 |
Тема 4. Типы и механизмы органических реакций
|
|
|
|
Методические указания
Многообразие органических реакций сводится к пяти типам: замещения, присоединения, отщепления, перегруппировки и окислительно-восстановительные.
1. В реакциях замещения водород или функциональная группа замещается на неводородный атом или другую функциональную группу:
СН4 + Сl2 → СН3Cl
СН3 ‒ CН2 ‒ Cl + NaOH → СН3 ‒ CН2 ‒ OH + NaCl
хлорэтан этанол
2. Реакции присоединения сопровождаются разрывом кратных связей:
H H
\ /
C = C + Br2 → CH2Br ‒ CH2Br
̸ \
H H
этен 1,2-дибромэтан
3. Реакции отщепления (элиминирования) приводят к образованию непредельных углеводородов:
H H
\ /
СН3 ‒ CH2Cl → C = C + HCl
̸ \
H H
4. Реакции перегруппировки (изомеризации) приводят к образованию изомеров:
СН3 ‒ CH2 ‒ CH2 ‒ CH2 ‒ СН3 → СН3 ‒ CH‒ CH2 ‒ СН3
ǀ
CH3
пентан 2-метилбутан
5. Реакции окисления и восстановления протекают с изменением степени окисления углеродного атома:
С2Н5ОН → СН3СОН → СН3СООН
этанол этаналь уксусная кислота
Полное окисление (сгорание):
2С2Н6 + 7О2 → 4СО2 + 6Н2О
Чаще всего органические реакции классифицируют по типу разрыва химических связей в реагирующих частицах. Из их числа можно выделить две большие группы реакций — радикальные и ионные:
1. Радикальные реакции — это процессы, идущие с гомолитическим разрывом ковалентной связи. При гомолитическом разрыве пара электронов, образующая связь, делится таким образом, что каждая из образующихся частиц получает по одному электрону. В результате гомолитического разрыва образуются свободные радикалы (частицы с неспаренным электроном):
X:Y → X˙+Y˙.
2. Ионные реакции — это процессы, идущие с гетеролитическим разрывом ковалентных связей, когда оба электрона связи остаются с одной из ранее связанных частиц:
|
|
|
X:Y → X+ +:Y-
В результате гетеролитического разрыва связи получаются заряженные частицы: нуклеофильная и электрофильная.
Нуклеофильная частица (нуклеофил) — это частица, имеющая пару электронов на внешнем электронном уровне. За счет пары электронов нуклеофил способен образовывать новую ковалентную связь.
Электрофильная частица (электрофил) - это частица, имеющая свободную орбиталь на внешнем электронном уровне. Электрофил представляет незаполненные, вакантные орбитали для образования ковалентной связи за счет электронов той частицы, с которой он взаимодействует.
! Задачи для самостоятельной работы
1. Напишите структурные формулы следующих соединений:
1.1. а) 5-метил-3,4-диэтилоктан; б) 5-метил-4-пропилнонан; в) 2,2,4-триметилпентан (изооктан); г) 3,4-диметил-4-этилгептан; д) 2,4,6-триметил-3,5-диэтилгептан.
1.2. а) 1,3-диметилциклобутан; б) 1,1-диэтилциклопропан; в) изопропилциклопентан; г) 1-третбутил-3-этилциклогексан д) 1,2-диэтилциклопропан.
1.3. а) 2,3-диметилпентен-2; б) 2,3-диметилбутадиен-1,3; в) 2,5-диметил-гексин-3; г) 3-метил-4-хлор-пентин-1; д) 5-хлор-3-этилпентен-1-ин-3; е) 3-вторбутилоктадиен-1,5-ин-7.
1.4. а) изопропилбензол; б) о-бромтолуол; в) о-ксилол; г) п-метилстирол; д) 3,4-ди-хлорбензойная кислота.
1.5. а) 2-метилпентанол-3; б) 2-метилпентен-3-ол-2; в) 1,4-дихлорбутандиол-1,4; г) 2,3-диметилбутантриол-1,2,3.
1.6. а) м-крезол; б) п-этилфенол; в) о-,п-динитрофенол; г) 2-изопропил-5-метилфенол.
1.7. а) 2,2-диметилбутаналь; б) 1,3-дифенил-пропанон-2; в) пентандион-2,4; г) 4-метил-пентен-3он-2; д) бутен-2-аль.
1.8. а) 2,4-диметилгептановая кислота; б)1,3,3-трихлорбутановая кислота; в) 2,4-дибром-3-метилпентандиовая кислота; г) α,α-диметилянтарная кислота.
1.9. а) 2,3-дигидроксибутандиовая кислота; б) гидроксиэтановая кислота; в) γ-гидроксимасляная кислота; г) 2-оксопропановая; д) 2-оксобутандиовая кислота.
|
|
|
1.10. а) 2-аминопропановой кислоты; б) 2-амино-бензойной кислоты; в) 3-фенил-3-аминопропановой кислоты; г) глицина; д) изолейцина.
1.11. а) 2-нитробутан; б) нитроциклогексан; в) 2,4-диметил-5-нитрогексан; г) бутилметиламин; д) 2,4,6-тринитротолуол.
2. Дайте название каждому из этих веществ в соответствии с правилами номенклатуры ИЮПАК. Приведите также тривиальные названия тех веществ, для которых такие названия употребляются:
2.1. а) СН3
ǀ
СН3 ‒ С ‒ СН ‒ СН3
ǀ ǀ
СН3 СН3
б) СН3
ǀ
СН3 ‒ СН ‒ СН ‒ СН ‒ СН ‒ СН3
ǀ ǀ ǀ
Cl Br Cl
в) СН3 ‒ СН ‒ СН ‒ СН ‒ СН3;
ǀ ǀ ǀ
СН3 СН3 СН2 ‒ СН3
г) СН2 ‒ СН3 I
ǀ ǀ
СН3 ‒ СН ‒ СН ‒ СН ‒ СН ‒ СН ‒ СН ‒ СН3.
ǀ ǀ ǀ
Cl СН3 Cl
2.2. а) СН3 ‒ С = СН ‒ СН3; б) СН2 = С ‒ СН = СН ‒ СН3;
ǀ ǀ
СН3 СН3‒ СН ‒ СН3
в) Cl Cl СН3
ǀ ǀ ǀ
СН ‒ СН2 ‒ С ≡ С ‒ СН ‒ СН3; г) СН ≡ С ‒ С‒ СН2 ‒ С ‒ СН3.
ǀ ǀ ‖
Br СН3 СН2
2.3.
а)
| г)
|
б)
| д)
|
в)
| е)
|
2.4. а) СН3 б) СН3
ǀ ǀ
СН3 ‒ СН ‒ СН3 СН3 ‒ С ‒ СН ‒ СН3
ǀ ǀ ǀ
ОН ОН ОН
в) СН3 ‒ СН ‒ СН3 г) СН3 ‒ СН ‒ СН2 ‒СН3
ǀ ǀ
СН3 ‒ С ‒ СН2 ‒ СН ‒ СН3 СН2 ‒ С ‒ СН2.
ǀ ǀ ǀ ǀ ǀ
ОН Cl ОН ОН ОН
2.5. а) Cl б) СН3 ‒ С ‒ СН ‒ СН3
ǀ ‖ ǀ
СН3 ‒ СН ‒ С = О О Br
ǀ ǀ
СН3 Н
в) СН2 ‒ С = СН ‒ СН ‒ С = О; г) СН ≡ С ‒ СН ‒ СН2 ‒ С ‒ СН3
ǀ ǀ ǀ ǀ ǀ ‖
Cl СН3 Cl Н СН3 О
2.6. а) СН3 ‒ СН ‒ СН2 ‒ СН ‒ С =О б) СН3 ‒ СН ‒ СН2 ‒ С = О
ǀ ǀ ǀ ǀ ǀ
СН3 СН3 ОН СН3‒ СН2 ОН
в) СН = СН ‒ СН ‒ С =О г) СН ‒ СН ‒ СН ‒ СН2 ‒ СН ‒ С =О
ǀ ǀ ǀ ǀ ǀ ǀ ǀ
Br OH NO2 CH3 I CH3 ОН
3. Напишите структурные формулы изомерных спиртов, отвечающих формуле C4H10O. Назовите их по систематической номенклатуре. Какой из этих спиртов является первичным, вторичным, третичным?
4. Напишите структурные формулы всех изомеров, отвечающих формуле C5H8. Назовите их по международной номенклатуре.
5. Напишите структурные формулы любых пяти ароматических веществ состава С9Н12. Дайте названия этим веществам.
6. Напишите структурные формулы всех изомеров пентена-1.
|
|
|
7. Напишите структурные формулы всех изомеров бутаналя.
|
|
|
