А. Д. Алексеев органическая химия

 
14
ная цепочка связанных последовательно друг с другом атомов углеро-
да: C–C–C–C–C. Разветвленный  углеродный  скелет — цепочка  свя-
занных последовательно друг с другом атомов углерода, имеющая от-
ветвления: 
 
C
C
C C C
C
.  В углеводородной  цепи  атомы,  связан-
ные  с одним  атомом  углерода,  называются  первичными,  с двумя — 
вторичными, с тремя — третичными, с четырьмя — четвертичными.  
Углеводород  с разветвленным  углеродным  скелетом,  представ-
ленный  ниже,  содержит  пять 
первичных
  (концевых),  три 
вторичных
, 
один 
третичный
 и один четвертичный атомы углерода.  
H
3
С
CH
2
CH
CH
2
C
CH
2
CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
 
 Алкильная  группа  (углеводородный  радикал) — фрагмент,  кото-
рый  остается  после  удаления  атома  водорода  из  молекулы  алкана. 
В качестве  общего  символа  для  обозначения  алкильной  группы  при-
нята латинская буква R (табл. 2). 
Таблица 2 
Названия некоторых алкильных групп 
(перечисляются в порядке возрастания старшинства) 
Структурная формула группы 
Название и краткое обозначение 
CH
3
 
Метил (Me) 
CH
3
CH
2
 
Этил (Et) 
CH
3
CH
2
CH
2
Пропил (Pr) 
CH
3
CH CH
3
 
Изопропил (i-Pr) 
CH
3
CH
2
CH
2
CH
2
 
Бутил (Bu) 
CH
3
CH
2
CH
CH
3
 
втор
-Бутил (s-Bu) 
CH
3
CH CH
2
CH
3
 
Изобутил (i-Bu) 
CH
3
C
CH
3
CH
3
 
трет
-Бутил (t-Bu)  
CH
3
(CH
2
)
3
CH
2
 
Пентил (амил) 
CH
3
CH CH
2
CH
2
CH
3
 
Изопентил (изоамил) 

 
15
CH
2
CH
 
Винил, этенил 
CH
2
CH CH
2
 
Аллил 
C
6
H
5
 
Фенил (Ph) 
C
6
H
4
CH
3
 
Толил (о-,м-,п-) 
C
6
H
5
CH
2
 
Бензил (Bn) 
Первичный  углеводородный  радикал — углеводородный  радикал 
со свободной валентностью на первичном атоме углерода (этил-, про-
пил, бутил-, изобутил- и т. д.). 
Вторичный  углеводородный  радикал — углеводородный  радикал 
со свободной валентностью на вторичном атоме углерода (изопропил, 
вторбутил- и др.). 
Третичный  углеводородный  радикал — углеводородный  радикал 
со  свободной  валентностью  на  третичном  атоме  углерода  (трет-
бутил- и др). 
5.2.  Рациональная  номенклатура.  Номенклатура,  за  основу 
в которой принимают название наиболее простого (чаще первого, ре-
же  второго)  члена  гомологического  ряда.  Все  остальные  соединения 
рассматривают  как  его  производные,  образованные  замещением  ато-
мов водорода алкильными группами, атомами или функциональными 
группами. 
Чтобы назвать соединение по рациональной номенклатуре, необ-
ходимо: 
– определить класс называемого соединения; 
– выбрать основу названия (табл. 3); 
–  перечислить  окружающие  основу  заместители  по  степени  их 
усложнения,  при  этом  одноименные  радикалы  группировать 
с префиксами ди-, три- и тетра-; 
– составить  название,  начиная  с  заместителей  от  более  простых 
к более сложным и заканчивая названием основы. 
Умножающие  префиксы  —  приставки  ди-,  три-,  тетра-  и т.  д., 
применяемые  для  обозначения  числа  одинаковых  заместителей  (или 
кратных связей). Нормальный углеродный скелет — линейная цепочка 
связанных  последовательно  друг  с другом  атомов  углерода: C–C–C–
C–C. 

 
16
радикал этил
метил
два радикала
диметилэтилкарбинол
C OH
CH
3
CH
3
CH
2
CH
3
основа рационального
названия 
 карбинол
заместители
 
Таблица 3 
Основы рациональных названий и окончаний по систематической 
номенклатуре основных классов органических соединений 
Класс 
соединений 
Общая 
структурная 
формула 
Основа 
 рациональных 
названий 
Название основы 
по рациональной 
номенклатуре 
Суффикс 
функции по 
ИЮПАК 
Алканы 
R CH
2
CH
2
R
 
C
 
Метан 
-ан 
Алкены 
C C
R
2
R
3
R
R
1
 
C C  
Этилен 
-ен 
Алкины 
R C C R
1
 
C C  
Ацетилен 
-ин 
Арены 
R
 
 
Бензол 
Бензол 
Спирты 
R OH 
C OH
 
Карбинол + 
ол 
Альдегиды 
R C
O
H 
C C
O
H 
Уксусный  альде-
гид 
+ аль 
Кетоны 
R C
O
R
1
 
C O 
Кетон + 
он 
Кислоты 
R C
O
OH 
C C
O
OH
Уксусная  кисло-
та 
+  овая  кис-
лота 
Амины 
R
1
N
R
2
R
3
 
N  
Амин 
амин 
 

 
17
5.3.  Систематическая  номенклатура  ИЮПАК является  наибо-
лее общепризнанной и универсальной. Систематические названия со-
ставлены из слов, специально созданных или выбранных для описания 
структурных особенностей соединения. 
Чтобы  назвать  соединение  по  номенклатуре  ИЮПАК нужно  вы-
полнить следующие действия: 
 1) выбрать родоначальную структуру, которой может быть угле-
родная цепь или цикл, включающие старшую группу;  
2) выявить все имеющиеся в соединении функциональные группы 
и среди  них — старшую  название  которой  отражается  суффиксом 
в конце названия соединения; все остальные группы называют в виде 
префиксов (приставок) (см. табл. 1);  
3) обозначить ненасыщенность соответствующим суффиксом (-ен 
или -ин), а также префиксом (дегидро-, тетрагидро- и др.); 
4)  пронумеровать  главную  цепь,  придавая  старшей  группе 
наименьший из возможных номеров (локантов); 
5) перечислить префиксы (приставки) в алфавитном порядке (при 
этом умножающие приставки ди-, три- и т. д. не учитываются); 
6) составить полное название соединения согласно схеме (рис. 2) 
группа
функциональная
Только старшая
Главная цепь или
основная циклическая
структура
группы с локантами
и младшие функциональные
Углеводородные радикалы
Суффиксы
Родоначальное название
Префиксы
Название соединения
 
Рис. 2.
 Порядок названия соединения по номенклатуре ИЮПАК 

 
18
 
C
O
OH
CH
CH
CH
3
CH
3
OH
1
2
3
4
младшая функциональная
старшая функциональная
группа 
 карбоксильная, 
2-гидрокси-3-метилбутановая кислота
группа гидрокси у 2-го
главная цепь из 4-х
атомов С
заместители
радикал метил
у 3-го атома С 
главной цепи
атома С главной цепи 
бутан 
 насыщенная
суффикс «овая кислота»
родоначальное 
название
 
Ряд старшинства групп (в порядке уменьшения): 
 –COOH > –HSO
3 
> –CHO > >C=O > –OH > –NH
2 
> –C=C– > –
C≡C– > R, Br, I, Cl, F, N=O, NO
2
, –N=N–.  
Среди  последних  групп  старшинство  определяют  по  алфавиту. 
Корни  родоначальных  названий  в зависимости  от  длины  цепи  угле-
родных атомов представлены в табл. 4. 
При записи названия вещества цифры от букв отделяют дефисами 
(-), а цифры от цифр — запятыми (,).  
Заместители в префиксе перечисляют в алфавитном порядке язы-
ка, на котором строят название, независимо от их старшинства. 
 
OH
1
2
3
4
5
6
7
8
7-метил-4-этил
окт-
5-
ен
-3-ол
 
Таблица 4 
Корни родоначальных названий в зависимости от длины цепи углеродных 
атомов 
Число 
атомов С 
1 2 3  4 5  6  7  8 9 10 

 
19
R-ан 
(-ен,-ин) 
мет 
эт 
проп 
бут  пент 
гекс 
гепт 
окт 
нон 
дек 
 
В состав  главной  цепи  в ациклических  молекулах  обязательно 
должна входить старшая функциональная группа. Главная цепь долж-
на содержать наибольшее число заместителей, максимальное количе-
ство кратных связей и быть наиболее длинной и разветвленной. 
 Если в цепи имеются двойная и тройная связи, то при одинаковой 
удаленности  от  начала  цепи  предпочтение  при  нумерации  отдается 
двойной.  
4-метилгепт-1-ен-6-ин
1
2
3
4
5
6
7
 
Следует подчеркнуть, что ненасыщенность (присутствие двойной 
или  тройной  углерод-углеродных  связей)  указывается  заменой  суф-
фикса (-ан  на  -ен  или  -ин),  а старшая  функциональная  группа – при-
бавлением  соответствующего  суффикса,  обозначающего  старшую 
группу. 
1
2
4
5
  2,3-диметил-4-оксопентановая кислота
O
3
О
ОН
 
Изображение  структурной  формулы  по  систематическому  назва-
нию, т. е. решение обратной задачи, обычно начинают с записи родо-
начальной  структуры.  После  этого  нумеруют  атомы  углерода 
и расставляют заместители. В завершение дописывают атомы водоро-
да  с условием,  чтобы  каждый  атом  углерода  оставался  четырехва-
лентным. 

 
20
ЛЕКЦИЯ 2 
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ 
 
План лекции. 
1. Природа и типы химической связи. Способы образования и разрыва 
ковалентной связи.  
2. Параметры ковалентных связей.
 
Водородные связи
. 
3. Делокализованные связи.  
1. Природа и типы химической связи. Способы образования 
и разрыва ковалентной связи 
Химическая  связь — совокупность  сил,  удерживающих  два 
и более  атома  в многоатомной  системе.  Осуществляется  с помощью 
электронов. 
По квантово-механическим  представлениям  электроны  в атомах 
находятся  на  атомных  орбиталях  (АО),  под  которыми  понимают 
наиболее  вероятную  область  нахождения  электрона  в атоме.  В  физи-
ческом понимании каждая АО представляет собой волновую функцию 
и описывается собственным набором квантовых чисел. Атом каждого 
элемента  обладает  орбиталями  определенного  типа  и  числа:  s-
орбитали  обладают  сферической  симметрией  и их  волновая  функция 
положительна  во  всей  области  пространства.  Три  р-орбитали,  имею-
щие форму гантели, расположены взаимно перпендикулярно и каждая 
имеет узловую плоскость, в которой ее волновая функция меняет знак 
(рис. 3).  
z
y
x
z
y
x
z
y
x
z
y
x
z
y
x
1s
2s
2p
x
2p
y
2p
z
 
Рис. 3.
 Условные графические представления орбиталей атомов элементов второ-
го периода 

 
21
Представленные  изображения  АО не  меняются  в зависимости  от 
заполнения их электронами (табл. 5). 
Таблица 5 
Заполнение электронами орбиталей некоторых атомов 1-го и 2-го периодов 
Элемент  Электронная конфигурация 
атома 
Число орбиталей 
валентного слоя 
Число валентных 
электронов 
H 1s
1
 1 
1 
C 1s
2
2s
2
2p
2
 4  4 
N 1s
2
2s
2
2p
3
 4  5 
O 1s
2
2s
2
2p
4
 4  6 
 
В образовании  химических  связей  принимают  участие  лишь  ва-
лентные  электроны,  находящиеся  во  внешних  слоях  атомов. 
В соответствии с этим углерод в органических соединениях проявляет 
валентность 4, так как при возбуждении изменяется его электроннная 
конфигурация. 
2s
2
2p
2
2s
1
2p
x
1
2p
y
1
2p
z
1
 
Для перехода электрона с 2s- на 2р-орбиталь требуется небольшое 
количество энергии, которое затем компенсируется за счет высвобож-
даемой при образовании двух дополнительных связей. 
Первое объяснение природы химической связи было предпринято 
Г. Льюисом и В. Косселем в 1916 г. Ими были предложены два глав-
ных типа химической связи:  
1) ионная (электровалентная) связь, образующаяся за счет перено-
са  одного  или  более  электронов  от  одного  атома  к другому 
с образованием ионов; 
2)  ковалентная  связь,  которая  осуществляется  за  счет  обобщен-
ных электронных пар. 
Различают  два  способа  образования  двухэлектронной  ковалент-
ной связи. 
Коллигация
 
—  каждый  атом,  участвующий  в образовании  связи, 
вносит один электрон на образование общей электронной пары. 
2 H
H
H
CH
3
CH
3
CH
3
H
3
C
 
Координация
 
—  образование  донорно-акцепторной  связи  за  счет 
пары электронов одного атома. Может происходить двумя путями. 

 
22
N
H
H
H
H
N
H
H
H
H
O
R
R
H
O
R
R
Н
катион аммония
катион диалкилоксония
 
а)  передача  электронной  пары  от  донора  катиону,  возникающая 
при  этом  частица  имеет  положительный  заряд.  Образование  «оние-
вых»  солей  происходит,  когда  донором  электронов  выступает  атомы 
N, О, S или Р.  
б)  передача  электронной  пары  от  донора  на  вакантную  орбиталь 
акцептору. 
N
или
H
H
H
В
H
H
H
N
H
H
H
В
H
H
H
N
H
H
H
В
H
H
H
N
H
H
H
В
H
H
H
 
Если  образование  донорно-акцепторной  связи  сопровождается 
возникновением  на  соседних  связывающихся  атомах  противополож-
ных  зарядов,  то  такие  связи  называют  семиполярными  связями.  Для 
их  обозначения  применяют  черточки  с зарядами  или  однонаправлен-
ные  (от  донора  к акцептору)  стрелки.  Как  и образование,  разрыв  хи-
мической связи может осуществляться по двум механизмам.  
1) Гомолитический разрыв происходит таким образом, что у каж-
дого  из  ранее  связанных  атомов  остается  по  одному  электрону.  При 
этом образуются радикалы. 
X
R
X
R
 

 
23
2) Гетероциклический разрыв приводит к образованию двух про-
тивоположно  заряженных  ионов,  электронная  пара  сохраняется  при 
разрыве  связи  при  одном,  как  правило,  более  электроотрицательном 
атоме. 
X
R
X
R
 
Для  органических  соединений  характерны  σ-  и π-ковалентные 
связи.  σ-связь  образуется  в результате  осевого  перекрывания  АО или 
перекрывания  по  линии,  соединяющей  центры  связывающихся  ато-
мов. Схемы образования σ-связей при перекрывании двух s-АО, s- и p- 
АО, двух p-АО представлены на рис. 4. 
s
s
s
p
p
p
 
Рис. 4.
 Схемы образования σ-связей 
π-связь — это связь, образованная при боковом перекрывании не-
гибридизованных  р-АО  с  максимальным  перекрыванием  над  и  под 
плоскостью σ-связей (рис. 5). 
p p
 
Рис. 5.
 Схема образования π-связей 
π-связь менее прочна, чем σ-связь, и ее электроны могут легче от-
рываться от атома. Если два атома связаны одинарной связью, то эта 
связь  всегда  σ-связь
.
  При  образовании  двойной  или  тройной  связи 
между двумя атомами первой образуется σ-связь, затем — π-связи.  
В органических  соединениях  атом  углерода  образует  σ-связи  ги-
бридными  АО.  Под  гибридизацией  понимают  смешение  валентных 
орбиталей и выравнивание их по форме и энергии. Четыре валентные 
орбитали  атома  С 2s
1
2p
x
1
2p
y
1
2p
z
1
  могут  быть  заменены  набором  из 

 
24
определенного числа эквивалентных гибридных АО. В зависимости от 
комбинации  гибридных  и негибридизованных  орбиталей  атом  С  мо-
жет находиться в состоянии sp
3
-, sp
2
- или sp-гибридизации. 
Если атом углерода образует четыре σ-связи, то они равноценны, 
поскольку  образуются  при  смешении  четырех  атомных  орбиталей 
атома С (sp
3
-гибридизация). 
 
1s + 3p = 4sp
3 
p
x
p
y
s
4
109
o
28'
 
Использование  sp
3
-гибридных  орбиталей  в связывании  атома  С с 
четырьмя  атомами  Н при  образовании  молекулы  СН
4
  приводит 
к возникновению  более  прочных  σ-связей  С–Н.  Метан  представляет 
собой  идеальный  тетраэдр  с углом H–C–H, равным 109º
 
28´.  Такая 
геометрия молекулы обеспечивает минимальное отталкивание между 
четырьмя связывающими электронными парами.  
H
H
H
C
H
C
H
H
H
H
 
В этилене  каждый  из  атомов  С связан  не  с четырьмя,  а только  с 
тремя другими атомами. В этом случае электронное строение молеку-
лы описывается с привлечением разнообразных представлений об sp
2
-
гибридизации
.  

 
25
1s + 2p = 3sp
2 
Три sp
2
-гибридные орбитали, образовавшиеся из одной 2s- и двух 
2р-орбиталей,  лежат  в одной  плоскости  под  углом 120º. В этилене  σ-
связь  С–С образуется  при  перекрывании  гибридных  орбиталей  вдоль 
их осей. Две оставшиеся sp
2
-орбитали каждого из атомов С перекры-
ваются с s-орбиталями атомов Н с образованием четырех σ-связей С–
Н.  Негибридизованные  2р-АО располагаются  под  прямым  углом  к 
плоскости  σ-связей,  перекрываясь  над  и под  нею  с образованием  π-
связи.
 
p
z
p
x
p
y
s
3
  120
o
 
C
C
Н
Н
Н
Н
С
С
Н
Н
Н
Н
 
В алкинах каждый атом углерода тройной связи С≡С может быть 
связан  еще  с двумя.  В ацетилене  оба  атома  углерода  находятся 
в состоянии  sp-гибридизации.  Гибридные  орбитали  расположены  на 
одной прямой под углом 180º. 
1s + 1p = 2sp 
p
z
p
y
  180
o
2
s
p
x
 

 
26
При  образовании  тройной  связи  гибридные  орбитали  атомов  уг-
лерода  участвуют  в построении  σ-связи.  Две  негибридизованные  р-
орбитали  каждого  из  двух  атомов  углерода  параллельны  друг  другу 
и могут перекрываться попарно с образованием двух π-связей, распо-
ложенных в перпендикулярных плоскостях.  
С
Н
Н
С
С
С
Н
Н

жүктеу/скачать 1,57 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: