Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Классификация органических сединений



К настоящему времени известно более 10 млн. органических соединений. Каждый год химики синтезируют и выделяют из природных источников сотни тысяч новых соединений. Чтобы ориентироваться в этом многообразии, органические соединения принято классифицировать.

Органические соединения делят на три большие группы (ряды) в зависимости от строения углеродного скелета.

1. Ациклические соединения (соединения алифатического, жирного ряда) – углеродный скелет состоит из открытой цепи атомов углерода.

2. Карбоциклические соединения – углеродный скелет состоит из цепей атомов углерода, замкнутых в цикл. Эта группа делится на две подгруппы – алициклические и ароматические.

3. Гетероциклические соединения – циклические соединения, в состав циклов которых входят наряду с атомами углерода атомы других элементов периодической системы.

Внутри каждой из этих групп соединения классифицируют по классам согласно соответствующим функциональным группам, присутствующим в соединении.

Функциональными группами называют атомы (заместители) или группы атомов, обуславливающие особенности химического поведения данной группы органических соединений и определяющие принадлежность этой группы соединений к соответствующему классу.

Наиболее простыми классами соединений каждого ряда являются углеводороды. Заменяя атомы водорода в углеводородах на другие атомы или функциональные группы переходят к другим классам органических соединений данного ряда. Внутри каждого класса проводится деление на гомологические ряды.

Гомологическим рядом называют бесконечный ряд веществ отличающихся друг от друга на любое число групп -СН2- (гомологическую разность (СН2)n), имеющих сходное строение и, следовательно, сходные химические свойства.

В гомологических рядах существуют соединения имеющие одинаковый состав, но разное строение. Такие соединения называются изомерами. Поэтому для органической химии очень важно знать не только состав, но и порядок соединения атомов в молекуле. Явление изомерии заставило для записи органических молекул использовать структурные формулы.

При огромном числе органических соединений согласованные правила их наименования, т.е. номенклатура, имеют первостепенное значение. Особенно это важно для обозначения изомеров. В практике органической химии такие единые международные правила были приняты сравнительно недавно. Первая попытка была предпринята в 1892 г в Женеве (международный химический конгресс), следующая - в Льеже в 1930 г (IUPAC) и в 1957 г (номенклатура IUPAC, систематическая или международная, ИЮПАК).



В химической литературе встречаются органические соединения называемые в соответствии с требованиями тех номенклатур, которые появлялись на определенных стадиях развития органической химии и не утратившие своего значения до настоящего времени. Основные требования к названию органического соединения – простота, наглядность, однозначность, системность. Поэтому в каждом конкретном случае химики обычно выбирают наиболее удобную номенклатуру, иногда смешанную. Однако, по возможности, необходимо следовать номенклатуре IUPAC (ИЮПАК).

1.Тривиальная номенклатура

Данная номенклатура появилась на заре развития органической химии как науки. Согласно ее принципам, название органическим соединениям давалось первооткрывателем без учета строения молекул. Чаще всего название соответствовало:

− источнику получения (лимонная, винная, яблочная кислота)

− способу получения (пировиноградная кислота)

− предложению первооткрывателя (кетон Михлера, барбитуровая кислота).

Данная номенклатура продолжает развиваться и в наши дни. Она используется для обозначения сложных соединений: капрон, лавсан и т.д. Такие названия, как и общепринятые тривиальные названия простых соединений необходимо выучить наизусть: метан, этилен, ацетилен, бензол, анилин, индиго, уксусная кислота и т.д.

2.Рациональная номенклатура

Этот тип номенклатуры возник позже, чем тривиальная. Он дает возможность называть только достаточно простые органические соединения. Рациональные названия подчеркивают принадлежность соединения к тому или иному классу органических веществ.

За основу берется название простейшего представителя класса (родоначальника гомологического ряда) по тривиальной номенклатуре или функциональной группы.



Первыми в названии перечисляются радикалы, связанные с выбранной основой, в порядке от простых к сложным. При необходимости указывается их количество при помощи приставок: ди-, три-, тетра- и т.д.

Положение заместителей у выбранной основы указывают буквами латинского алфавита или словами «симметричный» (симм), «несимметричный» (несим), орто- (о-), мета- (м-), пара- (п-), буквами N-(у азота), О- (у кислорода) и т.д.

Названия радикалов в рациональной номенклатуре в подавляющем большинстве совпадают с номенклатурой ИЮПАК:

 

3. Номенклатура ИЮПАК

Непригодность принципов рациональной номенклатуры для наименования полифункциональных, элементоорганических, циклических, гетероциклических соединений побудила химиков разработать принципы новой номенклатуры.

Международный союз чистой и прикладной химии (IUPAC) разработал и предложил в качестве официальной научной номенклатуры – номенклатуру ИЮПАК.

В основу названия соединения по этой номенклатуре положена углеродная цепь молекулы, содержащая максимальное число функциональных групп.

 

Теория строения Бутлерова

Начиная с 1858 (1861) года А.М. Бутлеров развивает и экспериментально обосновывает теорию химического строения, основываясь на атомистическом учении М. В. Ломоносова и Дальтона. Эта теория остается основополагающей до настоящего времени. Основные идеи теории могут быть кратко изложены следующим образом:

1. В молекулах соединений существует определенный порядок связи атомов, который и носит название строение.

2. Химические свойства соединения определяются свойствами и строением его молекулы.

3. Различное строение при одном и том же свойстве и молекулярной массе вещества обуславливает явление изомерии.

4. Так как при отдельных реакциях изменяются не все, а только некоторые части молекул, то изучая продукты химических превращений соединения, можно установить его строение.

5. Химический характер (т.е. реакционная способность) атомов, входящих в молекулу меняется в зависимости от того, с какими атомами они связаны в данной молекуле. Это изменение химического характера обуславливается главным образом взаимным влиянием непосредственно связанных друг с другом атомов. Взаимное влияние атомов, не связанных непосредственно, обычно проявляется значительно слабее.

 

4. Взаимное влияние атомов в молекуле и её природа

Взаимное влияние непосредственно связанных между собой атомов зависит в первую очередь от их природы и характера связи между ними.

Различают два основных типа химической связи: ковалентную и электровалентную (ионную).

Электровалентная (ионная) связь образуется между атомами значительно отличающимися по электроотрицательности:

Nao + Clo → Na+Cl

Эта связь не характерна для органических соединений.

Ковалентная связь возникает в результате обобщения неспаренных валентных электронов. Атомы с одинаковой или близкой по значению электроотрицательностью находясь на достаточно близком расстоянии перекрываются атомными орбиталями с образованием единой связывающей молекулярной орбитали на которой и располагаются оба электрона:

Н + Н → Н Н

Разновидностью ковалентной связи является координационная(донорно-акцепторная) связь. При ее возникновении пару электронов, связывающих два ядра, представляет только один из атомов (донор), тогда как другой атом представляет только свою незаполненную орбиталь (акцептор)

В органической химии очень часто встречается водородная связь. Если атом водорода связан с сильно электроотрицательными элементами (О, N, F), то в результате существенного смещения электронной плотности к электроотрицательному элементу первый приобретает частичный положительный заряд и может электростатически взаимодействовать с обогащенным электронной плотностью центром:

–О←Н∙∙∙О

Важным критерием отличия ковалентной связи от ионной является полярность, т.е. наличие постоянного дипольного момента. Для ковалентной связи дипольный момент мал 0,4 ÷ 1,5D.

 

Образование ковалентных связей атомами углерода (σ- и π-ковалентные связи)

Электронная конфигурация основного состояния атома углерода 1s22s22p2, т.е. углерод должен проявлять валентность, равную двум, так как на внешнем электронном уровне находится два неспаренных (валентных) электрона. Как известно, в большинстве органических соединений углерод четырехвалентен, поскольку в процессе образования связей атом углерода переходит в возбужденное состояние. В возбужденном состоянии валентные электроны не равноценны. Согласно экспериментальным данным в молекуле метана все четыре связи атома углерода с атомами водорода одинаковы. Противоречие между теорией и экспериментом было разрешено введением понятия гибридизация орбиталей.

Для атома углерода характерно три валентных состояния, т.е. три типа гибридизации.

В зависимости от типа гибридизации между атомами углерода могут образовываться два типа ковалентной связи: σ- и π.

σ-Связь образуется при перекрывании валентных орбиталей по прямой, соединяющей центры реагирующих атомов. В зависимости от природы атомов образующих эту связь она может быть полярной и неполярной. Полярность ковалентной σ-связи показывается стрелкой по связи в структурной формуле.

π-Связь образуется за счет двойного перекрывания р-электронных орбиталей, располагающихся на параллельных осях. π-связь в отличие от σ-связи способна поляризоваться, т.е. изменять распределение электронной плотности в момент реакции.

Способность органической молекулы к тем или иным типам превращений определяется энергией связи, длиной связи, а также распределением и подвижностью электронной плотности. Распределение и подвижность электронной плотности зависит от полярности и поляризуемости связи, которые в сложных молекулах проявляются в виде эффектов: индукционного, сопряжения, сверхсопряжения.

Полярность связи определяется электроотрицательностью атомов, образующих связь, т.е. способностью атомов в молекуле притягивать к себе электронную плотность. Поляризация одной какой-либо связи в сложной молекуле оказывает влияние на состояние соседних связей. Дипольный момент индуцирует в них также дипольные моменты, значительно меньшие по величине. Такой эффект называется индукционным:

Индукционный эффект сказывается на реакционной способности молекулы, но затухает по углеродной цепи к 4 – 5 углеродному атому

Способность ковалентных связей к перераспределению электронной плотности в момент реакции под влиянием различных факторов, называется поляризуемостью.


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!