- •Лекция № 1 классификация органических соединений
- •Лекция № 2
- •Лекция № 3 Изомерия
- •2. Пространственная изомерия (стереохимия)
- •2.1. Конформации (поворотная изомерия)
- •Диаграмма потенциальной энергии конформаций этана.
- •Диаграмма потенциальной энергии конформаций н-бутана.
- •2.2. Геометрическая изомерия
- •2.3. Оптическая изомерия (энантиомерия)
- •Проекционные формулы
- •2.4. Диастереомерия
- •2.5. Методы получения стереоизомеров
- •Лекция № 4 органические кислоты и основания
- •Протонная теория кислот и оснований Брёнстеда
- •Классификация органических кислот и оснований
- •Влияние структурных факторов на относительную силу кислот и оснований
- •Влияние строения на силу кислот и оснований.
- •Кислоты и основания Льюиса
- •Классификация органических реакций и реагентов
- •Углеводороды
- •2. Сульфохлорирование
- •3. Нитрование
- •4. Окисление
- •1.1. Методы получения
- •1.2. Химические свойства
- •1. Реакции электрофильного присоединения
- •Методы получения сопряженных диенов
- •Химические свойства сопряженных диенов
- •Методы получения
- •Химические свойства
- •Методы получения
- •Химические свойства
- •1. Реакции электрофильного замещения.
- •2.2. Реакции с участием боковых цепей алкилбензолов.
- •2.3. Реакции с разрушением ароматической системы.
- •Галогенпроизводные
- •1. Методы получения
- •2. Химические свойства
- •2.1. Реакции нуклеофильного замещения
- •2.2. Реакции элиминирования
- •Альдегиды и кетоны
- •1. Методы получения.
- •2. Химические свойства.
- •2.1. Реакции нуклеофильного присоединения.
- •2.2. Реакции по α -углеродному атому.
- •2.3. Реакции окисления и восстановления
- •Гидроксилпроизводные углеводородов
- •1. Методы получения спиртов.
- •2. Химические свойства спиртов.
- •3. Многоатомные спирты.
- •4. Фенолы. Методы получения.
- •5. Фенолы. Химические свойства.
- •6. Простые эфиры
- •Химические свойства
- •Карбоновые кислоты
- •1. Методы получения
- •2. Химические свойства
- •2.1. Кислотные свойства
- •2.2. Реакции нуклеофильного замещения. Функциональные производные карбоновых кислот.
- •2.3. Реакции по α -углеродному атому
- •2.4. Декарбоксилирование
- •2.5. Восстановление.
- •3. Дикарбоновые кислоты
- •Гидрокси- и оксокислоты
- •1. Гидроксикислоты
- •Методы получения
- •1.2. Химические свойства.
- •1.3. Биологически важные гидроксикислоты.
- •2. Оксокислоты
- •1. Классификация
- •2. Методы получения.
- •3. Химические свойства.
- •Гетероциклические соединения
- •1. Классификация
- •Пятичленные азотсодержащие гетероциклы с одним гетероатомом Пиррол
- •Шестичленные азотсодержащие гетероциклы с одним гетероатомом. Пиридин
- •Пяти- и шестичленные гетероциклы с двумя атомами азота. Имидазол. Пиразол.
- •Пиримидин
- •Лекция № 16 аминокислоты. Пептиды
- •1. Методы получения
- •2. Химические свойства
- •2.1. Кислотно-основные свойства
- •2.2. Реакции по аминогруппе
- •2.3. Реакции по карбоксильной группе
- •2.4. Специфические реакции аминокислот
- •Пептиды
Диаграмма потенциальной энергии конформаций этана.
Каждая точка на кривой потенциальной энергии соответствует определенной конформации. Точки, соответствующие минимумам, отвечают конформационным изомерам, то есть преобладающим компонентам в смеси всех возможных конформаций.
С усложнением молекулы число возможных конформаций возрастает. Так, для н-бутана можно изобразить уже шесть конформаций, отличающихся взаимным расположением СН3-групп, т.е. поворотом вокруг центральной связи С-С. Ниже конформации н-бутана изображены в виде проекций Ньюмена. Изображенные слева (заслоненные) конформации энергетически невыгодны, практически реализуются лишь заторможенные.
Различные заслоненные и заторможенные конформации бутана неодинаковы по энергии. Соответствующие энергии всех конформаций, образующихся при вращении вокруг центральной С-С связи, представлены ниже:
Диаграмма потенциальной энергии конформаций н-бутана.
Итак, конформации - это различные пространственные формы молекулы, имеющей определенную конфигурацию. Конформерами являются стереоизомерные структуры, соответствующие энергетическим минимумам на диаграмме потенциальной энергии, находящиеся в подвижном равновесии и способные к взаимопревращению путем вращения вокруг простых связей.
Иногда барьер таких превращений становится достаточно высоким, чтобы разделить стереоизомерные формы (пример - оптически активные дифенилы). В таких случаях говорят уже не о конформерах, а о реально существующих стереоизомерах.
2.2. Геометрическая изомерия
Геометрическая изомерия характерна для соединений, в которых отсутствует вращение вокруг связи. Это могут быть соединения с двойной связью или циклические.
Важное следствие жесткости двойной связи (отсутствия вращения вокруг нее) - существование геометрических изомеров. Самые распространенные из них - это цис-,транс-изомеры соединений этиленового ряда, содержащих у ненасыщенных атомов неодинаковые заместители. Простейшим примером могут служить изомеры бутена-2.
цис-Бутен-2 |
транс-Бутен-2 |
Т.пл. -138.9 оС |
-105.6 оС |
Т.кип. 3.72 оС |
1.0 оС |
d 0.724 |
0.604 |
nD-20 1.3946 |
1.3862 |
Геометрические изомеры имеют одинаковое химическое строение, различаются по пространственному расположению атомов, т.е. конфигурациями. Это различие и создает разницу в физических и химических свойствах. Геометрические изомеры, в отличие от конформеров, могут быть выделены в чистом виде и существуют как индивидуальные устойчивые вещества. Для их взаимного превращения необходима энергия порядка 125-170 кДж/моль, которую можно сообщить нагреванием или облучением.
В простейших случаях номенклатура геометрических изомеров не представляет затруднений: цис-формами называют геометрические изомеры, у которых одинаковые заместители лежат по одну сторону от плоскости π-связи, транс-изомеры имеют одинаковые заместители на разных сторонах от плоскости π-связи. В более сложных случаях применяется Z,E-номенклатура. Ее главный принцип: для обозначения конфигурации указывают цис- (Z, от немецкого Zusammen - вместе) или транс- (Е, от немецкого Entgegen - напротив) расположение старших заместителей при двойной связи.
В Z,E-системе старшими считаются заместители с большим атомным номером. Если атомы, непосредственно связанные с ненасыщенными углеродами, одинаковы, то переходят ко "второму слою", в случае необходимости - к "третьему слою" и т.д (номенклатура Канна, Ингольда, Прелога – КИП).
Рассмотрим применение правил Z,E-номенклатуры на двух примерах.
I |
II |
Начнем с формулы I, где все решается атомами "первого слоя". Расставив их атомные номера, получим, что старшие заместители каждой пары (бром в верхней части формулы и азот в нижней) находятся в транс-положении, отсюда следует стереохимические обозначение Е:
Е-1-бром-1-хлор-2-нитроэтен
Для определения стереохимического обозначения структуры II необходимо искать различие в "высших слоях". По первому слою группы СН3, С2Н5, С3Н7 не отличаются. Во втором слое у группы СН3 сумма атомных номеров равна трем (три атома водорода), у групп С2Н5 и С3Н7 - по 8. Значит, группа СН3 не рассматривается - она младше двух других. Таким образом, старшие группы - это С2Н5 и С3Н7, они находятся в цис-положении; стереохимическое обозначение Z.
Z-3-метилгептен-3
Если бы понадобилось определить, какая группа старше - С2Н5 или С3Н7, пришлось бы перейти к атомам "третьего слоя", сумма атомных номеров в этом слое для обеих групп оказались бы соответственно равными 3 и 8, т.е. С3Н7 старше, чем С2Н5. В более сложных случаях определения старшинства надо учитывать дополнительные условия, как-то: атом, связанный двойной связью, считается дважды, связанный тройной - трижды; из числа изотопов старше более тяжелый (дейтерий старше водорода) и некоторые другие.
Отметим, что обозначения Z не является синонимами цис-обозначений, как и обозначения Е не всегда соответствуют расположению транс-, например:
цис-1,2-дихлорпропен-1 |
цис-1,2-дихлор-1-бромпропен-1 |
Z-1,2-дихлорпропен-1 |
Е-1,2-дихлор-1-бромпропен-1 |
Для 1,2-диметилциклопропана геометрические изомеры можно представить следующим образом:
цис-1,2-диметилциклопропан транс-1,2-диметилциклопропан