К.И. Грандберг - Органическая химия (1125789), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Работа Вант-Гоффа «Химия в пространстве» (1874) положила начало плодотворному направлению органической химии— стереохимии, т. е. учению о пространственном строении. Вант-ГоФф предложил тетраэдрическую модель атома углерода. Согласно этой теории, четыре валентности атома углерода в метане направлены к четырем углам тетраэдра, в центре которого находится углеродный атом, а в вершинах — атомы водорода (рис. 1, а). Этан, согласно Вант-Гоффу, можно представить себе как два тетраэдра, соединенных вершинами и свободно вращающихся около общей оси (рис. 1, б). Модель молекулы этилена представляет собой два тетраэдра, соединенных ребрами (рис.

1, в), а молекулы с тройной связью изображаются моделью, в которой тетраэдры соприкасаются плоскостями (рис. 1, г). Такого типа модели оказались весьма удачными н для сложных молекул. Они с успехом используются и сегодня для объяснения ряда стереохимических вопросов. Различные пространственные модели широко применяются для объяснения многих химических реакции, в ко Рис. З. Модель цикло торых пространственное расположение гексвна (конформация атомов играет определяющую роль. Мо- кресла) поДрвйдингу дели строятся с учетом длин связей между атомами, которые известны, и валентных углов (т.

е. углов, образованных направлениями связей между отдельными атомами). На рис. 2 — 5 приведены наиболее широко употребляемые типы моделей. Теория, предложенная Вант-Гоффом, хотя и пригодная почти во всех случаях, не давала, однако, обоснованного объяснения типа и существа связывающих сил в молекулах. Это было сделано только в ХХ в. (см.

гл. 1). 9. Основы номенклатуры в органической химии На первых этапах развития химии вновь открытым соединениям присваивались, как правило, тривиальные названия, чаще связанные с источником получения, чем со структурой. Такие названия прочно укоренились и до сих пор являются общепринятыми: муравьиная кислота, уксусный альдегид, ацетон, хлороформ и т. д. В химии природных соединений это часто практикуется и в наши дни. Однако количество новых соединений росло очень быстро, и возникла необходимость связывать названия со строением вещества. В связи с этим появились рациональные названия: метилзтилкетон, диметиламин, триметилуксусная кислота, триметилкарбинол и т.

п. В этих случаях, как правило, соединение рассматривают как заме- щенное теми или иными радикалами простейшее соединение данного ряда. Однако для более сложных систем рациональная номенклатура была непригодна, и потребовалось создание научной номенклатуры, в которой название соединения и его структура должны были однозначно соответствовать друг другу.

25 Сна — Снг — Снг — ~н — СН,— СН, Он или разветвленной цепи СН, ! ГвН н,с — нс сн — сн — сн, НгС СН СН вЂ” ОН сй,~~й, (СНз)гНС СНз ! НзС вЂ С вЂ С=с †С !! ! ! О СИОН ОСН ! Н ХСН вЂ” С=С вЂ” СООН г г С1 4,5-лиметнл-З-нзопропил- 5-оксигексен-3-оа-2 4-амина-3-мегокси- 2-хлор-2-бутенонаа кислота всат н,с сн — сн, нс сн Ъ ! СНаСНгНС вЂ” СНг сн .СН, н,б сн, '! ! НС СН вЂ” СН НС вЂ” О НС ~' СНгСНгСна м Международный союз чистой и прикладной химии (1п2егпа21опа1 Пп1оп Риге апс( Арр11ед СЬеш(е — ПОРРАС) разработал и предложил (1957, 1965) в качестве официальной научной номенклатуры так называемую номенклатуру ИЮПАК1.

В основу названия соединения по этой номенклатуре положена углеродная цепь молекулы, содержащая максимальное число функциональных групп (гидрокснл, карбоксил, аминогруппа и т. д.). Начало нумерации цепи определяет наиболее старшая функциональная группа. Порядок старшинства основных функций следующий: СООН > С=И > СНО > С=О > ОН > Мнг > МОг > На1 Главная функция обозначается в названии суффиксом: гидроксильная группа -ол; альдегидная -ал; кетонная -он и т. д., остальные — префиксами. Например: В дальнейшем при изучении различных классов соединений детально будут разбираться отдельные примеры названий по номенклатуре ИЮПАК. 10. Классификация органических соединений Наиболее прочной и малонзменяемой частью сложного органического вещества является его углеводородная часть и особенно углеродная цепь — рглеродкьсй скелет.

В зависимости от структуры углеродного скелета нсе органические соединения классифицируются следующим образом. ' Упрощенное изложение номенклатуры ИЮПАК приведено в кнл Грандберг И. И. Практические работы н семинарские занятия по органической химии. М., Дрофа, 2001. аак~е кне (вв~св кемк~~) емГИКеМя. ~ составлен из непосредственно связанных атомов углерода в виде неразветвленной (нормальной) Ка бо ические сое инения.

В их молекулах угле- родные цепи замкнуты в цикл: 'Н н,Дн — сн,— сн, Н,С вЂ” СН вЂ” ЯН Н,С СН вЂ” Хна сй, Гете о иклические сое инения. В циклы молекул этих соединений кроме атомов углерода входят атомы других элементов: В каждом из этих рядов все соединения распределяются по классам в зависимости от входящих в их состав функциональных групп. Например, класс ациклических спиртов (группа — ОН), класс ациклических аминов (группа — ХН ), класс кар- Нас., ГОН вЂ” СН2 — СН вЂ” СН2 — СООН Н2С ОН ациклическал оксикислота Н ХН2 карбоциклический аминоспирт гетероциклический альдегюд гетероциклическал аминокислота боциклических карбоновых кислот (группа — СООН), класс металлоорганических соединений и т.

д.: Н,— СН вЂ” СООН 11, 11 МН О С Х Н Н Кратную связь также можно рассматривать как функцию. Соответственно углеводороды, содержащие кратные связи, подразделяются на алкены, алкины„диены и т. д. ГЛАВА Химическая сбязь В состав большинства органических соединений входит всего лишь несколько основных элементов: углерод, водород, азот, кислород, сера и значительно реже другие элементы. Таким образом, все многообразие органических соединений определяется, с одной стороны, их качественным и количественным составом, а с другой — порядком и характером связей между атомами.

Природа сил, связывающих атомы в молекулах, давно интересовала химиков и физиков. В свое время высказывалось много различных гипотез и предположений. Но лишь развитие теории строения атома позволило создать современную теорию химических связей, которая исходит из предположения, что связь между атомами осуществляется за счет того или иного взаимодействия их электронов. Основные химические особенности атома определяются свойствами электронов и их распределением вокруг ядра: то же можно сказать и о молекуле в целом. Следовательно, теория химической связи должна быть прежде всего электронной теорией.

1. Электроотрицательность элементов Электроотрицательность атома — это его способность притягивать электроны. В табл. 1 приведены злектроотрицательности элементов (по Полингу). Значения электроотрицательности в ней не имеют значимости констант, а показывают лишь относительную способность атомов притягивать электро- ны сильнее или слабее при образовании связи с другими атомами. Эти величины основаны на ряде свойств атома и являются некоторыми суммарными характеристиками, хотя, к сожалению, и не учитывают понятие гибридизации орбиталей (см. ниже) и дальних взаимодействий непосредственно не связанных атомов. Т а б л и ц а 1. Злектроотрицательиость атомов по Полиигу Атомы, расположенные в ряду электроотрицательности перед углеродом и имеющие значение электроотрицательности меньше чем 2,5, повышают электронную плотность на атоме углерода при образовании связи с ним.

Наоборот, атомы, значение электроотрицательности которых превышает 2,5, понижают электронную плотность на атоме углерода при образовании связи. 2. Ионная связь Любой атом представляет собой совокупность атомного ядра и электронов. Вся система обладает определенной энергией. Эта энергия (речь идет об энергии в химических превращениях) в основном представляет собой энергию электронов, являющуюся суммой кинетической и потенциальной энергий взаимодействия электронов между собой и с ядром. Чем ниже уровень энергии любой системы, тем большей устойчивостью обладает эта система. Обобщая, можно сказать, что причина образования устойчивой молекулы из двух атомов заключается в понижении полной энергии при сближении атомов, т.

е. в основном в понижении энергии электронов. Прн рассмотрении химических свойств различных элемен- тов и их соединений можно видеть, что наименее реакционно- 30 способными, т. е. обладающими наиболее устойчивой системой электронов, являются атомы элементов восьмой группы таблицы Менделеева — группы благородных (инертных) газов. Эти атомы имеют на внешних электронных уровнях по восемь электронов (за исключением гелия, содержащего два электрона).

Атомы же элементов с иным числом электронов во внешней оболочке менее устойчивы и поэтому часто находятся в виде соединений друг с другом (Н, Хз, О ) или с другими атомами (НС1, СН4). При этом электронная конфигурация этих атомов тем или иным образом меняется так, что на их внешних электронных оболочках оказывается по восемь электронов. Исключением являются водород и литий, имеющие и в этом случае во внешней оболочке по два электрона, как у ближайшего к ним благородного газа гелия. Таким образом, «электронный октет» («дублет») представляет собой для большинства элементов наиболее устойчивую электронную конфигурацию. Этот принцип заполнения электронных оболочек называется правилом «октета». Следует отметить, что правило «октета», действующее в подавляющем большинстве случаев, не должно абсолютизироваться.

Так, для производных элементов у группы возможно существование электронной оболочки, содержащей децет (10) электронов — РС1ь. Для фосфора зто объясняется гибридизацией типа зрзо, когда спаренный электрон с Зз-орбнтали, возбуждаясь, переходит на Зй-орбитальл и тогда атом, имея пять гибрнднзованных орбитзлей, способен образовывать связи с пятью одновалентными атомами илн группами. То же может происходить и у атома серы. Для элементов '»'1 группы даже считается возможным наличие додецета (12) электронов во внешней валентной оболочке (ер»Р-гибридизация; см. ниже раздел «Гибридизация орбиталей»).

Характеристики

Список файлов книги