Kemijska priroda organski spojevi, svojstva koja ih razlikuju od anorganskih spojeva, kao i njihova raznolikost, objašnjeni su u teoriji kemijske strukture koju je formulirao Butlerov 1861. (vidi § 38).

Prema ovoj teoriji, svojstva spojeva određena su njihovim kvalitativnim i kvantitativnim sastavom, kemijskom strukturom, tj. redoslijedom veza između atoma koji tvore molekulu, te njihovim međusobnim utjecajem. Teorija strukture organskih spojeva, razvijena i dopunjena najnovijim pogledima na području kemije i fizike atoma i molekula, posebice idejama o prostornoj strukturi molekula, prirodi kemijskih veza i prirodi međusobnog utjecaja atoma, čini teorijsku osnovu organske kemije.

U suvremenoj teoriji strukture organskih spojeva glavne odredbe su sljedeće.

1. Sve značajke organskih spojeva određene su prvenstveno svojstvima elementa ugljika.

U skladu s mjestom koje ugljik zauzima u periodnom sustavu, u vanjskom elektronskom sloju njegovog atoma (-ljusci) nalaze se četiri elektrona. Ne pokazuje izraženu tendenciju doniranja ili dodavanja elektrona, u tom pogledu zauzima srednji položaj između metala i nemetala i karakterizira ga izražena sposobnost stvaranja kovalentnih veza. Struktura vanjskog elektronskog sloja ugljikovog atoma može se prikazati sljedećim dijagramima:

Pobuđeni ugljikov atom može sudjelovati u stvaranju četiri kovalentne veze. Stoga, u velikoj većini svojih spojeva, ugljik pokazuje kovalenciju jednaku četiri.

Dakle, najjednostavniji organski spoj ugljikovodika metan ima sastav. Njegova se struktura može prikazati strukturom (a) ili elektroničkim strukturnim (ili elektroničkim) (b) formulama:

Elektronska formula pokazuje da atom ugljika u molekuli metana ima stabilnu vanjsku ljusku od osam elektrona (elektronski oktet), a atomi vodika imaju stabilnu ljusku od dva elektrona (elektronski dublet).

Sve četiri kovalentne veze ugljika u metanu (i u drugim sličnim spojevima) su ekvivalentne i simetrično usmjerene u prostoru. Atom ugljika nalazi se takoreći u središtu tetraedra (pravilne tetraedarske piramide), a četiri atoma povezana s njim (u slučaju metana, četiri atoma su na vrhovima tetraedra (sl. 120)) . Kutovi između smjerova bilo kojeg para veza (valentni kutovi ugljika) su isti i iznose 109 ° 28".

To se objašnjava činjenicom da u atomu ugljika, kada stvara kovalentne veze s četiri druga atoma, iz jedne s- i tri p-orbitale, kao rezultat -hibridizacije, nastaju četiri hibridne -orbitale simetrično smještene u prostoru, izduženi prema vrhovima tetraedra.

Riža. 120. Tetraedarski model molekule metana.

Riža. 121. Shema nastanka -veza u molekuli metana.

Kao rezultat preklapanja - hibridnih elektronskih oblaka ugljika s elektronskim oblacima drugih atoma (u metanu sa sfernim oblacima - elektronima vodikovih atoma) nastaju četiri tetraedarski usmjerene kovalentne veze (sl. 121; vidi i str. 131).

Tetraedarska struktura molekule metana jasno je izražena njezinim prostornim modelima - sfernim (slika 122) ili segmentnim (slika 123). Bijele kuglice (segmenti) predstavljaju atome vodika, crne - ugljik. Model lopte karakterizira samo međusobni prostorni raspored atoma, segment jedan također daje ideju o relativnim međuatomskim udaljenostima (udaljenosti između jezgri. Kao što je prikazano na slici 122, strukturna formula metana može se smatrati projekcijom svoj prostorni model na ravninu crteža.

2. Izuzetno svojstvo ugljika, koje određuje raznolikost organskih spojeva, jest sposobnost njegovih atoma da se međusobno povezuju čvrstim kovalentnim vezama tvoreći ugljikove lance gotovo neograničene duljine.

Valencije ugljikovih atoma koji nisu prešli u međusobnu vezu koriste se za dodavanje drugih atoma ili skupina (kod ugljikovodika za dodavanje vodika).

Dakle, ugljikovodici etan i propan sadrže lance od dva odnosno tri ugljikova atoma.

Riža. 122. Loptasti model molekule metana.

Riža. 123. Segmentni model molekule metana.

Njihova se struktura izražava sljedećim strukturnim i elektroničkim formulama:

Poznati su spojevi koji sadrže stotine ili više ugljikovih atoma.

Rast ugljikovog lanca za jedan ugljikov atom dovodi do povećanja sastava po skupini. Takva kvantitativna promjena sastava dovodi do novog spoja s nešto drugačijim svojstvima, tj. već kvalitativno različitog od izvornog spoja; ali opći karakter veze su spremljene. Dakle, osim ugljikovodika metana, etana, propana, postoje butan, pentan itd. Dakle, u ogromnoj raznolikosti organskih tvari mogu se razlikovati nizovi spojeva iste vrste, u kojima se svaki sljedeći član razlikuje od prethodni po grupi. Takvi nizovi se nazivaju homološki nizovi, njihovi članovi su homolozi jedni prema drugima, a postojanje takvih nizova naziva se fenomen homologije.

Prema tome, ugljikovodici metan, stupanj, propan, butan itd. homolozi su istog niza, koji se naziva niz graničnih, odnosno zasićenih ugljikovodika (alkana) ili, prema prvom predstavniku, niz metana.

Zbog tetraedarske orijentacije ugljikovih veza, njegovi atomi uključeni u lanac nisu smješteni ravno, već cik-cak, a zbog mogućnosti rotacije atoma oko osi veze, lanac u prostoru može uzeti različiti oblici (konformacije):

Ova struktura lanaca omogućuje pristup terminalu (b) ili drugim nesusjednim atomima ugljika (c); kao rezultat pojave veze između tih atoma, lanci ugljika mogu se zatvoriti u prstenove (cikluse), na primjer:

Dakle, raznolikost organskih spojeva određena je i činjenicom da su uz isti broj ugljikovih atoma u molekuli mogući spojevi s otvorenim, otvorenim lancem ugljikovih atoma, kao i tvari čije molekule sadrže cikluse (ciklički spojevi) .

3. Kovalentne veze između atoma ugljika koje tvori jedan par generaliziranih elektrona nazivamo jednostavnim (ili običnim) vezama.

Veza između atoma ugljika može se ostvariti ne jednim, već dvama ili trima zajedničkim parovima elektrona. Tada se dobivaju lanci s višestrukim - dvostrukim ili trostrukim vezama; ti se odnosi mogu prikazati na sljedeći način:

Najjednostavniji spojevi koji sadrže višestruke veze su ugljikovodici etilen (s dvostrukom vezom) i acetilen (s trostrukom vezom):

Ugljikovodike s višestrukim vezama nazivamo nezasićenim ili nezasićenim. Etilen i acetilen prvi su predstavnici dvaju homolognih nizova - ugljikovodika etilena i acetilena.

Riža. 124. Shema nastanka -veza u molekuli etana.

Jednostavna kovalentna veza (ili C:C) nastala preklapanjem dva hibridna elektronska oblaka duž linije koja povezuje središta atoma (duž osi veze), kao, na primjer, u etanu (slika 124), je -obveza (vidi § 42). Veze su također -veze - nastaju preklapanjem duž osi veze -hibridnog oblaka C atoma i sferičnog oblaka -elektrona H atoma.

Priroda višestrukih veza ugljik-ugljik je nešto drugačija. Dakle, u molekuli etilena, tijekom stvaranja dvostruke kovalentne veze (ili) u svakom od ugljikovih atoma, u hibridizaciji sudjeluju jedna -orbitala i samo dvije p-orbitale (-hibridizacija); jedna od p-orbitala svakog C atoma ne hibridizira. Kao rezultat toga nastaju trohibridni oblaci elektrona, koji sudjeluju u stvaranju tri -veza. Ukupno postoji pet veza u molekuli etilena (četiri i jedna); svi se nalaze u istoj ravnini pod kutovima od oko 120° jedan prema drugom (slika 125).

Dakle, jedan od elektronskih parova u vezi provodi -vezu, a drugi je formiran od p-elektrona koji nisu uključeni u hibridizaciju; njihovi oblaci zadržavaju oblik volumena osmice, orijentirani su okomito na ravninu u kojoj se nalaze -veze i preklapaju se iznad i ispod ove ravnine (sl. 126), tvoreći -vezu (vidi § 42).

Riža. 125. Shema nastanka -veza u molekuli etilena.

Riža. 126. Shema nastanka -veze u molekuli etilena.

Prema tome, C=C dvostruka veza je kombinacija jedan i jedan -veza.

Trostruka veza (ili ) je kombinacija jedne -veze i dvije -veze. Na primjer, pri nastanku molekule acetilena u svakom od ugljikovih atoma u hibridizaciji sudjeluje jedna -orbitala i samo jedna p-orbitala (-hibridizacija); kao rezultat toga nastaju dva -hibridna elektronska oblaka koji sudjeluju u stvaranju dviju -veza. Oblaci od dva p-elektrona svakog C atoma ne hibridiziraju, zadržavaju svoju konfiguraciju i sudjeluju u stvaranju dviju -veza. Dakle, u acetilenu postoje samo tri -veze (jedna i dvije) usmjerene duž jedne ravne crte, i dvije -veze orijentirane u dvije međusobno okomite ravnine (slika 127).

Višestruke (tj. dvostruke i trostruke) veze tijekom reakcija lako se pretvaraju u jednostavne; trostruka prva prelazi u dvostruku, a posljednja u prostu. To je zbog njihove visoke reaktivnosti i događa se kada je bilo koji atom spojen na par ugljikovih atoma povezanih višestrukom vezom.

Prijelaz višestrukih veza u jednostavne objašnjava se činjenicom da, u pravilu, -veze imaju manju čvrstoću i stoga veću labilnost u usporedbi s -vezama. Kada se formiraju -veze, p-elektronski oblaci s paralelnim osima preklapaju se u mnogo manjoj mjeri nego elektronski oblaci koji se preklapaju duž osi veze (tj. hibridni, -elektronski ili p-elektronski oblaci orijentirani duž osi veze).

Riža. 127. Shema nastanka -veza u molekuli acetilena.

Riža. 128. Modeli molekule etilena: a - lopta; b - segmentirano.

Višestruke veze jače su od jednostavnih veza. Dakle, energija kidanja veze je , veze , i samo veze .

Iz rečenog proizlazi da u formulama dvije linije od tri u vezi i jedna linija od dvije u vezi izražavaju veze koje su manje jake od proste veze.

Na sl. 128 i 129 su kuglasti i segmentni prostorni modeli spojeva s dvostrukom (etilen) i trostrukom (acetilen) vezom.

4. Teorija strukture objasnila je brojne slučajeve izomerije organskih spojeva.

Lanci ugljikovih atoma mogu biti ravni ili razgranati:

Dakle, sastav ima tri zasićena ugljikovodika (pentan) s različitim lančanim strukturama - jedan s nerazgranatim lancem (normalna struktura) i dva s razgranatim (izostruktura):

Sastav ima tri nezasićena ugljikovodika, dvije normalne strukture, ali izomerne u položaju dvostruke veze i jednu izostrukturu:

Riža. 129. Modeli molekule acetilena: lopta; b - segmentirano.

Dva ciklička ugljikovodika su izomerna ovim nezasićenim spojevima, koji također imaju sastav i međusobno su izomerni u veličini ciklusa:

S istim sastavom, spojevi se mogu razlikovati u strukturi zbog različitih položaja u ugljikovom lancu i drugim neugljikovim atomima, na primjer:

Izomerija može biti posljedica ne samo različitog reda povezivanja atoma. Postoji više vrsta prostorne izomerije (stereoizometrije), koja se sastoji u tome da se odgovarajući izomeri (stereoizomeri) s istim sastavom i redoslijedom veza atoma razlikuju u različitom rasporedu atoma (ili skupina atoma) u prostoru.

Dakle, ako spoj ima atom ugljika vezan na četiri različita atoma ili grupe atoma (asimetrični atom), tada su moguća dva prostorna izomerna oblika takvog spoja. Na sl. 130 prikazuje dva tetraedarska modela mliječne kiseline, u kojima je asimetrični atom ugljika (u formuli je označen zvjezdicom) u središtu tetraedra. Lako je vidjeti da se ti modeli ne mogu kombinirati u prostoru: oni su zrcalni i odražavaju prostornu konfiguraciju molekula dviju različitih tvari (u ovom primjeru mliječne kiseline), koje se razlikuju po nekim fizičkim, a uglavnom biološkim svojstvima. Takva se izomerija naziva zrcalna stereoizomerija, a odgovarajući izomeri nazivaju se zrcalni izomeri.

Riža. 130. Tetraedarski modeli molekula zrcalnih izomera mliječne kiseline.

Razlika u prostornoj strukturi zrcalnih izomera također se može prikazati pomoću strukturnih formula, koje pokazuju različit raspored atomskih skupina na asimetričnom atomu; na primjer, za one prikazane na sl. 130 zrcalnih izomera mliječne kiseline:

Kao što je već rečeno, atomi ugljika; povezani dvostrukom vezom leže u istoj ravnini s četiri veze koje ih povezuju s drugim atomima; kutovi između pravaca tih veza približno su jednaki (slika 126). Kada su različiti atomi ili skupine vezani za svaki od atoma ugljika u dvostrukoj vezi, moguća je takozvana geometrijska stereoizomerija ili cis-trans izomerija. Primjer su prostorno geometrijski izomeri dikloretilena

U molekulama jednog izomera atomi klora nalaze se s jedne strane dvostruke veze, a u molekulama drugog - na različite strane. Prva konfiguracija se naziva cis-, druga - trans-konfiguracija. Geometrijski izomeri međusobno se razlikuju po fizikalnim i kemijskim svojstvima.

Njihovo postojanje je posljedica činjenice da dvostruka veza isključuje mogućnost slobodne rotacije povezanih atoma oko osi veze (takva rotacija zahtijeva prekid veze; vidi sl. 126).

5. Međusobni utjecaj u molekulama organskih tvari očituje se prvenstveno međusobno izravno povezanim atomima. U ovom slučaju, to je određeno prirodom kemijske veze između njih, stupnjem razlike u njihovoj relativnoj elektronegativnosti i, posljedično, stupnjem polariteta veze.

Na primjer, ako je suditi prema zbirnim formulama, onda u molekuli metana i u molekuli metilnog alkohola sva četiri atoma vodika moraju imati ista svojstva. Ali, kao što će se kasnije pokazati, u metilnom alkoholu jedan od atoma vodika može biti zamijenjen alkalnim metalom, dok u metanu atomi vodika ne pokazuju takvu sposobnost. To je zbog činjenice da je u alkoholu atom vodika izravno vezan ne na ugljik, već na kisik.

U gornjim strukturnim formulama strelice na linijama veza uvjetno pokazuju pomicanje parova elektrona koji tvore kovalentnu vezu, zbog različite elektronegativnosti atoma. U metanu je takav pomak u vezi mali, budući da elektronegativnost ugljika (2.5) samo malo premašuje elektronegativnost vodika u tablici 1. 6, str. 118). U ovom slučaju, molekula metana je simetrična. U molekuli alkohola, veza je značajno polarizirana, budući da kisik (elektronegativnost 3,5) puno više privlači elektronski par k sebi; stoga atom vodika, spojen s atomom kisika, dobiva veću pokretljivost, tj. lakše se odvaja u obliku protona.

NA organske molekule bitan je i međusobni utjecaj atoma koji nisu međusobno izravno povezani. Dakle, u metilnom alkoholu, pod utjecajem kisika, povećava se reaktivnost ne samo atoma vodika povezanog s kisikom, već i atoma vodika koji nisu izravno povezani s kisikom, već povezani s ugljikom. Zbog toga se metilni alkohol prilično lako oksidira, dok je metan relativno otporan na djelovanje oksidacijskih sredstava. To je zbog činjenice da kisik hidroksilne skupine značajno privlači par elektrona prema sebi u vezi koja ga povezuje s ugljikom, čija je elektronegativnost manja.

Kao rezultat toga, efektivni naboj ugljikovog atoma postaje pozitivniji, što uzrokuje dodatni pomak elektronskih parova iu vezama u metilnom alkoholu, u usporedbi s istim vezama u molekuli metana. Pod djelovanjem oksidacijskih sredstava, atomi H vezani na isti atom ugljika na koji je vezana OH skupina mnogo se lakše nego u ugljikovodicima odvajaju i spajaju s kisikom u vodu. U tom slučaju, atom ugljika povezan s OH skupinom podvrgava se daljnjoj oksidaciji (vidi § 171).

Međusobni utjecaj atoma koji nisu međusobno izravno povezani može se prenijeti na značajnu udaljenost duž lanca ugljikovih atoma i objašnjava se pomakom u gustoći elektronskih oblaka u cijeloj molekuli pod utjecajem atoma ili skupina različita elektronegativnost prisutna u njemu. Uzajamni utjecaj može se prenositi i kroz prostor koji okružuje molekulu - kao rezultat preklapanja elektronskih oblaka atoma koji se približavaju.

Organska kemija- grana kemije u kojoj se proučavaju ugljikovi spojevi, njihova struktura, svojstva, međusobne pretvorbe.

Sam naziv discipline - "organska kemija" - nastao je dosta davno. Razlog tome leži u činjenici da većina ugljikovih spojeva na koje su istraživači naišli na početno stanje formiranje kemijske znanosti, bili biljnog ili životinjskog podrijetla. Međutim, kao iznimka, pojedinačni ugljikovi spojevi klasificiraju se kao anorganski. Tako se, primjerice, ugljikovi oksidi, ugljična kiselina, karbonati, hidrokarbonati, cijanovodik i neki drugi smatraju anorganskim tvarima.

Trenutno je poznato nešto manje od 30 milijuna različitih organskih tvari, a taj se popis stalno ažurira. Takav ogroman broj organskih spojeva prvenstveno je povezan sa sljedećim specifičnim svojstvima ugljika:

1) atomi ugljika mogu biti međusobno povezani u lance proizvoljne duljine;

2) moguća je ne samo sekvencijalna (linearna) veza atoma ugljika jedan s drugim, već i razgranata, pa čak i ciklička;

3) moguće različiti tipovi veze između ugljikovih atoma, i to jednostruke, dvostruke i trostruke. U ovom slučaju, valencija ugljika u organskim spojevima uvijek je jednaka četiri.

Osim toga, širok izbor organskih spojeva također je olakšan činjenicom da atomi ugljika mogu formirati veze s atomima mnogih drugih kemijskih elemenata, na primjer, vodika, kisika, dušika, fosfora, sumpora, halogena. Najčešći su vodik, kisik i dušik.

Treba napomenuti da je organska kemija dosta dugo predstavljala "mračnu šumu" za znanstvenike. Neko vrijeme čak je u znanosti bila popularna teorija vitalizma prema kojoj organska tvar ne može se dobiti na "umjetan" način, tj. izvan žive materije. No, teorija vitalizma nije dugo trajala, s obzirom na to da su se jedna po jedna otkrivale tvari čija je sinteza moguća izvan živih organizama.

Istraživače je zbunila činjenica da mnoge organske tvari imaju isti kvalitativni i kvantitativni sastav, ali često potpuno različita fizikalna i kemijska svojstva. Tako, na primjer, dimetil eter i etilni alkohol imaju potpuno isti elementarni sastav, međutim, u normalnim uvjetima dimetil eter je plin, a etilni alkohol je tekućina. Osim toga, dimetil eter ne reagira s natrijem, ali etilni alkohol stupa u interakciju s njim, oslobađajući plin vodik.

Istraživači 19. stoljeća iznijeli su mnoge pretpostavke o tome kako su organske tvari ipak raspoređene. Značajno važne pretpostavke iznio je njemački znanstvenik F. A. Kekule, koji je prvi iznio ideju da atomi različitih kemijskih elemenata imaju specifične vrijednosti valencije, a atomi ugljika u organskim spojevima su četverovalentni i mogu se međusobno spajati tvoreći lance. . Kasnije, polazeći od Kekuleovih pretpostavki, ruski znanstvenik Alexander Mikhailovich Butlerov razvio je teoriju strukture organskih spojeva, koja nije izgubila svoju važnost u naše vrijeme. Razmotrite glavne odredbe ove teorije:

1) svi atomi u molekulama organskih tvari povezani su jedni s drugima u određenom nizu u skladu s njihovom valencijom. Atomi ugljika imaju stalna valencija, jednako četiri, i mogu međusobno tvoriti lance različitih struktura;

2) fizikalna i kemijska svojstva bilo koje organske tvari ovise ne samo o sastavu njezinih molekula, već i o redoslijedu kojim su atomi u ovoj molekuli međusobno povezani;

3) pojedini atomi, kao i skupine atoma u molekuli, utječu jedni na druge. Taj se međusobni utjecaj odražava na fizičku i kemijska svojstva ah veze;

4) ispitivanjem fizikalnih i kemijskih svojstava organskog spoja može se ustanoviti njegova struktura. Istina je i suprotno - znajući strukturu molekule tvari, možete predvidjeti njezina svojstva.

Baš kao što je periodički zakon D.I. Mendeleva postao znanstveni temelj anorganska kemija, teorija strukture organskih tvari A.M. Butlerova je zapravo postala polazište u razvoju organske kemije kao znanosti. Treba napomenuti da je nakon stvaranja Butlerove teorije strukture organska kemija počela svoj razvoj vrlo brzim tempom.

Izomerija i homologija

Prema drugom stavu Butlerovljeve teorije, svojstva organskih tvari ovise ne samo o kvalitativnom i kvantitativnom sastavu molekula, već i o redoslijedu kojim su atomi u tim molekulama međusobno povezani.

U tom smislu, takav fenomen kao izomerizam je široko rasprostranjen među organskim tvarima.

Izomerija je pojava kada različite tvari imaju potpuno isti molekulski sastav, tj. iste molekulske formule.

Vrlo često se izomeri jako razlikuju po fizičkim i kemijskim svojstvima. Na primjer:

Vrste izomerije

Strukturna izomerija

a) Izomerija ugljikovog skeleta

b) Izomerija položaja:

višestruka veza

zamjenici:

funkcionalne skupine:

c) Međuklasna izomerija:

Međuklasna izomerija javlja se kada spojevi koji su izomeri pripadaju različitim klasama organskih spojeva.

Prostorna izomerija

Prostorna izomerija je pojava kada se različite tvari s istim redoslijedom međusobnog vezanja atoma razlikuju po fiksno-različitom položaju atoma ili skupine atoma u prostoru.

Postoje dvije vrste prostorne izomerije - geometrijska i optička. Na Jedinstvenom državnom ispitu nema zadataka za optički izomerizam, pa ćemo razmotriti samo geometrijski.

Ako u molekuli bilo kojeg spoja postoji dvostruka C=C veza ili ciklus, ponekad je u takvim slučajevima fenomen geometrijskog ili cis-trans-izomerija.

Na primjer, ova vrsta izomerije moguća je za buten-2. Njegovo značenje leži u činjenici da dvostruka veza između ugljikovih atoma zapravo ima planarnu strukturu, a supstituenti na tim ugljikovim atomima mogu biti fiksno smješteni iznad ili ispod ove ravnine:

Kada su isti supstituenti na istoj strani ravnine, kažu da je ovo cis-izomer, a kada je različit - trans-izomer.

Na u obliku strukturnih formula cis- i trans-izomeri (na primjer, buten-2) prikazani su kako slijedi:

Imajte na umu da je geometrijska izomerija nemoguća ako barem jedan ugljikov atom u dvostrukoj vezi ima dva identična supstituenta. Na primjer, cis-trans- izomerija je nemoguća za propen:

propen nema cis-trans-izomeri, budući da se na jednom od atoma ugljika u dvostrukoj vezi nalaze dva identična "supstituenta" (atoma vodika)

Kao što možete vidjeti na gornjoj ilustraciji, ako zamijenimo metilni radikal i vodikov atom koji se nalazi na drugom ugljikovom atomu na suprotnim stranama ravnine, dobit ćemo istu molekulu koju smo upravo pogledali s druge strane.

Međusobni utjecaj atoma i skupina atoma u molekulama organskih spojeva

Koncept kemijske strukture kao niza međusobno povezanih atoma značajno je proširen dolaskom elektronske teorije. Sa stajališta ove teorije moguće je objasniti kako atomi i skupine atoma u molekuli utječu jedni na druge.

Dva su moguća načina utjecaja jednih dijelova molekule na druge:

1) Induktivni učinak

2) Mezomerni učinak

Induktivni učinak

Da bismo demonstrirali ovaj fenomen, uzmimo, na primjer, molekulu 1-kloropropana (CH 3 CH 2 CH 2 Cl). Veza između ugljika i klora je polarna jer klor ima mnogo veću elektronegativnost od ugljika. Kao rezultat premještanja gustoće elektrona s atoma ugljika na atom klora, na atomu ugljika nastaje djelomični pozitivni naboj (δ+), a na atomu klora nastaje djelomični negativni naboj (δ-):

Pomak gustoće elektrona s jednog atoma na drugi često je označen strelicom koja pokazuje prema elektronegativnijem atomu:

No, zanimljivo je da osim pomaka gustoće elektrona s prvog atoma ugljika na atom klora postoji i pomak, ali u nešto manjoj mjeri, s drugog atoma ugljika na prvi, kao i od treće do druge:

Takav pomak gustoće elektrona duž lanca σ-veza naziva se induktivni učinak ( ja). Ovaj učinak blijedi s udaljenošću od utjecajne skupine i praktički se ne manifestira nakon 3 σ-veze.

U slučaju kada atom ili skupina atoma ima veću elektronegativnost u usporedbi s atomima ugljika, kaže se da takvi supstituenti imaju negativan induktivni učinak (- ja). Dakle, u primjeru koji je gore razmotren, atom klora ima negativan induktivni učinak. Osim klora, sljedeći supstituenti imaju negativan induktivni učinak:

–F, –Cl, –Br, –I, –OH, –NH 2 , –CN, –NO 2 , –COH, –COOH

Ako je elektronegativnost atoma ili skupine atoma manja od elektronegativnosti atoma ugljika, zapravo postoji prijenos gustoće elektrona s takvih supstituenata na atome ugljika. U ovom slučaju se kaže da supstituent ima pozitivan induktivni učinak (+ ja) (donira elektrone).

Dakle, supstituenti sa + ja-efekt su zasićeni ugljikovodični radikali. Istovremeno, izraz ja- učinak se povećava s produljenjem ugljikovodičnog radikala:

–CH3, –C2H5, –C3H7, –C4H9

Treba napomenuti da atomi ugljika u različitim valentnim stanjima također imaju različitu elektronegativnost. Sp atomi ugljika imaju veću elektronegativnost od sp 2 atoma ugljika, koji su opet elektronegativniji od sp 3 atoma ugljika.

Mezomerni učinak (M), ili učinak konjugacije, je utjecaj supstituenta koji se prenosi kroz sustav konjugiranih π-veza.

Predznak mezomernog učinka određuje se po istom principu kao i predznak induktivnog učinka. Ako supstituent povećava gustoću elektrona u konjugiranom sustavu, on ima pozitivan mezomerni učinak (+ M) i donira elektrone. Dvostruke veze ugljik-ugljik, supstituenti koji sadrže nepodijeljeni elektronski par: -NH 2, -OH, halogeni imaju pozitivan mezomerni učinak.

Negativan mezomerni učinak (– M) imaju supstituente koji odvlače elektronsku gustoću od konjugiranog sustava, dok se elektronska gustoća u sustavu smanjuje.

Sljedeće skupine imaju negativan mezomerni učinak:

–NO 2 , –COOH, –SO 3 H, -COH, >C=O

Zbog preraspodjele elektronske gustoće zbog mezomernih i induktivnih učinaka u molekuli, na nekim atomima se pojavljuju djelomični pozitivni ili negativni naboji, što se odražava na kemijska svojstva tvari.

Grafički, mezomerni učinak prikazan je zakrivljenom strelicom koja počinje u središtu gustoće elektrona i završava tamo gdje se gustoća elektrona pomiče. Tako, na primjer, u molekuli vinil klorida mezomerni učinak nastaje kada se slobodni elektronski par atoma klora konjugira s elektronima π-veze između atoma ugljika. Dakle, uslijed toga na atomu klora javlja se djelomični pozitivni naboj, a pokretni π-elektronski oblak pod utjecajem elektronskog para pomiče se prema krajnjem atomu ugljika na kojem nastaje djelomični negativni naboj kao proizlaziti:

Ako molekula sadrži izmjenične jednostruke i dvostruke veze, tada se kaže da molekula sadrži sustav konjugiranih π-elektrona. Zanimljivo svojstvo takvog sustava je da mezomerni učinak u njemu ne opada.

Za kuhanje, boje, odjeću, lijekove ljudi su odavno naučili koristiti razne tvari. S vremenom se nakupila dovoljna količina informacija o svojstvima pojedinih tvari, što je omogućilo poboljšanje metoda njihove proizvodnje, obrade itd. I pokazalo se da se mnoge mineralne (anorganske tvari) mogu dobiti izravno.

Ali neke od tvari koje koristi čovjek nije sam sintetizirao, jer su dobivene iz živih organizama ili biljaka. Te se tvari nazivaju organske. Organske tvari nisu se mogle sintetizirati u laboratoriju. Početkom 19. stoljeća aktivno se razvijala takva doktrina kao vitalizam (vita - život), prema kojoj organske tvari nastaju samo zahvaljujući "životnoj snazi" i nemoguće ih je stvoriti "umjetno".

Ali kako je vrijeme prolazilo i znanost se razvijala, pojavile su se nove činjenice o organskim tvarima koje su bile u suprotnosti s postojećom teorijom vitalista.

Godine 1824. njemački znanstvenik F. Wöhler prvi put u povijesti kemijske znanosti sintetizirao oksalnu kiselinu – organske tvari od anorganskih tvari (cijanid i voda):

(CN) 2 + 4H 2 O → COOH - COOH + 2NH 3

Wöller je 1828. zagrijao natrijev cijanat sa sumpornim amonijem i sintetizirao ureu - proizvod vitalne aktivnosti životinjskih organizama:

NaOCN + (NH 4) 2 SO 4 → NH 4 OCN → NH 2 OCNH 2

Ova su otkrića igrala važna uloga u razvoju znanosti općenito, a posebno kemije. Znanstvenici-kemičari počeli su se postupno udaljavati od vitalističke doktrine, a princip podjele tvari na organske i anorganske pokazao se neodrživim.

Trenutno tvari još dijele se na organske i anorganske ali je kriterij za odvajanje već malo drugačiji.

Tvari se nazivaju organske sadrže ugljik u svom sastavu, nazivaju se i ugljikovi spojevi. Takvih spojeva ima oko 3 milijuna, dok je preostalih spojeva oko 300 tisuća.

Tvari koje ne sadrže ugljik nazivamo anorganskima i. Ali postoje iznimke od opće klasifikacije: postoji niz spojeva koji sadrže ugljik, ali pripadaju anorganskim tvarima (ugljični monoksid i dioksid, ugljikov disulfid, ugljična kiselina i njezine soli). Svi su po sastavu i svojstvima slični anorganskim spojevima.

Tijekom proučavanja organskih tvari pojavile su se nove poteškoće: na temelju teorija o anorganskim tvarima nemoguće je otkriti obrasce strukture organskih spojeva, objasniti valenciju ugljika. Ugljik u različitim spojevima imao je različite valencije.

Godine 1861. ruski znanstvenik A.M. Butlerov je prvi dobio šećernu tvar sintezom.

Pri proučavanju ugljikovodika, prije podne Butlerov shvatili da oni predstavljaju vrlo posebnu klasu kemikalija. Analizirajući njihovu strukturu i svojstva, znanstvenik je identificirao nekoliko obrazaca. Oni su činili osnovu za teorije kemijske strukture.

1. Molekula bilo koje organske tvari nije nesređena, atomi u molekulama povezani su jedni s drugima u određenom slijedu prema svojim valencijama. Ugljik u organskim spojevima uvijek je četverovalentan.

2. Redoslijed međuatomskih veza u molekuli naziva se njezina kemijska struktura i odražava se jednom strukturnom formulom (formula strukture).

3. Kemijska struktura može se utvrditi kemijskim metodama. (Trenutno se koriste i suvremene fizikalne metode).

4. Svojstva tvari ne ovise samo o sastavu molekula tvari, već o njihovoj kemijskoj strukturi (redoslijed povezivanja atoma elemenata).

5. Po svojstvima određene tvari možete odrediti strukturu njezine molekule, a po strukturi molekule – anticipirati svojstva.

6. Atomi i skupine atoma u molekuli međusobno djeluju.

Ta je teorija postala znanstveni temelj organske kemije i ubrzala njezin razvoj. Na temelju odredbi teorije, A.M. Butlerov je opisao i objasnio fenomen izomerija, predvidio postojanje raznih izomera i neke od njih prvi put dobio.

Razmotrite kemijsku strukturu etana – C2H6. Označavajući valenciju elemenata crticama, molekulu etana ćemo prikazati redoslijedom spajanja atoma, odnosno napisat ćemo strukturnu formulu. Prema teoriji A.M. Butlerov, izgledat će ovako:

Atomi vodika i ugljika vezani su u jednu česticu, valencija vodika jednaka je jedinici, a ugljik – četiri. Dva atoma ugljika povezana su ugljikovom vezom – ugljik (C – IZ). Sposobnost ugljika da formira C – C-veza se razumije iz kemijskih svojstava ugljika. Na vanjskom elektronskom sloju, atom ugljika ima četiri elektrona, sposobnost davanja elektrona je ista kao i da se dodaju oni koji nedostaju. Stoga ugljik najčešće tvori spojeve s kovalentnom vezom, odnosno zbog stvaranja elektronskih parova s ​​drugim atomima, uključujući atome ugljika međusobno.

To je jedan od razloga raznolikosti organskih spojeva.

Spojevi koji imaju isti sastav, ali različite strukture nazivaju se izomeri. Fenomen izomerije – jedan od razloga raznolikosti organskih spojeva

Imate li kakvih pitanja? Želite li znati više o teoriji strukture organskih spojeva?
Za pomoć mentora - prijavite se.
Prvi sat je besplatan!

stranica, uz potpuno ili djelomično kopiranje materijala, potrebna je veza na izvor.

Kako se znanost oblikovala početkom XIX stoljeća, kada je švedski znanstvenik J. Ya. Berzelius prvi uveo pojam organskih tvari i organske kemije. Prva teorija u organskoj kemiji je teorija radikala. Kemičari su otkrili da tijekom kemijskih transformacija skupine od nekoliko atoma nepromijenjene prelaze iz molekule jedne tvari u molekulu druge tvari, kao što atomi elemenata prelaze iz molekule u molekulu. Takve "nepromjenjive" skupine atoma nazivaju se radikali.

Međutim, nisu se svi znanstvenici složili s teorijom o radikalima. Mnogi su općenito odbacili ideju atomizma - ideju složene strukture molekule i postojanje atoma kao njezinog sastavnog dijela. Ono što je nepobitno dokazano u našim danima i ne izaziva ni najmanju sumnju, u XIX stoljeću. bio predmet žestokih polemika.

Sadržaj lekcije sažetak lekcije okvir za podršku lekcija prezentacija akcelerativne metode interaktivne tehnologije Praksa zadaci i vježbe samoprovjera radionice, treninzi, slučajevi, potrage domaća zadaća pitanja za raspravu retorička pitanja učenika Ilustracije audio, video isječci i multimedija fotografije, slike grafike, tablice, sheme humor, anegdote, vicevi, stripovi, parabole, izreke, križaljke, citati Dodaci sažetakačlanci čipovi za radoznale varalice udžbenici osnovni i dodatni rječnik pojmova ostalo Poboljšanje udžbenika i nastaveispravljanje grešaka u udžbeniku ažuriranje fragmenta u udžbeniku elementi inovacije u lekciji zamjena zastarjelih znanja novima Samo za učitelje savršene lekcije kalendarski plan za godinu smjernice programi rasprava Integrirane lekcije

Prvi se pojavio početkom 19. stoljeća. radikalna teorija(J. Gay-Lussac, F. Wehler, J. Liebig). Radikalima su se nazivale skupine atoma koje tijekom kemijskih reakcija nepromijenjene prelaze iz jednog spoja u drugi. Ovaj koncept radikala je sačuvan, ali se većina ostalih odredbi teorije radikala pokazala netočnom.

Prema teorija tipa(C. Gerard) sve organske tvari mogu se podijeliti u vrste koje odgovaraju određenim anorganskim tvarima. Na primjer, R-OH alkoholi i R-O-R eteri su smatrani predstavnicima H-OH tipa vode, u kojoj su atomi vodika zamijenjeni radikalima. Teorija tipova stvorila je klasifikaciju organskih tvari, od kojih se neka od načela danas primjenjuju.

Modernu teoriju strukture organskih spojeva stvorio je izvrsni ruski znanstvenik A.M. Butlerov.

Glavne odredbe teorije strukture organskih spojeva A.M. Butlerov

1. Atomi u molekuli raspoređeni su u određenom nizu prema svojoj valenciji. Valencija ugljikovog atoma u organskim spojevima je četiri.

2. Svojstva tvari ne ovise samo o tome koji atomi i u kojim količinama ulaze u sastav molekule, već i o redoslijedu kojim su međusobno povezani.

3. Atomi ili skupine atoma koji čine molekulu međusobno utječu jedni na druge o čemu ovisi kemijska aktivnost i reaktivnost molekula.

4. Proučavanje svojstava tvari omogućuje određivanje njihove kemijske strukture.

Međusobni utjecaj susjednih atoma u molekulama najvažnije je svojstvo organskih spojeva. Taj se utjecaj prenosi ili kroz lanac jednostrukih veza ili kroz lanac konjugiranih (izmjeničnih) jednostrukih i dvostrukih veza.

Klasifikacija organskih spojeva temelji se na analizi dva aspekta strukture molekula – strukture ugljikovog kostura i prisutnosti funkcionalnih skupina.

organski spojevi

Ugljikovodici Heterociklički spojevi

Limit- Nepre- Aroma-

ny učinkovit tik

Alifatski karbociklički

Ograničite nezasićene alicikličke aromatske

(alkani) (cikloalkani) (arene)

IZ P H 2 P+2 C P H 2 P IZ P H 2 P-6

Kraj posla -

Ova tema pripada:

Uvod. Osnove suvremene teorije konstrukcija

Organski spojevi.. uvod.. bioorganska kemija proučava strukturu i svojstva tvari uključenih u procese vitalne aktivnosti u..

Ako trebaš dodatni materijal na ovu temu, ili niste pronašli ono što ste tražili, preporučamo pretragu u našoj bazi radova:

Što ćemo učiniti s primljenim materijalom:

Ako se ovaj materijal pokazao korisnim za vas, možete ga spremiti na svoju stranicu na društvenim mrežama:

cvrkut

Sve teme u ovom odjeljku:

Alkeni Alkadijeni Alkini
SpN2p SpN2p-2 SpN2p-2 Sl. 1. Podjela organskih spojeva prema strukturi

Elektronska struktura atoma ugljika. Hibridizacija.
Za sloj valentnih elektrona atoma C, koji je u glavnoj podskupini četvrte skupine druge periode periodnog sustava D. I. Mendelejeva, glavni kvantni broj n \u003d 2, strana (orbitalno

Povezani sustavi
Postoje dvije vrste konjugiranih sustava (i konjugacija). 1. p, p-konjugacija - elektroni su delokalizirani

TEMA 3. Kemijska struktura i izomerija organskih spojeva
Izomerija organskih spojeva. Ako dvije ili više pojedinačnih tvari imaju isti kvantitativni sastav (molekulsku formulu), ali se međusobno razlikuju

Konformacije organskih molekula
Rotacija oko C–C s-veze je relativno laka, a ugljikovodični lanac može imati različite oblike. Konformacijski oblici lako prelaze jedni u druge i stoga nisu različiti spojevi.

Konformacije cikličkih spojeva.
ciklopentan. Peteročlani prsten u planarnom obliku ima vezne kutove od 108°, što je blizu normalne vrijednosti za sp3-hibridni atom. Prema tome, u planarnom ciklopentanu, za razliku od ciklusa

Konfiguracijski izomeri
To su stereoizomeri s različitim rasporedom oko određenih atoma drugih atoma, radikala ili funkcionalnih skupina u međusobnom prostoru. Razlikovati pojmove dijastere

Opće karakteristike reakcija organskih spojeva.
Kiselost i bazičnost organskih spojeva. Ocijeniti kiselost i bazičnost organskih spojeva najveća vrijednost imaju dvije teorije – Bronstedovu teoriju i teoriju

Bronstedove baze su neutralne molekule ili ioni koji mogu prihvatiti proton (akceptori protona).
Kiselost i bazičnost nisu apsolutna, već relativna svojstva spojeva: kisela svojstva nalaze se samo u prisutnosti baze; osnovna svojstva – samo u prisutnosti ki

Opće karakteristike reakcija organskih spojeva
Većina organskih reakcija uključuje nekoliko uzastopnih (elementarnih) koraka. Detaljan opis ukupnosti ovih faza naziva se mehanizam. Mehanizam reakcije -

Selektivnost reakcija
U mnogim je slučajevima u organskom spoju prisutno nekoliko nejednakih reakcijskih centara. Ovisno o strukturi produkata reakcije, govori se o regioselektivnosti, kemoselektivnosti i

radikalne reakcije.
Klor reagira sa zasićenim ugljikovodicima samo pod utjecajem svjetla, zagrijavanjem ili u prisutnosti katalizatora, a svi atomi vodika sukcesivno se zamjenjuju klorom: CH4

Reakcije elektrofilne adicije
Nezasićeni ugljikovodici - alkeni, cikloalkeni, alkadieni i alkini - sposobni su za reakcije adicije jer sadrže dvostruke ili trostruke veze. Važniji in vivo je dvojnik

I eliminacija na zasićenom ugljikovom atomu
Reakcije nukleofilne supstitucije na sp3-hibridiziranom atomu ugljika: heterolitičke reakcije zbog polarizacije s-veze ugljik-heteroatom (halopro

Reakcije nukleofilne supstitucije koje uključuju sp2-hibridizirani ugljikov atom.
Razmotrimo mehanizam reakcija ove vrste na primjeru interakcije karboksilnih kiselina s alkoholima (reakcija esterifikacije). U karboksilnoj skupini kiseline ostvaruje se p, p-konjugacija, budući da je par elemenata

Reakcije nukleofilne supstitucije u nizu karboksilnih kiselina.
Samo s čisto formalnih pozicija karboksilna skupina se može smatrati kombinacijom karbonilne i hidroksilne funkcije. Zapravo je njihov međusobni utjecaj jedan na drugog takav da potpuno i

organski spojevi.
Redoks reakcije (ORR) zauzimaju veliko mjesto u organskoj kemiji. Kritična važnost imaju OVR za životne procese. Uz njihovu pomoć tijelo se zasićuje

Uključen u životne procese
Velika većina organskih tvari uključenih u metaboličke procese su spojevi s dvije ili više funkcionalnih skupina. Takvi spojevi su klasificirani

Dvoatomni fenoli
Dihidrični fenoli - pirokatehin, resorcinol, hidrokinon - dio su mnogih prirodnih spojeva. Svi oni daju karakteristično bojenje željeznim kloridom. Pirokatehin (o-dihidroksibenzen, kateho

Dikarboksilne i nezasićene karboksilne kiseline.
Karboksilne kiseline koje u svom sastavu sadrže jednu karboksilnu skupinu nazivaju se jednobazične, dvije dvobazične itd. Dikarboksilne kiseline su bijele kristalne tvari s

Amino alkoholi
2-Aminoetanol (etanolamin, kolamin) - strukturna komponenta složenih lipida, nastaje otvaranjem napetih tročlanih ciklusa etilen oksida i etilenimina s amonijakom, odnosno vodom

Hidroksi i aminokiseline.
Hidroksi kiseline sadrže i hidroksilne i karboksilne skupine u molekuli, aminokiseline - karboksilne i amino skupine. Ovisno o položaju hidroksi ili amino skupine str

Oksokiseline
Oksokiseline su spojevi koji sadrže i karboksilne i aldehidne (ili ketonske) skupine. U skladu s tim razlikuju se aldehidne kiseline i ketokiseline. Najjednostavniji aldehid

Heterofunkcionalni derivati ​​benzena kao lijekovi.
Posljednja desetljeća obilježena su pojavom mnogih novih lijekova i pripravaka. Međutim, veliki značaj i dalje zadržati neke skupine ranije poznatih ljekovitih

TEMA 10. Biološki važni heterociklički spojevi
Heterociklički spojevi (heterocikli) su spojevi koji uključuju jedan ili više atoma osim ugljika (heteroatoma) u ciklusu. U osnovi su heterociklički sustavi

TEMA 11. Aminokiseline, peptidi, proteini
Struktura i svojstva aminokiselina i peptida. Aminokiseline su spojevi u čijim su molekulama istovremeno prisutne i amino i karboksilna skupina. prirodni a-amin

Prostorna struktura polipeptida i proteina
Visokomolekularne polipeptide i proteine, uz primarnu strukturu, karakteriziraju više razine organizacije, koje se obično nazivaju sekundarne, tercijarne i kvartarne strukture.

TEMA 12. Ugljikohidrati: mono, di- i polisaharidi
Ugljikohidrate dijelimo na jednostavne (monosaharidi) i složene (polisaharidi). Monosaharidi (monoze). To su heteropolifunkcionalni spojevi koji sadrže karbonil i nekoliko g

TEMA 13. Nukleotidi i nukleinske kiseline
Nukleinske kiseline (polinukleotidi) su biopolimeri čije su monomerne jedinice nukleotidi. Nukleotid je trokomponentna struktura koja se sastoji od

Nukleozidi.
Heterocikličke baze tvore N-glikozide s D-ribozom ili 2-deoksi-D-ribozom. U kemiji nukleinskih kiselina takvi N-glikozidi nazivaju se nukleozidi. D-riboza i 2-deoksi-D-riboza u sastavu str

Nukleotidi.
Nukleotidi se nazivaju nukleozidni fosfati. Fosforna kiselina obično esterificira alkoholni hidroksil na C-5" ili C-3" u ostatku riboze ili deoksiriboze (atomi ciklusa dušične baze su numerirani

Steroidi
Steroidi su široko rasprostranjeni u prirodi i obavljaju različite funkcije u tijelu. Do danas je poznato oko 20 000 steroida; više od 100 ih se koristi u medicini. Steroidi imaju

Steroidni hormoni
Hormoni su biološki aktivne tvari koje nastaju kao rezultat rada endokrinih žlijezda i sudjeluju u regulaciji metabolizma i fizioloških funkcija u tijelu.

steroli
Stanice su u pravilu vrlo bogate sterolima. Ovisno o izvoru izolacije, razlikuju se zoosteroli (iz životinja), fitosteroli (iz biljaka), mikosteroli (iz gljiva) i steroli mikroorganizama. NA

Žučne kiseline
U jetri se steroli, posebice kolesterol, pretvaraju u žučne kiseline. Alifatski bočni lanac na C17 u žučnim kiselinama, derivatima ugljikovodika kolana, sastoji se od 5 atoma ugljika

Terpeni i terpenoidi
Pod tim imenom objedinjeni su brojni ugljikovodici i njihovi derivati ​​koji sadrže kisik - alkoholi, aldehidi i ketoni, čiji je ugljikov kostur građen od dvije, tri ili više izoprenskih jedinica. se

vitamini
Vitaminima se obično nazivaju organske tvari čija je prisutnost u maloj količini u hrani ljudi i životinja neophodna za njihovo normalno funkcioniranje. Ovo je klasična op

Vitamini topivi u mastima
Vitamin A se odnosi na seskviterpene, nalazi se u maslacu, mlijeku, žumanjku, ribljem ulju; mast i margarin ga ne sadrže. Ovo je vitamin rasta; nedostatak u hrani

Vitamini topljivi u vodi
Krajem prošlog stoljeća tisuće mornara na japanskim brodovima patilo je, a mnogi od njih umrli mučnom smrću od misteriozne bolesti beri-beri. Jedna od misterija beri-berija bila je ta da mornari na