ТЕМА 3. Химическое строение и изомерия органических соединений

Н Н

+I- Эффектом характеризуются алкильные радикалы, -I эффектом– атомы галогенов, функциональные группы, содержащие кислород, азот, серу, кратные связи, а также группы, несущие положительный заряд.

Если в молекуле имеются системы сопряженных простых и кратных связей или атомы с неподеленными электронными парами, включенными в систему сопряжения, они могут участвовать в образовании общего p-электронного облака. Участие групп в сопряжении и влияние их на состояние p-электронного облака молекулы называют мезомерным эффектом (сдвиг электронной плотности сопряжённых p-связей), или эффектом сопряжения (обычно обозначается заглавной буквой М; реже – заглавной буквой С). Для его обозначения используется изогнутая стрелка. У атомов азота, кислорода, фтора внешняя электронная оболочка заполнена, и они способны смещать p-электроны неподеленной электронной пары в сторону бензольного ядра или ненасыщенного углеродного атома:

СН₃ - О - СН = С^d-Н₂

Если в систему сопряжения входит кратная связь между разнородными атомами, то общее p-электронное облако смещается в сторону более электроотрицательного атома:

O^d-

СН₂ = СН-C^d+

Н

Положительный мезомерный эффект проявляют группы: –ОН; –OR; –NH₂; -NR₂; –SH; галогены (смещение электронной плотности от гетероатома); отрицательный: группы -NO₂, -CºN, -СООН, -SО₃Н (смещение электронной плотности к гетероатому функциональной группы). Наличие индуктивного и мезомерного эффектов приводит к перераспределению электронной плотности в молекуле. В результате на одних атомах концентрируется частичный отрицательный, а на других – частичный положительный заряды. В свою очередь, это перераспределение зарядов определяет реакционную способность соединений, их кислотно-основные свойства, дипольный момент молекул, силу межмолекулярных связей (а значит и такие свойства как темперутуры кипения и плавления, растворимость).

Контрольные задания

1. Выберите углеводород, в молекулах которого орбитали всех ато­мов углерода находятся в состоянии sр³- гибридизации:

а) пропен; б) 1-бром-2-бутен; в) 2,2-диметилпропан; г) пропин.

2. Определите тип гибридизации каждого атома углерода в коричной кислоте.

3. Напишите структурную формулу ментола (2-изопропил-5-метил-циклогексанол). Определите тип гибридизации каждого атома углерода в ментоле.

4. Сопряжённые системы – это соединения, содержащие:

а) две или несколько кратных связей, отделённых друг от друга одной простой связью;

б) две или несколько простых связей, отделённых друг от друга одной кратной связью;

в) только кратные связи; г) только простые связи.

5. К какому типу диенов относится 1,3-бутадиен:

а) сопряженные; б) кумулированные; в) изолированные?

6. Назовите приведённые ниже соединения. Какие из них являются ароматическими, а какие – нет и почему?

а) б) –СН₃ в) –СН₃ г)

Сформулируйте признаки ароматичности соединений.

9. Выберите и назовите соединения, в которых гидроксильная группа является электронодонорным заместителем:

а) СН₃СН₂СН₂ОН, б) ОН– –NO₂, в) НОСН₂СН₂СН₂ОН, г) НОСН₂СН₂СООН.

10. Какой электронный эффект (эффекты) проявляет гидроксильная группа в глицерине:

а) положительный индуктивный, б) отрицательный индуктивный,

в) положительный мезомерный, г) отрицательный мезомерный?

11. Укажите электронные эффекты (эффект) аминогруппы в анилине:

1) положительный мезомерный; 2) отрицательный мезомерный;

3) положительный индуктивный; 4) отрицательный индуктивный; 5) нет эффектов.

Изомерия органических соединений.

Если два или больше индивидуальных веществ имеют одинаковый количественный состав (молекулярную формулу), но отличаются друг от друга последовательностью связывания атомов или расположением их в пространстве, то в общем случае они называются изомерами. Раз строение этих соединений разное, то и химические или физические свойства изомеров отличаются.

Типы изомерии: структурная (изомеры строения) и стереоизомерия (пространственная).

Структурная изомерия может быть трёх видов:

- изомерия углеродного скелета (изомеры цепи): бутан и 2-метилпропан;

- изомеры положения функциональных групп (или кратных связей): 1-бутанол и 2-бутанол;

- изомеры функциональной группы (межклассовая): 1-бутанол и диэтиловый эфир.

Стереоизомерия подразделяется на конформационную и конфигурационную

Конформации молекулы представляют собой различные её геометрические формы, возникающие в результате вращения вокруг простых s-связей.

Конфигурация – это порядок расположения атомов в пространстве без учёта различий, возникающих вследствие вращения вокруг простых s-связей.