Краткий курс органической химии – Органическая химия (краткий курс для студентов сельскохозяйственного факультета). Скачать бесплатно онлайн в электронном виде

Введение в органическую химию

План лекции

1. Предмет органической химии

2. Теория химического строения А. М. Бутлерова

3. Изомерия органических веществ

4. Особенности углерод-углеродных связей

5. Электронные эффекты в органических молекулах

6. Особенности органических реакций

7. Классификация органических веществ

8. Номенклатура органических веществ

1. Предмет органической химии

Органическая химия – это химия углеводородов и их функциональных производных.

Специфика углеводородов в сравнении с водородными соединениями других элементов заключается в особых свойствах атома углерода. Находясь в четвертой группе второго периода периодической системы, углерод при образовании химических связей не имеет на валентной оболочке ни электронных пар, ни вакантных орбиталей; это обстоятельство обусловливает высокую химическую устойчивость соединений. Кроме атомов углерода и водорода в состав органических соединений входят и другие атомы периодической системы – O, S, N, P, атомы галогенов и другие. Производные углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода замещены на другие атомы или группы атомов (функциональные группы), называют функциональными производными.

2. Теория химического строения А, М. Бутлерова

Теория химического строения А. М. Бутлерова (1861) явилась фундаментом, на котором строилась теоретическая органическая химия. Основные ее положения в современной формулировке сводятся к следующему:

1) Атомы в молекулах соединены друг с другом в определенной последовательности в соответствии с их валентностью. Углерод во всех органических соединениях четырехвалентен.

Химические формулы, отражающие порядок соединения атомов, называют структурными:

H H H

| |

H — C — C — N

| |

H H H

Структурные формулы могут быть изображены и в сокращенном виде, например, CH₃ − CH₂ − NH₂ или C₂H₅NH₂.

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, т.е. от химического строения молекул.

3) Атомы или группы атомов, образующие молекулу, взаимно влияют друг на друга.

4) Строение молекул может быть установлено на основе изучения их химических свойств.

3. Изомерия органических веществ

Явление изомерии – наглядная иллюстрация второго положения теории А. М. Бутлерова.

Изомеры – вещества, имеющие одинаковый качественный и количественный состав, но различающиеся по строению, и, вследствие этого, по физическим и химическим свойствам.

Различают структурную и пространственную изомерию.

Структурная изомерия связана с различным порядком соединения атомов в молекулах. Разновидности структурной изомерии:

1. изомерия углеродного скелета

Этот тип изомерии обусловлен возможностью построения различных углеродных скелетов из n углеродных атомов, если n больше или равно четырем. Например, молекулярной формуле C₄H₁₀ соответствуют два вещества – бутан и 2-метилпропан (изобутан):

CH₃−CH₂−CH₂−CH₃ CH₃−CH−CH₃

бутан | 2-метилпропан

CH₃

2. изомерия положения

Атомы или группы атомов (заместители), не входящие в состав скелета, могут быть соединены с различными углеродными атомами цепи:

Cl−CH₂−CH₂−CH₂−CH₃ CH₃−CH−CH₂−CH₃

1-хлорбутан | 2-хлорбутан

Cl

К такому типу изомерии можно отнести изомерию, обусловленную различным положением кратных связей:

CH₂=CH−CH₂−CH₃ CH₃−CH=CH−CH₃

бутен-1 бутен-2

3. межклассовая изомерия

Изомерами могут быть соединения, содержащие различные функциональные группы и относящиеся к различным классам органических соединений, например:

CH₃−CH₂−NO₂ H₂N−CH₂−COOH

нитроэтан аминоуксусная кислота

Пространственная изомерия обусловлена различным расположением в пространстве атомов и групп атомов в молекулах с одинаковой последовательностью соединения атомов. Разновидности пространственной изомерии:

1. геометрическая изомерия

Этот вид изомерии характерен для соединений, содержащих двойную связь или цикл. В таких молекулах часто можно 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:

H H H₃C H

C= C C = C

H₃C CH

3 H CH₃

цис-бутен-2транс-бутен-2

2. оптическая изомерия

Оптическими изомерами называют молекулы, зеркальные изображения которых не совместимы друг с другом. Таким свойством обладают молекулы, имеющие асимметрический центр – атом углерода, связанный с четырьмя различными заместителями. Например, в виде двух оптических изомеров существует молекула молочной кислоты CH₃−CH(OH)−COOH:

H H

| |

CC

HO CH₃ H₃C OH

COOH HOOC

studfiles.net

Краткий курс органической химии – Справочник химика 21

    В связи с этим в большинстве кратких курсов органической химии в настоящее время придерживаются второй схемы. Изложение в по- [c.68]

    Составляя учебник, автор поставил перед собой задачу написать краткий курс органической химии, соответствующий утвержденной программе для медицинских высших учебных заведений и пригодный для самостоятельного изучения студентами. 

[c.3]

    Свойства металлорганических соединений весьма разнообразны и зависят в первую очередь от природы металлов, имеющихся в составе их молекулы. В кратком курсе органической химии для медиков нет необходимости описывать подробно все эти соединения. Мы остановимся лишь очень коротко на некоторых металлорганических соединениях, сыгравших важную роль в развитии органической химии благодаря широкому использованию их для синтеза разнообразных органических соединений. [c.300]

    В кратком курсе органической химии для медиков гетероциклическим соединениям отводится очень мало места, так как с основными закономерностями органической химии мы знакомились, главным образом, на примерах более простых ациклических и отчасти циклических соединений. Для того чтобы у читателя не создалось превратного представления ни о количественном содержании этого крупнейшего раздела органической химии, ни тем более о биолого-медицинском значении гетероциклов, необходимо сказать следующее. 

[c.337]

    Б. Я. Бурдаков был первым учеником Алексея Евграфовича. Пройдя обязательный для реалистов курс лабораторных занятий, он, по предложению Алексея Евграфовича, практиковался в приготовлении органических препаратов и под конец приготовил изопропилацетилен, которым А. Е. воспользовался в качестве одного из исходных продуктов для своей магистерской работы. По просьбе учеников А. Е. прочел в реальном училище дополнительный краткий курс органической химии. Много лет спустя, при встрече с А. Е. на I Менделеевском съезде один из этих учеников — М. К. Циглер, тогда уже профессор металлургии Варшавского политехнического института, рассказывал, что по своим ученическим запискам лекций Фаворского он отлично сдал экзамен по органической химии в Технологическом институте у проф. Бейльштейна. 

[c.21]

    В кратких курсах органической химии приводится обыкновенно так много фактического материала, число рассматриваемых в ниХ соединений настолько велико, что усвоение органической химии, особенно для начинающих, представляет большое затруднение. Теоретической же части, как, например, выводу структурных формул, уделяется, напротив, слишком мало места. Подобные книги полезны как повторительные курсы, но для первоначального изучения органической химии, как вероятно многим известно по личному опыту, мало пригодны. [c.611]

    По окончании университета А. Е. Фаворский продолжал работать в лаборатории Бутлерова как практикант без служебного положения, зарабатывая скромные средства для жнзни в должности лаборанта-химика в Петербургском реальном училище. Здесь по просьбе учеников он прочел краткий курс органической химии. Один из них, В. Я. Бурдаков (впоследствии профессор Днепропетровского горного института), усердно занимался синтезом многих препаратов, в частности синтезировал для работы А. Е. изопропилацетилон. [c.8]

---

chem21.info

Краткий курс органической химии. Часть 1

При взаимодействии кислоты Н-Ас основанием В происходит перенос протона от кислоты на основание с образованием новой кислоты, сопряженной основанию В, и нового основания, сопряженного кислотеН-А.

HA +BA + H B

Положение кислотно-основногоравновесия определяется константой равновесия и зависит от силы кислоты и основания.

Сила кислоты – это мера способности отдавать протон, а сила основания

– мера способности присоединять протон. Силу кислоты характеризуют либо величиной константы кислотной диссоциации в воде, либо величиной рКа,

равной отрицательному десятичному логарифму этой константы.

H A + h3OA + h4O

K =	A h4O ; – lgK = pKa
	H A h3O

Силу основания характеризуют величиной рКа сопряженной кислоты.

Чем сильнее кислота, тем слабее сопряженное ей основание. Так, например,

силу уксусной кислоты как кислоты и силу ацетат-анионакак основания можно охарактеризовать одной величиной рКа, равной 4,76 (по отношению к воде).

Чем сильнее кислота, тем меньше значение ее рКа. Чем сильнее основание, тем больше значение рКа, которым его характеризуют.

Поскольку сила кислоты зависит от положения кислотно-основногоравновесия, а оно в свою очередь – от устойчивости сопряженного основания,

то чем более устойчиво сопряженное основание, тем оно слабее и,

следовательно, тем сильнее кислота. Так, для соединений элементов2-гопериода с водородом кислотные свойства возрастают слева направо, (например,

в ряду боран, метан, аммиак, вода, фтороводород), поскольку увеличивается электроотрицательность элементов, и в сопряженных этим кислотам основаниях отрицательный заряд оказывается на все более

studfiles.net

М. В. Ломоносова кафедра органической химии Помогаев А. И. Краткий курс органической химии учебное пособие

  1   2   3   4   5   6   7

Министерство образования Российской Федерации
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
ТОНКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
ИМ. М.В. ЛОМОНОСОВА
Кафедра органической химии
Помогаев А.И.
КРАТКИЙ КУРС
ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
Учебное пособие
Часть 2
Углеводороды
Москва 2003 http://www.mitht.ru/e-library

УДК 547
ББК 24.2
Помогаев А.И.
Краткий курс органической химии
Часть 2
Углеводороды.
Учебное пособие
М., МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2003 – 80 с.
Издание 2-ое.
Утверждено
Библиотечно-издательской комиссией
МИТХТ им.
М.В.Ломоносова в качестве учебного пособия.
Данное методическое пособие предназначено для студентов 3 курса направления бакалавриата
«Материаловедение и технология новых материалов», изучающих органическую химию в течение одного учебного семестра.
Пособие представляет собой изложение материала, не выходящего в основном за пределы учебной программы по органической химии для этого направления. В конце каждого раздела приводятся упражнения и типичные задачи, самостоятельное решение которых поможет студенту подготовиться как к контрольным работам, так и к экзамену.
Подготовлено на кафедре органической химии
МИТХТ им. М.В. Ломоносова.
©
Московская Государственная Академия Тонкой Химической
Технологии им. М.В. Ломоносова http://www.mitht.ru/e-library

Оглавление
АЛКАНЫ _______________________________________________ 5
1. Строение
5
2. Способы получения______________________________________________ 5
2.1. Гидрирование ненасыщенных углеводородов ______________________ 5 2.2. Восстановление функциональных производных алканов_____________ 6 2.3. Реакция Вюрца ________________________________________________ 7 2.4. Электрохимический синтез Кольбе _______________________________ 7 2.5. Сплавление солей карбоновых кислот со щелочью__________________ 8
3. Химические свойства ____________________________________________ 8
3.1. Реакции свободно-радикального замещения _______________________ 8 3.2. Дегидрирование ______________________________________________ 14 3.3. Крекинг _____________________________________________________ 14
4. Задачи и упражнения ___________________________________________ 15
ЦИКЛОАЛКАНЫ _______________________________________ 17
1. Особенности строения и конформации____________________________ 18
1.1. Циклопропан ________________________________________________ 18 1.2. Циклобутан и циклопентан ____________________________________ 18 1.3. Циклогексан _________________________________________________ 19
2. Способы получения_____________________________________________ 21
3. Особенности химического поведения _____________________________ 23
4. Задачи и упражнения ___________________________________________ 24
АЛКЕНЫ_______________________________________________ 25
1.
Строение и номенклатура _____________________________________ 25
2.
Способы получения ___________________________________________ 26
2.1. Дегидрирование алканов_______________________________________ 26 2.2. Дегидрогалогенирование галогеналканов ________________________ 26 2.3. Дегидратация спиртов ________________________________________ 27 2.4. Дегалогенирование вицинальных дигалогеналканов _______________ 28
3. Химические свойства ___________________________________________ 28
3.1. Реакции электрофильного присоединения ________________________ 28 3.2. Гомолитические реакции алкенов _______________________________ 33 3.3. Окисление алкенов ___________________________________________ 34 3.4. Восстановление алкенов _______________________________________ 36 3.5. Полимеризация ______________________________________________ 37
4. Задачи и упражнения ___________________________________________ 38
СОПРЯЖЕННЫЕ АЛКАДИЕНЫ _________________________ 40
1. Строение сопряженных диенов __________________________________ 40
http://www.mitht.ru/e-library

2. Способы получения_____________________________________________ 41
2.1. Дегидрирование алканов и алкенов______________________________ 41 2.2. Дегидратация и дегидрогалогенирование_________________________ 42 2.3. Получение бутадиена и изопрена из ацетилена ____________________ 42
3. Химические свойства ___________________________________________ 43
3.1. Реакции электрофильного присоединения ________________________ 43 3.2. Реакция Дильса-Альдера_______________________________________ 45 3.3. Полимеризация ______________________________________________ 46
4. Задачи и упражнения ___________________________________________ 47
АЛКИНЫ ______________________________________________ 49
1. Способы получения_____________________________________________ 49
2. Химические свойства ___________________________________________ 50
2.1. Кислотные свойства ацетилена и моноалкилацетиленов ____________ 50 2.2. Алкилирование ацетилена и алкинов с концевой тройной связью ____ 51 2.3. Реакции присоединения _______________________________________ 52 2.4. Реакции с альдегидами и кетонами ______________________________ 55 2.5. Восстановление и окисление алкинов____________________________ 55
Окисление алкинов _______________________________________________ 56
3. Задачи и упражнения ___________________________________________ 56
АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ ___________________ 58
1. Строение бензола _______________________________________________ 58
2. Номенклатура бензоидных ароматических соединений _____________ 59
3. Получение бензола и его гомологов_______________________________ 60
4. Реакции электрофильного замещения ____________________________ 61
4.1. Общий механизм электрофильного замещения ____________________ 61 4.2. Галогенирование _____________________________________________ 62 4.3. Нитрование __________________________________________________ 63 4.4. Сульфирование ______________________________________________ 64 4.5. Алкилирование_______________________________________________ 65 4.6. Ацилирование по Фриделю-Крафтсу ____________________________ 66 4.7. Влияние заместителей в бензольном ядре на электрофильное замещение
________________________________________________________________ 68
5. Другие реакции бензола и его гомологов __________________________ 73
5.1. Свободно-радикальные реакции ________________________________ 73 5.2. Окисление бензола и его гомологов _____________________________ 74 5.3. Восстановление бензола и его гомологов _________________________ 75
6. Задачи и упражнения ___________________________________________ 75
http://www.mitht.ru/e-library

АЛКАНЫ
1. Строение
Алканы представляют собой насыщенные углеводороды общей формулы
С
n
Н
2n+2
. sp
3
-Гибридные орбитали атомов углерода перекрываются с s- орбиталями атомов водорода или с sp
3
-гибридными орбиталями соседних атомов углерода с образованием σ-связей (осевое перекрывание). Связи углерод-углерод неполярны, длина их составляет 1,54 А. Полярность связей углерод-водород очень мала, их длина – 1,12 А. Валентные углы в молекулах алканов близки к теоретическому значению для тетраэдрической модели атома углерода в sp
3
-гибридизации (109,5).
Для алканов характерна как структурная, так и пространственная изомерия.
Конформации алканов подробно рассмотрены в разделе
«Конформационная изомерия».
2. Способы получения
2.1. Гидрирование ненасыщенных углеводородов
Алканы могут быть получены при гидрировании алкенов или алкинов на катализаторах (никель, платина, палладий и др.). Реакция заключается в присоединении к атомам углерода, связанным двойной или тройной связью, атомов водорода до насыщения. Например, гидрирование этилена на никеле приводит к образованию этана, а бутан может быть получен каталитическим гидрированием как 1-бутена, так и 2-бутена.
Алкины при каталитическом гидрировании присоединяют два эквивалента водорода и превращаются в алканы.
CH
2
=CHCH
2
CH
3
CH
3
CH=CHCH
3
H
2
Pt
CH
3
CH
2
CH
2
CH
3
CH
2
=CH
2
H
2
Ni
CH
3
CH
3
R C C R’
H
2
Pt
2
R CH
2
CH
2
R’
http://www.mitht.ru/e-library

2.2. Восстановление функциональных производных алканов
2.2.1. Восстановление галогенопроизводных
Превращение галогенопроизводных в алканы заключается в замещении атома галогена на атом водорода. Это может быть осуществлено различными способами:
 восстановление водородом в момент выделения, например:
1-бромпропан пропан
 каталитический гидрогенолиз, например: хлорэтан этан
 восстановление комплексными гидридами, например, алюмогидридом лития:
 через магнийорганические соединения, например:
1-бромпропан пропилмагнийбромид пропан
2.2.2. Восстановление альдегидов и кетонов
Карбонильные соединения – альдегиды и кетоны – могут быть восстановлены до алканов двумя методами:
 восстановление по Клемменсену действием амальгамы цинка в соляной кислоте
 восстановление по Кижнеру – Вольфу нагреванием с гидразином и КОН
CH
3
CH
2
CH
2
Br
Zn
HCl
CH
3
CH
2
CH
3
HCl
_
H
2
, Ni
CH
3
CH
2
Cl
CH
3
CH
3
LiAlH
4
CH
3
CHCH
2
Br
CH
3
CH
3
CHCH
3
CH
3
CH
3
CH
2
CH
3
Br
Mg
CH
3
CH
2
CH
2
MgBr
H OH
CH
3
CH
2
CH
3
Mg(OH)Br
_

 

R C
O
R’
Zn/Hg
HCl
R CH
2
R’
R C
O
R’
R CH
2
R’
NH
2
NH
2
, t
KOH
http://www.mitht.ru/e-library

Так, например, 2-метилбутан можно получить из 2-метилбутаналя восстановлением по Клемменсену или из 3-метил-2-бутанона по Кижнеру –
Вольфу.
2.3. Реакция Вюрца
При воздействии металлического натрия на галогенопроизводные образуются алканы.
Предполагается, что вначале галогенопроизводное образует с натрием очень реакционноспособное металлорганическое соединение – алкилнатрий, которое затем взаимодействует со второй молекулой галогенопроизводного.
Для получения бутана реакцией Вюрца необходимо подвергнуть действию натрия этилхлорид, а из изопропилбромида образуется 2,3- диметилбутан.
2.4. Электрохимический синтез Кольбе
При электролизе растворов или расплавов солей карбоновых кислот на аноде происходит образование алканов.
Анион – кислотный остаток карбоновой кислоты – на аноде разряжается, отдавая один электрон и превращаясь в свободный радикал, от которого
CH
3
CH
2
CHCH=O
CH
3
Zn/Hg
HCl
CH
3
CH
2
CHCH
3
CH
3
CH
3
CCHCH
3
CH
3
O
CH
3
CH
2
CHCH
3
CH
3
NH
2
NH
2
, t
KOH
CH
3
CH
2
Cl
+ 2Na
CH
3
CH
2
CH
2
CH
3
+ 2 2
NaCl
R X Na R R NaX
+ 2
+
2 2
CH
3
CH Br
CH
3
Na
CH
3
CHCHCH
3
CH
3
CH
3 2
2
_
NaBr
2
R COO Na
2
R R CO
2 2
анод
+




+
+
R Na R X R R NaX
2
+
+
R X Na R Na NaX
http://www.mitht.ru/e-library

отщепляется диоксид углерода с образованием алкильного радикала. Два таких радикала соединяются в молекулу алкана.
Так, например, при электролизе ацетата натрия образуется этан, а для получения 2,3-диметилбутана необходимо подвергнуть электролизу натриевую соль 2-метилпропановой кислоты.
2.5. Сплавление солей карбоновых кислот со щелочью
Алканы образуются при сплавлении солей карбоновых кислот с едким натром.
Так, например, при нагревании ацетата натрия с едким натром выделяется метан.
Этот метод применим только для получения низших алканов.
3. Химические свойства
Алканы из-за их насыщенного характера и практически неполярных связей С-Н и неполярных связей С-С вступают в реакции, протекающие с гомолитическим разрывом связей. Наиболее характерными для алканов являются реакции свободно-радикального замещения (S
R
), дегидрирования и крекинга.
3.1. Реакции свободно-радикального замещения
3.1.1. Галогенирование алканов
а) Хлорирование
CH
3
COO Na
2
CH
3
CH
3
CO
2
анод
+ 2
CH
3
CH COO Na
CH
3 2
CH
3
CH CHCH
3
CO
2
CH
3
CH
3 2
анод
+
R COONa NaOH R H Na
2
CO
3
+
+
t
CH
3
COONa NaOH CH
4
Na
2
CO
3
+
+
t
R R
R
2 2
_
CO
2 2 R COO
e
_
R COO
2 2
http://www.mitht.ru/e-library

При обычных условиях алканы не взаимодействуют с хлором, однако при освещении смеси алкана и хлора ультрафиолетовым светом происходит реакция хлорирования – замещения атома водорода на атом хлора.
Реакция протекает по свободно-радикальному механизму. Энергия кванта света поглощается молекулой хлора, связь между атомами в которой при этом подвергается гомолитическому расщеплению с образованием атомов хлора.
Эту стадию процесса хлорирования, в которой образуются свободные радикалы, называют стадией инициирования цепной реакции.
Радикал хлора атакует молекулу алкана и вызывает гомолитическое расщепление связи углерод-водород. Образуется алкил-радикал, а атом водорода и атом хлора спаривают свои неспаренные электроны и образуют молекулу хлороводорода. Алкил-радикал представляет собой чрезвычайно неустойчивую частицу, стремящуюся спарить свой неспаренный электрон. Он атакует молекулу хлора, вызывая гомолиз связи, отрывая от нее атом хлора и спаривая его неспаренный электрон со своим с образованием ковалентной связи углерод-хлор.
Эти две стадии представляют собой звено цепной реакции, поскольку атом хлора с неспаренным электроном, образовавшийся на второй стадии, может снова повторить первую стадию, после чего алкильный радикал снова
«породит» новый радикал хлора и т.д. до тех пор, пока цепная реакция не оборвется в результате рекомбинации радикалов (стадии обрыва цепи).
Таким образом, хлорирование алканов, инициируемое освещением, представляет собой цепную свободно-радикальную реакцию.
R H Cl
2
R Cl HCl
+
+
h
Cl
Cl h
2 Cl
R H Cl
R H Cl
+
+
Cl
Cl
R
+
R Cl Cl
+
Cl
2
Cl Cl
R
+
R Cl
Cl
R
R
+
R R
http://www.mitht.ru/e-library

При хлорировании метана образуется метилхлорид (хлорметан), который может быть далее прохлорирован до хлористого метилена (дихлорметан), хлороформа (трихлорметан) и четыреххлористого углерода (тетрахлорметан).
Образующиеся в процессе хлорирования углеводородные радикалы представляют собой неустойчивые промежуточные частицы (интермедиаты), стабильность которых зависит от их строения. Стабильность алкильных радикалов растет в ряду: метильный Поэтому, например, изопропил-радикал является более устойчивым, чем этил- радикал, а трет-бутил-радикал более устойчив, чем изопропил-радикал.
При монохлорировании алканов, имеющих неэквивалентные атомы водорода, образуются смеси монохлорпроизводных, соотношение которых в смеси зависит от условий реакции. Так, например, при хлорировании пропана образуются 1-хлорпропан и 2-хлорпропан как продукты замещения на атом хлора одного из шести первичных атомов водорода или одного из двух вторичных атомов водорода.
При высоких температурах 1-хлорпропан и 2-хлорпропан образуются в соотношении 3:1, поскольку вероятность образования пропил-радикала в три раза выше, чем вероятность образования изопропил-радикала. Однако при нормальных условиях реакции (комнатная температура) соотношение продуктов монохлорирования пропана изменяется: 1-хлорпропан и 2- хлорпропан образуются примерно в равных количествах (1:1). Это значит, что при низкой температуре кроме фактора статистической вероятности на
CH
4
Cl
2
, h
CH
3
Cl
Cl
2
, h
CH
2
Cl
2
Cl
2
, h
CHCl
3
Cl
2
, h
CCl
4
_
HCl
_
HCl
HCl
HCl
_
_
CH
3
CH
2
CH
3
Cl
2
, h
_
HCl
CH
3
CH
2
CH
2
Cl + CH
3
CHCH
3
Cl
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
CH
CH
3
CH
2
C
CH
3
http://www.mitht.ru/e-library

соотношение продуктов хлорирования влияет кинетический фактор: атом хлора
выбирает место преимущественной атаки таким образом, чтобы образующийся алкильный радикал был более устойчив и, значит, образовывался бы быстрее, поскольку чем более устойчив интермедиат (промежуточное неустойчивое соединение), тем меньше энергия активации и тем больше константа скорости реакции. Таким образом, при хлорировании пропана в нормальных условиях наблюдается региоселективность замещения, т.е. из двух структурных изомеров больше (по сравнению со статистической вероятностью) образуется одного структурного изомера. Этот изомер (2-хлорпропан) образуется через более устойчивый интермедиат – изопропил-радикал.
Аналогичная ситуация складывается и при радикальном хлорировании изобутана, продукты монохлорирования которого – изобутилхлорид и трет– бутилхлорид – при высоких температурах, когда селективность отсутствует, образуются в статистически вероятностном соотношении (9:1), в то время как при 20
О
С реакция протекает с достаточно высокой региоселективностью, поскольку соотношение этих продуктов составляет 2:1. Такая селективность реакции объясняется значительно бóльшей стабильностью третичного радикала по сравнению с первичным. изобутилхлорид трет-бутилхлорид
2) Бромирование
При взаимодействии алканов с бромом в аналогичных хлорированию условиях происходит их бромирование с образованием продуктов замещения атома водорода на бром.
Механизм бромирования аналогичен механизму хлорирования. Однако в отличие от хлорирования бромирование протекает намного селективнее, поскольку бром менее активен, чем хлор. Чем меньше реакционная
способность, тем выше селективность (избирательность) реакции. Поэтому
CH
3
CHCH
3
CH
3
Cl
2
, h
CH
3
CHCH
2
Cl
CH
3
CH
3
CCH
3
CH
3
Cl
+
_ HCl h
+
+
R H Br
2
R Br HCl http://www.mitht.ru/e-library
при бромировании алканов, имеющих третичный атом водорода, среди продуктов реакции значительно преобладает третичный бромид, скорость образования которого в тысячи раз превышает скорость образования продукта замещения первичного атома водорода.
3) Фторирование и йодирование
Взаимодействие алканов со фтором, самым активным галогеном, является чрезвычайно экзотермической реакцией, которая может сопровождаться взрывом. Поэтому при этой реакции происходит не только замещение атомов водорода на фтор, но и разрыв углерод-углеродных связей с образованием сложной смеси продуктов. В связи с этим фторирование алканов не проводят.
Взаимодействие алканов с йодом, реакционная способность которого слишком низка, очень эндотермично и обратимо, поэтому замещение атома водорода в молекуле алканов на йод прямым йодированием также неосуществимо.
  1   2   3   4   5   6   7

topuch.ru

Краткий курс органической химии. Часть 1

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ТОНКОЙ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИМ. М.В. ЛОМОНОСОВА Кафедра органической химии П о м о г а е в А . И . КРАТКИЙ КУРС ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ Учебное пособие Часть 1 Теоретические основы органической химии Москва 2003 http://www.mitht.ru/e-library УДК 547 ББК 24.2 Помогаев А.И. Краткий курс органической химии Часть 1 Теоретические основы органической химии. Учебное пособие М., МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2003 – 48 с. Издание 2-ое. Утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ им. М.В. Ломоносова в качестве учебного пособия. Данное методическое пособие предназначено для студентов 3 курса направления бакалавриата «Материаловедение и технология новых материалов», изучающих органическую химию в течение одного учебного семестра. Пособие представляет собой изложение материала, не выходящего в основном за пределы учебной программы по органической химии для этого направления. В конце каждого раздела приводятся упражнения и типичные задачи, самостоятельное решение которых поможет студенту подготовиться как к контрольным работам, так и к экзамену. Подготовлено на кафедре органической химии МИТХТ им. М.В. Ломоносова. © Московская Государственная Академия Тонкой Химической Технологии им. М.В. Ломоносова http://www.mitht.ru/e-library Оглавление СТРОЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ _____________ 4 1. Классификация органических соединений____________________________ 4 2. Образование связей в органических соединениях ______________________ 5 3. Свойства ковалентных связей ______________________________________ 9 4. Электронные смещения в молекулах органических соединений_________ 11 4.1. Индуктивный эффект _____________________________________________11 4.2. Сопряжение орбиталей: делокализация связей, мезомерный эффект ______14 5. Изомерия органических соединений________________________________ 19 5.1. Структурная изомерия ____________________________________________19 5.2. Стереоизомерия __________________________________________________20 6. Задачи и упражнения_____________________________________________ 32 ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОРГАНИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ__________ 34 1. Классификация органических реакций по типу разрыва связи __________ 34 1.1. Гомолитические или свободнорадикальные реакции ___________________34 1.2. Гетеролитические или ионные реакции ______________________________36 2. Классификация реакций по типу превращения _______________________ 38 3. Кислоты и основания в органической химии _________________________ 39 3.1. Кислоты и основания Бренстеда ____________________________________39 3.2. Кислоты и основания Льюиса ______________________________________43 3.3. Кислотно-основный катализ________________________________________44 4. Задачи и упражнения_____________________________________________ 45 http://www.mitht.ru/e-library СТРОЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ 1. Классификация органических соединений Органическая химия изучает различные соединения углерода, простейшими из которых являются соединения углерода с водородом – углеводороды. Все остальные органические вещества могут быть рассмотрены как производные углеводородов, отличающиеся от углеводородов тем, что в них один или более атомов водорода замещены на какие-либо другие атомы или группы атомов (функциональные группы). В состав органических соединений кроме атомов углерода и водорода могут входить атомы других элементов (так называемые гетероатомы). Это, прежде всего, атомы галогенов (галогенопроизводные углеводородов), кислорода (спирты, фенолы, простые эфиры, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты), азота (амины, нитросоединения), серы (тиолы, сульфокислоты), металлов (металлорганические соединения) и многих других элементов. В основе классификации органических соединений лежит их структура – последовательность соединения атомов в молекуле. Для классификации органических соединений производят сначала классификацию углеводородной основы (родоначальной структуры), относя ее к насыщенным углеводородам с открытой цепью или циклическим, насыщенным или ненасыщенным, алициклическим или ароматическим. А затем производят отнесение к соответствующим производным углеводородов, рассматривая функциональную группу. Так, например, бутан является насыщенным нециклическим углеводородом (такие углеводороды называются алканами), 1-бутен – ненасыщенным углеводородом нециклического строения, имеющим двойную связь (алкен). Циклобутен представляет собой циклический алкен, а бензол – ароматический углеводород. 2-Бутеналь является ненасыщенным ациклическим (т.е. нециклическим) альдегидом, а бензойная кислота – это ароматическая карбоновая кислота. http://www.mitht.ru/e-library бутан 1-бутен циклобутен 2-бутеналь бензойная кислота 2. Образование связей в органических соединениях Молекула любого органического соединения представляет собой упорядоченную совокупность атомов, связанных преимущественно ковалентной связью. Ионная связь также встречается в органических молекулах, однако, не она определяет строение и химическое поведение подавляющего большинства органических соединений. Органическая химия – это химия ковалентных соединений углерода. Ковалентная связь – это связь, которую осуществляют два атома посредством обобществленной пары электронов. Обобществление пары электронов происходит при перекрывании атомных орбиталей двух атомов, при этом совершенно безразлично (для образовавшейся связи), сколько электронов было на каждой из перекрывающихся орбиталей. На обеих орбиталях может быть по одному электрону, или на одной из орбиталей может находиться пара электронов, а на другой – ни одного электрона (в последнем случае говорят о донорно-акцепторном механизме образования ковалентной связи). Орбитали, которые атомы элементов 1-го и 2-го периодов предоставляют для образования связей в органических соединениях, могут иметь обычные для атомных орбиталей характеристики, т. е. быть s- или p-орбиталями. Так, например, при образовании молекулы хлороводорода атом хлора предоставляет р-орбиталь, а атом водорода – s-орбиталь. На р-орбитали атома хлора может быть один электрон, тогда для образования связи атом водорода также предоставляет один электрон. Или на р-орбитали атома хлора могут находиться два электрона (анион), тогда для образования связи атом водорода должен иметь пустую, или вакантную, орбиталь (протон). В последнем случае ковалентная связь образуется по донорно-акцепторному способу: анион хлора выступает донором электронной пары, а протон – ее акцептором. Ниже CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 CH 2 =CHCH 2 CH 3 CH 3 CH=CHCH=O COOH http://www.mitht.ru/e-library представлены две схемы образования молекулярных орбиталей (связывающей и антисвязывающей, или разрыхляющей) при взаимодействии (перекрывании) атомных орбиталей. Для атома углерода, как и для атомов других элементов второго периода, которые могут образовывать как простые (одинарные) связи, так и двойные или тройные связи, характерна так называемая гибридизация атомных орбиталей, когда атомные орбитали разной энергии (s- и p-орбитали) выравнивают свои энергии, образуя так называемые вырожденные орбитали, т.е. орбитали, имеющие одинаковую энергию. Атом углерода имеет на внешнем энергетическом уровне четыре электрона. Два валентных электрона располагаются на s-орбитали, на двух р- орбиталях имеется по одному электрону, а третья р-орбиталь пуста. При образовании связей атом углерода возбуждается, и один из s-электронов переходит на вакантную р-орбиталь. возбуждение s р х р у р z Возбужденный атом углерода с электронной конфигурацией 2s2p 3 может образовать максимально четыре ковалентные связи. При этом связи могут быть образованы с различным количеством атомов – с четырьмя, тремя или двумя. В первом случае, когда атом углерода образует связи с четырьмя соседними атомами, т.е. является четырехкоординационным, происходит гибридизация всех четырех орбиталей с образованием четырех вырожденных орбиталей, отличающихся от исходных орбиталей и по энергии, и по форме. H Cl + H Cl s p   H Cl + H Cl s p   http://www.mitht.ru/e-library Этот процесс по участвующим в процессе орбиталям называют sp 3 – гибридизацией, а образующиеся при этом орбитали – sp 3 -гибридными орбиталями. В пространстве эти гибридные орбитали лежат на осях, максимально удаленных друг от друга и расположенных в силу этого под углом 109,5 О друг к другу (как отрезки, соединяющие центр тетраэдра с его вершинами). Поэтому атом углерода в sp 3 -гибридизации называют еще тетраэдрическим. s р sp 3 Когда же атом углерода образует связи с тремя соседними атомами, т.е. является трехкоординационным, происходит выравнивание энергий трех орбиталей – одной s- и двух р-орбиталей с образованием трех вырожденных sр 2 -гибридные орбитали, оси которых лежат в одной плоскости под углом 120 О друг к другу. Не участвующая в гибридизации р-орбиталь располагается перпендикулярно упомянутой плоскости. р Z s р sр 2 В третьем случае, когда атом углерода является двухкоординационным и связан лишь с двумя соседними атомами, реализуется sр-гибридизация. Две вырожденные sр-орбитали располагаются под углом 180 О друг к другу, т.е. на одной оси координат, а две негибридные р-орбитали находятся на двух других осях координат. р Z р Y s р sр 3 4 + + 3 2 120o 109,5o + 2 x y z http://www.mitht.ru/e-library Образование связей атома углерода происходит при перекрывании его гибридных орбиталей с соответствующими гибридными или негибридными орбиталями других атомов. При этом могут реализовываться два принципиально различных способа перекрывания орбиталей. А) Осевое перекрывание орбиталей, при котором максимум перекрывания находится на оси, проходящей через ядра связывающихся атомов, приводит к образованию σ-связи. Электронная плотность этой связи заключена между ядрами связанных атомов. Она симметрична относительно оси перекрывания. σ-Связь может быть образована перекрыванием любых атомных орбиталей. Атомы водорода и хлора в молекуле хлороводорода связаны σ-связью, образованной в результате осевого перекрывания s-орбитали атома водорода и р-орбитали атома хлора. В молекуле метана все четыре связи между атомом углерода и атомами водорода являются также σ-связями, каждая из которых образована перекрыванием одной из четырех sp 3 -гибридных орбиталей атома углерода с s-орбиталью атома водорода. а б Перекрывание атомных орбиталей при образовании σ-связей в молекулах хлороводорода (а) и метана (б) Б) Боковое перекрывание орбиталей – это перекрывание двух р- орбиталей, расположенных на взаимно параллельных осях. Образующаяся при таком перекрывании π-связь характеризуется тем, что максимум перекрывания не находится на оси, проходящей через ядра связанных атомов. π-Связь образуют р-орбитали sр 2 – или sр-гибридизованных атомов. Так, например, в молекуле этилена (СН 2 =СН 2 ) три sр 2 -гибридных орбитали каждого атома углерода при осевом перекрывании с двумя s- орбиталями атомов водорода и одной sр 2 -орбиталью соседнего атома углерода http://www.mitht.ru/e-library образуют три σ-связи. Негибридные р-орбитали атомов углерода перекрываются «боками» и образуют π-связь. При этом все пять σ-связей расположены в одной плоскости, а плоскость симметрии π-связи перпендикулярна ей. В молекуле ацетилена тройная углерод-углеродная связь представляет собой комбинацию σ-связи и двух π-связей. Последние образуются боковым перекрыванием негибридных р-орбиталей во взаимно перпендикулярных плоскостях. а б Образование π-связей в молекулах этилена (а) и ацетилена (б) 3. Свойства ковалентных связей Ковалентная связь характеризуется следующими параметрами:  Длина связи определяется как расстояние между связанными атомами. Длина связи зависит от радиусов связанных атомов, от типа гибридизации атомов, а также от кратности связи (табл. 1). Таблица 1 Связь Длина связи, Å Связь Длина связи, Å С-С С=С С-Н С-О С=О 1,54 1,34 1,20 1,11 1,41 1,20 С-N С=N С-F С-Сl С-Вr С-I 1,47 1,28 1,16 1,38 1,78 1,94 2,14  Энергия связи определяется как энергия образования или диссоциации связи и зависит от природы связанных атомов, от длины связи, а также от ее H y x H z H x y z H H H C N C C http://www.mitht.ru/e-library кратности (табл. 2). Следует отметить, что энергия двойной С-С-связи не представляет собой удвоенную энергию простой, поскольку боковое перекрывание орбиталей менее эффективно, чем осевое, и, следовательно, π- связь менее прочная, чем σ-связь. Таблица 2 Тип связи Энергия связи, ккал/моль Тип связи Энергия связи, ккал/моль О-Н 110 С-F 116 N-Н 93 С-Сl 79 S-Н 82 С-Вr 66 С-Н 96-99 С-I 52 С-С 83-85 С-О 85-91 С=С 146-151 С=О 173-181 199-200 С=N 143  Полярность связи определяется разностью электроотрицательностей связанных атомов. Электроотрицательность атома – это его способность притягивать валентные электроны. Если электроотрицательности связанных атомов одинаковы, электронная плотность связи равномерно распределена между атомами. Во всех остальных случаях электронная плотность связи смещена в ту или иную сторону в зависимости от того, к какому из атомов она притягивается сильнее. На более электроотрицательном атоме возникает при этом так называемый частичный отрицательный заряд, а на менее электроотрицательном атоме – частичный положительный заряд. Для двухатомных молекул полярность связи может быть очень просто охарактеризована дипольным моментом молекулы, который может быть измерен. Обычно полярность простой связи изображают стрелкой вдоль связи, направленной к более электроотрицательному атому. Полярность кратных связей изображают изогнутой стрелкой, направленной от связи к более электроотрицательному атому. Ниже приведены примеры C C http://www.mitht.ru/e-library изображения полярных связей в молекулах хлороводорода, метилхлорида и формальдегида. Электроотрицательность атомов углерода зависит от их гибридизации. Чем больше s-характер гибридных орбиталей, тем выше электроотрицательность соответствующего атома углерода. Так, в ряду sp 3 -, sp 2 – и sp-гибридизованных атомов углерода их электроотрицательность растет. Поэтому связи между атомами углерода в разной гибридизации являются полярными.  Поляризуемость связи – свойство связи изменять свою полярность под действием внешнего фактора. В качестве такого фактора может выступать, например, полярный растворитель или полярный реагент. Неполярные связи поляризуются труднее, чем полярные. Кроме того, поляризуемость зависит от кратности связи, поскольку π-электроны, как более удаленные от ядер, сильнее подвержены внешнему воздействию, чем σ-электроны. 4. Электронные смещения в молекулах органических соединений Под влиянием полярных связей в молекулах органических соединений возникает смещение электронной плотности неполярных связей или изменяется полярность полярных связей. Таким образом, происходит взаимное влияние атомов в молекулах. Это может происходить по двум механизмам смещения электронной плотности, которые называют индуктивным и мезомерным эффектами. 4.1. Индуктивный эффект В молекуле этана связь между атомами углерода неполярна, т.к. она связывает два атома углерода, имеющих одинаковую электроотрицательность. В молекуле хлорэтана из-за более высокой электроотрицательности атома H Cl     C=O H H CH 3 Cl   CH 3 CH=CH 2 CH 3 CH 2 C C CH 3 http://www.mitht.ru/e-library хлора на связанном с ним атоме углерода возникает понижение электронной плотности и, следовательно, частичный положительный заряд, который компенсируется оттягиванием в его сторону электронов С-С-связи, что приводит к поляризации этой связи и возникновению частичного положительного заряда на втором атоме углерода. -I-эффект Смещение электронной плотности одной связи, т.е. ее поляризацию, вызываемую соседней полярной связью, называют индуктивным эффектом и обозначают буквой I. В рассмотренном случае атом хлора притягивает к себе электронную плотность сильнее, чем атом водорода. Такой индуктивный эффект атома хлора называют отрицательным индуктивным эффектом (-I). Если же какой-то атом или группа атомов отталкивают от себя электронную плотность сильнее, чем атом водорода, то такое воздействие на соседнюю связь называют положительным индуктивным эффектом (+I). Так, например, в молекуле этиллития атом лития, как атом, имеющий меньшую электроотрицательность, чем атом углерода, проявляет положительный индуктивный эффект. +I Направление индуктивного эффекта может зависеть не только от электроотрицательности, но и от заряда атома. Так, в молекуле этанола гидроксильная группа проявляет –I-эффект, а в этоксид-анионе отрицательно заряженный атом кислорода, несмотря на высокую электроотрицательность, отталкивает от себя электронную плотность, проявляя положительный индуктивный эффект. -I +I CH 3 CH 2 Li    CH 3 CH 2 O      OH CH 2  H 3 C    Cl CH 2  H 3 C CH 3 CH 2 H http://www.mitht.ru/e-library Величина индуктивного эффекта зависит от электроотрицательности атома, связанного с атомом углерода, а также от заряда на этом атоме. Так, например, отрицательный индуктивный эффект аминогруппы меньше, чем –I- эффект гидроксильной группы, поскольку атом кислорода более электроотрицателен, чем атом азота. В свою очередь -I-эффект гидроксильной группы меньше, чем -I-эффект гидроксониевой группы (например, в протонированном этаноле), поскольку акцепторное действие положительно заряженного атома кислорода сильнее, чем нейтрального атома кислорода. -I ´ Поляризуемость углерод-углеродных σ-связей невелика, поэтому по цепи индуктивный эффект быстро затухает. Так, на третьем атоме углерода в молекуле 1-хлорбутана частичный положительный заряд значительно меньше, чем на втором атоме, а на четвертом атоме углерода еще меньше, чем на третьем. Индуктивный эффект вызывает смещение электронной плотности не только σ-, но и π-связей, которые поляризуются сильнее. Так, в молекуле пропена связь между метильной группой и атомом углерода в sp 2 -гибридизации является полярной из-за различия электроотрицательностей атомов углерода. Электронная плотность этой σ-связи смещена в сторону атома углерода в sp 2 – гибридизации. Таким образом, метильная группа проявляет по отношению к соседней двойной связи +I-эффект, вызывая смещение электронной плотности составляющих ее σ- и π-связи, причем поляризация последней происходит значительно сильнее из-за большей подвижности π-электронов. Частичные заряды на атомах углерода, связанных двойной связью, показывают поляризацию прежде всего π-электронной плотности.    OH H 3 C CH 2  H 3 C O H H CH 2    Cl   CH 3 CH 2 CH 2 CH 2      CH 2 =CH CH 3  C CH 2 =CH F F F      http://www.mitht.ru/e-library

fizich.ru

Помогаев А.И. Краткий курс органической химии. Часть 1.Теоретические основы органической химии [PDF]

Под ред. Стадничука М. Д. — 5-е изд., перераб. и доп. — СПб.: «Иван Федоров», 2002. — 624 с, ил. В учебнике систематически изложены основы современной органической химии. В доступной форме даются сведения о квантово-химической природе простых и кратных связей. Излагаются современные взгляды на механизмы важнейших реакций. Большое внимание уделено практическому использованию…

• 7,35 МБ
• добавлен 03.09.2011 17:44
• изменен 03.09.2011 21:49

Учебное пособие. — Москва: 2003. – 80 с. Издание 2-ое Московский Государственный Университет Тонких Химических Технологий им. М.В. Ломоносова. АЛКАНЫ Строение Способы получения Гидрирование ненасыщенных углеводородов Восстановление функциональных производных алканов Реакция Вюрца Электрохимический синтез Кольбе Сплавление солей карбоновых кислот со щелочью Химические…

• 1,76 МБ
• добавлен 22.03.2012 22:13
• изменен 24.03.2012 17:11

Учебное пособие. — Москва: 2003. – 78 с. Издание 2-ое Московский Государственный Университет Тонких Химических Технологий им. М.В. Ломоносова. ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ Способы получения Химические свойства Задачи и упражнения СПИРТЫ Способы получения Химические свойства Задачи и упражнения ФЕНОЛЫ Способы получения Химические свойства Задачи и упражнения…

• 1,71 МБ
• добавлен 24.03.2012 02:24
• изменен 24.03.2012 17:11

Учебное пособие. Издание 2-е. — Москва: Московский государственный университет тонких химических технологий им. М.В. Ломоносова, 2003. — 37 с. Карбоновые кислоты и их производные. Способы получения карбоновых кислот. Химические свойства карбоновых кислот. Производные карбоновых кислот. α,β-Ненасыщенные карбоновые кислоты. Дикарбоновые кислоты. Задачи и упражнения. Амины. Способы…

• 1,12 МБ
• добавлен 24.03.2012 02:28
• изменен 18.06.2018 01:51

2-е изд., стереотипное. – М.: Дрофа, 2003. – 640 с. В учебнике на современном научно-теоретическом уровне изложен материал о строении и реакционной способности важнейших классов органических соединений с теми функциональными группами, которые наиболее характерны для лекарственных средств синтетического и природного происхождения. В качестве основы для изучения многообразия…

• 21,51 МБ
• добавлен 07.08.2012 23:57
• изменен 08.08.2012 00:16

Под общ. ред. В.П. Черных. — 2-е изд., испр. и доп. — Харьков: Изд-во НфаУ; Оригинал, 2007. — 776 с. В учебнике приведены главные аспекты современной органической химии. Рассмотрены важнейшие классы органических соединений, их способы получения, физические и химические свойства, идентификация. Даны представления о механизмах реакций. Подчеркнута роль и значимость органической…

• 62,80 МБ
• добавлен 09.10.2012 23:32
• изменен 26.10.2017 07:20

www.twirpx.com

М. В. Ломоносова Кафедра органической химии Помогаев А. И. Краткий курс органической химии учебное пособие

  1   2   3   4   5   6   7   8   9

Федеральное агентство по образованию
Московская государственная академия

тонкой химической технологии имени М.В.Ломоносова
Кафедра органической химии

Помогаев А.И.

КРАТКИЙ КУРС

ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Учебное пособие
Часть 3

Функциональные производные

углеводородов.
Галогенопроизводные, спирты, фенолы,

альдегиды и кетоны

Москва 2006

УДК 547

ББК 24.2

П-555
Помогаев А.И.

Краткий курс органической химии

Часть 3

Функциональные производные углеводородов. Галогенопроизвод-ные, спирты, фенолы, альдегиды и кетоны

Учебное пособие

М., МИТХТ им. М.В.Ломоносова, 2006 – 78 с.

Издание 2-ое.

Утверждено Библиотечно-издательской комиссией МИТХТ им. М.В. Ломоносова в качестве учебного пособия

Данное методическое пособие предназначено для студентов 3 курса направления бакалавриата «Материаловедение и технология новых материалов».

Пособие представляет собой изложение материала, не выходящего в основном за пределы учебной программы по органической химии для этого направления. В конце каждого раздела приводятся упражнения и типичные задачи, самостоятельное решение которых поможет студенту подготовиться как к контрольным работам, так и к экзамену.

Подготовлено на кафедре органической химии

МИТХТ им. М.В. Ломоносова
© Московская Государственная академия тонкой химической технологии им. М.В. Ломоносова

ОГЛАВЛЕНИЕ

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ 5

1. Способы получения 6

1.1. Способы получения алкилгалогенидов 7

1.2. Способы получения винил- и арилгалогенидов 9

1.3. Способы получения дигалогенопроизводных 10

2. Химические свойства 11

2.1. Реакции нуклеофильного замещения (SN) в алкилгалогенидах 12

2.2. Особенности нуклеофильного замещения галогена в арилгалогенидах 18

2.3. Реакция дегидрогалогенирования 20

2.4. Восстановление галогенопроизводных 21

2.5. Реакции галогенопроизводных с металлами 22

3. Задачи и упражнения 24

СПИРТЫ 26

1. Способы получения 26

1.1. Гидратация алкенов 26

1.2. Гидролиз галогенопроизводных 27

1.3. Восстановление карбонильных соединений 27

1.4. Получение спиртов реакцией Гриньяра 28

1.5. Получение диолов и триолов 30

2. Химические свойства 31

2.1. Кислотно-основные свойства 31

2.2. Реакции спиртов с разрывом связи О-Н 33

2.3. Реакции спиртов с разрывом связи С-О 34

2.4. Окисление и дегидрирование спиртов 37

3. Задачи и упражнения 38

ФЕНОЛЫ 40

1. Способы получения 40

1.1. Щелочной гидролиз арилгалогенидов 41

1.2. Щелочное плавление солей ароматических сульфокислот 41

1.3. «Кумольный» метод получения фенола 42

2. Химические свойства 42

2.1. Кислотно-основные свойства фенолов 43

2.2. Фенолы как нуклеофилы 44

3. Задачи и упражнения 50

АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ 52

1. Способы получения 53

1.1. Окисление алкенов 53

1.2. Гидратация алкинов 54

1.3. Получение ароматических альдегидов и кетонов ацилированием аренов 55

1.4. Гидролиз геминальных дигалогенидов 55

1.5. Окисление и дегидрирование спиртов до альдегидов и кетонов 56

1.6. Получение альдегидов и кетонов из карбоновых кислот и их производных 56

2. Химические свойства 58

2.1. Кислотно-основные свойства и кето-енольная таутомерия 59

2.2. Реакции нуклеофильного присоединения 61

2.3. Реакции енолизующихся альдегидов и кетонов с галогенами 72

2.4. Окисление и восстановление альдегидов и кетонов 73

3. Задачи и упражнения 75

ГАЛОГЕНОПРОИЗВОДНЫЕ УГЛЕВОДОРОДОВ

Галогенопроизводными называют производные углеводородов, в которых вместо одного или нескольких атомов водорода содержится один или несколько атомов галогена. В соответствии с количеством атомов галогенов в молекуле галогенопроизводные углеводородов подразделяют на моногалогенопроизводные (общая формула R-X, где R – углеводородный остаток, X = F, Cl, Br, І), дигалогенопроизводные и т.д.

Моногалогенопроизводные углеводородов классифицируют в зависимости от углеводородного остатка.

Алкилгалогенидами называют обычно соединения, в которых атом галогена связан с sp³-гибридизованным атомом углерода. Это могут быть галогенопроизводные как насыщенных, так и ненасыщенных углеводородов. Например, к алкилгалогенидам относят следующие соединения:

хлорэтан (этилхлорид)

3-бромпропен (аллилбромид)

3-иодпропин (пропаргилиодид)

фенилфторметан (бензилфторид)
Алкенилгалогениды (их также называют винилгалогенидами) – это галогенопроизводные, в которых атом галогена связан с sp²-гибридизованным атомом углерода, например:
СН₂=СНBr бромэтен (винилбромид),

СН₃СН=СНCl 1-хлорпропен (пропенилхлорид),

СН₃С(Сl)=СН₂ 2-хлорпропен (изопропенилхлорид).

Кроме того, выделяют группу ароматических галогенопроизводных (их называют арилгалогенидами), в которых атом галогена связан с атомом углерода бензольного кольца, например:

хлорбензол орто-бромтолуол мета-фторстирол
Дигалогенопроизводные насыщенных углеводородов, в зависимости от того, как друг по отношению к другу расположены атомы галогена, бывают геминальные (сокращенно гем-дигалогениды) и вицинальные (сокращенно виц-дигалогениды). В геминальных дигалогенопроизводных оба атома галогена соединены с одним атомом углерода, а в виц-дигалогенидах атомы галогена находятся у соседних атомов углерода.

гем-дихлорид виц-дибромид виц-дигалогенид

(1,1-дихлорпропан) (1,2-дибромпропан) (2-иод-3-хлорбутан)
В дальнейшем общие способы получения и химические свойства будут рассмотрены в основном на примере моногалогенопроизводных.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9

topuch.ru