Введение. Теория химического строения имени А.М. Бутлерова

Литература

1. Иванов, В.Г. Органическая химия: учеб. пособие для вузов / В.Г. Иванов, В.А. Горленко. – М.: Издательский центр «Академия», 2009. -С. 4-6.

2. Грандберг, И.И. Органическая химия: учеб. для вузов / И.И. Грандберг. - М.: Дрофа, 2002. -С. 6-15.

3. Артеменко, А.И. Органическая химия: учеб. для вузов / А.И. Артеменко. - М.: Высшая школа, 2009. -С. 99-108.

4. Денисов, В.Я. Органическая химия: учеб. для вузов / В.Я. Денисов, Д.Л. Мурышкин, Т.В. Чуйкова. – М.: Высшая школа, 2009. -С. 8-10.

5. Петров, А.А. Органическая химия: учеб. для вузов / А.А. Петров. - С-Пб.: Иван Федоров, 2002. -С. 4-6.

Вопросы этой части программы достаточно подробно рассмотрены в рекомендуемых учебниках, поэтому при изучении данной темы можно пользоваться любым учебником.

При изучении темы «Введение. Теория химического строения имени А.М. Бутлерова» необходимо четко определить предмет органической химии и место ее среди других химических дисциплин. Органическая химия – крупнейший и наиболее важный раздел современной химии. Она тесно связана с неорганической, физической и биологической химией и вместе с тем в отличие от них имеет глубокую специфику.

Органическая химия изучает строение, способы синтеза и химические превращения углеводородов и их функциональных производных. Диапазон соединений, изучаемых органической химией чрезвычайно широк: от простейшего вещества (метана) до очень сложных веществ, играющих незаменимую роль в жизнедеятельности животных и растительных организмов (белки, нуклеиновые кислоты, ферменты и т. д.), в различных направлениях деятельности человека. При изучении темы следует подробно рассмотреть причины многочисленности и многообразия органических соединений, своеобразие их свойств по сравнению с неорганическими соединениями (низкая термическая стабильность, низкая реакционная активность и т.д.).

По рекомендуемым учебникам следует ознакомиться с историей развития органической химии, первыми теоретическими воззрениями (доструктурные теории), трудами ученых, работающих в разных странах и в разное время (И.Я.Берцелиус, К.Шееле, Ш. Жерар, Э.Франкленд, А.Кекуле, А.Купер, А.М.Бутлеров, В.В. Марковников, Я. Вант-Гофф, Ж. Лё Бель, Л.Полинг и др.).

Основой для правильного и глубокого понимания химической природы органических веществ служит теория химического строения соединений имени А.М. Бутлерова (1861г). Основные положения теории химического строения: а) понятие о химическом строении, б) зависимость свойств соединений от качественного и количественного состава, химического строения их молекул, в) принцип взаимного влияния атомов в молекуле, г) установление химической структуры вещества по его свойствам (и наоборот), д) изомерия органических соединений подробно освещены в рекомендуемых учебных пособиях.

Учение А.М. Бутлерова создало предпосылки для бурного развития органической химии. В дальнейшем учение А.М. Бутлерова было дополнено электронными представлениями и связанными с ними стереохимическими концепциями.

Контрольные вопросы и упражнения:

В чем существенные различия во взглядах А. Кекуле и А.М. Бутлерова на вопросы строения органических веществ?

Классификация органических соединений. Номенклатура органических соединений

Литература

1. Иванов, В.Г. Органическая химия: учеб. для вузов / В.Г. Иванов, В.А. Горленко. – М.: Издательский центр «Академия», 2009. -С. 7- 9.

2. Артеменко, А.И. Органическая химия: учеб. для вузов / А.И. Артеменко. - М.: Высшая школа, 2009. -С. 150-158.

3. Фисун, Л.А. Органическая химия. Часть 1. Лабораторный практикум / Л.А. Фисун. - Абакан: Издательство ХГУ им. Н.Ф.Катанова, 2000. -С. 11-16.

В органической химии особенно актуальны вопросы классификации и номенклатуры, так как объектами изучения являются миллионы соединений. Вопросы классификации органических соединений рассмотрены в рекомендуемых учебниках [1, 2]. Основные правила номенклатуры ИЮПАК более подробно представлены в [2, 3].

Классифицировать органические соединения можно по разным признакам, например по составу, строению, свойствам, применению. Однако важнейшими признаками классификации органических соединений являются строение углеродного скелета молекулы (цепь или цикл) и наличие в ее составе функциональных групп.

Родоначальными соединениями в органической химии являются углеводороды, остальные соединения рассматриваются как производные углеводородов. В молекулах производных углеводородов содержатся функциональные группы, т.е. атомы или группы атомов, определяющие свойства соединения и принадлежность его к определенному классу. Важнейшие функциональные группы и классы органических соединений подробно рассмотрены в [2].

Студенту следует обратить внимание, какие соединения называются моно- и полифункциональными, гетерофункциональными. Последние можно отнести одновременно к нескольким классам. Следует помнить, что переход от одного класса к другому в химических превращениях осуществляется чаще всего с участием функциональных групп без изменения углеродного скелета.

Классификационные признаки положены в основу различных номенклатур органических соединений.

Студенту необходимо подробно рассмотреть современную систематическую номенклатуру ИЮПАК (заместительную и радикально-функциональную), сформулировать в определенном порядке принципы (этапы) построения систематических названий, обратить внимание на правильное написание названий.

Студенту необходимо научиться выполнять обратную задачу – изображать структуру органического соединения (структурную формулу) по систематическому названию.

Следует помнить, что к общим правилам заместительной и радикально-функциональной номенклатуры ИЮПАК необходимо постоянно возвращаться и применять их для построения названий соединений при изучении конкретных классов.

Термин «номенклатура органических соединений» объединяет различные способы наименования индивидуальных органических соединений. В практике, научной и технической литературе широко распространены и используются тривиальные названия (от латинского trivialis - обыкновенный, обыденный). Эти общеупотребительные названия соединений возникли более или менее случайно. Часто они отражают природный источник, из которого впервые получено соединение, историю его открытия, способ применения. Такие названия прочно укрепились и до сих пор являются общепринятыми (винный спирт, лимонная кислота, муравьиная кислота, хлороформ и т.д.). Но тривиальные названия ничего не говорят о составе и строении соединений, часто не характеризуют ни физическую, ни химическую природу вещества (например, ванилин, аспирин и т.д.).

Международный союз чистой и прикладной химии (Internаtional Union Pure and Applied chemie -IUPAK) разработал и предложил (1957; 1965гг) в качестве официальной научной номенклатуры так называемую систематическую номенклатуру ИЮПАК, правила которой признаны во всех странах мира. Наиболее универсальной и распространенной является заместительная номенклатура, несколько реже используется радикально-функциональная номенклатура.

Согласно заместительной номенклатуре в соединении выделяется родоначальная структура или основа (в ациклических соединениях это главная углеродная цепь, в циклических - цикл), в которой атомы водорода замещены функциональными группами, радикалами (так называемые характеристические группы).

Название соединения представляет собой составное слово, корень которого включает название родоначальной структуры или основы (систематические – метан, этан и т.д., тривиальные – бензол, фенол и т.д.), префиксы и суффиксы, характеризующих число и характер заместителей, степень ненасыщенности.

Название соединения:

Префикс+ корень+ суффикс

префикс	корень	суффикс
характеристические группы (кроме старшей и кратных связей), радикалы	основа - родоначальная структура (главная углеродная цепь или цикл)	кратные связи, старшая характеристическая группа

Положение радикалов, характеристических групп и кратных связей указывается цифрами или буквами (локанты), которые могут стоять перед префиксом и перед суффиксами (или после). При этом число одинаковых групп указывается множительными приставками: ди-, три-, тетра-, пента- и т.д. В названии цифры отделяют от слов черточками - дефисами, а цифру от цифры – запятой. Например, соединение

называется 2, 2-диметил-З-гидроксибутаналь,

где 2, 2 и 3 - локанты, ди - количественная приставка, гидрокси - название младшей характеристической группы - ОН, метил - название радикала, бутан - основа, аль - название старшей характеристической группы - СН=О.

При составлении названия соединения по заместительной номенклатуре следует придерживаться следующих правил:

1. определить основу - родоначальную структуру (цепь или цикл), которая должна включать старшую характеристическую группу.

Главная углеродная цепь выбирается по следующим критериям:

а) максимальное число старших характеристических групп;

б) максимальное число характеристических групп;

в) максимальная длина углеродной цепи.

При этом нижеприведенный критерий действует только после определения предыдущего критерия.

Например, в соединении

основой является углеродная цепь из пяти (а не шести! ) атомов углерода, поскольку она содержит максимальное количество старших функциональных групп (две группы ОН), максимальное количество других характеристических групп (радикал и двойная связь).

В соединении

основа – углеродная цепь содержит пять (а не четыре! ) атомов углерода (максимальное количество атомов углерода).

2. определить старшинство остальных характеристических групп (см. таблицу 1).

3. пронумеровать основу так, чтобы старшая характеристическая группа имела меньший номер. Если выбор нумерации неоднозначен, то цепь или цикл нумеруют так, чтобы характеристические группы получили наименьшие номера.

4. составить название соединения:

а) перечислить в префиксе все радикалы и характеристические группы (кроме старшей и кратных связей) в алфавитном порядке, указать их положение и количество;

б) указать основу;

в) указать кратные связи (если таковые отсутствуют, то в основе сохраняется суффикс – ан) и старшую характеристическую группу, их количество и положение в основе.

ПРИМЕРЫ:

4, 5-дигидроксипентанон-2 1, 2-дигидроксипентанон-4

правильно или 4-оксопентандиол-1, 2

(группа С=О старше ОН -группы) неправильно

3-метилгександион -2, 5 4-метилгександион -2, 5

правильно неправильно

(локанты 2, 3, 5-минимальные) (локанты 2, 4, 5-максимальные)

циклогексен-3-ол циклогексен-1-ол-4 циклогексен-4-ол

правильно неправильно неправильно

1-бутен-3-ин

5. 6-хлор-гексадиен-2, 4-аль

6. СН₃-С – СН₂- С =О 3-оксобутановая кислота.

|| |

О ОН

Для написания структурной формулы соединения по его названию следует придерживаться следующих правил:

1. изобразить основу – главную углеродную цепь или цикл;

2. пронумеровать основу в любом направлении;

3. расположить все характеристические группы, радикалы, кратные связи в основе согласно их локантам (лучше начинать с префикса);

4. заполнить свободные валентности атомов углерода, который в органических соединениях четырехвалентен, атомами водорода.

Радикально-функциональная номенклатура использует названия классов органических соединений:

СН₃-СН₂-СI - этилхлорид; СН₃-СН₂-ОН этиловый спирт; СН₃-О-СН₃- диметиловый эфир;

СН₃-С-С₂Н₅ – метилэтилкетон.

Более подробно радикально-функциональная номенклатура рассматривается при изучении соединений различных классов.

Принципы построения названия циклических соединений те же самые, что и в алифатическом ряду. При этом к наименованию основы добавляется приставка цикло-: циклопропан, циклогексан и т.д.

Соединения ароматического ряда называют как производные бензола (толуола, фенола, анилина и т.д.), у которого один или несколько атомов водорода замещены на другие атомы или группы атомов.

Например,

метилбензол.

Для дизамещенных бензола в названиях положения групп указывают следующим образом: -орто (о-) или 1, 2; –мета (м-) или 1, 3; – пара (п-) или 1, 4.

Например,

1-метил-4-этилбензол (п – метилэтилбензол или п-этилтолуол);

1-метил-2-нитробензол (о-нитротолуол).

Знание основных принципов номенклатуры ИЮПАК позволяют назвать любые органические вещества.

Таблица 1.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒