Диеновые углеводороды

 

Молекулы диеновых углеводородов содержат две двой­ные связи. Общая формула гомологического ряда С_nН_2n-2. Название диеновых углеводородов по международной номен­клатуре образуется от названия соответствующего предель­ного углеводорода с добавлением окончания -диен. Циф­рами указывается положение двойных связей.

Н₃С–СН₂–СН₂–СН₃;            Н₂С=СН–СН=СН₂

                     бутан                                бутадиен-1,3

При рассмотрении изомерии диеновых углеводородов об­ратите внимание на структурную изомерию (положение двой­ных связей и углеродной цепи), а также пространственную цис- и транс- изомерию. Среди диеновых углеводородов наи­большее практическое значение имеют соединения с со­пряженными (1, 3) связями, так как они легко полимеризуются. Наиболее важными из диеновых углеводородов явля­ются бутадиен, изопрен, хлоропрен. В связи с этим необхо­димо изучить их методы синтеза, уметь писать реакции по­лимеризации, присоединения, исходя из свойств сопряжен­ных связей, т. е. наличия общего для всей молекулы p-электронного облака. Например:

Н₂С=СН–СН=СН₂ + НВr ® Н₃С–СН=СН—СН₂Вr.

                            бутадиен-1,3                           1-бромбутен-2

Атомы водорода и брома присоединяются не к двум сосед­ним атомам углерода (1, 2), а к первому и четвертому (1, 4), в результате между 2-м и 3-м атомами углерода возникает двойная связь. Аналогично идут реакции полимериза­ции, которые лежат в основе получения синтетических каучуков. При изучении строения природного каучука обратите внимание на стереоизомерию: натуральный каучук имеет цис-строение цепей.

 

Литература: [1, с. 155–165].

 

Арены

 

Изучая арены (ароматические углеводороды), следует обратить внимание на строение молекулы бензола, разо­браться в понятиях «ароматичность», «резонанс». Для аренов, в основном, применяют тривиальные названия (бензол, толуол, нафталин, антрацен и др.). Называя более сложные производные бензола, нумеруют бензольное кольцо от за­местителя по принципу: сумма цифр номеров заместителей должна быть наименьшей.

 

 

Радикал бензола С₆Н₅– носит название фенил, толуола (С₆Н₅–СН₂–)

– бензил. Однозамещенные бензола не име­ют изомеров, а двухзамещенные производные бензола могут существовать в виде орто-, мета- и параизомеров (положе­ние 1,2-орто; 1,3-мета, 1,4-пара).

Будучи непредельными по составу (общая формула аренов С_nН_2n-6) и по строению (наличие p-электронного обла­ка из шести р-электро-нов), арены не проявляют в обычных условиях свойств непредельных соединений. Они легче всту­пают в реакцию замещения, а не присоединения, устойчивы к действию окислителей. Изучите механизм реакций электрофильного замещения в бензольном ряду.

Реакции замещения в гомологах бензола имеют свои осо­бенности. При рассмотрении их следует обратить вниманиенато, что каждый заместитель в бензольном ядре, в зависимо­сти от взаимодействия с ним, обладает определенным направ­ляющим действием. По своему направляющему действию за­местители делятся на электронодонорные и электроноакцепторные. Электронодонорные группы (ОН, NН₂, NНR, NR₂, ОR, СН₃ и любой алкил, SН, SR, NНСОR, галогены) направ­ляют последующие вводимые группы в орто- и параположения, в которых под их влиянием происходит повышение элек­тронной плотности бензольного кольца.

Электроноакцепторные группы (NО₂,SO₃Н, СНО,СОR,СООН, СООR, СN) направляют последующие вводимые группы в метаположения. В присутствии электроноакцепторных групп электронные облака бензольного кольца смеща­ются в сторону этих групп, реакции замещения протекают с трудом и преимущественно в метаположении.

В зависимости от природы заместителей и их взаимного расположения в бензольном ядре направляющее действие их может быть согласованным и несогласованным.

При изучении ароматических углеводородов обратите вни­мание на использование их производных в качестве инсекти­цидов, гербицидов.

 

Литература: [1, с. 168–187,450–454].

 

Алициклические углеводороды

Алициклические углеводороды (циклоалканы) представ­ляют собой соединения, содержащие одно или более замкнутых колец углеродных атомов, соединенных простыми s-связями, т. е. это несколько групп СН₂, соединенных в цикл. Их состав выражается формулой С_nН_2n, как и состав алкенов, однако это предельные углеводороды.

Названия алициклических углеводородов строятся анало­гично алканам   с  добавлением  приставки  цикло-:  циклопропан,  циклобутан  

и т. д. При наличии заместителей в цикле нумерацию следует вести по правилу: сумма номеров должна быть минимальной.

При изучении изомерии обратите внимание на ее виды и разновидности. В ряду алициклов имеют место оба вида изо­мерии: структурная (по величине цикла, положению замести­теля в цикле, в боковых цепях) и пространственная (цис- и транс-, конформационная). Обратите также внимание на то, что по реакционной способности алициклические углеводоро­ды различаются между собой в связи с наличием в различ­ных циклических структурах избыточного углового напря­жения (теория Байера). Наиболее реакционным является циклопропан, благодаря освобождению энергии напряжения при раскрытии цикла, например при реакциях гидрирования и галогенирования. Менее реакционноспособным является циклобутан, а циклопентан и циклогексан не отличаются от алканов, т. е. для них характерны реакции замещения.

Среди алициклов большое практическое значение приоб­ретают полиэдрические циклоалканы (кубан – С₈Н₈, адамантан – С₁₀Н₁₆ и другие), которые рассматриваются как перспек­тивные топливные смеси.

 

Литература: [1, с. 189–200].   

ТЕРПЕНЫ И СТЕРОИДЫ

Изучая этот раздел органической химии, необходимо ра­зобраться в структуре различных представителей этого клас­са, выяснить их значимость и функции в организме. Обрати­те внимание на структуру  терпенов со­става С₁₀Н₁₆, как:  мирцен, лимонен, a-пинен и их кислород­осодержащих производных – терпеноидов: ментола, камфоры, борнеола. Особую значимость в жизнедеятельности че­ловека и животных играют растительные пигменты – каротиноиды, такие,  как:  ликопин,  b-каротин, отвечающие форму­ле С₄₀Н₅₆. Необ-ходимо разобраться в их структуре и свойст­вах, связанных с наличием большого числа сопряженных связей в молекулах каротиноидов. Изучая структуру вита­ми-на А, обратите внимание на его конформацию.

Среди природных веществ, в молекулах которых содер­жится скелет полностью гидрированного циклопентанофенантрена, необходимо усвоить структуру стеринов – холестери­на, эргостерина; желчных кислот – холевой и дезоксихолевой; стероидных гормонов – эстрона, тес-

 

тостерона, кортикостерона, преднизолона), а также познакомиться с их функци­ями в организме.

 

Литература:[1, с. 201–207].

 

6. ГАЛОГЕНПРОИЗВОДНЫЕ

 

Галогенпроизводными называются органические соедине­ния, образующиеся при замене атома водорода в углеводоро­дах на атомы галогенов. Изучая эту тему, обратите внимание на классификацию, изомерию и номенклатуру. Моногалогенпроизводные чаще называют по одновалентным радикалам, добавляя к названию радикала слова: хлористый, йодистый и т. д. Например: СН₃Сl – хлористый метил. По междуна­родной номенклатуре названия галогенсодержащих соедине­ний происходят от названий углеводородов, причем впереди ставятся название галогена и цифра, обозначающая, при ка­ком атоме углерода от начала цепи находится галоген:

СН₃–СН–СН₂–СН₃.

                                         Сl

                              2-хлорбутан

Изучая методы получения, обратите внимание на реакции галогенирования углеводородов, замещение гидроксила на галоген в спиртах, присоединение галогенов и галогенводородов по кратным связям. Благодаря наличию электроотрицательного атома галогена, для молекул галогенпроизводных соединений характерны полярность и поляризуемость, что и определяет их реакционную способность: реакции замещения на гидроксил, амино- и нитрильную группы, отщепление га­логена при взаимодействии с металлами (натрием, цинком, магнием) и спиртовым раствором щелочи.

Познакомьтесь с методами получения ди-, три- и полига-логенпроизводных (дихлорэтан, хлороформ, йодоформ и другие), а также непредельных галогенпроизводных (хлорвинила, трифтор- и тетрафторэтиленов), используемых для производ­ства пластиков.  Среди  ароматических галогенпроизводных обратите внимание на производные бензола, используемые в сельском хозяйстве.

 

Литература: [1, с. 165–168, 209–221].