Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ВОПРОСЫ ПО ХИМИИ К ЗАЧЕТУ.doc
Скачиваний:
35
Добавлен:
13.05.2017
Размер:
6.92 Mб
Скачать

1. Специфика органической химии. Связь органической химии и экологии. Общая характеристика органических соединений. Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова. Специфика органической химии. Органическая химия – химия углеводородов и их функциональных производных. -низкие температуры плавления и кипения -термическая неустойчивость (большинство органических веществ разлагаются и обугливаются уже при температуре ниже 300) -большинство органических веществ горючие Связь органической химии и экологии Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова. 1. Все атомы образующие молекулы органических веществ связаны в определенной последовательности согласно их валентностям. 2.свойства веществ зависят не только от качественного и количественного состава молекулы ,но и от ее химического строения. 3.атомы и группы атомов, входящие в молекулу , оказывают взаимное влияние друг на друга; это сказывается на реакционной способности молекул. 4.по свойствам данного вещества можно определить строение его молекулы, а по строению молекулы предвидеть его свойства. 2. Электронное строение атома углерода в составе молекул органических соединений. Гибридизация атомных орбиталей. Типы гибридизации атомных орбиталей углерода в молекулах органических соединений. Электронное строение атома углерода в составе молекул органических соединений. Энергетические затраты , связанные с переходом в возбужденное состояние, с избытком компенсируются энергией, выделяющейся при образовании двух дополнительных связей поэтому атом углерода в составе органических соединений всегда четырёхвалентно. 1. Углерод занимает центральное положение во втором периоде периодической системы 2. На атом углерода приходится баланс Ox-Red свойств (Окислительно-восстановительный потенциал) 3. На внешнем электронном уровне атома углерода в возбуждённом состоянии отсутствует не поделённые электронные пары взаимное отталкивания которых могло бы препятствовать прочному связывание атомов углерода Гибридизация атомных орбиталей. Типы гибридизации атомных орбиталей углерода в молекулах органических соединений. 1. Sp3-гибридизация 1 –ое валентное состояние атома углерода в sp3-гибридизации участвуют атомные орбитали одного s и трех p электронов. 4 sp3-ГО (гибридизированные орбитали) симметрично ориентированы в пространстве под углом 109 градусов и 28 минут. 2. Sp2- гибридизация 2-ое валентное состояние атома углерода в гибридизации участвуют атомные орбитали одного s и двух p электронов 3 sp2-ГО расположены в одной плоскости под углом 120 градусов 3. Sp-гибридизация 3-е валентное состояние атома углерода в гибридизации участвуют атомные орбитали одного s и одного р электронов две sp-ГО ориентированы по отношению друг к другу под углом 180 градусов.

3. Электронное строение атома кислорода в составе молекул органических соединений. Гибридизация атомных орбиталей. Типы гибридизации атомных орбиталей кислорода в молекулах органических соединений. Кислород находится во 2 периоде ПСХЭ. Атом кислорода в составе гидроксильной группы молекул спиртов нах-ся вsp3-гибридном состоянии. Атом кислорода в составе гидроксильной группы в молекулах фенолов нах-ся вsp-2 гибридном состоянии. Атом кислорода в составе карбонильной группы в нах-ся вsp-2 гибридном состоянии. Оба атома кислорода в составе карбоксильной группы нах-ся вsp2-гибридном состоянии.

4. Электронное строение атома азота в составе молекул органических соединений. Азот – элемент p-семейства. Энергетическая диаграмма для валентных электронов в невозбужденном состоянии выглядит следующим образом:

Возбужденного состояния нет. По числу неспаренных электронов можно сказать, что азот в соединениях проявляет валентность III. Однако, валентность так же определяется по номеру группы (V), следовательно, азот может проявлять две валентности – III и V. Гибридизация атомных орбиталей. Гибридизация-процесс выравнивания атомных орбиталей по форме и энергии. Типы гибридизации атомных орбиталей азота в молекулах органических соединений.

5. Химическая связь в молекулах органических веществ. Для органических соединений наиболее характерна ковалентная связь. Сигма- и пи-связи: способы образования, основные характеристики. сигма связь осуществляется одной парой электронов ,максимальная плотность которых сосредоточена вдоль линии, соединяющей центры атомов. В образовании сигма связей могут принимать участие s p и гибридные атомные орбитали углерода. Сигма связь допускает свободное вращение связанных ею атомов или групп атомов. В sp3 гибридном состоянии атом углерода образуют только сигма связь. Пи связь образуется при боковом перекрывании двух негибридных p-орбиталей , главные оси которых перпендикулярны плоскости сигма связи. К образованию пи-связей способны атомы углерода в sp2 sp3 –гибридном состоянии. Пи связи образуются между атомами уже связанными сигма связями. Область бокового перекрывания небольшая и электронная плотность в ней невелика, поэтому пи связь менее прочная чем сигма связь. Пи связь не допускает свободного вращения связанных его атомов или групп атомов. Между двумя атомами может образовываться одна или две пи-связи что приводит к возникновению двойных или тройных ковалентных связей.

6. Пространственное строение молекул органических веществ. Органические молекулы – трехмерные объекты. Имеют пространственную структуру. В основе пространственного строения лежит предположение Вант-Гоффа (1874 г) о тетраэдрической конфигурации  атома углерода, которое впоследствии было полностью подтверждено. Если у атома углерода все четыре заместителя одинаковые, то пространственная модель –  тетраэдр, валентный угол – 109,5°. Если заместители  разные, то угол несколько отличается от нормального. На плоскости обычно изображают атом углерода и две связи. Связь, направленную к наблюдателю показывают жирной чертой, от наблюдателя за плоскостью – пунктирной или заштрихованной линией.

Конфигурация и конформация как способы описания пространственного строения молекулы. Конфигурация-стереохимическая особенность данного расположения атомов в пространстве данной молекулы. Конформация- любое относительное расположение атомов молекулы в пространстве которое может быть достигнуто без нарушения ее целостности (без разрыва связей). Заслоненная ,заторможенная.

7. Структурная изомерия органических соединений. Результат различий в химическом строении молекул органических соединений. -углеродного скелета-обусловлена различным порядком связи атомов углерода. -изомерия положения-обусловлена различным положением функциональных групп и/или кратных связей при одинаковом углеродном скелете. -изомерия взаимного положения-обусловлена различным взаимным расположением функциональных групп и/или кратных связей при одинаковом углеродном скелете. -межклассовая -валентная изомерия- особый вид структурной изомерии при которой изомеры можно перевести друг в друга лишь за счет перераспределения связей.

8. Пространственная изомерия органических соединений. результат различий в пространственной конфигурации молекул имеющих одинаковое хим.строение. -оптическая изомерия ЭНАНТИОМЕРИЯ – обусловлена наличием в молекуле ассиметричного (ХИРАЛЬНОГО) атома углерода .связанного с 4-мя различными атомами или атомными группами. Оптическими изомерами (ЭНАНТИОМЕРАМИ; оптическими антиподами) – называются пространственные изомеры , молекулы которых относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение. энантиомеры обладают оптической активностью, один из них вращает плоскость поляризованного света влево, а другой на такой же угол вправо. Имеют одинаковые физические и химические свойства : различия в химических свойства наблюдаются только в реакциях с оптически активными регентами.

9. Электронные эффекты в молекулах органических соединений: индуктивный и мезомерный эффекты. Понятие о резонансе. Электронодонорные и электроноакцепторные заместители. Индуктивный эффект – смещение электронной плотности в молекуле вдоль сигма связей под влиянием атомов или групп атомов с различной электроотрицательностью. Индуктивный эффект атома водорода принят равным 0 то есть он не имеет знака и направления. Если заместители являются акцепторами электронов , то смещение электронной плотности направлено в их сторону – отрицательный индуктивный эффект (-I) Электроноакцепторные. Если заместители являются донорами электронов , то смещение электронной плотности происходит от заместителя в сторону цепи – положительный индуктивный эффект (+I) Электронодонорные. По мере удаления от заместителей , вызывающих смещение электронной плотности , индуктивный эффект быстро ослабевает (затухает) Мезомерный эффект – смещение электронов в нессиметричных сопряженных системах , вызываемое заместителем и сопровождающееся перераспределением пи электронной плотности в молекуле , в результате которого в системе образуется единое пи электронное облако. Мезомерный эффект может быть как положительным (+М) в случае , если группа подает электроны в направление пи связи , так и отрицательным (-М) , если группа оттягивает электроны от пи связи. Направление эффекта сопряжения ,в отличие от индуктивного , обозначают изогнутой стрелкой. Мезомерный эффект может быть обусловлен присутствием в молекуле: 1. Бензольного кольца в сочетании в атомом , имеющим неподеленную электронную пару , если при этом пространственное расположение орбитали с этой парой электронов позволяет им вступить в систему сопряжения. Положительный мезомерный эффект проявляют группы ,содержащие атомы с неподеленной парой электронов ,способные передать ее в общую систему сопряжения. 2. Бензольного кольца в сочетании с кратной связью. Отрицательный мезомерный эффект проявляют группы , не содержащие атомов с неподеленной парой электронов , а также содержащие их , если при этом пространственное расположение орбиталей с этими электронами не позволяет им вступать в систему сопряжения. В таком случае заместитель может лишь оттягивать электроны из общей системы сопряжения за счет более высокой электроотрицательности одного из своих атомов. 3. Чередующихся (сопряженных) кратных связей 4. Кратной связи и атома с неподеленной электронной парой. Понятие о резонансе. Резонанс – изображение строения молекулы с помощью нескольких гипотетических структур , которые отличаются только распределением электронов ,но не атомных ядер. Резонансные структуры – реальное распределение электронов не соответствует ни одной из резонансных структур , а является промежуточными между ними.

10. Классификация реакций и реагентов в органической химии. Механизмы реакций в органической химии. 1. По характеру химических превращений органических соединений делятся на следующие типы: -замещение атом или атомная группировка в молекуле органического соединения замещается на другой атом или группу атомов. АВ+С-АС+В -присоединение молекула органического соединения и молекула простого или сложного вещества соединяются в новую молекулу при этом другие продукты реакции не образуются. А+В-С -отщепление (ЭЛИМИНИРОВАНИЕ) происходит отрыв атомов или атомных групп от молекулы исходного вещества при сохранении ее углеродного скелета. -изомеризация в органическом соединении происходит переход отдельных атомов или групп атомов от одного участка молекулы к другому без изменения ее качественного и количественного состава. А-В -разложение из молекулы сложного органического вещества образуется несколько менее сложных и/или простых веществ. А-В+С+… -окисление/восстановление сопровождается изменение степени окисления атома углерода в органическом соединении ; может проходить по какому-либо из названных выше типов реакции. Часто в органической химии ограничиваются рассмотрением реакций окисления и восстановления как реакций, связанных с потерей и приобретением атомов водорода и кислорода. органическое соединение окисляется ,если оно теряет атомы водорода и/или приобретает атомы кислорода. органическое соединение восстанавливается ,если оно приобретает атомы водорода и/или теряет атомы кислорода. 2. По способу разрыва ковалентной связи: -гомологический (радикальный) механизм происходит разделение электронной пары ковалентной связи и образование свободных радикалов – частиц с неспаренными электронами: Свободные радикалы проявляют высокую химическую активность; они ПАРАМАГНИТНЫ. Время жизни свободных радикалов крайне мало – 0,003 секунды для метана. С участием свободных радикалов протекают многочисленные реакции ,в том числе и в живых организмах. Катализируется действием света ,высокой температуры или добавлением веществ , способнхы распадаться на свободные радикалы; чаще всего протекают в неполярных растворителях или паровой фазе. - гетеролитический (ионный) механизм. Одна из частей молекулы захватывает оба электрона ковалентной связи при этом возникают положительно заряженные (КАРБКАТИОНЫ) и отрицательно заряженные (КАРБАНОИНЫ) ионы: Органические ионы – активные заряженные частицы ,поэтому в свободном состоянии они пребывают ничтожно малое время. Ионный механизм характерен для полярных связей , при этом электронная пара переходит к более электроотрицательному атому; катализируется обычно кислотами или основаниями , чаще всего протекают в полярных растворителях. Реакции , протекающие с гетеролитическим разрывом связи в зависимости от природы частицы, атакующей атом углерода субстрата ,подразделяют на: -ЭЛЕКТРОФИЛЬНЫЕ – электрофилы( имеющие сродство к электрону) – это частицы (катионы или молекулы) , имеющие свободную орбиталь на внешнем электронном уровне , на которую они могут принимать электроны. -НУКЛЕОФИЛЬНЫЕ – нуклеофилы (Имеющие сродство к ядру) – это отрицательно заряженные частицы или молекулы, в которых один из атомов имеет не поделённую электронную пару. 11. Основные принципы классификации органических соединений. Углеводороды: 1. Предельные (алканы,циклоалканы) 2. Непредельные (алкены,алкины,алкадиены) 3. Ароматические арены Кислородосодержащие: 1. Спирты (фенолы) 2. Альдегиды 3. Карбоновые кислоты 4. Углеводы (моносахариды, дисахариды, полисахариды) 5. Сложные эфиры (жиры) Азотосодержащие: 1. Амины 2. Аминокислоты 3. Белки 4. Нуклеиновые кислоты Гомологический ряд. Алканы Циклоалканы Функциональная группа. Основы номенклатуры органических соединений.

12. Понятия кислоты и основания в органической химии. Влияние строения молекулы на кислотно-основные свойства органических соединений.

13. Предельные углеводороды. Строение молекул алканов и циклоалканов. Методы получения предельных углеводородов. Алканы CnH2n+2 Алканы – алифатические предельные углеводороды. Молекулы алканов образованы атомами углерода в sp3 гибридном состоянии посредством сигма связей и имеют зигзагообразное строение. Алканы выделяют из природных источников (природный и попутные газы, нефть, каменный уголь)

Циклоалканы CnH2n -циклические предельные углеводороды. Молекулы образованы атомами углерода в sp3 гибридном состоянии посредством сигма связей.

В малых циклах С3 и С4 перекрывание sp3 гибридных орбиталей атомов углерода при образовании сигма связей происходит не по оси С-С , а в области , несколько смещенной наружу цикла. Сигма связи с расположением максимальной электронной плоскости вне прямой между ядрами связываемых атомов называют банановыми или Тау связями , по свойствам они напоминают пи связи. Все циклы кроме циклопропана имеют неплоское строение , что обусловлено стремлением атомов углерода к образованию тетраэдрических углов между связями.

14. Химические свойства предельных углеводородов. Радикальный механизм реакций замещения.алканы проявляют свою реакционную способность в основном в реакциях свободного радикального замещения – Sr Селективность реакций замещения. реакции замещения у алканов селективны: легче всего идет замещение водорода у третичного атома углерода , труднее – у вторичного, еще труднее – у первичного. Селективность реакций снижается с увеличением активность галогена и с увеличением температуры. Особенности химических свойств малых циклов. В малых циклах С3 и С4 перекрывание sp3 гибридных орбиталей атомов углерода при образовании сигма связей происходит не по оси С-С , а в области , несколько смещенной наружу цикла.

15. Непредельные углеводороды. Строение молекул алкенов и алкинов. Алкены- алифатические непредельные углеводороды, молекулы которых содержат одну двойную связь С=С. Атомы углерода , связанные двойной связью , находятся в sp3- гибридном состоянии. Алкины -  это непредельные углеводороды, молекулы которых содержат тройную связь. Методы получения непредельных углеводородов. Алкены : основу наиболее широко используемых методов синтеза алкенов составляют реакции – элиминирования (отщепления). Правило Зайцева: отщепление атома водорода в реакциях элиминирования (дегидрогалогенирования и дегидратации) происходит преимущественно от наименее гидрогенизированного атома углерода.

16. Химические свойства алкенов. Реакции электрофильного присоединения. Реакции окисления. За счет электронов пи-связи в молекулах алкенов имеется область повышенной электронной плотности поэтому двойная связь склонна подвергаться атаке электрофильным реагентом; в этом случае происходит гетеролитический разрыв пи-связи и реакция протекает по ионному механизму как электрофильное присоединение ( Ade) : Реакции электрофильного присоединения. гидрирование (восстановление) галогенирование

Присоединение брома к алкенам – качественная реакция на непредельные углеводороды: при пропускании через бромную воду (раствора брома в воде) непредельных углеводородов желтая окраска исчезает (в случае предельных – сохраняется).

Правило Морковникова: при ионном присоединении молекул типа Нх к несимметричным алкенам атом водорода присоединяется к более гидрогенезированному атому углерода двойной связи. Гидратация ГидрогалогенированиеИсключение из правила Марковникова: эффект М. ХАРАША («пероксидный эффект») присоединениеHBr к алкенам по радикальному механизму (AdR) в присутствии органических перикисей протекает преимущественно в направлении обратном описываемому правилом Марковникова. Наличие электродонорных заместителей при двойной связи способствует протеканию реакцийAdE , электроакцепторных – затрудняет их протекание.

Реакции полимеризации – реакция соединения нескольких молекул мономера , при которой не происходит выделение побочных низкомолекулярных продуктов: Реакции окисления – алкены окисляются заметно легче , чем предельные углеводороды; строение продуктов окисления алкенов зависит от условий проведения реакции и природы окисления. Реакции Вагнера : Мягкое окисление в нейтральной среде при комнатной температуре используется как качественная реакция на двойную связь (фиолетовая окраска перманганата калия переходит в бурую):

17. Химические свойства алкинов. Реакции электрофильного присоединения. Реакции замещения. Реакции окисления. Электроны более короткой тройной связи прочнее удерживаются ядрами атомов углерода и обладают меньшей поляризуемостью (подвижностью). Поэтому реакции электрофильного присоединения к алкинам протекают медленнее, чем к алкенам.

Соседние файлы в предмете Органическая химия