СН2=СН2; СНºСН; СН2=СН—СН3; СНºС—СН3.
этен этин пропен пропин
Однако для алкинов простого строения сохранились и тривиальные названия, например, ацетилен (этин).
В разветвленных алкинах для указания положения тройной связи и замещающих групп цепь нумеруют так же, как в алкенах: выбор главной цепи и начало нумерации определяет тройная связь.
Радикалы алкинов называют алкинильными группами, а наиболее простые из них имеют тривиальные названия:
Н–СºС–, НСºС–СН2– .
этинил пропаргил
Изучая химические свойства алкинов, следует обратить внимание на особенности тройной связи. Все реакции присоединения, свойственные алкенам, наблюдаются и у алкинов и протекают с нуклеофильными реагентами даже несколько легче. Однако некоторые реакции протекают своеобразно (реакция М. Г. Кучерова). Большое значение имеют реакции присоединения спиртов, синильной кислоты, кар-
боновых кислот, альдегидов, кетонов, реакции димеризации, поскольку продукты этих реакций являются важнейшим сырьем для синтеза веществ, используемых в сельском хозяйстве. Другой особенностью алкинов является наличие у некоторых из них подвижного атома водорода (ºС–Н), обладающего кислотными свойствами, т. е. способностью замещаться на металлы с образованием ацетиленидов.
Литература: [1, с. 147–154].
4.4. Диеновые углеводороды
Молекулы диеновых углеводородов содержат две двойные связи. Общая формула гомологического ряда СnН2n-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].
4.5. 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 СnН2n-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 внимание на то, 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].
4.6. 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 СnН2n, 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].
5. 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.