Zo všetkej rozmanitosti chemické zlúčeniny väčšina (viac ako štyri milióny) obsahuje uhlík. Takmer všetky sú ekologické. Organické zlúčeniny sa nachádzajú v prírode, ako sú sacharidy, bielkoviny, vitamíny, hrajú dôležitá úloha v živote zvierat a rastlín. Mnohé organické látky a ich zmesi (plasty, guma, ropa, zemný plyn a iné) majú veľký význam pre rozvoj Národné hospodárstvo krajín.

Chémia zlúčenín uhlíka sa nazýva organická chémia. Takto veľký ruský organický chemik A.M. Butlerov. Nie všetky zlúčeniny uhlíka sú však zvyčajne klasifikované ako organické. Také jednoduché látky ako oxid uhoľnatý (II) CO, oxid uhličitý CO2, kyselina uhličitá H2CO3 a jeho soli, napríklad CaCO3, K2CO3, sú klasifikované ako anorganické zlúčeniny. Zloženie organických látok okrem uhlíka môže obsahovať ďalšie prvky. Najbežnejšie sú vodík, halogény, kyslík, dusík, síra a fosfor. Existujú aj organické látky obsahujúce iné prvky vrátane kovov.

2. Štruktúra atómu uhlíka (C), štruktúra jeho elektrónového obalu

2.1 Hodnota atómu uhlíka (C) v chemickej štruktúre organických zlúčenín

CARBON (lat. Carboneum), C, chemický prvok podskupina IVa periodický systém; atómové číslo 6, atómová hmotnosť 12.0107 sa vzťahuje na nekovy. Prírodný uhlík pozostáva z dvoch stabilných nuklidov - 12C (98,892 % hm.) a 13C (1,108 %) a jedného nestabilného - C s polčasom rozpadu 5730 rokov.

distribúcia v prírode. Uhlík tvorí 0,48 % hmotnosti zemská kôra, v ktorej medzi ostatnými prvkami obsadzuje 17. priečku. Hlavné horniny s obsahom uhlíka sú prírodné karbonáty (vápence a dolomity); množstvo uhlíka v nich je asi 9 610 ton.

Vo voľnom stave sa uhlík v prírode vyskytuje vo forme fosílnych palív, ako aj vo forme minerálov – diamantu a grafitu. Asi 1013 ton uhlíka sa koncentruje vo fosílnych palivách, ako je čierne a hnedé uhlie, rašelina, bridlica, bitúmen, ktoré tvoria silné akumulácie v útrobách Zeme, ako aj v prírodných horľavých plynoch. Diamanty sú extrémne zriedkavé. Dokonca aj horniny s diamantmi (kimberlity) neobsahujú viac ako 9 – 10 % diamantov s hmotnosťou spravidla nie viac ako 0,4 g.Nájdené veľké diamanty majú zvyčajne špeciálny názov. Najväčší diamant Cullinan s hmotnosťou 621,2 g (3106 karátov) bol nájdený v Južnej Afrike (Transvaal) v roku 1905 a najväčší ruský diamant Orlov s hmotnosťou 37,92 g (190 karátov) bol nájdený na Sibíri v polovici 17.

Čierno-sivý nepriehľadný, na dotyk mastný s kovovým leskom, grafit je nahromadenie plochých polymérnych molekúl uhlíkových atómov, voľne navrstvených na sebe. V tomto prípade sú atómy vo vrstve silnejšie prepojené ako atómy medzi vrstvami.

Diamant je iná vec. Vo svojom bezfarebnom, priehľadnom a vysoko refrakčnom kryštáli je každý atóm uhlíka chemicky viazaný na štyri rovnaké atómy umiestnené vo vrcholoch štvorstenu. Všetky väzby sú rovnako dlhé a sú veľmi silné. V priestore tvoria súvislý trojrozmerný rámec. Celý diamantový kryštál je akoby jednou obrovskou molekulou polyméru, ktorá nemá žiadne „slabé“ miesta, pretože sila všetkých väzieb je rovnaká.

Hustota diamantu pri 20°C je 3,51 g/cm3, grafitu - 2,26 g/cm3. Fyzikálne vlastnosti diamantu (tvrdosť, elektrická vodivosť, koeficient tepelnej rozťažnosti) sú prakticky rovnaké vo všetkých smeroch; je najtvrdšia zo všetkých látok, ktoré sa v prírode nachádzajú. V grafite sa tieto vlastnosti v rôznych smeroch - kolmých alebo rovnobežných s vrstvami uhlíkových atómov - značne líšia: pri malých bočných silách sa paralelné vrstvy grafitu navzájom posúvajú a delaminuje sa do samostatných vločiek, ktoré zanechávajú stopu na papieri. . Autor: elektrické vlastnosti diamant je dielektrikum, zatiaľ čo grafit vedie elektrinu.

Diamant sa pri zahriatí bez prístupu vzduchu nad 1000 °C mení na grafit. Grafit sa pri stálom zahrievaní za rovnakých podmienok nemení až do 3000 °C, kedy sublimuje bez roztavenia. K priamemu prechodu grafitu na diamant dochádza až pri teplotách nad 3000°C a obrovskom tlaku – asi 12 GPa.

Tretia alotropná modifikácia uhlíka - karabín - bola získaná umelo. Je to jemne kryštalický čierny prášok; vo svojej štruktúre sú dlhé reťazce atómov uhlíka navzájom paralelné. Každý reťazec má štruktúru (-C=C) L alebo (=C=C=) L. Priemerná hustota karbínu medzi grafitom a diamantom je 2,68-3,30 g/cm3. Jednou z najdôležitejších vlastností karabíny je jej kompatibilita s tkanivami ľudského tela, čo umožňuje jej využitie napríklad pri výrobe umelých ciev, ktoré telo neodmieta (obr. 1).

Fullerény dostali svoje meno nie na počesť chemika, ale na počesť amerického architekta R. Fullera, ktorý navrhol stavať hangáre a iné stavby v podobe kupol, ktorých povrch tvoria päťuholníky a šesťuholníky (takouto kupolou bola napr. postavený napríklad v moskovskom parku Sokolniki).

Pre uhlík je charakteristický aj stav s neusporiadanou štruktúrou – ide o tzv. amorfný uhlík (sadze, koks, drevené uhlie) obr. 2. Získanie uhlíka (C):

Väčšina látok okolo nás Organické zlúčeniny. Sú to tkanivá zvierat a rastlín, naše potraviny, lieky, odevy (bavlna, vlna a syntetické vlákna), palivá (ropa a zemný plyn), guma a plasty, čistiace prostriedky. V súčasnosti je známych viac ako 10 miliónov takýchto látok a ich počet sa každoročne výrazne zvyšuje vďaka tomu, že vedci izolujú neznáme látky z prírodných objektov a vytvárajú nové zlúčeniny, ktoré v prírode neexistujú.

Takáto rozmanitosť organických zlúčenín je spojená s jedinečnou vlastnosťou atómov uhlíka vytvárať silné kovalentné väzby, a to tak medzi sebou, ako aj s inými atómami. Atómy uhlíka, ktoré sa navzájom spájajú jednoduchými aj viacnásobnými väzbami, môžu vytvárať reťazce takmer akejkoľvek dĺžky a cyklov. Široká škála organických zlúčenín je tiež spojená s existenciou fenoménu izomérie.

Takmer všetky organické zlúčeniny obsahujú aj vodík, často obsahujú atómy kyslíka, dusíka, menej často - síry, fosforu, halogénov. Zlúčeniny obsahujúce atómy akýchkoľvek prvkov (s výnimkou O, N, S a halogénov) priamo viazané na uhlík sú zoskupené pod názvom organoprvkové zlúčeniny; hlavnou skupinou takýchto zlúčenín sú organokovové zlúčeniny (obr. 3).

Obrovské množstvo organických zlúčenín si vyžaduje ich jasnú klasifikáciu. Základom organickej zlúčeniny je kostra molekuly. Kostra môže mať otvorenú (neuzavretú) štruktúru, potom sa zlúčenina nazýva acyklická (alifatická; alifatické zlúčeniny sa nazývajú aj mastné zlúčeniny, pretože boli prvýkrát izolované z tukov) a uzavretá štruktúra, potom sa nazýva cyklická. Kostra môže byť uhlíková (pozostáva len z atómov uhlíka) alebo obsahuje iné atómy okrem uhlíka – tzv. heteroatómy, najčastejšie kyslík, dusík a síra. Cyklické zlúčeniny sa delia na karbocyklické (uhlíkové), ktoré môžu byť aromatické a alicyklické (obsahujúce jeden alebo viac kruhov) a heterocyklické.

Atómy vodíka a halogénu nie sú zahrnuté v kostre a heteroatómy sú zahrnuté v kostre iba vtedy, ak majú aspoň dve uhlíkové väzby. Takže v etylalkohole CH3CH2OH nie je atóm kyslíka zahrnutý v kostre molekuly, ale v dimetyléteri je v ňom zahrnutý CH3OCH3.

Okrem toho môže byť acyklický skelet nerozvetvený (všetky atómy sú usporiadané v jednom rade) a rozvetvený. Niekedy sa nerozvetvená kostra nazýva lineárna, ale treba si uvedomiť, že štruktúrne vzorce, ktoré najčastejšie používame, vyjadrujú iba poradie väzieb, a nie skutočné usporiadanie atómov. „Lineárny“ uhlíkový reťazec má teda cik-cak tvar a môže sa v priestore krútiť rôznymi spôsobmi.

V kostre molekuly sú štyri typy atómov uhlíka. Atóm uhlíka sa nazýva primárny, ak tvorí iba jednu väzbu s iným atómom uhlíka. Sekundárny atóm je viazaný na dva ďalšie atómy uhlíka, terciárny atóm na tri a kvartérny atóm využíva všetky štyri svoje väzby na vytvorenie väzieb s atómami uhlíka.

Ďalším klasifikačným znakom je prítomnosť viacnásobných väzieb. Organické zlúčeniny obsahujúce iba jednoduché väzby sa nazývajú nasýtené (obmedzujúce). Zlúčeniny obsahujúce dvojité alebo trojité väzby sa nazývajú nenasýtené (nenasýtené). V ich molekulách je menej atómov vodíka na atóm uhlíka ako v obmedzujúcich. Cyklické nenasýtené uhľovodíky benzénového radu sa izolujú do samostatnej triedy aromatických zlúčenín.

Tretím klasifikačným znakom je prítomnosť funkčných skupín, skupín atómov, charakteristických pre túto triedu zlúčenín a určujúcich jej chemické vlastnosti. Podľa počtu funkčných skupín sa organické zlúčeniny delia na monofunkčné – obsahujú jednu funkčnú skupinu, polyfunkčné – obsahujú viacero funkčných skupín, napr. glycerol, a heterofunkčné – viacero rôznych skupín, napr.

Podľa toho, ktorý atóm uhlíka má funkčnú skupinu, sa zlúčeniny delia na primárne, napríklad etylchlorid CH 3 CH 2 C1, sekundárny - izopropylchlorid (CH3) 2CHC1 a terciárny - butylchlorid (CH 8) 8 CCl.

Organická chémia - je to veda o zlúčeninách obsahujúcich uhlík a spôsoboch ich syntézy. Keďže rozmanitosť organických látok a ich premien je nezvyčajne veľká, štúdium tohto hlavného vedného odboru si vyžaduje osobitný prístup.

Ak máte akúkoľvek neistotu ohľadom možnosti úspešného zvládnutia predmetu, nezúfajte! 🙂 Nižšie je niekoľko tipov, ktoré vám pomôžu rozptýliť tieto obavy a uspieť!

• Zovšeobecňujúce schémy

Zaznamenajte všetky chemické premeny, s ktorými sa stretnete pri štúdiu konkrétnej triedy organických zlúčenín, do súhrnných diagramov. Môžete si ich nakresliť podľa seba. Tieto schémy, v ktorých sa zhromažďujú hlavné reakcie, vám poslúžia ako návod, ako ľahko nájsť spôsoby, ako premeniť jednu látku na druhú. Schémy môžu byť zavesené v blízkosti vášho pracoviska, aby vás častejšie upútali, takže si ich ľahšie zapamätáte. Je možné zostaviť jednu veľkú schému obsahujúcu všetky triedy organických zlúčenín. Napríklad tieto: alebo táto schéma:

Šípky musia byť očíslované a nižšie (pod diagramom) uvádzajú príklady reakcií a podmienok. Je možných viacero reakcií, vopred si nechajte veľa miesta. Objem bude veľký, ale veľmi vám pomôže pri riešení úloh 32 POUŽITIE v chémii "Reakcie potvrdzujúce príbuznosť organických zlúčenín" (predtým C3).

• Kontrolné karty

Pri štúdiu organickej chémie je potrebné sa učiť veľké číslo chemické reakcie, budete si musieť zapamätať a pochopiť, koľko transformácií prebieha. S tým vám môžu pomôcť špeciálne karty.

Získajte balíček kariet s rozmermi približne 8 x 12 cm. Na jednu stranu karty napíšte činidlá a na druhú stranu reakčné produkty:

Tieto karty môžete nosiť so sebou a prezerať si ich niekoľkokrát denne. Je užitočnejšie odkazovať na karty niekoľkokrát po dobu 5-10 minút ako raz, ale na dlhú dobu.

Keď je napísaných veľa takýchto kariet, mali by byť rozdelené do dvoch skupín:

skupina číslo 1 - tie, ktoré dobre poznáte, si ich pozriete raz za 1-2 týždne, a

skupina číslo 2 - tie, ktoré spôsobujú ťažkosti, prezeráte si ich každý deň, kým sa „neprečerpajú“ do skupiny číslo 1.

Tento spôsob sa dá použiť aj pri učení cudzieho jazyka, na jednu stranu kartičky napíšete slovo, na zadnú stranu jeho preklad, aby ste si mohli rýchlo doplniť lexikón. V niektorých jazykových kurzoch sa takéto karty vydávajú hotové. Tak toto je overená metóda!

• kontingenčnej tabuľky

Túto tabuľku je potrebné prepísať alebo vytlačiť (kopírovanie je k dispozícii po autorizácii na stránke), ak reakcia nie je typická pre túto triedu pripojenia, uveďte mínus a ak je typická, potom znamienko plus a číslo v poradí a pod tabuľkou napíšte príklady zodpovedajúce číslovaniu. Toto je tiež veľmi dobrý spôsob systematizovať organické vedomosti!

• Neustále opakovanie

Organická chémia, podobne ako cudzí jazyk, je kumulatívna disciplína. Nasledujúci materiál vychádza z toho, čo sme sa doteraz naučili. Preto sa pravidelne vracajte k preberaným témam.

• Modely molekúl

Keďže tvar a geometria molekúl má v organickej chémii veľký význam, je dobré, aby študent mal súbor molekulárnych modelov. Takéto modely, ktoré možno držať v rukách, pomôžu pri štúdiu stereochemických charakteristík molekúl.

Pamätajte, že pozornosť novým slovám a termínom je v organickej chémii rovnako dôležitá ako v iných disciplínach. Majte na pamäti, že čítanie literatúry faktu je vždy pomalšie ako čítanie beletrie. Nesnažte sa všetko rýchlo zakryť. Aby ste predloženému materiálu dobre porozumeli, je potrebné pomalé a premyslené čítanie. Môžete si ho prečítať dvakrát: prvýkrát na zbežnú recenziu, druhýkrát na bližšie štúdium.

Veľa štastia! Uspeješ!

Ak ste vstúpili na univerzitu, ale zatiaľ ste neprišli na túto náročnú vedu, sme pripravení odhaliť vám niekoľko tajomstiev a pomôcť vám naučiť sa organickú chémiu od nuly (pre „figurínov“). Treba len čítať a počúvať.

Základy organickej chémie

Organická chémia je vyčlenená ako samostatný poddruh vzhľadom na to, že predmetom jej štúdia je všetko, čo obsahuje uhlík.

Organická chémia je odvetvie chémie, ktoré sa zaoberá štúdiom zlúčenín uhlíka, štruktúrou takýchto zlúčenín, ich vlastnosťami a spôsobmi spájania.

Ako sa ukázalo, uhlík tvorí najčastejšie zlúčeniny s nasledujúcimi prvkami - H, N, O, S, P. Mimochodom, tieto prvky sú tzv. organogény.

Organické zlúčeniny, ktorých počet dnes dosahuje 20 miliónov, sú veľmi dôležité pre plnú existenciu všetkých živých organizmov. Nikto však nepochyboval, inak by človek štúdium tohto neznáma jednoducho odhodil do úzadia.

Ciele, metódy a teoretické koncepty organickej chémie sú prezentované nasledovne:

• Separácia fosílnych, živočíšnych alebo rastlinných surovín na samostatné látky;
• Purifikácia a syntéza rôznych zlúčenín;
• Odhalenie štruktúry látok;
• Stanovenie mechaniky priebehu chemických reakcií;
• Hľadanie vzťahu medzi štruktúrou a vlastnosťami organických látok.

Trochu z histórie organickej chémie

Možno neuveríte, ale už v staroveku obyvatelia Ríma a Egypta niečo pochopili v chémii.

Ako vieme, používali prírodné farbivá. A často museli použiť nie hotové prírodné farbivo, ale extrahovať ho izoláciou z celej rastliny (napríklad alizarín a indigo obsiahnuté v rastlinách).

Pamätať si môžeme aj kultúru pitia alkoholu. Tajomstvá výroby alkoholických nápojov sú známe v každom národe. Navyše mnohé staroveké národy poznali recepty na prípravu „horúcej vody“ z produktov obsahujúcich škrob a cukor.

Takto to pokračovalo veľa, veľa rokov a až v 16. a 17. storočí sa začali nejaké zmeny, malé objavy.

V 18. storočí sa istý Scheele naučil izolovať kyselinu jablčnú, vínnu, šťaveľovú, mliečnu, galovú a citrónovú.

Potom už bolo každému jasné, že produkty, ktoré sa dajú izolovať z rastlinných či živočíšnych surovín, majú veľa spoločných znakov. Zároveň sa veľmi líšili od anorganických zlúčenín. Preto ich služobníci vedy naliehavo potrebovali rozdeliť do samostatnej triedy a objavil sa pojem „organická chémia“.

Napriek tomu, že samotná organická chémia ako veda sa objavila až v roku 1828 (vtedy sa pánovi Wöhlerovi podarilo izolovať močovinu odparením kyanátu amónneho), v roku 1807 Berzelius zaviedol do názvoslovia organickej chémie prvý termín pre čajníky:

Odvetvie chémie, ktoré študuje látky pochádzajúce z organizmov.

Ďalším dôležitým krokom vo vývoji organickej chémie je teória valencie, ktorú v roku 1857 navrhli Kekule a Cooper, a teória chemickej štruktúry pána Butlerova z roku 1861. Už vtedy vedci začali zisťovať, že uhlík je štvormocný a je schopný vytvárať reťazce.

Vo všeobecnosti odvtedy veda pravidelne zažíva prevraty a nepokoje kvôli novým teóriám, objavom reťazcov a zlúčenín, ktoré umožnili aktívny rozvoj aj organickej chémii.

Samotná veda sa objavila v dôsledku skutočnosti, že vedecký a technologický pokrok nebol schopný zastaviť. Pokračoval v chôdzi a požadoval nové riešenia. A keď už v priemysle nestačil uhoľný decht, ľudia museli jednoducho vytvoriť novú organickú syntézu, ktorá nakoniec prerástla do objavu neskutočne dôležitej látky, ktorá je stále drahšia ako zlato – ropy. Mimochodom, práve vďaka organickej chémii sa zrodila jej „dcéra“ – podveda, ktorá sa volala „petrochémia“.

Ale toto je úplne iný príbeh, ktorý si môžete naštudovať sami. Ďalej vám odporúčame pozrieť si populárne vedecké video o organickej chémii pre figuríny:

No, ak nemáte čas a naliehavo potrebujete pomoc profesionálov, vždy viete, kde ich nájdete.

Alkány(nasýtené uhľovodíky, parafíny) - acyklické nasýtené uhľovodíky všeobecného vzorca C n H 2n+2. V súlade so všeobecným vzorcom sa tvoria alkány homologická séria.

Prví štyria zástupcovia majú polosystematické názvy - metán (CH 4), etán (C 2 H 6), propán (C 3 H 8), bután (C 4 H 10). Mená nasledujúcich členov série sú zostavené z koreňa (gréckych číslic) a prípony - en: pentán (C5H12), hexán (C6H14), heptán (C7H16) atď.

Atómy uhlíka v alkánoch sú v sp 3- hybridný stav. osi štyri sp3- orbitály smerujú k vrcholom štvorstenu, väzbové uhly sú 109°28.

Priestorová štruktúra metánu:

Energia C-C spojenia E s - s\u003d 351 kJ / mol, dĺžka väzby C-C je 0,154 nm.

C-C väzba v alkánoch je kovalentné nepolárne. S-N pripojenie - kovalentný slabo polárny.

Pre alkány, počnúc butánom, existujú štruktúrne izoméry(štruktúrne izoméry), ktoré sa líšia v poradí väzby medzi atómami uhlíka, s rovnakým kvalitatívnym a kvantitatívnym zložením a molekulovou hmotnosťou, ale líšia sa fyzikálne vlastnosti.

Spôsoby získavania alkánov

1. CnH2n+2 > 400-700 °C> С pH 2p+2 + С mH 2m,

Krakovanie oleja (priemyselná metóda). Alkány sú tiež izolované z prírodné zdroje(prírodné a súvisiace plyny, ropa, uhlia).

(hydrogenácia nenasýtených zlúčenín)

3. nCO + (2n + 1)H2 > CnH2n+2 + nH20 (získané zo syntézneho plynu (CO + H2))

4. (Wurtzova reakcia)

5. (Dumasova reakcia) CH3COONa + NaOH > t> CH4 + Na2C03

6. (Kolbeho reakcia)

Chemické vlastnosti alkánov

Alkány nie sú schopné adičných reakcií, pretože všetky väzby v ich molekulách sú nasýtené, sú charakterizované reakciami radikálovej substitúcie, tepelného rozkladu, oxidácie, izomerizácie.

1. (reaktivita klesá v sérii: F 2 > Cl 2 > Br 2 > (I 2 nejde), R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > RCH 3)

2. (Konovalovova reakcia)

3. CnH2n+2 + S02 + a02 > h?> CnH2n+1S03H - kyselina alkylsulfónová

(sulfónová oxidácia, reakčné podmienky: UV ožarovanie)

4.CH4> 1000 °C> C+ 2H2; 2CH4> t>1500 °C> C 2 H 2 + ZN 2 (rozklad metánu - pyrolýza)

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

6. 2С n H 2n + 2 + (Зn + 1) O 2 > 2nCO 2 + (2n + 2) Н 2 O (spaľovanie alkánov)

7. 2n- C 4 H 10 + 5O 2 > 4CH 3 COOH + 2H 2 O (oxidácia alkánov v priemysle; výroba kyseliny octovej)

8. n- C4H10 > iso- C4H10 (izomerizácia, AlCl3 katalyzátor)

2. Cykloalkány

Cykloalkány(cykloparafíny, naftény, cyklány, polymetylény) sú nasýtené uhľovodíky s uzavretým (cyklickým) uhlíkovým reťazcom. Všeobecný vzorec C n H 2n.

Atómy uhlíka v cykloalkánoch, rovnako ako v alkánoch, sú v sp 3- hybridný stav. homologická séria cykloalkány začínajú najjednoduchším cykloalkánom - cyklopropánom C 3 H 6, čo je plochý trojčlenný karbocyklus. Podľa pravidiel medzinárodnej nomenklatúry v cykloalkánoch sa uvažuje o hlavnom reťazci atómov uhlíka tvoriacich cyklus. Názov je postavený na názve tohto uzavretého reťazca s pridaním predpony „cyklo“ (cyklopropán, cyklobután, cyklopentán, cyklohexán atď.).

Štrukturálna izoméria cykloalkánov je spojená s rôznymi veľkosťami kruhov (štruktúry 1 a 2), štruktúrou a typom substituentov (štruktúry 5 a 6) a ich vzájomným usporiadaním (štruktúry 3 a 4).

Spôsoby získavania cykloalkánov

1. Získavanie z dihalogénderivátov uhľovodíkov

2. Príprava z aromatických uhľovodíkov

Chemické vlastnosti cykloalkánov

Chemické vlastnosti cykloalkánov závisia od veľkosti kruhu, ktorá určuje jeho stabilitu. Troj- a štvorčlenné cykly (malé cykly), keďže sú nasýtené, sa výrazne líšia od všetkých ostatných nasýtené uhľovodíky. Cyklopropán, cyklobután vstupujú do adičných reakcií. Pre cykloalkány (C 5 a vyššie) sú pre ich stabilitu charakteristické reakcie, pri ktorých je zachovaná cyklická štruktúra, t.j. substitučné reakcie.

1. Pôsobenie halogénov

2. Pôsobenie halogenovodíkov

Halogény vodíka nereagujú s cykloalkánmi obsahujúcimi päť alebo viac atómov uhlíka v cykle.

4. Dehydrogenácia

Alkény(nenasýtené uhľovodíky, etylénové uhľovodíky, olefíny) - nenasýtené alifatické uhľovodíky, ktorých molekuly obsahujú dvojitú väzbu. Všeobecný vzorec pre počet alkénov C n H 2n.

Podľa systematickej nomenklatúry sú názvy alkénov odvodené od názvov zodpovedajúcich alkánov (s rovnakým počtom atómov uhlíka) nahradením prípony – en na - en: etán (CH 3 -CH 3) - etén (CH 2 \u003d CH 2) atď. Hlavný reťazec je vybraný tak, aby nevyhnutne obsahoval dvojitú väzbu. Číslovanie atómov uhlíka začína od konca reťazca najbližšieho k dvojitej väzbe.

V molekule alkénu sú nenasýtené atómy uhlíka v sp 2-hybridizácia a dvojitá väzba medzi nimi je tvorená a- a p-väzbou. sp 2-Hybridné orbitály sú nasmerované k sebe pod uhlom 120° a jeden nehybridizovaný 2p-orbitálna, umiestnená pod uhlom 90 ° k rovine hybridu atómové orbitály.

Priestorová štruktúra etylénu:

Dĺžka väzby C=C 0,134 nm, energia väzby C=C Ec=c\u003d 611 kJ / mol, energia?-väzba E? = 260 kJ/mol.

Typy izomérie: a) reťazová izoméria; b) izoméria polohy dvojitej väzby; V) Z, E (cis, trans) - izoméria, druh priestorovej izomérie.

Spôsoby získavania alkénov

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

2. C2H5OH >H,S04, 170 °C> CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O (dehydratácia alkoholov)

3. (dehydrohalogenácia alkylhalogenidov podľa Zaitsevovho pravidla)

4. CH 2 Cl-CH 2 Cl + Zn > ZnCl 2 + CH 2 \u003d CH 2 (dehalogenácia dihalogénderivátov)

5. HC=CH + H2> Ni, t> CH 2 \u003d CH 2 (redukcia alkýnov)

Chemické vlastnosti alkénov

Pre alkény sú najcharakteristickejšie adičné reakcie, ktoré sa ľahko oxidujú a polymerizujú.

1. CH 2 \u003d CH2 + Br 2\u003e CH2Br-CH2Br

(prídavok halogénov, kvalitatívna reakcia)

2. (prídavok halogenovodíkov podľa Markovnikovovho pravidla)

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

4. CH2 \u003d CH2 + H20> H+> CH 3 CH 2 OH (hydratácia)

5. ZCH 2 \u003d CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O\u003e ZCH 2 OH-CH 2 OH + 2MnO 2 v + 2KOH (mierna oxidácia, kvalitatívna reakcia)

6. CH2 \u003d CH-CH2-CH3 + KMn04> H+> CO 2 + C 2 H 5 COOH (tvrdá oxidácia)

7. CH 2 \u003d CH-CH2-CH3 + O 3\u003e H2C \u003d O + CH3CH2CH \u003d O formaldehyd + propanal> (ozonolýza)

8. C2H4 + 3O2 > 2C02 + 2H20 (spaľovacia reakcia)

9. (polymerizácia)

10. CH3-CH \u003d CH2 + HBr\u003e peroxid> CH 3 -CH 2 -CH 2 Br (prídavok bromovodíka proti Markovnikovovmu pravidlu)

11. (substitučná reakcia v polohe ?)

alkíny(acetylénové uhľovodíky) - nenasýtené uhľovodíky, ktoré majú vo svojom zložení trojitú väzbu C?C. Všeobecný vzorec alkínov s jednou trojitou väzbou je CnH2n-2. Najjednoduchší zástupca radu alkínov CH?CH má triviálny názov acetylén. Podľa systematickej nomenklatúry sú názvy acetylénových uhľovodíkov odvodené od názvov zodpovedajúcich alkánov (s rovnakým počtom atómov uhlíka) nahradením prípony - en na -v: etán (CH3-CH3) - etín (CH?CH), atď. Hlavný reťazec je vybraný tak, aby nevyhnutne obsahoval trojitú väzbu. Číslovanie atómov uhlíka začína od konca reťazca najbližšieho k trojitej väzbe.

Na tvorbe trojitej väzby sa podieľajú atómy uhlíka sp- hybridný stav. Každý z nich má dve sp- hybridné orbitály nasmerované k sebe pod uhlom 180° a dva nehybridné p orbitály v uhle 90° voči sebe a voči sp hybridné orbitály.

Priestorová štruktúra acetylénu:

Typy izomérie: 1) izoméria polohy trojitej väzby; 2) izoméria uhlíkového skeletu; 3) medzitriedna izoméria s alkadiénmi a cykloalkénmi.

Spôsoby získavania alkínov

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

CaC2 + 2H20 > Ca (OH)2 + CH2CH (výroba acetylénu)

2,2CH4> t>1500 °C> HC = CH + ZN 2 (krakovanie uhľovodíkov)

3. CH3-CHCI2 + 2KOH> v alkohole> HC?CH + 2KCl + H20 (dehalogenácia)

CH2CI-CH2CI + 2KOH> v alkohole> HC=CH + 2KCI + H20

Chemické vlastnosti alkínov

Alkíny sa vyznačujú adičnými, substitučnými reakciami. Alkíny polymerizujú, izomerizujú a vstupujú do kondenzačných reakcií.

1. (hydrogenácia)

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

CHBr \u003d CHBr + Br 2\u003e CHBr 2 -CHBr 2 (prídavok halogénov, kvalitatívna reakcia)

3. CH3-C2CH + HBr> CH3-CBr \u003d CH2;

CH 3 -CBr \u003d CH 2 + HBr\u003e CH 3 -CBr 2 -CHg (prídavok halogenovodíkov podľa Markovnikovovho pravidla)

4. (hydratácia alínov, Kucherovova reakcia)

5.(prídavok alkoholov)

6. (upevnenie uhlíkového izolepu)

7.CH=CH + 2Ag20> NH3> AgC?CAgv + H 2 O (vznik acetylénidov, kvalitatívna reakcia pre terminálnu trojitú väzbu)

8.CH=CH + [0]> KMnO 4> HOOC-COOH > HCOOH + CO 2 (oxidácia)

9. CH=CH + CH=CH > CH2 \u003d CH-C=CH (katalyzátor - CuCl a NH4Cl, dimerizácia)

10.3HC=CH> C, 600 °C> C 6 H 6 (benzén) (cykloligomerizácia, Zelinského reakcia)

5. Diénové uhľovodíky

Alkadiény(diény) - nenasýtené uhľovodíky, ktorých molekuly obsahujú dve dvojité väzby. Všeobecný vzorec alkadiénov CnH2n_2. Vlastnosti alkadiénov do značnej miery závisia od vzájomného usporiadania dvojitých väzieb v ich molekulách.

Spôsoby získavania diénov

1. (metóda SV. Lebedeva)

2. (dehydratácia)

3. (dehydrogenácia)

Chemické vlastnosti diénov

Pre konjugované diény sú charakteristické adičné reakcie. Konjugované diény sú schopné viazať sa nielen na dvojité väzby (na C1 a C2, C3 a C4), ale aj na koncové (C1 a C4) atómy uhlíka za vzniku dvojitej väzby medzi C2 a C 3.

6. Aromatické uhľovodíky

arény, alebo aromatické uhľovodíky,- cyklické zlúčeniny, ktorých molekuly obsahujú stabilné cyklické skupiny atómov s uzavretým systémom konjugovaných väzieb, spojené pojmom aromatickosť, ktorá určuje spoločné znaky v štruktúre a chemických vlastnostiach.

Všetky väzby C-C v benzéne sú ekvivalentné, ich dĺžka je 0,140 nm. To znamená, že v molekule benzénu neexistujú žiadne čisto jednoduché a dvojité väzby medzi atómami uhlíka (ako vo vzorci, ktorý v roku 1865 navrhol nemecký chemik F. Kekule), a všetky sú zarovnané (sú lokalizované).

Vzorec Kekule

Benzénové homológy sú zlúčeniny vytvorené nahradením jedného alebo viacerých atómov vodíka v molekule benzénu uhľovodíkovými radikálmi (R): C6H5-R, R-C6H4-R. Všeobecný vzorec pre homologickú sériu benzénu CnH2n_6 (n> 6). Pre názvy aromatických uhľovodíkov sa hojne používajú triviálne názvy (toluén, xylén, kumén atď.). Systematické názvy sú postavené z názvu uhľovodíkového radikálu (predpona) a slova "benzén" (koreň): C 6 H 5 -CH 3 (metylbenzén), C 6 H 5 -C 2 H 5 (etylbenzén). Ak existujú dva alebo viac radikálov, ich poloha je označená počtom atómov uhlíka v kruhu, ku ktorému sú pripojené. Pre disubstituované benzény R-C 6 H 4 -R sa používa aj iný spôsob konštrukcie názvov, pri ktorom sa poloha substituentov uvádza pred triviálnym názvom zlúčeniny s predponami: orto-(o-) - substituenty susedných atómov uhlíka kruhu (1,2-); meta-(m-) - substituenty cez jeden atóm uhlíka (1,3-); pár-(P-) - substituenty na protiľahlé strany krúžky (1,4-).

Typy izomérie (štrukturálne): 1) polohy substituentov pre di-, tri- a tetra-substituované benzény (napríklad o-, m- A P-xylény); 2) uhlíkový skelet v bočnom reťazci obsahujúcom aspoň 3 atómy uhlíka; 3) substituenty (R), počnúc R=C2H5.

Spôsoby získavania aromatických uhľovodíkov

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

2. n- C6H14> Cr203, 300 °C> C6H6 + 4H2 (dehydrocyklizácia alkánov)

3. ZS2H2> C, 600 °C> C 6 H 6 (cyklotrimerizácia acetylénu, Zelinského reakcia)

Chemické vlastnosti aromatických uhľovodíkov

Autor: chemické vlastnosti arény sa líšia od nasýtených a nenasýtených uhľovodíkov. Pre arény najcharakteristickejšie reakcie prebiehajú so zachovaním aromatického systému, konkrétne substitučné reakcie atómov vodíka spojené s cyklom. Iné reakcie (adícia, oxidácia), pri ktorých sa zúčastňujú delokalizované väzby C-C benzénového kruhu a narúša sa jeho aromaticita, prebiehajú s ťažkosťami.

1. C6H6 + Cl2> AlCl3> C6H5Cl + HCl (halogenácia)

2. C6H6 + HN03> H2SO4> C6H5-NO2 + H20 (nitrácia)

3. C6H6> H2SO4> C6H5-SO3H + H20 (sulfonácia)

4. C6H6 + RCI> AlCl3> C6H5-R + HCl (alkylácia)

5. (acylácia)

6. C6H6 + ZN2> t, Ni> C6H12 cyklohexán (prídavok vodíka)

7. (1,2,3,4,5,6-hexachlórcyklohexán, pridanie chlóru)

8. C 6 H 5 -CH 3 + [O]> C 6 H 5 -COOH vrie s roztokom KMnO 4 (oxidácia alkylbenzénov)

7. Halogénované uhľovodíky

halogénované uhľovodíky nazývané deriváty uhľovodíkov, v ktorých je jeden alebo viac atómov vodíka nahradených atómami halogénu.

Spôsoby výroby halogénovaných uhľovodíkov

1. CH 2 \u003d CH 2 + HBr\u003e CH 3 -CH 2 Br (hydrohalogenácia nenasýtených uhľovodíkov)

CH=CH + HCl > CH2 \u003d CHCI

2. CH 3 CH 2 OH + РCl 5 > CH 3 CH 2 Cl + POCl 3 + HCl (príprava z alkoholov)

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

3. a) CH4 + Cl2 >hv> CH 3 Cl + HCl (halogenácia uhľovodíkov)

Chemické vlastnosti halogénovaných uhľovodíkov

Najvyššia hodnota pre zlúčeniny tejto triedy majú substitučné a eliminačné reakcie.

1. CH 3 CH 2 Br + NaOH (vodný roztok) > CH 3 CH 2 OH + NaBr (tvorba alkoholov)

2. CH3CH2Br + NaCN > CH3CH2CN + NaBr (tvorba nitrilov)

3. CH3CH2Br + NH3 > + Br - HBr- CH 3 CH 2 NH 2 (tvorba amínov)

4. CH 3 CH 2 Br + NaNO 2 > CH 3 CH 2 NO 2 + NaBr (tvorba nitrozlúčenín)

5. CH3Br + 2Na + CH3Br > CH3-CH3 + 2NaBr (Wurtzova reakcia)

6. CH 3 Br + Mg > CH 3 MgBr (vznik organohorečnatých zlúčenín, Grignardovo činidlo)

7. (dehydrohalogenácia)

alkoholy nazývané deriváty uhľovodíkov, ktorých molekuly obsahujú jednu alebo viac hydroxylových skupín (-OH) spojených s nasýtenými atómami uhlíka. Skupina -OH (hydroxylová, hydroxylová skupina) je funkčná skupina v molekule alkoholu. Systematické názvy sú dané názvom uhľovodíka s pridaním prípony - ol a číslo označujúce polohu hydroxyskupiny. Číslovanie sa vykonáva od konca reťazca najbližšieho k OH skupine.

Podľa počtu hydroxylových skupín sa alkoholy delia na jednosýtne (jedna -OH skupina), viacsýtne (dve alebo viac -OH skupín). Jednosýtne alkoholy: metanol CH3OH, etanol C2H5OH; dvojsýtny alkohol: etylénglykol (etándiol-1,2) HO-CH2-CH2-OH; trojsýtny alkohol: glycerol (propántriol-1,2,3) HO-CH2-CH(OH)-CH2-OH. Podľa toho, s ktorým atómom uhlíka (primárnym, sekundárnym alebo terciárnym) je hydroxyskupina spojená, sa rozlišujú primárne alkoholy R-CH2-OH, sekundárne R2CH-OH, terciárne R3C-OH.

Podľa štruktúry radikálov spojených s atómom kyslíka sa alkoholy delia na nasýtené alebo alkanoly (CH3CH2-OH), nenasýtené alebo alkenoly (CH2 \u003d CH-CH2-OH), aromatické (C 6H5CH2-OH).

Typy izomérie (štrukturálna izoméria): 1) izoméria polohy OH skupiny (začínajúc od C 3); 2) uhlíková kostra (začínajúc od C4); 3) medzitriedna izoméria s étermi (napríklad etylalkohol CH3CH2OH a dimetyléter CH3-O-CH3). Dôsledkom polarity väzby O-H a prítomnosti osamelých párov elektrónov na atóme kyslíka je schopnosť alkoholov vytvárať vodíkové väzby.

Spôsoby získavania alkoholov

1. CH 2 \u003d CH2 + H20 / H +\u003e CH3-CH2OH (hydratácia alkénu)

2. CH3-CHO + H2> t, Ni> C 2 H 5 OH (redukcia aldehydov a ketónov)

3. C 2 H 5 Br + NaOH (aq.) > C 2 H 5 OH + NaBr (hydrolýza halogénderivátov)

ClCH2-CH2Cl + 2NaOH (aq.) > HOCH2-CH20H + 2NaCl

4. CO + 2H2> ZnO, CuO, 250 °C, 7 MPa> CH 3 OH (výroba metanolu, priemysel)

5. C6H1206> droždie> 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 (monózová fermentácia)

6. 3CH 2 \u003d CH2 + 2KMnO4 + 4H20\u003e 3CH2OH-CH2OH - etylénglykol+ 2KOH + 2MnO2 (oxidácia za miernych podmienok)

7. a) CH 2 \u003d CH-CH 3 + O 2\u003e CH 2 \u003d CH-CHO + H20

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

c) CH2 \u003d CH-CH2OH + H202\u003e HOCH2-CH (OH)-CH2OH (získanie glycerolu)

Chemické vlastnosti alkoholov

Chemické vlastnosti alkoholov sú spojené s prítomnosťou -OH skupiny v ich molekule. Alkoholy sa vyznačujú dvoma typmi reakcií: štiepením C-O spojenia a O-N pripojenia.

1. 2C 2 H 5 OH + 2Na > H 2 + 2C 2 H 5 ONa (vznik alkoholátov kovov Na, K, Mg, Al)

2. a) C2H5OH + NaOH? (nefunguje vo vodnom roztoku)

b) CH2OH-CH2OH + 2NaOH> NaOCH2-CH2ONa + 2H20

c) (kvalitatívna reakcia na viacsýtne alkoholy - vznik svetlomodrého roztoku s hydroxidom meďnatým)

3. a) (tvorba esterov)

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

4. a) C2H5OH + HBr> C2H5Br + H20

b) C2H5OH + РCl5 > C2H5CI + POCI3 + HCl

c) C 2 H 5 OH + SOCl 2 > C 2 H 5 Cl + SO 2 + HCl (náhrada hydroxylovej skupiny halogénom)

5. C2H5OH + HOC2H5 > H2SO4,<140 °C > C2H5-O-C2H5 + H2O (intermolekulárna hydratácia)

6. C2H5OH> H2S04, 170 °C> CH 2 \u003d CH 2 + H 2 O (intramolekulárna hydratácia)

7. a) (dehydrogenácia, oxidácia primárnych alkoholov)

Fenoly sa nazývajú deriváty arénu, v ktorých je jeden alebo viac atómov vodíka aromatického kruhu nahradených hydroxylovými skupinami. Podľa počtu hydroxylových skupín v aromatickom kruhu sa rozlišujú jedno- a polyatómové (dvoj- a trojatómové) fenoly. Pre väčšinu fenolov sa používajú triviálne názvy. Štrukturálna izoméria fenolov je spojená s rôznymi polohami hydroxylových skupín.

Spôsoby získavania fenolov

1. C 6 H 5 Cl + NaOH (p, 340 °C) > C 6 H 5 OH + NaCl (alkalická hydrolýza halogénovaných uhľovodíkov)

2. (kuménový spôsob získavania)

3. C 6 H 5 SO 3 Na + NaOH (300–350°C) > C 6 H 5 OH + Na 2 SO 3 (alkalické topenie solí aromatických sulfónových kyselín)

Chemické vlastnosti fenolov

Fenoly vo väčšine väzbových reakcií O-N aktívnejšie alkoholy, keďže táto väzba je polárnejšia v dôsledku posunu elektrónovej hustoty z atómu kyslíka smerom k benzénovému kruhu (účasť nezdieľaného elektrónového páru atómu kyslíka v n-konjugačnom systéme). Kyslosť fenolov je oveľa vyššia ako kyslosť alkoholov.

Pre fenoly nie sú reakcie štiepenia väzby C-O typické. Vzájomný vplyv atómov v molekule fenolu sa prejavuje nielen v správaní sa hydroxyskupiny, ale aj vo väčšej reaktivite benzénového kruhu.

Hydroxylová skupina zvyšuje hustotu elektrónov v benzénovom kruhu, najmä v orto- A pár- polohách (+ M efekt OH skupiny). Na detekciu fenolov sa používa kvalitatívna reakcia s chloridom železitým. Monatomické fenoly poskytujú stabilnú modrofialovú farbu, ktorá je spojená s tvorbou komplexných zlúčenín železa.

1. 2C6H5OH + 2Na > 2C6H5ONa + H2 (rovnaké ako etanol)

2. C 6 H 5 OH + NaOH > C 6 H 5 ONa + H 2 O (na rozdiel od etanolu)

C 6 H 5 ONa + H 2 O + CO 2 > C 6 H 5 OH + NaHCO 3 (fenol je slabšia kyselina ako uhličitá)

Fenoly pri reakciách s kyselinami netvoria estery. Na tento účel sa používajú reaktívnejšie deriváty kyselín (anhydridy, chloridy kyselín).

4. C6H5OH + CH3CH2OH> NaOH> C6H5OCH2CH3 + NaBr (O-alkylácia)

(interakcia s brómovou vodou, kvalitatívna reakcia)

6. (Nitráciou zriedená HNO 3, nitráciou konc. HNO 3 vzniká 2,4,6-trinitrofenol)

7. n C6H5OH+ n CH20> n H20+ (-C6H3OH-CH2-) n(polykondenzácia, získanie fenolformaldehydových živíc)

10. Aldehydy a ketóny

Aldehydy sú zlúčeniny, v ktorých je karbonylová skupina

pripojený k uhľovodíkovému radikálu a atómu vodíka a ketóny- karbonylové zlúčeniny s dvoma uhľovodíkovými radikálmi.

Systematické názvy aldehydov sú postavené na názve zodpovedajúceho uhľovodíka s pridaním prípony –al. Číslovanie reťazcov začína od karbonylového uhlíkového atómu. Triviálne názvy sú odvodené od triviálnych názvov tých kyselín, na ktoré sa aldehydy premieňajú počas oxidácie: H2C \u003d O - metanál (formaldehyd, formaldehyd); CH 3 CH=O - ethanal (aldehyd kyseliny octovej). Systematické názvy ketónov jednoduchej štruktúry sú odvodené od názvov radikálov s pridaním slova „ketón“. Vo všeobecnejšom prípade je názov ketónu vytvorený z názvu zodpovedajúceho uhľovodíka a prípony -On; číslovanie reťazcov začína od konca reťazca najbližšieho ku karbonylovej skupine. Príklady: CH3-CO-CH3-dimetylketón (propanón, acetón). Aldehydy a ketóny sa vyznačujú štruktúrnou izomériou. Izoméria aldehydov: a) izoméria uhlíkového skeletu, začínajúc od C4; b) medzitriedna izoméria. Izoméria ketónov: a) uhlíkový skelet (s C 5); b) polohy karbonylovej skupiny (s C5); c) medzitriedna izoméria.

Atómy uhlíka a kyslíka v karbonylovej skupine sú v stave sp2- hybridizácia. Väzba C=O je vysoko polárna. Elektróny násobnej väzby C=O sú posunuté na elektronegatívny atóm kyslíka, čo vedie k tomu, že sa na ňom objaví čiastočný negatívny náboj a karbonylový atóm uhlíka získa čiastočný pozitívny náboj.

Spôsoby získavania aldehydov a ketónov

1. a) (dehydrogenácia, oxidácia primárnych alkoholov)

b) (dehydrogenácia, oxidácia sekundárnych alkoholov)

2. a) CH3CH2CHCI2 + 2NaOH> vo vode> CH 3 CH 2 CHO + 2NaCl + H 2 O (hydrolýza dihalogénderivátov)

b) CH3C12CH3 + 2NaOH> vo vode> CH3COCH3 + 2NaCl + H20

3. (hydratácia alkínov, Kucherovova reakcia)

4. (oxidácia etylénu na etanol)

(oxidácia metánu na formaldehyd)

CH4+02> 400-600 °C NO> H2C \u003d O + H20

Chemické vlastnosti aldehydov a ketónov

Pre karbonylové zlúčeniny sú charakteristické reakcie rôzneho typu: a) adícia na karbonylovú skupinu; b) redukcia a oxidácia; c) kondenzácia; e) polymerizácia.

1. (prídavok kyseliny kyanovodíkovej, tvorba hydroxynitrilov)

2. (prídavok hydrosíranu sodného)

3. (zotavenie)

4. (tvorba poloacetálov a acetálov)

5. (interakcia s hydroxolamínom, tvorba acetaldehydoxímu)

6. (tvorba dihalogénderivátov)

7. (a-halogenácia v prítomnosti OH?)

8. (Albdolova kondenzácia)

9. R-CH \u003d O + Ag20> NH3> R-COOH + 2Agv (oxidácia, strieborná zrkadlová reakcia)

R-CH \u003d O + 2Cu (OH) 2\u003e R-COOH + Cu2Ov, + 2H20 (červená zrazenina, oxidácia)

10. (oxidácia ketónov, ťažké podmienky)

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

11. Karboxylové kyseliny a ich deriváty

karboxylové kyseliny nazývané organické zlúčeniny obsahujúce jednu alebo viac karboxylových skupín -COOH spojených s uhľovodíkovým radikálom. Podľa počtu karboxylových skupín sa kyseliny delia na: jednosýtne (monokarboxylové) CH 3 COOH (octové), viacsýtne (dikarboxylové, trikarboxylové a pod.). Podľa povahy uhľovodíkového radikálu sa rozlišujú kyseliny: obmedzujúce (napríklad CH3CH2CH2COOH); nenasýtené (CH2 \u003d CH (-COOH); aromatické (C6H5COOH).

Systematické názvy kyselín sú dané názvom príslušného uhľovodíka s prídavkom prípony -Nový a slová "kyselina": HCOOH - kyselina metánová (mravčia), CH 3 COOH - kyselina etánová (octová). Pre karboxylové kyseliny je charakteristická štruktúrna izoméria: a) skeletálna izoméria v uhľovodíkovom radikále (začínajúc od C4); b) medzitriedna izoméria, začínajúca od C2. Možná cis-trans izoméria v prípade nenasýtených karboxylových kyselín. elektrónová hustota? - väzby v karbonylovej skupine sú posunuté smerom k atómu kyslíka. Výsledkom je, že karbonylový uhlík nemá elektrónovú hustotu a priťahuje osamelé páry atómu kyslíka hydroxylovej skupiny, v dôsledku čoho sa hustota elektrónov väzby O-H posúva smerom k atómu kyslíka, vodík sa stáva mobilným a získava schopnosť odštiepiť sa vo forme protónu.

Vo vodnom roztoku sa karboxylové kyseliny disociujú na ióny:

R-COOH - R-COO? + H +

Rozpustnosť vo vode a vysoké teploty varu kyselín sú spôsobené tvorbou medzimolekulových vodíkových väzieb.

Spôsoby získavania karboxylových kyselín

1. CH 3 -CCl 3 + 3NaOH > CH 3 -COOH + 3NaCl + H 2 O (hydrolýza trihalogénových derivátov)

2. R-CHO + [O] > R-COOH (oxidácia aldehydov a ketónov)

3. CH3-CH \u003d CH2 + CO + H20 / H + > Ni, p, t> CH3-CH2-CH2-COOH (oxosyntéza)

4. CH3C?N + 2H20 / H + > CH3COOH + NH4 (hydrolýza nitrilov)

5. CO + NaOH > HCOONa; 2HCOONa + H2S04 > 2HCOOH + Na2S04 (získanie HCOOH)

Chemické vlastnosti karboxylových kyselín a ich derivátov

Karboxylové kyseliny vykazujú vysokú reaktivitu a reagujú s rôznymi látkami za vzniku rôznych zlúčenín, medzi ktorými sú veľmi dôležité funkčné deriváty: estery, amidy, nitrily, soli, anhydridy, halogénanhydridy.

1. a) 2CH 3 COOH + Fe > (CH 3 COO) 2 Fe + H 2 (tvorba solí)

b) 2CH3COOH + MgO > (CH3COO) 2 Mg + H20

c) CH3COOH + KOH > CH3COOK + H20

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

CH 3 COONa + H 2 O - CH 3 COOH + NaOH (hydrolyzujú sa soli karboxylových kyselín)

2. (tvorba vnorených esterov)

(zmydelnenie vnoreného éteru)

3. (získavanie chloridov kyselín)

4. (rozklad vody)

5. CH3-COOH + Cl2> hv> Cl-CH2-COOH + HCl (halogenácia v?-polohe)

6. HO-CH \u003d O + Ag20> NH3> 2Ag + H2CO3 (H2O + CO2) (vlastnosti HCOOH)

HCOOH > t> CO + H20

Tuky- estery glycerolu a vyšších jednosýtnych karboxylových kyselín. Spoločný názov takými zlúčeninami sú triglyceridy. Zloženie prírodných triglyceridov zahŕňa zvyšky nasýtených kyselín (palmitová C 15 H 31 COOH, stearová C 17 H 35 COOH) a nenasýtených kyselín (olejová C 17 H 33 COOH, linolová C 17 H 31 COOH). Tuky pozostávajú hlavne z triglyceridov nasýtených kyselín. Rastlinné tuky - oleje (slnečnicový, sójový) - tekutiny. Zloženie triglyceridov olejov zahŕňa zvyšky nenasýtených kyselín.

Tuky ako estery sa vyznačujú reverzibilnou hydrolytickou reakciou katalyzovanou minerálnymi kyselinami. Za účasti alkálií dochádza k nevratnej hydrolýze tukov. Produktmi sú v tomto prípade mydlá – soli vyšších karboxylových kyselín a alkalických kovov. Soli sodné sú tuhé mydlá, draselné soli sú tekuté. Reakcia alkalickej hydrolýzy tukov sa nazýva aj zmydelnenie.

Amines- organické deriváty amoniaku, v molekule ktorých je jeden, dva alebo tri atómy vodíka nahradené uhľovodíkovými radikálmi. Podľa počtu uhľovodíkových radikálov sa rozlišujú primárne RNH2, sekundárne R2NH, terciárne R3N amíny. Podľa charakteru uhľovodíkového radikálu sa amíny delia na alifatické (mastné), aromatické a zmiešané (alebo mastno-aromatické). Názvy amínov sú vo väčšine prípadov tvorené z názvov uhľovodíkových radikálov a prípony -amín. Napríklad CH3NH2 je metylamín; CH3-CH2-NH2-etylamín. Ak amín obsahuje rôzne radikály, potom sú uvedené v abecednom poradí: CH3-CH2-NH-CH3-metyletylamín.

Izoméria amínov je určená počtom a štruktúrou radikálov, ako aj polohou aminoskupiny. N-H spojenie je polárny, takže primárne a sekundárne amíny tvoria medzimolekulové vodíkové väzby. Terciárne amíny netvoria spojené vodíkové väzby. Amíny sú schopné vytvárať vodíkové väzby s vodou. Preto sú nižšie amíny vysoko rozpustné vo vode. S nárastom počtu a veľkosti uhľovodíkových radikálov klesá rozpustnosť amínov vo vode.

Spôsoby získavania amínov

1. R-NO 2 + 6 [H] > R-NH 2 + 2H 2 O (redukcia nitrozlúčenín)

2. NH3 + CH3I > I? > NH3> CH3NH2 + NH4I (alkylácia amoniaku)

3. a) C6H5-N02 + 3 (NH4)2S> C6H5-NH2 + 3S + 6NH3 + 2H20 (Zinínová reakcia)

b) C6H5-NO2 + 3Fe + 6HCl> C6H5-NH2 + 3FeCl2 + 2H20 (redukcia nitrozlúčenín)

c) C6H5-N02 + ZN2> katalyzátor, t> C6H5-NH2 + 2H20

4. R-C=N + 4[H]> RCH2NH2 (redukcia nitrilov)

5. ROH + NH3 > Al203, 350 °C> RNH2 + 2H20 (získanie nižších alkylamínov C2-C4)

Chemické vlastnosti amínov

Amíny majú štruktúru podobnú amoniaku a vykazujú podobné vlastnosti. V amoniaku aj amínoch má atóm dusíka osamelý elektrónový pár. Amíny sa vyznačujú výraznými zásaditými vlastnosťami. Vodné roztoky alifatické amíny vykazujú alkalickú reakciu. Alifatické amíny sú silnejšie zásady ako amoniak. Aromatické amíny sú slabšie bázy ako amoniak, pretože nezdieľaný elektrónový pár atómu dusíka je posunutý smerom k benzénovému kruhu a konjuguje sa s jeho a-elektrónmi.

Ovplyvňuje sa zásaditosť amínov rôzne faktory: elektrónové účinky uhľovodíkových radikálov, priestorové skríning atómu dusíka radikálmi, ako aj schopnosť výsledných iónov stabilizovať sa v dôsledku solvatácie v prostredí rozpúšťadla. V dôsledku donorového efektu alkylových skupín sa zásaditosť alifatických amínov v plynnej fáze (bez rozpúšťadla) zvyšuje v sérii: primárna< 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 (interakcia s vodou)

2. (CH 3) 2 NH + HCl > [(CH 3) 2 NH 2] Cl dimetylamóniumchlorid (reakcia s kyselinami)

[(CH 3) 2 NH 2] Cl + NaOH > (CH 3) 2 NH + NaCl + H 2 O (reakcia amínových solí s alkáliami)

(acylácia, nefunguje s terciárnymi amínmi)

4. R-NH2 + CH3I> I? > NH3> CH3NHR + NH4I (alkylácia)

5. Interakcia s kyselinou dusitou: štruktúra produktov reakcie s kyselinou dusitou závisí od povahy amínu. Preto sa táto reakcia používa na rozlíšenie medzi primárnymi, sekundárnymi a terciárnymi amínmi.

a) R-NH2 + HNO2 > R-OH + N2 + H20 (primárne mastné amíny)

b) C6H5-NH2 + NaN02 + HCl > [C6H5-N^N] + Cl? - diazóniová soľ (primárne aromatické amíny)

c) R2NH + H-O-N \u003d O\u003e R2N-N \u003d O (N-nitrózamín) + H20 (sekundárne mastné a aromatické amíny)

d) R3N + H-O-N \u003d O\u003e žiadna reakcia pri nízkej teplote (terciárne mastné amíny)

(terciárne aromatické amíny)

vlastnosti anilínu. Anilín je charakterizovaný reakciami na aminoskupine aj na benzénovom kruhu. Benzénový kruh oslabuje základné vlastnosti aminoskupiny v porovnaní s alifatickými amínmi a amoniakom, ale vplyvom aminoskupiny sa benzénový kruh v porovnaní s benzénom stáva aktívnejší v substitučných reakciách.

C6H5-NH2 + HCl > Cl \u003d C6H5NH2 HCl

C6H5NH2HCl + NaOH > C6H5NH2 + NaCl + H20

C6H5NH2 + CH3I > t> +ja?

14. Aminokyseliny

Aminokyseliny nazývané heterofunkčné zlúčeniny, ktorých molekuly obsahujú aminoskupinu aj karboxylovú skupinu. V závislosti od vzájomného usporiadania amino- a karboxylových skupín sa aminokyseliny delia na ?-, ?-, ?- atď. Podľa IUPAC sa pre názov aminokyselín skupina NH 2 nazýva predpona amino-, s uvedením čísla atómu uhlíka, na ktorý sa viaže, za ktorým nasleduje názov zodpovedajúcej kyseliny.

kyselina 2-aminopropánová (a-aminopropánová, a-alanín) kyselina 3-aminopropánová (a-aminopropánová, a-alanín) kyselina 6-aminohexánová (a-aminokaprónová)

Podľa povahy uhľovodíkového radikálu sa rozlišujú alifatické (mastné) a aromatické aminokyseliny. Izoméria aminokyselín závisí od štruktúry uhlíkového skeletu, polohy aminoskupiny vo vzťahu ku karboxylovej skupine. Aminokyseliny sú tiež charakterizované optickou izomériou.

Spôsoby získavania aminokyselín

1. (amonolýza halogénových kyselín)

2. CH2 \u003d CH-COOH + NH3 > H2N-CH2-CH2-COOH (adícia amoniaku do a, p-nenasýtených kyselín)

(pôsobenie HCN a NH3 na aldehydy alebo ketóny)

4. Hydrolýza bielkovín pod vplyvom enzýmov, kyselín alebo zásad.

5. Mikrobiologická syntéza.

Chemické vlastnosti aminokyselín

Aminokyseliny vykazujú vlastnosti zásad vďaka aminoskupine a vlastnosti kyselín vďaka karboxylovej skupine, to znamená, že ide o amfotérne zlúčeniny. V kryštalickom stave a v prostredí blízkom neutrálnemu existujú aminokyseliny vo forme vnútornej soli - dipolárneho iónu, nazývaného aj zwitterión H 3 N + -CH 2 -COO?.

1. H2N-CH2-COOH + HCl > Cl? (tvorba solí na aminoskupine)

2. H2N-CH2-COOH + NaOH> H2N-CH2-COO?Na + + H20 (tvorba solí)

(tvorba esteru)

(acylácia)

5. + NH3-CH2-COO? + 3CH3I > -AHOJ> (CH3)3N+-CH2-COO? - betaín kyseliny aminooctovej

(alkylácia)

(interakcia s kyselinou dusitou)

7. n H2N-(CH2)5-COOH> (-HN-(CH2)5-CO-) n+ n H2O (získavanie kapróna)

15. Sacharidy. Monosacharidy. Oligosacharidy. Polysacharidy

Sacharidy(cukor) - organické zlúčeniny s podobnou štruktúrou a vlastnosťami, z ktorých väčšina je vyjadrená vzorcom С x (Н 2 O) y, kde x, y? 3.

Klasifikácia:

Monosacharidy nie sú hydrolyzované za vzniku jednoduchších sacharidov. Oligo- a polysacharidy sa štiepia kyslou hydrolýzou na monosacharidy. Známi zástupcovia: glukóza (hroznový cukor) C 6 H 12 O 6, sacharóza (trstinový, repný cukor) C 12 H 22 O 11, škrob a celulóza [C 6 H 10 O 5] n.

Ako získať

1. mC02 + nH20 > hv, chlorofyl> C m (H 2 O) n (sacharidy) + mO 2 (získané fotosyntézou)

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

(metabolizmus: glukóza sa oxiduje s uvoľnením veľkého množstva energie v živom organizme počas metabolizmu)

2. 6nC02 + 5 nH20 > hv, chlorofyl> (C 6 H 10 O 5) n + 6 nO 2 (získavanie škrobu alebo celulózy)

Chemické vlastnosti

Monosacharidy. Všetky monosy v kryštalickom stave majú cyklickú štruktúru (a- alebo?-). Po rozpustení vo vode sa cyklický poloacetál zničí a zmení sa na lineárnu (oxo-) formu.

Chemické vlastnosti monosacharidov sú spôsobené prítomnosťou troch typov funkčných skupín v molekule (karbonyl, alkoholové hydroxyly a glykozidický (hemiacetálový) hydroxyl).

1. C 5 H 11 O 5 -CHO (glukóza) + Ag 2 O > NH 3 > CH 2 OH- (CHOH) 4 -COOH (kyselina glukónová) + 2Ag (oxidácia)

2. C5H11O5-CHO (glukóza) + [H]> CH2OH-(CHOH)4-CH2OH (sorbitol) (redukcia)

(monoalkylácia)

(polyalkylácia)

5. Najdôležitejšou vlastnosťou monosacharidov je ich enzymatická fermentácia, teda štiepenie molekúl na fragmenty pôsobením rôznych enzýmov. Fermentácia prebieha hlavne hexózami za prítomnosti enzýmov vylučovaných kvasinkami, baktériami alebo plesňami. V závislosti od povahy aktívneho enzýmu sa rozlišujú reakcie nasledujúcich typov:

a) C 6 H 12 O 6 > 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 (alkoholová fermentácia);

b) C6H12O6 > 2CH3-CH (OH)-COOH (mliečna fermentácia);

c) C6H12O6 > C3H7COOH + 2C02 + 2H20 (maslová fermentácia);

d) C6H1206 + 02 > HOOC-CH2-C (OH) (COOH) -CH2-COOH + 2H20 (fermentácia kyseliny citrónovej);

e) 2C6H1206 > C4H9OH + CH3-CO-CH3 + 5C02 + 4H2 (acetón-butanolová fermentácia).

Disacharidy. Disacharidy sú sacharidy, ktorých molekuly pozostávajú z dvoch monosacharidových zvyškov, ktoré sú navzájom spojené interakciou hydroxylových skupín (dve poloacetálové alebo jeden poloacetálový a jeden alkohol). Neprítomnosť alebo prítomnosť glykozidického (hemacetálového) hydroxylu ovplyvňuje vlastnosti disacharidov. Biozy sú rozdelené do dvoch skupín: regenerujúci A neobnovenie. Redukčné biozy sú schopné vykazovať vlastnosti redukčných činidiel a pri interakcii s roztok amoniaku striebro sa oxiduje na zodpovedajúce kyseliny, obsahujú vo svojej štruktúre glykozidický hydroxyl, väzba medzi monosami je glykozid-glykóza. Vzdelávacia schéma regenerujúci bios na príklade maltózy:

Disacharidy sa vyznačujú hydrolytickou reakciou, v dôsledku ktorej sa tvoria dve molekuly monosacharidov:

Príkladom najbežnejších disacharidov v prírode je sacharóza (repný alebo trstinový cukor). Molekula sacharózy pozostáva zo zvyškov β-D-glukopyranózy a β-D-fruktofuranózy, ktoré sú navzájom spojené interakciou hemiacetálových (glykozidových) hydroxylov. Biozy tohto typu nevykazujú redukčné vlastnosti, pretože vo svojej štruktúre neobsahujú glykozidický hydroxyl, vzťah medzi monosami je glykozid-glykozidový. Tieto disacharidy sú tzv neobnovuje sa, t.j. neschopný oxidovať.

Schéma tvorby sacharózy:

Inverzia sacharózy. Kyslá hydrolýza (+) sacharózy alebo pôsobenie invertázy produkuje rovnaké množstvá D (+) glukózy a D (-) fruktózy. Hydrolýzu sprevádza zmena znamienka špecifického uhla rotácie [?] z pozitívneho na negatívny, preto sa tento proces nazýva inverzia a zmes D(+)glukózy a D(-)fruktózy sa nazýva invertný cukor.

Polysacharidy (polióza). Polysacharidy sú prírodné vysokomolekulárne sacharidy, ktorých makromolekuly pozostávajú z monosacharidových zvyškov. Hlavní predstavitelia: škrob A celulóza, ktoré sú postavené zo zvyškov jedného monosacharidu – D-glukózy. Škrob a celulóza majú to isté molekulový vzorec: (C 6 H 10 O 5) n, ale rôzne vlastnosti. Je to spôsobené zvláštnosťami ich priestorovej štruktúry. Škrob sa skladá zo zvyškov a-D-glukózy, zatiaľ čo celulóza sa skladá z a-D-glukózy. škrob- rezervný polysacharid rastlín, hromadí sa vo forme zŕn v bunkách semien, cibuliek, listov, stoniek, je biela amorfná látka nerozpustná v studenej vode. Škrob - zmes amylóza A amylopektín, ktoré sú postavené zo zvyškov?-D-glukopyranóza.

amylóza– lineárny polysacharid, vzťah medzi zvyškami D-glukózy 1?-4. Reťazový tvar je špirálovitý, jedna otáčka špirály obsahuje 6 zvyškov D-glukózy. Obsah amylózy v škrobe je 15–25 %.

amylóza
amylopektín

amylopektín– rozvetvený polysacharid, väzby medzi zvyškami D-glukózy – 1?-4 a 1?-6. Obsah amylopektínu v škrobe je 75–85 %.

1. Tvorba éterov a esterov (podobne ako pri biosách).

2. Kvalitatívna reakcia - farbenie s prídavkom jódu: pre amylózu - modrou, pre amylopektín - červenou.

3. Kyslá hydrolýza škrobu: škrob > dextríny > maltóza > α-D-glukóza.

Celulóza. Štrukturálny polysacharid rastlín, vytvorený zo zvyškov β-D-glukopyranózy, povaha zlúčeniny je 1β-4. Napríklad obsah celulózy v bavlne je 90-99%, v tvrdom dreve - 40-50%. Tento biopolymér má vysokú mechanickú pevnosť a pôsobí ako nosný materiál pre rastliny, tvoriace steny rastlinných buniek.

Charakterizácia chemických vlastností

1. Kyslá hydrolýza (scukornatenie): celulóza > celobióza > α-D-glukóza.

2. Tvorba esterov

Acetátové vlákna sa vyrábajú z roztokov acetátu celulózy v acetóne.

Nitrocelulóza je výbušná a tvorí základ bezdymového prášku. Pyroxylín - zmes di- a trinitrátov celulózy - sa používa na výrobu celuloidu, kolódia, fotografických filmov, lakov.

sekcia chemickej vedy, ktorá študuje uhľovodíkové látky obsahujúce uhlík a vodík, ako aj rôzne deriváty týchto zlúčenín vrátane atómov kyslíka, dusíka a halogénov. Všetky takéto zlúčeniny sa nazývajú organické.

Organická chémia vznikla v procese štúdia tých látok, ktoré boli extrahované z rastlinných a živočíšnych organizmov, pozostávajúcich prevažne z organických zlúčenín. To určilo čisto historický názov takýchto zlúčenín (organizmus organický). Niektoré technológie organickej chémie vznikli v dávnych dobách, napríklad alkoholová a octová fermentácia, používanie organických indigových a alizarínových farbív, procesy činenia kože atď. získať ich umelo, v dôsledku toho vzniklo presvedčenie, že organické zlúčeniny je možné získať iba pomocou živých organizmov. Počnúc druhou polovicou 19. storočia. sa začali intenzívne rozvíjať metódy organickej syntézy, čo umožnilo postupne prekonať zabehnutý blud. Syntézu organických zlúčenín v laboratóriu po prvýkrát uskutočnil F. Wöhler ne (v období 18241828), pri hydrolýze kyanogénu získal kyselinu šťaveľovú, ktorá bola predtým izolovaná z rastlín a zahrievaním kyanatan amónny v dôsledku preskupenia molekuly ( cm. ISOMERIA) dostali močovinu, odpadový produkt živých organizmov (obr. 1).

Ryža. 1. PRVÉ SYNTÉZY ORGANICKÝCH ZLÚČENÍN

Teraz je možné mnohé zo zlúčenín prítomných v živých organizmoch získať v laboratóriu, navyše chemici neustále získavajú organické zlúčeniny, ktoré sa v živej prírode nenachádzajú.

K formovaniu organickej chémie ako samostatnej vedy došlo v polovici 19. storočia, kedy sa vďaka úsiliu chemických vedcov začali formovať predstavy o štruktúre organických zlúčenín. Najvýraznejšiu úlohu zohrali diela E. Franklanda (definoval pojem valencie), F. Kekuleho (stanovil tetravalenciu uhlíka a štruktúru benzénu), A. Coopera (ponúkol symbol valenčnej línie, ktorá sa používa dodnes, spája atómy v obraze štruktúrne vzorce), A.M. Butlerov (vytvoril teóriu chemickej štruktúry, ktorá je založená na polohe, podľa ktorej sú vlastnosti zlúčeniny určené nielen jej zložením, ale aj poradím, v ktorom sú atómy spojené).

Ďalšie míľnikom vo vývoji organickej chémie sa spája s prácou J. van't Hoffa, ktorý zmenil samotný spôsob myslenia chemikov, navrhujúc prejsť od plochého obrazu štruktúrnych vzorcov k priestorovému usporiadaniu atómov v molekule, ako napr. výsledkom bolo, že chemici začali považovať molekuly za objemové telesá.

Predstavy o prírode chemická väzba v organických zlúčeninách prvýkrát sformuloval G. Lewis, ktorý navrhol, že atómy v molekule sú spojené elektrónmi: pár zovšeobecnených elektrónov vytvára jednoduchú väzbu a dva alebo tri páry vytvárajú dvojitú a trojitú väzbu. Vzhľadom na rozloženie elektrónovej hustoty v molekulách (napríklad jeho vytesnenie pod vplyvom elektronegatívnych atómov O, Cl a pod.) dokázali chemici vysvetliť reaktivitu mnohých zlúčenín, t.j. možnosť ich účasti na určitých reakciách.

Účtovanie vlastností elektrónu určené kvantová mechanika, viedol k rozvoju kvantovej chémie, využívajúcej koncept o molekulové orbitály. Teraz kvantová chémia, ktorá preukázala svoju predikčnú silu na mnohých príkladoch, úspešne spolupracuje s experimentálnou organickou chémiou.

Malá skupina zlúčenín uhlíka nie je klasifikovaná ako organické: kyselina uhličitá a jej soli (uhličitany), kyselina kyanovodíková HCN a jej soli (kyanidy), karbidy kovov a niektoré ďalšie zlúčeniny uhlíka, ktoré študuje anorganická chémia.

Hlavnou črtou organickej chémie je výnimočná rozmanitosť zlúčenín, ktoré vznikli vďaka schopnosti atómov uhlíka spájať sa navzájom v takmer neobmedzenom počte a vytvárať molekuly vo forme reťazcov a cyklov. Viac viac rozmanitosti sa dosahuje zahrnutím atómov kyslíka, dusíka a pod. medzi atómy uhlíka Fenomén izomérie, vďaka ktorému môžu mať molekuly s rovnakým zložením rôznu štruktúru, ešte viac zvyšuje rozmanitosť organických zlúčenín. V súčasnosti je známych viac ako 10 miliónov organických zlúčenín a ich počet sa každoročne zvyšuje o 200-300 tisíc.

Klasifikácia organických zlúčenín. Uhľovodíky sa berú ako základ pre klasifikáciu, v organickej chémii sa považujú za základné zlúčeniny. Všetky ostatné organické zlúčeniny sa považujú za ich deriváty.

Pri systematizácii uhľovodíkov sa berie do úvahy štruktúra uhlíkového skeletu a typ väzieb spájajúcich atómy uhlíka.

I. ALIPHATICKÉ (aleiphatos. grécky olej) uhľovodíky sú lineárne alebo rozvetvené reťazce a neobsahujú cyklické fragmenty, tvoria dve veľké skupiny.

1. Nasýtené alebo nasýtené uhľovodíky (takto sa nazývajú, pretože nie sú schopné nič pripojiť) sú reťazce atómov uhlíka spojené jednoduchými väzbami a obklopené atómami vodíka (obr. 1). V prípade, že reťaz má vetvy, k názvu sa pridá predpona iso. Najjednoduchším nasýteným uhľovodíkom je metán; séria týchto zlúčenín začína práve ním.

Ryža. 2. NASÝTENÉ UHĽOVODÍKY

Hlavnými zdrojmi nasýtených uhľovodíkov sú ropa a zemný plyn. Reaktivita nasýtených uhľovodíkov je veľmi nízka, môžu reagovať len s najagresívnejšími látkami, ako sú halogény resp kyselina dusičná. Pri zahrievaní nasýtených uhľovodíkov nad 450 °C bez prístupu vzduchu dochádza k prerušeniu väzieb C-C a vzniku zlúčenín so skráteným uhlíkovým reťazcom. Vystavenie vysokej teplote v prítomnosti kyslíka vedie k ich úplnému spáleniu na CO 2 a vodu, čo umožňuje ich efektívne využitie ako plynné (metánpropán) alebo kvapalné motorové palivo (oktán).

Keď je jeden alebo viacero atómov vodíka nahradených nejakou funkčnou (t.j. schopnou následnej transformácie) skupinou, vytvoria sa zodpovedajúce uhľovodíkové deriváty. Zlúčeniny obsahujúce skupinu C-OH sa nazývajú alkoholy, aldehydy HC \u003d O, karboxylové kyseliny COOH (na odlíšenie od bežných minerálnych kyselín, napríklad kyseliny chlorovodíkovej alebo sírovej, sa pridáva slovo "karboxylová"). Zlúčenina môže súčasne obsahovať rôzne funkčné skupiny, napríklad COOH a NH2, takéto zlúčeniny sa nazývajú aminokyseliny. Zavedenie halogénov alebo nitroskupín do uhľovodíkovej kompozície vedie k halogénovým alebo nitroderivátom (obr. 3).

Ryža. 4. PRÍKLADY NASÝTENÝCH UHĽOVODÍKOV s funkčnými skupinami

Všetky zobrazené deriváty uhľovodíkov tvoria veľké skupiny organických zlúčenín: alkoholy, aldehydy, kyseliny, halogénderiváty atď. Keďže uhľovodíková časť molekuly má veľmi nízku reaktivitu, chemické správanie takýchto zlúčenín je určené chemickými vlastnosťami funkčných skupín OH, -COOH, -Cl, -NO 2 atď.

2. Nenasýtené uhľovodíky majú rovnaké varianty štruktúry hlavného reťazca ako nasýtené uhľovodíky, ale obsahujú dvojité alebo trojité väzby medzi atómami uhlíka (obr. 6). Najjednoduchším nenasýteným uhľovodíkom je etylén.

Ryža. 6. NENASÝTENÉ UHĽOVODÍKY

Pre nenasýtené uhľovodíky je najtypickejšia adícia násobnou väzbou (obr. 8), ktorá umožňuje na ich báze syntetizovať rôzne organické zlúčeniny.

Ryža. 8. PRIDANIE REAGENCIÍ na nenasýtené zlúčeniny násobnou väzbou

Ďalšou dôležitou vlastnosťou zlúčenín s dvojitými väzbami je ich schopnosť polymerizovať (obr. 9.), dvojité väzby sa v tomto prípade otvárajú, čím vznikajú dlhé uhľovodíkové reťazce.

Ryža. 9. POLYMERIZÁCIA ETYLÉNU

Zavedenie vyššie uvedených funkčných skupín do zloženia nenasýtených uhľovodíkov, rovnako ako v prípade nasýtených uhľovodíkov, vedie k zodpovedajúcim derivátom, ktoré tiež tvoria veľké skupiny zodpovedajúcich organických zlúčenín - nenasýtených alkoholov, aldehydov atď. (obr. 10).

Ryža. 10. NENASÝTENÉ UHĽOVODÍKY s funkčnými skupinami

Pre zobrazené zlúčeniny sú uvedené zjednodušené názvy, presná poloha v molekule viacnásobných väzieb a funkčných skupín je uvedená v názve zlúčeniny, ktorá je zostavená podľa špeciálne vyvinutých pravidiel.

Chemické správanie takýchto zlúčenín je určené tak vlastnosťami násobných väzieb, ako aj vlastnosťami funkčných skupín.

II. KARBOCYKLICKÉ UHĽOVODÍKY obsahujú cyklické fragmenty tvorené iba atómami uhlíka. Tvoria dve veľké skupiny.

1. Alicyklické (t. j. alifatické aj cyklické súčasne) uhľovodíky. V týchto zlúčeninách môžu cyklické fragmenty obsahovať jednoduché aj viacnásobné väzby, navyše zlúčeniny môžu obsahovať viacero cyklických fragmentov, k názvu týchto zlúčenín sa pridáva predpona „cyklo“, najjednoduchšou alicyklickou zlúčeninou je cyklopropán (obr. 12).

Ryža. 12. ALICYKLICKÉ UHĽOVODÍKY

Okrem tých, ktoré sú uvedené vyššie, existujú aj iné možnosti spojenia cyklických fragmentov, napríklad môžu mať jeden spoločný atóm (takzvané spirocyklické zlúčeniny), alebo môžu byť spojené tak, že dva alebo viac atómov je spoločných. do oboch cyklov (bicyklické zlúčeniny), spojením troch a viacerých cyklov je možná aj tvorba uhľovodíkových štruktúr (obr. 14).

Ryža. 14. MOŽNOSTI PREPOJENIA CYKLOV v alicyklických zlúčeninách: spirocykly, bicykle a štruktúry. V názve spiro- a bicyklických zlúčenín označujú alifatický uhľovodík, ktorý ich obsahuje celkový počet atómy uhlíka, napríklad spirocyklus znázornený na obrázku obsahuje osem atómov uhlíka, takže jeho názov je zostavený na základe slova „oktán“. V adamantane sú atómy usporiadané rovnakým spôsobom ako v kryštálovej mriežke diamantu, ktorá určila jeho názov ( grécky diamant Adamantos)

Mnohé mono- a bicyklické alicyklické uhľovodíky, ako aj adamantánové deriváty sú súčasťou ropy, ich všeobecný názov je naftény.

Z hľadiska chemických vlastností sú alicyklické uhľovodíky blízke zodpovedajúcim alifatickým zlúčeninám, majú však ďalšiu vlastnosť spojenú s ich cyklickou štruktúrou: malé cykly (36-členné) sa môžu otvárať pridaním niektorých činidiel (obr. 15).

Ryža. 15. REAKCIE ALICYKLICKÝCH UHĽOVODÍKOV, pokračuje otvorením cyklu

Zavedenie rôznych funkčných skupín do zloženia alicyklických uhľovodíkov vedie k zodpovedajúcim derivátom alkoholov, ketónov atď. (obr. 16).

Ryža. 16. ALICYKLICKÉ UHĽOVODÍKY s funkčnými skupinami

2. Druhú veľkú skupinu karbocyklických zlúčenín tvoria aromatické uhľovodíky benzénového typu, t.j. obsahujúce vo svojom zložení jeden alebo viac benzénových kruhov (tiež aromatické zlúčeniny nebenzénový typ ( cm. AROMATICITA). Môžu však obsahovať aj fragmenty nasýtených alebo nenasýtených uhľovodíkových reťazcov (obr. 18).

Ryža. 18. AROMATICKÉ UHĽOVODÍKY.

Existuje skupina zlúčenín, v ktorých sa benzénové kruhy zdajú byť spájkované, ide o takzvané kondenzované aromatické zlúčeniny (obr. 20).

Ryža. 20. KONDENZOVANÉ AROMATICKÉ ZLÚČENINY

Mnohé aromatické zlúčeniny vrátane kondenzovaných (naftalén a jeho deriváty) sú súčasťou ropy, druhým zdrojom týchto zlúčenín je uhoľný decht.

Pre benzénové cykly nie sú charakteristické adičné reakcie, ktoré prebiehajú veľmi ťažko a v drsných podmienkach, najtypickejšími reakciami sú pre ne substitučné reakcie atómov vodíka (obr. 21).

Ryža. 21. SUBSTITUČNÉ REAKCIE atómy vodíka v aromatickom jadre.

Okrem funkčných skupín (halogénové, nitro a acetylové skupiny) naviazaných na benzénové jadro (obr. 21) možno zaviesť aj ďalšie skupiny, výsledkom čoho sú zodpovedajúce deriváty aromatických zlúčenín (obr. 22), ktoré tvoria veľké triedy organické zlúčeniny – fenoly, aromatické amíny a pod.

Ryža. 22. AROMATICKÉ ZLÚČENINY s funkčnými skupinami. Zlúčeniny, v ktorých je ne-OH skupina pripojená k atómu uhlíka v aromatickom jadre, sa nazývajú fenoly, na rozdiel od alifatických zlúčenín, kde sa takéto zlúčeniny nazývajú alkoholy.

III. HETEROCYKLICKÉ UHĽOVODÍKY obsahujú v kruhu (okrem atómov uhlíka) rôzne heteroatómy: O, N, S. Kruhy môžu byť rôznej veľkosti, môžu obsahovať jednoduché aj viacnásobné väzby, ako aj uhľovodíkové substituenty pripojené k heterocyklu. Existujú možnosti, keď je heterocyklus „spájkovaný“ k benzénovému kruhu (obr. 24).

Ryža. 24. HETEROCYKLICKÉ ZLÚČENINY. Ich názvy sa vyvinuli historicky, napríklad furán dostal svoje meno podľa furánaldehydu furfuralu, získaného z otrúb ( lat. kožušinové otruby). Pre všetky uvedené zlúčeniny sú adičné reakcie ťažké a substitučné reakcie sú celkom jednoduché. Ide teda o aromatické zlúčeniny nebenzénového typu.

Rozmanitosť zlúčenín tejto triedy sa ďalej zvyšuje v dôsledku skutočnosti, že heterocyklus môže obsahovať dva alebo viac heteroatómov v cykle (obr. 26).

Ryža. 26. HETEROCYKLY s dvoma alebo viacerými heteroatómami.

Rovnako ako predtým uvažované alifatické, alicyklické a aromatické uhľovodíky, aj heterocykly môžu obsahovať rôzne funkčné skupiny (-OH, -COOH, -NH 2 atď.) a v niektorých prípadoch možno za funkčnú skupinu považovať aj heteroatóm v cykle, pretože je schopný zúčastniť sa zodpovedajúcich transformácií (obr. 27).

Ryža. 27. HETEROATOM N ako funkčná skupina. V názve poslednej zlúčeniny písmeno "N" označuje, ku ktorému atómu je pripojená metylová skupina.

Reakcie organickej chémie. Na rozdiel od reakcií anorganická chémia, kde ióny interagujú vysokou rýchlosťou (niekedy okamžite), molekuly obsahujúce kovalentné väzby sa zvyčajne zúčastňujú reakcií organických zlúčenín. Vďaka tomu všetky interakcie prebiehajú oveľa pomalšie ako v prípade iónových zlúčenín (niekedy aj desiatky hodín), často pri zvýšených teplotách a za prítomnosti látok urýchľujúcich proces – katalyzátorov. Mnohé reakcie prebiehajú cez medzistupne alebo v niekoľkých paralelných smeroch, čo vedie k výraznému zníženiu výťažku požadovanej zlúčeniny. Preto sa pri opise reakcií namiesto rovníc s číselnými koeficientmi (ktoré sa tradične akceptujú v anorganickej chémii) často používajú reakčné schémy bez špecifikácie stechiometrických pomerov.

Názov veľkých tried organických reakcií sa často spája s chemickej povahy aktívne činidlo alebo s typom organickej skupiny zavedenej do zlúčeniny:

a) halogenácia zavedenie atómu halogénu (obr. 8, prvá reakčná schéma),

b) hydrochlorácia, t.j. expozícia HCl (obr. 8, schéma druhej reakcie)

c) nitračné zavedenie nitroskupiny NO 2 (obr. 21, druhý smer reakcie)

d) metalizácia zavedenie atómu kovu (obr. 27, prvý stupeň)

a) alkylačné zavedenie alkylovej skupiny (obr. 27, druhý stupeň)

b) acylačné zavedenie acylovej skupiny RC(O)- (obr. 27, druhý stupeň)

Niekedy názov reakcie označuje znaky preskupenia molekuly, napríklad vytvorenie cyklizačného kruhu, otvorenie decyklizačného kruhu (obr. 15).

Veľká trieda je tvorená kondenzačnými reakciami ( lat. condensatio - zhutňovanie, zahusťovanie), pri ktorom vznikajú nové väzby C-C za súčasnej tvorby ľahko odstrániteľných anorganických alebo organických zlúčenín. Kondenzácia sprevádzaná uvoľňovaním vody sa nazýva dehydratácia. Kondenzačné procesy môžu prebiehať aj intramolekulárne, teda v rámci jednej molekuly (obr. 28).

Ryža. 28. KONDENZAČNÉ REAKCIE

Pri kondenzácii benzénu (obr. 28) zohrávajú úlohu funkčných skupín C-H fragmenty.

Klasifikácia organických reakcií nie je striktná, napríklad je znázornená na obr. 28 Intramolekulárnu kondenzáciu kyseliny maleínovej možno tiež pripísať cyklizačným reakciám a kondenzáciu benzénu dehydrogenáciu.

Existujú intramolekulárne reakcie, ktoré sa trochu líšia od kondenzačných procesov, keď sa fragment (molekula) odštiepi vo forme ľahko odstrániteľnej zlúčeniny bez zjavnej účasti funkčných skupín. Takéto reakcie sa nazývajú eliminácia ( lat. eliminare expel), pričom vznikajú nové spojenia (obr. 29).

Ryža. 29. ELIMINAČNÉ REAKCIE

Varianty sú možné, keď sa spoločne realizuje niekoľko typov transformácií, čo je znázornené nižšie na príklade zlúčeniny, v ktorej sa pri zahrievaní vyskytujú rôzne typy procesov. Pri tepelnej kondenzácii kyseliny slizovej (obr. 30) dochádza k intramolekulárnej dehydratácii a následnej eliminácii CO 2 .

Ryža. tridsať. KONVERZIA KYSELINY MUCKEJ(získava sa zo žaluďového sirupu) na kyselinu pyromukóznu, ktorá sa tak nazýva, pretože sa získava zahrievaním hlienu. Kyselina pyrosmuková je heterocyklická zlúčenina furán s pripojenou funkčnou (karboxylovou) skupinou. Pri reakcii dochádza k prerušeniu väzieb C-O, C-H a vzniku nových. S-N spojenia a S-S.

Existujú reakcie, pri ktorých dochádza k preskupeniu molekuly bez zmeny zloženia ( cm. IZOMERIZÁCIA).

Metódy výskumu v organickej chémii. Moderná organická chémia okrem elementárnej analýzy využíva mnohé fyzikálne metódy výskumu. Najzložitejšie zmesi látok sa delia na jednotlivé zložky pomocou chromatografie založenej na pohybe roztokov alebo pár látok cez vrstvu sorbentu. Prenos infračervených (tepelných) lúčov cez roztok alebo cez tenkú vrstvu látky pomocou infračervenej spektroskopie vám umožňuje zistiť prítomnosť určitých fragmentov molekuly v látke, napríklad skupín C 6 H 5, C \u003d O, NH2 atď.

Ultrafialová spektroskopia, nazývaná aj elektronická, nesie informáciu o elektrónovom stave molekuly, je citlivá na prítomnosť viacnásobných väzieb a aromatických fragmentov v látke. Analýza kryštalických látok pomocou röntgenových lúčov (röntgenová difrakčná analýza) poskytuje trojrozmerný obraz usporiadania atómov v molekule, podobný tomu, ktorý je znázornený na vyššie uvedených animovaných obrázkoch, inými slovami, umožňuje vám vidieť štruktúru molekuly na vlastné oči.

Spektrálna metóda jadrovej magnetickej rezonancie, založená na rezonančnej interakcii magnetických momentov jadier s vonkajším magnetickým poľom, umožňuje rozlíšiť atómy jedného prvku, napríklad vodíka, ktoré sa nachádzajú v rôznych fragmentoch molekuly (v uhľovodíku skelet, v hydroxylovej, karboxylovej alebo aminoskupine), ako aj určiť ich podiel. Podobná analýza je možná aj pre jadrá C, N, F atď. Všetky tieto moderné fyzikálne metódy viedli k intenzívnemu výskumu v organickej chémii – umožnilo rýchlo vyriešiť tie problémy, ktoré predtým trvali mnoho rokov.

Niektoré odvetvia organickej chémie vznikli ako veľké samostatné oblasti, napríklad chémia prírodných látok, lieky, farbivá, polymérna chémia. V polovici 20. stor chémia organoprvkových zlúčenín sa začala rozvíjať ako samostatná disciplína, ktorá študuje látky obsahujúce väzbu C-E, kde symbol E označuje akýkoľvek prvok (okrem uhlíka, vodíka, kyslíka, dusíka a halogénov). Veľký pokrok zaznamenala biochémia, ktorá študuje syntézu a premeny organických látok vyskytujúcich sa v živých organizmoch. Rozvoj všetkých týchto oblastí je založený na všeobecné zákony organická chémia.

Moderná priemyselná organická syntéza bude zahŕňať širokú škálu rôzne procesy ide predovšetkým o veľkovýrobu spracovania ropy a plynu a výrobu motorových palív, rozpúšťadiel, chladiacich kvapalín, mazacích olejov, ďalej o syntézu polymérov, syntetických vlákien, rôznych živíc na nátery, lepidiel a emailov. Malotonážny priemysel zahŕňa výrobu liekov, vitamínov, farbív, potravinárskych prísad a vonných látok.

Michail Levický

LITERATÚRA Karrer P. Kurz organickej chémie, za. z nemčiny, GNTI Himlit, L., 1962
Cram D, Hammond J. Organická chémia, za. z angličtiny, Mir, M., 1964