1 (Дж. Робертс, М. Касерио - Основы органической химии), страница 4

Атомы углерода уникальны в отношении способности соединяться между собой с образованием устойчивых цепей или циклов. Атомы водорода и углерода, соединяясь в различных сочетаниях, лают необычаййо большое разнообразие гидридов углерода, или углеводородов, как их обьшно называют. В противоположность этому ии один нз элементов второго периода, за исключением бора, не дает таких семейств гидридов, а большинство гидридов бора очень чувствительно к гидролизующим и окислительным агентам.

1-2. Стрг(кптдрная органическая химия Строительным блоком структурной органической химии является четырехвалентный атом углерода, За немногими исключениями соединения углерода могут быть изображены формулами, в которых каждый углерод связан четырьмя ковалентными связями независимо ат того, соединен ан с углеродам или с каким-либо другим элементом.

Двухэлектроннзя связь, примером которой может служить связь углерод — водород в метане и этапе и связь углерод — углерод в этапе, называется простой связью. В этих, а также ва многих других соединениях аналогичного строения каждый атом углерода сое- ГЛАВА ~ Н Н , С .' . "С,' Н' 'Н этннен Аналогичным образом в ацетилене С,Нс шесть электронов, по три от каждого углеродного атома, находятся в совместном владении, образуя шестнэлектронную связь, которая называется тройной связью Н:С:::С:Н ацетилен Разумеется, во всех случаях каждый атом углерода имеет заполленный октет электронов. Углерод образует также двойные и тройные связи с рядом других элементов, которые могутпроявлять ко. валеитность, равную двум или трем. Двойная связь углерод — кислород (или карбонильная связь) присутствует в двуокиси углерода и во многих важных органических соединениях, таких, как формальдегид и уксусная кислота. Тройная связь углерод — азот имеешься и синильной кислоте н ацетонитриле :С .

'.'О: Н;С:С:О'.11 Н Н тб:1С: сО фармальдегид двуазн(ьугяерада уксуснан кислота Н: С .' С::: Х: Н ацетанитрил цианистый водород (синильная кислота) Принято, что одна прямая линия, соединяющая сив1волы атомов, обозначает простую (двухэлектронную) связь, две такие линии. обозначают двойную (четырехэлектронную) связь, а три— линев с четырьмя другими атомами. Существуют, однако, соедине-. ния, подобные этилену С,Н4, в которых четыре электрона (по два от каждого углеродного атома) находятся в общем владении, обра- .зУЯ четыРехэлектРоннУю свЯззч называемУю двойной свнзь(о структурл. идентиФикАция и номвнклАтуРА 21 тройнуюг(нтестиэлектронную) связь.

Изображение соединений с юмощью этих символов называют структурной формулой. 'нн н н ) Н вЂ” С вЂ” С вЂ” Н С=С Н вЂ” С С вЂ” Н Н-С~Х ) ( ецетнлсв цненнстыа н н н н водород еген стелса Н, н н Со 0 С 0 Н С вЂ” с Н вЂ” С вЂ” СемЖ дсуоквсь Н 'ОН углерода и формельлегкд уксусная кислоте ецетоеетрел Для экономии времени и места при изображении органических структур на практике обычно используют «сжатыез (или упрощенные) формулы, в которых не все связи выписывактся полностью. При использовании упрощенных формул всегда следует иметь в виду нормальные валентности атомов.

СН,СНз СН.СН, СНСН СН,О стев ьтклен ецетелец Еорцьськегнл СнзСОен Нс(Ч СН СР( увсусеел цеснестыр евстсестрел всосать водород Возможен также способ изображения, промежуточный между сжатыми и структурнымк формулами. Он в большинстве случаев до. статочно ясен н в то же время экономит место; этот способ будет использоваться в дальнейшем наложении наиболее часто. Действуя описанным вы1не способом, можно изобразить огромное число соединений, содержащих простые, двойные и тройные связи, н состав которых входит четырехвалентный углерод, одновалентные водород и галогеиы, двухвалентиый кислород и трехвалентный азот. На рис.

1-1 приведены простые соединения, относящиеся к различным классам. Упралснение х-Л Напншнтс формулы Лыанса для прнвелгнпых ниже сасаш1е. цнрь структуры которых нзабражены на рнс, 1-1, Используйте четкне, правильно размещенные точки для обозначение электронов. Паставьтс на всех атомах, ке являкнцнхсн нейтральнымн, знзкн зарядов е) пропав е) окись этилена б) цнклапрапзн ж) зцетат натрия (СнзСО«зхмз®) в) бензал з) метвлвмнн г) брамнстый метил н) ацетзмнд д) метанол к) ннтраметзн упражнение х-д Напишите все вазмажные структурные формулы для разлнчных кавалентна построенных нзамерав, атвечзшшкх прнведеняым ниже молекулярным формулам; все садержащнесн в нвх атомы нмекзт кармвльнуш валент.

ность. а) СеН« (два) г) Сен«С!и (два) б) Сень (трн) д) Сенс(х (трн) в) С,Н,О (трн) е) СсН«Ое (десять) Укеглодородм сн„ сн,-сн„ сн,-сн,-сн, прооан метан эски сн сн,— с-сн, ! Н сн„ ! сн — с — сн сн, сн — сн — сн — сн и.бутан «гобугсн асопсиган г Нг »-)ас сн, нгс сн, ' гг НэС Сна ! 9на! Н,С ! .СН, Й СН, н с — сн пиклопрспан пиклогексаи норборнан н С ,Ф'.

НС СН НС СН % г С Н бсигол н,с-сн, кэилен НС~СН «Исг»ЛСН Го.юге» иди Ст1, «нгмреакасрн*гма углерод Слирмы сн — сн, — он ага»оп сн вг брсмисгма мстил СРэС! Дкееорг «»Сриге сн,--он иегскса н с — сн О!) ОН епжсн анко»а Прогон»е крпры СНэ — СНг — Π— Снэ — СНэ диэгилсима эфир Сн„-О-СН Лиисгсноиме гбмр НаС вЂ” СН, 0 окись гиле»а Н н "с=о О СНа Сдд ' О-Снг — СН, Еормаладегид эгнлансгсг о СИгн,' О сн,— нн, иег»лем»и ННГРОИЕГан Караониланэм ! 'С 0) соединении снэ ,С=о СН, СФ О Снэ .Он апсгсн уксусасн киглоге Аэоглсодернсагние соединения сн О сн,— н — сн„сн, — с~~ гр» егилепен 'МНа иисгяинд рис.

)-). просуейшне типы органинсскчх соединений. СТРУКТУРЛ, ИДННТИ»РИКЛНИЯ И НОМВИКЛЛТУРА уз Уиралснелна г'-8. Напишите распространенные структурнаге формулы соединений, нэображенных киже с помоеиыо сжатых формул. Нспольауйте линии для всех саиэсн !Так, как е формулах, приведенных иыгне). а» сн СН<СНэ)г г) <Снг)е б) СНэСССНэ д) СНэСОМНСНэ ! н) СН9СЮСНэсно с) ~нгснаоснгСН90 1-3. Узлы з)ежд)у еелзядти и шарастержнееые модели Обычно атом углерода образует четыре связи в соединениях типа СХ, таким образам, что четьгре связанных с ннм агама располагаются в вершинах правильного тетраздра.

Углы между связями Х-С вЂ” Х составляют )09,5" — эта значение рассматривается как нормальный валентиый угол углерода. Во многих случаях полезную ннфармаипю а пространственных отношениях атомов дают сшарастержневые модели органических соединений. чсля СХ, стержни располагаются так, что углы между ними составляют )09,5' !рис. )-2). Органические молекулы оказывают большое сопротивление дефоркгацнонргын1 воздействиям, которые изменяют нормальные значения углов между валентиастями; таким образом, шаростержиевые модели в большей степени соответствуют свойствам реальных молекул в том случае, если стержни сделаны достаточно жесткими.

Шарастержневые надели лгнагих органических соединений о абычньгми налептными углак1и углерода, равными )09,5', собираются без труда, Однако для таких соединений, как этилеи, ацетилен, циклопрапаи, фармальдегид или окись этилена, валентиые углы должны быть значительно меньше нормальных в том случае, если использовать для обозначения связей прямые стергкня.

По соображениям удобства модели этих соединений обычно конструируют с паагагцью шариков, в которых высверлены отверстия, распалажепные дель Сда, ГЛАНА ! СТРУКТУРА, ИДЕНТИФИКАЦИЯ И НОМЕНКЛАТУРА 25 и1 (т т1' тТ '.; "„'Ит ":.;",й ',„"тл1,1"1 Рмс, Ьз. Ша ос р тержненые нонеан углеаолоролон с нэотнутыни санэннн под обычными тетраэдрнческнмн углами, но используют достаточно гибкие соединения (например, стальные пружинки) для образования «изогнутых связейэ (рис. 1-3). Соединения, л д е ~ня, для изображения которых требуется применение изогнутых связей, обычно оказываются гораздо менее устойчивыми (и более реакционноспособными), чем аналогичные вещества, модели которых могут быть собраны с помощью прямых стержней, расположенных под тетраэдрическими углами. 1-4. Враи(атсльньш конформации Для этапа СН вЂ” С (СН,— СН,) возможно бесконечное число различных расположений атомов н зависимости от того, каким образом атомы водорода, находящиеся при одноги»глеродном атоме, располагаются относительно атомов во о томов водорода при другом атоме углерода.

Это монсно видеть наглядно, если использовать шаростержиевые модели, в которых стержень имеет возможность свободно вращаться. Два предельных случая такого расположения, илн конформации, представ- Рнс, ьа. Дне вращательные нонФорнаннм этана. лены па рис. 1-4. В заслоненной (эклиптической) конформации прн взгляде на модель сверху с конца атомы водорода прн углеродном атоме, находящемся впереди, располагшотся точно пад атомами водорода при более удаленном атоме углерода, В заторможенной (шахматной) конформации каждый нз «передннхэ атомов водорода располагается между парой более удаленных атомов водорода. Получить индивидуальные образцы этапа, соответствующие приве.

денным выше или промежуточным расположениям атомов, невозможно, поскольку в реальной молекуле этапа происходит почти незатруднеиное есвободное вращение» вокруг простой связи, соединяющей атомы углерода. Свободное или по крайней мере очень быстрое вращение возможно вокруг всех простых связей, за исключением некоторых особых случаев, когда группы, соединенные с атомами углерода, настолько велики, что онн не могут пройти одна мимо другой, или когда эти группы соединены химической связью (как, например, в случае этилена нли циклических соединений, таких, как циклопропан или циклогексан).

Для этана и его производных заторможенная конформация всегда несколько устойчивее заслоненной, поскольку у конформации первого типа атомы удалены друг от друга на наибольшее возможное расстояние и взаимодействие между ними минимально. В органической химии многие проблемы требуют рассмотрения структур в трех измерениях; при этом большую помощь оказывает использование шаростержневых моделей илн сходных моделей )1рейднига (см. гл. 4); они делают более наглядным относительное расположение атомов в пространстве. К сожалению, очень часто приходится передавать трехмерные представления посредством изобра( 2? ГЛАВА 1 Н Н н н н ззторможенлпя ззсяпненкзя ткпз »«пэел" Эзтьрмпженкея эзспокеннзя с куяктяркымя лякьлмн н»кляяьямн' н НН н н н н ззтормоктекнея ззслоненнвя прогляни Иьюменз Рнс.