Классы органических соединений

Согласно теории органические соединения подразделяют на два ряда – ациклические и циклические соединения.

1. Ациклические соединения. ( алканы, алкены) содержат открытую, незамкнутую углеродную цепь – прямую или разветвленную:

Н Н Н Н Н Н Н

│ │ │ │ │ │ │

Н─ С─С─С─С─ Н Н─С─С─С─Н

│ │ │ │ │ │ │

Н Н Н Н Н │ Н

Н─С─Н

│

Н

Нормальный бутан изобутан (метилпропан)

2. а) Алициклические соединения – соединения, имеющие в молекулах замкнутые (циклические) углеродные цепи:

циклобутан циклогексан

б) Ароматические соединения, в молекулах которых имеется скелет бензола – шестичленного цикла с чередованием простых и двойных связей (арены):

бензол

в) Гетероциклические соединения – циклические соединения, содержащие кроме атомов углерода азот, серу, кислород, фосфор и некоторые микроэлементы, которые носят название гетероатомы.

фуран пиррол пиридин

В каждом ряду органические вещества распределены по классам – углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны, кислоты, эфиры в соответствии с характером функциональных групп их молекул.

Существует также классификация по степени насыщенности и по функциональным группам. По степени насыщенности различают:

1. Предельные насыщенные – в углеродном скелете есть только одинарные связи.

│

─С─

│ │ │

─С─С─С─

│ │ │

2. Непредельные ненасыщенные – в углеродном скелете есть кратные ( =, ≡) связи.

─С=С─ ─С≡С─

│ │

3. Ароматические – непредельные циклы с кольцевым сопряжением(4n + 2) π- электронов.

По функциональным группам

1. Спирты R-CH₂OH

2. Фенолы

3. Альдегиды R─COH Кетоны R─C─R

║

4. Карбоновые кислоты R─COOH О

5. Сложные эфиры R─COOR₁

Изомерия

В 1814 г. французский химик Гей-Люссак установил, что некоторые вещества при одном и том же качественном и количественном составе обладают различными физическими и химическими свойствами. Это явление было названо изомерией. Указанные соединения получили название изомеров. Сущность изомерии была раскрыта Бутлеровым. Бутлеров установил, что изомерия обусловлена различным химическим строением, т.е. различием в порядке соединения атомов в молекулах при одном и том же составе и молекулярном весе веществ. Например, бутан и изобутан:

Н Н Н Н Н Н Н

│ │ │ │ │ │ │

Н─ С─С─С─С─ Н Н─С─С─С─Н

│ │ │ │ │ │ │

Н Н Н Н Н │ Н

Н─С─Н

│

Н

С увеличением числа атомов углерода в молекуле резко возрастает число изомеров. Изомерия характерна не только для линейных, но и для циклических молекул

Структурная изомерия может иметь место и при одинаковом углеродном скелете, если функциональные группы или кратные связи занимают различное положение в молекуле

СН₃─СН₂─ СН₂ОН СН₃─ СНОН─ СН₃

пропиловый спирт изопропиловый спирт

Структурные изомеры отличаются друг от друга и положением в молекуле двойной или тройной связи, характерной для непредельных соединений

СН₃─СН₂─ СН= СН₂ СН₃─СН= СН─ СН₃

бутен - 1 бутен -2

СН₃─СН₂─ С≡ СН СН₃─С≡ С─ СН₃

бутин - 1 бутин – 2

Явление изомерии – одна из важнейших причин существования большого числа органических соединений.

Явлений, заключающееся в существовании двух или нескольких изомерных форм молекул, находящихся в состоянии динамического равновесия, называется таутомерией.

Еще в 1877 г. А.М.Бутлеров предсказал, что молекулы некоторых веществ способны легко переходить из одной изомерной формы в другую и оба изомера находятся в состоянии равновесия.

Двойные связи обусловливают наличие у молекул пространственной – геометрической изомерии a b a a

│ │ │ │

C=C C=C

│ │ │ │

b a b b

транс-форма цис-форма

Если в органической молекуле атом водорода заместить на атом, обладающий большим сродством к электрону, то этот атом не только оттягивает пару общих электронов с непосредственно связанным углеродным атомом, но и вызывает смещение электронных пар у более удаленных связей С→ С→ С→Х

3 2 1

Этот тип взаимного влияния атомов называется индукционным эффектом. Индукционный эффект атомов и атомных групп может быть отрицательным (-I) и положительным (+I). Эталоном сравнения является водород, индукционный эффект которого принят за нуль.

–I – эффект проявляют заместители, обладающие большим сродством к электрону, чем водород, +I – эффект проявляют заместители с меньшим электронным сродством

Y→CR₃ H─ CR₃ X← CR₃

+I-эффект стандарт –I-эффект

При индукционном эффекте взаимное влияние атомов передается с затухающей силой по мере удаления от атома притягивающего или отталкивающего электроны. В органических молекулах с двойными и кратными связями π – связи значительно легче поляризуются, чем σ – связи. Меньшая прочность и большая поляризуемость π – связей по сравнению с σ – связями, как правило, является причиной из разрыва при реакциях присоединения различных реагентов к ненасыщенным молекулам. Направление реакций присоединения к ненасыщенным соединениям определяется распределением электронной плотности в их молекулах. В этилене имеет место симметричное распределение электронной плотности и потому молекула неполярна >С=С<

hν δ+ δ-

>С=С< ─→ >С=С<

В ненасыщенных молекулах с асимметричным распределением электронной плотности атомы, соединенные π – связью, несут частичные эффективные электрические заряды δ+ δ-

Органические молекулы с чередующимися π – и σ – связями называются сопряженными системами

R₁C=CH─CH=CR₂

В сопряженных системах перемещение электронной плотности π- связи на σ – связь проявляется в выравнивании межатомных расстояний. Длина С─С связи в молекулах с сопряженными связями оказывается меньше длины С─С связей в молекулах алканов, но больше длины С─С в алкенах. В результате эффекта сопряжения возникает общее электронное облако, которое находится в поле всех углеродных ядер молекулы.