Organisk kemi er en videnskab, der studerer forbindelserne af kulstof med andre grundstoffer, kaldet organiske forbindelser, såvel som lovene for deres omdannelser. Navnet "organisk kemi" opstod på et tidligt tidspunkt i videnskabens udvikling, da emnet for undersøgelsen var begrænset til kulstofforbindelser af vegetabilsk og animalsk oprindelse. Ikke alle kulstofforbindelser kan kaldes organiske. For eksempel er CO 2, HCN, CS 2 traditionelt klassificeret som uorganisk. Konventionelt kan vi antage, at prototypen af ​​organiske forbindelser er metan CH4.

Til dato overstiger antallet af kendte organiske stoffer 10 millioner og stiger hvert år med 200-300 tusinde. Mangfoldigheden af ​​disse forbindelser er bestemt af carbonatomers unikke evne til at forbinde med hinanden ved simple og multiple bindinger, for at danne forbindelser. med et næsten ubegrænset antal atomer forbundet i en kæde, danner cyklusser, rammer osv. stærke bindinger med næsten alle elementer i det periodiske system, såvel som fænomenet isomerisme - eksistensen af ​​stoffer, der er identiske i sammensætning, men forskellige i struktur og egenskaber.

Et stort antal organiske forbindelser bestemmer værdien af ​​org. kemi som den største gren af ​​moderne kemi. Verden omkring os er hovedsageligt bygget af org. forbindelser; mad, brændstof, tøj, medicin, maling, rengøringsmidler, materialer, uden hvilke det er umuligt at skabe transport, bogtryk, indtrængen i rummet osv. Organisationens vigtigste rolle. forbindelser spiller i vitale processer. Efter størrelse af molekyler org. stoffer er opdelt i lav molekylvægt (med en molær masse fra flere tiere til flere hundrede, sjældent op til tusind) og høj molekylvægt (makromolekylær; med en molær masse i størrelsesordenen 10 4 -10 6 eller mere).

Organisk kemi undersøger ikke kun forbindelser opnået fra plante- og dyreorganismer, men hovedsageligt forbindelser skabt kunstigt gennem laboratorie- eller industriel organisk syntese. Desuden er undersøgelsesobjekterne computer org. kemi er forbindelser, der ikke kun ikke eksisterer i levende organismer, men som tilsyneladende ikke kan opnås kunstigt (for eksempel en hypotetisk analog af metan, som ikke har en naturlig tetraedrisk struktur, men formen af ​​en flad firkant).

Historisk reference

Oprindelsen af ​​organisk kemi går tilbage til oldtiden (selv dengang kendte de til alkohol- og eddikesyregæring, indigo og alizarinfarvning). Imidlertid var der i middelalderen (alkymiens periode) kun få enkelte org. stoffer. Al forskning i denne periode blev hovedsagelig reduceret til operationer, ved hjælp af hvilke, som man dengang troede, alene simple stoffer kan gøres til andre. Siden det 16. århundrede. (perioden med iatrokemi) forskning var hovedsageligt rettet mod isolering og anvendelse af forskellige medicinske stoffer: en række æteriske olier blev isoleret fra planter, diethylether blev fremstillet, træ (methyl) alkohol og eddikesyre blev opnået ved tør destillation af træ , vinsyre blev opnået fra vinsten, ved destillation blysukker - eddikesyre, destillation af rav - rav.

Fusion kemiske forbindelser plante- og animalsk oprindelse til et enkelt kemikalie. videnskabelig org. kemi blev udført af J. Berzelius, der introducerede termen og begrebet organisk stof, ifølge Berzelius, er kun mulig i en levende organisme i nærvær af "vital kraft".

Denne misforståelse blev tilbagevist af F. Wöhler (1828), som opnåede urinstof (et organisk stof) fra ammoniumcyanat (et uorganisk stof), A. Kolbe, der syntetiserede eddikesyre, M. Berthelot, som opnåede metan fra H 2 S og CS 2, A. M. Butlerov, der syntetiserede sukkerholdige stoffer fra formaldehyd. I første halvleg. XIX århundrede Omfattende forsøgsmateriale blev akkumuleret, og de første generaliseringer blev foretaget, som bestemte den hurtige udvikling af org. kemi: der er udviklet metoder til at analysere org. forbindelser (Berzelius, J. Liebig, J. Dumas, M. Chevreul), blev teorien om radikaler skabt (Wohler, J. Gay-Lussac, Liebig, Dumas) som grupper af atomer, der passerer uændret fra det oprindelige molekyle til det endelige molekyle. en under reaktionen; typeteori (C. Gerard, 1853), hvori org. forbindelser blev konstrueret af uorganiske stoffer - "typer" ved at erstatte atomer i dem med org. fragmenter; begrebet isomerisme (Berzelius) blev introduceret.

Samtidig fortsætter intensiv udvikling af syntese. De første er ved at blive skabt industriel produktion organiske forbindelser (A. Hoffman, W. Perkin Sr. - syntetiske farvestoffer: mauvein, fuchsin, cyanin og azofarvestoffer). Forbedringen af ​​metoden til anilinsyntese opdaget af N. N. Zinin (1842) tjente som grundlag for skabelsen af ​​anilinfarveindustrien.

Ideen om en uløselig forbindelse mellem kemikalier. og fysisk egenskaber af et molekyle med dets struktur, ideen om det unikke ved denne struktur blev først udtrykt af Butlerov (1861), som skabte den klassiske teori om kemi. struktur (atomer i molekyler er forbundet i henhold til deres valenser, de kemiske og fysiske egenskaber af forbindelsen bestemmes af arten og antallet af atomer, der indgår i deres sammensætning, samt typen af ​​bindinger og gensidig påvirkning af direkte ubundne atomer). Teori kemi. strukturen bestemte den videre hurtige udvikling af organisk kemi: i 1865 foreslog Kekule formlen for benzen og udtrykte senere ideen om bindingsoscillation; V.V. Markovnikov og A.M. Zaitsev formulerede en række regler, der for første gang forbandt kemiens retning. reaktioner med kemikalier strukturen af ​​det reagerende stof.

Arbejderne af Bayer, K. Laar, L. Claisen, L. Knorr udviklede ideer om tautomerisme – mobil isomeri. Alle disse teoretiske ideer bidrog til den stærke udvikling af syntetisk kemi. K kon. XIX århundrede alle de vigtigste repræsentanter for carbonhydrider, alkoholer, aldehyder og ketoner, carboxylsyrer, halogen- og nitroderivater, nitrogen- og svovlholdige strukturer, heterocykliske forbindelser af aromatisk natur blev opnået. Fremgangsmåder til fremstilling af diener, acetylener og allener er blevet udviklet (A.E. Favorsky). Talrige kondensationsreaktioner blev opdaget (S. Wurtz, A. P. Borodin, W. Perkin, Claisen, A. Michael, S. Friedel, J. Crafts, E. Knoevenagel, etc.). Enestående succeser blev opnået af E. G. Fischer i studiet af kulhydrater, proteiner og puriner, i brugen af ​​enzymer i org. syntese (1894), udførte han også syntesen af ​​polypeptider. Grundlaget for industrien af ​​aromatiske stoffer er O. Wallachs arbejde om terpenernes kemi. R. Willstetters banebrydende værker er fremragende selv for vores tid. Grundlæggende bidrag i udviklingen af ​​org. syntese blev introduceret af V. Grignard (1900-20) og N.D. Zelinsky (1910) – skabelsen af ​​en usædvanlig frugtbar metode til syntese af organomagnesiumforbindelser og opdagelsen af ​​katalytiske omdannelser af kulbrinter; sidstnævnte spillede en enestående rolle i udviklingen af ​​petroleumskemi. Kemien af ​​frie radikaler begyndte med arbejdet af M. Gomberg (1900), som opdagede triphenylmethyl-radikalet, og blev videreført af arbejdet af A. E. Chichibabin, G. Wieland og S. Goldschmidt.

Struktur af organiske forbindelser

Organiske forbindelser er karakteriseret ved ikke-polære kovalente bindinger C-C og polære kovalente bindinger C-O, C-N, C-Hal, C-metal osv. Dannelsen af ​​kovalente bindinger blev forklaret ud fra antagelser udviklet af G. Lewis og W. Kossel (1916) om elektroniske formationers vigtige rolle - oktetter og dubletter. Molekylet er stabilt, hvis valensskallen af ​​grundstoffer som C, N, O, Hal indeholder 8 elektroner (oktetreglen), og valensskallen af ​​brint indeholder 2 elektroner. Chem. en binding dannes af et fælles elektronpar fra forskellige atomer (simpel binding). Dobbelt- og tredobbeltbindinger dannes af tilsvarende to og tre sådanne par. Elektronegative atomer (F, O, N) bruger ikke alle deres valenselektroner til at binde med kulstof; "ubrugte" elektroner danner enlige (frie) elektronpar. Polaritet og polariserbarhed af kovalente bindinger i org. forbindelser i Lewis-Kossel elektroniske teori forklares ved forskydningen af ​​elektronpar fra et mindre elektronegativt til et mere elektronegativt atom, hvilket udtrykkes i den induktive effekt og den mesomeriske effekt.

Klassisk teori om kemi. strukturer og oprindeligt elektroniske repræsentationer var ude af stand til på tilfredsstillende måde at beskrive strukturen af ​​mange forbindelser, for eksempel aromatiske. Moderne teori kommunikation i org. forbindelser er primært baseret på begrebet orbitaler og bruger molekylære orbitale metoder. Kvantekemiske metoder udvikles intensivt, hvis objektivitet bestemmes af det faktum, at de er baseret på kvantemekanikkens apparat, den eneste egnet til at studere mikroverdenens fænomener.

Udseendet af organiske forbindelser

De fleste organiske forbindelser i naturen dannes ved fotosyntese fra kuldioxid og vand under påvirkning af solstråling, absorberet af klorofyl i grønne planter. Dog org. forbindelser må have eksisteret på jorden før livets fremkomst, som ikke kunne være opstået uden dem. Jordens primære atmosfære for omkring 2 milliarder år siden havde reducerende egenskaber, fordi den ikke indeholdt ilt, men indeholdt primært brint og vand samt CO, kvælstof, ammoniak og metan.

Under stærke forhold radioaktiv stråling jordmineraler og intense atmosfæriske udledninger i atmosfæren, forløb den abiotiske syntese af aminosyrer i henhold til følgende skema:

CH4 + H2O + NH3 → Aminosyrer

Muligheden for en sådan reaktion er nu blevet bevist ved laboratorieforsøg.

Organisk kemi er den videnskab, der studerer kulstofforbindelser kaldetorganiske stoffer. I denne forbindelse kaldes organisk kemi også kemi af kulstofforbindelser.

De vigtigste grunde til at adskille organisk kemi i en separat videnskab er som følger.

1. Talrige organiske forbindelser sammenlignet med uorganiske.

Antallet af kendte organiske forbindelser (ca. 6 millioner) overstiger væsentligt antallet af forbindelser af alle andre elementer i Mendeleevs periodiske system. I øjeblikket er omkring 700 tusinde uorganiske forbindelser kendt, omkring 150 tusinde nye organiske forbindelser opnås nu på et år. Dette forklares ikke kun af det faktum, at kemikere er særligt intensivt involveret i syntesen og undersøgelsen af ​​organiske forbindelser, men også af kulstofelementets særlige evne til at producere forbindelser, der indeholder et næsten ubegrænset antal kulstofatomer forbundet i kæder og cyklusser.

2. Organiske stoffer er af enestående betydning både på grund af deres ekstremt forskellige praktiske anvendelser, og fordi de spiller en afgørende rolle i organismers livsprocesser.

3. Der er betydelige forskelle i organiske forbindelsers egenskaber og reaktivitet fra uorganiske, Som følge heraf var der behov for at udvikle mange specifikke metoder til undersøgelse af organiske forbindelser.

Emnet for organisk kemi er studiet af metoder til fremstilling, sammensætning, struktur og anvendelsesområder for de vigtigste klasser af organiske forbindelser.

2. Kort historisk oversigt over udviklingen af ​​organisk kemi

Organisk kemi som videnskab tog form i begyndelsen af ​​1800-tallet, men menneskets bekendtskab med organiske stoffer og deres anvendelse til praktiske formål begyndte i oldtiden. Den første kendte syre var eddike eller en vandig opløsning af eddikesyre. De gamle folk kendte gæringen af ​​druesaft, de kendte en primitiv metode til destillation og brugte den til at opnå terpentin;

gallerne og tyskerne vidste, hvordan man laver sæbe; i Egypten, Gallien og Tyskland vidste de, hvordan man brygger øl.

Perioden med udvikling af kemisk viden i middelalderen (ca. indtil det 16. århundrede) blev kaldt alkymiens periode.

Undersøgelsen af ​​uorganiske stoffer var dog meget mere vellykket end undersøgelsen af ​​organiske stoffer. Information om sidstnævnte forbliver næsten lige så begrænset som i mere antikke århundreder. Der blev gjort visse fremskridt takket være forbedringen af ​​destillationsmetoderne. På den måde isolerede man især adskillige æteriske olier og opnåede stærk vinalkohol, som blev betragtet som et af de stoffer, man kunne tilberede de vises sten med.

Slutningen af ​​det 18. århundrede var præget af mærkbare succeser i studiet af organiske stoffer, og organiske stoffer begyndte at blive studeret fra et rent videnskabeligt synspunkt. I denne periode blev en række af de vigtigste organiske syrer (oxalsyre, citronsyre, æblesyre, gallussyre) isoleret fra planter og beskrevet, og det blev fastslået, at olier og fedtstoffer som en fælles komponent indeholder den "søde begyndelse af olier" (glycerin). ), etc.

Efterhånden begyndte forskningen i organiske stoffer - affaldsprodukter fra animalske organismer - at udvikle sig.

For eksempel blev urinstof og urinsyre isoleret fra human urin, og hippursyre blev isoleret fra ko- og hesteurin.

Ophobningen af ​​betydeligt faktuelt materiale var en stærk drivkraft for en dybere undersøgelse af organisk stof.

Begreberne organiske stoffer og organisk kemi blev først introduceret af den svenske videnskabsmand Berzelius (1827). I en lærebog i kemi, der gik igennem mange udgaver, udtrykte Berzelius troen på, at "i den levende natur adlyder grundstofferne andre love end i den livløse natur", og at organiske stoffer ikke kan dannes under påvirkning af almindelige fysiske og kemiske kræfter, men kræver en særlig "vital kraft" for deres dannelse " Han definerede organisk kemi som "kemien af ​​plante- og dyrestoffer, eller stoffer dannet under indflydelse af vital kraft." Den efterfølgende udvikling af organisk kemi beviste, at disse synspunkter var forkerte. I 1828 viste Wöhler, at et uorganisk stof - ammoniumcyanat - ved opvarmning bliver til et affaldsprodukt af en animalsk organisme - urinstof. I 1845 syntetiserede Kolbe et typisk organisk stof - eddikesyre, ved at bruge trækul, svovl, klor og vand som udgangsmaterialer. For forholdsvis

I 1854 lykkedes det Berthelot at syntetisere stoffer, der tilhører klassen af ​​fedtstoffer.

I 1861 gennemførte A. M. Butlerov, ved kalkvands indvirkning på paraformaldehyd, først syntesen af ​​methylenenitan, et stof relateret til sukker klasse, som er kendt for at spille en vigtig rolle i organismers livsprocesser.

Alle disse videnskabelige opdagelser førte til vitalismens sammenbrud - den idealistiske doktrin om "livskraft".

Det er kendt, at alt komplekse stoffer kan groft opdeles i organisk og uorganisk.

Sammensætningen af ​​uorganiske stoffer kan omfatte et hvilket som helst element i det periodiske system. Hovedklasserne af uorganiske stoffer er oxider, syrer, baser og salte. Disse stoffers egenskaber blev diskuteret i de to første afsnit.

Sammensætningen af ​​organiske stoffer omfatter nødvendigvis et kulstofatom, som danner kæder i langt de fleste organiske forbindelser. Disse kæder har forskellige længder og forskellige strukturer, så teoretisk kan der være et uendeligt antal organiske forbindelser.

Grundlaget for enhver organisk forbindelse er en kulbrintekæde, som kan kombineres med funktionelle grupper.

Egenskaberne af en organisk forbindelse er beskrevet i henhold til skemaet:

• definition;
• homolog serie;
• isomerisme;
• nomenklatur (navne);
• molekylær struktur (carbonhydridkæde og funktionelle grupper);
• egenskaber forbundet med strukturen
  • funktionel gruppe;
  • carbonhydridradikal;
• særlige egenskaber;
• modtagelse og brug.

Efter at have læst den næste lektion, prøv at beskrive de forbindelser, du studerer, ved hjælp af et hvilket som helst eksempel ved hjælp af dette diagram. Og alt ordner sig!

Organiske stoffer har været kendt af folk i lang tid. Selv i oldtiden brugte man sukker, animalske og vegetabilske fedtstoffer, farvestoffer og aromatiske stoffer. Alle disse stoffer blev isoleret fra levende organismer. Derfor kom sådanne forbindelser til at blive kaldt økologisk, og den sektion af kemi, der studerede stoffer dannet som et resultat af den vitale aktivitet af levende organismer, blev kaldt " organisk kemi" Denne definition blev givet af den svenske videnskabsmand Berzelius* i 1827.

* Berzelius Jens Jacob(20/08/1779–08/7/1848) - Svensk kemiker. Testet og bevist en række grundlæggende love for kemi, bestemt atommasser 45 kemiske grundstoffer, introducerede den moderne betegnelse for kemiske grundstoffer (1814) og de første kemiske formler, udviklede begreberne "isomerisme", "katalyse" og "allotropi".

Allerede de første forskere af organiske stoffer bemærkede funktionerne ved disse forbindelser. for det første, når de brændes, dannes de alle carbondioxid og vand, hvilket betyder, at de alle indeholder kulstof- og brintatomer. For det andet, disse forbindelser havde flere kompleks struktur end mineralske (uorganiske) stoffer. Tredje opstod der alvorlige vanskeligheder med hensyn til fremgangsmåder til opnåelse og oprensning af disse forbindelser. Det blev endda antaget, at organiske forbindelser ikke kunne opnås uden deltagelse af den "vitale kraft", som kun er iboende i levende organismer, det vil sige, at organiske forbindelser ikke kunne opnås kunstigt.

Og endelig blev forbindelser af samme molekylære sammensætning, men forskellige i egenskaber, opdaget. Dette fænomen var ikke typisk for uorganiske stoffer. Hvis sammensætningen af ​​et uorganisk stof er kendt, er dets egenskaber også kendt.

Spørgsmål. Hvilke egenskaber har H 2 SO 4? Ca(OH)2?

Og organiske kemikere opdagede, at et stof med sammensætningen C 2 H 6 O for nogle forskere er en ret inert gas, mens det for andre er en væske, der aktivt deltager i forskellige reaktioner. Hvordan forklarer man dette?

I midten af ​​det 19. århundrede var der blevet skabt mange teorier, hvis forfattere forsøgte at forklare disse og andre træk ved organiske forbindelser. En af disse teorier var Butlerovs teori om kemisk struktur*.

*Butlerov Alexander Mikhailovich(15/09/1928–17/08/1886) - russisk kemiker. Han skabte teorien om den kemiske struktur af organiske stoffer, som danner grundlaget for moderne kemi. Han forudsagde isomerismen af ​​mange organiske forbindelser og lagde grundlaget for doktrinen om tautomerisme.

Nogle af dens bestemmelser blev skitseret af A. M. Butlerov i 1861 på en konference i Speyer, andre blev formuleret senere i A. M. Butlerovs videnskabelige værker. Generelt, hovedbestemmelser det her teorier i moderne fremstilling kan det formuleres som følger.

1. Atomer i molekyler er arrangeret i en streng rækkefølge efter deres valens.

2. Kulstofatomet i organiske molekyler har altid en valens lig med fire.

3. Rækkefølgen af ​​forbindelser mellem atomer i et molekyle og arten af ​​kemiske bindinger mellem atomer kaldes kemisk struktur.

4. Ejendomme organiske forbindelser afhænge af ikke kun på hvilke atomer og i hvilke mængder der indgår i molekylet, men også fra kemisk struktur:

• stoffer diverse bygninger har forskellige ejendomme;
• stoffer lignende bygninger har lignende ejendomme.

5. Ved at studere organiske forbindelsers egenskaber kan man drage en konklusion om strukturen af ​​et givent stof og beskrive denne struktur med en enkelt kemisk formel.

6. Atomerne i et molekyle påvirker hinanden, og denne påvirkning påvirker stoffets egenskaber.

Når du studerer organisk kemi, skal du huske disse bestemmelser oftere, og før du beskriver egenskaberne af et stof, bør du angive det struktur ved hjælp af en kemisk formel, som vil vise rækkefølgen af ​​forbindelsen af ​​atomer i et molekyle - grafisk formel.

Funktioner af strukturen af ​​organiske forbindelser

Organisk kemi studerer strukturen af ​​molekyler og egenskaber af kulstofforbindelser, undtagen for de simpleste (kulsyre og blåsyre og deres salte).

Sammensætningen af ​​uorganiske forbindelser kan omfatte et hvilket som helst af de 114 i øjeblikket kendte kemiske grundstoffer. Der kendes nu mere end 0,5 mio uorganisk stoffer.

Organiske molekyler indeholder normalt atomer af 6 kemiske elementer: C, H, O, N, P, S. Ikke desto mindre ved man mere nu 20 mio økologisk forbindelser.

Hvorfor er der så mange organiske stoffer?

Da enhver organisk forbindelse indeholder et carbonatom, lad os prøve at finde svaret på dette spørgsmål ved at overveje carbonatomets strukturelle træk.

Kulstof er et kemisk grundstof fra den anden periode, gruppe IV af Mendeleevs periodiske system af kemiske grundstoffer, derfor kan strukturen af ​​dets atom afbildes som følger:

Således er der på det ydre niveau af carbonatomet fire elektron. Da et kulstofatom er et ikke-metal, kan det både give afkald på fire elektroner og også acceptere fire elektroner indtil færdiggørelsen af ​​det ydre niveau fire elektron. Derfor:

• kulstofatomet i organiske forbindelser er altid tetravalent;
• carbonatomer er i stand til at kombinere med hinanden til dannelse kæder forskellige længder og strukturer;
• carbonatomer er forbundet med hinanden og til andre atomer ved hjælp af en kovalent binding, som er angivet med en streg i formlen; da valensen af ​​et carbonatom er fire, er det samlede antal linjer (kemiske bindinger) af et carbonatom også fire.

Kulstofkæder kan indeholde forskellige antal kulstofatomer: fra et til flere tusinde. Derudover kan kæderne have forskellige strukturer:

Forskellige typer kemiske bindinger kan forekomme mellem kulstofatomer:

Derfor kan kun fire (!) kulstofatomer danne mere end 10 forbindelser med forskellige strukturer, selvom sådanne forbindelser kun indeholder kulstof- og brintatomer. Disse forbindelser vil for eksempel have følgende "kulstofskeletter":

og andre.

Opgave 17.1. Prøv selv at lave 2-3 kæder af kulstofatomer med en anden struktur end fire kulstofatomer.

konklusioner

Kulstofatomers evne til at danne CORBON-KÆDER med forskellig sammensætning og struktur er hovedårsagen til mangfoldigheden af ​​organiske forbindelser.

Klassificering af organiske forbindelser

Da der er så mange organiske forbindelser, er de klassificeret efter forskellige kriterier:

• ved kulstofkædestruktur- lineære, forgrenede, cykliske forbindelser;
• efter type kemisk binding- mættede, umættede og aromatiske forbindelser;
• efter sammensætning- kulbrinter, oxygenholdige forbindelser, nitrogenholdige forbindelser og andre.

Denne tutorial vil undersøge egenskaberne af forbindelser af forskellige klasser, så definitioner og eksempler vil blive givet senere.

Formler for organiske forbindelser

Formler for organiske forbindelser kan afbildes på forskellige måder. Molekylets sammensætning afspejler molekylær (empirisk) formel:

Men denne formel viser ikke arrangementet af atomer i molekylet, det vil sige strukturen af ​​stoffets molekyle. Og i organisk kemi er dette koncept - den kemiske struktur af et stofs molekyle - det vigtigste! Rækkefølgen af ​​forbindelse af atomer i et molekyle viser grafisk (strukturel) formel. For et stof med strukturen C 4 H 10 kan man for eksempel skrive to følgende formler:

Kan vises Alle kemiske bindinger:

Sådanne detaljerede grafiske formler viser tydeligt, at carbonatomet i organiske molekyler er tetravalent. Når du udarbejder grafiske formler, skal du først afbilde kulstofkæden, for eksempel:

Brug derefter tankestreger til at angive valensen af ​​hvert carbonatom:

Hvert kulstofatom skal have fire linjer!

Fyld derefter de "frie" valenser med hydrogenatomer (eller andre monovalente atomer eller grupper).

Nu kan du omskrive denne formel i forkortet form:

Hvis du straks vil skrive sådan en formel for butan, er der ikke noget kompliceret, du skal bare tælle til fire. Efter at have afbildet carbon-"skelettet", skal du stille dig selv spørgsmålet: hvor mange valenser (linjer) har dette særlige carbonatom?

To. Det betyder, at du skal tilføje 2 hydrogenatomer:

Det skal huskes, at grafiske formler kan skrives på forskellige måder. For eksempel, grafisk formel butan kan skrives som følger:

Da rækkefølgen af ​​arrangement af atomer ikke er blevet overtrådt, er disse formlerne samme forbindelse(!) Du kan teste dig selv ved at finde på navnene på disse forbindelser (se lektion 17.7). Hvis navnene på stoffer er sammenfaldende, så er disse formler for det samme stof.

Isomerisme

I midten af ​​1800-tallet, da man havde opnået og undersøgt ret mange organiske forbindelser, opdagede organiske kemikere et uforståeligt fænomen: forbindelser med samme sammensætning havde forskellige egenskaber! For eksempel gas, som reagerer vanskeligt og ikke reagerer med Na, har sammensætningen C 2 H 6 O. Men der er væske, som har samme sammensætning og er meget kemisk aktiv. Især reagerede denne væske med sammensætningen C 2 H 6 O aktivt med Na og frigav hydrogen. Stoffer, der er helt forskellige i fysiske og kemiske egenskaber, har samme molekylære formel! Hvorfor? Svaret på dette spørgsmål kan opnås ved hjælp af Butlerovs teori om strukturen af ​​organiske forbindelser, hvoraf en af ​​bestemmelserne siger: "Egenskaberne af organiske forbindelser afhænger af den kemiske struktur af deres molekyler".

Da de kemiske egenskaber af de pågældende forbindelser er forskellige, betyder det, at deres molekyler har forskellige strukturer. Lad os prøve at skabe grafiske formler for disse forbindelser. For et stof med sammensætningen C 2 H 6 O, kan vi foreslå kun to type kæder:

Ved at fylde disse "skeletter" med brintatomer får vi:

Spørgsmål. Hvilken af ​​disse forbindelser er i stand til at reagere med Na og frigive brint?

Det er klart, at kun stof (I), der indeholder bindingen, er i stand til en sådan interaktion "HAN", hvilken Ingen i molekyle (II). Og H 2 gas frigives, fordi bindingen er brudt "HAN". Hvis en binding skulle brydes for at danne brint "S-N", da sådanne bindinger eksisterer i begge stoffer, ville H 2 gas frigives i begge tilfælde. Således afspejler formel (I) strukturen af ​​et flydende molekyle, og formel (II) - en gas.

Eksistensen af ​​forbindelser, der har samme sammensætning, men forskellige kemiske strukturer kaldes isomerisme.

ISOMERERE- det er forbindelser, der har samme sammensætning, men diverse kemisk struktur, og derfor forskellige ejendomme.

Derfor bør molekyler af organiske forbindelser afbildes ved hjælp af grafiske (strukturelle) formler, da det i dette tilfælde vil være synligt struktur stoffet, der undersøges, hvilket betyder, at det vil være klart, hvordan og på grund af, hvad den kemiske reaktion sker.

Øvelse 17.1. Find isomerer blandt følgende forbindelser:

Løsning. Da isomerer har samme sammensætning, lad os bestemme sammensætningen (molekylære formler) af alle disse forbindelser, det vil sige genberegne antallet af carbon- og hydrogenatomer:

Svar. Forbindelser a) og b) er isomere i forhold til hinanden, da de har samme sammensætning C4H10

Forbindelser c) og d) er isomere i forhold til hinanden, da de har samme sammensætning C5H12, men anderledes kemisk struktur.

Opgave 17.2. Find isomerer blandt følgende forbindelser:

Homologer

Af de samme bestemmelser i Butlerovs teori om strukturen af ​​organiske forbindelser følger det, at stoffer med lignende(lignende) struktur af molekyler skal have og lignende(lignende) egenskaber. Organiske forbindelser, der har en lignende struktur, og derfor lignende egenskaber, danner homologe serier.

For eksempel kulbrinter, hvis molekyler kun indeholder en dobbeltbinding alkener:

Kulbrinter, hvis molekyler indeholder kun simple forbindelser, danner en homologisk serie alkaner:

Medlemmer af evt homolog serie kaldes HOMOLOGER.

Homologer- disse er organiske forbindelser, der ligner hinanden i kemisk struktur og derfor i egenskaber. Homologer er forskellige fra hinanden efter sammensætning gruppe CH2 eller (CH2)n.

Lad os verificere dette ved at bruge eksemplet med den homologe serie af alkener:

Opgave 17.3. Sammenlign sammensætningen af ​​medlemmerne af den homologe serie af alkaner (homologer af alkaner), og sørg for, at de adskiller sig i sammensætning med CH 2- eller (CH 2) n-gruppen.

konklusioner

Homologer er ens i struktur og derfor i egenskaber; homologer adskiller sig i sammensætning af CH2-gruppen. CH 2-gruppen kaldes homologisk forskel.

Navne på kulbrinter. Regler for international nomenklatur

For at forstå hinanden har vi brug for sprog. Folk taler forskellige sprog og forstår ikke altid hinanden. Kemikere bruger det samme for at forstå hinanden internationalt sprog. Grundlaget for dette sprog er navnene på forbindelser (nomenklatur).

Regler for nomenklaturen (navnene) af organiske forbindelser blev vedtaget i 1965. Disse kaldes IUPAC-regler*.

* IUPAC- International Union of Pure and Applied Chemistry - International Union of Pure and Applied Chemistry.

Navnene på organiske forbindelser er baseret på navnene på homologer-alkaner:

• CH 4 - MØDTE en,
• C2H6- DET HER en,
• C 3 H 8 - REKVISIT en,
• C 4 H 10 - MEN en **,
• C 5 H 12 - PENT en **,
• C 6 H 14 - HEX en **,
• C 7 H 16 - GEPT en **,
• C 8 H 18 - OKT en**.

** For disse forbindelser menes, at de har en lineær struktur.

I disse titler RØDDER ord (fed) - meth-, det her-, rekvisit- og så videre - angiv antallet af carbonatomer i kæden:

• MØDTE- 1 kulstofatom,
• DET HER- 2 kulstofatomer,
• REKVISIT- 3 kulstofatomer og så videre.

Opgave 17.4. Hvor mange carbonatomer indeholder carbonkæden af ​​forbindelser:

1. meth anal;
2. det her silt alkohol;
3. rekvisit anon;
4. flaske anovicsyre?

Suffiks i navnet angiver arten (typen) af forbindelser. Ja, suffiks -en- viser, at alle bindinger mellem kulstofatomer enkel.

Opgave 17.5. Husk, hvad homologer er, og afgør, om alk er homologer da er følgende stoffer:

1. okt da?
2. rekvisit da?
3. 2-methylprop da?

Der kan være andre suffikser i navne:

• -en-, hvis der er en i kæden dobbelt forbindelse;
• -i-, hvis der er en i kæden tredobbelt forbindelse.

Øvelse 17.2. Prøv at lave grafiske formler for ET da a, ET da a og ET i EN.

Løsning. Alle disse stoffer har en rod -DET HER-, det vil sige, at disse stoffer omfatter .?. carbonatom. Det første stof indeholder .?. forbindelse fordi suffiks -en-:

Hvis du argumenterer på samme måde, får du:

Antag, at du skal afbilde en grafisk formel propina.

1. Rod -rekvisit- angiver, at der er 3 carbonatomer i kæden:

2. Endelse -i- angiver, at der er en tredobbelt binding:

3. Hvert carbonatom har en valens på IV. Lad os derfor tilføje de manglende brintatomer:

Alkaner(mættede carbonhydrider, paraffiner) - acykliske mættede carbonhydrider med den almene formel C n H 2n+2. I overensstemmelse med den generelle formel dannes alkaner homolog serie.

De første fire repræsentanter har semi-systematiske navne - methan (CH 4), ethan (C 2 H 6), propan (C 3 H 8), butan (C 4 H 10). Navnene på de efterfølgende medlemmer af serien er konstrueret ud fra roden (græske tal) og suffikset - da: pentan (C5H12), hexan (C6H14), heptan (C7H16), etc.

Kulstofatomerne i alkaner er i sp 3- hybrid tilstand. Fire akser sp 3 - orbitaler er rettet mod hjørnerne af tetraederet, bindingsvinkler er lig med 109°28.

Metans rumlige struktur:

Energi S-S kommunikation E s - Med= 351 kJ/mol, C-C bindingslængde 0,154 nm.

C-C-bindingen i alkaner er kovalent upolær. S-N forbindelse – kovalent svagt polær.

For alkaner, startende med butan, er der strukturelle isomerer(strukturelle isomerer), der adskiller sig i rækkefølgen af ​​binding mellem carbonatomer, med samme kvalitative og kvantitative sammensætning og molekylvægt, men forskellige i fysiske egenskaber.

Metoder til fremstilling af alkaner

1. CnH2n+2> 400–700 °C> С p H 2p+2 + С m H 2m ,

Olie revner ( industriel metode). Alkaner er også isoleret fra naturlige kilder(naturlig og tilhørende gasser, olie, kul).

(hydrogenering af umættede forbindelser)

3. nCO + (2n + 1)H 2 > C n H 2n+2 + nH 2 O (opnået fra syntesegas (CO + H 2))

4. (Wurtz-reaktion)

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

6. (Kolbe reaktion)

Alkaners kemiske egenskaber

Alkaner er ikke i stand til additionsreaktioner, da alle bindinger i deres molekyler er mættede, og de er karakteriseret ved reaktioner med radikal substitution, termisk nedbrydning, oxidation og isomerisering.

1. (reaktiviteten falder i rækken: F 2 > Cl 2 > Br 2 > (I 2 går ikke), R 3 C > R 2 CH > RCH 2 > RCH 3)

2. (Konovalovs reaktion)

3. CnH2n+2 + SO2 + AO2 > h?> C n H 2n+1 SO 3 H – alkylsulfonsyre

(sulfoxidation, reaktionsbetingelser: UV-bestråling)

4. CH4> 1000 °C> C + 2H2; 2CH4> t>1500 °C> C 2 H 2 + ZN 2 (nedbrydning af methan - pyrolyse)

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

6. 2C n H 2n+2 + (Зn+1)O 2 > 2nCO 2 + (2n+2)H 2 O (forbrænding af alkaner)

7. 2n- C 4 H 10 + 5O 2 > 4CH 3 COOH + 2H 2 O (oxidation af alkaner i industrien; produktion af eddikesyre)

8. n- C4H10> iso- C 4 H 10 (isomerisering, AlCl 3-katalysator)

2. Cykloalkaner

Cykloalkaner(cycloparaffiner, naphthener, cyclaner, polymethylener) er mættede kulbrinter med en lukket (cyklisk) kulstofkæde. Generel formel MED n H 2n.

Kulstofatomerne i cycloalkaner, som i alkaner, er i sp 3-hybridiseret tilstand. Homolog serie Dannelsen af ​​cycloalkaner begynder med den enkleste cycloalkan - cyclopropan C 3 H 6, som er en flad tre-leddet carbocycle. Ifølge reglerne i international nomenklatur er den vigtigste i cycloalkaner kæden af ​​carbonatomer, der danner cyklussen. Navnet er baseret på navnet på denne lukkede kæde med tilføjelsen af ​​præfikset "cyclo" (cyclopropan, cyclobutan, cyclopentan, cyclohexan osv.).

Strukturel isomerisme af cycloalkaner er forbundet med forskellige ringstørrelser (struktur 1 og 2), struktur og type af substituenter (struktur 5 og 6) og deres indbyrdes arrangement (struktur 3 og 4).

Metoder til opnåelse af cycloalkaner

1. Fremstilling af dihalogenerede carbonhydrider

2. Fremstilling af aromatiske carbonhydrider

Kemiske egenskaber af cycloalkaner

De kemiske egenskaber af cycloalkaner afhænger af størrelsen af ​​cyklussen, som bestemmer dens stabilitet. Tre- og fireleddede cyklusser (små cyklusser), der er mættede, adskiller sig markant fra alle andre mættede kulbrinter. Cyclopropan og cyclobutan gennemgår additionsreaktioner. På grund af deres stabilitet er cycloalkaner (C 5 og højere) karakteriseret ved reaktioner, hvor den cykliske struktur er bevaret, dvs. substitutionsreaktioner.

1. Virkning af halogener

2. Virkning af hydrogenhalogenider

Halogenerede hydrogener reagerer ikke med cycloalkaner, der indeholder fem eller flere carbonatomer i ringen.

4. Dehydrogenering

Alkenes(umættede kulbrinter, ethylenkulbrinter, olefiner) – umættede alifatiske kulbrinter, hvis molekyler indeholder en dobbeltbinding. Den generelle formel for et antal alkener er C n H 2n.

Ifølge systematisk nomenklatur er navnene på alkener afledt af navnene på de tilsvarende alkaner (med samme antal kulstofatomer) ved at erstatte endelsen – da på – da: ethan (CH 3 -CH 3) – ethen (CH 2 =CH 2) osv. Hovedkæden er valgt således, at den nødvendigvis indeholder en dobbeltbinding. Nummereringen af ​​carbonatomer begynder med den ende af kæden, der er tættest på dobbeltbindingen.

I et alkenmolekyle er umættede kulstofatomer placeret i sp 2-hybridisering, og dobbeltbindingen mellem dem dannes af en?– og?-binding. sp 2-Hybridiserede orbitaler er rettet mod hinanden i en vinkel på 120°, og en ikke-hybridiseret 2 p-orbital, placeret i en vinkel på 90° i forhold til planet for hybride atomorbitaler.

Rumlig struktur af ethylen:

Bindingslængde C=C 0,134 nm, bindingsenergi C=C Ec=c= 611 kJ/mol, a-bindingsenergi E? = 260 kJ/mol.

Typer af isomerisme: a) kædeisomerisme; b) isomerisme af dobbeltbindingens position; V) Z, E (cis, trans) – isomerisme, en form for rumlig isomerisme.

Metoder til fremstilling af alkener

1. CH3-CH3> Ni, t> CH 2 = CH 2 + H 2 (dehydrogenering af alkaner)

2. C2H5OH >H,S04, 170°C> CH 2 = CH 2 + H 2 O (dehydrering af alkoholer)

3. (dehydrohalogenering af alkylhalogenider i henhold til Zaitsevs regel)

4. CH 2 Cl-CH 2 Cl + Zn > ZnCl 2 + CH 2 = CH 2 (dehalogenering af dihalogenderivater)

5. HC2CH + H2> Ni, t> CH 2 = CH 2 (reduktion af alkyner)

Alkeners kemiske egenskaber

Alkener er mest karakteriseret ved additionsreaktioner, de oxiderer og polymeriserer let.

1. CH2=CH2 + Br2 > CH2Br-CH2Br

(tilsætning af halogener, kvalitativ reaktion)

2. (tilsætning af hydrogenhalogenider i henhold til Markovnikovs regel)

3. CH2 = CH2 + H2> Ni, t> CH 3 -CH 3 (hydrogenering)

4. CH2 = CH2 + H20 > H+> CH 3 CH 2 OH (hydrering)

5. 3CH 2 =CH 2 + 2KMnO 4 + 4H 2 O > 3CH 2 OH-CH 2 OH + 2MnO 2 v + 2KOH (blød oxidation, kvalitativ reaktion)

6. CH2=CH-CH2-CH3 + KMnO4 > H+> CO 2 + C 2 H 5 COOH (hård oxidation)

7. CH 2 =CH-CH 2 -CH 3 + O 3 > H 2 C=O + CH 3 CH 2 CH=O formaldehyd + propanal > (ozonolyse)

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

9. (polymerisation)

10. CH3-CH=CH2 + HBr > peroxid> CH 3 -CH 2 -CH 2 Br (tilsætning af hydrogenbromid mod Markovnikovs regel)

11. (substitutionsreaktion i?-position)

Alkyner(acetyleniske carbonhydrider) er umættede carbonhydrider, der indeholder en tredobbelt C?C-binding. Den generelle formel for alkyner med en tredobbelt binding er C n H 2n-2. Den enkleste repræsentant for serien af ​​alkyner CH?CH har det trivielle navn acetylen. Ifølge systematisk nomenklatur er navnene på acetylencarbonhydrider afledt af navnene på de tilsvarende alkaner (med samme antal kulstofatomer) ved at erstatte suffikset - da på -i: ethan (CH 3 -CH 3) – ethin (CH? CH) osv. Hovedkæden er valgt således, at den nødvendigvis indeholder en tredobbelt binding. Nummereringen af ​​carbonatomer begynder med den ende af kæden, der er tættest på tredobbeltbindingen.

Dannelsen af ​​en tredobbelt binding involverer carbonatomer i sp-hybridiseret tilstand. Hver af dem har to sp- hybridorbitaler rettet mod hinanden i en vinkel på 180°, og to ikke-hybride s-orbitaler placeret i en vinkel på 90° i forhold til hinanden og til sp-hybride orbitaler.

Rumlig struktur af acetylen:

Typer af isomerisme: 1) isomerisme af placeringen af ​​tredobbeltbindingen; 2) isomerisme af kulstofskelettet; 3) interklasse-isomerisme med alkadiener og cycloalkener.

Metoder til fremstilling af alkyner

1. SaO + ZS > t> CaC2 + CO;

CaC 2 + 2H 2 O > Ca(OH) 2 + CH?CH (produktion af acetylen)

2. 2CH4> t>1500 °C> HC = CH + ZN 2 (krakning af kulbrinter)

3. CH3-CHCl2 + 2KOH > i alkohol> HC?CH + 2KCl + H2O (dehalogenering)

CH2Cl-CH2Cl + 2KOH > i alkohol> HC2CH + 2KCl + H2O

Kemiske egenskaber af alkyner

Alkyner er karakteriseret ved additions- og substitutionsreaktioner. Alkyner polymeriserer, isomeriserer og indgår i kondensationsreaktioner.

1. (hydrogenering)

2. HC2CH + Br2 > CHBr=CHBr;

CHBr=CHBr + Br 2 > CHBr 2 -CHBr 2 (tilsætning af halogener, kvalitativ reaktion)

3. CH3-C?CH + HBr > CH3-CBr=CH2;

CH 3 -CBr=CH 2 + HBr > CH 3 -CBr 2 -CHg (tilsætning af hydrogenhalogenider i henhold til Markovnikovs regel)

4. (hydrering af alines, Kucherov-reaktion)

5.(tilsætning af alkoholer)

6.(vedhæftning af kulfiber)

7. CH2CH + 2Ag20 > NH 3> AgC?CAgv + H 2 O (dannelse af acetylenider, kvalitativ reaktion på den terminale tredobbelte binding)

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

9. CH?CH + CH?CH > CH2=CH-С?CH (katalysator – CuCl og NH4Cl, dimerisering)

10. 3HC-CH > C, 600°C> C 6 H 6 (benzen) (cyclooligomerisering, Zelinsky-reaktion)

5. Dien-carbonhydrider

Alcadiener(diener) er umættede kulbrinter, hvis molekyler indeholder to dobbeltbindinger. Den generelle formel for alkadiener er C n H 2n _ 2. Alkadienernes egenskaber afhænger i høj grad af relativ position dobbeltbindinger i deres molekyler.

Metoder til at opnå diener

1. (metode af S. Lebedev)

2. (dehydrering)

3. (dehydrogenering)

Kemiske egenskaber af diener

Konjugerede diener er karakteriseret ved additionsreaktioner. Konjugerede diener er i stand til at binde sig ikke kun til dobbeltbindinger (til C1 og C2, C3 og C4), men også til de terminale (C1 og C4) carbonatomer for at danne en dobbeltbinding mellem C2 og C3.

6. Aromatiske kulbrinter

arenaer, eller aromatiske kulbrinter,– cykliske forbindelser, hvis molekyler indeholder stabile cykliske grupper af atomer med et lukket system af konjugerede bindinger, forenet af begrebet aromaticitet, som bestemmer generelle tegn i struktur og kemiske egenskaber.

Alle C-C-bindinger i benzen er ækvivalente, deres længde er 0,140 nm. Det betyder, at der i benzenmolekylet ikke er rent simple og dobbeltbindinger mellem carbonatomerne (som i formlen foreslået i 1865 af den tyske kemiker F. Kekule), og de er alle justeret (skaleret).

Kekules formel

Benzenhomologer er forbindelser dannet ved at erstatte et eller flere hydrogenatomer i et benzenmolekyle med carbonhydridradikaler (R): C 6 H 5 -R, R-C 6 H 4 -R. Generel formel for den homologe serie af benzen C n H 2n _ 6 (n> 6). Trivielle navne (toluen, xylen, cumen osv.) er meget brugt til at navngive aromatiske kulbrinter. Systematiske navne er konstrueret ud fra navnet på kulbrintegruppen (præfiks) og ordet "benzen" (rod): C 6 H 5 -CH 3 (methylbenzen), C 6 H 5 -C 2 H 5 (ethylbenzen). Hvis der er to eller flere radikaler, er deres position angivet med antallet af carbonatomer i ringen, som de er bundet til. For disubstituerede benzener R-C 6 H 4 -R anvendes også en anden metode til at konstruere navne, hvor substituenternes position er angivet før trivialnavnet på forbindelsen med præfikser: orto-(o-) – substituenter af nabocarbonatomer i ringen (1,2-); meta-(m-) – substituenter gennem et carbonatom (1,3-); par-(P-) – substituenter på modsatte sider af ringen (1,4-).

Typer af isomerisme (strukturel): 1) stillinger af substituenter for di-, tri- og tetra-substituerede benzener (f.eks. o-, m- Og P-xylener); 2) et carbonskelet i sidekæden indeholdende mindst 3 carbonatomer; 3) substituenter (R), startende med R=C2H5.

Metoder til fremstilling af aromatiske kulbrinter

1. C6H12> Pt, 300 °C> C 6 H 6 + ZH 2 (dehydrogenering af cycloalkaner)

2. n- C6H14> Cr203, 300 °C> C 6 H 6 + 4H 2 (dehydrocyklisering af alkaner)

3. ZS2N2> C, 600°C> C 6 H 6 (cyclotrimerisering af acetylen, Zelinsky-reaktion)

Kemiske egenskaber af aromatiske kulbrinter

De kemiske egenskaber af arenes adskiller sig fra mættede og umættede kulbrinter. For arener er de mest karakteristiske reaktioner dem, der forekommer med bevarelsen af ​​det aromatiske system, nemlig reaktioner med substitution af hydrogenatomer forbundet med ringen. Andre reaktioner (addition, oxidation), hvor delokaliserede C-C-bindinger af benzenringen er involveret, og dens aromaticitet er afbrudt, forløber med vanskeligheder.

1. C6H6 + Cl2> AICI3> C 6 H 5 Cl + HCl (halogenering)

2. C6H6 + HNO3 > H2SO4> C 6 H 5 -NO 2 + H 2 O (nitrering)

3. C6H6> H2SO4> C 6 H 5 - SO 3 H + H 2 O (sulfonering)

4. C6H6 + RCI > AICI3> C6H5-R + HCl (alkylering)

5. (acylering)

6. C6H6 + ZN2> t,Ni> C 6 H 12 cyclohexan (tilsætning af hydrogen)

7. (1,2,3,4,5,6-hexachlorcyclohexan, tilsætning af chlor)

8. C 6 H 5 -CH 3 + [O] > C 6 H 5 -COOH kogende med en opløsning af KMnO 4 (oxidation af alkylbenzener)

7. Halocarboner

Halocarboner er carbonhydridderivater, hvor et eller flere hydrogenatomer er erstattet af halogenatomer.

Fremgangsmåder til fremstilling af halogenerede kulbrinter

1. CH 2 =CH 2 + HBr > CH 3 -CH 2 Br (hydrohalogenering af umættede carbonhydrider)

CH2CH + HCI > CH2=CHCl

2. CH 3 CH 2 OH + PCl 5 > CH 3 CH 2 Cl + POCl 3 + HCl (opnået fra alkoholer)

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

3. a) CH4 + Cl2 >hv> CH 3 Cl + HCl (halogenering af kulbrinter)

Halocarboners kemiske egenskaber

Substitutions- og eliminationsreaktioner er af største betydning for forbindelser af denne klasse.

1. CH 3 CH 2 Br + NaOH (vandig opløsning) > CH 3 CH 2 OH + NaBr (dannelse af alkoholer)

2. CH 3 CH 2 Br + NaCN > CH 3 CH 2 CN + NaBr (dannelse af nitriler)

3. CH 3 CH 2 Br + NH 3 > + Br -- HBr- CH 3 CH 2 NH 2 (dannelse af aminer)

4. CH 3 CH 2 Br + NaNO 2 > CH 3 CH 2 NO 2 + NaBr (dannelse af nitroforbindelser)

5. CH 3 Br + 2Na + CH 3 Br > CH 3 -CH 3 + 2 NaBr (Wurtz-reaktion)

6. CH 3 Br + Mg > CH 3 MgBr (dannelse af organomagnesiumforbindelser, Grignard-reagens)

7. (dehydrohalogenering)

Alkoholer er carbonhydridderivater, hvis molekyler indeholder en eller flere hydroxylgrupper (-OH) bundet til mættede carbonatomer. -OH-gruppen (hydroxyl, hydroxygruppe) er en funktionel gruppe i alkoholmolekylet. Systematiske navne er givet ved navnet på kulbrinte med tilføjelse af endelsen - ol og et tal, der angiver positionen af ​​hydroxygruppen. Nummerering er baseret på den ende af kæden, der er tættest på OH-gruppen.

Baseret på antallet af hydroxylgrupper opdeles alkoholer i monovalente (én -OH-gruppe) og polyatomiske (to eller flere -OH-grupper). Monovalente alkoholer: methanol CH3OH, ethanol C2H5OH; divalent alkohol: ethylenglycol (ethandiol-1,2) HO-CH2-CH2-OH; trivalent alkohol: glycerol (propantriol-1,2,3) HO-CH2-CH(OH)-CH2-OH. Afhængigt af hvilket carbonatom (primært, sekundært eller tertiært) hydroxygruppen er forbundet til, er primære alkoholer R-CH2-OH, sekundære R2CH-OH og tertiære R3C-OH.

Ifølge strukturen af ​​de radikaler, der er forbundet med oxygenatomet, opdeles alkoholer i mættede eller alkanoler (CH 3 CH 2 -OH), umættede eller alkenoler (CH 2 = CH-CH 2 -OH), aromatiske (C 6 H 5 CH2-OH).

Typer af isomerisme (strukturel isomerisme): 1) isomerisme af positionen af ​​OH-gruppen (startende fra C 3); 2) kulstofskelet (startende fra C 4); 3) interklasse-isomerisme med ethere (f.eks. ethylalkohol CH3CH2OH og dimethylether CH3-O-CH3). En konsekvens af polariteten af ​​O-H-bindingen og tilstedeværelsen af ​​enlige elektronpar på oxygenatomet er alkoholers evne til at danne hydrogenbindinger.

Metoder til fremstilling af alkoholer

1. CH 2 =CH 2 + H 2 O/H + > CH 3 -CH 2 OH (hydratisering af alkener)

2. CH3-CHO + H2> t,Ni> C 2 H 5 OH (reduktion af aldehyder og ketoner)

3. C 2 H 5 Br + NaOH (aq.) > C 2 H 5 OH + NaBr (hydrolyse af halogenderivater)

ClCH2-CH2Cl + 2NaOH (aq) > HOCH2-CH2OH + 2NaCl

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

5. C6H12O6> gær> 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 (monoz fermentering)

6. 3CH2 =CH2 + 2KMnO4 + 4H2O > 3CH2OH-CH2OH - ethylenglycol+ 2KOH + 2MnO 2 (oxidation under milde forhold)

7. a) CH2=CH-CH3 + O2 > CH2=CH-CHO + H2O

b) CH2=CH-CHO + H2 > CH2=CH-CH2OH

c) CH 2 =CH-CH 2 OH + H 2 O 2 > HOCH 2 -CH(OH)-CH 2 OH (glycerolproduktion)

Kemiske egenskaber af alkoholer

De kemiske egenskaber af alkoholer er forbundet med tilstedeværelsen af ​​-OH-gruppen i deres molekyle. Alkoholer er karakteriseret ved to typer reaktioner: spaltning af C-O-bindingen og O-H-binding.

1. 2C 2 H 5 OH + 2Na > H 2 + 2C 2 H 5 ONa (dannelse af metalalkoholater Na, K, Mg, Al)

2. a) C2H5OH + NaOH? (virker ikke i vandig opløsning)

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

c) (kvalitativ reaktion på polyvalente alkoholer - dannelse af en lys blå opløsning med kobberhydroxid)

3. a) (dannelse af estere)

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

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

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

c) C 2 H 5 OH + SOCl 2 > C 2 H 5 Cl + SO 2 + HCl (erstatning af hydroxylgruppe med halogen)

5. C2H5OH + HOC2H5> H2SO4,<140 °C > C 2 H 5 -O-C 2 H 5 + H 2 O (intermolekylær hydrering)

6. C2H5OH > H2SO4, 170 °C> CH 2 = CH 2 + H 2 O (intramolekylær hydrering)

7. a) (dehydrogenering, oxidation af primære alkoholer)

Fenoler Arenderivater kaldes, hvor et eller flere hydrogenatomer i den aromatiske ring er erstattet af hydroxylgrupper. Baseret på antallet af hydroxylgrupper i den aromatiske ring skelnes en- og polyatomiske (diatomiske og triatomiske) phenoler. For de fleste phenoler bruges trivielle navne. Strukturel isomerisme af phenoler er forbundet med forskellige positioner af hydroxylgrupper.

Metoder til opnåelse af phenoler

1. C 6 H 5 Cl + NaOH (p, 340°C) > C 6 H 5 OH + NaCl (alkalisk hydrolyse af halogenerede carbonhydrider)

2. (cumenfremstillingsmetode)

3. C 6 H 5 SO 3 Na + NaOH (300–350 °C) > C 6 H 5 OH + Na 2 SO 3 (alkalisk smeltning af salte af aromatiske sulfonsyrer)

Kemiske egenskaber af phenoler

Fenoler i de fleste reaktioner ved binding O-N er mere aktiv alkoholer, da denne binding er mere polær på grund af et skift i elektrontæthed fra oxygenatomet mod benzenringen (deltagelse af oxygenatomets enlige elektronpar i n-konjugationssystemet). Surhedsgraden af ​​phenoler er meget højere end for alkoholer.

C-O-bindingsspaltningsreaktioner er ikke typiske for phenoler. Den gensidige påvirkning af atomer i phenolmolekylet manifesteres ikke kun i hydroxygruppens opførsel, men også i benzenringens større reaktivitet.

Hydroxylgruppen øger elektrontætheden i benzenringen, især i orto- Og par- positioner (+M-effekt af OH-gruppen). For at påvise phenoler anvendes en kvalitativ reaktion med jern(III)chlorid. Monohydriske phenoler giver en stabil blåviolet farve, som er forbundet med dannelsen af ​​jernkomplekser.

1. 2C 6 H 5 OH + 2Na > 2C 6 H 5 ONa + H 2 (samme som ethanol)

2. C 6 H 5 OH + NaOH > C 6 H 5 ONa + H 2 O (i modsætning til ethanol)

C 6 H 5 ONa + H 2 O + CO 2 > C 6 H 5 OH + NaHCO 3 (phenol er en svagere syre end kulsyre)

Phenoler danner ikke estere i reaktioner med syrer. Til dette formål anvendes mere reaktive syrederivater (anhydrider, syrechlorider).

4. C6H5OH + CH3CH2OH > NaOH> C 6 H 5 OCH 2 CH 3 + NaBr (O-alkylering)

(interaktion med bromvand, kvalitativ reaktion)

6. (nitrering af fortyndet HNO 3, nitrering af koncentreret HNO 3 giver 2,4,6-trinitrophenol)

7. n C6H5OH+ n CH20> n H2O+ (-C6H3OH-CH2-) n(polykondensation, produktion af phenol-formaldehyd-harpikser)

10. Aldehyder og ketoner

Aldehyder er forbindelser, hvori carbonylgruppen

forbundet med et carbonhydridradikal og et hydrogenatom, og ketoner– carbonylforbindelser med to carbonhydridradikaler.

De systematiske navne på aldehyder er baseret på navnet på det tilsvarende kulbrinte med tilføjelse af et suffiks -al. Kædenummerering begynder med carbonylcarbonatomet. Trivialnavne er afledt af trivialnavnene på de syrer, som aldehyder omdannes til under oxidation: H 2 C=O - methanal (formaldehyd, formaldehyd); CH 3 CH=O – ethanal (eddikesyrealdehyd). De systematiske navne på ketoner med simpel struktur er afledt af navnene på radikaler med tilføjelsen af ​​ordet "keton". Mere generelt er navnet på en keton baseret på navnet på det tilsvarende kulbrinte og suffikset -Han; Kædenummerering starter fra den ende af kæden, der er tættest på carbonylgruppen. Eksempler: CH 3 -CO-CH 3 – dimethylketon (propanon, acetone). Aldehyder og ketoner er karakteriseret ved strukturel isomerisme. Isomerisme af aldehyder: a) isomerisme af kulstofskelettet, startende med C 4; b) interklasse-isomerisme. Isomerisme af ketoner: a) kulstofskelet (med C 5); b) positionen af ​​carbonylgruppen (med C5); c) interklasse-isomerisme.

Kulstof- og oxygenatomerne i carbonylgruppen er i tilstanden sp 2 - hybridisering. C=O-bindingen er meget polær. Elektronerne i C=O-multipelbindingen flyttes til det elektronegative oxygenatom, hvilket fører til udseendet af en delvis negativ ladning på det, og carbonylcarbonatomet erhverver en delvis positiv ladning.

Metoder til fremstilling af aldehyder og ketoner

1. a) (dehydrogenering, oxidation af primære alkoholer)

b) (dehydrogenering, oxidation af sekundære alkoholer)

2. a) CH3CH2CHCl2 + 2NaOH > i vand> CH 3 CH 2 CHO + 2NaCl + H 2 O (hydrolyse af dihalogenderivater)

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

3. (hydrering af alkyner, Kucherov-reaktion)

4. (oxidation af ethylen til ethanal)

(oxidation af methan til formaldehyd)

CH4 + O2 > 400–600 °C, NR>H2C=O + H2O

Kemiske egenskaber af aldehyder og ketoner

Carbonylforbindelser er karakteriseret ved reaktioner forskellige typer: a) addition ved carbonylgruppen; b) reduktion og oxidation; c) kondensation; e) polymerisation.

1. (tilsætning af blåsyre, dannelse af hydroxynitriler)

2. (tilsætning af natriumhydrosulfit)

3. (gendannelse)

4. (dannelse af hemiacetaler og acetaler)

5. (interaktion med hydroxolamin, dannelse af acetaldehydoxim)

6. (dannelse af dihalogenderivater)

7. (a-halogenering i nærvær af OH?)

8. (albdol kondensation)

9. R-CH=O + Ag20 > NH 3> R-COOH + 2Agv (oxidation, "sølvspejl"-reaktion)

R-CH=O + 2Cu(OH)2 > R-COOH + Cu 2 Ov, + 2H 2 O (rødt bundfald, oxidation)

10. (ketonoxidation, barske forhold)

11. n CH2=O > (-CH2-O-) n paraformer n= 8-12 (polymerisation)

11. Carboxylsyrer og deres derivater

Carboxylsyrer er organiske forbindelser indeholdende en eller flere carboxylgrupper -COOH bundet til et carbonhydridradikal. Ifølge antallet af carboxylgrupper opdeles syrer i: monobasisk (monocarboxylsyre) CH 3 COOH (eddikesyre), polybasisk (dicarboxylsyre, tricarboxylsyre osv.). I overensstemmelse med arten af ​​carbonhydridradikalet skelnes syrer: mættede (f.eks. CH 3 CH 2 CH 2 COOH); umættet (CH2=CH(-COOH); aromatisk (C6H5COOH).

Systematiske navne på syrer er givet ved navnet på det tilsvarende kulbrinte med tilføjelse af et suffiks -ovaya og ordene "syre": HCOOH – methan (myre)syre, CH 3 COOH – ethansyre (eddikesyre). For carboxylsyrer er karakteristisk strukturel isomerisme: a) skeletisomerisme i carbonhydridradikalet (startende fra C 4); b) interklasse-isomerisme, startende fra C 2. Cis-trans-isomerisme er mulig i tilfælde af umættede carboxylsyrer. Elektrondensitet? - bindinger i carbonylgruppen forskydes mod oxygenatomet. Som følge heraf udvikler carbonylcarbonet en mangel på elektrontæthed, og det tiltrækker enlige par af oxygenatomet i hydroxylgruppen, hvorved elektrontætheden af ​​O-H-bindingen forskydes mod oxygenatomet, hydrogen bliver mobilt og får evnen til at blive spaltet i form af en proton.

I en vandig opløsning dissocierer carboxylsyrer til ioner:

R-COOH - R-COO? +H+

Opløselighed i vand og høje kogepunkter for syrer skyldes dannelsen af ​​intermolekylære hydrogenbindinger.

Metoder til fremstilling af carboxylsyrer

1. CH 3 -СCl 3 + 3NaOH > CH 3 -COOH + 3NaCl + H 2 O (hydrolyse af trihalogenderivater)

2. R-CHO + [O] > R-COOH (oxidation af aldehyder og ketoner)

3. CH3-CH=CH2 + CO + H20/H+ > Ni, p, t> CH3-CH2-CH2-COOH (oxosyntese)

4. CH 3 C?N + 2H 2 O/H + > CH 3 COOH + NH 4 (hydrolyse af nitriler)

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

Kemiske egenskaber af carboxylsyrer og deres derivater

Carboxylsyrer udviser høj reaktivitet og reagerer med forskellige stoffer og danner en række forskellige forbindelser, blandt hvilke funktionelle derivater er af stor betydning: estere, amider, nitriler, salte, anhydrider, halogenider.

1. a) 2CH 3 COOH + Fe > (CH 3 COO) 2 Fe + H 2 (dannelse af salte)

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

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

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

CH 3 COONa + H 2 O - CH 3 COOH + NaOH (carboxylsyresalte hydrolyseres)

2. (dannelse af estere)

(forsæbning af ester)

3. (produktion af syrechlorider)

4. (nedbrydning med vand)

5. CH3-COOH + Cl2 > hv> Cl-CH2-COOH + HCl (halogenering i a-position)

6. HO-CH=O + Ag20 > NH 3> 2Ag + H 2 CO 3 (H 2 O + CO 2) (HCOOH-egenskaber)

HCOOH > t> CO + H2O

Fedtstoffer– estere af glycerol og højere monovalente carboxylsyrer. Det almindelige navn for disse forbindelser er triglycerider. Sammensætningen af ​​naturlige triglycerider omfatter rester af mættede syrer (palmitsyre C 15 H 31 COOH, stearinsyre C 17 H 35 COOH) og umættede (oliesyre C 17 H 33 COOH, linolsyre C 17 H 31 COOH). Fedtstoffer består hovedsageligt af triglycerider af mættede syrer. Vegetabilsk fedt – olier (solsikke, sojabønner) – væsker. Triglyceriderne i olier indeholder rester af umættede syrer.

Fedtstoffer, som estere, er karakteriseret ved en reversibel hydrolysereaktion katalyseret af mineralsyrer. Med deltagelse af alkalier sker hydrolysen af ​​fedtstoffer irreversibelt. Produkterne i dette tilfælde er sæber - salte af højere carboxylsyrer og alkalimetaller. Natriumsalte er faste sæber, kaliumsalte er flydende sæber. Reaktionen af ​​alkalisk hydrolyse af fedtstoffer kaldes også forsæbning.

Aminer– organiske derivater af ammoniak, i hvis molekyle et, to eller tre hydrogenatomer er erstattet af kulbrinteradikaler. Afhængigt af antallet af carbonhydridradikaler skelnes primære RNH 2, sekundære R 2 NH og tertiære R 3 N aminer. Baseret på arten af ​​carbonhydridradikalet opdeles aminer i alifatiske (fedt), aromatiske og blandede (eller fedt-aromatiske). Navnene på aminer er i de fleste tilfælde dannet ud fra navnene på kulbrinteradikaler og suffikset -amin. For eksempel CH 3 NH 2 - methylamin; CH 3 -CH 2 -NH 2 - ethylamin. Hvis en amin indeholder forskellige radikaler, er de opført i alfabetisk orden: CH 3 -CH 2 -NH-CH 3 - methylethylamin.

Isomerismen af ​​aminer bestemmes af antallet og strukturen af ​​radikaler, såvel som aminogruppens position. N-H-bindingen er polær, så primære og sekundære aminer danner intermolekylære hydrogenbindinger. Tertiære aminer danner ikke associative hydrogenbindinger. Aminer er i stand til at danne hydrogenbindinger med vand. Derfor er lavere aminer meget opløselige i vand. Med en stigning i antallet og størrelsen af ​​kulbrinteradikaler falder opløseligheden af ​​aminer i vand.

Metoder til fremstilling af aminer

1. R-NO 2 + 6[H] > R-NH 2 + 2H 2 O (reduktion af nitroforbindelser)

2. NH 3 + CH 3 I > I? > NH 3> CH 3 NH 2 + NH 4 I (ammoniakalkylering)

3. a) C 6 H 5 -NO 2 + 3(NH 4) 2S > C 6 H 5 -NH 2 + 3S + 6NH 3 + 2H 2 O (Zinin reaktion)

b) C 6 H 5 -NO 2 + 3Fe + 6HCl > C 6 H 5 -NH 2 + 3FeCl 2 + 2H 2 O (reduktion af nitroforbindelser)

c) C6H5-N02 + ZH2> katalysator, t> C6H5-NH2 + 2H2O

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

5. ROH + NH3 > AI2O3 350 °C> RNH2 + 2H2O (fremstilling af lavere alkylaminer C2-C4)

Kemiske egenskaber af aminer

Aminer har en struktur svarende til ammoniak og udviser lignende egenskaber. I både ammoniak og aminer har nitrogenatomet et ensomt elektronpar. Aminer er karakteriseret ved udtalte grundlæggende egenskaber. Vandige opløsninger af alifatiske aminer udviser en alkalisk reaktion. Alifatiske aminer er stærkere baser end ammoniak. Aromatiske aminer er svagere baser end ammoniak, da det enlige elektronpar i nitrogenatomet forskydes mod benzenringen og indgår i konjugation med dets β-elektroner.

Aminernes basicitet påvirkes forskellige faktorer: elektroniske effekter af kulbrinteradikaler, rumlig afskærmning af nitrogenatomet af radikaler, samt de resulterende ioners evne til at stabilisere sig på grund af solvatisering i et opløsningsmiddelmiljø. Som et resultat af donoreffekten af ​​alkylgrupper øges basisiteten af ​​alifatiske aminer i gasfasen (uden opløsningsmiddel) i serien: primær< 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 (interaktion med vand)

2. (CH 3) 2 NH + HCl > [(CH 3) 2 NH 2 ] Cl dimethylammoniumchlorid (interaktion med syrer)

[(CH 3) 2 NH 2 ]Cl + NaOH > (CH 3) 2 NH + NaCl + H 2 O (reaktion af aminsalte med alkalier)

(acytelering, virker ikke med tertiære aminer)

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

5. Interaktion med salpetersyre: strukturen af ​​reaktionsprodukterne med salpetersyrling afhænger af aminens beskaffenhed. Derfor bruges denne reaktion til at skelne mellem primære, sekundære og tertiære aminer.

a) R-NH 2 + HNO 2 > R-OH + N 2 + H 2 O (primære fedtaminer)

b) C6H5-NH2 + NaNO2 + HCl > [C6H5-N?N] + Cl? – diazoniumsalt (primære aromatiske aminer)

c) R 2 NH + H-O-N=O > R 2 N-N=O (N-nitrosamin) + H 2 O (sekundære fede og aromatiske aminer)

d) R 3 N + H-O-N=O > ingen reaktion ved lav temperatur (tertiære fedtaminer)

(tertiære aromatiske aminer)

Egenskaber af anilin. Anilin er karakteriseret ved reaktioner både ved aminogruppen og ved benzenringen. Benzenringen svækker aminogruppens grundlæggende egenskaber sammenlignet med alifatiske aminer og ammoniak, men under påvirkning af aminogruppen bliver benzenringen mere aktiv i substitutionsreaktioner sammenlignet med benzen.

C 6 H 5 -NH 2 + HCl > Cl = C 6 H 5 NH 2 HCl

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

C6H5NH2 + CH3I > t> +jeg?

14. Aminosyrer

Aminosyrer kaldes heterofunktionelle forbindelser, hvis molekyler indeholder både en aminogruppe og en carboxylgruppe. Afhængigt af den relative position af amino- og carboxylgrupperne opdeles aminosyrer i β-, β-, β- osv. Ifølge IUPAC kaldes NH 2 -gruppen præfikset til at navngive aminosyrer. amino-, angiver med et tal nummeret på det carbonatom, som det er bundet til, efterfulgt af navnet på den tilsvarende syre.

2-aminopropansyre (a-aminopropansyre, a-alanin) 3-aminopropansyre (a-aminopropansyre, a-alanin) 6-aminohexansyre (a-aminokapron)

Baseret på arten af ​​carbonhydridradikalet skelnes der mellem alifatiske (fede) og aromatiske aminosyrer. Aminosyrernes isomerisme afhænger af kulstofskelettets struktur og aminogruppens position i forhold til carboxylgruppen. Aminosyrer er også karakteriseret ved optisk isomerisme.

Metoder til opnåelse af aminosyrer

1. (ammonolyse af halogenerede syrer)

2. CH2=CH-COOH + NH3 > H 2 N-CH 2 -CH 2 -COOH (tilsætning af ammoniak til β, β-umættede syrer)

(virkning af HCN og NH 3 på aldehyder eller ketoner)

4. Hydrolyse af proteiner under påvirkning af enzymer, syrer eller baser.

5. Mikrobiologisk syntese.

Aminosyrers kemiske egenskaber

Aminosyrer udviser egenskaberne af baser på grund af aminogruppen og egenskaberne af syrer på grund af carboxylgruppen, dvs. de er amfotere forbindelser. I krystallinsk tilstand og i et miljø tæt på neutralt eksisterer aminosyrer i form af et indre salt - en dipolær ion, også kaldet zwitterionen H 3 N + -CH 2 -COO?.

1. H2N-CH2-COOH + HCl > Cl? (dannelse af salte ved aminogruppen)

2. H 2 N-CH 2 -COOH + NaOH > H 2 N-CH 2 -COO? Na + + H 2 O (dannelse af salte)

(esterdannelse)

(acylering)

5. + NH3-CH2-COO? + 3CH3I > -HEJ> (CH3)3N + -CH2-COO? – aminoeddikesyre betain

(alkylering)

(interaktion med salpetersyre)

7. n H2N-(CH2)5-COOH > (-HN-(CH2)5-CO-) n+ n H 2 O (produktion af nylon)

15. Kulhydrater. Monosaccharider. Oligosaccharider. Polysaccharider

Kulhydrater(sukker) - organiske forbindelser, der har en lignende struktur og egenskaber, hvoraf de flestes sammensætning afspejles af formlen C x (H 2 O) y, hvor x, y? 3.

Klassifikation:

Monosaccharider hydrolyserer ikke for at danne simplere kulhydrater. Oligo- og polysaccharider nedbrydes ved syrehydrolyse til monosaccharider. Kendte repræsentanter: glucose (druesukker) C 6 H 12 O 6, saccharose (rør, roesukker) C 12 H 22 O 11, stivelse og cellulose [C 6 H 10 O 5] n.

Metoder til at opnå

1. mCO2 + nH20 > hv, klorofyl> C m (H 2 O) n (kulhydrater) + mO 2 (opnået under fotosyntese)

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

(metabolisme: glukose oxideres for at frigive store mængder energi i en levende organisme under metabolisme)

2. 6nC02 + 5nH20 > hv, klorofyl> (C 6 H 10 O 5) n + 6nO 2 (produktion af stivelse eller cellulose)

Kemiske egenskaber

Monosachrider. Alle monoser i den krystallinske tilstand har en cyklisk struktur (?– eller?–). Når den er opløst i vand, nedbrydes den cykliske hemiacetal til den lineære (oxo-) form.

De kemiske egenskaber af monosaccharider bestemmes af tilstedeværelsen af ​​tre typer funktionelle grupper i molekylet (carbonyl, alkohol hydroxyl og glycosid (hemiacetal) hydroxyl).

1. C 5 H 11 O 5 -CHO (glucose) + Ag 2 O >NH 3 > CH 2 OH-(CHOH) 4 -COOH (gluconsyre) + 2Ag (oxidation)

2. C 5 H 11 O 5 -CHO (glucose) + [H] > CH 2 OH-(CHOH) 4 - CH 2 OH (sorbitol) (reduktion)

(monoalkylering)

(polyalkylering)

5. Den vigtigste egenskab ved monosaccharider er deres enzymatiske fermentering, dvs. nedbrydning af molekyler til fragmenter under påvirkning af forskellige enzymer. Hovedsageligt hexoser gennemgår fermentering i nærværelse af enzymer udskilt af gær, bakterier eller skimmelsvampe. Afhængigt af arten af ​​det aktive enzym skelnes der mellem følgende typer reaktioner:

a) C6H12O6 > 2C2H5OH + 2CO2 (alkoholisk fermentering);

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

c) C6H12O6 > C3H7COOH + 2CO2 + 2H2O (smørsyrefermentering);

d) C6H12O6 + O2 > HOOC-CH2-C(OH)(COOH)-CH2-COOH + 2H20 (citronsyrefermentering);

e) 2C6H12O6 > C4H9OH + CH3-CO-CH3 + 5CO2 + 4H2 (acetone-butanol-fermentering).

Disaccharider. Disaccharider er kulhydrater, hvis molekyler består af to monosacchariderester forbundet med hinanden gennem vekselvirkningen af ​​hydroxylgrupper (to hemiacetal eller en hemiacetal og en alkohol). Fraværet eller tilstedeværelsen af ​​glycosid (hemiacetal) hydroxyl påvirker egenskaberne af disaccharider. Bioser er opdelt i to grupper: genoprettende Og ikke genoprettende. Reducerende bioser er i stand til at udvise reduktionsmidlers egenskaber og, når de interagerer med en ammoniakopløsning af sølv, oxideres de til de tilsvarende syrer, de indeholder en glycosid-hydroxyl i deres struktur, bindingen mellem monoser er glycosid-glycose. Uddannelsesordning genoprettende biose med maltose som eksempel:

Disaccharider er karakteriseret ved en hydrolysereaktion, som resulterer i dannelsen af ​​to monosaccharidmolekyler:

Et eksempel på de mest almindelige disaccharider i naturen er saccharose (roer eller rørsukker). Saccharosemolekylet består af β-D-glucopyranose- og β-D-fructofuranose-rester forbundet til hinanden gennem vekselvirkningen af ​​hemiacetal (glykosid-) hydroxyler. Bioser af denne type udviser ikke reducerende egenskaber, da de ikke indeholder en glycosid-hydroxyl i deres struktur. Bindingen mellem monoser er glycosid-glykosid. Sådanne disaccharider kaldes ikke-genoprettende, dvs ikke i stand til at oxidere.

Saccharosedannelsesskema:

Saccharose inversion. Syrehydrolyse af (+)saccharose eller virkningen af ​​invertase producerer lige store mængder D(+)glucose og D(-)fructose. Hydrolyse er ledsaget af en ændring i tegnet for den specifikke rotationsvinkel [?] fra positiv til negativ, derfor kaldes processen inversion, og blandingen af ​​D(+)glukose og D(-)fructose kaldes invertsukker.

Polysaccharider (polyoser). Polysaccharider er naturlige højmolekylære kulhydrater, hvis makromolekyler består af monosacchariderester. Hovedrepræsentanter: stivelse Og cellulose, som er bygget af resterne af ét monosaccharid - D-glucose. Stivelse og cellulose har samme molekylformel: (C 6 H 10 O 5) n, men forskellige egenskaber. Dette forklares af ejendommelighederne ved deres rumlige struktur. Stivelse består af β-D-glucoserester, og cellulose består af β-D-glucoserester. Stivelse- et reservepolysaccharid af planter, akkumuleres i form af korn i cellerne af frø, løg, blade, stængler, er et hvidt amorft stof, uopløseligt i koldt vand. Stivelse - blanding amylose Og amylopektin, som er opbygget af rester a-D-glucopyranose.

Amylose– lineært polysaccharid, binding mellem D-glucoseresterne 1?-4. Formen af ​​kæden er spiralformet; en omgang af helixen indeholder 6 D-glukoserester. Amyloseindholdet i stivelse er 15-25%.

amylose
amylopektin

Amylopectin– forgrenet polysaccharid, bindinger mellem D-glucoserester – 1?-4 og 1?-6. Indholdet af amylopectin i stivelse er 75-85%.

1. Dannelse af ethere og estere (svarende til bioser).

2. Kvalitativ reaktion - farve ved tilsætning af jod: for amylose - blå, for amylopectin - rød.

3. Syrehydrolyse af stivelse: stivelse > dextriner > maltose > a-D-glucose.

Cellulose. Strukturelt polysaccharid af planter, bygget af rester β-D-glucopyranose, arten af ​​forbindelsen er 1β-4. Celluloseindholdet er for eksempel i bomuld 90–99 %, i løvtræer – 40–50 %. Denne biopolymer har stor mekanisk styrke og fungerer som et støttemateriale for planter, der danner væggene i planteceller.

Karakteristika for kemiske egenskaber

1. Syrehydrolyse (forsukring): cellulose > cellobiose > a-D-glucose.

2. Dannelse af estere

Acetatfibre er lavet af opløsninger af celluloseacetat i acetone.

Nitrocellulose er eksplosiv og danner basis for røgfrit pulver. Pyroxylin, en blanding af cellulosedi- og trinitrater, bruges til fremstilling af celluloid, collodion, fotografiske film og fernis.

Organisk kemi

Det er sædvanligt at skelne mellem to typer elektronisk påvirkning af substituenter: induktiv - langs en kæde af σ-bindinger og påvirkning af konjugation - langs en kæde med konjugerede bindinger. Således er stigningen i surhedsgraden af ​​chloreddikesyre (II) sammenlignet med eddikesyre CH 3 COOH forklaret af den induktive indflydelse af chloratomer og mobiliteten af ​​hydrogenatomerne i methylgrupper i eddikesyre (III) eller sorbinsyre (IV) aldehyd forklares ved indflydelsen af ​​konjugation:

Omfordeling af elektrondensitet, især på reaktionstidspunktet, sker ikke kun i de bindinger, der påvirkes af reaktionen, men også i andre dele af molekylet. Tilsyneladende unormal saltdannelse n-dimethylaminoazobenzen (V) med protonfiksering af azogruppens svagt basiske nitrogenatom forklares ved bevægelsen af ​​molekylets reaktionscenter på grund af et skift i elektrondensiteten på reaktionstidspunktet i retningen angivet af pile:

Påvirkningen af ​​konjugation viser sig også i tilfælde, hvor de to mulige reaktionsretninger af organiske stoffer ikke skyldes tautomerisme (Se Tautomerisme). Således opstår alkylering af natriumenolater ved carbonatomet på grund af bevægelsen af ​​reaktionscentret på grund af konjugationen af ​​bindinger:

Den gensidige påvirkning af atomer som følge af bindingskonjugation er også manifesteret i aromatiske forbindelser (se Orienteringsregler). Under elektrofil substitution er elektrondonerende (nukleofile) substituenter (VI) orienteret i ortho- og para (se afsnit...) positioner, elektrontiltrækkende (elektrofile) substituenter (VII) - i meta (se meta-, orto-). , para- )-position:

Som et resultat af udviklingen af ​​teoretiske og fysiske forskningsmetoder blev spørgsmålet om strukturen af ​​aromatiske systemer, herunder benzen, endelig løst. Strukturen af ​​sidstnævnte er beskrevet som følger: seks carbonatomer i benzenringen er i samme plan og forbundet med σ-bindinger; seks π-elektroner danner et enkelt mobilt elektronsystem. Konsekvensen af ​​dette er den fuldstændige ækvivalens af C-C-bindinger, bekræftet af erfaring, og den høje symmetri af benzen med en seksdobbelt akse. Af disse bestemmelser følger det, at benzen er upolært og har en anisotropi af diamagnetisk følsomhed. Alle aromatiske systemer, hvor antallet af π-elektroner er lig med 4, er karakteriseret ved lignende egenskaber n+ 2 (Hückels regel). Benzen er langt fra det eneste eksempel på forbindelser med alignede dobbelt- og enkeltbindinger; et lignende billede ses for tropolon, tropyliumbromid, ferrocen, diphenylpolyener osv. Det var ikke muligt at udvikle en fuldstændig vellykket grafisk fremstilling af strukturen af ​​benzen og andre aromatiske forbindelser. For at beskrive deres struktur bruger de et sæt valensskemaer (VIII), først foreslået af L. Pauling i hans resonansteori (Se Resonance theory), eller et notationssystem (IX), hvor buede pile også viser justeringen af ​​bindinger ( først brugt i teorien om mesomerisme (Se Mesomerism)):

Fra cirka 2. halvdel af det 20. århundrede. Åh. er gået ind i en ny fase. Mange områder af det udviklede sig så intensivt, at de voksede til store specialiserede sektioner, kaldet på et videnskabeligt eller anvendt grundlag (stereokemi, kemi af polymerer (se polymerer), naturlige stoffer, antibiotika (se antibiotika), vitaminer (se vitaminer), hormoner (se hormoner), organometalliske forbindelser (Se Organometalliske forbindelser), organiske fluorforbindelser (se organiske fluorforbindelser), farvestoffer (Se Farvestoffer) osv.).

Fremskridt inden for teori og udvikling af fysiske forskningsmetoder (f.eks. røntgendiffraktion af molekyler (se røntgendiffraktion af molekyler), ultraviolet og infrarød spektroskopi (se infrarød spektroskopi), Raman-spektroskopi, kernemagnetisk resonans (se kernemagnetisk resonans). ), kemisk induceret dynamisk polarisering af kerner, massespektrometri), samt metoder til at identificere og adskille forskellige stoffer ved hjælp af kromatografi (Se kromatografi) muliggjorde den hurtige strukturelle analyse af komplekse organiske forbindelser og den hurtige løsning af mange vigtige problemer. Brugen af ​​fysiske metoder til at studere kinetikken af ​​reaktioner af organiske stoffer (se Kemisk kinetik) gør det muligt at studere reaktioner med en halveringstid på 10 -8 -10 -9 sek. Korrelationsligninger baseret på princippet om lineær fri energi gør det muligt at kvantificere forholdet mellem strukturen og reaktiviteten af ​​organiske forbindelser, selv dem der har fysiologiske virkninger.

Åh. viste sig at være tæt forbundet med beslægtede naturvidenskaber - biokemi (Se Biokemi), medicin (Se Medicin) og biologi (Se Biologi), anvendelsen af ​​ideer og metoder fra O. x. i disse videnskaber i vid udstrækning bestemt udviklingen af ​​en ny retning - molekylær biologi (Se Molekylær biologi).

Metoder til O. x. sammen med fysiske forskningsmetoder spillede de en vigtig rolle i etableringen af ​​strukturen af ​​nukleinsyrer, mange proteiner (Se Proteiner) og komplekse naturlige forbindelser; med deres hjælp blev mekanismen og reguleringen af ​​proteinsyntese afsløret (se genetisk kode). Oxygenkemiens syntetiske evner er steget enormt, hvilket førte til produktionen af ​​så komplekse naturlige stoffer som klorofyl, vitamin B 12 (R. Woodworth (Se Woodworth)), polynukleotider med en vis vekslen af ​​enheder (A. Todd, H. G. Koran Den enorme succes med disse metoder er udviklingen af ​​automatisk syntese af mange polypeptider, herunder enzymer.

En ny klasse af organiske forbindelser er blevet syntetiseret, dannet ved sammenvævning af to eller flere cykliske molekyler som en regulær kæde (catenaner, i diagrammet til venstre) eller som en håndvægt med en ring fastgjort til sin akse (rotaxaner, på højre):

Metoder af O. x har fået stor betydning. i moderne teknologi til fremstilling af syntetisk gummi (se syntetiske gummier), plast (se plast), syntetiske fibre (se syntetiske fibre), farvestoffer, medicin, i industrien af ​​film og fotografiske materialer, plantevækststimulerende midler, landbrugsprodukter til skadedyrsbekæmpelse ( pesticider (Se pesticider)) og mange andre succeser af O. x. inden for grundlæggende organisk syntese (Se Grundlæggende organisk syntese) og petrokemisk syntese (Se petrokemisk syntese) ændrede ikke kun teknologien i en række industrier, men førte også til skabelsen af ​​nye typer produkter. Ved at etablere sammenhænge mellem organiske forbindelsers struktur og egenskaber bliver det muligt at skabe nye materialer til forskellige formål med forudbestemte egenskaber. Åh. har nået et niveau, der svarer til dets vigtige rolle i skabelsen af ​​den materielle kultur i det moderne samfund.

Videnskabelige institutioner og organisationer, tidsskrifter. Videnskabeligt arbejde ifølge O. x. i USSR udføres af forskningsinstitutter fra USSR Academy of Sciences - Institut for Organisk Kemi opkaldt efter. N. D. Zelinsky (IOC), Institut for Økologisk og fysisk kemi dem. A. E. Arbuzova (Institutet for Fysisk Kemi), Institut for Petrokemisk Syntese opkaldt efter. A. V. Topchieva (INHS), Institut for Organiske Elementer. forbindelser (INEOS), Institut for Kemi naturlige forbindelser opkaldt efter M. M. Shemyakina (IKhPS); Sibirisk filial af USSR Academy of Sciences - Novosibirsk Institute of Organic Chemistry (NIOC), Irkutsk Institute of Organic Chemistry (IIOC), Institute of Petroleum Chemistry; Republikanske akademier - Institutter for organisk kemi i den armenske SSR, Kirghiz SSR, ukrainske SSR, Institut for Fin Organisk Kemi opkaldt efter. A. L. Mnjoyan (armensk SSR), Institut for Fysisk-Organisk Kemi (BSSR), Institut for Fysisk og Organisk Kemi opkaldt efter. P. G. Melikishvili (Georgisk SSR), Institut for Organisk Syntese (Lettisk SSR) osv.

Landsudvalget sovjetiske kemikere er medlem af International Union of Pure and Applied Chemie (IUPAC), som arrangerer kongresser, konferencer og symposier, især om O. kemi, en gang hvert andet år.

Tidsskrifter, hvor værker om organisk kemi udgives: i USSR - "Journal of Organic Chemistry" (siden 1965); "Magasin generel kemi"(siden 1931); "Kemi af heterocykliske forbindelser" (Riga, siden 1965); "Kemi af naturlige forbindelser" (Tashkent, siden 1965); "Express information. Industriel organisk syntese" (siden 1960); i udlandet - "Journal of Organic Chemistry" (Wash., siden 1936); "Tidsskrift for Kemikalieforeningen. Perkin transaktion. 1. Organisk og bio-organisk kemi" (L., siden 1972); II. "Physical Organic Chemistry" (L., siden 1972); "Justus Liebigs Annalen der Chemie" (Weinheim, fra 1832); "Bulletin de la Société chimique de France", pt. 2 (S., siden 1858); "Journal for Society of Organic Synthetic Chemistry of Japan" (Tokyo, siden 1943); international - "Tetrahedron" (N.Y., siden 1957); "Tetrahedron Letters" (L., siden 1959); "Synthesis" (Stuttgart, siden 1969); "Syntetisk kommunikation" (N.Y., siden 1971); "Journal of the Organo-metallic Chemistry" (Lausanne, siden 1964); "Journal of Heterocyclic Chemistry" (L., siden 1964); "Organic Magnetic Resonance" (L., 1969); "Organic Mass Spectrometry" (L., 1968); "Økologiske forberedelser og procedurer" (N.Y., siden 1969). litteratur om O. x. abstraheret i tidsskrifterne: "Chemical Abstracts" (Easton, siden 1907), abstrakt tidsskrift "Chemistry" (siden 1953), "Chemisches Zentralblatt" (i fællesskab DDR og BRD, V., siden 1830).