Kõigist sortidest keemilised ühendid enamik (üle nelja miljoni) sisaldab süsinikku. Peaaegu kõik need on orgaanilised. Looduses leidub orgaanilisi ühendeid, nagu süsivesikud, valgud, vitamiinid, nad mängivad oluline roll loomade ja taimede elus. Paljud orgaanilised ained ja nende segud (plast, kumm, õli, maagaas jt) sisaldavad suur tähtsus arendamiseks Rahvamajandus riigid.

Süsinikuühendite keemiat nimetatakse orgaaniliseks keemiaks. Nii räägib suur vene orgaaniline keemik A.M. Butlerov. Siiski ei klassifitseerita kõiki süsinikuühendeid tavaliselt orgaanilisteks. Sellised lihtsad ained nagu süsinikmonooksiid (II) CO, süsinikdioksiid CO2, süsihape H2CO3 ja selle soolad, näiteks CaCO3, K2CO3, klassifitseeritakse anorgaanilisteks ühenditeks. Orgaaniliste ainete koostis võib lisaks süsinikule sisaldada ka muid elemente. Levinumad on vesinik, halogeenid, hapnik, lämmastik, väävel ja fosfor. Samuti on orgaanilisi aineid, mis sisaldavad muid elemente, sealhulgas metalle.

2. Süsinikuaatomi (C) ehitus, selle elektronkihi ehitus

2.1 Süsinikuaatomi (C) väärtus orgaaniliste ühendite keemilises struktuuris

CARBON (lat. Carboneum), C, keemiline element alarühm IVa perioodiline süsteem; aatomnumber 6, aatommass 12.0107 viitab mittemetallidele. Looduslik süsinik koosneb kahest stabiilsest nukliidist - 12C (98,892% massist) ja 13C (1,108%) ning ühest ebastabiilsest - C, mille poolestusaeg on 5730 aastat.

levik looduses. Süsinik moodustab 0,48 massiprotsenti maakoor, milles see on sisu poolest muude elementide seas 17. kohal. Peamised süsinikku sisaldavad kivimid on looduslikud karbonaadid (lubjakivid ja dolomiidid); süsiniku hulk neis on umbes 9,610 tonni.

Vabas olekus süsinik esineb looduses fossiilkütuste, aga ka mineraalide - teemandi ja grafiidi kujul. Umbes 1013 tonni süsinikku on koondunud fossiilkütustesse nagu kivisüsi ja pruunsüsi, turvas, põlevkivi, bituumen, mis moodustavad võimsaid kogumeid Maa soolestikus, aga ka looduslikes põlevgaasides. Teemandid on äärmiselt haruldased. Isegi teemante kandvad kivimid (kimberliitid) ei sisalda rohkem kui 9-10% teemante, mis kaaluvad reeglina mitte rohkem kui 0,4 g Leitud suurtele teemantidele antakse tavaliselt eriline nimi. Suurim Cullinani teemant kaaluga 621,2 g (3106 karaati) leiti 1905. aastal Lõuna-Aafrikast (Transvaalist) ja suurim Vene Orlovi teemant kaaluga 37,92 g (190 karaati) leiti 17. sajandi keskel Siberist.

Must-hall läbipaistmatu, katsudes rasvane ja metallilise läikega grafiit on süsinikuaatomite lamedate polümeersete molekulide akumulatsioon, mis on lõdvalt üksteise peal. Sel juhul on kihisisesed aatomid omavahel tugevamalt seotud kui kihtidevahelised aatomid.

Teemant on teine ​​asi. Selle värvitu, läbipaistva ja suure murdumisvõimega kristallis on iga süsinikuaatom keemiliselt seotud nelja sama aatomiga, mis asuvad tetraeedri tippudes. Kõik sidemed on ühepikkused ja väga tugevad. Need moodustavad ruumis pideva kolmemõõtmelise raami. Kogu teemandikristall on justkui üks hiiglaslik polümeerimolekul, millel pole "nõrkasid" kohti, sest kõigi sidemete tugevus on sama.

Teemandi tihedus 20°C juures on 3,51 g/cm 3, grafiidil - 2,26 g/cm 3. Teemandi füüsikalised omadused (kõvadus, elektrijuhtivus, soojuspaisumistegur) on kõikides suundades praktiliselt ühesugused; see on kõige kõvem kõigist looduses leiduvatest ainetest. Grafiidis on need omadused erinevates suundades – risti või paralleelselt süsinikuaatomite kihtidega – väga erinevad: väikeste külgjõudude mõjul nihkuvad grafiidi paralleelsed kihid üksteise suhtes ja see kihistub eraldi helvesteks, mis jätavad paberile jälje. . Kõrval elektrilised omadused teemant on dielektrik, grafiit aga juhib elektrit.

Teemant muutub ilma õhu juurdepääsuta kuumutamisel üle 1000 ° C grafiidiks. Grafiit ei muutu samadel tingimustel pideva kuumutamise korral temperatuurini 3000 ° C, kui see sublimeerub ilma sulamata. Grafiidi otsene üleminek teemandiks toimub ainult temperatuuril üle 3000 °C ja tohutul rõhul - umbes 12 GPa.

Kolmas süsiniku allotroopne modifikatsioon – karabiin – saadi kunstlikult. See on peenkristalliline must pulber; selle struktuuris on pikad süsinikuaatomite ahelad üksteisega paralleelsed. Iga ahela struktuur on (-C=C) L või (=C=C=) L. Karbiini keskmine tihedus grafiidi ja teemandi vahel on 2,68-3,30 g/cm 3 . Karbiini üks olulisemaid omadusi on selle ühilduvus inimkeha kudedega, mis võimaldab seda kasutada näiteks tehisveresoonte valmistamisel, mida organism ei lükka tagasi (joon. 1).

Fullereenid ei saanud oma nime mitte keemiku, vaid Ameerika arhitekti R. Fulleri auks, kes tegi ettepaneku ehitada angaare ja muid kuplite kujulisi konstruktsioone, mille pinna moodustavad viisnurgad ja kuusnurgad (selline kuppel oli ehitatud näiteks Moskva Sokolniki parki).

Süsinikku iseloomustab ka korratu struktuuriga olek – see on nn. amorfne süsinik (tahm, koks, süsi) joon. 2. Süsiniku (C) saamine:

Enamik meid ümbritsevaid aineid orgaanilised ühendid. Need on loomade ja taimede kuded, meie toit, ravimid, riided (puuvill, vill ja sünteetilised kiud), kütused (nafta ja maagaas), kumm ja plast, pesuvahendid. Praegu on selliseid aineid teada üle 10 miljoni ja nende arv suureneb iga aastaga oluliselt tänu sellele, et teadlased isoleerivad loodusobjektidest tundmatuid aineid ja loovad uusi ühendeid, mida looduses ei eksisteeri.

Selline orgaaniliste ühendite mitmekesisus on seotud süsinikuaatomite ainulaadse omadusega moodustada tugevaid kovalentseid sidemeid nii omavahel kui ka teiste aatomitega. Süsinikuaatomid, mis ühenduvad üksteisega nii üksik- kui ka mitme sidemega, võivad moodustada peaaegu igasuguse pikkuse ja tsükliga ahelaid. Isomeeria nähtuse olemasoluga seostatakse ka väga erinevaid orgaanilisi ühendeid.

Peaaegu kõik orgaanilised ühendid sisaldavad ka vesinikku, sageli sisaldavad need hapniku, lämmastiku, harvemini väävli, fosfori, halogeenide aatomeid. Ühendid, mis sisaldavad mis tahes elementide aatomeid (välja arvatud O, N, S ja halogeenid), mis on otseselt seotud süsinikuga, rühmitatakse organoelementühendite nimetuse alla; selliste ühendite põhirühm on metallorgaanilised ühendid (joon. 3).

Suur hulk orgaanilisi ühendeid nõuab nende selget klassifitseerimist. Orgaanilise ühendi aluseks on molekuli karkass. Skelett võib olla avatud (mittesuletud) struktuuriga, siis nimetatakse ühendit atsükliliseks (alifaatseks; alifaatilisi ühendeid nimetatakse ka rasvühenditeks, kuna need eraldati kõigepealt rasvadest) ja suletud struktuuriga, siis nimetatakse seda tsükliliseks. Skelett võib olla süsinik (koosneb ainult süsinikuaatomitest) või sisaldada muid aatomeid peale süsiniku – nn. heteroaatomid, enamasti hapnik, lämmastik ja väävel. Tsüklilised ühendid jagunevad karbotsüklilisteks (süsinik), mis võivad olla aromaatsed ja alitsüklilised (sisaldavad üht või mitut tsüklit) ja heterotsüklilisteks.

Vesiniku- ja halogeeniaatomid ei sisaldu skeletis ning heteroaatomid sisalduvad skeletis ainult siis, kui neil on vähemalt kaks süsiniku sidet. Niisiis, etüülalkoholis CH3CH2OH hapnikuaatom ei sisaldu molekuli skeletis, kuid dimetüüleetris sisaldub see CH3OCH3.

Lisaks võib atsükliline skelett olla hargnemata (kõik aatomid on paigutatud ühte ritta) ja hargnenud. Mõnikord nimetatakse hargnemata skeletti lineaarseks, kuid tuleb meeles pidada, et kõige sagedamini kasutatavad struktuurivalemid edastavad ainult sideme järjekorda, mitte aatomite tegelikku paigutust. Seega on "lineaarne" süsinikkett siksakilise kujuga ja võib ruumis mitmel viisil keerduda.

Molekuli skeletis on nelja tüüpi süsinikuaatomeid. Süsinikuaatomit nimetatakse primaarseks, kui see moodustab ainult ühe sideme teise süsinikuaatomiga. Sekundaarne aatom on seotud kahe teise süsinikuaatomiga, tertsiaarne aatom kolmega ja kvaternaarne kasutab süsinikuaatomitega sidemete moodustamiseks kõiki oma nelja sidet.

Järgmine klassifitseerimistunnus on mitme sideme olemasolu. Orgaanilisi ühendeid, mis sisaldavad ainult lihtsidemeid, nimetatakse küllastunud (piiravateks). Topelt- või kolmiksidemeid sisaldavaid ühendeid nimetatakse küllastumata (küllastumata). Nende molekulides on süsinikuaatomi kohta vähem vesinikuaatomeid kui piiravates molekulides. Benseeni seeria tsüklilised küllastumata süsivesinikud eraldatakse eraldi aromaatsete ühendite klassi.

Kolmas klassifitseerimistunnus on funktsionaalsete rühmade, aatomirühmade olemasolu, mis on iseloomulikud sellele ühendite klassile ja määravad selle keemilised omadused. Funktsionaalrühmade arvu järgi jagunevad orgaanilised ühendid monofunktsionaalseteks - sisaldavad ühte funktsionaalset rühma, polüfunktsionaalseteks - sisaldavad mitut funktsionaalset rühma, näiteks glütserooli, ja heterofunktsionaalseteks - ühes molekulis mitut erinevat rühma, näiteks aminohappeid.

Sõltuvalt sellest, millisel süsinikuaatomil on funktsionaalne rühm, jagatakse ühendid primaarseteks, näiteks etüülkloriidiks CH 3 CH 2 C1, sekundaarseks - isopropüülkloriidiks (CH3) 2CHC1 ja tertsiaarseks - butüülkloriidiks (CH 8) 8 CCl.

Orgaaniline keemia - see on teadus süsinikku sisaldavatest ühenditest ja nende sünteesi viisidest. Kuna orgaaniliste ainete ja nende muundumiste mitmekesisus on ebatavaliselt suur, nõuab selle suure teadusharu uurimine erilist lähenemist.

Kui teil on ebakindlust teema eduka omandamise võimaluse osas, ärge muretsege! 🙂 Allpool on mõned näpunäited, mis aitavad teil neid hirme hajutada ja edu saavutada!

• Skeemide üldistamine

Märkige kokkuvõtlikes diagrammides kõik keemilised muundumised, mis ilmnevad teatud orgaaniliste ühendite klassi uurides. Saate neid oma maitse järgi joonistada. Need skeemid, milles on kogutud peamised reaktsioonid, on juhised, mille abil saate hõlpsalt leida viise, kuidas muuta üks aine teiseks. Skeemid saab töökoha lähedusse riputada, et need sagedamini silma jääksid, nii on neid lihtsam meeles pidada. Võimalik on koostada üks suur skeem, mis sisaldab kõiki orgaaniliste ühendite klasse. Näiteks need: või see skeem:

Nooled peavad olema nummerdatud ja allpool (diagrammi all) tuuakse näiteid reaktsioonide ja tingimuste kohta. Võimalikud on mitmed reaktsioonid, jätke ette palju ruumi. Maht saab olema suur, kuid see aitab teid palju keemiaülesannete lahendamisel 32 KASUTAMINE "Orgaaniliste ühendite suhet kinnitavad reaktsioonid" (endine C3).

• Vaata kaardid üle

Orgaanilist keemiat õppides on vaja õppida suur number keemilised reaktsioonid, peate meeles pidama ja mõistma, kui palju teisendusi toimub. Spetsiaalsed kaardid võivad teid selles aidata.

Võtke pakk kaarte suurusega umbes 8 x 12 cm. Kirjutage kaardi ühele küljele reaktiivid ja teisele poole reaktsiooniproduktid:

Saate neid kaarte endaga kaasas kanda ja neid mitu korda päevas vaadata. Kasulikum on viidata kaartidele mitu korda 5-10 minuti jooksul kui üks kord, kuid pika aja jooksul.

Kui selliseid kaarte trükitakse palju, tuleks need jagada kahte rühma:

rühm number 1 - need, mida tunnete hästi, vaatate neid kord 1-2 nädala jooksul ja

rühm number 2 – need, mis tekitavad raskusi, vaatad neid iga päev läbi, kuni need “pumpavad üle” gruppi number 1.

Seda meetodit saab kasutada ka võõrkeele õppimiseks, kaardi ühele küljele kirjutate sõna, selle tõlke tagaküljele, et saaksite kiiresti täiendada. leksikon. Mõnel keelekursusel väljastatakse sellised kaardid valmis kujul. Nii et see on tõestatud meetod!

• pöördetabel

See tabel tuleb ümber kirjutada või printida (kopeerimine on saadaval pärast saidil autoriseerimist), kui reaktsioon pole selle ühendusklassi jaoks tüüpiline, siis pane miinus ja kui see on tüüpiline, siis plussmärk ja number järjekorras , ja kirjutage tabeli alla numeratsioonile vastavad näited. See on ka väga hea viis süstematiseeri orgaanilisi teadmisi!

• Pidev kordamine

Orgaaniline keemia, nagu ka võõrkeel, on kumulatiivne distsipliin. Järgnev materjal tugineb seni õpitule. Seetõttu pöörduge perioodiliselt käsitletud teemade juurde tagasi.

• Molekuli mudelid

Kuna orgaanilises keemias on molekulide kuju ja geomeetria väga olulised, on õpilasel hea omada molekulaarmudelite komplekti. Sellised mudelid, mida saab käes hoida, aitavad uurida molekulide stereokeemilisi omadusi.

Pidage meeles, et uutele sõnadele ja terminitele pööramine on orgaanilises keemias sama oluline kui teistes teadusharudes. Pidage meeles, et mitteilukirjanduse lugemine on alati aeglasem kui ilukirjanduse lugemine. Ärge püüdke kõike kiiresti katta. Esitatava materjali hästi mõistmiseks on vajalik aeglane ja läbimõeldud lugemine. Saate seda lugeda kaks korda: esimene kord pealiskaudseks ülevaateks, teine ​​​​lähemaks uurimiseks.

Edu! Sul õnnestub!

Kui astusite ülikooli, kuid selleks ajaks pole te seda rasket teadust selgeks saanud, oleme valmis teile avaldama mõned saladused ja aitama teil orgaanilist keemiat nullist õppida ("mannekeenide" jaoks). Sa pead lihtsalt lugema ja kuulama.

Orgaanilise keemia alused

Orgaaniline keemia on eraldi alamliigina välja toodud seetõttu, et selle uurimisobjektiks on kõik, mis sisaldab süsinikku.

Orgaaniline keemia on keemia haru, mis tegeleb süsinikuühendite uurimisega, selliste ühendite struktuuri, omaduste ja ühendamismeetoditega.

Nagu selgus, moodustab süsinik kõige sagedamini ühendeid järgmiste elementidega - H, N, O, S, P. Muide, neid elemente nimetatakse nn. organogeenid.

Orgaanilised ühendid, mille arv ulatub tänapäeval 20 miljonini, on kõigi elusorganismide täielikuks eksisteerimiseks väga olulised. Keegi aga ei kahelnud, muidu oleks inimene selle tundmatu uurimise lihtsalt tahaplaanile visanud.

Orgaanilise keemia eesmärgid, meetodid ja teoreetilised kontseptsioonid on esitatud järgmiselt:

• Fossiilsete, loomsete või taimsete toorainete eraldamine eraldi aineteks;
• Erinevate ühendite puhastamine ja süntees;
• Ainete struktuuri paljastamine;
• Keemiliste reaktsioonide kulgemise mehaanika määramine;
• Orgaaniliste ainete struktuuri ja omaduste seose leidmine.

Natuke orgaanilise keemia ajaloost

Te ei pruugi seda uskuda, kuid isegi iidsetel aegadel said Rooma ja Egiptuse elanikud keemiast midagi aru.

Nagu me teame, kasutasid nad looduslikke värvaineid. Ja sageli pidid nad kasutama mitte valmis looduslikku värvainet, vaid ekstraheerima selle, eraldades selle tervest taimest (näiteks taimedes sisalduv alisariin ja indigo).

Samuti võime meenutada alkoholi joomise kultuuri. Alkohoolsete jookide valmistamise saladused on teada igale rahvale. Pealegi teadsid paljud iidsed rahvad tärklist ja suhkrut sisaldavatest toodetest "kuuma vee" valmistamise retsepte.

See kestis palju-palju aastaid ning alles 16. ja 17. sajandil algasid mingid muutused, väikesed avastused.

18. sajandil õppis teatud Scheele isoleerima õun-, viin-, oksaal-, piim-, gallus- ja sidrunhapet.

Siis sai kõigile selgeks, et taimsest või loomsest toorainest eraldatavatel toodetel on palju ühiseid jooni. Samas erinesid need suuresti anorgaanilistest ühenditest. Seetõttu oli teaduse teenijatel vaja nad kiiresti eraldada eraldi klassiks ja ilmus termin "orgaaniline keemia".

Hoolimata asjaolust, et orgaaniline keemia ise kui teadus ilmus alles 1828. aastal (just siis õnnestus hr Wöhleril karbamiidi eraldada ammooniumtsüanaadi aurustamisega), võttis Berzelius 1807. aastal teekannude jaoks kasutusele esimese termini orgaanilise keemia nomenklatuuris:

Keemia haru, mis uurib organismidest saadud aineid.

Järgmine oluline samm orgaanilise keemia arengus on valentsiteooria, mille pakkusid välja 1857. aastal Kekule ja Cooper, ning hr Butlerovi keemilise struktuuri teooria aastast 1861. Juba siis hakkasid teadlased avastama, et süsinik on neljavalentne ja suudab moodustada ahelaid.

Üldiselt on sellest ajast peale teadus pidevalt kogenud murranguid ja rahutusi uute teooriate, ahelate ja ühendite avastamise tõttu, mis võimaldas ka orgaanilisel keemial aktiivselt areneda.

Teadus ise ilmus tänu sellele, et teaduse ja tehnika areng ei suutnud paigal seista. Ta kõndis edasi, nõudes uusi lahendusi. Ja kui kivisöetõrvast tööstuses enam ei piisanud, pidid inimesed lihtsalt looma uue orgaanilise sünteesi, mis lõpuks kasvas välja uskumatult olulise aine avastamiseks, mis on endiselt kullast kallim – nafta. Muide, tänu orgaanilisele keemiale sündis tema "tütar" - subteadus, mida nimetati "naftakeemiaks".

Kuid see on täiesti erinev lugu, mida saate ise uurida. Järgmisena soovitame teil vaadata populaarteaduslikku videot mannekeenide orgaanilise keemia kohta:

Noh, kui teil pole aega ja vajate kiiresti abi professionaalid, teate alati, kust neid leida.

Alkaanid(küllastunud süsivesinikud, parafiinid) - atsüklilised küllastunud süsivesinikud üldvalemiga C n H 2n+2 . Vastavalt üldvalemile moodustuvad alkaanid homoloogne seeria.

Esimesel neljal esindajal on poolsüstemaatilised nimetused - metaan (CH 4), etaan (C 2 H 6), propaan (C 3 H 8), butaan (C 4 H 10). Sarja järgmiste liikmete nimed on üles ehitatud juurest (kreeka numbrid) ja järelliitest - et: pentaan (C 5 H 12), heksaan (C 6 H 14), heptaan (C 7 H 16) jne.

Alkaanides olevad süsinikuaatomid on sees sp 3- hübriidseisund. teljed neli sp3- orbitaalid on suunatud tetraeedri tippudele, sidenurgad on 109°28.

Metaani ruumiline struktuur:

Energia C-Cühendused E s - Koos\u003d 351 kJ / mol, C-C sideme pikkus on 0,154 nm.

C-C side alkaanides on kovalentne mittepolaarne. S-N ühendus - kovalentne nõrgalt polaarne.

Alkaanide jaoks, alustades butaanist, on olemas struktuursed isomeerid(struktuuri isomeerid), mis erinevad süsinikuaatomite sidumise järjekorra poolest, sama kvalitatiivse ja kvantitatiivse koostise ning molekulmassiga, kuid erinevad füüsikalised omadused.

Alkaanide saamise meetodid

1. C n H 2n+2 > 400-700°C> С p H 2p+2 + С m H 2m ,

Õli krakkimine (tööstuslik meetod). Alkaanid on samuti eraldatud looduslikud allikad(loodusgaasid ja nendega seotud gaasid, nafta, kivisüsi).

(küllastumata ühendite hüdrogeenimine)

3. nCO + (2n + 1)H 2 > C n H 2n+2 + nH 2 O (saadud sünteesgaasist (CO + H 2))

4. (Wurtzi reaktsioon)

5. (Dumas reaktsioon) CH 3 COONa + NaOH > t> CH 4 + Na 2 CO 3

6. (Kolbe reaktsioon)

Alkaanide keemilised omadused

Alkaanid ei ole võimelised liitumisreaktsioonideks, kuna kõik sidemed nende molekulides on küllastunud, neid iseloomustavad radikaalse asendusreaktsioonid, termiline lagunemine, oksüdatsioon, isomerisatsioon.

1. (reaktiivsus väheneb järjestuses: F 2 > Cl 2 > Br 2 > (I 2 ei lähe), R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > RCH 3)

2. (Konovalovi reaktsioon)

3. C n H 2n+2 + SO 2 + ?O 2 > h?> C n H 2n+1 SO 3 H - alküülsulfoonhape

(sulfoonoksüdatsioon, reaktsioonitingimused: UV-kiirgus)

4.CH4> 1000°C> C + 2H2; 2CH4> t>1500 °C> C 2 H 2 + ZN 2 (metaani lagunemine – pürolüüs)

5. CH4 + 2H20> Ni, 1300 °C> CO 2 + 4H 2 (metaani muundamine)

6. 2С n H 2n + 2 + (Зn + 1) O 2 > 2nCO 2 + (2n + 2) Н 2 O (alkaanide põletamine)

7. 2n- C 4 H 10 + 5O 2 > 4CH 3 COOH + 2H 2 O (alkaanide oksüdeerimine tööstuses; äädikhappe tootmine)

8. n- C4H10> iso- C4H10 (isomerisatsioon, AlCl3 katalüsaator)

2. Tsükloalkaanid

Tsükloalkaanid(tsükloparafiinid, nafteenid, tsüklaanid, polümetüleenid) on suletud (tsüklilise) süsinikuahelaga küllastunud süsivesinikud. Üldvalem C n H 2n.

Süsinikuaatomid tsükloalkaanides, nagu ka alkaanides, on sees sp 3- hübridiseeritud olek. homoloogne seeria tsükloalkaanid saavad alguse kõige lihtsamast tsükloalkaanist – tsüklopropaan C 3 H 6-st, mis on lame kolmeliikmeline karbotsükkel. Vastavalt rahvusvahelise nomenklatuuri reeglitele tsükloalkaanides käsitletakse süsinikuaatomite peamist ahelat, mis moodustab tsükli. Nimi on üles ehitatud selle suletud ahela nimele, millele on lisatud eesliide "tsüklo" (tsüklopropaan, tsüklobutaan, tsüklopentaan, tsükloheksaan jne).

Tsükloalkaanide struktuurne isomeeria on seotud erineva tsükli suuruse (struktuurid 1 ja 2), struktuuri ja asendajate tüübiga (struktuurid 5 ja 6) ning nende omavahelise paigutusega (struktuurid 3 ja 4).

Tsükloalkaanide saamise meetodid

1. Süsivesinike dihalogeenderivaatidest saamine

2. Valmistamine aromaatsetest süsivesinikest

Tsükloalkaanide keemilised omadused

Tsükloalkaanide keemilised omadused sõltuvad tsükli suurusest, mis määrab selle stabiilsuse. Kolme- ja neljaliikmelised tsüklid (väikesed tsüklid), olles küllastunud, erinevad järsult kõigist teistest küllastunud süsivesinikud. Tsüklopropaan, tsüklobutaan astuvad liitumisreaktsioonidesse. Tsükloalkaanidele (C5 ja kõrgem) on nende stabiilsuse tõttu iseloomulikud reaktsioonid, milles tsükliline struktuur säilib, st asendusreaktsioonid.

1. Halogeenide toime

2. Vesinikhalogeniidide toime

Vesinikhalogeenid ei reageeri tsükloalkaanidega, mis sisaldavad tsüklis viit või enamat süsinikuaatomit.

4. Dehüdrogeenimine

Alkeenid(küllastumata süsivesinikud, etüleensüsivesinikud, olefiinid) - küllastumata alifaatsed süsivesinikud, mille molekulid sisaldavad kaksiksidet. Mitme alkeeni C n H 2n üldvalem.

Süstemaatilise nomenklatuuri järgi tuletatakse alkeenide nimetused vastavate (sama süsinikuaatomite arvuga) alkaanide nimedest, asendades järelliide – et peal - et: etaan (CH 3 -CH 3) - eteen (CH 2 \u003d CH 2) jne Peaahel valitakse nii, et see sisaldaks tingimata kaksiksidet. Süsinikuaatomite nummerdamine algab kaksiksidemele lähimast ahela otsast.

Alkeenmolekulis on küllastumata süsinikuaatomid sp 2-hübridisatsioon ja nendevaheline kaksikside moodustub a- ja p-sidemega. sp 2- Hübriidorbitaalid on suunatud üksteisele 120 ° nurga all ja üks hübrideerimata 2p-orbitaal, mis asub hübriidi tasapinna suhtes 90 ° nurga all aatomi orbitaalid.

Etüleeni ruumiline struktuur:

C=C sideme pikkus 0,134 nm, C=C sideme energia E c=c\u003d 611 kJ / mol, energia?-side E? = 260 kJ/mol.

Isomeeria liigid: a) ahelisomeeria; b) kaksiksideme positsiooni isomeeria; V) Z, E (cis, trans) - isomeeria, ruumilise isomeeri tüüp.

Alkeenide saamise meetodid

1. CH3-CH3> Ni, t> CH 2 \u003d CH 2 + H 2 ( alkaanide dehüdrogeenimine)

2. C2H5OH >H,SO4, 170 °C> CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O (alkoholide dehüdratsioon)

3. (alküülhalogeniidide dehüdrohalogeenimine Zaitsevi reegli järgi)

4. CH 2 Cl-CH 2 Cl + Zn > ZnCl 2 + CH 2 \u003d CH 2 (dihalogeeni derivaatide dehalogeenimine)

5. HC2CH + H2> Ni, t> CH2 \u003d CH2 (alküüni redutseerimine)

Alkeenide keemilised omadused

Alkeenide jaoks on kõige iseloomulikumad liitumisreaktsioonid, need oksüdeeruvad ja polümeristuvad kergesti.

1. CH 2 \u003d CH 2 + Br 2\u003e CH 2 Br-CH 2 Br

(halogeenide lisamine, kvalitatiivne reaktsioon)

2. (vesinikhalogeniidide lisamine Markovnikovi reegli järgi)

3. CH2 \u003d CH2 + H2> Ni, t> CH3-CH3 (hüdrogeenimine)

4. CH2 \u003d CH2 + H2O> H+> CH 3 CH 2 OH (hüdratsioon)

5. ZCH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O\u003e ZCH 2 OH-CH 2 OH + 2MnO 2 v + 2KOH (kerge oksüdatsioon, kvalitatiivne reaktsioon)

6. CH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 3 + KMnO 4> H+> CO 2 + C 2 H 5 COOH (kõva oksüdatsioon)

7. CH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 3 + O 3\u003e H 2 C \u003d O + CH 3 CH 2 CH \u003d O formaldehüüd + propanaal> (osonolüüs)

8. C 2 H 4 + 3O 2 > 2CO 2 + 2H 2 O (põlemisreaktsioon)

9. (polümerisatsioon)

10. CH 3 -CH \u003d CH 2 + HBr\u003e peroksiid> CH3-CH2-CH2Br (vesinikbromiidi lisamine Markovnikovi reegli vastu)

11. (asendusreaktsioon?-asendis)

Alküünid(atsetüleensed süsivesinikud) - küllastumata süsivesinikud, mille koostises on kolmikside C?C. Ühe kolmiksidemega alküünide üldvalem on C n H 2n-2. Alküünide seeria CH?CH lihtsaim esindaja kannab triviaalset nimetust atsetüleen. Süstemaatilise nomenklatuuri järgi tuletatakse atsetüleensete süsivesinike nimetused vastavate (sama süsinikuaatomite arvuga) alkaanide nimedest, asendades järelliide - et peal -sisse: etaan (CH 3 -CH 3) - etiin (CH? CH) jne Peaahel valitakse nii, et see sisaldaks tingimata kolmiksidet. Süsinikuaatomite nummerdamine algab kolmiksidemele lähimast ahela lõpust.

Kolmiksideme moodustumine hõlmab süsinikuaatomeid sp- hübridiseeritud olek. Igal neist on kaks sp- hübriidorbitaalid, mis on suunatud üksteisele 180 ° nurga all, ja kaks mittehübriidset orbitaali lk orbitaalid üksteise suhtes 90° nurga all sp hübriidorbitaalid.

Atsetüleeni ruumiline struktuur:

Isomeeria liigid: 1) kolmiksideme asukoha isomeeria; 2) süsinikskeleti isomeeria; 3) klassidevaheline isomeeria alkadieenide ja tsükloalkeenidega.

Alküünide saamise meetodid

1. CaO + GL > t> CaC2 + CO;

CaC 2 + 2H 2 O > Ca (OH) 2 + CH2 CH (atsetüleeni tootmine)

2.2CH4> t>1500 °C> HC = CH + ZN 2 (süsivesinikkrakkimine)

3. CH3-CHCl2 + 2KOH> alkoholis> HC?CH + 2KCl + H2O (dehalogeenimine)

CH2Cl-CH2Cl + 2KOH> alkoholis> HC?CH + 2KCl + H2O

Alküünide keemilised omadused

Alküüne iseloomustavad liitumis-, asendusreaktsioonid. Alküünid polümeriseerivad, isomeriseerivad, osalevad kondensatsioonireaktsioonides.

1. (hüdrogeenimine)

2. HC?CH + Br2 > CHBr=CHBr;

CHBr \u003d CHBr + Br 2\u003e CHBr 2 -CHBr 2 (halogeenide lisamine, kvalitatiivne reaktsioon)

3. CH3-C2 CH + HBr> CH3-CBr \u003d CH2;

CH 3 -CBr \u003d CH 2 + HBr\u003e CH 3 -CBr 2 -CHg (vesinikhalogeniidide lisamine vastavalt Markovnikovi reeglile)

4. (aliinide hüdratsioon, Kucherovi reaktsioon)

5.(alkoholide lisamine)

6. (süsinikulõigu kinnitamine)

7.CH2CH+2Ag2O> NH3> AgC?CAgv + H 2 O (atsetüleniidide moodustumine, terminaalse kolmiksideme kvalitatiivne reaktsioon)

8.CH2CH + [O]> KMnO 4> HOOC-COOH > HCOOH + CO 2 (oksüdatsioon)

9. CH?CH + CH?CH > CH 2 \u003d CH-C?CH (katalüsaator - CuCl ja NH 4 Cl, dimerisatsioon)

10,3HC2CH> C, 600 °C> C 6 H 6 (benseen) (tsüklooligomerisatsioon, Zelinsky reaktsioon)

5. Dieeni süsivesinikud

Alkadieenid(dieenid) - küllastumata süsivesinikud, mille molekulid sisaldavad kahte kaksiksidet. Alkadieenide üldvalem C n H 2n _ 2. Alkadieenide omadused sõltuvad suuresti kaksiksidemete vastastikusest paigutusest nende molekulides.

Dieenide saamise meetodid

1. (SV. Lebedevi meetod)

2. (dehüdratsioon)

3. (dehüdrogeenimine)

Dieenide keemilised omadused

Konjugeeritud dieenide puhul on iseloomulikud liitumisreaktsioonid. Konjugeeritud dieenid on võimelised kinnituma mitte ainult kaksiksidemetega (C1 ja C2, C3 ja C4 külge), vaid ka terminaalsete (C1 ja C4) süsinikuaatomitega, moodustades kaksiksideme C2 ja C vahel. 3.

6. Aromaatsed süsivesinikud

areenid, või aromaatsed süsivesinikud,- tsüklilised ühendid, mille molekulid sisaldavad stabiilseid tsüklilisi aatomite rühmi, millel on suletud konjugeeritud sidemete süsteem, mida ühendab aromaatsuse mõiste, mis määrab struktuuris ja keemilistes omadustes ühised tunnused.

Kõik benseeni C-C sidemed on samaväärsed, nende pikkus on 0,140 nm. See tähendab, et benseeni molekulis puuduvad puhtalt liht- ja kaksiksidemed süsinikuaatomite vahel (nagu saksa keemiku F. Kekule 1865. aastal välja pakutud valemis) ja kõik need on joondatud (need on lokaliseeritud).

Kekule valem

Benseeni homoloogid on ühendid, mis tekivad ühe või mitme vesinikuaatomi asendamisel benseeni molekulis süsivesinikradikaalidega (R): C 6 H 5 -R, R-C 6 H 4 -R. Benseeni homoloogse seeria C n H 2n _ 6 üldvalem (n> 6). Aromaatsete süsivesinike nimetuste puhul kasutatakse laialdaselt triviaalseid nimetusi (tolueen, ksüleen, kumeen jne). Süsivesinikradikaali nimest (eesliide) ja sõnast "benseen" (juur) ehitatakse üles süstemaatilised nimetused: C 6 H 5 -CH 3 (metüülbenseen), C 6 H 5 -C 2 H 5 (etüülbenseen). Kui radikaale on kaks või enam, näidatakse nende asukohta süsinikuaatomite arvuga tsüklis, millega nad on seotud. Diasendatud benseenide R-C 6 H 4 -R puhul kasutatakse ka teist nimede konstrueerimise meetodit, kus asendajate asukoht on näidatud enne ühendi triviaalset nimetust koos eesliidetega: orto-(o-) - ringi (1,2-) naabersüsinikuaatomite asendajad; meta-(m-) - asendajad läbi ühe süsinikuaatomi (1,3-); paar-(P-) - asendajad sees vastasküljed rõngad (1,4-).

Struktuursete isomeeride tüübid: 1) asendajate positsioonid di-, tri- ja tetra-asendatud benseenide puhul (näiteks o-, m- Ja P-ksüleenid); 2) süsinikskelett külgahelas, mis sisaldab vähemalt 3 süsinikuaatomit; 3) asendajad (R), alustades R=C2H5-st.

Meetodid aromaatsete süsivesinike saamiseks

1. C6H12> Pt, 300 °C> С 6 Н 6 + ЗН 2 (tsükloalkaanide dehüdrogeenimine)

2. n- C6H14> Cr2O3, 300 °C> C6H6 + 4H2 (alkaanide dehüdrotsüklistamine)

3. ZS 2 H 2 > C, 600 °C> C 6 H 6 (atsetüleeni tsüklotrimerisatsioon, Zelinsky reaktsioon)

Aromaatsete süsivesinike keemilised omadused

Kõrval keemilised omadused areenid erinevad küllastunud ja küllastumata süsivesinikest. Areenide puhul kulgevad kõige iseloomulikumad reaktsioonid aromaatse süsteemi säilimisega, nimelt tsükliga seotud vesinikuaatomite asendusreaktsioonid. Muud reaktsioonid (liitmine, oksüdatsioon), milles osalevad benseenitsükli delokaliseeritud C-C sidemed ja selle aromaatsus on häiritud, kulgevad vaevaliselt.

1. C6H6 + Cl2> AlCl 3> C 6 H 5 Cl + HCl (halogeenimine)

2. C 6 H 6 + HNO 3 > H2SO4> C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O (nitreerimine)

3. C6H6> H2SO4> C6H5-SO3H + H2O (sulfoonimine)

4. C6H6 + RCl> AlCl 3> C6H5-R + HCl (alküülimine)

5. (atsüülimine)

6. C6H6 + ZN2> t, Ni> C6H12tsükloheksaan (vesiniku lisamine)

7. (1,2,3,4,5,6-heksaklorotsükloheksaan, kloori lisamine)

8. C 6 H 5 -CH 3 + [O]> C 6 H 5 -COOH keetmine KMnO 4 lahusega (alküülbenseenide oksüdeerimine)

7. Halogeenitud süsivesinikud

halogeensüsinikud nimetatakse süsivesinike derivaatideks, milles üks või mitu vesinikuaatomit on asendatud halogeeniaatomitega.

Halogeensüsivesinike tootmise meetodid

1. CH 2 \u003d CH 2 + HBr\u003e CH 3 -CH 2 Br (küllastumata süsivesinike hüdrohalogeenimine)

CH2CH + HCl > CH2 \u003d CHCI

2. CH 3 CH 2 OH + РCl 5 > CH 3 CH 2 Cl + POCl 3 + HCl (valmistamine alkoholidest)

CH 3 CH 2 OH + HCl > CH 3 CH 2 Cl + H 2 O (ZnCl 2 juuresolekul, t°C)

3. a) CH4 + Cl2 >hv> CH 3 Cl + HCl (süsivesinike halogeenimine)

Halogeensüsivesinike keemilised omadused

Kõrgeim väärtus selle klassi ühendite puhul on neil asendus- ja elimineerimisreaktsioonid.

1. CH 3 CH 2 Br + NaOH (vesilahus) > CH 3 CH 2 OH + NaBr (alkoholide teke)

2. CH 3 CH 2 Br + NaCN > CH 3 CH 2 CN + NaBr (nitriilide moodustumine)

3. CH 3 CH 2 Br + NH 3 > + Br - HBr- CH 3 CH 2 NH 2 (amiinide moodustumine)

4. CH 3 CH 2 Br + NaNO 2 > CH 3 CH 2 NO 2 + NaBr (nitroühendite teke)

5. CH 3 Br + 2Na + CH 3 Br > CH 3 -CH 3 + 2NaBr (Wurtzi reaktsioon)

6. CH 3 Br + Mg > CH 3 MgBr (magneesiumorgaaniliste ühendite moodustumine, Grignardi reaktiiv)

7. (dehüdrohalogeenimine)

alkoholid nimetatakse süsivesinike derivaatideks, mille molekulid sisaldavad ühte või mitut küllastunud süsinikuaatomitega seotud hüdroksüülrühma (-OH). Rühm -OH (hüdroksüül, hüdroksüülrühm) on funktsionaalne rühm alkoholimolekulis. Süstemaatilised nimed antakse süsivesiniku nime järgi, millele on lisatud järelliide - ol ja number, mis näitab hüdroksürühma asukohta. Nummerdamine toimub OH-rühmale lähimast ahela lõpust.

Hüdroksüülrühmade arvu järgi jaotatakse alkoholid ühehüdroksüülseteks (üks -OH rühm), mitmehüdroksüülilisteks (kaks või enam -OH rühma). Ühehüdroksüülsed alkoholid: metanool CH 3 OH, etanool C 2 H 5 OH; kahehüdroksüülne alkohol: etüleenglükool (etaandiool-1,2) HO-CH2-CH2-OH; kolmehüdroksüülne alkohol: glütserool (propaantriool-1,2,3) HO-CH 2 -CH(OH)-CH 2 -OH. Sõltuvalt sellest, millise süsinikuaatomiga (primaarne, sekundaarne või tertsiaarne) hüdroksürühm on seotud, eristatakse primaarseid alkohole R-CH2-OH, sekundaarseid R2CH-OH, tertsiaarseid R3C-OH.

Vastavalt hapnikuaatomiga seotud radikaalide struktuurile jagunevad alkoholid küllastunud ehk alkanoolideks (CH 3 CH 2 -OH), küllastumata või alkenoolideks (CH 2 \u003d CH-CH 2 -OH), aromaatseteks (C 6H5CH2-OH).

Isomerismi liigid (struktuurne isomeeria): 1) OH-rühma asukoha isomeeria (alates C 3-st); 2) süsinikskelett (alates C 4-st); 3) klassidevaheline isomeeria eetritega (näiteks etüülalkohol CH 3 CH 2 OH ja dimetüüleeter CH 3 -O-CH 3). O-H sideme polaarsuse ja üksikute elektronpaaride olemasolu hapnikuaatomil on alkoholide võime moodustada vesiniksidemeid.

Alkoholide saamise meetodid

1. CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O / H +\u003e CH 3 -CH 2 OH (alkeenhüdratsioon)

2. CH3-CHO + H2> t, Ni> C 2 H 5 OH (aldehüüdide ja ketoonide redutseerimine)

3. C 2 H 5 Br + NaOH (vesi) > C 2 H 5 OH + NaBr (halogeeni derivaatide hüdrolüüs)

ClCH 2 -CH 2 Cl + 2NaOH (vesilahus) > HOCH 2 -CH 2 OH + 2NaCl

4. CO + 2H 2> ZnO, CuO, 250 °C, 7 MPa> CH 3 OH (metanooli tootmine, tööstus)

5. C6H12O6> pärm> 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 (monoosne fermentatsioon)

6. 3CH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O\u003e 3CH 2 OH-CH 2 OH - etüleenglükool+ 2KOH + 2MnO 2 (oksüdatsioon kergetes tingimustes)

7. a) CH2 \u003d CH-CH3 + O 2\u003e CH2 \u003d CH-CHO + H2O

b) CH2 \u003d CH-CHO + H 2\u003e CH2 \u003d CH-CH2OH

c) CH 2 \u003d CH-CH 2 OH + H 2 O 2\u003e HOCH 2 -CH (OH) -CH 2 OH (saab glütserooli)

Alkoholide keemilised omadused

Alkoholide keemilised omadused on seotud -OH rühma olemasoluga nende molekulis. Alkohole iseloomustavad kahte tüüpi reaktsioonid: lõhustumine C-O ühendused ja O-N ühendused.

1. 2C 2 H 5 OH + 2Na > H 2 + 2C 2 H 5 ONa (metallialkoholaatide Na, K, Mg, Al teke)

2. a) C 2 H 5 OH + NaOH? (vesilahuses ei tööta)

b) CH2OH-CH2OH + 2NaOH> NaOCH2-CH2ONa + 2H2O

c) (kvalitatiivne reaktsioon mitmehüdroksüülsetele alkoholidele - helesinise lahuse moodustumine vaskhüdroksiidiga)

3. a) (estrite moodustumine)

b) C 2 H 5 OH + H 2 SO 4 > C 2 H 5 -O-SO 3 H + H 2 O (külmas)

4. a) C 2 H 5 OH + HBr> C 2 H 5 Br + H 2 O

b) C 2 H 5 OH + РCl 5 > C 2 H 5 Cl + POCl 3 + HCl

c) C 2 H 5 OH + SOCl 2 > C 2 H 5 Cl + SO 2 + HCl (hüdroksüülrühma asendamine halogeeniga)

5. C 2 H 5 OH + HOC 2 H 5 > H2SO4,<140 °C > C 2 H 5 -O-C 2 H 5 + H 2 O (molekulidevaheline hüdratsioon)

6. C 2 H 5 OH> H2SO4, 170 °C> CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O (inramolekulaarne hüdratsioon)

7. a) (dehüdrogeenimine, primaarsete alkoholide oksüdeerimine)

Fenoolid nimetatakse areeni derivaate, milles aromaatse ringi üks või mitu vesinikuaatomit on asendatud hüdroksüülrühmadega. Aromaatse ringi hüdroksüülrühmade arvu järgi eristatakse ühe- ja mitmeaatomilisi (kahe- ja kolmeaatomilisi) fenoole. Enamiku fenoolide jaoks kasutatakse triviaalseid nimetusi. Fenoolide struktuurne isomeeria on seotud hüdroksüülrühmade erinevate positsioonidega.

Fenoolide saamise meetodid

1. C 6 H 5 Cl + NaOH (p, 340°C) > C 6 H 5 OH + NaCl (halovesinike aluseline hüdrolüüs)

2. (kumeeni saamise meetod)

3. C 6 H 5 SO 3 Na + NaOH (300–350 °C) > C 6 H 5 OH + Na 2 SO 3 (aromaatsete sulfoonhapete soolade leeliseline sulatamine)

Fenoolide keemilised omadused

Fenoolid enamikus sidereaktsioonides O-N aktiivsem alkoholid, kuna see side on polaarsem tänu elektrontiheduse nihkele hapnikuaatomilt benseenitsükli suunas (hapnikuaatomi jagamata elektronpaari osalemine n-konjugatsioonisüsteemis). Fenoolide happesus on palju kõrgem kui alkoholidel.

Fenoolide puhul ei ole C-O sideme lõhustamisreaktsioonid tüüpilised. Vastastikune mõju fenooli molekulis sisalduvad aatomid ei avaldu mitte ainult hüdroksürühma käitumises, vaid ka benseenitsükli suuremas reaktsioonivõimes.

Hüdroksüülrühm suurendab elektronide tihedust benseenitsüklis, eriti orto- Ja paar- positsioonid (OH rühma + M efekt). Fenoolide tuvastamiseks kasutatakse kvalitatiivset reaktsiooni raud(III)kloriidiga. Monatoomilised fenoolid annavad stabiilse sinakasvioletse värvuse, mis on seotud komplekssete rauaühendite moodustumisega.

1. 2C 6 H 5 OH + 2Na > 2C 6 H 5 ONa + H 2 (sama, mis etanool)

2. C 6 H 5 OH + NaOH > C 6 H 5 ONa + H 2 O (erinevalt etanoolist)

C 6 H 5 ONa + H 2 O + CO 2 > C 6 H 5 OH + NaHCO 3 (fenool on nõrgem hape kui süsihappegaas)

Fenoolid ei moodusta reaktsioonides hapetega estreid. Selleks kasutatakse reaktiivsemaid happederivaate (anhüdriide, happekloriide).

4. C 6 H 5 OH + CH 3 CH 2 OH> NaOH> C6H5OCH2CH3 + NaBr (O-alküülimine)

(koostoime broomveega, kvalitatiivne reaktsioon)

6. (Nitreerimine lahjendatud HNO 3, nitreerimine kontsentreeritud HNO 3-ga annab 2,4,6-trinitrofenooli)

7. n C6H5OH+ n CH2O> n H2O + (-C6H3OH-CH2-) n(polükondensatsioon, fenool-formaldehüüdvaikude saamine)

10. Aldehüüdid ja ketoonid

Aldehüüdid on ühendid, milles karbonüülrühm

ühendatud süsivesiniku radikaali ja vesinikuaatomiga ning ketoonid- kahe süsivesinikradikaaliga karbonüülühendid.

Aldehüüdide süstemaatilised nimetused on üles ehitatud vastava süsivesiniku nimele, millele on lisatud järelliide -al. Ahela nummerdamine algab karbonüüli süsinikuaatomist. Triviaalsed nimetused on tuletatud nende hapete triviaalsetest nimetustest, milleks oksüdatsiooni käigus muudetakse aldehüüdid: H 2 C \u003d O - metanaal (formaldehüüd, formaldehüüd); CH 3 CH=O - etanaal (äädikhappe aldehüüd). Lihtsa struktuuriga ketoonide süstemaatilised nimetused on tuletatud radikaalide nimedest, millele on lisatud sõna "ketoon". Üldisemal juhul konstrueeritakse ketooni nimi vastava süsivesiniku nimest ja sufiksist - Tema; ahela nummerdamine algab karbonüülrühmale lähimast ahela lõpust. Näited: CH3-CO-CH3-dimetüülketoon (propanoon, atsetoon). Aldehüüde ja ketoone iseloomustab struktuurne isomeeria. Aldehüüdide isomeeria: a) süsinikskeleti isomeeria, alates C 4-st; b) klassidevaheline isomeeria. Ketoonide isomeeria: a) süsinikskelett (koos C 5-ga); b) karbonüülrühma positsioonid (koos C5-ga); c) klassidevaheline isomeeria.

Karbonüülrühma süsiniku ja hapniku aatomid on olekus sp2- hübridisatsioon. C=O side on väga polaarne. C=O mitmiksideme elektronid nihkuvad elektronegatiivse hapnikuaatomi poole, mis toob kaasa osalise negatiivse laengu ilmumise sellele ning karbonüüli süsinikuaatom omandab osalise positiivse laengu.

Aldehüüdide ja ketoonide saamise meetodid

1. a) (dehüdrogeenimine, primaarsete alkoholide oksüdeerimine)

b) (dehüdrogeenimine, sekundaarsete alkoholide oksüdeerimine)

2. a) CH 3 CH 2 CHCI 2 + 2 NaOH> vees> CH 3 CH 2 CHO + 2NaCl + H 2 O (dihalogeeni derivaatide hüdrolüüs)

b) CH 3 СCl 2 CH 3 + 2 NaOH> vees> CH 3 COCH 3 + 2 NaCl + H 2 O

3. (alküünide hüdratsioon, Kucherovi reaktsioon)

4. (etüleeni oksüdeerimine etanaaliks)

(metaani oksüdeerimine formaldehüüdiks)

CH4 + O2> 400-600°C EI> H 2 C \u003d O + H 2 O

Aldehüüdide ja ketoonide keemilised omadused

Karbonüülühenditele on iseloomulikud erinevat tüüpi reaktsioonid: a) liitumine karbonüülrühmaga; b) redutseerimine ja oksüdeerimine; c) kondensatsioon; e) polümerisatsioon.

1. (vesiniktsüaniidhappe lisamine, hüdroksünitriilide moodustumine)

2. (naatriumvesiniksulfiti lisamine)

3. (taastumine)

4. (poolatsetaalide ja atsetaalide moodustumine)

5. (koostoime hüdroksoolamiiniga, atseetaldehüüdoksiimi moodustumine)

6. (dihalogeeni derivaatide moodustumine)

7. (a-halogeenimine OH juuresolekul?)

8. (albdooli kondensatsioon)

9. R-CH \u003d O + Ag2O> NH3> R-COOH + 2Agv (oksüdatsioon, hõbepeegli reaktsioon)

R-CH \u003d O + 2Cu (OH) 2\u003e R-COOH + Cu 2 Ov, + 2H 2 O (punane sade, oksüdatsioon)

10. (ketoonide oksüdatsioon, rasked tingimused)

11. n CH 2 \u003d O\u003e (-CH2-O-) n paravormid n= 8-12 (polümerisatsioon)

11. Karboksüülhapped ja nende derivaadid

karboksüülhapped nimetatakse orgaanilisteks ühenditeks, mis sisaldavad ühte või mitut süsivesinikradikaaliga seotud karboksüülrühma -COOH. Karboksüülrühmade arvu järgi jaotatakse happed: ühealuselised (monokarboksüül) CH 3 COOH (äädikhappelised), mitmealuselised (dikarboksüül-, trikarboksüül- jne). Süsivesinikradikaali olemuse järgi eristatakse happeid: piiravad (näiteks CH 3 CH 2 CH 2 COOH); küllastumata (CH 2 \u003d CH (-COOH); aromaatne (C 6 H 5 COOH).

Hapete süstemaatilised nimetused antakse vastava süsivesiniku nimega, millele on lisatud järelliide – uus ja sõnad "hape": HCOOH - metaan (sipelg)hape, CH 3 COOH - etaanhape (äädikhape). Karboksüülhapete puhul on iseloomulik struktuurne isomeeria: a) skeleti isomeeria süsivesinikradikaalis (alates C4-st); b) klassidevaheline isomeeria, alates C 2 -st. Võimalik cis-trans isomeeria küllastumata karboksüülhapete korral. elektronide tihedus? - karbonüülrühma sidemed nihkuvad hapnikuaatomi poole. Selle tulemusena puudub karbonüülsüsinikul elektrontihedus ja see tõmbab ligi üksikuid hüdroksüülrühma hapnikuaatomi paare, mille tulemusena O-H sideme elektrontihedus nihkub hapnikuaatomi poole, vesinik muutub liikuvaks ja omandab. võime eralduda prootoni kujul.

Vesilahuses dissotsieeruvad karboksüülhapped ioonideks:

R-COOH – R-COO? + H +

Vees lahustuvus ja hapete kõrge keemistemperatuur on tingitud molekulidevaheliste vesiniksidemete moodustumisest.

Karboksüülhapete saamise meetodid

1. CH 3 -CCl 3 + 3NaOH > CH 3 -COOH + 3NaCl + H 2 O (trihalogeeni derivaatide hüdrolüüs)

2. R-CHO + [O] > R-COOH (aldehüüdide ja ketoonide oksüdatsioon)

3. CH 3 -CH \u003d CH 2 + CO + H 2 O / H + > Ni, p, t> CH3-CH2-CH2-COOH (oksosüntees)

4. CH 3 C?N + 2H 2 O / H + > CH 3 COOH + NH 4 (nitriilide hüdrolüüs)

5. CO + NaOH > HCOONa; 2HCOONa + H 2 SO 4 > 2HCOOH + Na 2 SO 4 (HCOOH saamine)

Karboksüülhapete ja nende derivaatide keemilised omadused

Karboksüülhapetel on kõrge reaktsioonivõime ja nad reageerivad erinevate ainetega, moodustades mitmesuguseid ühendeid, mille hulgas on väga olulised funktsionaalsed derivaadid: estrid, amiidid, nitriilid, soolad, anhüdriidid, halogeenanhüdriidid.

1. a) 2CH 3 COOH + Fe > (CH 3 COO) 2 Fe + H 2 (soolade moodustumine)

b) 2CH 3 COOH + MgO > (CH 3 COO) 2 Mg + H 2 O

c) CH 3 COOH + KOH > CH 3 COOK + H 2 O

d) CH 3 COOH + NaHCO 3 > CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O

CH 3 COONa + H 2 O - CH 3 COOH + NaOH (karboksüülhapete soolad hüdrolüüsitakse)

2. (pesastatud estrite moodustumine)

(pesastatud eetri seebistamine)

3. (happekloriidide saamine)

4. (vee lagunemine)

5. CH 3 -COOH + Cl 2> hv> Cl-CH2-COOH + HCl (halogeenimine a-asendis)

6. HO-CH \u003d O + Ag 2 O> NH3> 2Ag + H 2 CO 3 (H 2 O + CO 2) (HCOOH omadused)

HCOOH> t> CO + H2O

Rasvad- glütserooli ja kõrgemate ühehüdroksüülsete karboksüülhapete estrid. Üldnimetus sellised ühendid on triglütseriidid. Looduslike triglütseriidide koostis sisaldab küllastunud hapete (palmitiinhape C 15 H 31 COOH, steariin C 17 H 35 COOH) ja küllastumata hapete (oleiinhape C 17 H 33 COOH, linoolhape C 17 H 31 COOH) jääke. Rasvad koosnevad peamiselt küllastunud hapete triglütseriididest. Taimsed rasvad - õlid (päevalill, sojaoad) - vedelikud. Õlide triglütseriidide koostis sisaldab küllastumata hapete jääke.

Rasvu kui estreid iseloomustab pöörduv hüdrolüüsireaktsioon, mida katalüüsivad mineraalhapped. Leeliste osalusel toimub rasvade hüdrolüüs pöördumatult. Toodeteks on sel juhul seebid – kõrgemate karboksüülhapete soolad ja leelismetallid. Naatriumisoolad on tahked seebid, kaaliumisoolad on vedelad. Rasvade aluselise hüdrolüüsi reaktsiooni nimetatakse ka seebistamiseks.

Amiinid- ammoniaagi orgaanilised derivaadid, mille molekulis on üks, kaks või kolm vesinikuaatomit asendatud süsivesinikradikaalidega. Sõltuvalt süsivesinikradikaalide arvust eristatakse primaarseid RNH 2, sekundaarseid R 2 NH, tertsiaarseid R 3 N amiine. Vastavalt süsivesinikradikaali olemusele jaotatakse amiinid alifaatseteks (rasvhapeteks), aromaatseteks ja segatud (või rasv-aromaatseteks). Amiinide nimed on enamasti moodustatud süsivesinikradikaalide nimedest ja sufiksist -amiin. Näiteks CH3NH2 on metüülamiin; CH3-CH2-NH2-etüülamiin. Kui amiin sisaldab erinevaid radikaale, on need loetletud tähestikulises järjekorras: CH 3 -CH 2 -NH-CH 3 - metüületüülamiin.

Amiinide isomeeria määrab radikaalide arv ja struktuur, samuti aminorühma asukoht. N-H ühendus on polaarne, seega moodustavad primaarsed ja sekundaarsed amiinid molekulidevahelisi vesiniksidemeid. Tertsiaarsed amiinid ei moodusta seotud vesiniksidemeid. Amiinid on võimelised moodustama veega vesiniksidemeid. Seetõttu on madalamad amiinid vees hästi lahustuvad. Süsivesinikradikaalide arvu ja suuruse suurenemisega väheneb amiinide lahustuvus vees.

Amiinide saamise meetodid

1. R-NO 2 + 6 [H] > R-NH2 + 2H 2 O (nitroühendite redutseerimine)

2. NH3 + CH3I > I? > NH3> CH 3 NH 2 + NH 4 I (ammoniaagi alküülimine)

3. a) C6H5-NO2 + 3 (NH4)2S> C6H5-NH2 + 3S + 6NH3 + 2H 2O (tsiniini reaktsioon)

b) C 6 H 5 -NO 2 + 3Fe + 6HCl> C 6 H 5 -NH 2 + 3FeCl 2 + 2H 2 O (nitroühendite redutseerimine)

c) C6H5-NO2 + ZN2> katalüsaator, t> C6H5-NH2 + 2H2O

4. R-C?N + 4[H]> RCH2NH2 (nitriilide redutseerimine)

5. ROH + NH 3 > Al2O3 350 °C> RNH2 + 2H2O (saades madalamad alküülamiinid C2-C4)

Amiinide keemilised omadused

Amiinide struktuur sarnaneb ammoniaagiga ja neil on sarnased omadused. Nii ammoniaagis kui ka amiinides on lämmastikuaatomil üksik elektronide paar. Amiine iseloomustavad selgelt väljendunud põhiomadused. Vesilahused alifaatsed amiinid avaldavad aluselist reaktsiooni. Alifaatsed amiinid on tugevamad alused kui ammoniaak. Aromaatsed amiinid on nõrgemad alused kui ammoniaak, kuna lämmastikuaatomi jagamata elektronpaar on nihutatud benseenitsükli suunas, konjugeerides selle a-elektronidega.

Mõjutatud on amiinide aluselisus erinevaid tegureid: süsivesinikradikaalide elektrooniline mõju, lämmastikuaatomi ruumiline sõelumine radikaalide poolt, samuti tekkivate ioonide stabiliseerumisvõime lahustikeskkonnas solvateerumise tõttu. Alküülrühmade doonorefekti tulemusena suureneb alifaatsete amiinide aluselisus gaasifaasis (ilma lahustita) reas: primaarne< вторичные < третичные. Основность ароматических аминов зависит также от характера заместителей в бензольном кольце. Электроноакцепторные заместители (-F, -Cl, -NO 2 и т. п.) уменьшают основные свойства ариламина по сравнению с анилином, а электронодонорные (алкил R-, -OCH 3 , -N(CH 3) 2 и др.), напротив, увеличивают.

1. CH 3 -NH 2 + H 2 O > OH (koostoime veega)

2. (CH 3) 2 NH + HCl > [(CH 3) 2 NH 2] Cl dimetüülammooniumkloriid (reaktsioon hapetega)

[(CH 3) 2 NH 2] Cl + NaOH > (CH 3) 2 NH + NaCl + H 2 O (amiinisoolade reaktsioon leelistega)

(atsüülimine, ei tööta tertsiaarsete amiinidega)

4. R-NH2 + CH3I> I? > NH3> CH 3 NHR + NH 4 I (alküülimine)

5. Koostoime lämmastikhappega: lämmastikhappega reaktsiooniproduktide struktuur sõltub amiini olemusest. Seetõttu kasutatakse seda reaktsiooni primaarsete, sekundaarsete ja tertsiaarsete amiinide eristamiseks.

a) R-NH 2 + HNO 2 > R-OH + N 2 + H 2 O (primaarsed rasvamiinid)

b) C6H5-NH2 + NaNO2 + HCl> [C6H5-N2N] + Cl? - diasooniumisool (primaarsed aromaatsed amiinid)

c) R 2 NH + H-O-N \u003d O\u003e R 2 N-N \u003d O (N-nitrosamiin) + H 2 O (sekundaarsed rasv- ja aromaatsed amiinid)

d) R 3 N + H-O-N \u003d O\u003e ei reageeri madalal temperatuuril (tertsiaarsed rasvamiinid)

(tertsiaarsed aromaatsed amiinid)

aniliini omadused. Aniliini iseloomustavad reaktsioonid nii aminorühmas kui ka benseenitsüklis. Benseenitsükkel nõrgendab aminorühma põhiomadusi võrreldes alifaatsete amiinide ja ammoniaagiga, kuid aminorühma mõjul muutub benseenitsükkel asendusreaktsioonides aktiivsemaks võrreldes benseeniga.

C 6 H 5 -NH 2 + HCl > Cl \u003d C 6 H 5 NH 2 HCl

C 6 H 5 NH 2 HCl + NaOH > C 6 H 5 NH 2 + NaCl + H 2 O

C6H5NH2 + CH3I > t> +mina?

14. Aminohapped

Aminohapped nimetatakse heterofunktsionaalseteks ühenditeks, mille molekulid sisaldavad nii aminorühma kui ka karboksüülrühma. Sõltuvalt amino- ja karboksüülrühmade omavahelisest paigutusest jagatakse aminohapped ?-, ?-, ?- jne. Vastavalt IUPAC-ile nimetatakse aminohapete nimetuse jaoks NH 2 rühma eesliiteks. amino-, märkides süsinikuaatomi numbri, millega see on seotud, millele järgneb vastava happe nimetus.

2-aminopropaanhape (a-aminopropaanhape, a-alaniin) 3-aminopropaanhape (a-aminopropaanhape, a-alaniin) 6-aminoheksaanhape (a-aminokaproonhape)

Süsivesinikradikaali olemuse järgi eristatakse alifaatseid (rasv-) ja aromaatseid aminohappeid. Aminohapete isomeeria oleneb süsinikskeleti struktuurist, aminorühma asendist karboksüülrühma suhtes. Aminohappeid iseloomustab ka optiline isomeeria.

Aminohapete saamise meetodid

1. (halogeenhapete ammonolüüs)

2. CH 2 \u003d CH-COOH + NH 3 > H2N-CH2-CH2-COOH (ammoniaagi lisamine a, y-küllastumata hapetele)

(HCN ja NH 3 toime aldehüüdidele või ketoonidele)

4. Valkude hüdrolüüs ensüümide, hapete või leeliste mõjul.

5. Mikrobioloogiline süntees.

Aminohapete keemilised omadused

Aminohapetel on aminorühmast tulenevad aluste omadused ja karboksüülrühmast tulenevad hapete omadused, see tähendab, et nad on amfoteersed ühendid. Kristallilises olekus ja neutraalsele lähedases keskkonnas eksisteerivad aminohapped sisemise soolana - dipolaarse ioonina, mida nimetatakse ka tsvitteriooniks H 3 N + -CH 2 -COO?.

1. H2N-CH2-COOH + HCl> Cl? (aminorühma soolade moodustumine)

2. H 2 N-CH 2 -COOH + NaOH> H 2 N-CH 2 -COO? Na + + H 2 O (soolade moodustumine)

(estri moodustumine)

(atsüülimine)

5. + NH3-CH2-COO? + 3CH 3 I > -TERE> (CH3)3N + -CH2-COO? - aminoäädikhappe betaiin

(alküülimine)

(koostoime lämmastikhappega)

7. n H2N-(CH2)5-COOH> (-HN-(CH2)5-CO-) n+ n H 2 O (kaproni saamine)

15. Süsivesikud. Monosahhariidid. Oligosahhariidid. Polüsahhariidid

Süsivesikud(suhkur) - sarnase struktuuri ja omadustega orgaanilised ühendid, millest enamiku koostis kajastub valemis С x (Н 2 O) y, kus x, y? 3.

Klassifikatsioon:

Monosahhariide ei hüdrolüüsita, moodustades lihtsamaid süsivesikuid. Oligo- ja polüsahhariidid lõhustatakse happelise hüdrolüüsi teel monosahhariidideks. Tuntud esindajad: glükoos (viinamarjasuhkur) C 6 H 12 O 6, sahharoos (roo-, peedisuhkur) C 12 H 22 O 11, tärklis ja tselluloos [C 6 H 10 O 5] n.

Kuidas saada

1. mCO 2 + nH 2 O > hv, klorofüll> C m (H 2 O) n (süsivesikud) + mO 2 (saadud fotosünteesi teel)

süsivesikud: C 6 H 12 O 6 + 6O 2 > 6CO 2 + 6H 2 O + 2920 kJ

(ainevahetus: glükoos oksüdeerub, vabanedes ainevahetuse käigus elusorganismis suurel hulgal energiat)

2. 6nCO2 + 5nH2O > hv, klorofüll> (C 6 H 10 O 5) n + 6nO 2 (tärklise või tselluloosi saamine)

Keemilised omadused

Monosahhariidid. Kõik monoosid kristalses olekus on tsüklilise struktuuriga (a- või a-). Vees lahustamisel tsükliline poolatsetaal hävib, muutudes lineaarseks (okso-) vormiks.

Monosahhariidide keemilised omadused tulenevad kolme tüüpi funktsionaalrühmade olemasolust molekulis (karbonüül, alkoholhüdroksüül ja glükosiidne (poolatsetaal) hüdroksüülrühm.

1. C 5 H 11 O 5 -CHO (glükoos) + Ag 2 O > NH 3 > CH 2 OH- (CHOH) 4 -COOH (glükoonhape) + 2Ag (oksüdatsioon)

2. C 5 H 11 O 5 -CHO (glükoos) + [H]> CH 2 OH-(CHOH) 4 -CH 2 OH (sorbitool) (redutseerimine)

(monoalküülimine)

(polüalküülimine)

5. Monosahhariidide kõige olulisem omadus on nende ensümaatiline fermentatsioon, s.o molekulide lagunemine fragmentideks erinevate ensüümide toimel. Käärimine toimub peamiselt heksooside abil pärmseente, bakterite või hallitusseente poolt sekreteeritud ensüümide juuresolekul. Sõltuvalt aktiivse ensüümi olemusest eristatakse järgmist tüüpi reaktsioone:

a) C 6 H 12 O 6 > 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 (alkohoolne fermentatsioon);

b) C6H12O6 > 2CH3-CH(OH)-COOH (piimhappe fermentatsioon);

c) C 6 H 12 O 6 > C 3 H 7 COOH + 2CO 2 + 2H 2 O (võikäärimine);

d) C 6 H 12 O 6 + O 2 > HOOC-CH 2 -C (OH) (COOH) -CH 2 -COOH + 2H 2 O (sidrunhappe fermentatsioon);

e) 2C 6 H 12 O 6 > C 4 H 9 OH + CH 3 -CO-CH 3 + 5CO 2 + 4H 2 (atsetoon-butanool fermentatsioon).

Disahhariidid. Disahhariidid on süsivesikud, mille molekulid koosnevad kahest monosahhariidi jäägist, mis on omavahel ühendatud hüdroksüülrühmade (kaks poolatsetaali või üks poolatsetaal ja üks alkohol) vastasmõjul. Glükosiidse (poolatsetaal) hüdroksüülrühma puudumine või olemasolu mõjutab disahhariidide omadusi. Bioosid jagunevad kahte rühma: taastav Ja mittetaastav. Redutseerivad bioosid on võimelised avaldama redutseerivate ainete omadusi ja interakteerudes nendega ammoniaagi lahus hõbe oksüdeerub vastavateks hapeteks, sisaldavad oma struktuuris glükosiidhüdroksüüli, monooside vaheline side on glükosiid-glükoos. Haridusskeem taastav bios maltoosi näitel:

Disahhariide iseloomustab hüdrolüüsireaktsioon, mille tulemusena moodustub kaks monosahhariidide molekuli:

Looduses levinumate disahhariidide näide on sahharoos (peedi- või roosuhkur). Sahharoosi molekul koosneb β-D-glükopüranoosi ja β-D-fruktofuranoosi jääkidest, mis on omavahel ühendatud poolatsetaali (glükosiidsete) hüdroksüülide interaktsiooni kaudu. Seda tüüpi bioosidel ei ole redutseerivaid omadusi, kuna nende struktuur ei sisalda glükosiidset hüdroksüülrühma, monooside vaheline seos on glükosiidglükosiidne. Neid disahhariide nimetatakse mittetaastav, st ei suuda oksüdeeruda.

Sahharoosi moodustumise skeem:

Sahharoosi inversioon. (+) sahharoosi happeline hüdrolüüs või invertaasi toime tekitab võrdses koguses D (+) glükoosi ja D (-) fruktoosi. Hüdrolüüsiga kaasneb eripöörlemisnurga [?] märgi muutumine positiivsest negatiivseks, seetõttu nimetatakse protsessi inversiooniks ning D(+)glükoosi ja D(-)fruktoosi segu nimetatakse invertsuhkruks.

Polüsahhariidid (polioosid). Polüsahhariidid on looduslikud kõrgmolekulaarsed süsivesikud, mille makromolekulid koosnevad monosahhariidi jääkidest. Peamised esindajad: tärklis Ja tselluloos, mis on ehitatud ühe monosahhariidi – D-glükoosi – jääkidest. Tärklisel ja tselluloosil on sama molekulaarne valem: (C 6 H 10 O 5) n, kuid erinevad omadused. See on tingitud nende ruumilise struktuuri iseärasustest. Tärklis koosneb a-D-glükoosi jääkidest, samas kui tselluloos koosneb a-D-glükoosist. Tärklis- taimede varupolüsahhariid, akumuleerub teradena seemnete, sibulate, lehtede, varte rakkudesse, on valge amorfne aine, mis ei lahustu külmas vees. Tärklis - segu amüloos Ja amülopektiin, mis on ehitatud jääkidest? -D-glükopüranoos.

amüloos– lineaarne polüsahhariid, seos D-glükoosi 1?-4 jääkide vahel. Ahela kuju on spiraalne, üks spiraali pööre sisaldab 6 D-glükoosi jääki. Amüloosi sisaldus tärklises on 15–25%.

amüloos
amülopektiin

Amülopektiin– hargnenud polüsahhariid, sidemed D-glükoosi jääkide vahel – 1?-4 ja 1?-6. Amülopektiini sisaldus tärklises on 75–85%.

1. Eetrite ja estrite teke (sarnaselt bioosidele).

2. Kvalitatiivne reaktsioon - värvimine joodi lisamisega: amüloosi jaoks - sinine, amülopektiini jaoks - punane.

3. Tärklise happeline hüdrolüüs: tärklis > dekstriinid > maltoos > α-D-glükoos.

Tselluloos. Taimede struktuurne polüsahhariid, mis on ehitatud β-D-glükopüranoosi jääkidest, ühendi olemus on 1β-4. Tselluloosi sisaldus näiteks puuvillas on 90-99%, lehtpuidu puhul 40-50%. Sellel biopolümeeril on kõrge mehaaniline tugevus ja see toimib taimede tugimaterjalina, moodustades taimerakkude seinu.

Keemiliste omaduste iseloomustus

1. Happeline hüdrolüüs (sahharifikatsioon): tselluloos > tsellobioos > α-D-glükoos.

2. Estrite moodustumine

Atsetaatkiud on valmistatud tselluloosatsetaadi lahustest atsetoonis.

Nitrotselluloos on plahvatusohtlik ja moodustab suitsuvaba pulbri aluse. Püroksüliini – tselluloosi di- ja trinitraatide segu – kasutatakse tselluloidi, kolloodiumi, fotofilmide, lakkide valmistamiseks.

keemiateaduse sektsioon, mis uurib süsivesinikke, süsinikku ja vesinikku sisaldavaid aineid, samuti nende ühendite erinevaid derivaate, sealhulgas hapniku-, lämmastiku- ja halogeeniaatomeid. Kõiki selliseid ühendeid nimetatakse orgaanilisteks.

Orgaaniline keemia tekkis nende ainete uurimisel, mida ekstraheeriti taimsetest ja loomsetest organismidest, mis koosnesid enamasti orgaanilistest ühenditest. See määras selliste ühendite puhtajaloolise nimetuse (organismorgaaniline). Mõned orgaanilise keemia tehnoloogiad tekkisid iidsetel aegadel, näiteks alkohoolne ja äädikhape, orgaaniliste indigo- ja alisariinvärvide kasutamine, nahaparkimisprotsessid jne. Pikka aega suutsid keemikud orgaanilisi ühendeid ainult eraldada ja analüüsida, kuid mitte. saada neid kunstlikult, mistõttu tekkis usk, et orgaanilisi ühendeid saab kätte vaid elusorganismide abiga. Alates 19. sajandi teisest poolest. orgaanilise sünteesi meetodid hakkasid intensiivselt arenema, mis võimaldas järk-järgult ületada väljakujunenud pettekujutelma. Esmakordselt teostas orgaaniliste ühendite sünteesi laboris F. Wöhler ne (perioodil 18241828), tsüanogeeni hüdrolüüsi käigus sai ta eelnevalt taimedest eraldatud oblikhappe ja kuumutamisel. ammooniumtsüanaat molekuli ümberkorraldamise tõttu ( cm. ISOMERIA) sai elusorganismide jääkprodukti uureat (joonis 1).

Riis. 1. ORGAANILISTE ÜHENDITE ESIMESED SÜNTEESID

Nüüd saab paljusid elusorganismides leiduvaid ühendeid laboris, lisaks saavad keemikud pidevalt kätte orgaanilised ühendid, mida eluslooduses ei leidu.

Orgaanilise keemia kui iseseisva teaduse kujunemine toimus 19. sajandi keskel, mil tänu keemiateadlaste pingutustele hakkasid kujunema ideed orgaaniliste ühendite struktuurist. Märkimisväärseimat rolli mängisid E. Franklandi (tema defineeris valentsi mõiste), F. Kekule (määras süsiniku neljavalentsi ja benseeni struktuuri), A. Cooperi (pakkus valentsjoone sümboli, mis kasutatakse tänapäevalgi, ühendades pildil aatomeid struktuurivalemid), A.M. Butlerov (loos keemilise struktuuri teooria, mis põhineb positsioonil, mille kohaselt ei määra ühendi omadused mitte ainult selle koostis, vaid ka aatomite ühendamise järjekord).

Edasi verstapost orgaanilise keemia arengus seostatakse J. van't Hoffi töödega, kes muutis keemikute mõtteviisi, tehes ettepaneku liikuda struktuurivalemite lamedalt kujundilt aatomite ruumilisele paigutusele molekulis, nagu selle tulemusena hakkasid keemikud molekule käsitlema mahuliste kehadena.

Ideid loodusest keemiline side orgaanilistes ühendites sõnastas esmakordselt G. Lewis, kes väitis, et molekulis olevad aatomid on ühendatud elektronidega: üldistatud elektronide paar loob lihtsideme ning kaks või kolm paari moodustavad vastavalt kaksiksideme ja kolmiksideme. Arvestades elektrontiheduse jaotust molekulides (näiteks selle nihkumine elektronegatiivsete aatomite O, Cl jne mõjul), suutsid keemikud selgitada paljude ühendite reaktsioonivõimet, s.o. nende osalemise võimalus teatud reaktsioonides.

Määratud elektroni omaduste arvestamine kvantmehaanika, viis kvantkeemia väljatöötamiseni, kasutades mõistet molekulaarsed orbitaalid. Nüüd teeb kvantkeemia, mis on paljudes näidetes oma ennustamisjõudu näidanud, edukalt koostööd eksperimentaalse orgaanilise keemiaga.

Väikest rühma süsinikuühendeid ei klassifitseerita orgaanilisteks: süsihape ja selle soolad (karbonaadid), vesiniktsüaniidhape HCN ja selle soolad (tsüaniidid), metallikarbiidid ja mõned teised süsinikuühendid, mida uuritakse anorgaanilise keemiaga.

Orgaanilise keemia põhijooneks on ühendite erakordne mitmekesisus, mis tekkis tänu süsinikuaatomite võimele üksteisega peaaegu piiramatul arvul ühineda, moodustades ahelate ja tsüklite kujul molekule. Rohkem rohkem mitmekesisust saavutatakse hapniku-, lämmastiku- jne aatomite lisamisega süsinikuaatomite vahele Isomeeria nähtus, mille tõttu võivad sama koostisega molekulid olla erineva struktuuriga, suurendab veelgi orgaaniliste ühendite mitmekesisust. Praeguseks on teada üle 10 miljoni orgaanilise ühendi ja nende arv kasvab igal aastal 200-300 tuhande võrra.

Orgaaniliste ühendite klassifikatsioon. Klassifikatsiooni aluseks on süsivesinikud, neid peetakse orgaanilises keemias aluselisteks ühenditeks. Kõiki teisi orgaanilisi ühendeid käsitletakse nende derivaatidena.

Süsivesinike süstematiseerimisel võetakse arvesse süsiniku karkassi struktuuri ja süsinikuaatomeid ühendavate sidemete tüüpi.

I. ALIFAATNE (aleifatos. kreeka keelõli) süsivesinikud on lineaarsed või hargnenud ahelad ja ei sisalda tsüklilisi fragmente, moodustavad kaks suurt rühma.

1. Küllastunud või küllastunud süsivesinikud (nimetatakse nii, sest nad ei ole võimelised midagi siduma) on süsinikuaatomite ahelad, mis on ühendatud lihtsate sidemetega ja mida ümbritsevad vesinikuaatomid (joonis 1). Kui ketil on harud, lisatakse nimele eesliide iso. Lihtsaim küllastunud süsivesinik on metaan; sellest algab rida neid ühendeid.

Riis. 2. KÜLLATUD SÜSIVESIINID

Peamised küllastunud süsivesinike allikad on nafta ja maagaas. Küllastunud süsivesinike reaktsioonivõime on väga madal, nad saavad reageerida ainult kõige agressiivsemate ainetega, nagu halogeenid või lämmastikhape. Kui küllastunud süsivesinikke kuumutatakse üle 450 ° C ilma õhu juurdepääsuta, katkevad C-C sidemed ja moodustuvad lühendatud süsinikuahelaga ühendid. Kõrge temperatuuriga kokkupuude hapniku juuresolekul põhjustab nende täielikku põlemist CO 2 -ks ja veeks, mis võimaldab neid tõhusalt kasutada gaasilise (metaanpropaan) või vedela mootorikütusena (oktaan).

Kui üks või mitu vesinikuaatomit asendatakse mõne funktsionaalse (s.t. järgnevateks muundumisvõimeliste) rühmaga, tekivad vastavad süsivesinike derivaadid. C-OH rühma sisaldavaid ühendeid nimetatakse alkoholideks, HC \u003d O aldehüüdideks, COOH karboksüülhapeteks (lisatakse sõna "karboksüül", et eristada neid tavalistest mineraalhapetest, näiteks vesinikkloriid- või väävelhapetest). Ühend võib samaaegselt sisaldada erinevaid funktsionaalseid rühmi, näiteks COOH ja NH2, selliseid ühendeid nimetatakse aminohapeteks. Halogeenide või nitrorühmade lisamine süsivesinike koostisesse viib vastavalt halogeen- või nitroderivaatideni (joonis 3).

Riis. 4. NÄITED KÜLLATUD SÜSIVESIINIKEEST funktsionaalrühmadega

Kõik näidatud süsivesinike derivaadid moodustavad suuri orgaaniliste ühendite rühmi: alkoholid, aldehüüdid, happed, halogeenderivaadid jne. Kuna molekuli süsivesinike osa on väga madala reaktsioonivõimega, siis määravad selliste ühendite keemilise käitumise funktsionaalrühmade OH, -COOH, -Cl, -NO 2 jne keemilised omadused.

2. Küllastumata süsivesinikel on samasugused põhiahela struktuuri variandid nagu küllastunud süsivesinikel, kuid need sisaldavad süsinikuaatomite vahel kaksik- või kolmiksidemeid (joonis 6). Lihtsaim küllastumata süsivesinik on etüleen.

Riis. 6. KÜLLASTAMATA SÜSIVESIINID

Küllastumata süsivesinike puhul on kõige tüüpilisem liitmine mitmiksidemega (joonis 8), mis võimaldab nende baasil sünteesida erinevaid orgaanilisi ühendeid.

Riis. 8. REAGENTIDE LISAMINE küllastumata ühenditeks mitme sideme kaudu

Teine oluline kaksiksidemega ühendite omadus on polümerisatsioonivõime (joonis 9.), kaksiksidemed avanevad sel juhul, mille tulemusena tekivad pikad süsivesinikahelad.

Riis. 9. ETÜLEENI POLÜMERISEERIMINE

Eelnimetatud funktsionaalrühmade lisamine küllastumata süsivesinike koostisesse, nii nagu ka küllastunud süsivesinike puhul, toob kaasa vastavad derivaadid, millest moodustuvad ka vastavate orgaaniliste ühendite suured rühmad - küllastumata alkoholid, aldehüüdid jne. (joonis 10).

Riis. 10. KÜLLASTAMATA SÜSIVESIINID funktsionaalrühmadega

Näidatud ühenditele on antud lihtsustatud nimetused, täpne asukoht mitme sideme ja funktsionaalrühmade molekulis on näidatud ühendi nimes, mis on koostatud spetsiaalselt välja töötatud reeglite järgi.

Selliste ühendite keemilise käitumise määravad nii mitmiksidemete kui ka funktsionaalrühmade omadused.

II. SÜSITÜKLILISED SÜSIVESIINID sisaldavad tsüklilisi fragmente, mis on moodustatud ainult süsinikuaatomitest. Nad moodustavad kaks suurt rühma.

1. Alitsüklilised (st samaaegselt nii alifaatsed kui ka tsüklilised) süsivesinikud. Nendes ühendites võivad tsüklilised fragmendid sisaldada nii üksik- kui ka mitmiksidemeid, lisaks võivad ühendid sisaldada mitut tsüklilist fragmenti, nende ühendite nimetusse on lisatud eesliide “cyclo”, lihtsaim alitsükliline ühend on tsüklopropaan (joon. 12).

Riis. 12. ALITSÜLILISED SÜSIVESIINID

Lisaks ülaltoodutele on tsükliliste fragmentide ühendamiseks ka teisi võimalusi, näiteks võib neil olla üks ühine aatom (nn spirotsüklilised ühendid) või need võivad olla ühendatud nii, et kaks või enam aatomit on ühised. mõlemale tsüklile (bitsüklilised ühendid), kolme ja enama tsükli kombineerimisel on võimalik ka süsivesinike karkasside teke (joon. 14).

Riis. 14. TÜKLITE ÜHENDAMISE VÕIMALUSED alitsüklilistes ühendites: spirotsüklid, jalgrattad ja karkassid. Spiro- ja bitsükliliste ühendite nimetuses on märgitud sama sisaldav alifaatne süsivesinik koguarv süsinikuaatomeid, näiteks joonisel kujutatud spirotsükkel sisaldab kaheksa süsinikuaatomit, seega on selle nimi üles ehitatud sõna "oktaanarv" alusel. Adamantaanis on aatomid paigutatud samamoodi nagu teemandi kristallvõres, mis määras selle nime ( kreeka keel adamantose teemant)

Paljud mono- ja bitsüklilised alitsüklilised süsivesinikud, aga ka adamantaani derivaadid on osa naftast, nende üldnimetus on nafteenid.

Keemiliste omaduste poolest on alitsüklilised süsivesinikud lähedased vastavatele alifaatsetele ühenditele, kuid neil on tsüklilise struktuuriga seotud lisaomadus: väikesed tsüklid (36-liikmelised) on võimelised avanema mõne reaktiivi lisamisel (joonis 15).

Riis. 15. ALITSÜLILISTE SÜSIVESIKUTE REAKTSIOONID, jätkates tsükli avamist

Erinevate funktsionaalrühmade lisamine alitsükliliste süsivesinike koostisesse toob kaasa vastavad derivaadid alkoholid, ketoonid jne. (joonis 16).

Riis. 16. ALITSÜLILISED SÜSIVESIINID funktsionaalrühmadega

2. Teise suure karbotsükliliste ühendite rühma moodustavad benseeni tüüpi aromaatsed süsivesinikud, st mis sisaldavad oma koostises ühte või mitut benseenitsüklit (on ka aromaatsed ühendid mitte-benseeni tüüpi ( cm. AROMAATSUS). Kuid need võivad sisaldada ka küllastunud või küllastumata süsivesinikahelate fragmente (joonis 18).

Riis. 18. AROMAATSED SÜSIVESIINID.

On rühm ühendeid, milles benseenitsüklid näivad olevat kokku joodetud, need on nn kondenseerunud aromaatsed ühendid (joon. 20).

Riis. 20. KONDENSEERITUD AROMAATSED ÜHENDID

Paljud aromaatsed ühendid, sealhulgas kondenseeritud (naftaleen ja selle derivaadid), on õli osa, nende ühendite teine ​​allikas on kivisöetõrv.

Benseenitsüklitele ei ole iseloomulikud suurte raskustega ja karmides tingimustes toimuvad liitumisreaktsioonid, nende puhul on tüüpilisemad reaktsioonid vesinikuaatomite asendusreaktsioonid (joonis 21).

Riis. 21. ASENDUSREAKTSIOONID vesinikuaatomid aromaatses tuumas.

Lisaks benseeni tuumaga seotud funktsionaalsetele rühmadele (halogeen-, nitro- ja atsetüülrühmad) (joonis 21) saab sisse viia ka teisi rühmi, mille tulemuseks on vastavad aromaatsete ühendite derivaadid (joonis 22), mis moodustavad suuri benseeni tuumade klasse. orgaanilised ühendid - fenoolid, aromaatsed amiinid jne.

Riis. 22. AROMAATSED ÜHENDID funktsionaalrühmadega. Ühendeid, milles ne-OH rühm on seotud aromaatse tuuma süsinikuaatomiga, nimetatakse fenoolideks, vastupidiselt alifaatsetele ühenditele, kus selliseid ühendeid nimetatakse alkoholideks.

III. HETEROTSÜKLILISED SÜSIVESIINID sisaldavad tsüklis (lisaks süsinikuaatomitele) erinevaid heteroaatomeid: O, N, S. Ringid võivad olla erineva suurusega, sisaldada nii üksik- kui ka mitmiksidemeid, aga ka heterotsükliga seotud süsivesinikasendajaid. On võimalusi, kui heterotsükkel on benseenitsükli külge joodetud (joonis 24).

Riis. 24. HETEROTSÜLILISED ÜHENDID. Nende nimed on välja kujunenud ajalooliselt, näiteks sai furaan oma nime furaanaldehüüdi furfuraali järgi, mis on saadud kliidest ( lat. furfurkliid). Kõigi näidatud ühendite puhul on liitumisreaktsioonid keerulised ja asendusreaktsioonid üsna lihtsad. Seega on tegemist mittebenseeni tüüpi aromaatsete ühenditega.

Selle klassi ühendite mitmekesisus suureneb veelgi tänu sellele, et heterotsükkel võib tsüklis sisaldada kahte või enamat heteroaatomit (joonis 26).

Riis. 26. HETEROTSIKLID kahe või enama heteroaatomiga.

Nii nagu varem käsitletud alifaatsed, alitsüklilised ja aromaatsed süsivesinikud, võivad ka heterotsüklid sisaldada erinevaid funktsionaalseid rühmi (-OH, -COOH, -NH 2 jne) ning mõnel juhul võib tsüklis olevat heteroaatomit pidada ka funktsionaalrühmaks. kuna see on võimeline osalema vastavates teisendustes (joon. 27).

Riis. 27. HETEROATOM N funktsionaalse rühmana. Viimase ühendi nimes näitab täht "N", millise aatomiga metüülrühm on seotud.

Orgaanilise keemia reaktsioonid. Erinevalt reaktsioonidest anorgaaniline keemia, kus ioonid interakteeruvad suurel kiirusel (mõnikord hetkeliselt), kovalentseid sidemeid sisaldavad molekulid osalevad tavaliselt orgaaniliste ühendite reaktsioonides. Seetõttu kulgevad kõik interaktsioonid palju aeglasemalt kui ioonsete ühendite puhul (vahel kümneid tunde), sageli kõrgendatud temperatuuridel ja protsessi kiirendavate ainete – katalüsaatorite – juuresolekul. Paljud reaktsioonid kulgevad vaheetappide kaudu või mitmes paralleelses suunas, mis viib soovitud ühendi saagise märgatava vähenemiseni. Seetõttu kasutatakse reaktsioonide kirjeldamisel numbriliste koefitsientidega võrrandite asemel (mida anorgaanilises keemias traditsiooniliselt aktsepteeritakse) sageli reaktsiooniskeeme ilma stöhhiomeetrilisi suhteid täpsustamata.

Sageli seostatakse suurte orgaaniliste reaktsioonide klasside nimetust keemiline olemus aktiivne reaktiiv või ühendisse lisatud orgaanilise rühma tüüp:

a) halogeeni aatomi halogeenimine (joonis 8, esimene reaktsiooniskeem),

b) hüdrokloorimine, s.o. kokkupuude HCl-ga (joonis 8, teine ​​reaktsiooniskeem)

c) NO 2 nitrorühma nitreerimine (joonis 21, reaktsiooni teine ​​suund)

d) metalliaatomi metalliseerimine (joonis 27, esimene etapp)

a) alküülrühma alküülimine (joonis 27, teine ​​etapp)

b) atsüülrühma RC(O)- atsüülimine (joonis 27, teine ​​etapp)

Mõnikord viitab reaktsiooni nimetus molekuli ümberpaigutamise tunnustele, näiteks tsüklisatsioonitsükli moodustumine, detsükliseerimistsükli avanemine (joonis 15).

Suure klassi moodustavad kondensatsioonireaktsioonid ( lat. condensatio - tihendamine, paksenemine), mille käigus moodustuvad uued C-C sidemed koos kergesti eemaldatavate anorgaaniliste või orgaaniliste ühendite samaaegse moodustumisega. Kondenseerumist, millega kaasneb vee eraldumine, nimetatakse dehüdratsiooniks. Kondensatsiooniprotsessid võivad toimuda ka intramolekulaarselt, st ühe molekuli sees (joonis 28).

Riis. 28. KONDENSATSIOONI REAKTSIOONID

Benseeni kondenseerumisel (joonis 28) mängivad funktsionaalrühmade rolli CH-fragmendid.

Orgaaniliste reaktsioonide klassifikatsioon ei ole range, näiteks näidatud joonisel fig. 28 Maleiinhappe molekulisisese kondensatsiooni võib seostada ka tsükliseerimisreaktsioonidega ja benseeni kondenseerumist dehüdrogeenimisega.

On molekulisiseseid reaktsioone, mis erinevad mõnevõrra kondensatsiooniprotsessidest, kui fragment (molekul) eraldatakse kergesti eemaldatava ühendi kujul ilma funktsionaalrühmade ilmse osaluseta. Selliseid reaktsioone nimetatakse eliminatsiooniks ( lat. eliminare expel), samas moodustuvad uued ühendused (joonis 29).

Riis. 29. ELMINATSIOONI REAKTSIOONID

Variandid on võimalikud, kui ühiselt realiseeritakse mitut tüüpi teisendusi, mida on näidatud allpool ühendi näitel, milles kuumutamisel toimuvad erinevat tüüpi protsessid. Limashappe termilise kondenseerumise käigus (joonis 30) toimub molekulisisene dehüdratsioon ja sellele järgnev CO 2 eliminatsioon.

Riis. kolmkümmend. MUUHAPE MUUTMINE(saadud tammetõrusiirupist) püromukooshappeks, mida nimetatakse seetõttu, et seda saadakse lima kuumutamisel. Püroslimahape on heterotsükliline ühend furaan, millele on lisatud funktsionaalne (karboksüül) rühm. Reaktsiooni käigus katkevad C-O, CH sidemed ja tekivad uued. S-N ühendused ja S-S.

On reaktsioone, mille käigus molekuli ümberkorraldamine toimub koostist muutmata ( cm. ISOMERISEERIMINE).

Uurimismeetodid orgaanilises keemias. Kaasaegne orgaaniline keemia kasutab lisaks elemendianalüüsile palju füüsilised meetodid uurimine. Kõige keerulisemad ainete segud eraldatakse koostisosadeks kromatograafia abil, mis põhineb ainete lahuste või aurude liikumisel läbi sorbendi kihi. Infrapuna (termiliste) kiirte infrapunaspektroskoopiline ülekanne läbi lahuse või läbi õhukese ainekihi võimaldab tuvastada teatud molekuli fragmentide olemasolu aines, näiteks rühmad C 6 H 5, C \u003d O, NH2 jne.

Ultraviolettspektroskoopia, mida nimetatakse ka elektrooniliseks, kannab teavet molekuli elektroonilise oleku kohta; see on tundlik mitmete sidemete ja aromaatsete fragmentide olemasolu suhtes aines. Kristalliliste ainete analüüs röntgenkiirte abil (röntgendifraktsioonanalüüs) annab kolmemõõtmelise pildi aatomite paigutusest molekulis, mis on sarnane ülaltoodud animeeritud joonistel kujutatuga ehk teisisõnu võimaldab näha molekuli struktuur oma silmaga.

Tuumamagnetresonantsi spektraalmeetod, mis põhineb tuumade magnetmomentide resonantsinteraktsioonil välise magnetväljaga, võimaldab eristada ühe elemendi, näiteks vesiniku aatomeid, mis paiknevad molekuli erinevates fragmentides (süsivesinikus). skeletis, hüdroksüül-, karboksüül- või aminorühmas), samuti määrata nende osakaal. Sarnane analüüs on võimalik ka tuumade C, N, F jne puhul. Kõik need kaasaegsed füüsikalised meetodid on viinud intensiivse orgaanilise keemia uurimiseni – on saanud võimalikuks nende probleemide kiire lahendamine, mis varem kestsid aastaid.

Mõned orgaanilise keemia harud on kujunenud suurte iseseisvate valdkondadena, näiteks looduslike ainete keemia, ravimid, värvained, polümeeri keemia. 20. sajandi keskel orgaaniliste elementide ühendite keemia hakkas arenema iseseisva teadusharuna, mis uurib S-E sidet sisaldavaid aineid, kus tähis E tähistab mis tahes elementi (v.a süsinik, vesinik, hapnik, lämmastik ja halogeenid). Elusorganismides esinevate orgaaniliste ainete sünteesi ja muundumisi uurivas biokeemias on tehtud suuri edusamme. Kõigi nende valdkondade areng põhineb üldised seadused orgaaniline keemia.

Kaasaegne tööstuslik orgaaniline süntees hõlmab laia valikut erinevaid protsesse see on ennekõike suuremahuline õli ja gaasi töötlemine ning mootorikütuste, lahustite, jahutusvedelike, määrdeõlide tootmine, lisaks polümeeride, sünteetiliste kiudude, erinevate kattevaikude, liimide ja emailide süntees. Väikese tonnaažiga tööstused hõlmavad ravimite, vitamiinide, värvainete, toidu lisaainete ja lõhnaainete tootmist.

Mihhail Levitski

KIRJANDUS Karrer P. Orgaanilise keemia kursus, per. saksa keelest, GNTI Himlit, L., 1962
Cram D, Hammond J. Orgaaniline keemia, per. inglise keelest, Mir, M., 1964