химический каталог




Органическая химия

Автор А.П.Лузин, С.Э.Зурабян, Н.А.Тюкавкина и др.

при кипячении с водным раствором перманганата калия

в соединение Г (CkH(04). Предложите одну из возможных структур А н напишите уравнения упомянутых реакций, укажите механизмы.

19. Вещество А (СчН|(|0,), не способное существовать в виде цис-трапс-пзомеров, может вступать в реакции, протекающие по механизмам электрофильного присоединения и нуклеофильного замещения. В реакции вещества А с этанолом в присутствии серной кислоты получается вещество Б (С jH^O,), а при взаимодействии с бромоводородом — вещество В (С,)Н1(Вг202). При взаимодействии А с насыщенным раствором гндрокарбо-ната натрия выделяется газ. Предложите одну из возможных структур А п напишите уравнения упомянуibix реакций, укажите механизмы.

20. Вещество А (С„НыО,),. способное существовав в виде цис-транс -изомеров, может BCiynaib в реакции, протекающие по механизмам электрофильного присоединения и нуклеофильного замещения. При взаимодействии вещества А с избытком бромоводорода образуется вещество Б (СчНиВг,0,), а при взаимодействии с водным раствором перманганата калия па холоду— соединение В (С,Н|60,). В реакции вещества А с этанолом в кислой среде образуется соединение Г (С Н1кО,). Предложите одну из возможных структур вещее 1ва А и напишите уравнения упомянутых реакции, укажите механизмы.

294 —

4

ГЕТЕРОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

Множество органических соединений, в отличие от изученных ранее гомофункциональных соединений, содержат в молекулах одновременно разные функциональные группы.

• Органические соединения, содержащие разные функциональные группы, называются гетерофункциональными.

Большинство природных соединений растительного и животного происхождения, многие лекарственные вещества являются с химической точки зрения гетерофункциональными соединениями. При этом вещества природного происхождения преимущественно содержат такие функциональные группы, как гидроксильная, карбонильная, карбоксильная и аминогруппа.

Глава 9

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ СТРОЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

А. М. Бутлеров в своей теории строения органических соединений впервые не только научно обосновал явление структурной изомерии, но и предсказал существование другого вида изомерии — стереоизо-мерии, которая связана с различиями в пространственном расположении атомов в молекулах веществ, имеющих одинаковые состав и строение. Для развития представлений о стереоизомерии органических веществ большое значение имела гипотеза Я. X. Вант-Гоффа и Ж. А. Ле Беля (1874) о тетраэдрическом строении атома углерода.

Знания о пространственном строении веществ и о том, как оно изменяется в химических реакциях, составляют важную область химической науки — стереохимию. Стереохимия играет большую роль в изучении механизмов химических реакций, химических процессов, происходящих в живых организмах, и в решении многих других проблем. С пространственным строением органических соединений связана их биологическая активность.

295

Якоб Хспдрпк Вант-Гофф (1852—1911) — голландский химик, выдвинул гипотезу о тетраэдрпческой конфигурации атома углерода, на базе которой развивалась стереохимия. Один из основателей физической химии. Известен крупными работами в области химической кинетики и термодинамики. Создал теорию разбавленных растворов. Первый лауреат Нобелевской премии в области химии (1901).

Хотелось бы обратить внимание па то, что свою гипотезу Вапт-Гофф выдвинул в возрасте 22 лет (да и Ле Белю было 27 лет). История химии свидетельствует, что многие выдающиеся открытия были сделаны молодыми учеными (хотя в тгом отношении лидируют физики и особенно математики). Тем ие менее приведем небольшой список открытий в области химии с указанием даты открытия, их авторов н возраста авторов в момент опубликования работы (а выполнены эти работы были в еще более раннем возрасте).

Учение об эквивалентах и теория типов (1842) — Ш. Жерар (26 лет).

Открытие оптической изомерии (1848) — Л. Пастер (26 лет).

Теория валентности (1852) — Э. Фрапкланд (27 лет).

Четырехвалентность углерода (1857) — Ф. А. Кекуле (27 лет).

Теория химического строения (1861) — А. М. Бутлеров (32 года).

Периодический закон (1869) — Д. И. Менделеев (35 лет).

Закономерности присоединения кислот к несимметричным алкенам, правило Марковникова (1868) — В. В. Марковников (31 год).

Теория электролитической диссоциации (1882) — С. Аррениус (23 года).

Открытие радиоактивности (1898) — М. Склодовская-Кюрп (30 лет).

Цепные разветвленные реакции (1927) — Н. Н.Семенов (31 год).

Современная теория химической связи (1931—1933) — Л. Полнпг (30 лет).

Модель двойной спирали ДНК (1953) — Дж. У от сон (25 лет), Ф. Крик (37 лет).

• Стереоизомерами, или пространственными изомерами, называются изомеры, имеющие одинаковое строение, но отличающиеся расположением атомов в пространстве.

Стереоизомеры делятся на конформационные и конфигурационные. Конформационные изомеры уже неоднократно встречались ранее: заслоненные и заторможенные конформаций углеводородов, зигзагообразные и клешневидные конформаций углеводородных цепей (см. 2.1.7; 8.2.2).

Конфигурационными называются стереоизомеры, отличающиеся расположением атомов и атомных групп в пространстве (без учета конформаций). Важной особенностью конформационных стереоизоме-ров является их способность превращаться друг в друга за счет вращения вокруг а-связей. Конфигурационные стереоизомеры не способны превращаться друг в друга без разрыва^ химических связей, т. е. взаимопревращения конфигурационных стерео изомеров происходят только в результате химических реакций. Из этого следует, что конфигурационные стереоизомеры могут существовать раздельно. Конфигурационные стереоизомеры подразделяются на два основных типа — энантиомеры и диастереомеры.

296

Рис. 9.1. Хиральиые объекты.

9.1. ЭНАНТИОМЕРЫ

• Энантиомеры — это стереоизомеры, относящиеся друг к другу как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение.

В виде энантиомеров могут существовать только хиральиые молекулы.

• Хиральность — это свойство объекта быть несовместимым со своим зеркальным изображением.

Хиральными (от греч. cheir — рука) объектами являются левая и правая рука, ступни, ушные раковины; такие предметы, как перчатки, ботинки, болты с левой и правой резьбой (рис. 9.1). Эти парные предметы представляют собой объект и его зеркальное изображение. В то же время они не могут быть полностью совмещены друг с другом, в чем убеждаешься, попытавшись надеть на правую руку левую перчатку.

Рис. 9.2. Ахиральные объекты (плоскости симметрии показаны цветом).

297

С другой стороны множество окружающих нас предметов совместимы со своим зеркальным изображением, т е. являются ахиральиыми объектами Например, тарелки, ложки, стаканы и т д Ахираль-ные предметы обладают плоскостями симметрии, которые делят тело на две зеркально-одинаковые части (рис. 9 2)

Между молекулами химических соединений также существуют взаимоотношения подобного рода, т е молекулы делятся на хиральные п ахиральные Для ахи-ральных молекул характерно наличие плоскостей симметрии, у хиральных они отсутствуют.

В тетраэдрической молекуле метана атом углерода связан с одинаковыми заместителями (четыре атома водорода) Через каждую пару связей С—Н можно провести плоскость симметрии, рассекающую молекулу на две зеркально-одинаковые половины. Всего через молекулу метана можно провести шесть таких плоскостей (рис. 9 3, а) Наличие плоскостей симметрии означает, что молекула метана ахиральна По мере замены атомов водорода в метане разными заместителями число плоскостей симметрии будет уменьшаться. Так, молекула метанола СН,ОН имеет уже три плоское-:i симметрии, а молекула этанола СН,СН,ОН — всего одну (рис 9 3, б,в)

Задание 9.1. Молекулу днчлормсгапа СН,С1, можно разделиib на две зеркачыю-одппаковые части двумя плоскостями симметрии Соберите молекулярную модель этою соединения н определите, как проходят эти плоскости (для натJguuiocni в качестве «ппос-костеп» можно использовать листки прозрачной пленки)

9.3. Плоскости симметрии в молекулах

мстлн (показаны три плоскости нз шесш), б — метанол (плоскости прохоцят связи О—С—Н), в — этанол (плоскость проходит мере! связи О—С—С)

4

j

б

Рис. 9.4. Энантиомеры бутанола-2 и их несовместимость в пространстве Объяснение в тексте.

Заменив в молекуле этанола еще один атом водорода у С-1 на этильную группу, получим молекулу бутанола-2 С,Н.СН(ОН)СН3, ие имеющую плоскостей симметрии. Следовательно, молекула бутанола-2 хиральна, и она способна существовать в виде пары энантиомеров (рис 9.4, а). Действительно, все попытки совместить в пространстве молекулярные модели энантиомеров бутанола-2 оказываются безуспешными (рис 9.4, б). Два энантиомера бутанола-2 являются конфигурационными стереоизомерами, так как при одинаковом составе и одинаковой последовательности связей отличаются только различным расположением атомных групп в пространстве Энантиомеры бутанола-2 могут превратиться друг в друга только в результате разрыва связей. Если взять молекулярную модель энантиомера и поменять в ней местами два любых заместителя, ю в результате получится модель другого энантиомера. Проведенная операция по перестановке заместителей в молекулярной модели как бы символизи-

299

рует разрыв связей, который в реальной молекуле может происходить только в процессе химической реакции.

Для хиральных молекул характерно наличие одного или более центров хиральности. В качестве центра хиральносги чаще всего выступает асимметрический атом углерода.

• Асимметрическим называется атом углерода, связанный с четырьмя различными заместителями.

В молекуле бутанола-2 асимметрическим является С-2 (в формулах он обозначается звездочкой С*).

Задание 9.2. Огме1ьте асимметрический атом углерода в соединениях: СН,(ОН)СН(ОН)СН = О; СН,СНС1СН,СН,; CH,CH,CH(CH,)CH(NH,)COOH.

Энантиомеры обладают одинаковыми физическими и химическими свойствами (температуры плавления и кипения, плотность, растворимость и т. д.). Отличаются они противоположными знаками оптической активности. Оптическая активность проявляется в способности вещества

страница 48
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

Скачать книгу "Органическая химия" (12.1Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
cersanit clean on
экспресс курсы по делопроизводству
Установка парктроника ParkMaster 4FJ-46
сколько стоит билет на концерт мэнсона 31 июля

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(09.12.2016)