Основы органической химии для студентов нехимических специальностей - Тейлор Г.
ISBN 5-03-000281-2
Скачать (прямая ссылка):
30
Глава 2
2.2. Протекание сложных реакций
В органической химии встречается немало реакций, которые в соответствии с химическими уравнениями требуют одновременного взаимодействия нескольких молекул. Однако имеются убедительные доводы в пользу того, что такие реакции осуществляются как серия сравнительно простых стадий. Молекулы газа или жидкости находятся в непрерывном беспорядочном движении, взаимодействие между ними может происходить лишь во время короткого периода столкновения. Вероятность одновременного столкновения трех или более молекул столь мала, что реакция, требующая такой стадии, будет идти чрезвычайно медленно. Поэтому при объяснении сложных реакций, протекающих с наблюдаемой скоростью, исходят из предположения, что изучаемый процесс представляет собой серию простых последовательных реакций, каждая из которых требует взаимодействия самое большее двух частиц.
Промежуточные частицы в реакциях. Из всего сказанного в предыдущем параграфе следует, что во время протекания некоторых органических реакций могут образовываться промежуточные частицы (интермедиаты), обладающие высокой реакционной способностью и очень коротким временем жизни. Некоторые менее известные типы промежуточных частиц перечислены в табл. 2.1. Следует отметить, что указанные промежуточные частицы могут содержать атомы с незаполненной внешней оболочкой (например, карбокатионы); более восьми электронов на внешней оболочке содержат атомы элементов не второго, а последующих периодов.
Задачи
1. Предскажите направление поляризации связей, учитывая только относительную электроотрицательность связанных атомов: С—Н, В—Н, N—Вг,
I—С1.
2. Каким реагентом может быть ВН3 — нуклеофилом или электрофилом? Ответ поясните.
3. Объясните, почему a) (CH3)4N+ не является ни нуклеофилом, ни электрофилом и б) НзО+ — не нуклеофил, хотя имеет свободную электронную пару на кислороде.
4. Все перечисленные частицы — NH2OH (гидроксиламин), N02“ (нитрит-ион), N3~ (азид-ион), NCS- (тиоцианат-ион)—нуклеофилы. По какому положению будет направлена атака электрофила в каждом случае?
3
Углеводороды
Органическая химия — это химия соединений углерода. Разделение описательной химии на неорганическую и органическую основано на том, что из всех химических элементов только углерод обладает способностью образовывать устойчивые соединения, содержащие длинные цепи одинаковых атомов. Вследствие этого число известных соединений углерода во много тысяч раз превосходит число веществ, образованных всеми другими элементами.
По этой причине невозможно изучение каждого индивидуального соединения. Положение, к счастью, облегчается тем, что химия большинства органических веществ определяется реакциями одной или нескольких «функциональных групп» (небольшая реакционноспособная группа атомов). При этом часто оказывается, что химические свойства такой группы практически не зависят от изменений в остальной части молекулы. Поэтому органические вещества можно легко классифицировать и изучать в соответствии с имеющимися в молекуле функциональными группами.
Углеводороды — соединения, состоящие исключительно из атомов углерода и водорода, и вследствие простоты их состава они могут считаться родоначальными соединениями органической химии, от которых в принципе могут происходить все органические вещества. Мы рассмотрим химию шести классов углеводородов.
3.1. Алканы (парафины)
Алканы — углеводороды, структура которых построена из углеродных цепей, не содержащих кратных связей или циклов («насыщенные»). Следовательно, их общая формула СлН2л+2-
Изомерия (явление существования двух соединений с одинаковой молекулярной формулой, но различной структурой) возможна для алканов, содержащих более трех атомов углерода,, т. е. в тех случаях, когда появляется возможность образования прямой и разветвленной цепей. Например, для углеводорода со-
.32
Глава 3
става С4Ню возможны две изомерные структуры: Н Н Н Н Н Н Н
I I I I III
SH—С—С—С—С—н или Н—С—С—С—н
I I I I I
н н н н н
I
н
н—с—н I н
Для углеводорода C5Hi2 известны три изомерные структуры:
Н Н
I I
н н н н н н н—с—н н н н н—с—н н
I I I I I I I I I III
н—с—С—с—с—с—н н—с------с---с—с—н н—с------с—с—н
I I I I I I I II I
ннннн н н нн н
I
н
н—с—н I
н
Ло мере увеличения п число возможных изомеров возрастает очень быстро, и углеводород состава С2оН42 имеет приблизительно 4-105 изомеров.
Формулы, приведенные выше, носят название «структурных ^формул». Они дают представление о последовательности соединения атомов, а также о природе существующей между ними химической связи, но не дают никакой информации о трехмерных аспектах молекулярной структуры, таких, как форма молекулы или относительное расположение в пространстве атомов .или групп.
Номенклатура. Для того чтобы упростить название огромного числа органических соединений, была предложена систематическая номенклатура, в которой название вещества образуется из слогов, указывающих на присутствие определенных функциональных групп в молекуле. Все насыщенные углеводороды имеют суффикс «ан», и в неразветвленных («нормальных») алка-нах предыдущий слог указывает на число атомов углерода в молекуле (табл. 3.1). Первые четыре члена ряда насыщенных углеводородов имеют старые несистематические (тривиальные) •названия. Далее мы увидим, что и в других классах соединений .простые вещества иногда сохраняют свои старые тривиальные .названия, в то время как более сложные молекулы называют ло систематической номенклатуре.
