Лекции по органической химии. Лекции по органической химии
![]()
|
Лекции по органической химии. Основным элементом, входящим в состав органических соединений, является углерод. Поэтому А.М. Бутлеров определил органическую химию как химию соединений углерода. Однако существуют простые вещества, содержащие углерод (СО; СО2; СS2, соли синильной кислоты и др.), которые относят к неорганическим соединениям и изучают в курсе общей или неорганической химии. Учитывая это, более точно органическую химию следует определять как химию углеводородов и их производных, в состав которых могут входить почти все элементы периодической системы. Реакция замещения (галогенирование) ![]() Механизм реакции ![]() Сульфохлорирование ![]() Cульфоокисление ![]() Нитрование ![]() Горение ![]() Управляемое окисление ![]() ЦиклоалканыCnH2n ![]() ПолучениеВнутримолекулярная реакция Вюрца ![]() ![]() Хим. свойства см. алканыРеакции присоединения (для напряженных циклов С3-С4) ![]() АЛКЕНЫСnH2n ненасыщенные углеводороды с двойной связью Номенклатура - ![]() Двойная связь sp2-гибридизация ![]() ![]() Пространственная изомерия относительно двойной связи ![]() Способы получения1. Дегидратация спиртов ![]() 2.Дегидрогалагениерование галогеналканов ![]() 3.Дегалагениерование 1,2-дигалогеналканов ![]() 4.Дегидрирование алканов ![]() Химические свойстваРеакция присоединения 1. Гидрирование ![]() 2. Присоединение галогеноводорода ![]() 3. Гидратация ![]() 4. Окисление KMnO4 ![]() 5. Озонолиз ![]() Алкадиены![]() Классификация диенов ![]() Особенности хим. свойства сопряженных диенов, по сравнению с алкенамиПрисоединение ![]() Диеновый синтез (реакция Дильса-Альдера) ![]() АЛКИНЫ![]() sp-гибридизация углерода при тройной связи ![]() ![]() Методы получения1. ![]() 2. Дегидрогалогенирование 1,1- и 1,2-дигалогеналканов ![]() Химические свойства1. Гидрирование ![]() 2. Галогенирование ![]() 3. Гидрогалогенирование ![]() 4. Винилирование ![]() ![]() 5. Кислотность алкинов с концевой тройной связью ![]() ![]() 6. Циклизация ![]() Ароматические углеводороды (арены)![]() ![]() Углерод в ароматическом ядре – sp2-гибридизован Принцип ароматичности – принцип Хюккеля Замкнутая циклическая система сопряженных -электронов Количество -электронов – 4n+2 (n = 0, 1, 2...) С ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() опряжение ![]() ![]() Химические свойстваЭлектрофилы (Е+) – акцепторы электронной плотности E+ = R+ (H3C+) – карбокатионы, NO2+, Br+, SO3, и др. Нуклеофилы (Nu-) – доноры электронной плотности Nu- = R- (H3C-) – карбанион, ОН-, RO-, NH2-, Br-, HOH, RNH2 и др. Электрофильное ароматическое замещение SEAr ![]() Влияние заместителей в бензольном кольце на реакцию SEAr Электронные эффекты заместителей Индуктивный эффект (I – эффект) – изменение распределения электронной плотности в молекуле из=за разницы электроотрицательности атомов. ![]() Мезомерный эффект (М – эффект) – возникает в сопряженных системах (заместитель связан с sp2- или sp-гибридизованным углеродом) ![]() Заместители I рода – направляют реакцию в орто- и пара-положение СН3 (R), OH, OR, NH2, NR2 (ускоряют реакцию), Cl, Br, I (замедляют) +I или +М -I, но +M ![]() Заместители II рода – направляют реакцию в мета-положение и замедляют реакцию NO2, NO, СООН, COOR, SO3H, CN, N3, CСl3 -M и/или -I ![]() 1. Хлорирование ![]() 2. Нитрование ![]() 3. Сульфирование ![]() 4. Алкилирование по Фриделю-Крафтсу ![]() 5. Ацилирование по Фриделю-Крафтсу ![]() Согласованная ориентация![]() ГАЛОГЕНУГЛЕВОДОРОДЫ (Hal = F, Сl, Br, I)![]() Способы получения1. Галогенирование алканов (см. алканы) 2. Гидрогалогенирование алкенов и алкинов (см. алкены, алкины) 3. Присоединение галогенов к алкенам и алкинам (см. алкены, алкины) 4. Реакции спиртов с галогеноводородами ![]() Два основных механизма реакции нуклеофильного замещения: Уравнение скорости реакции: A + B C ![]() SN1 v = k [R-OH] ![]() Лимитирующая стадия – образование карбокатиона, значит протекание всей реакции зависит от стабильности самого карбокатиона ![]() ![]() SN2 v = k [R-OH] [Hal-] ![]() ![]() ![]() ПОЛУЧЕНИЕ ГАЛОГЕНУГЛЕВОДОРОДОВ (продолжение) 5. Галогенирование аренов (см. хлорирование аренов) Химические свойства1. Отщепление галогеноводорода (см. получение алкенов и алкинов) 2. Реакция Вюрца (см. получение алканов) 3. Нуклеофильное замещение галогена (для алифатических галогенуглеводородов) ![]() Реакцию можно рассматривать как введение остатка алифатического углеводорода (алкила) в другую молекулу – реакция алкилирования, а галогенуглеводород – алкилирующий агент ![]() 4. Ароматическое нуклеофильное замещение - возможно только для активированных сильными акцепторами (нитро-группа) аренов ![]() 5. Получение магнийорганических соединений (реактивов Гриньяра) ![]() СПИРТЫ и ФЕНОЛЫ(ОН – гидроксил или гидрокси-группа)(приставка для обозначения гидроксила – гидрокси, суффикс – ол) ![]() Методы полученияПолучение спиртов1. Гидратация алкенов (см. алкены) 2. Замещение галогена на гидроксил (OH) (см. галогенуглеводороды) 3. Восстановление карбоновых кислот ![]() Получение фенолов 1. Кумольный метод получения фенола в промышленности ![]() 2. Сплавление сульфокислот с щелочами ![]() Химические свойства1. Кислотность (способность отдавать протон) ![]() Кислотность фенолов выше, чем алифатических спиртов Кислотность тем выше, чем выше стабильность образующегося анионаСтабильность заряженной частицы тем выше, чем выше делокализация заряда ![]() 2. Реакции спиртов с галогеноводородами (SN) (см. получение галогенугдеводородов) 3. Образование простых эфиров ![]() 4. Образование сложных эфиров (этерификация) ![]() Окисление спиртов ![]() Окисление 1,2- и 1,4-дигидроксибензолов![]() Электрофильное ароматическое замещение в фенолах ОН –заместитель I рода, направляет реакцию в орто- и пара-положения ![]() Ацилирование фенолов ![]() Простые эфиры![]() Методы получения![]() 2. Алкилирование спиртов и фенолов ![]() Эфиры – довольно стабильные соединения и используются как растворители. Расщепляются до исходных спиртов лишь в жестких условиях Карбонильные соединения – альдегиды и кетоны![]() Методы получения1. Окисление первичных и вторичных спиртов (см. спирты) 2. Озонолиз алкенов (см. алкены) 3. Пиролиз кальциевых и бариевых солей карбоновых кислот ![]() 4. Ацилирование по Фриделю-Крафтсу (см. свойства аренов) 5. Восстановление карбоновых кислот и их производных ![]() Химические свойства![]() 1. Реакции с водой и спиртами ![]() 2. Реакции с аммиаком ![]() 3. Реакции с аминами и их производными (присоединение-отщепление) ![]() ![]() 4. Конденсации СН-кислотность – карбонильные соединения способны отдавать протон от -углеродного атома ![]() ![]() Если нет протона в -положении, то происходит реакция Каниццарро ![]() 5. Окислительно-восстановительные реакции ![]() Карбоновые кислоты![]() Методы получения1. Окисление первичных спиртов и альдегидов 2. Гидролиз трихлорметильных производных аренов ![]() 3. Гидролиз сложных эфиров (омыление) ![]() Химические свойстваКарбоновых кислот 1. Кислотность (образуют соли в реакциях даже со слабыми основаниями) ![]() 2. Реакции с нуклеофилами ![]() Углерод карбоксильной группы малоактивен по отношению к нуклеофилам (по сравнению с карбонильной группой) из-за +М гидроксила, для активации карбоновых кислот применяют протонирование, вносящее положительный заряд ![]() ![]() Химические свойства производных карбоновых кислот ![]() Нитрилы карбоновых кислот (CN - циано-группа) ![]() Получение 1. Дегидратация амидов ![]() 2. Цианирование галогеналканов ![]() Гидролиз нитрилов ![]() Серосодержащие органические соединения1. Тиоспирты (меркаптаны) R-SH СH3SH – метантиол (метилмеркаптан) 2. Тиоэфиры (сульфиды) R-S-R’ СH3-S-C2H5 метилэтилсульфид 3. Сульфокислоты R – SO3H CH3SO3H метансульфокислота ![]() Получение (см. сульфоокисление алканов и сульфирование аренов) Нитросоединения (R-NO2)![]() Получение (см. нитрование алканов и аренов)Хим. свойства1. СН-кислотность нитроалканов ![]() 2. Восстановление нитроаренов ![]() Амины![]() Методы получения1. Алкилирование аммиака ![]() 2. Восстановление нитросоединений ![]() 3. Восстановление амидов ![]() 4. Восстановление нитрилов ![]() 1. Кислотно-основные сойства ![]() Основность – способность принимать протон или отдавать пару электронов Основность амина тем выше, чем выше электронная плотность на азоте. Донорные заместители у азота повышают электронную плотность на азоте, а значит повышают основность амина. Акцепторные заместители у азота понижают электронную плотность на азоте, а значит понижают основность амина. ![]() ![]() 2. Алкилирование (см. получение аминов, способ 1) 3. Ацилирование ![]() 4. Реакции с карбонильными соединеиями (образование иминов) ![]() 5. Электрофильное ароматическое замещение амино-группа – заместитель I рода (ацилирование и алкилирование не меняют ориентирующий эффект) ![]() ![]() 6. Реакции с азотистой кислотой Третичные амины разлагаются под действием азотной кислоты Вторичные амины образуют нитрозоамины ![]() Первичные амины ![]() Диазосоединеия алифатического ряда крайне неустойчивы и разлагаются с выбросом молекулярного азота. Образующийся карбокатион рекомбинируется, реагируя с нуклеофилами ![]() Ароматические первичные амины реагирут с азотистой кислотой с образованием солей диазония. В этом случае +МPh приводит к делокализации положительного заряда и стабилизирует соль диазония ![]() Синтез метилоранжа ![]() Красители и теория цветности
Хромофор – группа, вызывающая появление цвета (содержит -связь) ![]() ![]() ![]() ![]() Синтетические полимерыПолимер – макромолекула, построенная из одинаковых повторяющихся фрагментов (мономерных единиц). Мономер – исходное для полимера низкомолекулярное вещество – определяет строение всего полимера. Полимерная цепь может состоять из повторяющихся фрагментов одного типа или нескольких разных типов. В последнем случае говорят о сополимере. ![]() Типы полимеров: Термопласт – полимер, способный легко менять форму при нагревании (полиэтилен, полипропилен, полиэтилентерефталат, полистирол ….) Эластопласт – способен растягиваться в несколько раз и обратимо восстаннавливать форму после снятия деформирующего усилия (каучуки, резины) Реактопласт – полимер, в котором при обработке протекают необратимые реакции дополимеризации, что делает невозможность их дальнейшей термической деформации (обработки) Наиболее часто встречающиеся полимеры
Химия поверхностно-активных веществ (ПАВ)![]() ПАВ – уменьшают поверхностное натяжение Молекула ПАВ – дифильная молекула, имеет гидрофобный (липофильный) неполярный хвост (нерастворим в воде) - длинная углеводородная цепочка (С12 - С18) и гидрофильную полярную голову (растворима в воде) – функциональная группа, обладающая сродством к воде. ![]() Типы ПАВ: Неионогенные – не диссоциируют на ионы ![]() Ионогенные – диссоциируют в растворе на катионы и анионы: Анионные – образуют дифильные анионы ![]() Катионные – образуют дифильные катионы ![]() Амфолитные (амфотерные) ![]() ПАВ – как моющие средства ![]() Образование эмульсий ![]() |