Лекции по органической химии

Лекции по органической химии.

Органическая химия проникла практически во все отрасли народного хозяйства, в том числе и в такую область, как производство строительных материалов, строительных изделий и конструкции. Возникла новая отрасль строительной индустрии, связанная с использованием продуктов органического синтеза.

Основным элементом, входящим в состав органических соединений, является углерод. Поэтому А.М. Бутлеров определил органическую химию как химию соединений углерода. Однако существуют простые вещества, содержащие углерод (СО; СО₂; СS₂, соли синильной кислоты и др.), которые относят к неорганическим соединениям и изучают в курсе общей или неорганической химии. Учитывая это, более точно органическую химию следует определять как химию углеводородов и их производных, в состав которых могут входить почти все элементы периодической системы.

Реакция замещения (галогенирование)

Механизм реакции

Сульфохлорирование Cульфоокисление

Циклоалканы

C_nH_2n

Получение

Внутримолекулярная реакция Вюрца

Хим. свойства см. алканы

Реакции присоединения (для напряженных циклов С₃-С₄)

АЛКЕНЫ

С_nH_2n ненасыщенные углеводороды с двойной связью

Номенклатура -

Двойная связь

sp²-гибридизация

Пространственная изомерия относительно двойной связи

Способы получения

Дегидратация спиртов

Дегидрогалагениерование галогеналканов

Дегалагениерование 1,2-дигалогеналканов

Дегидрирование алканов

Химические свойства

Реакция присоединения

Гидрирование

Присоединение галогеноводорода

Гидратация

4. Окисление KMnO₄

Озонолиз

Алкадиены

Классификация диенов

Особенности хим. свойства сопряженных диенов, по сравнению с алкенами

Присоединение

Диеновый синтез (реакция Дильса-Альдера)

Из 3 p-связей образуется новые 1 p- и 2 s-связи

АЛКИНЫ

Sp-гибридизация углерода при тройной связи

Методы получения

1.

Дегидрогалогенирование 1,1- и 1,2-дигалогеналканов

Химические свойства

Гидрирование

Галогенирование

Гидрогалогенирование

Винилирование

Кислотность алкинов с концевой тройной связью

Соли алкинов – ацетилениды

Циклизация

Ароматические углеводороды (арены)

 

 

Углерод в ароматическом ядре – sp²-гибридизован

Принцип ароматичности – принцип Хюккеля

Замкнутая циклическая система сопряженных p-электронов

              Сопряжение      

Химические свойства

E+ = R+ (H3C+) – карбокатионы, NO2+, Br+, SO3, и др. Нуклеофилы (Nu-) – доноры электронной плотности Nu- = R- (H3C-) – карбанион, ОН-, RO-, NH2-, Br-, HOH, RNH2 и др.

Хлорирование

Нитрование

Сульфирование

Алкилирование по Фриделю-Крафтсу

Ацилирование по Фриделю-Крафтсу

Согласованная ориентация

ГАЛОГЕНУГЛЕВОДОРОДЫ (Hal = F, Сl, Br, I)

Способы получения

Галогенирование алканов (см. алканы)

Гидрогалогенирование алкенов и алкинов (см. алкены, алкины)

Присоединение галогенов к алкенам и алкинам (см. алкены, алкины)

Реакции спиртов с галогеноводородами

Два основных механизма реакции нуклеофильного замещения: Уравнение скорости реакции: A + B ® C

ПОЛУЧЕНИЕ ГАЛОГЕНУГЛЕВОДОРОДОВ (продолжение)

Галогенирование аренов (см. хлорирование аренов)

Химические свойства

Отщепление галогеноводорода (см. получение алкенов и алкинов)

Реакция Вюрца (см. получение алканов)

Реакцию можно рассматривать как введение остатка алифатического углеводорода…  

Получение магнийорганических соединений (реактивов Гриньяра)

СПИРТЫ и ФЕНОЛЫ

(ОН – гидроксил или гидрокси-группа)

(приставка для обозначения гидроксила – гидрокси, суффикс – ол)

 

Методы получения

Получение спиртов

Гидратация алкенов (см. алкены)

Замещение галогена на гидроксил (OH) (см. галогенуглеводороды)

Восстановление карбоновых кислот

Получение фенолов

Кумольный метод получения фенола в промышленности

Сплавление сульфокислот с щелочами

Химические свойства

Кислотность (способность отдавать протон)

Кислотность фенолов выше, чем алифатических спиртов

Кислотность тем выше, чем выше стабильность образующегося аниона

  2. Реакции спиртов с галогеноводородами (SN) (см. получение галогенугдеводородов)

Окисление спиртов

Окисление 1,2- и 1,4-дигидроксибензолов

Электрофильное ароматическое замещение в фенолах

ОН –заместитель I рода, направляет реакцию в орто- и пара-положения

Ацилирование фенолов

Простые эфиры

Методы получения

Алкилирование спиртов и фенолов

Эфиры – довольно стабильные соединения и используются как растворители.

Расщепляются до исходных спиртов лишь в жестких условиях

Карбонильные соединения – альдегиды и кетоны

Методы получения

Окисление первичных и вторичных спиртов (см. спирты)

Озонолиз алкенов (см. алкены)

Пиролиз кальциевых и бариевых солей карбоновых кислот

Ацилирование по Фриделю-Крафтсу (см. свойства аренов)

Восстановление карбоновых кислот и их производных

Химические свойства

Реакции с водой и спиртами

Реакции с аммиаком

3. Реакции с аминами и их производными (присоединение-отщепление)

Конденсации

Если нет протона в a-положении, то происходит реакция Каниццарро

Карбоновые кислоты

Методы получения

Окисление первичных спиртов и альдегидов

Гидролиз трихлорметильных производных аренов

Гидролиз сложных эфиров (омыление)

Химические свойства

Карбоновых кислот

Кислотность (образуют соли в реакциях даже со слабыми основаниями)

Реакции с нуклеофилами

Углерод карбоксильной группы малоактивен по отношению к нуклеофилам (по сравнению с карбонильной группой) из-за +М гидроксила, для активации…

Нитрилы карбоновых кислот (CN - циано-группа)

Получение

Дегидратация амидов

Цианирование галогеналканов

Гидролиз нитрилов

Серосодержащие органические соединения

СH3SH – метантиол (метилмеркаптан) 2. Тиоэфиры (сульфиды) R-S-R’ СH3-S-C2H5 метилэтилсульфид

Получение (см. нитрование алканов и аренов)

Хим. свойства

СН-кислотность нитроалканов

Восстановление нитроаренов

Амины

Методы получения

Алкилирование аммиака

Восстановление нитросоединений

Восстановление амидов

Восстановление нитрилов

Кислотно-основные сойства

ü Основность – способность принимать протон или отдавать пару электронов ü Основность амина тем выше, чем выше электронная плотность на азоте. ü Донорные заместители у азота повышают электронную плотность на азоте, а значит повышают основность амина.

Алкилирование (см. получение аминов, способ 1)

Ацилирование

Реакции с карбонильными соединеиями (образование иминов)

Электрофильное ароматическое замещение

амино-группа – заместитель I рода (ацилирование и алкилирование не меняют ориентирующий эффект)

Реакции с азотистой кислотой

Третичные амины разлагаются под действием азотной кислоты

Вторичные амины образуют нитрозоамины

Первичные амины

Диазосоединеия алифатического ряда крайне неустойчивы и разлагаются с выбросом молекулярного азота. Образующийся карбокатион рекомбинируется, реагируя с нуклеофилами

Ароматические первичные амины реагирут с азотистой кислотой с образованием солей диазония. В этом случае +М_Ph приводит к делокализации положительного заряда и стабилизирует соль диазония

Синтез метилоранжа

Красители и теория цветности

Синтетические полимеры

Мономер – исходное для полимера низкомолекулярное вещество – определяет строение всего полимера. Полимерная цепь может состоять из повторяющихся фрагментов одного типа или…

Наиболее часто встречающиеся полимеры

Химия поверхностно-активных веществ (ПАВ)

ПАВ – уменьшают поверхностное натяжение Молекула ПАВ – дифильная молекула, имеет · гидрофобный (липофильный) неполярный хвост (нерастворим в воде) - длинная углеводородная цепочка (С12 - С18)