Классификация органических соединений. Углеводороды. Строение и реакционная способность

 

Государственный Медицинский Университет г.Семей

 

 

 

 

 

 

 

СРС

 

Специальность: Общая медицина

Дисциплина: химия

Кафедра: химии и технологии лекарств

Курс: 1

Тема: «Классификация органических соединений. Углеводороды. Строение и реакционная способность.»

 

 

 

 

 

 

 

                                                                      Выполнила: Ермекова М.

 

Проверила:Болысбекова С.М._____

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Семей 2012г

 

 

План

Введение

 

1. Классификация органических соединений

2. Алканы. Строение, гомологический ряд алканов.

3. Реакции радикального замещения у насыщенного атома углерода (SR).

а) галогенирование

б) окисление.

4. Алкены. Строение, номенклатура.

5. Реакции электрофильного присоединения к ненасыщенными углеводородам

а) галогенирование

б) гидратация

в) гидрогалогенирование

6. Правило Марковникова.

7. Арены. Реакции электрофильного замещения (SE)

а) галогенирование

б) алкилирование и ацилирование

в) нитрование

г) сульфирование

8. Ориентирующее действие заместителей в бензольном ядре.

9. Конкурентные реакции нуклеофильного замещения (SN) И элиминирования (Е) у насыщенного атома углерода.

 

Заключение

 

Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Для классификации органических веществ по типам и построения их названий в молекуле органического  соединения принято выделять углеродный скелет и функциональные группы.

Типы углеродных скелетов

1) ациклические (не содержащие циклов) – соединения с открытой (незамкнутой) цепью углеродных атомов (прямой или разветвленной)

Такие соединения называются также алифатическими или соединениями жирного ряда. Они могут быть предельными, или насыщенными (парафины, или алканы), и непредельными, или ненасыщенными: соединения ряда этилена (олефины или алкены) и ацетилена (алкины):

2) циклические соединения – соединения, в которых углеродные атомы образуют циклы.

Циклические соединения разделяются на 2 подтипа:

а) карбоциклические – циклические соединения, образованные только углеродными атомами. Они подразделяются на алициклические (нафтены) и ароматические соединения. Алициклические соединения могут быть насыщенными (циклоалканы) и ненасыщенными (циклоалкены).

б) гетероциклические соединения – циклы, в состав которых, кроме атомов углерода, входят и другие атомы – гетероатомы (N, S, O и другие)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Классификация органических соединений. Углеводороды. Алканы, алкены, арены. Строение, реакционная способность.

Классификация органических соединений.

Необычайно большое  количество органических соединений (около 7 млн.) можно изучить только при  наличии их классификации, т.е. упорядоченного расположения по группам и классам. В классификации принимаются за основу 2 важнейших признака: строение углеродного скелета и наличие в молекуле функциональных групп.

В органических соединениях  атомы углерода соединяются друг с другом, образуя своеобразный «каркас» молекулы, называемый также углеродным скелетом, или цепью. Цепи бывают открытыми и замкнутыми (циклическими); открытые цепи могут быть неразветвленными (нормальными) и разветвленными.

 

По строению углеродного  скелета органические соединения делятся на ациклические и циклические.

 

Родоначальными соединениями в органической химии признаны углеводороды, состоящие только из атомов углерода и водорода. Разнообразные органические соединения можно рассматривать  как производные углеводородов, полученные введением в них функциональных групп.

Функциональная группа - это атом или группа атомов неуглеродного  характера, которые определяют принадлежность соединения к определенному классу.

Признаком, по которому органические соединения относятся к тем или иным классам, является природа функциональной группы. Например, если в этане СН3 - СН3, относящемся к классу углеводородов, заменить один из атомов водорода на гидроксильную группу ОН, то полученное соединение этанол СН3 - СН2ОН будет относиться к классу спиртов и. т.д.

 

 

Соединения могут содержать  не одну, а несколько функциональных групп. Если эти группы одинаковые, то соединения называются полифункциональными, например хлороформ, глицерин. Соединения, содержащие различные функциональные группы, называются гетерофункциональными. Например, молочная кислота и коламин.

 

 

Все классы органических соединений взаимосвязаны. Переход  от одних классов соединений к  другим осуществляется в основном за счет превращения функциональных групп  без изменения углеродного скелета. Соединения каждого класса составляют гомологический ряд.

Гомологический ряд - группа родственных органических соединений с однотипной структурой, каждый последующий  член которого отличается от предыдущего  на гомологическую ряд.

Для углеводородов и их производных гомологической разностью является метиленовая группа - СН2 - . Например, этан - СгН6, пропан - СзН8, этанол - СгН5ОН, пропанол - С3Н7ОН.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 5.1. Насыщенные углеводороды

 

 

 

5.1.2. Окисление кислородом

Один из важнейших радикальных процессов — взаимодействие органических соединений с молекулярным кислородом. Молекула кислорода представляет собой бирадикал и может реагировать с соединениями, содержащими С—Н связи, по радикальному механизму с образованием гидропероксидов или продуктов их дальнейших превращений.

 

Если такая реакция  проходит под действием атмосферного кислорода, то она называется автоокислением. Пример авто7 окисления — образование  гидропероксидов при стоянии  на свету и воздухе простых  эфиров, в частности широка применяемого в медицинской практике диэтилового (серного) эфира. При этом кислород атакует в молекуле диэтилового эфира прежде всего вторичные С—Н связи.

 

Гидропероксиды и пероксиды  способны легко взрываться. Поэтому  перед употреблением эфира следует убедиться в отсутствии в нем гидропероксидов (проба с раствором иодида калия в разбавленной уксусной кислоте: появление желтой окраски свидетельствует о наличии гидропероксидов).

В реакциях с кислородом, как и при галогенировании, активны аллильные, бензильные и третичные атомы водорода. Примером может служить образование гидропероксидов из цикло-гексена и изопропилбензола (одна из стадий промышленного получения фенола и ацетона).

 

 

Для протекания этих реакций  важно начальное появление в системе свободных радикалов, которые могут возникать, в частности за счет взаимодействия ионов металлов переменной валентности (Fe2+ и др.) либо с молекулярным кислородом, либо с гидропероксидами.

 

Далее с участием образовавшихся радикальных частиц (обозначим их X') следуют обычные стадии цепного процесса:

1) инициирование

 

 

3) обрыв цепи (один  из возможных путей)

 

2) рост цепи

 

 

Образующиеся in vivo пероксидные  радикалы RO—О* сравнительно малоактивны. Поэтому они реагируют довольно избирательно, атакуя, например, лишь С—Н связи в аллильном фрагменте и О—Н связи в некоторых фенолах. В последнем случае образуются малоактивные радикалы, не способные вступать в реакцию с новой молекулой RH, и цепной процесс прерывается.

 

 

 

Гидратация.

Без катализатора алкены не присоединяют воду. Гидратация двойной связи, однако, легко осуществима в присутствии каталитических количеств сильных кислот — серной, азотной и др. Этот процесс служит общим способом получения спиртов.

 

Механизм реакции. Присоединение к алкенам гало-геноводородов и родственных соединений протекает по гетеро-литическому электрофильному механизму АЕ. Электрофильной частицей в данном процессе служит простейший электрофил — протон Н+. В реакции выделяют две основные стадии: 1) элект-рофильная атака протоном алкена с образованием карбокатио-на — медленная стадия, определяющая скорость процесса в целом; 2) атака образовавшегося карбокатиона нуклеофилом Х~, приводящая к конечному продукту (быстрая стадия).

 

При гидратации алкенов  в условиях кислотного катализа за двумя этими стадиями следует третья — быстрая стадия отщепления протона.

 

В случае несимметричных алкенов образуется, как правило, один из двух возможных структурных  изомеров, т. е. реакция протекает  региоселективно (см. 4.2). В. В. Марковников (1869) сформулировал закономерность, определяющую направление присоединения, которая вошла в мировую химию под названием правила Марковникова.

При взаимодействии реагентов  типа НХ с несимметричными алкена ми водород присоединяется к наиболее гидрогенизирован-ному атому углерода двойной связи, т. е. атому углерода, содержащему большее число атомов водорода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алкены

Номенклатура, строение, общий обзор свойств

По систематической номенклатуре названия алкенов строятся так, что  в названии алкана, соответствующего этой родоначальной структуре, суффикс -ан заменяется на -ен. В случае разветвления главной считается цепь, содержащая двойную связь, даже если эта цепь и не является самой длинной. Углеводородные радикалы, образованные из алкенов, имеют суффикс -енил. Некоторые радикалы имеют тривиальные названия, например винил (этенил), аллил (пропенил) (см. табл. 36).

 

В молекуле этилена оба атома  углерода находятся в состоянии sp2-гибридизации: одна s- и две р-орбитали смешиваются по форме, давая три  гибридные орбитали, -связи. Третья р-орбиталь каждого из этих двух атомовsкоторые образуют  -связи между ними и поэтому в гибридизации неpиспользуется для образования  участвует. 
-связи) лежат в однойsВсе атомы молекулы этилена (и все  -связями равен 120°.sплоскости, угол между р-орбитали обоих атомов углерода ориентированы перпендикулярно этой -связиp-связь. Плотность pплоскости, при их «боковом» перекрывании образуется  (условная плотность, в которой лежит максимум ее электронной плотности) -связей (см. рис. 33).sперпендикулярна плоскости

В молекулах гомологов этилена  с фрагментом О=С связаны алкильные  группы (от одной до четырех). Для  алкенов, кроме изомерии скелета, возможна изомерия, обусловленная положением двойной связи (например, бутен-1 и  бутен-2) и геометрическая изомерия — расположение заместителей по одну (цис-) или по разные (транс-) стороны от -связи. Поскольку враще-ние вокруг двойной связи невозможно (этоsплоскости  привело бы к разрыву одной из химических связей), то в случае цис- и транс-изомеров Мы имеем дело с разными конфигурациями, а не с разными кон-Формациями одной молекулы (см. §3). 
Самым реакционноспособным местом в -связь.pмолекуле алкена является

Физические свойства

Физические свойства алкенов практически  не отличаются от таковых у соответствующих  алканов. Низшие алкены (C2—C4) — газы при нормальных условиях, средние (до C17) — жидкие, высшие являются твердыми веществами. Все алкены нерастворимы в воде и хорошо растворяются в органических растворителях.

Химические свойства

Все специфические химические свойства алкенов определяются наличием в их -электронного облака (то есть собственно двойной связью). Электроныpмолекуле  -облака находятся вне плоскости молекулы и легко доступны для атакиp электрофильными частицами. Поэтому практически все реакции алкенов имеют электрофильный механизм (обычно это электрофильное присоединение, которое обозначается кратко как АЕ).

Реакции электрофильного присоединения

Галогенирование

Галогенирование алкенов, проходящее в отсутствии инициаторов  радикальных реакций — типичная реакция электрофильного присоединения. Она проводится в среде неполярных инертных растворителей (например: CCl₄):

Реакция галогенирования стереоспецифична —- присоединение происходит с противоположных сторон относительно плоскости молекулы алкена^[1]