 |
Основные принципы номенклатуры органических соединений
|
|
|
|
При построении названия по МН используются следующие операции:
1) выбор главной цепи,
2) нумерация цепи,
3) построения названия.
I. Выбор главной цепи: она не всегда самая длинная, но обязательно должна содержать старшую функциональную группу.
II.Нумерация цепи: главная функциональная группа должна иметь наименьший номер.
III.Название соединения.
При этом название состоит из следующих блоков:
Ключевым моментом в составлении названия является выбор основной цепи.
Алгоритм выбора основной цепи:
1) В основную цепь должна входить старшая характеристическая группа
2) В нее должны максимально быть включены кратные связи
3) Основная цепь должна быть максимально длинной
4) Выбирают самую разветвленную цепь.
5) Цепь нумеруется так, чтобы сумма номеров заместителей была наименьшей. В качестве примера назовем следующее соединение:
пентен-4–ол-2
Сопряженные системы - это системы с чередующимися двойными и одинарными связями. Они могут быть открытыми и закрытыми. Открытая система имеется в диеновых углеводородах (УВ).
Сопряжение – процесс энергетически выгодный, энергия (Е) при этом выделяется.
Ароматичность. Это понятие, включающее различные свойства ароматических соединений.
Условия ароматичности:
1) плоский замкнутый цикл;
2) все атомы С находятся в sp2-гибридизации;
3) образуется единая сопряженная система всех атомов цикла;
4) выполняется правило Хюккеля: в сопряжении участвуют (4n + 2)р-электронов, где n = 1, 2, 3
5) Простейший представитель ароматических углеводородов – бензол. Он соответствует всем четырем условиям ароматичности.
|
|
|
Правило Хюккеля: 4n + 2 = 6, n = 1.
Взаимное влияние атомов. Причиной смещения валентных электронов в
молекуле является различие в электроотрицательности элементов,
образующих молекулу.
Взаимное влияние атомов в молекуле передается двумя путями:
индуктивным и мезомерным эффектами.
Индуктивный эффект (I-эффект) – это передача электронного влияния заместителей по цепи σ-связей.
Электрооттягивающие заместители снижают элекронную плотность в системе σ-связей, и их называют электроноакцепторными, вызывая (-I) эффект. К ним относят: Hal, -OH, -OR, -NH2, -COH, -COOH, -NO2, -SO3H.
Элекроноподающие заместители повышают электроннную плотность в цепи σ-связей по сравнению с атомом водорода, т. е. проявляют +I эффект и являются элекронодонорными. К ним относятся атомы с низкой электроотрицательностью (алкил-радикалы, металлы), а также отрицательно заряженные атомы или группы, обладающие избытком электронной плотности, которую они стремятся перераспределить на соседние связи.
Мезомерный эффект, или эффект сопряжения (М-эффект), - это передача электронного влияния эаместителей по сопряжённой системе. Заместители влияют на одни и те же положения в кольце, но с различным результатом. Часть из них, которые имеют +М- и +I-эффекты, увеличивают электронную плотность в кольце в целом, и по о- и п-положениям относительно себя, в частности. Заместители подразделяют на две группы в зависимости от проявляемого ими эффекта (мезомерного или индуктивного): электронодонорные и электроноакцепторные. Электронодонорные заместители проявляют +М- и +I-эффект и повышают электронную плотность в сопряженной системе. К ним относятся гидроксильная группа —ОН и аминогруппа —NН2. Неподеленная пара электронов в этих группах вступает в общее сопряжение с p -электронной системой бензольного кольца и увеличивает длину сопряженной системы. В результате электронная плотность сосредоточивается в орто- и пара-положениях:
|
|
|
Алкильные группы не могут участвовать в общем сопряжении, но они проявляют +I-эффект, под действием которого происходит аналогичное перераспределение p -электронной плотности.
Электроноакцепторные заместители проявляют - М-эффект и снижают электронную плотность в сопряженной системе. К ним относятся нитрогрупла —NO2, сульфогруппа —SO3Н, альдегидная —СНО и карбоксильная —СООН группы.
Эти заместители образуют с бензольным кольцом общую сопряженную систему, но общее электронное облако смещается в сторону этих групп. Таким образом, общая электронная плотность в кольце уменьшается, причем меньше всего она уменьшается в мета-положениях:
Полностью галогенизированные алкильные радикалы (например, —ССl3) проявляют -I-эффект и также способствуют понижению электронной плотности кольца.
Закономерности преимущественного направления замещения в бензольном кольце называют правилами ориентации.
Заместители, обладающие +I-эффектом или +М-эффектом, способствуют электрофильному замещению в орто- и пара-положениях бензольного кольца и называются заместителями (ориентантами) первого рода:
Заместители, обладающие -I-эффектом или -М-эффектом, направляют электрофильное замещение в мета-положения бензольного кольца и называются заместителями (ориентантами) второго рода:
Так, толуол, содержащий заместитель первого рода, нитруется и бромируется в пара- и орто-положения:
Нитробензол, содержащий заместитель второго рода, нитруется и бромируется в мета-положение:
Помимо ориентирующего действия заместители оказывают влияние и на реакционную способность бензольного кольца: ориентанты 1-го рода (кроме галогенов) облегчают вступление второго заместителя; ориентанты 2-го рода (и галогены) затрудняют его.
Примеры решения задач
Пример 1.
Назвать по международной номенклатуре следующее соединение:
Решение:
Выбор цепи однозначен, следовательно, корень слова - пент, далее следует суффикс -ен, указывающий на наличие кратной связи; порядок нумерации обеспечивает старшей группе (-ОН) наименьший номер; полное название соединения заканчивается суффиксом, обозначающим старшую группу (в данном случае суффикс –oл указывает на наличие гидроксильной группы); положение двойной связи и гидроксильной группы указывается цифрами. Следовательно, приведенное соединение называется пентен-4-ол-2.
|
|
|
Пример 2.
Укажите вид и знаки электронных эффектов карбоксильной группы в пропановой и акриловой кислотах.
Решение:
В молекуле пропановой кислоты СН3 –- СН2 – СООН карбоксильная группа СООН– проявляет отрицательный индуктивный эффект (-I) и является электроноакцепторным заместителем.
В молекуле акриловой кислоты -I сохраняется, но имеются две двойные связи С=С и С=О, разделенные простой связью С-С. Поэтому создается п-п- сопряжение. Следовательно СООН– в акриловой кислоте проявляет и мезомерный эффект (-М), поэтому в результате суммарного действия -I и -М электронная плотность на СН2 = пониженная (+), а на атоме кислорода С=О, повышенная. Следовательно, карбоксильная группа в молекуле акриловой кислоты является сильным электроноакцепторным заместителем.
Пример 3.
Укажите вид и и знаки электронного эффекта хлора в молекулах хлорбензола и хлористого бензила.
Решение:
В молекуле хлорбензола атом хлора проявляет -I из-за большой электроотрицательности хлора С6 Н5 СI. Кроме того, атом хлора проявляет мезомерный эффект, если допустить, что атом хлора находится в sр2 –гибридизации и неподеленная пара электронов на негибридизированной р-орбители частично смещенав сторону бензольного кольца. Следовательно атом хлора проявляет как –I, так и -М.Установлено, что /-I / больше /-М /. Поэтому хлор проявляет только отрицательный индуктивный эффект. В молекуле хлористого бензила хлор проявляет только отрицательный индуктивный эффект –I.
Мезомерный эффект не проявляется, так как атом хлора отделен от бензольного кольца двумя сигма связями и его неподеленная пара не может вступать в сопряжение с п-электронной системой бензольного кольца С6Н5 СН2 СI.
|
|
|
Следовательно, в молекуле хлорбензила атом хлора является электроноакцептором.
|
|
|
