- •Теории химического строения
- •Основные положения теории бутлерова:
- •2. Положение о зависимости свойств от химического строения.
- •3. Положение о взаимном влиянии атомов.
- •6. Классификация органических реакций по механизму
- •Пространственное строение предельных углеводородов
- •Способы получения предельных углеводородов
- •Лабораторные способы получения алканов
- •Физические свойства предельных углеводородов
- •I. Замещение
- •II. Окисление
- •IV. Изомеризация предельных углеводородов
- •Номенклатура
- •Способы получения
- •Химические свойства олефинов
- •1. Реакции присоединения
- •2. Реакции окисления
- •3. Реакции полимеризации
- •4. Реакции аллильного замещения
- •Физические свойства
- •Особенности электронного строения диенов с сопряженными связями
- •1. Реакции присоединения
- •Классификация
- •Способы получения
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •I.Реакции нуклеофильного замещения
- •Реакции отщепления галогена
- •III. Реакции отщепления галогеноводорода
- •Карбонильные соединения
- •Способы получения
- •Отличие химических свойств альдегидов и кетонов
- •Химические свойства
- •III. Реакции окисления и восстановления
- •Реакции восстановления
- •Карбоновые кислоты
- •Номенклатура
- •Способы получения
- •4) Дегидратация кислот
- •Определение
- •Классификация
- •Изомерия
- •Получение
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Основные признаки ароматичности
- •Ароматические соединения
- •Гомологический ряд, изомерия и номенклатура ароматических углеводородов
- •Названия ароматических радикалов
- •Способы получения ароматических углеводородов
- •Б. Синтетические способы получения ароматических углеводородов
- •Химические свойства
- •Механизм электрофильного замещения
- •Нитрование гомологов бензола
- •Реакции присоединения (нетипичны)
- •Галоидпроизводные ароматических углеводородов Классификация, изомерия, номенклатура
- •Получение
- •Физические свойства галогенопроизводных ароматических углеводородов
- •Химические свойства
- •Нитросоединения ароматического ряда
- •1.Нитросоединения с нитрогруппой в ядре
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •II. Реакции в ядре
- •II. Нитросоединения с группой no2 в боковой цепи
- •Способы получения
- •Химические свойства ароматических нитросоединений с группой no2 в боковой цепи
- •Ароматические сульфокислоты
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •I тип реакций. Реакции, характерные для органических кислот.
- •II тип реакции. Восстановление сульфогруппы
- •III тип реакций. Реакции нуклеофильного замещения сульфогруппы
- •IV тип реакций. Реакции электрофильного замещения в ядре идут в соответствии с правилами замещения
- •27. Ариламины. Ароматические амины Классификация
- •I. По положению аминогруппы относительно ароматического ядра.
- •II. По количеству радикалов, связанных с азотом
- •III. По количеству аминогрупп
- •Получение
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •II. Реакции замещения водорода в аминогруппе
- •IV. Окисление
- •V. Реакции замещения в ароматическом ядре
- •VI. Реакции конденсации ароматических аминов с другими органическими и неорганическими соединениями
- •Диазо- и азосоединения
- •Ароматические диазосоединения
- •1. Реакция диазотирования - -получение солей диазония.
- •Химические свойства солей диазония
- •I. Реакции с выделением азота
- •II. Реакции диазосоединений без выделения азота
- •Азокрасители
- •Связь строения с цветностью
- •Ароматические оксисоединения
- •Классификация
- •Физические свойства фенолов
- •Химически свойства фенолов
- •I. Реакции подвижного водорода в группе он
- •II. Реакции электрофильного замещения в ядре
- •III. Окислительно-восстановительные реакции
- •IV. Конденсация фенолов с другими органическими соединениями
- •Ароматические альдегиды и кетоны
- •Способы получения
- •II. Частные способы получения альдегидов и кетонов
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Ароматические кислоты
- •Способы получения
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Полициклические ароматические углеводороды и их производные
- •Ароматические углеводороды с изолированными ядрами
- •Способы получения
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Наиболее важные группы многоядерных соединений. Группа дифенила
- •Группа трифеиилметана
- •Полициклические ароматические углеводороды с конденсированными ядрами
- •Получение
- •Физические свойства
- •Особенности химических свойств
- •Ароматические моноциклические пятичленные гетероциклы
- •Номенклатура гетероциклических соединений
- •Способы получения
- •Физические свойства
- •34. Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом
- •Получение
34. Шестичленные гетероциклы с одним гетероатомом
Рассмотрим на примере группы пиридина.
Простейший член ряда – пиридин.
Бесцветная жидкость с неприятным запахом, Ткип=1150С. Смешивается с водой и с органическими растворителями, имеет большое применение в качестве растворителя и катализатора при химических реакциях.
Монометилпиридины – пиколины.
|
|
|
-пиколин |
-пиколин |
-пиколин |
Диметилпиридины – лужидины
Триметилпиридины – коллидины
(положение радикалов указывается цифрами – нумерация от атома азота к ближайшим заместителям).
Получение
1) Выделение из аммиачной воды, образующейся при сухой перегонке каменноугольной смолы.
2) Конденсация ацетилена и HCN.
|
раскаленные трубки
|
|
3) Синтез Ганца-Чичибабина – конденсация карбонильных соединений с аммиаком (наиболее распространенный промышленный метод синтеза соединений ряда пиридина).
|
|
|
|
(1) |
|
|
|
4-метил-3-этилпиридин |
|
4 |
|
+ NH3 -4H2O |
|
|
|
ацетальдегид |
|
|
(2) |
|
|
|
2-метил-5-этилпиридин |
|
2-метил-5-этилпиридин нашел применение для получения мономера винилпиридиновых латексов.
|
(Cr2O3 + другие окислители) T0
-H2 |
|
|
|||
|
|
2-метил-5-винилпиридин |
|
|||
n |
|
полимеризация
|
|
|||
|
|
|
поли-2-метил-5-винилпиридин |
Химические свойства пиридина сходны со свойствами бензола. Проявляет ароматические свойства (более ярко выраженные, чем у пятичленных гетероциклов), однако распределение электронной плотности в пиридине не вполне равномерное, он проявляет ненасыщенность в большей степени, чем бензол (но меньше, чем тиофен). Это вытекает из электронного строения пиридина. В кольце пиридина 3 двойные связи, 6 -электронов, образующих ароматический секстет. Поэтому неподеленная пара электронов азота мало участвует в сопряжении с -электронами кольца. Поскольку азот обладает более высокой электроотрицательностью, чем углерод, электронное облако кольца оттянуто к азоту, и пиридин имеет дипольный момент, направленный к азоту.
=2,2Д
Самая высокая электронная плотность у азота. Электронная плотность в -положении выше, чем в и .
Химические реакции пиридина можно подразделить на следующие типы:
реакции аминного азота;
реакции электрофильного замещения в ядре;
реакции нуклеофильного замещения в ядре;
реакции окисления и восстановления.
1) реакции аминного типа
а) пиридин проявляет основные свойства благодаря наличию трехвалентного атома азота, имеющего неподеленную пару электронов. Однако, пиридин – основание менее сильное, чем пиперидин, но более сильное, чем анилин.
|
|
|
Кд=4,0.10-10 |
Кд=1,7.10-9 |
Кд=1,33.10-3 |
р- -сопряжение
Основность пиридина
Меньшая основность пиридина по сравнению с (СН3)N объясняется различием в гибридизации: в (СН3)N азот находится в состоянии sp3-гибридизации, а в пиридине – в sp2-гибридизации (Веселовская, 1982г).
Доля s-электронов на орбите, занятой неподеленной парой электронов, больше при sp2-гибридизации, чем при sp3-гибридизации, а s-электронное облако менее вытянуто и прочнее удерживается ядром (при sp3-гибридизации неподеленная пара состоит из 1 s-электрона и 1 sp3-гибридного электрона, при sp2-гибридизации – из 1 s-электрона и 1 sp2-гибридного электрона, один р-электрон расположен перпендикулярно плоскости кольца и участвует в образовании ароматического секстета).
Например,
|
+ HCl |
|
|
|
хлористый пиридиний |
б) пиридин образует комплексные соли с галоидными алкилами.
|
+ C2H5I |
|
|
йодистый этил |
N-этилпиридинийиодид |
Эти соли непрочны, при нагревании изомеризуются с переходом радикала в положение 2 или 4 ( или ).
|
T0
|
|
|
|
-этилпиридинийиодид |
|
|
|
|
|
-этилпиридинийиодид |
2) Реакции электрофильного замещения
Пиридин труднее вступает в эти реакции, чем бензол. В большинстве случаев это вызывается промежуточным образованием катиона пиридиния, где атом азота несет положительный заряд и влияет на кольцо как заместитель второго рода.
Механизм электрофильного замещения.
|
+X+ |
|
+X+
|
|
|
|
При присоединении в -положение резонансная стабилизация -комплекса не приводит к возникновению у азота 2-го положительного заряда.
Если бы присоединение происходило в -положение
|
+X+ |
|
+X+
|
|
мало вероятно
Нитрование, сульфирование и др. идут при высоких температурах и в основном в положение .
а) сульфирование
|
+ HOSO2OH |
|
HOSO2OH дым.
(HgSO4) кат. |
|
|
катион пиридиния (кислый сернокислый пиридиний) |
|
-H2O |
|
|
|
|
кислый сернокислый -пиридиний |
|
б) нитрование
|
+HONO2 |
|
HONO2 конц.
3000 |
|
|
|
азотнокислый пиридиний |
|
азотнокислый -нитропиридиний |
При более высокой температуре образуются и другие изомеры.
3) Реакции нуклеофильного замещения
Благодаря электронооттягивающему действию азота ядро пиридина обедняется электронами, и атака нуклеофильных реагентов протекает легче, чем у бензола.
|
+ KOH |
|
|
|
-оксипиридин |
|
|
|
|
|
-оксипиридин |
Механизм нуклеофильного замещения
|
+Y- |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
+Y- |
|
|
|
|
|
|
Граничные структуры (мезомерные формы аниона). Атака нуклеофильного реагента происходит в или -положение, в которых легче образуется -комплекс, т.к. его стабилизация не связана с образованием мезомерных форм, имеющих отрицательные заряды рядом с азотом.
4) Реакции окисления и восстановления
а) Окисление пиридина происходит трудно. При определенных условиях реакция может идти с образованием N-окиси.
|
+ |
(H2O2 + CH3COOH) |
|
Двойные связи при этом не затрагиваются. N-окись отличается от пиридина большей легкостью протекания реакций электрофильного замещения.
|
1000 +KNO3 (H2SO4 дым.) |
|
+H2O + KHSO4 |
|
|
N-окись паранитропиридина |
кислый сернокислый калий |
При этом реакция идет в -положение вследствие сопряжения ненасыщенных пар электронов с -электронами кольца.
б) окисление гомологов пиридина протекает довольно легко за счет окисления боковой цепочки с образованием пиридинкарбоновых кислот.
|
+ 3 O (KMnO4) –H2O |
|
-пиколин |
|
-пиридинкарбоновая кислота (никотиновая) |
в) восстановление пиридина протекает легче, чем у бензола.
|
+ 6 H (Na+C2H5OH) |
|
|
|
пиперидин |
При более энергичном гидрировании молекулярным водородом в присутствии катализаторов Pt, Pd и температуре 1800С происходит раскрытие цикла.
|
Pt, Pd + 4 H2 C5H11NH2 1800 |
|
амиламин |
Восстановление иодистым водородом приводит к отщеплению аммиака.
|
2800 + 11 HI C5H12 + NH4I + 5 I2 |
|
пентан йодистый аммоний |