Примерное время на чтение статьи: 51 минуты

ПРЕДМЕТ И ЗНАЧЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ. ТЕОРИЯ ХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ A.M. Бутлерова.

Органические соединения.

Органические вещества известны людям с давних пор. Ещё в древности люди использовали сахар, животные и растительные жиры, красящие и душистые вещества. Все эти вещества выделялись из живых организмов. Поэтому такие соединения стали называть органическими, а раздел химии, который изучал вещества, образующиеся в результате жизнедеятельности живых организмов, получил название «органическая химия». Это определение было дано шведским учёным Берцелиусом в 1827 году.

В состав органических веществ обязательно входит атом углерода, который в подавляющем числе органических соединений обра-зует цепи. Эти цепи име-ют разную длину и разное строение, могут соединяться с функциональными группами. Поэтому органичес-ких соединений может быть бесчисленное множество. На сегодняшний день таких соединений наука насчитывает свыше 20 милли-онов.

Органическая химия — это химия углеводородов и их производных.

Углеводороды (УВ) — органические соединения, состоящие из атомов углерода и водорода. Производные углеводородов – это органические соединения, моле­кулы которых кроме атомов углерода и водорода содержат одну или не­сколько функциональных (характеристических) групп. Их можно рассмат­ривать как продукты замещения одного или нескольких атомов водорода в молекулах углеводородов на одинаковые или разные характеристические группы.

Характеристика органическому соединению даётся по плану:

• определение;
• гомологический ряд;изомерия;
• номенклатура (названия);
• строение молекулы (углеводородной цепи и функциональных групп);
• свойства, связанные со строением функциональной группы;
• углеводородного радикала;
• особые свойства;получение и применение.

Основные положения теории химического строения органических соединений.

Теория химического строения в своей основе была создана в 60-х годах ХIХ в. Основы новой теории сформулирововал 1861г. про-фессор Казанского университета Александр Бутлеров. Химическое строение (по А.М. Бутлерову) — это последовательность соедине-ния атомов в молекуле, порядок их взаимосвязи и взаимного влияния друг на друга. Соединения атомов в молекулы происходит в соответствии с их атомностью (валентностью).

Основываясь на высказывание А. М. Бутлерова, сущность теории химического строения можно выразить в следующих положениях: 1. В молекулах веществ существует строгая последовательность химического связывания атомов, которая называется химическим строением (структурой).

Важнейшей характеристикой большинства неорганических соединений служит состав, выражаемый молекулярной формулой. Для органических соединений состав и соответственно молекулярная формула НЕ ЯВЛЯЮТСЯ однозначными характеристиками, так как одному и тому же составу может соответствовать много соединений. Например, структурные изомеры бутан и изобутан, имея оди-наковую молекулярную формулу С₄Н₁₀, различаются последовательностью связывания атомов и имеют разные физико-химические характеристики.

Поэтому молекулы органических соединений изображают при помощи графических (структурных) формул, так как в этом случае будет видно строение изучаемого вещества, а значит, будет видно, как и за счёт чего происходит химическая реакция. Структурной формулой называют изображение последовательности связыванияч атомов в молекуле при помощи химических символов. Структурные формулы органических соединений часто записывают в сокращенном (сжатом) виде. При этом обозначение одинарных связей (С-Н) опускают, а одинаковые группы заключают в скобки и указывают число этих групп. Развёрнутые графические формулы показывают, что атом углерода в органических молекулах четырёхвалентен.

Углеродная цепь может быть неразветвленной (н-бутан) и разветвленной (2-метилпропан).

Алгоритм составления графических или структурных формул:

• сначала нужно изобразить углеродную цепь;

• затем чёрточками обозначить валентность каждого атома углерода, у каждого атома углерода должно быть четыре чёрточки;

• затем заполнить «свободные» валентности атомами водорода (или другими одновалентными атомами или группами).

• можно переписать эту формулу в сокращённом виде:

2. Химические свойства вещества определяются природой элементарных составных частей, их количеством и химическим строе-нием. 3. Если у веществ с одинаковым составом и молекулярной массой различное строение, то возникает явление изомерии. 4. Так как в конкретных реакциях изменяются только некоторые части молекулы, то исследование строения продукта помогает определить строение исходной молекулы. 5. Химическая природа (реакционная способность) отдельных атомов в молекуле меняется в зависимости от окружения, т.е. от того, с какими атомами других элементов они соединены.

Валентность атома углерода в органических соединениях.

Атом углерода образует только ковалентные связи. Во всех органических соединениях атом С находится в возбуждённом состоянии, поэтому его валентность равна IV. Атом углерода в возбужденном состоянии содержит четыре неспаренных электрона на внешнем энергетическом уровне и способен образовать четыре ковалентных связи.

Атом углерода в органических соединениях может находиться в трёх валентных состояниях, которым соответствуют различные типы гибридизации электронных орбиталей атома углерода.

Первое валентное состояние – sp³-гибридизация. В результате гибридизации с участием одной s и трех p орбиталей атома углерода образуются четыре эквивалентные sp³-гибридные орбитали, направленные к вершинам тетраэдра под углами 109,5^о:

В состоянии sp³-гибридизации атом углерода образует четыре σ-связи с четырьмя заместителями и имеет тетраэдричекую конфи-гурацию с валентными углами, равными или близкими 109 ^о 28ˊ

Второе валентное состояние – sp²-гибридизация. В результате гибридизации с участием одной s- и двух p-орбиталей атома угле-рода образуются три эквивалентные sp²-гибридные орбитали, лежащие в одной плоскости под углами 120^о, а не участвующая в гибридизации p-орбиталь расположена перпендикулярно плоскости гибридных орбиталей.

В состоянии sp²-гибридизации атом углерода образует три σ -связи за счет гибридных орбиталей и одну π-связь за счет не участ-вующей в гибридизации p-орбитали и имеет три заместителя.

Третье валентное состояние углерода – sp-гибридизация. В результате гибридизации с участием одной s- и одной p–орбитали обра-зуются две эквивалентные sp-гиб-ридные орбитали, лежащие под углом 180⁰, а не участвующие в гибридизации p-орбитали располо-жены перпендикулярно плоскости гибридных орбиталей и друг другу. В состоянии sp-гибридизации атом углерода образует одна σ -связь за счет гибридных орбиталей и две π -связи за счет не участвующих в гибридизации p-орбиталей и имеет два заместителя:

1. при гибридизации число орбиталей не изменяется, т. е. из одной s- и трех р-орбиталей образуется четыре новых;
2. на каждой из орбиталей новой формы остается по одному неспаренному электрону, за счет которых и образуются четы­ре связи С—Н.

Характер химических связей в органических соединениях.

Существуют два типа ковалентной связи: σ (сигма)- и π (пи)-связи. σ-связью называют ковалентную связь, образованную при пере-крывании АО по прямой (оси), соединяющей ядра двух связываемых атомов с максимумом перекрывания на этой прямой.

Кроме осевого возможен еще один вид перекрывания — боковое перекрывание p-АО, приводящее к образованию π-связи.

Встречающиеся в органических соединениях кратные связи являются сочетанием σ- и π-связей: двойная — одной σ- и одной π-, тройная — одной σ- и двух π-связей. Свойства ковалентной связи выражаются через такие характеристики, как энергия, длина, полярность и поляризуемость. Энергия связи — это энергия, выделяющаяся при образовании связи или необходимая для разъединения двух связанных атомов. Она служит мерой прочности связи: чем больше энергия, тем прочнее связь. Длина связи — это расстояние между центрами связанных атомов. Двойная связь короче одинарной, а тройная короче двойной. Связи между атомами углерода, находящихся в разном состоянии гибридизации, имеют общую закономерность — с увеличением доли s-орбитали в гибридной орбитали уменьшается длина связи. В ряду соединений пропан CH₃-CH₂-CH₃, пропен CH₃CH=CH₂, пропин CH₃C=CH длина связи CH₃-C соответственно равна 0,154; 0,150 и 0,146 нм. Полярность связи обусловлена неравномерным распределением (поляризацией) электронной плотности. Полярность молекулы количественно оценивают величиной ее дипольного момента. Из дипольных моментов молекулы можно вычислить дипольные моменты отдельных связей. Чем больше дипольный момент, тем полярнее связь. Причиной полярности связи служит различие в электро-отрицательности связанных атомов. Электроотрицательность характеризует способность атома в молекуле удерживать валентные электроны. С увеличением электроотрицательности атома возрастает степень смещения в его сторону электронов связи. Электроотрицательность не является абсолютной константой элемента. Она зависит от эффективного заряда ядра, вида гибридизации АО и влияния заместителей. Элек-троотрицательность атома углерода, находящегося в состоянии sp²— или sp-гибридизации, выше, чем в состоянии sp³-гибридизации. В случае неполярной или практически неполярной ковалентной связи разность в электроотрицательности связанных атомов равна нулю или близка к нулю. С увеличением разности в электроотрицательности возрастает полярность связи. Полярные ковалентные связи предрасположены к гетеролитическому разрыву. Поляризуемость связи выражается в смещении электронов связи под влиянием внешнего электрического поля, в том числе и другой реагирующей частицы. Поляризуемость определяется подвижностью электронов. Электроны тем подвижнее, чем дальше они находятся от ядер атомов. По поляризуемости π-связь значительно превосходит σ-связь, так как максимум электронной плотности π-связи располагается дальше от связываемых ядер. Поляризуемость в значительной мере определяет реакционную способность молекул по отношению к полярным реагентам.

Ковалентная связь может образовываться при взаимодействии двухэлектронной орбитали одного атома (донора) с вакантной орбиталью другого атома (акцептора). Носителями неподеленных пар электронов являются атомы азота, кислорода, галогенов.

Неподеленные пары электронов играют важную роль в проявлении химических свойств соединений. В частности, они ответственны за способность соединений вступать в донорно-акцепторное взаимодействие.

Атом водорода, связанный с сильно электроотрицательным элементом (азотом, кислородом, фтором и др.), способен взаимодейство-вать с неподеленной парой электронов другого достаточно электроотрицательного атома этой же или другой молекулы. В результате возникает водородная связь, являющаяся разновидностью донорно-акцепторной связи. Графически водородную связь обозначают тремя точками.

Водородные связи влияют на физические (температуры кипения и плавления, вязкость, спектральные характеристики) и химические (кислотно-основные) свойства соединений. Так, температура кипения этанола C₂H₅OH (78,3˚С) значительно выше, чем имеющего одинаковую с ним молекулярную массу диметилового эфира CH₃OCH₃ (-24˚C), не ассоциированного за счет водородных связей.

Способы разрыва связей в молекулах органических веществ.

Разрыв ковалентной связи может происходить  двумя способами. 1.Разрыв связи, при котором каждый атом получает по одному электрону из общей пары, называется гомолитическим:    

                                      CH₄  → CH₃∙  +   ∙H                      Cl₂ → Cl∙  +   ∙Cl

В результате гомолитического разрыва образуются сходные по электронному строению частицы, каждая из которых имеет неспа-ренный электрон. Такие частицы называются свободными радикалами. Радикал – свободный атом или частица с неспаренными электронами, неустойчив и способный быстро вступать в химическую реакцию.

Гомолитический разрыв сопровождает процессы, осуществляемые при высоких температурах; на свету; при радиоактивном облу-чении в отсутствие растворителя (в газовой фазе) или неполярных растворителях. Гомолитическому разрыву подвергаются малопо-лярные или неполярные связи C-C, C-H, Cl-Cl и др.

2. Если при разрыве связи общая электронная пара остается у одного атома, то такой разрыв называется гетеролитическим:

А⁺ — электрофильная частица, :В^— — нуклеофильная частица   CH₃Сl → CH₃⁺  + :Cl^— В результате образуются разноименно заряженные ионы — катион и анион. Если заряд иона сосредоточен на атоме углерода, то катион называют карбокатионом, а анион — карбанио-ном.           

Устойчивы более разветвлённые катионы!

Ионный тип разрыва связи характерен для  π- связей и полярных σ –  связей; при наличии полярного растворителя или катализа- тора.

Изомерия органических соединений. Изомеры.

Изомеры – вещества, имеющие один и тот же состав, но разное строение, а, следовательно, и разные свойства.

Для органических соединений существуют следующие типы изомерии: 

Структурная изомерия, обусловленная различным взаимным расположением атомов в молекулах. При этом возможны следующие виды структурной изомерии: 1.  Изометрия углеродного скелета. Обусловлена различным порядком соединения атомов углерода в цепи. Атомы углерода в разветвленной цепи различаются типом соединения с другими углеродными атомами. Так, атом углерода, связанный только с одном другим углеродным атомом, называет-ся первичным (I), с двумя другими атомами углерода – вторичным (II), с тремя – третичным (III), с четырьмя – четвертичным (IV).

2.  Изометрия положения кратных связей и функциональных групп. Обусловлена различным положением кратных связей или функциональных групп при одной и той же углеродной цепи.

3.  Межклассовая изометрия. Этот тип изомерии характерен для соединений, содержащих в цепи помимо углеродных атомов другие атомы, например O, N.

Пространственная изомерия (стереоизомерия). Этот тип изомерии обусловлен различным пространственным расположением атомов при одинаковом порядке их связывания. Возможны следующие виды пространственной изомерии:

Геометрическая изомерия (цис-, транс- изомерия). Характерна для непредельных органических соединений, содержащих двойную связь. Кроме алкенов, геометрическая изомерия характерна для алициклических соединений и обусловлена различным взаимным положением заместителей относительно плоскости цикла. Так, например, 1,2-диметилциклопропан существует в виде цис- и транс-изомеров:

Оптическая изомерия. Соединения, которые вращают плоскость поляризации, называют оптически активными. Изомер, вращаю-щий плоскость поляризации света против часовой стрелки, называют левовращающим [L(–)-форма], а по часовой стрелке – право-вращающим [D(+)-форма]. Такие изомеры называются оптическими, или зеркальными изомерами (оптическими антиподами, энантиомерами). Оптическая изомерия обусловлена наличием асимметрического атома углерода С, связанного с четырьмя раз-личными заместителями.

Молекулы, которые нельзя совместить в пространстве и которые относятся друг к другу как предмет к своему зеркальному изобра-жению, называют хиральными (от греческого «хейрос» – рука), а явление существования таких веществ называется хиральностью. Смесь равных количеств L- и D-форм называется рацематической смесью. Рацематическая смесь оптически неактивна, т.к. действие одного антипода компенсируется действием другого.

Конформационная изомерия. Атомы и группы атомов, связанные друг с другом σ-связью, постоянно вращаются относительно оси связи, занимая различное положение в пространстве друг относительно друга. Молекулы, имеющие одинаковое строение и разли-чающиеся пространственным расположением атомов в результате вращения вокруг С–С связей, называются конформерами. Для изображения конформационных изомеров удобно пользоваться формулами – проекциями Ньюмена.

Явление конформационной изомерии можно рассмотреть и на примере циклоалканов:

ПРОВЕРЯЕМ ЗНАНИЯ! http://Основная ссылка: https://onlinetestpad.com/5tefxeadnacow

Гомологический ряд. Гомологи.

Соединения каждого класса составляют гомологический ряд.

Группа родственных соединений с однотипной структурой, каждый последующий член которого отличается от предыдущего на гомологическую разность — СН2 в составе углеводородного радикала называется гомологическим рядом.

Например, ближайшими гомологами являются этан С₂Н₆ и пропан СзН₈, метанол СН₃ОН и этанол СН₃СН₂ОН, пропановая СН₃СН₂СООН и бутановая СН₃СН₂СН₂СООН кислоты. Гомологи обладают близкими химическими свойствами и закономерно изменяющимися физическими свойствами.

Гомология — химическое явление, допускающее существование соединений отличающихся друг от друга на определённое количест-во групп (-СН₂), обладающих сходной характеристикой и проявляющих похожие свойства. ь Гомологи — это соединения, принадлежащие к одному классу, обладающие сходными свойствами, но отличающиеся по составу на одну или несколько групп (-СН₂).

Ответьте на вопросы, согласно приложения 1.

1. Что изучает органическая химия?
2. Какие вещества называются органическими?
3. На какие группы классифицируются все вещества?
4. Каких веществ насчитывается больше на Земле?
5. Чем обусловлено такое разнообразие органических веществ?
6. Что такое изомерия?
7. Что такое изомеры?
8. От чего зависит количество изомеров?
9. Что такое номенклатура?
10. Какие вы знаете виды номенклатур?
11. Что отражает тривиальное название органического вещества?
12. Какой принцип лежит в основе рациональной номенклатуры?
13. Другое название международной номенклатуры?
14. Какие вы знаете типы изомерии?
15. На какие виды подразделяется структурная изомерия?
16. Что лежит в основе изомерии цепи?
17. Что лежит в основе изомерии положения?
18. Правильно ли следующее утверждение: «свойства органических веществ находятся в зависимости от строения молекулы этих веществ»?
19. Как называются вещества, имеющие одинаковую молекулярную формулу, но разное строение молекулы?
20. Что мы подразумевает под термином «одно и то же вещество»?
21. Чему равна валентность атома углерода в органических соединениях?
22. Какую валентность проявляет атом водорода в органических соединениях?
23. Сколько связей может образовывать атом углерода в органических соединениях?
24. Верно ли утверждение, что атомы углерода могут образовывать циклы?
25. Каков заряд ядра атома углерода?
26. Каково число протонов в ядре атома углерода?
27. Сколько нейтронов содержится в ядре изотопа углерода ¹²С?
28. Сколько электронов в атоме углерода?
29. Сколько энергетических уровней в .атоме углерода?
30. Каково число электронов на внешнем электронном уровне?
31. Изобразите электронную формулу атома углерода.
32. Какие формы, электронных орбиталей.  и количество их составляют внешний электронный уровень углерода?

Приложение1.

№вар.	1 вар.	2 вар.	3 вар.	4вар.
Задания	1,5,9,13,17, 21, 25, 29.	2,6,10,14,18,22, 26, 30	3,7,11,15,19,23, 27, 31.	4,8,12,16,20,24, 28, 32.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.

Первым классификационным критерием служит деление органических соединений на группы с учетом строения углеродного скелета.

Под ациклическими и циклическими понимают незамкнутую или замкнутую углеродную связь соответственно.

В зависимости от природы атомов, составляющих цикл, различают карбоциклические и гетероциклические соединения.

Карбоциклические соединения содержат в цикле только атомы углерода и делятся на ароматические и алициклические (циклические неароматические). Число атомов углерода в циклах может быть различным. Известны большие циклы (макроциклы), состоящие из 30 атомов углерода и более.

Для изображения циклических структур удобны скелетные формулы, в которых опускают символы атомов углерода и водорода, но символы остальных элементов (N,O,S и др.) указывают. В таких формулах каждый угол многоугольника означает атом углерода с необходимым числом атомов водорода (с учетом четырехвалентности атома углерода).

Родоначальником ароматических углеводородов (аренов) является бензол. Нафталин, антрацен и фенантрен относятся к полицик-лическим аренам. Они содержат конденсированные бензольные кольца.

Гетероциклические соединения содержат в цикле, кроме атомов углерода, один или несколько атомов других элементов — гетеро-атомов (от греч. heteros — другой, иной): азот, кислород, серу и др.

Большое многообразие органических соединений можно рассматривать в целом как углеводороды или их производные, получен-ные путем введения в структуру углеводородов функциональных групп.

Функциональная группа — это гетероатом или группа атомов неуглеводородного характера, определяющие принадлежность соеди-нения к определенному классу и ответственных за его химические свойства.

Вторым, более существенным классификационным критерием, служит деление органических соединений на классы в зависимости от природы функциональных групп. Соединения с одной функциональной группой называют монофункциональными (этанол), с нес-колькими одинаковыми функциональными группами — полифункциональными (глицерин), с несколькими разными функциональны-ми группами — гетерофункциональными (коламин).

ПРОВЕРЯЕМ ЗНАНИЯ! https://onlinetestpad.com/e4j3oqjj2jjf4

ТИПЫ и МЕХАНИЗМЫ РЕАКЦИЙ В ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ.

I. Классификация по механизму реакции. В зависимости от способа разрыва ковалентной связи в реагирующей молекуле органичес-кие реакции подразделяются на радикальные и ионные реакции.

1. Гомолитические (радикальные) реакции ( галогенирование алканов) CH₄ + Cl₂ hν → CH₃Cl + HCl      (1 стадия) ;      CH₃Cl + Cl₂ hν → CH₂Cl₂ + HCl (2 стадия); СH₂Cl₂ + Cl₂ hν → CHCl₃ + HCl (3 стадия); CHCl₃ + Cl₂ hν → CCl₄ + HCl     (4 стадия).

Внимание! В реакциях замещения алканов легче всего замещаются атомы водорода у третичных атомов углерода, затем у вторичных и, в последнюю очередь, у первичных.

2. Гетеролитические (ионные). Гетеролитический распад ковалентной полярной связи приводит к образованию нук-леофилов (анионов) и электрофилов (катионов):

Образовавшиеся ионы вступают в дальнейшие превращения, например:

Электрофил E (любящий электроны) – это частица, которая атакует атом углерода органического соединения, отнимая у него электронную пару (является акцептором электронов). Примеры частиц – электрофилов: H₃O⁺, H⁺, HCl, HNO₃, NO₂⁺, AlCl₃ и др. Нуклеофил N (любящий ядро) – это частица, которая атакует атом углерода, предоставляя ему электронную пару (является донором электронов). Такие частицы, как правило, обладают основными свойствами. К ним относятся: OH^—, Cl^—, S₂^—  , NH₃, H₂O, R-OH, CH₃O^— и др. Ионные реакции  делятся по характеру реагента, действующего на молекулу, на электрофильные и нуклеофильные. Нуклеофильные реакции – это реакции органических веществ с нуклеофилами, т.е. анионами или молекулами, которые предостав-ляют электронную пару на образование новой связи: СH₃Br(субстрат)   +   NaOH(реагент-нуклеофил)   →   CH₃OH + NaBr Электрофильные реакции – реакции органических соединений с электрофильными реагентами, т.е. катионами или молекулами, которые имеют свободную орбиталь, готовые принять электронную пару для образования новой связи: C₆H₆ (субстрат) + HO:- NO₂+(реагент –электрофил) → C₆H₅–NO₂ + H–OH 

II. Классификация по направлению и конечному результату химического превращения.

Это реакции замещения, присоединения, отщепления (элиминирования), перегруппировки, окисления и восстановления

Реакции замещения — замена атомов водорода или группы атомов на другой атом или группу атомов:

Реакции присоединения  —  введение атома или группы атомов в молекулу непредельного соединения, что сопровождается разрывом в этом соединении π – связей:

Реакции отщепления (элиминирование) — реакции, в ходе которых  происходит от-щепление атомов или групп атомов от молекулы органического соединения с образование кратной связи:

Реакции изомеризации (перегруппировка) — реакции с изменением строения вещества, но с сохранением химического состава:

НОМЕНКЛАТУРА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.

Номенклатура – это  система правил, позволяющих дать однозначное название каждому индивидуальному соединению.

Для медицины знание общих правил номенклатуры имеет особенно большое значение, так как в со-ответствии с ними строятся названия многочисленных лекарственных средств. В настоящее время общепринята систематическая номенклатура ИЮПАК  (IUPAC-Международный союз теоретической и прикладной химии), но сохраняются и широко применяются тривиальные  (обыден-ные) и полутривиальные названия, использовавшиеся еще до того, как становилось известным строение вещества. В этих названиях могут отражаться природные источники и способы получения, особо заметные свойства и области применения. Например, лактоза (молочный сахар) выделена из молока (от лат. lactum – молоко), пальмитиновая кислота — из пальмового масла, пировиноградная кислота получена при пиролизе виноградной кислоты, в названии глицерина отражен его сладкий вкус (от греч. glykys — сладкий). Тривиальные названия особенно часто имеют природные соединения — аминокислоты, углеводы, алкалоиды, стероиды. Употребле-ние некоторых укоренившихся тривиальных и полутривиальных названий разрешается правилами ИЮПАК.

В тривиальных названиях дизамещенных производных бензола взаимное расположение заместителей в кольце обозначается пре-фиксами орто- (о-)— для групп, находящихся рядом, мета- (м-) — через один атом углерода и пара- (п-)— напротив. Например:

Для использования систематической номенклатуры ИЮПАК необходимо знать содержание следующих номенклатурных терминов: •  органический радикал — остаток молекулы, из которой удаляются один или несколько атомов водорода и при этом остаются сво-бодными одна или несколько валентностей. Углеводородные радикалы алифатического ряда имеют общее название — алкилы (в общих формулах обозначаются R), радикалы ароматического ряда — арилы (Ar). Два первых представителя алканов — метан и этан — образуют одновалентные радикалы метил СН₃— и этил СН₃СН₂-. Названия одновалентных радикалов обычно образуются при замене суффикса -ан суффиксом -ил. Каждый последующий гомолог из-за неравноценности атомов углерода образует несколько радикалов. При удалении атома водоро-да от концевого атома углерода пропана получают радикал н-пропил (нормальный пропил), а от вто-ричного атома углерода — ради-кал изопропил. Бутан и изобутан каждый образуют по два радикала. Буква н- (которую разрешается опускать) перед названием ради-кала указывает, что свободная валентность находится на конце неразветвленной цепи. Префикс  втор- (вторичный) означает, что свободная валентность находится у вторичного атома углерода, а префикс трет- (третичный) — у третичного. Свободный радикал — характеризует атом или группу атомов с неспаренным электроном. 

•  родоначальная структура — химическая структура, составляющая основу называемого соединения. В ациклических соединениях в качестве родоначальной структуры рассматривается главная цепь атомов углерода, в карбоциклических и гетероциклических сое-динениях — цикл. •  характеристическая группа — функциональная группа, связанная с родоначальной структурой или частично входящая в ее состав. •  заместитель — любой атом или группа атомов, замещающие в органическом соединении атом водорода. •  локант (от лат. locus — место) — цифра или буква, указывающая положение заместителя или кратной связи.

При составлении названия органического соединения следует придерживаться следующего алгоритма.

1) Определить все имеющиеся в молекуле характеристические группы и выделить среди них старшую (основную), которая будет указана в суффиксе названия, а остальные — в приставке.

2) Определение родоначальной структуры. В качестве родоначальной структуры в ациклических соединениях используют главную цепь атомов углерода, а в карбоциклических и гетероциклических соединениях — основную циклическую структуру. Главную цепь атомов углерода в ациклических соединениях выбирают по приведенным ниже критериям, причем каждый последующий критерий используют, если предыдущий не приводит к однозначному результату:

• максимальная длина цепи атомов углерода;
• максимальное число характеристических групп;
• максимальное число кратных связей;
• максимальное число заместителей.

3) Пронумеровать углеродную цепь так, чтобы старшая характеристическая группа получила наименьший номер. В карбоцикличес-ких соединениях нумерацию начинают от того атома углерода, при котором находится старшая характеристическая группа. При невозможности выбрать однозначную нумерацию цикл нумеруют так, чтобы заместители имели наименьшие номера.

4) Дать название блока родоначальной структуры со старшей характеристической группой. В названии родоначальной структуры степень насыщенности отражают суффиксами: -ан в случае насыщенного углеродного скелета, -ен — при наличии двойной и -ин — тройной связи (пентан, пентен, пентин). Если в молекуле несколько кратных связей, в суффиксе указывают число таких связей, например: -диен, -триен, а после суффикса обязательно арабскими цифрами указывают положение кратной связи ( бутен-, бутен-, бутадиен-,). К названию родоначальной структуры присоединяют суффикс, обозначающий старшую характеристическую группу. Для обозначения числа кратных связей и функциональных групп пользуются числительными:

5) Названия заместителей (кроме старшей характеристической группы). Дают название заместителям, обозначаемым префиксами в алфавитном порядке. Положение каждого заместителя и каждой кратной связи указывают цифрами, соответствующими номеру атома углерода, с которым связан заместитель (для кратной связи указывают только наименьший номер). В русской терминологии цифры ставят перед префиксами и после суффиксов (2-аминоэтанол H₂N-CH₂-CH₂-OH, бутадиен-1,3 СН₂=СН-СН=СН₂, пропанол-1 СН₃СН₂СН₂ОН). При наличии в соединении нескольких одинаковых заместителей при одном и том же атоме углерода локант пов-торяют столько раз, сколько имеется заместителей, с добавлением соответствующего умножающего префикса.Цифры отделяются друг от друга запятой, а от названия — дефисом (2,2,3 -трихлор-). Заместители перечисляют по алфавиту, причем умножающий префикс (ди-, три-) в алфавитном порядке не учитывают. После суффикса -аль, как и для сочетания -овая кислота, можно не указывать положение характеристических групп, так как они всегда находятся в начале цепи.

Построение систематического названия.

1.Дайте название данному соединению.

2.Находим самую длинную цепь атомов С.

При этом, если возможны 2 или более вариантов главной цепи, то выбрать тот вариант, в котором к главной цепи примыкает наибольшее число заместителей. В этом случае заместители окажутся наиболее простыми.

Выбираем второй вариант, т.к. во втором случае главная цепь имеет большее число боковых ответвлений и более простого строения.

3.  Последовательно нумеруем атомы углерода главной цепи, начиная с ближайшего к разветвлению конца.

4. Даём название данному соединению. Название алкана (в соединении все связи одинарные, значит это алкан) складывается из назва-ний боковых радикалов, перечисленных в алфавитном порядке с указанием положения в главной цепи, и названия главной цепи. Указываем положение заместителей (в данной формуле их два: — метил (-СН₃) и -этил (-СН₂-СН₃)). Радикал метил располагается у 2 атома углерода основной цепи (2-метил), а радикал этил — у 3 атома углерода(3-этил), добавляем название алкана с пятью атомами углерода в основной цепи (пентан) и получает название соединения: 2-метил-3-этилпентан.

Построение структуры по систематическому названию (начинаем с конца)

1. Сначала записываем родоначальную структуру — открытую цепь или цикл; 2. Нумеруем атомы углерода и расставляем заместители. 3. Дописываем атомы водорода с условием, чтобы каждый атом углерода оказался четырехвалентным.

В качестве примера давайте построим структуру лекарственного средства парааминосалициловой кислоты, систематическое название — 4-амино-2-гидроксибензойная кислота:

1. Записываем родоначальную структуру — тривиальное название цикла со старшей характеристической группой (СООН):

2. Нумеруем атомы углерода родоначальной структуры, начиная с атома углерода, у которого стоит характеристическая группа:

3. Расставляем заместители – группа NH₂ (приставка — амино) у атома С-4 и группа ОН (приставкат-гидрокси) у атома С-2:

Выполните задания:

1. Напишите структурные формулы соединений: 2,3,3-триметилгексан; 2,3-диметил-5-нитрогексан; 2,5-диметилгексин-3. 2. Дайте названия следующим соединениям по ИЮПАК:  

ЭЛЕКТРОННЫЕ ЭФФЕКТЫ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ В ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЯХ.

Все атомы, составляющие органическую молекулу, находятся во взаимосвязи и испытывают взаимное влияние. Это влияние передается в основном через систему ковалентных связей с помощью электронных эффектов.

Электронный эффект – смещение электронной плотности в молекуле под влиянием отдельных атомов или групп атомов.

Смещение электронов, приводящее к поляризации связи, определяется разностью электроотрицательностей атомов, образующих химическую связь. Атомы, связанные полярной связью, несут частичные заряды: δ+ и δ−

Смещение электронной плотности по цепи σ-связей называется индуктивным эффектом и обозначается I. Индуктивный эффект передается по цепи с затуханием, что объясняется малой подвижностью электронов σ-связи:

В зависимости от того, удаляется ли электронная плотность от рассматриваемого атома углерода или приближается к нему, индуктивный эффект называют отрицательным (−I) или положительным (+I).

Электроноакцепторные заместители, смещающие электронную плотность σ-связи от атома углерода к себе, проявляют отрицатель-ный индуктивный эффект (−I): галогены, NH₂, OH, >C=O, COOH и др.

Электронодонорные заместители, смещающие электронную плотность к атому углерода от себя, проявляют положительный индуктивный эффект (+I): атомы металлов, углеводородные радикалы.

Индуктивный эффект проявляется и в случае, когда связанные между собой атомы углерода различаются по типу гибридизации: H₃C → CH = CH₂

Мезомерным эффектом, или эффектом сопряжения, называется перераспределение электронной плотности, происходящее с участием негибридных p-орбиталей. Мезомерный эффект (M) осуществляется как через систему π-связей (например, в бутадиене-1,3), так и через участие гетероатомов с неподеленными электронными парами (O, N, S): CH₂=CH−CH=CH₂  CH₂=CH−O−CH=CH₂

Мезомерный эффект, как и индуктивный, может быть как отрицательным, так и положительным. Благодаря большей подвижности электронов π-связи M-эффект практически не ослабевает при передаче по сопряженной цепи. По этой причине |M| > | I |.

ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ИЗУЧЕННОГО МАТЕРИАЛА ПЕРЕЙДИТЕ ПО ССЫЛКЕ: https://learningapps.org/watch?v=p8get8ngc23 и ВЫПОЛНИТЕ ЗАДАНИЯ. МОЖЕТЕ ВОСПОЛЬЗОВАТЬСЯ ВИДЖЕТОМ.