СТАРШИНСТВО ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ГРУПП В ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 26 января 2022 года; проверки требуют 25 правок.

Метан, CH4; одно из простейших органических веществ

С развитием химической науки и появлением большого числа новых химических соединений все более возрастала необходимость в разработке и принятии понятной ученым всего мира системы их наименования, т.е. номенклатуры. Далее приведем обзор oсновных номенклатур органических соединений.

В истоках развития oрганической химии новым сoединениям приписывали тривиальные названия, т.е. названия сложившиеся исторически и нередко связанные со способом их получения, внешним видом и даже вкусом и т.п. Такая номенклатура органических соединений называется тривиальной. В таблице ниже приведены некоторые из соединений, сохранивших свои названия и в нынешние дни.

Предмет органической химии включает следующие цели, экспериментальные методы и теоретические представления:

С расширением списка органических соединений, возникла необходимость связывать их название со строением. Базой рациональной номенклатуры органических соединений является наименование простейшего органического соединения. Например:

Однако, более сложным органическим соединениям невозможно приписать названия подобным способом. В этом случае следует называть соединения согласно правилам систематической номенклатуры ИЮПАК.

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 24 мая 2020 года; проверки требуют 15 правок.

Бензил ацетат имеет эфирную функциональную группу (показано ), ацетильную группу () и бензильную группу ().

Функциональные группы, входящие в состав различных молекул, обычно ведут себя одинаково в одной и той же химической реакции, хотя их химическая активность может быть различной.

Органические
соединения наиболее часто классифицируются
по двум критериям — по строению углеродного
скелета молекулы или по наличию в
молекуле органического соединения
функциональной группы.

Классификацию
органических молекул по строению
углеродного скелета можно представить
в виде схемы:

Ациклические
соединения – это соединения с незамкнутой
углеродной цепью. Их основу составляют
алифатические соединения (от греческого
aleiphatos
– масло,
жир, смола)
– углеводороды
и их производные, углеродные атомы
которых связаны между собой в открытые
неразветвленные или разветвленные
цепи.

Циклические
соединения – это соединения, содержащие
замкнутую цепь. Карбоциклические
соединения в составе цикла содержат
только атомы углерода, гетероциклические
в составе цикла, кроме атомов углерода,
содержат один или несколько гетероатомов
(атомы N,O,S
и др.).

В
зависимости от природы функциональной
группы производные углеводородов делят
на классы органических соединений.
Функциональная
группа
– это атом или группа атомов, как правило,
неуглеводородного характера, которые
определяют типичные химические свойства
соединения и его принадлежность к
определенному классу органических
соединений. В качестве функциональной
группы у ненасыщенных молекул выступают
двойные или тройные связи.

Составление
названия органического соединения по
номенклатуре ИЮПАК производят в описанной
ниже последовательности.

Основу названия
молекулы составляет главная цепь. Ее
находят по следующим признакам:

1 В ней должны
содержаться функциональные
группы (–ОН,
–СООН, и т.д.).

2 Из функциональных
групп выбирают старшую. Правилами ИЮПАК
принят определенный порядок старшинства
групп (табл.1). Функциональные группы
могут обозначаться приставками
(префиксами) или суффиксами. Эта старшая
группа (и только она) будет обозначаться
суффиксом. Остальные группы обозначаются
приставками (префиксами).

3 Старшая группа
определяет порядок нумерации атомов
углеродной цепи — атом углерода главной
цепи, несущий старшую функциональную
группу, получает наименьший возможный
номер, т.е. нумерация начинается от того
конца цепи, к которому ближе старшая
группа.

4 Если возможен
выбор между равноправными цепями,
предпочтение отдается более ненасыщенной,
а при возможности выбора между цепями,
преимущество будет за более длинной
углеродной цепью.

5 Главную цепь
нумеруют от конца, к которому ближе
старшая группа, если функциональных
групп нет – от кратной связи; если цепь
насыщенная – от конца, где ближе
расположены алкильные группы.

6 Главную цепь
называют (корень – название нормального
углеводорода с самой длинной цепью
углеродных атомов), добавляя окончание
(суффикс) для старшей группы, а остальные
заместители обозначают приставками в
алфавитном порядке с указанием
соответствующего номера атома углерода
главной цепи к которому присоединен
заместитель. Наконец, соответствующими
суффиксами (перед суффиксом старшей
группы) обозначают кратные связи –
сначала двойные (–ен), затем тройные
(–ин) – с соответствующей нумерацией.
При необходимости используют префиксы,
указывающие на кратность заместителей
(групп): моно–, ди–, три–, тетра–, пента–,
гекса–, гепта–, окта– и т.д.

1. 3,7-
диметилоктадиен-2, 6-аль (цитраль)

— входит в
состав препарата, применяемого

для лечения
заболевания глаз.

участник
обменных процессов в организме.

Старшая
харак-теристическая гру-ппа: – овая
кислота

Родоначальная
структура – глав-ная углеродная цепь:
бутан

3.
2–амино–3–меркапто–3–метилбутановая
кислота (пеницилламин)
– антидот, применяемый при отравлениях
соединениями тяжелых металлов.

Старшая
характе–ристическая группа: –овая
кислота

Родоначальная
стру–ктура – главная углеродная цепь:
бутан

4. 2-изопропил-
5-метилциклогексанол-1 (ментол)
— компонент препарата валидол.

Родоначальная
структура: карбо-цикл – циклогек-сан

Старшая
характе-ристическая групп-па : ОЛ

Систематическая номенклатура ИЮПАК

ИЮПАК (IUPAC) — Международный союз теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry).

В данном случае, называя соединения,  следует учитывать местоположение атомов углерода в молекуле и структурных элементов. Наиболее часто применяемой является заместительная номенклатура органических соединений, т.е. выделяется базовая основа молекулы, в которой атомы водорода замещены на какие-либо структурные звенья или атомы.

Прежде чем приступить к построению названий соединений, советуем выучить наименования числовых приставок, корней и суффиксов используемых в номенклатуре ИЮПАК.

А также названия функциональных групп:

Для обозначения числа кратных связей и функциональных групп пользуются числительными:

Далее приведены наименования радикалов:

Предельные углеводородные радикалы

Определить все присутствующие функциональные группы и их старшинство

Определить наличие кратных связей

Карбоциклические соединения нумеруют начиная со связанного со старшей характеристической группой атома углерода. При наличии двух и более заместителей цепь стараются пронумеровать так, чтобы заместителям принадлежали минимальные номера.

— Определить основу названия соединения, составляющего корень слова, который обозначает предельный углеводород с тем же количеством атомов, что и главная цепь.

— После основы названия следует суффикс, показывающий степень насыщенности и количество кратных связей. Например, — тетраен, — диен. При отсутствии кратных связей используют суффикс – ск.

— Далее арабскими цифрами показывают местоположение кратных связей. Например, гексин – 2.

— Затем, также в суффикс добавляется наименование самой старшей функциональной группы.

— После следует перечисление заместителей в алфавитном порядке с указанием их местоположения арабской цифрой. Например, — 5-изобутил, — 3-фтор. При наличии нескольких одинаковых заместителей указывают их количество и положение, например, 2,5 – дибром-, 1,4,8-тримети-.

Следует учесть, что цифры отделяются от слов дефисом, а между собой – запятыми.

В качестве примера дадим название следующему соединению:

1. Выбираем главную цепь, в состав которой обязательно входит старшая группа – СООН.

Определяем другие функциональные группы: — ОН, — Сl, — SH, — NH2.

Кратных связей нет.

2. Нумеруем главную цепь, начиная со старшей группы.

3. Число атомов в главной цепи – 12. Основа названия – метиловый эфир додекановой кислоты.

Далее обозначаем и называем все функциональные группы в алфавитном порядке:

10-амино-6-гидрокси -7-хлоро-9-сульфанил-метиловыйэфир додекановой кислоты.

Еще несколько заданий по номенклатуре органических соединений приведены в разделе Задачи к разделу изомерия и номенклатура органических соединений

Номенклатура оптических изомеров

В основе D,L-номенклатуры органических соединений лежат проекции Фишера:

Например, представленная ниже винная кислота имеет D — конфигурацию по оксикислотному ключу:

Обозначение конфигурации сахара и направление вращения аналогично конфигурации глицеринового альдегида, т.е.  D – конфигурации соответствует расположение гидроксильной группы расположена справа, L – конфигурации – слева.

Так, например, ниже представлена D-глюкоза.

2) R -, S-номенклатура (номенклатура Кана, Ингольда и Прелога)

В данном случае заместители при асимметрическом атоме углерода располагаются по старшинству. Оптических изомеры имеют обозначения R и S, а рацемат — RS.

Для описания конфигурации соединения в соответствии с R,S-номенклатурой поступают следующим образом:

В таблице ниже приведен перечень заместителей, расположенных в порядке возрастания их старшинства:

Строение органического вещества

Майтотоксин, сложный органический биологический токсин.

Молекулярные модели кофеина.

Синтез осельтамивира (Тамифлю), разработанного Э. Дж. Кори. Этот синтез включает 11 различных реакций.

Свойства органических веществ определяются не только строением их молекул, но и числом и характером их взаимодействий с соседними молекулами, а также взаимным пространственным расположением. Наиболее ярко эти факторы проявляются в различии свойств веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях. Так, вещества, легко взаимодействующие в виде газа, могут совершенно не реагировать в твёрдом состоянии, или их реакция может приводить к другим продуктам.

В твёрдых органических веществах, в которых наиболее ярко проявляются эти факторы, различают органические кристаллы и аморфные тела. Их описанием занимается наука «химия органического твёрдого тела», основание которой связывают с именем советского физика-кристаллографа А. И. Китайгородского. Примеры полезных органических твёрдых тел — органические люминофоры, разнообразные полимеры, сенсоры, катализаторы, электропроводки, магниты и другие.

Название органические вещества появилось на ранней стадии развития химии во времена господства виталистических воззрений, продолжавших традицию Аристотеля и Плиния Старшего о разделении мира на живое и неживое. В 1807 году шведский химик Якоб Берцелиус предложил назвать вещества, получаемые из организмов, органическими, а науку, изучающую их, — органической химией. Считалось, что для синтеза органических веществ необходима особая «жизненная сила» (лат. ), присущая только живому, и поэтому синтез органических веществ из неорганических невозможен. Это представление было опровергнуто Фридрихом Вёлером, учеником Берцелиуса, в 1829 году путём синтеза «органической» мочевины из «минерального» цианата аммония, однако деление веществ на органические и неорганические сохранилось в химической терминологии и по сей день.

Количество известных органических соединений составляет более 186 млн. Таким образом, органические соединения — самый обширный класс химических соединений. Многообразие органических соединений связано с уникальным свойством углерода образовывать цепочки из атомов, что в свою очередь обусловлено высокой стабильностью (то есть энергией) углерод-углеродной связи. Связь углерод-углерод может быть как одинарной, так и кратной — двойной, тройной. При увеличении кратности углерод-углеродной связи возрастает её энергия, то есть стабильность, а длина уменьшается. Высшая валентность углерода — 4, а также возможность образовывать кратные связи, позволяет образовывать структуры различной размерности (линейные, плоские, объёмные).

В настоящее время существует несколько методов характеристики органических соединений:

1 Предельные, насыщенные углеводороды (алканы)

Для громадного
числа соединений, названия которых
построены по номенклатуре ИЮПАК,
родоначальными являются углеводороды
(таблица 3). Первые четыре соединения
этого ряда имеют полусистематические
названия: метан, этан, пропан, бутан,
названия последующих соединений этого
ряда построены из корня, числительного
суффикса «–ан», который свидетельствует
о том, что все связи насыщены.

Такие углеводороды
называются нормальными или неразветвленными.

Названия ацикличных,
насыщенных (предельных) углеводородов
с прямой цепью и число их возможных
изомеров

Разветвленные
насыщенные углеводороды называют по
имеющейся в формуле углеводорода самой
длинной углеродной цепи, добавляя в
качестве приставки название боковой
цепи. Самую длинную углеродную цепь
нумеруют, причем направление нумерации
выбирают так, чтобы цифры, указывающие
положение боковых цепей, были наименьшими:

Наличие нескольких
одинаковых радикалов обозначается
соответствующей умножающей приставкой:
ди-, три-, тетра-, пента-, и т.д.

Если в алкане
имеется несколько различающихся по
сложности боковых цепей, то в названии
их перечисляют в алфавитном порядке.
Приставки ди–, три– и т.д. при определении
алфавитного порядка во внимание не
принимаются.

Допускается
перечисление названия боковых цепей в
порядке возрастания их сложности.
Вышеназванное соединение можно назвать:
2,5-диметил-4-этил-5-изопропилнонан.

Если в насыщенном
разветвленном ациклическом углеводороде
имеются цепи равной длины, то в качестве
главной цепи выбирают наиболее
разветвлённую.

Примеры функциональных групп

Известно более 100 функциональных групп.

Молекулы, в состав которых входит больше чем одна функциональныая группа называются полифункциональными.

При построении названия органического соединения, согласно номенклатуре ИЮПАК, отталкиваются от наличия в данном соединении функциональных групп.

Основные классы органических соединений биологического происхождения — белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты — содержат, помимо углерода, преимущественно водород, азот, кислород, серу и фосфор. Именно поэтому «классические» органические соединения содержат прежде всего водород, кислород, азот и серу — несмотря на то, что элементами, составляющими органические соединения, помимо углерода могут быть практически любые элементы.

Соединения углерода с другими элементами составляют особый класс органических соединений — элементоорганические соединения. Металлоорганические соединения содержат связь металл-углерод и составляют обширный подкласс элементоорганических соединений.

Классификация органических соединений

Уксусная кислота. Семейство карбоновых кислот содержит карбоксильную (-COOH) функциональную группу.

Правила и особенности классификации

В основе классификации лежит структура органических соединений. Основа описания структуры — структурная формула. Атомы элементов обозначаются латинскими символами, как они обозначены в периодической таблице химических элементов (таблице Менделеева). Водородные и электронодефицитные связи обозначаются пунктирной линией, ионные связи обозначаются указанием зарядов частиц, входящих в состав молекулы. Поскольку в подавляющее большинство органических молекул входит водород, его обычно не обозначают при изображении структуры. Таким образом, если в структуре у одного из атомов изображена недостаточная валентность, значит, возле этого атома расположен один или несколько атомов водорода.

Атомы могут образовывать циклические и ароматические системы.

Основные классы органических соединений

Бензол — одно из самых простых и стабильных ароматических соединений.

Некоторые авторы не относят к функциональным группам такие структурные единицы как ароматические системы, сопряжённые связи и прочее. Однако согласно определению, приведенному выше, которое используется большинством авторов химической литературы, такие группы также можно причислять к функциональным группам, так как они в большой мере определяют химические свойства веществ.

В литературе можно встретить похожее понятие радикал или углеводородный радикал (не путать с понятием свободный радикал), чаще всего используемый для обозначения углеводородных заместителей в органической молекуле. Однако многие ученые не акцентируют внимание на различиях понятий углеводородный радикал и функциональная группа и используют оба понятия параллельно. Хотя это и достаточно близкие понятия, путать их не следует.

Особое внимание надо обратить на использование этих терминов в контексте ароматических фрагментов молекул. В таких случаях, если речь идёт о химической реакции с учётом ароматического фрагмента, то его следует называть функциональной группой, а если о фрагменте молекулы, который проявляет некий мезомерный или индуктивный эффект в молекуле, то его следует называть углеводородным радикалом.

• Гауптман З., Грефе Ю., Ремане Х., «Органическая химия». Москва, «Химия», 1979.
• Моррисон Р., Бойд Р., «Органическая химия». Москва, «Мир», 1974.
• Clayden J., Greeves N., Warren S., Wothers P. Organic Chemistry. — Oxford University Press, 2012.

Определение состава и строения органических соединений

Важнейшей задачей органической химии является установление состава и строения (порядка связывания атомов между собой и их расположения в пространстве) органических соединений.

Существует несколько методов решения этих задач:

Использование комбинации этих методов ЯМР позволяет комплексно решать задачу установления структуры органических соединений

Полный синтез витамина B12 являлся крупным достижением органической химии.

Способы получения различных органических веществ были известны ещё в древности. Египтяне и римляне использовали красители индиго и ализарин, содержащиеся в растительных веществах. Многие народы знали секреты производства спиртных напитков и уксуса из сахара и крахмалсодержащего сырья.

В 1931 г. Хюккель применил квантовую теорию для объяснения свойств альтернативных ароматических углеродов, чем основал новое направление в органической химии — квантовую химию. В 1933 г. Ингольд провёл изучение кинетики реакции замещения у насыщенного атома углерода, что привело к масштабному изучению кинетики большинства типов органических реакций.

На заре органической химии предметом изучения были преимущественно субстанции биологического происхождения, которым органическая химия обязана своим названием. Научно-технический прогресс не стоял на месте, и в конце XIX века основной материальной базой органической химии стала каменноугольная смола, выделяемая при получении кокса прокаливанием каменного угля. Именно на основе переработки каменноугольной смолы возник основной органический синтез и связанная с ним химическая технология. В 50—60 годах XX века произошёл переход основного органического синтеза на новую материальную базу — нефть. Таким образом, появилась новая область химии — нефтехимия, которая вызвала бум в органической химии и определила интенсивное развитие новой области – химии полимеров.

Таблица функциональных групп

Известно множество других функциональных групп из этой категории, носящих специфические названия, например: изопропил, трет-бутил и т.д.

Функциональные группы, содержащие кислород

Эфирная группа (R1-O-R2) — простые эфиры (ethers) — два углеводородных радикала, соединенные через атом кислорода

Карбонильная группа (R1-C(O)-R2)

Альдегидная группа (H-C(O)-R1)

Карбоксильная группа (R1-С(O)-OH)

Сложноэфирная группа (R1-C(O)-O-R2) — сложные эфиры (esters) — продукты реакции этерификации между карбоновой кислотой и спиртом

Функциональные группы, содержащие азот

Различные названия и изображения одного органического соединения.

Органические молекулы, в основном, образованы ковалентными неполярными связями C—C, или ковалентными полярными типа C—O, C—N, C—Hal. Согласно октетной теории Льюиса и Косселя молекула является устойчивой, если внешние орбитали всех атомов полностью заполнены. Для таких элементов как C, N, O, галогены необходимо 8 электронов, чтобы заполнить внешние валентные орбитали, для водорода необходимо только 2 электрона. Полярность объясняется смещением электронной плотности в сторону более электроотрицательного атома.

Классическая теория валентных связей не в состоянии объяснить все типы связей, существующие в органических соединениях, поэтому современная теория использует методы молекулярных орбиталей и квантово-химические методы.

(В порядке падения старшинства)

Примечание: *— (***) —
обозначается корень в названии (основная
цепь углеродных атомов);**— в
отечественной литературе окончание «
-о » в случае галогенов обычно опускается.

При необходимости в название включают
умножающие префиксы и локанты. При
наличии 2-х или более заместителей
различной природы они перечисляются в
алфавитном порядке, который
устанавливается следующим образом:

Цифры – локанты ставят перед префиксомипосле суффиксов, отделяя их от
букв дефисами. В английском и других
иностранных языках используется иной
порядок расстановки локантов.

Правила радикально – функциональной
номенклатуры. В названии соединений
по радикально – функциональной
номенклатуре используются, в общем, те
же приемы, что и в заместительной
номенклатуре, с той лишь разницей, что
никогда не используются суффиксы. Вместо
этого одним словом обозначают название
функционального класса (таблица 2.2), а
остальную часть названия — соответствующими
радикалами, которые обозначают в названии
первыми валфавитномпорядке.
Например,триметилметан,метилэтилкетон,ацетилхлорид. Если соединение
включает более одного типа функциональных
групп, то за название функционального
класса принимают группу, которая
расположена выше других в табл.2.2, все
прочие группы обозначаются префиксами,
например, гидроксиметиленметилкетон,
2-гидроксиэтилметилкетон. В
некоторых случаях к названию радикала
присоединяется соответствующее окончание
«-овый», «-овая», например, метиловый
спирт.

Таблица 2.2. Названия функциональных
классов в радикально-функциональной

номенклатуре (в
порядке падения старшинства)

Примеры построения названий соединений
по некоторым другим номенклатурам:

— по аддитивнойноменклатуре
(номенклатура присоединения) к названию
основной части молекулы добавляют
названия присоединенных к ней атомов,
например, 1,2,3,4 -тетрагидронафталин

;

— субстрактивнаяноменклатура
указывает наудаление отдельных
атомов или групп, которые обозначаются
субстрактивными префиксами в имеющихся
систематических или тривиальных
названиях, например, 6,7 –дигидроциклопентанпергидрофенантрен

;

— конъюнктивная(объединительная)
номенклатура применяется в тех случаях,
когда старшая группа связана с ациклическим
компонентом, который в свою очередь
непосредственно соединен углерод-углеродной
связью с циклическим компонентом.
Углеродные атомы боковой цепи, которая
ограничена старшей группой, обозначают
греческими буквами, начиная от старшей
группы по направлению к циклическому
компоненту. Все другие звенья цепи
рассматриваются как заместители и
обозначаются префиксами перед названием
циклического компонента, например, α,
ß-диметил-2-нафталинэтанол

.

1) 2)
3)

Существует несколько важных свойств, которые выделяют органические соединения в отдельный, ни на что не похожий класс химических соединений.

Органическая номенклатура — это система классификации и наименований органических веществ.
В настоящее время распространена номенклатура ИЮПАК.

Классификация органических соединений построена на важном принципе, согласно которому физические и химические свойства органического соединения в первом приближении определяются двумя основными критериями — строением углеродного скелета соединения и его функциональными группами.

В зависимости от природы углеродного скелета органические соединения можно разделить на ациклические и циклические. Среди ациклических соединений различают предельные и непредельные. Циклические соединения разделяются на карбоциклические (алициклические и ароматические) и гетероциклические.

Алифатические соединения — органические вещества, не содержащие в структуре ароматических систем.

Углеводороды — Алканы — Алкены — Диены или Алкадиены — Алкины — Галогенуглеводороды — Спирты — Тиолы — Простые эфиры — Альдегиды — Кетоны — Карбоновые кислоты — Сложные эфиры — Углеводы или сахара — Нафтены — Амиды — Амины — Липиды — Нитрилы

Ароматические соединения, или арены, — органические вещества, в структуру которых входит одна (или более) ароматическая циклическая система (см. Ароматичность).

Бензол — Толуол — Ксилол — Анилин — Фенол — Ацетофенон — Бензонитрил —
Галогенарены — Нафталин — Антрацен — Фенантрен — Бензпирен — Коронен — Азулен — Бифенил — Ионол

Гетероциклические соединения — вещества, в молекулярной структуре которых присутствует хотя бы один цикл с одним (или несколькими) гетероатомом.

Пиррол — Тиофен — Фуран — Пиридин

Полимеры представляют собой особый вид веществ, также известный как высокомолекулярные соединения. В их структуру обычно входят многочисленные сегменты (соединения) меньшего размера. Эти сегменты могут быть идентичны, и тогда речь идёт о гомополимере. Полимеры относятся к макромолекулам — классу веществ, состоящих из молекул очень большого размера и массы.
Полимеры могут быть органическими (полиэтилен, полипропилен, плексиглас и т. д.) или неорганическими (силикон); синтетическими (поливинилхлорид) или природными (целлюлоза, крахмал).

2 Принципы химической номенклатуры – систематическая номенклатура июпак. Заместительная и радикально-функциональная номенклатура

Номенклатура
– это система правил, позволяющая дать
однозначное название соединению. В
основе заместительной
номенклатуры
лежит выбор родоначальной структуры.
Название строится как сложное слово,
состоящее из корня (название родоначальной
структуры), суффиксов, отражающих степень
ненасыщенности, приставок и окончаний,
указывающих характер, число и положение
заместителей.

Родоначальная
структура (родовой гидрид) – это
неразветвленное ациклическое или
циклическое соединение, в структуре
которого к атомам углерода или других
элементов присоединены только атомы
водорода.

Заместитель
–
это функциональная (характеристическая)
группа или углеводородный радикал,
связанный с родоначальной структурой.

Характеристическая
группа – это
функциональная группа, связанная с
родоначальной структурой или частично
входящая в ее состав.

Главная
группа –
характеристическая группа, вводимая
при формировании названий в виде
окончания в конце названия при образовании
названий с помощью функциональных
групп.

Заместители,
связанные с родоначальной структурой,
делятся на два типа. Заместители
1-го типа
— углеводородные радикалы и неуглеводородные
характеристические группы, указываемые
в названии только в приставках.

Заместители 2-го
типа —
характеристические группы, указываемые
в названии в зависимости от старшинства
либо в приставке, либо в окончании. В
приведенной ниже таблице старшинство
заместителей убывает сверху вниз.

*- Атом углерода
функциональной группы входит в состав
родоначальной структуры.

Составление
названия органического соединения
производится в определенной
последовательности.

Название соединения
формируется по схеме:

Примеры названий
по заместительной номенклатуре ИЮПАК:

Радикально-функциональная
номенклатура
имеет ограниченное использование.
Главным образом она используется при
названии простых моно- и бифункциональных
соединений.

Если в молекуле
содержится одна функциональная группа,
то название соединения формируется из
названий углеводородного радикала и
характеристической группы:

В
случае более сложных соединений выбирают
родоначальную структуру, имеющую
тривиальное название. Расположение
заместителей, которые указываются в
приставках, производится с помощью
цифр, греческих букв или приставок
орто-, мета-, пара-.

2.3
Конформации соединений с открытой цепью

Соединения,
имеющие одинаковый качественный и
количественный состав, одинаковое
химическое строение, но отличающиеся
расположением в пространстве атомов и
групп атомов, называются стереоизомерами.
Конформация
– это пространственное расположение
атомов в молекуле в результате вращения
атомов или групп атомов вокруг одной
или нескольких ординарных связей.
Стереоизомеры, превращающиеся друг в
друга в результате вращения вокруг
ординарной связи, называются
конформационными
изомерами.
Для их изображения на плоскости чаще
всего используют стереохимические
формулы или проекционные формулы
Ньюмена.

В
стереохимических формулах связи, лежащие
в плоскости бумаги, изображают черточкой;
связи, направленные к наблюдателю,
обозначают жирным клином; связи,
расположенные за плоскостью (уходящие
от наблюдателя), обозначают заштрихованным
клином. Стереохимические формулы метана
и этана могут быть представлены следующим
образом:

Для
получения проекционных формул Ньюмена
в молекуле выбирают связь С-С, дальний
от наблюдателя атом углерода обозначается
окружностью, ближайший к наблюдателю
атом углерода и связь С-С – точкой. Три
другие связи атомов углерода на плоскости
отображаются под углом 120
друг относительно друга. Стереохимические
формулы этана можно представить в виде
проекционных формул Ньюмена следующим
образом:

Вращение относительно
ординарных связей в молекуле метана не
приводит к изменению пространственного
положения атомов в молекуле. Но в молекуле
этана в результате вращения вокруг
ординарной связи С-С изменяется
расположение в пространстве атомов,
т.е. возникают конформационные изомеры.
За минимальный угол поворота (торсионный
угол) принято считать угол 60.
Для этана, таким образом, возникают две
конформации, переходящие друг в друга
при последовательных поворотах на 60.
Эти конформации различаются по энергии.
Конформация, в которой атомы (заместители)
находятся в наиболее близком положении,
так как связи заслоняют друг друга,
называется заслоненной.
Конформация, в которой атомы (заместители)
максимально удалены друг от друга,
называется заторможенной
(анти-конформация).
Для этана разница в энергиях конформаций
невелика и равна 11,7 кДж/моль, что
сопоставимо с энергией теплового
движения молекул этана. Такая небольшая
разница в энергиях конформационных
изомеров этана не позволяет их выделить
и идентифицировать при обычной
температуре. Более высокой энергией
обладает заслоненная конформация, что
обусловлено возникновением торсионных
напряжений (напряжения Питцера) —
взаимодействий,
вызванных отталкиванием противостоящих
связей. В заторможенной конформации
связи максимально удалены и взаимодействия
между ними минимальны, что и обуславливает
минимальную энергию конформации.

У бутана при
повороте относительно связи между
вторым и третьим атомами углерода
возникает дополнительно скошенная
конформация (гош-конформация).
Кроме этого, заслоненные конформации
бутана
отличаются энергетически.

Заслоненная
(исходная) конформация бутана
характеризуется максимальной энергией,
что обусловлено наличием торсионных
и ван-дер-ваальсовых
напряжений.
Ван-дер-ваальсовы напряжения в этой
конформации возникают из-за взаимного
отталкивания объемных (в сравнении с
атомом Н) метильных групп, оказавшихся
сближенными. Такое взаимодействие
увеличивает энергию конформации, делая
ее энергетически невыгодной. При повороте
на 60
возникает скошенная
конформация, в которой нет торсионных
напряжений (связи не заслоняют друг
друга), а ван-дер-ваальсовы напряжения
существенно уменьшаются за счет отдаления
метильных групп друг от друга, поэтому
энергия гош-конформации меньше на 22
кДж/моль энергии заслоненной конформации.
При очередном повороте на 60
возникает заслоненная конформация, в
которой, однако, имеют место только
торсионные напряжения. Между атомом Н
и группой СН3
не возникают ван-дер-ваальсовы напряжения
вследствии незначительного размера
атома Н. Энергия такой конформации
меньше энергии исходной заслоненной
конформации на 7,5 кДж/моль. Очередной
поворот на 60
приводит к возникновению заторможенной
конформации, в которой нет торсионных
и ван-дер-ваальсовых напряжений, так
как связи не заслоняют друг друга, а
объемные метильные группы максимально
удалены друг от друга. Энергия заторможенной
конформации минимальна, меньше энергии
исходной заслоненой конформации на
25,5 кДж/моль, а по сравнению с энергией
скошенной конформации меньше на 3,5
кДж/моль. Последующие повороты приводят
в возникновению заслоненной, скошенной
и исходной заслоненной конформаций.
При обычных условиях большинство молекул
бутана находятся в виде смеси гош- и
анти-конформеров.

Особенности органических реакций

В неорганических реакциях обычно участвуют ионы, они проходят быстро и до конца при комнатной температуре. В органических реакциях часто происходят разрывы ковалентных связей с образованием новых. Как правило, эти процессы требуют особых условий: определённой температуры, времени реакции и часто наличия катализатора. Обычно протекает не одна, а сразу несколько реакций, поэтому выход целевого вещества зачастую не превышает 50 %. Поэтому, зачастую, при изображении органических реакций используют не уравнения, а схемы без расчёта стехиометрии.

Реакции могут протекать очень сложным образом и в несколько стадий. В качестве промежуточных соединений могут возникать карбкатионы R+, карбанионы R−, радикалы R·, карбены :CX2, катион-радикалы, анион-радикалы и другие активные или нестабильные короткоживущие частицы. Подробное описание всех превращений, происходящих на молекулярном уровне во время реакции, называется механизмом реакции.

Реакции классифицируются в зависимости от способов разрыва и образования связей и их молекулярности.