Главная страница Случайная лекция Мы поможем в написании ваших работ! Порталы: БиологияВойнаГеографияИнформатикаИскусствоИсторияКультураЛингвистикаМатематикаМедицинаОхрана трудаПолитикаПравоПсихологияРелигияТехникаФизикаФилософияЭкономика Мы поможем в написании ваших работ! |
Напишите структурную формулу ментола (2-изопропил-5-метил-циклогексанол). Определите тип гибридизации каждого атома углерода в ментоле4. Сопряжённые системы – это соединения, содержащие: а) две или несколько кратных связей, отделённых друг от друга одной простой связью; б) две или несколько простых связей, отделённых друг от друга одной кратной связью; в) только кратные связи; г) только простые связи. 5. К какому типу диенов относится 1,3-бутадиен: а) сопряженные; б) кумулированные; в) изолированные? 6. Назовите приведённые ниже соединения. Какие из них являются ароматическими, а какие – нет и почему? а) б) –СН3 в) –СН3 г) Сформулируйте признаки ароматичности соединений. 9. Выберите и назовите соединения, в которых гидроксильная группа является электронодонорным заместителем: а) СН3СН2СН2ОН, б) ОН– –NO2, в) НОСН2СН2СН2ОН, г) НОСН2СН2СООН. 10. Какой электронный эффект (эффекты) проявляет гидроксильная группа в глицерине: а) положительный индуктивный, б) отрицательный индуктивный, в) положительный мезомерный, г) отрицательный мезомерный? 11. Укажите электронные эффекты (эффект) аминогруппы в анилине: 1) положительный мезомерный; 2) отрицательный мезомерный; 3) положительный индуктивный; 4) отрицательный индуктивный; 5) нет эффектов.
ТЕМА 3. Химическое строение и изомерия органических соединений Изомерия органических соединений. Если два или больше индивидуальных веществ имеют одинаковый количественный состав (молекулярную формулу), но отличаются друг от друга последовательностью связывания атомов или расположением их в пространстве, то в общем случае они называются изомерами.Раз строение этих соединений разное, то и химические или физические свойства изомеров отличаются. Типы изомерии: структурная (изомеры строения) и стереоизомерия (пространственная). Структурная изомерия может быть трёх видов: - изомерия углеродного скелета (изомеры цепи): бутан и 2-метилпропан; - изомеры положения функциональных групп (или кратных связей): 1-бутанол и 2-бутанол; - изомеры функциональной группы (межклассовая): 1-бутанол и диэтиловый эфир. Стереоизомерия подразделяется на конформационную и конфигурационную Конформации молекулы представляют собой различные её геометрические формы, возникающие в результате вращения вокруг простых s-связей. Конфигурация – это порядок расположения атомов в пространстве без учёта различий, возникающих вследствие вращения вокруг простых s-связей. Конформации органических молекул Поворот вокруг s-связи С–С совершается сравнительно легко, углеводородная цепь может принимать разные формы. Конформационные формы легко переходят друг в друга и поэтому не являются различными соединениями – это разные неустойчивые динамические формы одной и той же молекулы. Разность энергий между конформерами имеет тот же порядок, что и энергия теплового движения (несколько кДж/моль). Поэтому при обычных температурах нельзя выделить отдельные конформеры. Заслоненная и заторможенная конфигурации (выгоднее заторможенная, дальше расстояние между атомами водорода). Молекулы алканов представляют собой смеси конформеров. Энергетически эти формы очень мало отличаются друг от друга и в результате теплового движения испытывают непрерывные конформационные превращения.
а) б) в) Рис. 2. а) конформеры пентана б) проекционные формулы Ньюмена Если же молекулы достаточно длинны, то они скручиваются (спутываются в клубки). Проекционные формулы Ньюмена.Для изображения конформаций используют проекционные формулы Ньюмена, получающиеся при проецировании на плоскость молекулы С–С- связи. В качестве примера показаны конформации пентана относительно связи С2–С3. Ближайший к наблюдателю атом углерода (С2) обозначают точкой в центре круга; круг при этом символизирует удаленный атом углерода (С3). Три связи от атома изображают в виде линий, расходящихся из центра круга — для ближнего атома (С2) или «высовывающихся» из-за круга — для удаленного атома (С3).Если атомы и группы, связанные с рассматриваемыми атомами углерода как бы заслоняют друг друга, конформация так и называется заслонённой (рис. 2. б), при повороте одного из атомов относительно другого на 60° получаем энергетически более выгодную заторможенную конформацию (рис. 2. в). Конформации циклических соединений. Циклопентан. У пятичленного цикла в плоской форме валентные углы равны 108°, что близко к нормальному значению для sр3-гибридного атома. Поэтому в плоском циклопентане, в отличие от циклопропана и циклобутана (углы 60 и 90 0 соответственно) угловое напряжение практически отсутствует, но проявляется торсионное напряжение, которое снижается за счет перехода цикла в неплоскую конформацию конверта (рис. 3.).
Рис. 3. Конформации циклопентана В этой конформаций один из атомов углерода выходит из плоскости, в которой расположены остальные четыре атома. Выходящим из плоскости может оказаться любой из пяти атомов и цикл поэтому как бы находится в постоянном волнообразном движении. Ц и к л о г е к с а н. Шестичленный цикл не может быть плоским из-за наличия сильных углового и торсионного напряжений: в плоском цикле внутренние валентные углы были бы равны 120°, а все атомы водорода находились бы в заслоненном положении. У циклогексана возникают менее напряженные неплоские конформаций за счет частичного поворота вокруг s-связей, среди которых более устойчивыми являются конформаций кресла и ванны (рис. 4). Конформации кресла обозначаются С (от. англ, chair — кресло), а конформации ванны — В (от англ, bath — ванна). Эти конформации свободны от углового напряжения, так как углы в них равны 109,5°. В кресловидной конформации циклогексана отсутствуют заслоненные положения атомов водорода и углерода: расположение атомов водорода у всех атомов углерода такое же, как в заторможенной конформации этана. Отсутствием углового и торсионного напряжений, а также ван-дер-ваальсова напряжения объясняется относительно наименьшая энергия и большая устойчивость конформации кресла. Шесть связей С – Н, параллельные оси симметрии кресловидной формы циклогексана, направленные попеременно вверх и вниз, называются аксиальными (символ а). Остальные шесть С – Н связей расположены под углом 109,5° к этой оси и также попеременно направлены вверх и вниз. Эти связи называются экваториальными (символ е). Таким образом, у каждого атома углерода одна связь с атомом водорода расположена аксиально и одна – экваториально.
Ванна
Рис. 4. Конформации циклогексана – кресло и ванна Взаимное превращение этих конформаций, а также переход конформации кресла в конформацию ванны происходит через гибкие формы, известные под названиями полукресла и «искаженной» ванны (твист-форма). При переходе от одной конформации к другой меняется потенциальная энергия системы. Максимум энергии соответствует конформации полукресла; минимальной энергией обладает конформация кресла. Конфигурационные изомеры Это стереоизомеры с различным расположением вокруг определенных атомов других атомов, радикалов или функциональных групп в пространстве относительно друг друга. Различают понятия диастереомерии и энантиомерии. Диастереомерами называются оптически активные изомеры. Свет представляет собой электромагнитные волны, в которых частицы колеблются во всех направлениях во взаимноперпендикулярных плоскостях и перпендикулярно направлению распространения волны. В плоскополяризованном свете колебания частиц лежат в одной и той же плоскости. Если луч проходит через прозрачное вещество, которое способно повернуть плоскость колебаний электрического поля на некоторый угол и придать им новое направление, то о таком веществе говорят, что оно обладает оптической активностью. Можно сформулировать 2 признака химической активности органических соединений: наличие асимметрического атома углерода и отсутствие в молекуле элементов симметрии. Асимметрический атом углерода — атом, связанный с четырьмя различными атомами или группами, обозначающийся звёздочкой: *С. Для различных молекул могут быть характерны оси или плоскости симметрии. Так, в молекуле трихлорметана (хлороформа) плоскость симметрии проходит через фрагмент Н–С–С1. Существуют, однако, молекулы, не обладающие плоскостью симметрии, которые оказываются несовместимыми со своим зеркальным изображением. Это свойство называется хиральностью, а сами молекулы – хиральными. Термин «хиральность» означает, что два предмета находятся в таком отношении друг к другу, как левая и правая руки (от греч. cheir — рука), т.е. представляют собой зеркальные изображения, не совпадающие при попытке совместить их в пространстве. В нашем окружении часто встречаются хиральные объекты: пара башмаков, пара перчаток и др. Наглядным примером несовместимости предмета и его зеркального изображения служит невозможность надеть на левую руку правую перчатку, соответствующую пространственному расположению правой руки. Хиральность в первую очередь понятие геометрическое, а не химическое. Оптически активные изомеры, являющиеся зеркальными отражениями друг друга, называются энантиомерами. Энантиомеры обладают одинаковыми физическими и химическими свойствами, вращают плоскость поляризации плоскополяризованного света на один и тот же угол, но в противоположные стороны. Смесь, состоящая из равных мольных количеств энаантиомеров, называется рацемической смесью или рацематом. Рацемат оптически не активен. Называют оптические изомеры по R,S или D,L – номенклатурам. R,S- номенклатура описывает абсолютную конфигурацию изомеров, D,L номенклатура – относительную (относительно конфигурации глицеринового альдегида). В отличие от энантиомеров диастереомеры обладают заметным различием в физических и химических свойствах. Поэтому их можно отделить друг от друга с помощью обычных методов разделения органических веществ. Понятие диастереомерии охватывает широкий круг стереоизомеров. Среди них следует выделить две группы: s-диастереомеры и p-диастереомеры. s-Диастереомеры. Многие биологически важные вещества содержат в молекуле более одного центра хиральности, в них заместители связаны с центром хиральности s-связями. Такие диастереомеры называют s-диастереомерами. Например, D-рибоза, D-арабиноза, D-ксилоза и D-ликсоза — это s-диастереомеры, а D-ликсоза и L-ликсоза – энантиомеры.
p-Диастереомеры (геометрические или цис- транс- изомеры) К ним относят конфигурационные изомеры, содержащие p-связь. Этот вид диастереомерии характерен, в частности, для алкенов. Относительно плоскости p-связи одинаковые заместители у двух атомов углерода могут располагаться по одну (цис-)или по разные (транс-)стороны. Основная причина существования цис-и транс-изомеров заключается в невозможности вращения вокруг p-связи без ее нарушения. Цис-и транс-изомеры имеют одинаковую последовательность связывания атомов, но отличаются друг от друга пространственным расположением заместителей и потому являются стереоизомерами. С другой стороны, их молекулы ахиральны (в них нет хиральных центров). Таким образом, цис- и транс-изомеры алкенов относительно друг друга являются диастереомерами и обладают разными свойствами. p-Диастереомеры часто встречаются среди природных соединений, в частности для обеспечения остроты зрения особенно важен изомер ретинола (витамин А), в котором все 4 двойные связи находятся в транс-конфигурации. Контрольные задания Дата добавления: 2014-04-05; просмотров: 1340; Нарушение авторских прав Мы поможем в написании ваших работ! |