2. Классы органических соединений в зависимости от природы функциональных групп

Углеводородные радикалы (R) - остатки углеводородов (родоначального углеводорода), которые образуются при отнятии от их молекул одного, двух или нескольких атомов водорода.

Функциональная группа - атом или группа атомов, которые замешают в углеводородной молекуле один или несколько атомов водорода, определяет химические свойства принадлежность соединения к определенному классу соединений.

Некоторые классы (виды) органических соединений:

1) Галогенопроизводные углеводороды (общая формула R -Hal):

а) фторпроизводные (R- F); б) хлорпроизводные (R-Cl); в) бромопроизводные (R-Br); г) йодопроизводные (R – I).

2) Кислородосодержащие органические соединения:

а) спирты и фенолы; б) простые эфиры; в) альдегиды; г) кетоны.

3) Азотосодержащие органические соединения:

а) амиды; б) амины; в) аминокислоты; г) нитрилы.

4) Сераорганические соединения:

а) сульфиды; б) сульфокислоты.

6. Электронные эффекты в органических соединениях. рπ- и рр – сопряжение. Влияние электронных эффектов на основно-кислотные свойства органических соединений. Теория Бёрнстеда-Лоури. Теория Льюиса.

Электронные эффекты – это смещение электронной плотности (пара валентных электронов, образующая ковалентную связь, смещается в сторону более электроотрицательного атома) в молекуле, ионе или радикале под влиянием заместителей.

Заместителем считается любой атом (кроме водорода) или группа атомов, связанная с атомом углерода.

В зависимости от типа связей между атомами в молекуле различают индуктивный (смещение σ-связи) и мезомерный (смещение -связи) электронные эффекты.

σ – связь образуется электронными орбиталями, имеющими максимум зоны перекрывания на линии, соединяющей центры атомов.

 - связь образуется электронными орбиталями, дающими максимумы перекрывания по обе стороны от линии, соединяющей центры атомов.

Индуктивный эффект (I-эффeкт) - смещение электронной плотности по цепи σ-связей, обусловленное различиями в электроотрицательностях атомов.

Например: С :Cl (электронная плотность условно показана парой электронов, образующих ковалентную связь)

Из-за слабой поляризуемости σ -связей I-эффект быстро затухает с удалением от заместителя и через 3-4 связи становится практически равным 0.

Индуктивный эффект называют отрицательным (-I-эффект ), если заместитель уменьшает

электронную плотность на атоме углерода, с которым связан этот заместитель. При этом заместитель приобретает частичный отрицательный заряд (δ-), а атом углерода - частичный положительный заряд (δ+). Направление смещения электронной плотности всех σ -связей обозначается прямыми стрелками

(по линии связи) и символами частичных зарядов, индуцируемых заместителем:

-I-эффект проявляют заместители, содержащие более электроотрицательные атомы, чем атом углерода: -F, -Cl, -Br, -OH, -NH₂, -NO₂.

Индуктивный эффект называют положительным (+I-эффект ), если заместитель увеличивает электронную плотность на атоме углерода, индуцируя на нем частичный отрицательный заряд (δ^-), сам при этом приобретая заряд δ⁺:

+I-эффект проявляют атомы с низкой электроотрицательностью -Mg, -Li;углеводородные радикалы (-CH₃, -C₂H₅).

Мезомерный эффект (М-эффект) - смещение электронной плотности по цепи π-связей.

Этот эффект проявляют заместители, связанные с углеводородными радикалами, имеющими кратные связи.

Благодаря подвижности π -электронов, М-эффект передается по цепи сопряжения без затухания.

Мезомерный эффект называют отрицательным (-М), если заместители с электроотрицательными атомами смещают электронную плотность на себя, приобретая заряд заряд «-».

Мезомерный эффект называют положительным (+М), если заместитель увеличивает электронную плотность на атоме углерода, индуцируя на нем частичный отрицательный заряд, сам приобретая заряд «+»:

Сопряженные системы. рр, ππ и рπ – сопряжения

Сопряженные системы – это соединения с делокализованной ковалентной связью (общие орбитали).

Сопряженные системы образуются в результате взаимодействия р - орбиталей в молекуле с чередующимися двойными и одинарными связями. Например: бутадиен-1,3 СН₂=СН- СН= СН₂.

ππ– сопряжение

ππ– сопряжение – это связь (сопряжение) двух π-связей между собой с помощью рр-связи.

Простейшим сопряженным соединением является бутадиен-1,3: СН₂=СН- СН= СН₂

Все четыре атома углерода в молекуле бутадиена-1,3 находятся в состоянии sp²-гибридизации (одна s-орбиталь и две р-орбитали гибридизированы, одна р-орбиталь не гибридизирована). Все эти (гибридизированные) атомы лежат в одной плоскости и составляют σ-скелет молекулы (три σ-связи).

Негибридизованные р – орбитали каждого атома углерода расположены перпендикулярно этой плоскости и параллельно друг другу. Это создаёт условия для их взаимного перекрывания.

Перекрывание этих орбиталей происходит не только между атомами 1-2 (рр или π-связь) и 3-4 (π-связь), но и частично между атомами 2-3 (ππ –сопряжение т.е. сопряжение двух двойных связей),

При перекрывании четырёх р-орбиталей происходит образование сопряженной системы с образованием единого π-электронного облака.

рπ – сопряжение

рπ– сопряжение – это связь (сопряжение) р-орбитали и орбиталий связанных π-связью.

В молекуле винилбромида (бромэтена) две р-орбитали атомов углерода, образуют π-связь.

Р-орбиталь атома брома, с неподеленной парой электронов, не участвует в образовании π-связи. Таким образом, в молекуле винилбромида на трех р-орбиталях делокализуются (становятся общими) четыре электрона.

В рπ-сопряженных системах в образовании сопряжения принимает участие атомы с неподеленной донорной электронной парой. Это могут быть: Cl, Br, O, N, S и др.

Влияние электронных эффектов на основно-кислотные свойства органических соединений

Основные понятия

Электронные эффекты – это смещение электронной плотности в молекуле ( ионе, радикале) под влиянием заместителей.

Заместителем считается любой атом (кроме водорода) или группа атомов, связанная с атомом углерода (ОН, Cl, F).

Кислотные свойства частицы – это её свойство отдавать (отщеплять) протон (Н⁺) или другую положительно заряженную частицу (CО²⁺, Ag+), или нейтральную частицу, которая является электроакцептором.

Основные свойства частицы – это её свойство отдавать (отщеплять) гидроксил (OH^–), или другую отрицательно заряженную частицу (е^-, Сl^–, F^–), или нейтральную частицу, которая является электродонором.

Рассмотрим влияние электронных эффектов на основно-кислотные свойства спирта. В зависимости от реагентов влияние может быть положительным и отрицателным.

Молекула спирта может проявлять кислотные свойства и свойства основания (в зависимости от типа реагента), что обусловлено наличием полярных связей (С :О и О: Н).

Теории кислот и оснований (теория Бёрнстеда-Лоури, теория Льюиса):

Протонная теория кислот и оснований Бёрнстеда-Лоури

По теории Бёрнстеда – Лоури:

• кислоты – это нейтральные молекулы или ионы, способные отдавать протон (доноры протона);

• основания - это нейтральные молекулы или ионы, способные присоединять протон (акцепторы протона).

Электронная теория кислот и оснований Льюиса

Теория Льюиса основывается на рассмотрении электронного строения частиц и не считает наличие водорода обязательным признаком кислоты.

По теории Льюиса:

• кислоты – это нейтральные молекулы или ионы, способные принимать электронную пару (акцепторы при образовании ковалентной связи);

•основания– это нейтральные молекулы или ионы, способные отдавать электронную пару (доноры при образовании ковалентной связи).

К кислотам по Льюису относятся (все, кто готов присоединить электрон):

- катионы (Н⁺, Fe³⁺, CО²⁺, Ag+);

- молекулы с поляризованными двойными связями (CO₂, SO₂);

- нейтральные молекулы, образованные атомами с незаполненной внешней оболочкой (BF₃, SO₃).

К основаниям по Льюису относят (все, кто готов поделиться электроном при образовании ковалентной связи):

-анионы (OH^–, Сl^–, F^–);

-органические соединения с двойными и тройными связями (этен, этин);

-ароматические соединения (анилин С₆Н₅NH₂, фенол С₆Н₅ОН)

- нейтральные молекулы, в состав которых входит гетероатом, например, азот, сера, кислород, содержащие неподелённую пару электронов.