Р. Моррисон, Р. Бойд - Органическая химия (1125875), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Предскажите относительную кислотность следующих соединений: а) метилового спирта (СНзОН) и метиламина (СНзр!Нз); б) мегиловою спирта (СНзОН) и тиометаиола (СНзЗН); в) НзО+ и МНз. Задача 1.7. Какое соединение из каждой пары будет более сильной кислотой: а) НзО+ или Н,О; б) ИНз или )чНз; в) Нзз или НЗ; г) НзО нли ОН ? Какая зависимость существует между зарядом и кислотйостью? Для того чтобы быть основанием в соответствии с теорией Бренстеда— Лоури илн Льюиса, молекула должна иметь электронную пару для образования связи. Наличие этих свободных электронов определяется в основном атомом, несущим эту пару: его электроотрицательностью, размером и зарядом.
Влияние этих факторов, конечно, противоположно влиянию в случае кислотности; чем сильнее атом удерживает электронную пару, тем менее доступна она для образования связи. Задача 1.З. Расположите в ряд по увеличению основностн следующие соединения. а) Р-, ОН", )тНз, СНз; б) НР, НзО, ННз,' в) С! . Н . ЯН: г) Р . С1, Вг, ! — „д) ОН, ЯН, ЯеН . Задача 1.й. Предскажите относительную основность фтористого метила (СНзр), метилового спирта (СНзОН) и метвламнна (СНзИНз). Задача 1.10.
Расйоложите следующие соединения в порядке увеличения нх основности: а) НзО+, НзО, ОН; б) ЫНз, гтНз, в) Нзз, НЗ-, Зз-. Какая зависимость существует между зарядом и основностью? Кислотность и основность, так же как и другие химические свойства, зависят от строения молекул. Большая' часть этой книги посвящена изучению этой зависимости.
За Строение и свойства л'.20. Изомерия с! Н НО-С-С вЂ” Н 1 ! Н Н Н Н ! ! Н вЂ” С вЂ” Π— С вЂ” Н н Н диметиловый эфир исиловый спирт Соединения, имеющие одинаковую молекулярную формулу, но различные свойства, называются изомерами (от греческих слов !яв — равный и спетое — часть). Они содержат одинаковое число одних н тех же атомов, но эти атомы по-разному связаны друг с другом. Изомеры — это отличающиеся друг от друга соединения, потому что они имеют различное строение молекул. Неодинаковое строение молекул приводит к рааличным свойствам; именно различие в свойствах свидетельствует о том, что имеются различные соединения.
В некоторых случаях различие в строении, а следовательно, и в свойствах настолько велико, что изомеры относятся к разным классам органических соединений, как, например, этиловый спирт и диметнловый эфир. В других случаях различие строения настолько незначительно, что Прежде чем начинать систематическое изучение различных классов органических соединений, следует обратить внимание еще ив одну концепцию, которая иллюстрирует фундаментальное значение строения молекулы: концепцию изомерни. Этиловые! спирт — жидкость с т. кип.
78'С. Анализ (методами, которые будут описаны в равд. 2.28) показывает, что он содержит углерод, водород и кислород в соотношении 2С: 6Н: 10. Путем измерения плотности его паров установили молекулярный вес, равный 46. Таким образом, молекулярная формула этилового спирта должна быть С~НеО. Этиловый спирт — очень реакционноспособное соединение. Например, если бросить кусочек металлического натрия в пробирку с этиловым спиртом, то натрий растворяется и наблюдается энергичное выделение газа; выделяется водород и остается соединение, имеющее формулу С~НеОНа. Этиловый спирт реагирует с нодистоводородной кислотой с образованием воды и соединения, имеющего формулу С„Н,1.
Диметиловыб эфир — газ с т. кип, — 24'С. Это соединение резко отличается от этилового спирта не только по своим физическим, но и по химическим свойствам. Оно не реагирует с металлическим натрием. Как н этиловый спирт, днметиловый эфир реагирует с нодистоводородной кислотой, но при этом образуется соединение, имеющее формулу СНв1. Анализ диметилового эфира показывает, что углерод, водород и кислород содержатся в нем в том же ссютношении, что и в этиловом спирте, а именно 2С: 6Н: 10.
Его молекулярный вес такой же, как и этилового спирта, и равен 46. Таким образом, диметиловый эфир имеет ту же самую молекулярную формулу С,Н,О. Таким образом, существуют два вещества — этиловый спирт и диметиловый эфир — с одинаковой молекулярной формулой С,Н,О, ио с различными свойствами. Как же объяснить существование этих двух соединенийт Ответ: стзсение ил молекул различно.
Этнловому спирту можно приписать формулу 1, а диметиловому эфиру — формулу 11. Как будет показано ниже, различие в физических и химических свойствах этих двух соединений легко объяснить исходя из различного строения их молекул. 1 ~ Строение и свойства его можно описать только с помощью пространственных моделей. Известны другие типы изомерии, которые попадают между этими двумя крайними случаями. ЗАДА ЧИ 1. Какие из приведенных ниже соединений будут ионнымв и какие неионными? Нари- суйте электронную структуру каждого соединения (равд. 1.3), указывая только валент- ные электроны.
а) КВг г) МйС[з ж) РНэ к) ЫРз б) Н,Б д) СН,С1, з) Б[С!и л) СаБО, в) [С! е) ЫаОС! н) ЫН1С! м) СНзОН 2. нарисуйте электронную сгрузтуру (равд. 1.3] каждого соединения, считая нх пол- ностью ковалентными. Считайте, что каждый атом (кроме, конечно, водорода) имеет полный октет электронов и что два атома могут иметь не только одну общую пару элект- ронов.
а) НзОэ д) СОз и) НОЫО и) СзНз б) Ыз е) НзСОз к) НСЫ о)СН в) Н БОз ж) НОЫО л) этиловый спирт (равд.!.20) п) С,Нэ г) БОпз з) ЫОз м) диметиловый эфир (равд.1.20) р) СНзО 3. Какую форму следует ожидать для молекул приведенных ниже соединений? а) НО+ г) НзБ б) метил-ион СНз д) дйметиловый эфнр в) амид-ион ЫНз е) (СНэ)зЫ й. а) Согласно одному из приближений, молекула воды образуется за счет перек рыв а- нна з-орбнтапей атомов водорода с двумя яз трех р-орбнталей кислорода.
Какой угол связи Н вЂ” Π— Н следует ожидать? Как он согласуется с экспериментально найденной величиной? б) Если применить тот же подход к ЫНз, то какую форму молекулы можно ожидать? Каковы углы связей? Как они согласуются с экспериментальными величин ами? в) Какую орбиталь занимает свободнаи электронная пара ЫНз? г) Если принять, что ЫРз имеет такую же электронную конфигурацию, как и ЫНз (б), каповы будут диполь иые моменты ЫНз и ЫРз? Соответствует ли это предсказание экспериментальным д ан- ным? д) Если основность зависит от наличия свободной электронной пары, то какой п од- ход — этот нли другой, включающий срз-гибридные орбитали (рэзд. 1.10), — лучше объясняет основность ЫНз? (Сопоставьте форму и положение рассматриваемых орбиталей.) б.
Для многих комплексных ионов, чапример Со(ЫНз)з+, связи центрального атома можно изобразить, используя шесть эквивалентных зрзйз (или йззрз)-гибридных орбита- лей. Исходя из максимального разделении орбнтапей, предложите геометрию этих ком- плексов. 6. Хотя молекула НС1 (1,27 А (12,7.10 з нм)) имеет бдльшую длину, чем НР (0,92 А (9,2.10 з нм)), ее дипольный момент меньше [1,03 Д (3,40 10 ю Кл м) по сравнен ию с 1,75 Д (5,77.10 еэ Кл м)).
Как объяснить этот факт? 7. Укажите направление дипольного момекга, если оя ипсстсе, для следующих соеди- нений: а) НВг г) СНзС1з ж) диметиловый эфир [С! д) СНС1з 3) (СН зЫ в) [з е) СНзОН и) СРэС[з 6. Что можно сказать о строении ацетилацетоната лития (высокая температура плавле- ния, нерастворим в хлороформе) и ацетилацетоиата бериллия (т. пл. 108'С, т. кип.
270 вС, растворим в хлороформе) на основании сравнения их свойств? 9. Перепишите следующие уравнения и укажите, какие из указанных соединений яв- ляются кислотами и какие основаниями согласно Вренстеду — Лаури. Обозначьте более сильные н более слабые (как в равд. 1.19) основание н кислоту. а) НС! (води.) + ЫаНСОз (води.) ~э НзСОз+ ЫаС[; б) ЫаОН(поди.)+ ЫаНСОз(води.) э ЫазСОз+ Н,О; в) ЫНз (води.) + НЫОз (води.) ~ч.— ЫНзЫОз (води.); г) ЫаСЫ (води.) + НОН е~ НСЫ (води.) + ЫаОН (води.); д) ЫаН + НэΠ— + Нз + ЫаОН; е) СаСз + ̈́Π— ь Са(ОН)з + СзНз. карбэд ммтплев аальяпп 10.
Что является ннслотой по Вренстеду — Лаури а) в водном растворе НС! н б) в бен- зольном растворе НС! (не ионнзует)? в) Какай раствор проявляет свойства более сильной кислоты? Строение и свойства ~ 1 11. Объясните, почему почти каждое органическое соединение, содержащее кислород, растворяется в концентрированной холодной серной кислоте с образованием раствора, нз ноторого при разбавления водой оно выделяется обратно. О ЗАДАЧАХ ДЛЯ ПРОВЕРКИ Задачи являются необходимой частью обучения потому, что, во-первых, оии направлякп обучение в нужную сторону и, во-вторых, после изучения соответствующей главы онн позволяют установить, насколько хорошо усвоен материал.
Сначала решите все задачи, которые сможете; для решения остальных вам следует обратиться за помощью. В каждом разделе задачи расположены в порядке увеличения их трудности. Первые задачи позволяют потренироваться в написании формул, названии соединений н нспавьзовании реакций, которые больше всего необходимы студентам. Последние задачи в каждой главе представляют реальные проблемы, решаемые химиками; они позволяют проверить вашу способность использовать полученные знания. Правильность решения многих задач можно проверить в конце книги в разделе еОтветы ка задачи», а также яспользуя предметный указатель.
Метан ЭНЕРГИЯ АКТИВАЦИИ. ПЕРЕХОДНОЕ СОСТОЯНИЕ 2.1. )сглеводородьс Некоторые органические соединения содержат только два элемента — водород и углерод, н поэтому называются углеводородами. В зависимости от строения углеводороды делятся на два основных класса — алифатические и ароматические. Алифатнческие углеводороды в свою очередь можно разделить на несколько классов: алканы, алкены, алкины и нх циклические аналоги (циклоалканы, цнклоалкены и циклоалкнны). Этн классы соединений будут рассмотрены в указанном порядке. уваааагарады Ааиавыиииаааиа ыазпивваииа иы Алаииы «исааиввааиа а аиСввыаичаавив Простейшим представителем ряда алканов н, конечно, одним нз простейших органических соединений является метан СНа. Это соединение будет рассмотрено очень подробно, поскольку почти все, что мы узнаем о его свойствах, можно распространить с незначительными изменениями на любой другой алкан.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
