за четири е кватернерен. Така, на пример, во последниот пример, јаглеродните атоми 1 и 7 се примарни, 4 и 6 се секундарни, 2 и 3 се терцијарни, 5 се кватернерни. Својствата на атомите на водород, другите атоми и функционалните групи зависат од тоа дали тие се поврзани со примарен, секундарен или терцијарен јаглероден атом. Ова секогаш треба да се земе предвид.
Потврда. Својства.
Физички својства. Во нормални услови, првите четири членови од хомологната серија на алкани (C 1 - C 4) се гасови. Нормалните алкани од пентан до хептадекан (C 5 - C 17) се течности, почнувајќи од C 18 и погоре се цврсти материи. Како што се зголемува бројот на јаглеродни атоми во синџирот, т.е. Како што се зголемува релативната молекуларна тежина, точките на вриење и топење на алканите се зголемуваат. Со ист број на јаглеродни атоми во молекулата, разгранетите алкани имаат пониски точки на вриење од нормалните алкани.
Алканите се практично нерастворливи во вода, бидејќи нивните молекули се нискополарни и не комуницираат со молекулите на водата; тие добро се раствораат во неполарни органски растворувачи како што се бензен, јаглерод тетрахлорид итн. Течните алкани лесно се мешаат едни со други.
Главните природни извори на алкани се нафтата и природниот гас. Различни нафтени фракции содржат алкани од C 5 H 12 до C 30 H 62. Природниот гас се состои од метан (95%) со мешавина на етан и пропан.
Меѓу синтетичките методи за производство на алкани, може да се издвојат следново:
1. Се добива од незаситени јаглеводороди. Интеракцијата на алкените или алкините со водородот („хидрогенизација“) се јавува во присуство на метални катализатори (Ni, Pd) на
греење:
CH 3 -C≡CH + 2H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 3.
2. Подготовка од халогени проводници. Кога монохалогираните алкани се загреваат со натриум метал, се добиваат алкани со двојно поголем број јаглеродни атоми (реакција на Вурц):
C 2 H 5 Br + 2Na + Br-C 2 H 5 → C 2 H 5 -C 2 H 5 + 2NaBr.
Оваа реакција не се изведува со два различни халогени алкани бидејќи резултира со мешавина од три различни алкани
3. Подготовка од соли на карбоксилни киселини. Кога безводните соли на карбоксилните киселини се спојуваат со алкалите, се добиваат алкани кои содржат еден јаглероден атом помалку во споредба со јаглеродниот синџир на оригиналните карбоксилни киселини:
4. Добивање метан. Во електричен лак што гори во водородна атмосфера, се формира значителна количина на метан:
C + 2H 2 → CH 4.
Истата реакција се јавува кога јаглеродот се загрева во водородна атмосфера до 400-500 °C при покачен притисок во присуство на катализатор.
Во лабораториски услови, метанот често се добива од алуминиум карбид:
Al 4 C 3 + 12H 2 O = ZSN 4 + 4Al (OH) 3.
Хемиски својства. Во нормални услови, алканите се хемиски инертни. Отпорни се на дејството на многу реагенси: не комуницираат со концентрирани сулфурни и азотни киселини, со концентрирани и стопени алкалии, не се оксидираат со силни оксидирачки агенси - калиум перманганат KMnO 4 итн.
Хемиската стабилност на алканите се објаснува со високата јачина на C-C и C-H s-врските, како и со нивната неполаритетност. Неполарните C-C и C-H врски во алканите не се склони кон јонско расцепување, но се способни за хомолитичко расцепување под влијание на активните слободни радикали. Затоа, алканите се карактеризираат со радикални реакции, кои резултираат со соединенија каде атомите на водород се заменуваат со други атоми или групи на атоми. Следствено, алканите влегуваат во реакции кои се одвиваат според механизмот на радикална супституција, означен со симболот S R (од англиски, супституција радикал). Според овој механизам, атомите на водород најлесно се заменуваат кај терциерните, потоа кај секундарните и примарните јаглеродни атоми.
1. Халогенација. Кога алканите реагираат со халогени (хлор и бром) под влијание на УВ зрачење или висока температура, се формира мешавина од производи од моно-до полихалогени супституирани алкани. Општата шема на оваа реакција е прикажана со користење на метан како пример:
б) Раст на синџирот. Радикалниот хлор отстранува атом на водород од молекулата на алканот:
Cl + CH 4 → HCl + CH 3
Во овој случај, се формира алкилен радикал, кој отстранува атом на хлор од молекулата на хлор:
CH 3 + Cl 2 → CH 3 Cl + Cl
Овие реакции се повторуваат додека синџирот не се прекине во една од реакциите:
Cl + Cl → Cl 2, CH 3 + CH 3 → C 2 H 6, CH 3 + Cl → CH 3 Cl
Општа равенка на реакција:
Во радикалните реакции (халогенација, нитрација), атомите на водород кај терциерните јаглеродни атоми прво се мешаат, потоа во секундарните и примарните јаглеродни атоми. Ова се објаснува со фактот дека врската помеѓу терциерниот јаглероден атом и водородот најлесно се раскинува хомолитично (енергија на врската 376 kJ/mol), потоа секундарната (390 kJ/mol), па дури потоа примарната (415 kJ / mol).
3. Изомеризација. Нормалните алкани можат, под одредени услови, да се трансформираат во алкани со разгранет ланец:
4. Напукнување е хемолитичко расцепување на врските C-C, кое настанува при загревање и под влијание на катализаторите.
Кога се пукаат повисоките алкани, се формираат алкени и пониски алкани; кога се пукаат метанот и етанот, се формира ацетилен:
C 8 H 18 → C 4 H 10 + C 4 H 8,
2CH 4 → C 2 H 2 + ZN 2,
C 2 H 6 → C 2 H 2 + 2H 2.
Овие реакции се од големо индустриско значење. На овој начин, фракциите на маслото со висока температура (мазут) се претвораат во бензин, керозин и други вредни производи.
5. Оксидација. Со блага оксидација на метанот со атмосферски кислород во присуство на различни катализатори, може да се добие метил алкохол, формалдехид и мравја киселина:
 |
Благата каталитичка оксидација на бутанот со атмосферски кислород е еден од индустриските методи за производство на оцетна киселина:
т°
2C 4 H 10 + 5O 2 → 4CH 3 COOH + 2H 2 O.
мачка
Во воздухот, алканите согоруваат до CO 2 и H 2 O:
C n H 2n + 2 + (3n + 1) / 2O 2 = nCO 2 + (n + 1) H 2 O.
Алкени
Алкените (инаку олефини или етилен јаглеводороди) се ациклични незаситени јаглеводороди кои содржат една двојна врска помеѓу јаглеродните атоми, формирајќи хомологна серија со општата формула CnH2n. Јаглеродните атоми на двојната врска се во состојба на sp² хибридизација.
Наједноставниот алкен е етен (C2H4). Според номенклатурата IUPAC, имињата на алкените се формираат од имињата на соодветните алкани со замена на суфиксот „-ane“ со „-ene“; Позицијата на двојната врска е означена со арапски број.
Хомологни серии
Алкените со повеќе од три јаглеродни атоми имаат изомери. Алкените се карактеризираат со изомеризам на јаглеродниот скелет, позиции на двојни врски, меѓукласни и геометриски.
| етен | C2H4 |
| пропен | C3H6 |
| n-бутен | C4H8 |
| n-пентен | C5H10 |
| n-хексен | C6H12 |
| n-хептен | C7H14 |
| n-октен | C8H16 |
| n-nonene | C9H18 |
| н-децене | C10H20 |
Физички својства
Точките на топење и вриење се зголемуваат со молекуларната тежина и должината на јаглеродниот столб.
Во нормални услови, алкените од C2H4 до C4H8 се гасови; од C5H10 до C17H34 - течности, по C18H36 - цврсти материи. Алкените се нерастворливи во вода, но се многу растворливи во органски растворувачи.
Хемиски својства
Алкените се хемиски активни. Нивните хемиски својства се одредуваат со присуство на двојна врска.
Озонолиза: алкенот се оксидира до алдехиди (во случај на моносупституирани вицинални јаглероди), кетони (во случај на диссупституирани вицинални јаглероди) или мешавина од алдехид и кетон (во случај на три-супституиран алкен на двојната врска) :
R1–CH=CH–R2 + O3 → R1–C(H)=O + R2C(H)=O + H2O
R1–C(R2)=C(R3)–R4+ O3 → R1–C(R2)=O + R3–C(R4)=O + H2O
R1–C(R2)=CH–R3+ O3 → R1–C(R2)=O + R3–C(H)=O + H2O
Озонолиза под тешки услови - алкенот се оксидира до киселина:
R"–CH=CH–R" + O3 → R"–COOH + R"–COOH + H2O
Врска со двојна врска:
CH2=CH2 +Br2 → CH2Br-CH2Br
Оксидација со перациди:
CH2=CH2 + CH3COOOH →
или
CH2=CH2 + HCOOH → HOCH2CH2OH