ТЕМА 6. Теоретические основы органической химии

Методика решения типовых задач

Задача: Дайте название соли, а также определите величину и знак заряда комплексного иона в соединении K₄[ Fe(CN)₆].

Решение. Составляем название указанному комплексному соединению:K₄[ Fe(CN)₆] - гексациано-(П)феррат калия. В водном растворе:

K₄[Fe(CN)₆] ® 4K⁺ + [Fe(CN)₆]^4-

Комплексный ион - [ Fe(CN)₆ ]^4- имеет заряд (равный по величине и обратный по знаку зарядам всех ионов калия) отрицательный (4 -), так как во внешней сфере в этом соединении находятся четыре иона К. В водном растворе комплексная соль является сильным электролитом.

Основные вопросы

Теория химического строения органических соединений А.М. Бутлерова. Структурные понятия: углеродный скелет, радикал, функциональная группа. Изомерия.

Основы классификации органических соединений по углеродному скелету и функциональным группам. Гомология и гомологические ряды в органической химии. Принципы систематической номенклатуры ИЮПАК.

Молекулярные модели и стереохимические формулы. Пространственная изомерия органических соединений (конформационная, геометрическая, оптическая). Асимметрический атом углерода. Понятие о стереохимической номенклатуре (D,L-, E,Z-, и R,S-номенклатура).

Роль валентных электронов в образовании химической связи. Типы связей в органических молекулах (ковалентные, ионные, координационные, водородные). Электронно-точечные формулы (формулы Льюиса), правило октета, обобщенные и неподеленные электронные пары, формальные заряды атомов в молекуле. Квантово-механическое описание химической связи. Перекрывание атомных орбиталей как необходимое условие образования ковалентной связи: σ- и π -связи. Гибридизация атомных орбиталей (sp³, sp², sp).

Электронное строение и реакционная способность. Перераспределение валентных электронов как сущность химических процессов. Способы разрыва ковалентной связи (гомолитический, гетеролитический). Промежуточные реакционноспособные частицы (радикалы, карбокатионы, карбанионы). Факторы, влияющие на распределение электронной плотности в молекуле. Понятие об индуктивном и мезомерном эффектах, электронодонорных и электроноакцепторных заместителях.

Понятие о механизмах органических реакций. Механизм реакции как последовательность элементарных стадий. Одно- и многостадийные реакции, понятие о переходном состоянии и интермедиате. Современная классификация органических реакций: по результату, способу разрыва ковалентной связи и типу атакующего реагента (радикальные, электрофильные, нуклеофильные).

Кислотность и основность органических соединений Понятие о протонной и электронной теориях (теории Бренстеда и Льюиса). Основные типы органических кислот и оснований. Отно­сительная сила кислот и оснований, единицы их количественной характеристики (рКА и рКВ). Значение понятий кислотности и основности для объяснения реакционной способности органических соединений.

Методические указания

Изучение темы начните с рассмотрения основных положений теории химического строения органических соединений А.М.Бутлерова (так называемая структурная теория). После этого остановитесь на вопросе классификации органических соединений. Выясните суть понятий «углеродный скелет» и «функциональная группа».

Углеродный скелет – это каркас органической молекулы, он представляет собой последовательность химически связанных между собой атомов углерода. Во многих химических реакциях углеродный скелет остается неизменным. Углеродные скелеты бывают циклические, в которых углеродная цепь замкнута в цикл и алифатические, в которых углеродная цепь не замкнута. Кроме того, скелеты бывают разветвленные и неразветвленные: в неразветвленных скелетах каждый атом углерода связан с одним или двумя атомами углерода, а в разветвленных скелетах хотя бы один атом углерода связан с тремя или четырьмя атомами углерода:

Атомы углерода в скелетах различают по числу химически связанных с ними других атомов углерода. Если данный атом углерода связан с одним атомом углерода, то его называют первичным, с двумя – вторичным, тремя – третичным и четырьмя – четвертичным.

Функциональные группы образуют все атомы, кроме водорода или группы атомов, связанные с атомом углерода. Функциональные группы - это активные центры органических молекул. Именно они чаще всего испытывают химические превращения и определяют многие химические и физические свойства органических соединений. Выучите важнейшие функциональные группы.

Соединения, имеющие одинаковые функциональные группы, но отличающиеся числом атомов углерода, обладают весьма похожими физическими и химическими свойствами. Такие соединения называются гомологами. Гомологи – это соединения, принадлежащие одному классу, но отличающиеся друг от друга по составу на целое число групп -СН₂. Совокупность всех гомологов образует гомологический ряд.

Для наименования органических соединений преимущественно используют международную (систематическую) номенклатуру. Выучите её правила.

Одно из основных положений структурной теории связано с существованием изомеров. Изомеры - это вещества, имеющие одинаковый качественный и количественный состав (одинаковую молекулярную формулу), но разное строение молекул. Различают два основных типа изомерии - структурную и пространственную. Структурные изомеры отличаются друг от друга порядком соединения атомов. В пространственных изомерах порядок соединения атомов один и тот же, однако, некоторые атомы благодаря электронным или геометрическим особенностям отличаются положением в пространстве относительно других атомов. Разберите, какие существуют виды структурной и пространственной изомерии.

Затем рассмотрите возможные случаи взаимного влияния атомов в молекуле. Обратите внимание на то, что смещение электронных облаков (электронной плотности) в молекуле под влиянием заместителей называют электронными эффектами. Если атом или группа атомов смещают электронную плотность на себя, то говорят, что они обладают электроноакцепторными свойствами и проявляют отрицательный электронный эффект. В противном случае они обладают электронодонорными свойствами и проявляют положительный эффект.

Смещение электронных плотностей по цепи одинарных связей называют индуктивным эффектом и обозначают буквой I; смещение электронной плотности, передаваемое по цепи кратных связей называют мезомерным эффектом (М). Выясните, какие электронные эффекты характерны для основных функциональных групп и углеводородных радикалов.

Дата добавления: 2015-08-31