Вопрос 1 «Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова»

Вопрос 1 «Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова»

Основные положения теории строения органических соединений А.М. Бутлерова:

1. В молекулах атомы соединены друг с другом в определенной последовательности в соответствии с их валентностью. Порядок связи атомов называется химическим строением.

2. Свойства вещества зависят не только от того, какие атомы и в каком количестве входят в состав его молекулы, но и от того, в каком порядке они соединены между собой, т.е. от химического строения молекулы.

3. Атом или группа атомов, образовавшие молекулу, взаимно влияют друг на друга, от чего зависит реакционная способность молекулы.

Вопрос 2 «Строение оксогруппы. Химические свойства оксосоединений (на примере этаналя)»

Альдегиды и кетоны относятся к карбонильным органическим соединениям.

Карбонильными соединениями называют органические вещества, в молекулах которых имеется группа >С=О (карбонил или оксогруппа).

Общая формула карбонильных соединений:

Этаналь СН₃-СНО. Химические свойства:

По химическим свойствам ацетальдегид аналогичен формальдегиду: для него также характерны реакции окисления и присоединения. Реакция"серебряного зеркала" и образования оксида меди (|).

 

Присоединение водорода к ацетальдегида протекает в тех же условиях, что и к формальдегиду.

При действии кислот или при длительном состоянии ацетальдегид легко полимеризуется, переходя в тример- паральдегид.

В промышленности ацетальдегид получают из ацетилена по реакции Кучерова

 

Вопрос 3 «Изобразите схематически перекрывание орбиталей с образованием сигма связей между sp2 гибридизованным атомом углерода и атомом водорода»

Происходит при смешивании одной s- и двух p-орбиталей. Образуются три гибридные орбитали с осями, расположенными в одной плоскости и направленными к вершинам треугольника под углом 120 градусов. Негибридная p-атомная орбиталь перпендикулярна плоскости и, как правило, участвует в образовании π-связей

 

Вопрос 7 «Конформация алканов»

Различные положения углеродной цепи называются конформациями. В нормальных условиях конформации алканов свободно переходят друг в друга с помощью вращения С-С связей, поэтому их часто называют поворотными изомерами. Существует 2 основные конформации – «заторможенное» (энергетически более выгодна и молекула находятся в этой форме больше времени) и «заслоненное»:

 

 

 

Механизм I.

I стадия. Катион алкилгидроксония, отщепляя воду, превращается в карбокатион:

Роль кислоты, таким образом, заключается в превращении ОН-группы в Н2О, которая отщепляется легче, чем анион НО–.

II стадия. Карбокатион вызывает гетеролитический разрыв связи в галогеноводороде и присоединяет галогенид-анион с образованием конечного продукта:

Или

Освободившийся H+ идет на протонирование новых молекул спирта.

Механизм II.

Другой возможный механизм нуклеофильного замещения заключается в практически одновременном отщеплении воды и присоединении галогена (без образования карбокатиона) и идет в одну стадию.

Механизм замещения зависит от строения реагентов и условий реакции. Для третичных спиртов предпочтительней первый механизм, а для первичных - второй.

На стадии, определяющей скорость реакции (так называемой, лимитирующей стадии), в механизме I образуется карбокатион. Чем стабильнее этот катион, тем легче он образуется. Третичный катион стабильнее, чем первичный (три +I-эффекта алкильных групп в третичном катионе и один - в первичном). С другой стороны, энергия переходного состояния в механизме II тем ниже, чем меньше стерические препятствия, т.е. чем меньше алкильных групп у атакуемого атома углерода.

 

Изомерия алкенов

 

Наряду со структурной изомерией углеродного скелета для алкенов характерны, во-первых, другие разновидности структурной изомерии - изомерия положения кратной связи и межклассовая изомерия.

Во-вторых, в ряду алкенов проявляется пространственная изомерия, связанная с различным положением заместителей относительно двойной связи, вокруг которой невозможно внутримолекулярное вращение.

1. Изомерия углеродного скелета (начиная с С4Н8):

 

 

2. Изомерия положения двойной связи (начиная с С4Н8):

 

 

3. Межклассовая изомерия с циклоалканами, начиная с С3Н6:

Номенклатура

Алкены простого строения часто называют, заменяя суффикс -ан в алканах на -илен: этан — этилен, пропан — пропилен и т.д.

По систематической номенклатуре названия этиленовых углеводородов производят заменой суффикса -ан в соответствующих алканах на суффикс -ен (алкан — алкен, этан — этен, пропан — пропен и т.д.). Выбор главной цепи и порядок названия тот же, что и для алканов. Однако в состав цепи должна обязательно входить двойная связь. Нумерацию цепи начинают с того конца, к которому ближе расположена эта связь. Например:

 

 

 

Вопрос 11 «Химические свойства многоатомных спиртов на примере этиленгликоля»

Химические свойства многоатомных спиртов включают в себя все химические свойства одноатомных спиртов. Также многоатомные спирты реагируют с нерастворимыми основаниями.

К примеру, глицерин реагирует с гидроксидом меди в присутствии щелочи с образованием ярко-голубого соединения (глицерат меди).

В аналогичную реакцию вступает и этиленгликоль. Реакция с гидроксидом меди является качественной реакцией на многоатомные спирты.

 

Нитрование

Нитрование является механистическим прототипом всех остальных реакций электрофильного ароматического замещения. Эта реакция находит широкое синтетическое применение и механизм ее изучен наиболее подробно.

Номенклатура

По международной номенклатуре ИЮПАК, карбоновые кислоты называют, выбирая за основу наиболее длинную углеродную цепочку, содержащую группу -СООН, и добавляя к названию соответствующего углеводорода окончание «овая» и слово «кислота». При этом атому углерода, входящему в состав карбоксильной группы, присваивается первый номер. Например СН₃-СН₂-СООН — пропановая кислота, СН₃-С(СН₃)₂-СООН — 2,2-диметилпропановая кислота.
По рациональной номенклатуре к названию углеводорода добавляют окончание «карбоновая» и слово «кислота», не включая при этом в нумерацию цепи атом углерода карбоксильной группы. Например, С₅Н₉СООН — циклопентанкарбоновая кислота, СН₃-С(СН₃)₂-СООН — трет -бутилкарбоновая кислота.
Многие из карбоновых кислот имеют тривиальные названия (некоторые из них приведены в таблице).

Получение:

2. Окисление алканов:

2CH₄ + + 3O₂ t,kat → 2HCOOH + 2H₂O

метан муравьиная кислота

2CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ + 5O₂ t,kat,p → 4CH₃COOH + 2H₂O

н-бутан уксусная кислота

3. Окисление алкенов:

CH₂=CH₂ + O₂ t,kat → CH₃COOH

этилен

СH₃-CH=CH₂ + 4[O] t,kat → CH₃COOH + HCOOH (уксусная кислота+муравьиная кислота)

4. Окисление гомологов бензола (получение бензойной кислоты):

C₆H₅-CnH_2n+1 + 3n[O] KMnO4,H+→ C₆H₅-COOH + (n-1)CO₂ + nH₂O

5C₆H5-CH₃ + 6KMnO₄ + 9H₂SO₄ → 5C₆H₅-COOH + 3K₂SO₄ + 6MnSO₄ + 14H₂O

толуол бензойная кислота

5. Получение муравьиной кислоты:

1 стадия: CO + NaOH t,p → HCOONa (формиат натрия – соль)

2 стадия: HCOONa + H₂SO₄ → HCOOH + NaHSO₄

6. Получение уксусной кислоты:

CH₃OH + CO t,p → CH₃COOH

Метанол

1. Гидролиз сложных эфиров:

2. Из солей карбоновых кислот:

R-COONa + HCl → R-COOH + NaCl

3. Растворением ангидридов карбоновых кислот в воде:

(R-CO)₂O + H2O → 2 R-COOH

4. Щелочной гидролиз галоген производных карбоновых кислот:

 

Вопрос 17 «Сложные эфиры»

СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ – класс соединений на основе минеральных (неорганических) или органических карбоновых кислот, у которых атом водорода в НО-группе замещен органической группой R. Прилагательное «сложные» в названии эфиров помогает отличить их от соединений, именуемых простыми эфирами.

Номенклатура сложных эфиров. Название создается следующим образом: вначале указывается группа R, присоединенная к кислоте, затем – название кислоты с суффиксом «ат» (как и в названиях неорганических солей: карбонат натрия, нитрат хрома).

Химические свойства сложных эфиров. Наиболее характерно для эфиров карбоновых кислот гидролитическое (под действием воды) расщепление сложноэфирной связи, в нейтральной среде оно протекает медленно и заметно ускоряется в присутствии кислот или оснований, т.к. ионы Н+ и НО– катализируют этот процесс (рис. 4А), причем гидроксильные ионы действуют более эффективно. Гидролиз в присутствии щелочей называют омылением. Если взять количество щелочи, достаточное для нейтрализации всей образующейся кислоты, то происходит полное омыление сложного эфира.

 

Химические свойства

Фенолокислоты одновременно обладают свойствами карбоновых кислот и фенолов. Кроме того, для них характерны свойства, обусловленные наличием в молекуле обоих видов функциональных групп и бензольного ядра.

Разложение при нагревании

Фенолокислоты при нагревании разлагаются с образованием фенольных соединений и углекислого газа. Например, при нагревании салициловая кислота разлагается на фенол и углекислый газ:

НОС₆Н₄СООН → С₆Н₅ОН + СО₂

салициловая кислота фенол углекислый газ

Галловая кислота при нагревании теряет карбоксильную группу и превращается в трехатомный фенол — пирогаллол.

 

Вопрос 1 «Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова»

Основные положения теории строения органических соединений А.М. Бутлерова:

1. В молекулах атомы соединены друг с другом в определенной последовательности в соответствии с их валентностью. Порядок связи атомов называется химическим строением.

2. Свойства вещества зависят не только от того, какие атомы и в каком количестве входят в состав его молекулы, но и от того, в каком порядке они соединены между собой, т.е. от химического строения молекулы.

3. Атом или группа атомов, образовавшие молекулу, взаимно влияют друг на друга, от чего зависит реакционная способность молекулы.

Вопрос 2 «Строение оксогруппы. Химические свойства оксосоединений (на примере этаналя)»

Альдегиды и кетоны относятся к карбонильным органическим соединениям.

Карбонильными соединениями называют органические вещества, в молекулах которых имеется группа >С=О (карбонил или оксогруппа).

Общая формула карбонильных соединений:

Этаналь СН₃-СНО. Химические свойства:

По химическим свойствам ацетальдегид аналогичен формальдегиду: для него также характерны реакции окисления и присоединения. Реакция"серебряного зеркала" и образования оксида меди (|).

 

Присоединение водорода к ацетальдегида протекает в тех же условиях, что и к формальдегиду.

При действии кислот или при длительном состоянии ацетальдегид легко полимеризуется, переходя в тример- паральдегид.

В промышленности ацетальдегид получают из ацетилена по реакции Кучерова

 

Вопрос 3 «Изобразите схематически перекрывание орбиталей с образованием сигма связей между sp2 гибридизованным атомом углерода и атомом водорода»

Происходит при смешивании одной s- и двух p-орбиталей. Образуются три гибридные орбитали с осями, расположенными в одной плоскости и направленными к вершинам треугольника под углом 120 градусов. Негибридная p-атомная орбиталь перпендикулярна плоскости и, как правило, участвует в образовании π-связей