Родовое название углеводородов с одной двойной связью – алкены, одной тройной связью
— алкины; с несколькими двойными или тройными связями – полиены и полиины,
В основе систематического названия алкена лежит название алкана с тем же числом
атомов углерода, родовое окончание алкала «-ан» замещается на родовое окончание
Чтобы назвать алкин, в названии соответствующего алкана «-ан» замещается на
“-ин» (в следствие правил чтения в английском языке идет изменение согласных
декан — децен — децин.
Углеродные атомы в цепи нумеруют таким образом, чтобы положение кратной связи
соответствовало наименьшим возможным номерам. Цифры, указывающие положение
кратной связи, ставят перед названием. Однако, в русской литературе принято
отклонение от этого правила, цифру ставят после названия. Цифра от названия
отделяется дефисом. Примеры;
Если имеется две или большее число кратных связей в молекуле, названия углерода
две двойные связи «адиен» (родовое название «алкадиены»)
три двойные связи «атриен»- (родовое название «алкатриены»)
две тройные связи «адиины» (родовое название «алкадиинны»),
три тройные связи «атриины» и т.д.
Сохраняются следующие несистематические названия: этилен, аллен, дивинил, изопрен,
Если в молекуле ненасыщенного неразветвленного углеводорода имеются как двойные,
так и тройные связи, то атомы углерода нумеруют так, чтобы сумма локантов была
наименьшей. Если возможны несколько вариантов нумерации, то двойная связь
считается «ставшей», то есть ей присваиваются наименьшие номера.
(а не 2-пентен-4-ин, т.к. З+1 < 2+4)
Для названий ненасыщенных разветвленных углеводородов следуют правилам:
— двойные и тройные связи обязательно должны входить в главную цепь, даже если
она не самая длинная.
Пример: в молекуле
главная цепь состоит из 5-ти атомов
углерода, а не из 6-ти;
если в нескольких цепях число атомов углерода одинаково, то выбирают цепь с
максимальным числом кратных связей;
нумерация главной цепи определяется положением не заместителя, а кратной связи.
если нет возможности включить все кратные связи в главную цепь, то
использует названия непредельных радикалов.
Название одновалентных радикалов — производных ненасыщенных ациклических
углеводородов оканчиваются на «энил», «инил», «диенил», и т.д. В случав
необходимости указывают положения двойных и тройных связей. Атом углерода
со свободной валентностью получает номер I.
НС = С – этинил
Н3С – СН = НС – 1- пропил
Н3С – СН = НС – СН2 — 2 – бутенил
Н2С = СН – СН = НС – 1,3 – бутадиенил
НС = С – СН2 — 1 – пропинил
Н3С – С = С – 2- пропил
НС = С – СН = НС – СН2 – 2 – пентил – 4 инил
Сохраняются тривиальные названия одновалентных насыщенных радикалов:
Для двух и трехвалентных ненасыщенных радикалов сохраняются названия:
Согласно современным представлениям, необходимым условием для образования химической связи между двумя атомами является перекрывание облаков их электронов. Электрон образует связь в том направлении, в котором расположена наибольшая часть его облака, так что при этом осуществляется максимальное перекрывание облаков двух связующих электронов.
В случае простой связи (изображаемой одной валентной черточкой) максимальное перекрывание осуществляется по прямой, соединяющей два атома. Такая простая кова-лентная связь называется σ-связью, а электроны, ее образующие, — σ-электронами.
В молекуле этилена, как это установлено с помощью физических методов исследования, пять σ-связей расположены друг относительно друга под углом 120° и находятся в одной плоскости:
Однако при таком расположении связей в этилене у каждого атома углерода остается по одному неспаренному электрону. Они уже не могут образовать между атомами углерода вторую σ-связь, так как это сопровождалось бы нарушением принципа Паули. Поэтому такие неспаренные электроны атомов углерода образуют качественно иную связь. Перекрывание двух электронных облаков происходит так, что восьмерки этих облаков перпендикулярны плоскости, в которой расположены все шесть атомов молекулы этилена. Такая связь называется π-связью, а электроны, ее образующие, — π-электронами.
Двойная углерод – углеродная связь С=С состоит из σ-связиπ-связи.
Тройная углерод-углеродная связь С≡С состоит из σ-связи, возникающей при перекрыванииsp-гибридных орбиталей, и двух π-связей.
Гибридизация — это взаимодействие атомных орбиталей с близкими значениями энергии, сопровождающееся образованием новых ‘гибридных’ орбиталей.
Гибридизация — процесс, требующий затрат энергии, но эти затраты с избытком компенсируются за счет энергии, выделяющейся при образовании большего числа ковалентных связей.образующиеся ‘гибридные’ орбитали имеют форму ассимметричной гантели и резко отличаются от исходных орбиталей атома углерода.
Для атома углерода возможно три типа гибридизации:
sр3-гибридизация — взаимодействующиеорбитали показаны стрелками:
Гибридные орбитали атома углерода способны участвовать в образовании только σ-связей, незатронутые гибридизацией р-орбитали образуют только π-связи. Именно этой особенностью определяется пространственное строение молекул органических веществ.
5. Делокализованная химическая связь: π, π- и р, π-сопряжение (бутадиен-1,3; хлорэтен).
Сопряжение – перераспределение (выравнивание) электронной плотности в сопряженной системе, приводящее к стабилизации молекулы.
Сопряжение возможно только в том случае, если все атомы, принимающие участие в этом процессе расположены в одной плоскости, т.е. должно выполняться условие копланарности.
Различают сопряженные системы с открытой цепью и замкнутые сопряженные системы. Возможны два типа сопряжения π,π-сопряжение (в сопряжении участвуют π-электроны кратной связи) и р,π-сопряжение (в сопряжении участвуют π-электроны кратной связи и р-электроны неподеленной электронной пары гетероатомов –N–, –O–, –S–).
Сопряжение – это энергетически выгодный процесс, происходящий с выделением энергии, поэтому для сопряженных систем характерна повышенная термодинамическая устойчивость. Количественно термодинамическую устойчивость можно оценить как разность энергий соединений с сопряженными двойными связями и соединений с изолированными двойными связями. Эту разность называют энергией сопряжения или энергией делокализации. Термодинамическая устойчивость соединения увеличивается с увеличением длины сопряженной цепи. Из сопряженных полиенов наиболее широко распространены в природе каратиноиды(каротин, витамин А, ретиналь).
Простейшей π,π-сопряженной системой этого типа является бутадиен-1,3, а р,π-сопряженной является хлорэтен.
Все атомы углерода находятся в sp2-гибридизации, все s связи лежат в одной плоскости, четыре негибридизованныеРz-орбитали расположены перпендикулярно плоскости s-связей и параллельны друг другу (необходимое условие для перекрывания).
Н2С = СН – СН = СН2 Н2С = СН –Cl
Меня зовут Быстрицкая Вера Васильевна.
Я репетитор по Химии
Вам нужны консультации по Химии по Skype? Если да, подайте заявку. Стоимость договорная.
Чтобы закрыть это окно, нажмите «Нет».
НОМЕНКЛАТУРА ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
СИСТЕМАТИЧЕСКАЯ НОМЕНКЛАТУРА ИЮПАК (заместительная )
ИЮПАК (IUPAC ) — Международный союз теоретической и прикладной химии)
Является наиболее распространенной — в соединении выделяется некая основа, в которой произведено замещение атомов водорода на иные атомы или группы.
За основу принимают название первого члена гомологического ряда, а все остальные группы – радикалы – рассматривают как заместители. Используют в названиях простых эфиров, кетонов, аминов.
ТРИВИАЛЬНАЯ (ИСТОРИЧЕСКАЯ) НОМЕНКЛАТУРА
Возникла в начале развития органической химии, когда не существовало классификации и теории строения органических соединений.
Органическим соединениям давали случайные названия:
по источнику получения (щавелевая кислота, яблочная кислота, ванилин),
цвету или запаху (ароматические соединения),
по химическим свойствам (парафины).
Многие такие названия часто применяются до сих пор.
Например: мочевина, толуол, ксилол, уксусная кислота, масляная кислота, валериановая кислота, глицерин, этиленгликоль и многие другие.
насыщенные углеводороды, парафины, алифатические соединения)
Общая формула — CnH2n+2 ( n — число атомов углерода в молекуле)
sр3-гибридизация (все атомы углерода)
длина связи С-С — 0,154 нм
угол между связями С-C составляет 109°28‘ (поэтому молекулы имеют зигзагообразное строение (зигзаг).
По номенклатуре ИЮПАК в названии — суффикс –ан.
Первые четыре углеводорода носят исторически сложившиеся названия, начиная с пятого в основе названия углеводорода лежит греческое название соответствующего числа углеродных атомов.
НОМЕНКЛАТУРА АЛКАНОВ (ИЮПАК)
1. Выделяют в структурной формуле наиболее длинную цепь атомов углерода и нумеруют эти атомы, начиная с того к которому ближе радикал.
Когда радикалов несколько и они равноудалены от концов главной цепи, то нумерацию начинают с того края, к которому ближе расположен простейший радикал.
2. Записывают цифру атома углерода, у которого находится радикал, ставят тире, пишут название радикала.
Если радикалов несколько и они одинаковые, номер повторяют по числу этого радикала, а перед названием радикала приписывают приставку от греческого числительного («ди»-2, «три»-3, «тетра»-4 и т.д.).
Если радикалов несколько, и они разные, их названия записывают через тире.
3. Завершают название алкана по числу атомов углерода в нумерованной цепи.
https://youtube.com/watch?v=rgT_sUqu8dc%3Frel%3D0
(олефины, этиленовые углеводороды)
Общая формула CnH2n
одна двойная связь (= ) между атомами углерода
По месту С=С — sp2 гибридизация,
угол между связями С=С — 120°, поэтому молекула угловая
одна подвижная π-связь,
длина двойной связи 0,134 нм.
названия алкенов производят от названий соответствующих алканов (с тем же числом атомов углерода) путем замены суффикса –ан на –ен:
1. Главная цепь обязательно включает в себя двойную связь (даже если она не самая длинная).
2. Нумерацию углеродных атомов начинают с ближнего к двойной связи конца цепи.
3. Названия радикалам дается, как у алканов
4. Название главной цепи дается с суффиксом –ен, затем через тире указывается цифра, обозначающая положение двойной связи.
В номенклатуре различных классов органических соединений наиболее часто используются следующие одновалентные радикалы алкенов:
Общая формула CnH2n-2
одна тройная связь (≡).
≡ — sp-гибридизация,
≡ — одна σ- и две π-связи
угол по месту ≡ 180°, молекула линейная
длина тройной связи 0,120нм.
ИЮПАК — суффикс -ан заменяется суффиксом -ин:
Аналогична номенклатуре алкенов (суффикс –ен заменяется на суффикс -ин:
https://youtube.com/watch?v=wrC96ZvIx1s%3Frel%3D0
АЛКАДИЕНЫ (ДИЕНЫ, ДИЕНОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ)
Общая формула СnH2n-2
Содержат две двойные связи.
Остальные характеристики зависят от положения двойных связей
Как у алкенов (суффикс -ен меняется на суффикс -диен, указываются две цифры положения двойных связей).
По взаимному расположению двойных связей и химическим свойствам диены делятся на три группы:
1. Диены с соседним положением двойных связей называют диенами с алленовыми или кумулированными связями.
Эти соединения мало устойчивы и легко перегруппировываются в алкины, (сходны с алкинами).
Простейший представитель :
2. Диены с двойными связями, разделенными более чем одной простой связью, называются диенами с изолированными связями (сходны с алкенами):
3. Диены с 1, 3- положением двойных связей называют диенами с сопряженными связями.
Нет чисто одинарной и чисто двойных связей. Строение бутадиена более точно отражает формула с делокализованными «полуторными» связями.
Углеводороды две или больше тройных связей, называются алкадиинами, алкатриинами и т. д.
Углеводороды, содержащие одновременно двойные и тройные связи, называются алкенинами, алкадиенинами, алкендиинами и т. д. в соответствии с числом двойных и тройных связей.
ЦИКЛИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ Циклоалканы (нафтены, цикланы, или циклопарафины )
Все атомы состоянии sp3-гибридизации
Каждый атом углерода образует четыре σ-связи С-С и С-Н.
Углы между связями зависят от размера цикла. В малых циклах С3 и С4 углы между связями С-С сильно отличаются от тетраэдрического угла 109,5°, что создает в молекулах напряжение и обеспечивает их высокую реакционную способность
НОМЕНКЛАТУРА ИЮПАК
За основу принимают углеродную цепочку цикла.
Нумерацию цикла проводят с того атома углерода, который связан с наименьшим радикалом, и продолжают в сторону ближайшего с соблюдением принципа возрастающей сложности.
При наличии радикала с длинной и разветвленной цепью за основу можно принять самую длинную открытую цепь углеродных атомов.
АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ. А РЕНЫ.
В молекулах имеется особая циклическая группировка из шести атомов углерода, называемая бензольным или ароматическим ядром.
Общая формула ароматических углеводородов CnH2n-6.
Атомы углерода в состоянии sp2-гибридизации, связан с двумя соседними атомами углерода и атомом водорода тремя σ-связями.
Валентные углы между каждой парой π-связей равны 1200.
Длина связи С–С равна 0,140 нм
Все σ-связи С–С и С–Н лежат в одной плоскости.
р-Электроны всех атомов углерода образуют единое циклическое π-электронное облако, сосредоточенное над и под плоскостью кольца.
Бензол или бензин (старинное название) С6Н6 – родоначальник ароматических углеводородов.
Все связи С–С в бензоле равноценны
Это означает, что в молекуле бензола между углеродными атомами нет чисто простых и двойных связей (как в формуле, предложенной в 1865 г. немецким химиком Ф. Кекуле),
https://youtube.com/watch?v=n0p8mhAl7FA%3Frel%3D0
Радикал (остаток) бензола C6H5- носит название фенил;
Радикал C6H5-CH2-называется бензил.
Названия высших гомологов часто производят не от названия ароматического ядра, а от названия боковой цепи, т. е. их как производные алканов:
Называя более сложные производные бензола, как и в случае алициклических соединений, из возможных порядков выбирают тот, при котором сумма цифр номеров заместителей будет наименьшей.
НАЗВАНИЯ НЕКОТОРЫХ УГЛЕВОДОРОДОВ
https://youtube.com/watch?v=BkrtVnC_F0A%3Frel%3D0
При наличии двух и более разных боковых цепей, их можно перечислять: а) в алфавитном порядке или б) в порядке возрастания сложности.
а) При перечислении разных боковых цепей в алфавитном порядке умножающие префиксы не учитываются. Сперва названия атомов и групп располагают в алфавитном порядке, а затем вставляют умножающие префиксы и цифры местоположения (локанты):
б) При перечислении боковых цепей в порядке возрастания сложности исходят из следующих принципов:
Менее сложной является цепь, у которой общее число углеродных атомов меньше, например:
менее сложна, чем
Если общее число атомов углерода в разветвленном радикале одинаково, то менее сложной будет боковая цепь с наиболее длинной основной цепочкой радикала, например:
Если две или более боковые цепи находятся в равнозначном положении, то более низкий номер получает та цепь, которая в названии перечисляется первой, независимо от того, соблюдается ли порядок возрастающей сложности или алфавитный:
а) алфавитный порядок:
б) порядок расположения по сложности:
Если в углеводородной цепи находятся несколько углеводородных радикалов и они различны по сложности, а при нумерации получаются различающиеся ряды нескольких цифр, их сравнивают, расположив цифры в рядах в порядке возрастания. “ Наименьшими” считают цифры того ряда, в котором первая отличающаяся цифра меньше (например: 2, 3, 5 меньше, чем 2, 4, 5 или 2, 7, 8 меньше, чем 3, 4, 9). Этот принцип соблюдается независимо от природы заместителей.
В некоторых справочниках для определения выбора нумерации используют сумму цифр, нумерацию начинают с той стороны, где сумма цифр, обозначающих положение заместителей, наименьшая:
2, 3, 5, 6, 7, 9 — ряд цифр наименьший
2, 4, 5, 6, 8, 9
2+3+5+6+7+9 = 32 — сумма номеров заместителей наименьшая
2+4+5+6+8+9 = 34
следовательно, углеводородную цепь нумеруют слева направо, тогда название углеводорода будет:
(2, 6, 9–триметил–5,7–дипропил–3,6–диэтилдекан)
(2,2,4–триметилпентан, но не 2,4,4–триметилпентан)
Если в углеводородной цепи находится, несколько различных заместителей (например, углеводородные радикалы и галогены), то перечисление заместителей производится либо в алфавитном порядке, либо в порядке возрастания сложности (фтор, хлор, бром, йод):
а) алфавитный порядок 3–бром–1–иод –2–метил –5–хлорпентан;
б) порядок возрастания сложности: 5–хлор–3–бром–1–иод–2–метилпентан.
2. Р АЗДЕЛ «НЕПРЕДЕЛЬНЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ»
2.1. » НЕНАСЫЩЕННЫЕ НЕРАЗВЕТВЛЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
С ОДНОЙ ДВОЙНОЙ СВЯЗЬЮ (АЛКЕНЫ)»
Название непредельных, неразветвленных углеводородов с одной двойной связью образовывают из неразветвленных предельных углеводородов заменяя суффикс » –АН » в названии соответствующего предельного углеводорода суффиксом » –ЕН «:
СН2=СН2 – этен СН3–СН=СН2 – пропен
Местоположение кратных связей (двойной или тройной) обозначается цифрой и указывается либо перед корнем слова (номенклатура ИЮПАК), либо после корня слова (Женевская номенклатура):
Углеводородные цепи нумеруются таким образом, чтобы двойные связи получили наименьший номер:
гексен – 2 (или 2-гексен)
Для некоторых алкенов сохраняются несистематические названия:
СН2=СН2 этилен СН2=С=СН2 аллен
2.2. » НЕНАСЫЩЕННЫЕ НЕРАЗВЕТВЛЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ
С ОДНОЙ ТРОЙНОЙ СВЯЗЬЮ (АЛКИНЫ)»
Такие углеводороды называют заменяя в названии соответствующего насыщенного углеводорода суффикс » –АН » суффиксом » –ИН «. Местоположение тройной связи обозначается соответствующей цифрой перед корнем слова, либо после корня слова:
СН3–СН2–СН2–С≡С–СН2–СН3 – гептин-3 (либо 3-гептин)
Для соединения НС≡СН сохраняется тривиальное название ацетилен
Если в углеводороде имеются две или больше кратных связей, то углеводород получает суффикс » –АДИЕН «, » –АДИИН «, » –АТРИЕН » » –АТРИИН » и т.д.
гексадиен – 2,4
либо 2,4 – гексадиен
Если в углеводороде присутствуют одновременно и двойная и тройная связи, то нумерацию углеводородной цепи ведут с того края где ближе находится двойная связь (двойная связь имеет преимущество перед тройной), а называют углеводород перечисляя сначала двойную, а затем тройную связи.
2.3. » НЕНАСЫЩЕННЫЕ РАЗВЕТВЛЕННЫЕ УГЛЕВОДОРОДЫ»
Если ненасыщенные углеводороды имеют боковые ответвления, то углеводородную цепь нумеруют таким образом, чтобы положение двойных и тройных связей было минимальным, т.е. с того края куда ближе расположена кратная связь:
Как исключения сохраняются следующие названия радикалов:
СН2=СН– винил (вместо этенил)
СН2=СН–СН2– аллил (вместо пропенил–2)
СН2=С– изопропенил (вместо 1–метилэтенил)
3. Р АЗДЕЛ «ЦИКЛИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ»
3.1. » АЛИФАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ»
Для названия циклических соединений не ароматического ряда к названию соответствующего углеводорода нециклического строения добавляется приставка ”цикло-“
циклобутан циклопентен циклогексин
Если в циклических соединениях не ароматического ряда находятся боковые ответвления, то цикл нумеруют таким образом, чтобы положение заместителей было наименьшим:
1,2 – диметилциклобутан этилциклобутан 2,2,4 – триметилциклопентен
3.2. » АРОМАТИЧЕСКИЕ УГЛЕВОДОРОДЫ»
Ароматические углеводороды (Арены) с одним ароматическим ядром обычно рассматривают как производные бензола, правилами ИЮПАК допускается употребление тривиальных названий гомологов бензола – толуол, ксилол, стирол – и их производных, например:
метилбензол этилбензол изопропилбензол винилбензол
(толуол) (кумол) или фенилэтен
Положение заместителей в бензольном кольце можно указывать цифрами или, если заместителей только два, использовать буквенные обозначения:
1,2 или о – (орто-)
1,3 или м – (мета-)
1,4 или п – (пара-)
4 – этилтолуол 3 – метилстирол
(п –этилтолуол) (м – этилстирол)
В ароматических углеводородах, содержащих два или несколько бензольных ядер, нумерация положения заместителей производится следующим образом:
1,2 – орто- (о-) 1,4,5,8 – α-
1,3 – мета- (м-) 2,3,6,7 – β-
1,4 – пара- (п-) 9,10 – γ- (мезо-)
1,5 – ана- (а-)
1,6 – эпи- (е-)
Если в бензольном кольце присутствуют заместители не являющиеся углеводородными радикалами (нитрогруппа, гидроксогруппа), то положение заместителей обозначается цифрами, при этом нет общепринятых правил нумерации атомов бензольного ядра. По Женевской номенклатуре номер присваивают тому атому ядра, несущему замещающую группу, с которым непосредственно связан атом-заместитель с наименьшим атомным весом (например, при наличии в ядре —Cl и —OH, номер получит атом, несущий —OH, но при наличии —NO2 и —OH – атом, несущий —NO2). По Льежской номенклатуре номер присваивают атому ядра, несущему главную функциональную группу, причем этот номер в названии часто только подразумевают и не указывают. Ниже сопоставлены названия некоторых замещенных бензола и его гомологов.
м -хлорнитробензол о -хлоргидроксибензол о -гидроксиметилбензол
3-хлор-1-нитробензол 2-хлор-1-гидроксибензол 2-гидрокси-1-метилбензол
о -хлорфенол о -гидрокситолуол
п -нитрогидроксибензол 4-хлор-1,2-диметилбензол
1-нитро-4-гидроксибензол 4-хлор- о -диметилбензол
п -нитрофенол 4-хлор- о -ксилол
м -бромбензолкарбоновая к-та
м -бромбензойная к-та
3.2. » ГЕТЕРОЦИКЛИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ»
Для гетероциклических соединений допускается применение различных номенклатур. Широко используются тривиальные названия. Нумерацию в цикле начинают с гетероатома (старшинство гетероатомов определяется порядком O, S, N):
фуран пиррол тиофен пиридин
оксаиран, азиридин азаин, азин (пиридин)
4. Р АЗДЕЛ «УГЛЕВОДОРОДЫ СОДЕРЖАЩИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ГРУППЫ»
Существуют три системы названия спиртов: система ИЮПАК, карбинольная (рациональная) номенклатура и спиртовая (радикально-функциональная). При выборе основной углеводородной цепи всегда придерживаются правила, что функциональная группа должна входить в основную (главную) цепь, а нумерация ведется с того края цепи, к которому ближе находится функциональная группа.
Согласно системе ИЮПАК спирты рассматриваются как производные углеводородов, образованные замещением атомов водорода в углеводородным молекулах гидроксильной группой (—OH). Для составления названия предельных одноатомных спиртов в названии соответствующего углеводорода заменяют суффикс» –АН » на суффикс » –ОЛ «:
СН3ОН С2Н5ОН С4Н9ОН
метан ол этан ол бутан ол
Многие спирты имеют тривиальные названия, например: древесный спирт, медицинский спирт, винный спирт, мирициловый спирт, фитол и т.д.
По рациональной (карбинольной) номенклатуре одноатомные спирты рассматривают как производные простейшего – метилового спирта (СН3ОН), или, как его иначе называют, — КАРБИНОЛ. В названии перечисляют все радикалы, связанные с углеводородом спиртовой группы (обычно в порядке возрастания их сложности), и добавляют окончание –карбинол. Например:
По радикально-функциональной (спиртовой) номенклатуре названия спиртов составляют из названия соответствующего углеводородного радикала и следующего за ним слова “спирт”. Например:
метиловый спирт этиловый спирт бутиловый спирт
1. В ответе перечисляем через знак «+» только продукты реакции с коэффициентами. Левую часть реакции писать не нужно. Например:
10 уксусная кислота + 4 K2SO4 + 8 MnSO4 + 12 вода
2. Ответ должен учитывать только те реагенты, которые указаны в задаче, нельзя «брать» дополнительные реагенты. Например, если уравнение в задаче «CH3CHO + KMnO4», требуется дописать уравнение окисления именно в нейтральной среде, а не в кислой. Если без дополнительного реагента реакция не идет, пишем в ответ «не идет».
Исключение: если в задаче один из реагентов дан в растворе (индекс «p-р»), в уравнении реакции может дополнительно участвовать вода.
3. Ответ должен учитывать условия реакции и формы реагента, если они есть. Если при данных условиях реакция не идет, в ответ пишем «не идет».
4. Если у реагентов нет коэффициентов, вы должны сами выбрать, в каком молярном соотношении могут вступить друг с другом эти реагенты в данных условиях, и в соответствии с этим уравнять реакцию. Например, в задаче «C6H5OH + Cl2» допустимо как моно-хлорпроизводное, так и конечный продукт. Если один из реагентов имеет коэффициент, его необходимо учесть, задача «C6H5OH + 1Cl2» означает, что требуется именно моно-хлорпроизводное. Если в уравнении коэффициент одного из реагентов указан, а у другого реагента нет — значит у него подразумевается коэффициент 1.
5. Вещества можно записывать систематическими или тривиальными названиями, а также формулой. Но название должно быть однозначным, например, ответ «хлорид железа» не будет засчитан, т.к. неясно, это FeCl2 или FeCl3. Метилгексан тоже не будет засчитан, т.к. неоднозначен локант, а вот метилбутан — ок.
6. Если реакция дает нестехиометрическую смесь продуктов, в ответе следует писать преобладающий продукт. Если при данных условиях преобладающий продукт неоднозначен (или это выходит за рамки школы) система примет любой допустимый вариант ответа.
7. Коэффициенты и знаки «+» можно отделять пробелами или не отделять, как вам удобнее. Но если название содержит радикал, стоит отделять коэффициент пробелом, чтобы система не спутала коэффициент с локантом и забытым дефисом.
8. Коэффициенты в уравнении должны быть сокращены, но сокращать нужно лишь на общий множитель во всем уравнении. Нельзя сокращать общий множитель коэффициентов в правой части уравнения, если левая при этом окажется дробной. Коэффициент 1 писать не надо.
9. Порядок перечисления продуктов на ваше усмотрение.
10. Во время решения задачи можно пользоваться только химическими таблицами, справочником и графическим редактором. Если во время решения задачи вы сделаете запрос на любое вещество или реакцию, а потом отправите ответ, ваш рейтинг участника не будет повышен.
Основы классификации и номенклатуры органических соединений
В основу научной классификации и номенклатуры органических соединений положены принципы теории химического строения А. М. Бутлерова.
Все органические соединения подразделяют на следующие основные ряды:
I. Ациклические соединения — с открытой цепью углеродных атомов (их называют также алифатическими соединениями, или соединениями жирного ряда):
1. Предельные (насыщенные).
2. Непредельные (ненасыщенные).
II. Циклические соединения — с замкнутой в кольцо цепью атомов.
1. Карбоциклические (изоциклические),— в кольцевую систему которых входят только углеродные атомы:
а) алициклические (предельные и непредельные), б) ароматические.
2. Гетероциклические соединения — в их кольцевую систему, кроме углеродных атомов, входят атомы других элементов — гетероатомы (кислород, азот, сера и т. д.).
В рядах ациклических и карбоциклических соединений основными классами являются углеводороды.
В основе гетероциклических соединений лежат гетероциклы, в которых атомы, образующие кольцо, соединены только с атомами водорода.
В предельных (насыщенных) углеводородах атомы углерода соединены друг с другом простыми (ординарными) связями С—С. В непредельных (ненасыщенных) углеводородах имеются одна или несколько пар углеродных атомов, соединенных кратными — двойными С = С или тройными С ≡ С связями.
Углеводороды с двойными или тройными связями могут быть образованы путем отнятия 2, 4, 6 и более атомов водорода от пар смежных углеродных атомов в предельных углеводородах; при этом получаются непредельные углеводороды, содержащие соответственно двойную, тройную, две двойные и т. д. связи. При отнятии же двух и более атомов водорода от несмежных углеродных атомов из предельных ациклических углеводородов могут быть получены циклические углеводороды.
Таким образом, все другие углеводороды можно рассматривать как производные предельных ациклических углеводородов.
Несколько кратных связей могут иметь различное взаимное расположение в углеродной цепи. Например, различают кумулированные С = С = С, сопряженные (или конъюгированные) С = С—С = С и изолированные (или уединенные) С = С—(СН2)п—С = С двойные связи.
Углеводороды различных классов образуют так называемые гомологические ряды, в которых каждый последующий углеводород отличается от предыдущего члена ряда на гомологическую разность СН2. Состав любого члена гомологического ряда выражается общей для данного ряда эмпирической формулой. Например, состав ациклических предельных углеводородов может быть представлен формулой СnН2n+2, непредельных — с одной двойной связью CnH2n, — с одной тройной или с двумя двойными связями СnН2n – 2 и т. д. Например:
Названия гомологических рядов углеводородов иногда производят от названий их простейших членов, например: углеводороды ряда метана, углеводороды ряда этилена (этиленовые углеводороды), углеводороды ряда ацетилена (ацетиленовые углеводороды).
При замещении в углеводородах того или иного гомологического ряда одного или нескольких атомов водорода отдельными атомами или группами (например, галогенами, группами —NO2, —ОН, —NH2 и т. д.) образуются гомологические ряды, соответственно, галогенпроизводных, нитросоединений, спиртов, аминов и т. д. Таким образом, все другие классы органических соединений того или иного ряда являются производными углеводородов.
Для наименования отдельных органических соединений широкое распространение получили тривиальные названия, рациональная, Женевская (1892 г.) и Льежская (1930 г.) номенклатуры. Среди них наиболее строгой с точки зрения единого принципа наименования органических соединений и однозначности их названий (особенно для ациклических соединений) является Женевская номенклатура. К сожалению, она в свое время не была разработана полностью и не может быть использована как единственная при наименовании очень многих сложных органических соединений.
В 1947 г. на совещании Международного союза чистой и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry — сокращенно IUPAC), состоявшемся в Лондоне, было принято решение о пересмотре существовавших правил номенклатуры органических соединений и о выработке новых международных правил. Созданная комиссия выработала правила, которые в 1957 г. были опубликованы под названием Правила номенклатуры органических соединений IUPAC 1957.
В СССР А. П. Терентьевым с сотрудниками (1951 г.) была предложена систематическая номенклатура, основанная на строгом едином принципе и позволяющая однозначно называть любое органическое соединение. Однако эта номенклатура, вследствие довольно значительного отличия от обычных привычных химикам названий, не является общепринятой.
Ниже дана краткая характеристика различных номенклатурных систем.
Тривиальные названия не вытекают из каких-либо единых систематических принципов номенклатуры; они не выражают строения соединения и обычно отражают историю, происхождение веществ, выделение их из природных продуктов, путь синтеза и т. п. (например, рудничный газ, муравьиная кислота, винный спирт, бензол, ванилин, стрептоцид). Многие соединения названы по имени ученого, открывшего их (кетон Михлера, углеводород Чичибабина и т. п.). Однако и некоторые тривиальные названия приведены в известную систему. Так, в ряду метана все названия углеводородов, начиная от C5, являются систематическими — корни их производятся от греческих числительных, и все они имеют общее окончание -ан (пентан, гексан, гептан) и т. д.; названия же первых четырех представителей этого ряда (метан, этан, пропан, бутан) — тривиальные, так как корни их не образованы по какой-либо системе, однако и эти названия имеют общее для ряда метана окончание -ан. Такие названия по номенклатуре IUPAC обозначаются как полутривиальные или полусистематические (semi-trivial и semi-sistematic).
Рациональная и другие упомянутые номенклатуры построены на принципах научной систематики органических соединений: название соединения должно отражать его химическое строение.
По рациональной номенклатуре за основу наименования органического соединения обычно принимают название наиболее простого (чаще всего первого) члена данного гомологического ряда. Все остальные соединения рассматривают как производные этого простейшего гомолога, образованные замещением в нем атомов водорода углеводородными или иными радикалами, атомами или атомными группами.
По Женевской номенклатуре основой (корнем) названия органического соединения является название нормального углеводорода, содержащего то же число атомов углерода, что и наиболее длинная углеродная цепь в называемом соединении. Приставки (префиксы) и окончания (суффиксы) показывают наличие в этой главной цепи боковых цепей (углеводородных радикалов), функциональных групп, нефункциональных заместителей и кратных связей; при этом цифрами обозначают положение боковых цепей, групп или кратных связей в главной углеродной цепи, а греческими (иногда латинскими) числительными — число одинаковых замещающих групп или кратных связей.
Порядок перечисления в общем женевском названии соединения названий и обозначений всех этих групп и кратных связей определяется их условным старшинством по отношению друг к другу. Названия углеводородных радикалов помещают перед корнем слова (т. е. перед названием главной цепи), а обозначения кратных связей — после корня.
К нефункциональным заместителям относят галогены, нитрозо-(—NO), нитро-(—NO2), азидо-(—N3) группы; они не содержат атомов водорода; их обозначения в женевском названии помещают перед названиями азотсодержащих функциональных групп или перед названиями радикалов, а если эти последние отсутствуют — перед корнем слова.
В общем названии соединения вначале указываются младшие, затем старшие группы.
Нумерация углеродных атомов в главной цепи соединения определяется также условным старшинством замещающих групп или кратных связей и их расположением по отношению к одному или другому концу этой цепи. При этом углеводородные радикалы являются старшими по отношению к кратным связям и к другим заместителям (при одинаковом положении двух радикалов по отношению к концам главной цепи старшим является радикал с меньшим числом углеродных атомов). Таким образом, в продуктах замещения углеводородов сохраняется нумерация, принятая для углеводородов.
Ниже приведена схема построения женевского названия сложного органического соединения ациклического ряда, предложенная А. П. Терентьевым (1951 г.).
1. Цифры II—VI обозначают уменьшение старшинства групп при определении начала нумерации цепи. Например, если есть углеводородные радикалы (II) и кратные связи (III) — начало нумерации цепи определяется более старшими группами — радикалами; кислородсодержащие группы (IV) старше азотсодержащих групп (V) и т. д.
2. Внутри разделов, обозначенных цифрами II—VI, начало нумерации определяется любой группой данного раздела, стоящей ближе к концу цепи. Если же группы данного раздела расположены симметрично, т. е. на равных расстояниях от концов цепи, начало нумерации определяет старшая группа. Возрастание старшинства в каждом разделе указано стрелками. Например, при симметричном расположении спиртовой и кетонной групп начало нумерации определяет старшая — кетонная группа.
3. В разделе IV каждая серусодержащая группа старше соответствующей кислородсодержащей группы.
По Льежской номенклатуре за основу названия, так же как и по Женевской номенклатуре, принимается самая длинная углеродная цепь, но допускаются и отклонения от этого правила: если боковые радикалы в этой самой длинной цепи оказываются сложными, за основу названия может быть выбрана и более короткая цепь так, чтобы боковые радикалы оказались более простыми.
Главная углеродная цепь, согласно Льежской номенклатуре, должна включать функциональную группу, даже если эта цепь и не является самой длинной; если функциональных групп несколько, главную цепь выбирают так, чтобы в ней оказалось наибольшее число функциональных групп. Аналогично в главную цепь включаются и кратные связи. В то же время карбоксильную группу по Льежской номенклатуре иногда рассматривают как замещающую функциональную группу, тогда как по Женевской номенклатуре углерод карбоксильной группы должен быть включен в счет атомов углерода цепи. Начало нумерации определяет прежде всего функциональная группа, затем двойные и тройные связи и в последнюю очередь атомы и радикалы, обозначаемые приставками (отличие от Женевской номенклатуры). При наличии нескольких функциональных групп начало нумерации определяет главная функция (например, в оксиальдегидах — альдегидная группа; в оксикислотах — карбоксильная группа).
Номенклатура IUPAC 1957. Новые правила, разработанные комиссией IUPAC по номенклатуре органических соединений в период с 1947 по 1957 гг., состоят из разделов: А. Номенклатура углеводородов (ациклических, циклических, терпенов); В. Номенклатура основных гетероциклических систем.
Правила IUPAC 1957 являются развитием и упорядочением в основном Льежской номенклатуры.
За основу ациклических соединений принимается обязательно самая длинная углеродная цепь, но при этом подробно разработана номенклатура боковых цепей — нормальных и разветвленных — и установлено старшинство радикалов при перечислении их в названии и при определении порядка нумерации атомов главной цепи или цикла. Официально введены наиболее употребительные тривиальные и полутривиальные названия многих соединений, принимаемых за основу, а также радикалов.
В 1963 г. опубликован предварительный текст продолжения правил IUPAC, раздел С, в который входит номенклатура соединений, содержащих функциональные группы, и номенклатура функциональных производных. Правила регламентируют выбор главной функции и предлагают ряд способов наименования для каждого типа соединений. См. International Union of Pure and Applied Chemistry. Tentative Rules for Nomenclature of Organic Chemistry, Section C. London Butterworths Scientific Publications, 1963.
Ниже приведены официальные тексты правил Женевской и Льежской номенклатур, а также правил IUPAC 1957.
Предварительно даны используемые в различных номенклатурных системах названия важнейших радикалов и атомных групп, сокращения, приставки и окончания, а также греческие (и некоторые латинские) числительные и буквы греческого алфавита.
Приведены некоторые дополнительные сведения о способах наименования органических соединений различных классов, которые используются в практике наряду с правилами указанных выше номенклатур, а также сведения о названиях по старой рациональной номенклатуре.
Тривиальные и систематические названия некоторых радикалов и атомных групп по различным номенклатурным системам
Углеводороды с двойной и тройной и с двумя тройными связями (алкенины и алкадиины)
Винилацетилен СН2=СН—С≡СН, получаемый полимеризацией ацетилена, является простейшим углеводородом, содержащим одновременно этиленовую и ацетиленовую связи. Это — газообразное вещество с острым сладковатым запахом, легко сгущающееся в бесцветную жидкость с т. кип. около 5° С и относительной плотностью 0,705 (при 0° С). Винилацетилен дает характерные для ацетиленовых углеводородов соединения с серебром и одновалентной медью. При повышенной температуре он легко полимеризуется. Винилацетилен легко присоединяет бром и галоидоводороды. При присоединении одной молекулы хлористого водорода получается 2-хлорбутадиен-1,3, названный хлоропреном.
Винилацетилен легко конденсируется с кетонами под влиянием едкого кали, давая винилацетиленовые спирты (И. Н. Назаров) :
Они могут полимеризоваться, превращаясь при этом в твердые стекловидные продукты, обладающие свойством очень прочно склеивать самые разнообразные материалы, вплоть до металлов (карбинольный клей).
Эти спирты (винилэтинилкарбинолы), как показали работы И. Н. Назарова, способны к целому ряду интересных превращений. Например, при действии разбавленной серной кислоты они превращаются в дивинилацетилены
а под влиянием солей ртути изомеризуются в дивинилкетоны:
Дивинилкетоны могут служить исходными веществами для дальнейших синтезов ряда циклических и гетероциклических соединений, вплоть до сложнейших природных соединений, близких к стероидам и алкалоидам.
3.1. — Ненасыщенные неразветвленные углеводороды с одной двойной связью называют, заменяя окончание -ан в названии соответствующего насыщенного углеводорода окончанием -ен. Наличие двух или более двойных связей обозначают окончаниями -адиен, -атриен и т. д. Родовые названия углеводородов (разветвленных и неразветвленных) с одной, двумя, тремя и т. д. двойными связами — алкены, алкадиены, алкатриены и т. д. Цепи нумеруют так, чтобы положения двойных связей обозначались наиболее низкими номерами. Примеры:
3.2. — Ненасыщенные неразветвленные ациклические углеводороды с одной тройной связью называют, заменяя окончание -ан в названии соответствующего насыщенного углеводорода окончанием -ин. Наличие двух или более тройных связей обозначают окончаниями -адиин, -атриин и т. д. Родовые названия углеводородов (как разветвленных, так и неразветвленных) с одной, двумя, тремя и т. д. тройными связями — алкины, алкадиины, алкатриины и т. д. Цепь нумеруют так, чтобы положения тройных связей обозначались наиболее низкими номерами.
Название ацетилен для НС≡СН сохраняется.
3.3. — Ненасыщенные неразветвленные ациклические углеводороды, имеющие как двойные, так и тройные связи, называют, заменяя в названии соответствующего насыщенного углеводорода окончание -ан окончаниями -енин, -адиенин, -атриенин, -ендиин и т. д. Двойные и тройные связи должны получить возможно более низкие номера, даже если при этом -ин получит меньший номер чем -ен. Если же при нумерации возможен выбор, наименьшими номерами следует обозначить двойные связи.
3.4. — Ненасыщенные разветвленные ациклические углеводороды рассматривают как производные неразветвленных углеводородов, содержащих максимальное число двойных и тройных связей. Если при выборе цепи с максимальным числом ненасыщенных связей имеется несколько возможностей, —
выбирают цепь с наибольшим числом атомов углерода;
если в нескольких цепях число атомов углерода одинаково, выбирают цепь с максимальным числом двойных связей. В остальном поступают так же, как при наименовании насыщенных разветвленных ациклических углеводородов.
Цепь нумеруют таким образом, чтобы положение двойных и тройных связей было обозначено наименьшими номерами в соответствии с правилом А—3.3.
Название изопрен сохраняется только для незамещенного соединения:
3.5. — Названия одновалентных радикалов, полученных из ненасыщенных ациклических углеводородов, имеют окончания -енил, -инил, -диенил и т. д., причем, если необходимо, указывают положение двойных связей. Атом углерода со свободной валентностью обозначают номером 1,
Как исключения, сохраняются следующие названия:
3.6. — В качестве основной цепи в радикале выбирают ту, которая содержит:
максимальное число двойных и тройных связей;
максимальное число атомов углерода и
максимальное число двойных связей.
