אנציקלופדיה נהדרת של נפט וגז

דף 1

הרכב תרכובות אורגניות: פחמימנים ונגזרותיהם.

ההרכב של תרכובות אורגניות, בנוסף למרכיב קבוע - פחמן, לרוב כולל אטומים של מימן, חמצן, חנקן, גופרית, ו הלוגנים.

תרכובות אורגניות כוללות: פחמן, מימן, חמצן, יחסית פחות חנקן, ואפילו יותר נדירות גופרית, הלידים, זרחן ורכיבים אחרים.

תרכובות אורגניות תמיד מכילים פחמן, כמעט כולם מכילים גם מימן. חומרים אורגניים רבים מכילים חמצן וחנקן, לעתים רחוקות הלוגנים, גופרית, זרחן.

תרכובות אורגניות תמיד מכילים פחמן; כמעט כל חומר אורגני מכיל גם מימן. תרכובות אורגניות רבות מכילים חמצן וחנקן בהרכב שלהם, הילה, גופרית, זרחן נפוצים פחות.

הרכב תרכובות אורגניות כולל בהכרח פחמן; כמעט כל חומר אורגני מכיל גם מימן. חומרים אורגניים רבים מכילים חמצן וחנקן, לעתים רחוקות יותר הם מכילים הלוגנים, גופרית, זרחן. אלמנטים אלה יוצרים קבוצה של אורגנונים, הנמצאים לרוב במולקולות של חומרים אורגניים.

תרכובות אורגניות תמיד מכילים פחמן, כמעט כולם מכילים גם מימן. חומרים אורגניים רבים מכילים חמצן וחנקן, לעתים רחוקות הלוגנים, גופרית, זרחן. אלמנטים אלה יוצרים קבוצה של אורגנונים. יחד עם זאת, בתחום הכימיה האורגנית-אלמנטית התפתח באופן נרחב.

תכונות של הרכב תרכובות אורגניות הם, כי, הראשון, (כפי שצוין לעיל), כולם מכילים פחמן, ושנית, מולקולות של תרכובות אורגניות להכיל לא אחד, לא שניים, ולעתים קרובות אטומי פחמן רבים.

זיהוי הרכב תרכובות גופרית אורגניות בשמנים הוא אחת המשימות האנליטיות הקשות ביותר. רוב תרכובות הגופרית נמצאות בשברים בינוניים וגבוהים של משקל מולקולרי של שמן, המורכב מתרכובות ארומטיות, וההפרדה שלהם מפחמימנים, כמו גם בידוד של רכיבים בודדים, קשה. במהלך עיבוד תרמי קטליטי של שמן, תרכובות גופרית עוברים טרנספורמציות מורכבות, אשר דורש טיפול רב בהערכת הרכב של תרכובות נפט טבעי.

בהרכב של תרכובות אורגניות, אטומי הלוגן מתנהגים באותה מידה כמו אטומי מימן. כל אחד מהם יכול גם ליצור קשר עם אטום אחד בלבד.

"1 מבוא כימיה אורגנית מחקרים compounds כי בהכרח מכילים את האלמנט פחמן. היוצא מן הכלל הוא רק מספר קטן של תרכובות, כגון ... "

- [עמוד 1] -

אורגני

קורס מתקדם

מבוא

כימיה אורגנית תרכובות הכוללות אלמנט

פחמן היוצא מן הכלל הוא רק מספר קטן של תרכובות, כגון חד תחמוצת הפחמן

(II) פחמן חד חמצני (IV) חומצה פחמתית ומלחים שלה, נחשב במהלך לא אורגנית

כימיה בנוסף לפחמן, הרכב תרכובות אורגניות עשוי לכלול אלמנטים: מימן, כלור, חמצן, חנקן, זרחן וכו '.

לפיכך, כימיה אורגנית היא הכימיה של תרכובות פחמן. היא בוחנת את המבנה, תכונות ויישום של תרכובות אורגניות.

חומרים אורגניים היו ידועים בימי קדם: אנשים ידעו על התסיסה של מיץ ענבים, וכתוצאה מכך נוצרו אלכוהול, הם קיבלו חומצה אצטית בעת כתיבת יין, כמה צבעים, כגון אינדיגו, מן הצמחים. כבר בימי קדם, אנשים השתמשו בחומרים אורגניים כגון שמנים, שומנים, סוכר, עמילן, שרפים, וכו '

בתקופה הראשונית של פיתוח הכימיה, לא נעשתה הבחנה בין חומרים אורגניים ואורגניים. כימיקלים באותה תקופה סווגו רק על בסיס התכונות הפיזיות שלהם. לכן, למשל, שמנים שומניים הונחו על השווי עם שמן vitriol (חומצה גופרתית).

בסוף המאה ה- XVII. החומרים חולקו לשלוש קבוצות: צמחים, בעלי חיים ומינרלים. מאוחר יותר, במיוחד בסוף המאה ה -18, החל מחקר על חומרים אורגניים.

חומצות אורגניות חשובות כגון חומצה אוקסלית, חומצת לימון, חומצה מאלית, חומצה לקטית וכו 'היו מבודדים ונחקרו מצמחים, ונבדקו תוצרי הפעילות החיוניים של אורגניזמים של בעלי חיים, לדוגמה, אוריאה וחומצת השתן נגזרו ונחקרו.

כאשר נחקרו חומרים אורגניים, נקבעו עובדות המוכיחות כי אין הבדל מהותי בין חומרים צמחיים ומקור בעלי חיים.

לדוגמה, החמצון של חומר צמחי - סוכר מתקבל חומצה פורמית - חומר ממוצא מן החי; שומנים נמצאים גם בעלי חיים וצמחים.

העובדות המצטברות הכריחו אותנו לשקול מחדש רעיונות על חומרים ממוצא צמחי ובעלי חיים ולהציג את המושג הכללי של "חומר אורגני". הכימיה המעורבת בחקר חומרים אלה נקראה אורגנית. הצעה כזו נעשתה על ידי הכימאי השוודי א. ברזליוס (1807). לדעתו וחוות דעתם של מדענים אחרים, ההפרדה בין כימיה של חומר אורגני לבין מדע נפרד מוסברת לא רק על ידי המורכבות שלהם בהשוואה לחומרים אנאורגניים (מינרליים), אלא גם על ידי העובדה, וזה העיקר, כי חומרים אורגניים נוצרים רק באורגניזמים חיים תחת השפעת "חיוני כוח ". השקפה כזו על מקורם ואופיים של חומרים אורגניים היתה מוטעית, אידיאליסטית, כי הוא זיהה את הכוח העל-טבעי של הבורא, אלוהים. הדוקטרינה של "כוח החיים" נקראה חיוניות (מלט ויטה - חיים), ותומכיה נקראו חיוניים.

הוויטאליזם הפריע להתפתחות המדע, משום שלא זיהה את האפשרות להשיג חומר אורגני מחוץ לאורגניזם חי. ההתפתחות שלאחר מכן של הכימיה האורגנית הראתה את הטעות של השקפות החיוניים.

בשנת 1824, מדען גרמני F. Wöhler, תלמיד של Berzelius, סינתזה חומצה אוקסלית - חומר של צמח מוצא - מחומר אנאורגני - גז של ציאנוגן (CN) 2.

בשנת 1828 ביצע וולר סינתזה שנייה: על ידי חימום החומר האנאורגני, אמוניום ציאניט NH4OCN, הוא השיג חומר אורגני - הם מוכרים את הפעילות החיונית של האורגניזם החייתי, אוריאה (NH2) 2CO. בשנת 1845, כימאי גרמני G. Kolbe מסונתז חומצה אצטית מחומרים אנאורגניים; בשנת 1854, הכימאי הצרפתי מ 'ברתלוט סינתז שומן; ובשנת 1861, הרוקח הרוסי א.מ. באטלררוב הצליח לסנתז חומר ממותק. כפי שאתם יודעים, שומנים וסוכרים ממלאים תפקיד גדול בתהליכים החיוניים של הגוף.

תגליות אלה הביאו לקריסת התיאוריה האידיאליסטית של "כוח החיים". הם הוכיחו את האפשרות של סינתזה חומרים אורגניים אורגניזמים אורגניים מחוץ לגוף, והרסו את הקיר בין חומרים אורגניים וחומרים אנאורגניים. עם זאת, כימיה אורגנית כמדע נשמרה עד היום, השם ההיסטורי של מדע זה נשמר גם הוא, אם כי משמעותו השתנתה.

ישנן סיבות רבות לקיומה של כימיה אורגנית כמדע עצמאי. זהו, ראשית, שפע של תרכובות פחמן אורגני: כשבעה מיליון מהם ידועים, ומספרם גדל במהירות בשל סינתזה של חומרים חדשים; חומרים אורגניים הם הרבה יותר קטנים. חומרים אורגניים רבים מעורבים בתהליכי החיים, משמשים בצורת מזון. לחומרים אורגניים יש מספר תכונות המבדילות אותם מחומרים אנאורגניים: כמעט כולם שורפים, מתפרקים בקלות יחסית כאשר מחומם, רבים מהם אינם מתנגדים ליונים, תגובות עם השתתפותם, ככלל, ממשיכים לאט, וכו '.

השייכות לחומרים אורגניים יכולה להיקבע על ידי שחרור דו תחמוצת הפחמן במהלך הבעירה או על ידי החדרת חומרים כאשר מחומם.

למרות שהכימיה האורגנית התפתחה כמדע נפרד, המאופיין בתכונותיו, יש קשר הדוק בינו לבין כימיה אי-אורגנית, וזו תהיה טעות לצייר גבול חד ביניהם. חזרה במאה XIX. כימאי בולט. Butlerov אמר כי "אי אפשר לצייר גבול טבעי וחד בין כל החומרים האורגניים והאורגניים". הם מאופיינים באותם חוקים (חוק שימור המסה והאנרגיה, חוק ההמונים הפועלים, חוק הקביעות של ההרכב וכו '), החוקים המסדירים את מהלך התגובות הכימיות; אותם מושגים - אטום, מולקולה, יסוד כימי, ערכיות ואחרים; סוגי תגובות כימיות - תרכובות, פירוק, החלפה, חליפין. הם מאופיינים על ידי אותם סוגים של קשרים כימיים.

הקשר בין תרכובות אורגניות ואורגניות אינו שולל, כמובן, את ההבדלים ביניהם.

בסוף המאה ה XIX. ההתפתחות המהירה של התעשייה הכימית החלה, כולל ייצור של חומרים אורגניים שונים. המדע ותיאוריותיו מילאו תפקיד מרכזי בכך. כיום התקבלו מספר רב של חומרים וחומרים שלא נמצאו בטבע: גומי, סיבים, פלסטיק, תרופות שונות, צבעים, כימיקלים רעילים לחקלאות ועוד. הכימיה למדה לסנתז חומרים של קומפוזיציה מורכבת מאוד, למשל, כמה אנזימים, הורמונים.

לפיכך, כימיה אורגנית מחקרים הן החומרים המרכיבים את האורגניזמים ואת החומרים מסונתזים שאינם נמצאים בטבע. מאחר שהיסוד של הכימיה האורגנית הוא פחמימנים, מהם אלכוהול, חומצות, אתרים וכו 'מתקבלים, כימיה אורגנית יכולה להיקרא מדע המדביר פחמימנים ונגזרותיהם.

במחקר של המבנה של תרכובות אורגניות, הסינתזה שלהם, תשומת לב רבה מוקדש לשיטות מחקר. ההבהרה של המבנה של חומר אורגני מורכב בעבר נדרש שנים רבות של עבודה קשה של מדענים. לפיכך, הקמת המבנה של צבע אינדיגו נדרש 12 שנים, המבנה של אלקלואיד מורפיום הוקמה רק בשנת 1925, 120 שנים לאחר גילויו, ורק בשנות ה -60 סינתזה שלו בוצעה. כיום, הזמן הדרוש כדי לקבוע את המבנה של תרכובות אורגניות ירד באופן דרמטי, שכן יחד עם כימי, שיטות פיזיות נמצאים בשימוש נרחב.

חשיבותה של הכימיה האורגנית גוברת. בעזרתו, את התהליכים בתאי הגוף נלמדים, בעיות אנרגיה נפתרות, בעיות של הגנה על צמחים, הגדלת הפרודוקטיביות שלהם, הגדלת התפוקה של בעלי חיים.

התעשייה של תרכובות אורגניות הוא בעל חשיבות רבה לפיתוח של הכלכלה כולה של המדינה, כימיזציה של הכלכלה הלאומית, ושיפור תנאי החיים של אנשים.

פרק 1. מבנה תרכובות אורגניות התיאוריה המודרנית של המבנה של תרכובות אורגניות מורכבת משלושה חלקים הקשורים זה לזה: תיאוריית המבנה הכימי, התיאוריה האלקטרונית של קשרים כימיים ותיאוריה של מבנה מרחבי (סטריאוכימי). יחד, תיאוריות אלה מאפשרות לאפיין את המבנה ואת המאפיינים של תרכובות אורגניות ואת התגובה שלהם.

1.1 מבנה המבנה הכימי האורגני

קשרים

   התיאוריה של המבנה הכימי נולדה במעמקים של ההשקפות התיאורטיות הישנות, שעליהן נעצור עכשיו.

1.1.1 תיאור עקרוני של המבנה הכימי

   מדענים תמיד ביקשו לפענח כיצד מולקולות של חומרים מאטומים בנויים, כדי לגלות מדוע מולקולות של חומרים שונים מציגים מאפיינים שונים. בהיסטוריה של הכימיה האורגנית הועלו השערות ותיאוריות שונות; התיאוריה של רדיקלים ותיאוריה של טיפוסים הוכיחה עצמה כפוריה בשלב מסוים בהתפתחות המדע.

התיאוריה של רדיקלים הופיע בשנות ה -30 של המאה ה XIX. (מייסדי א. ברזליוס, י 'ליביג ואחרים). זה נקרא גם דואלית (מן היווני, Duo 2), כי זה ניגש חומר אורגני כמו שילוב של שני חלקים: רדיקלי אורגני שאריות אורגניים. ברזליוס ראה את החלק הראשון בחיוב, והחלק השני נגבה בצורה שלילית.

כאן הוא צייר אנלוגיה עם תרכובות אנאורגניות. הרדיקלים, תומכי תיאוריה זו האמינו, הם ללא שינוי והוא יכול לנוע ממקום אחד למשנהו.

התיאוריה של רדיקלים סייעה להבחין בצורה נכונה באחד המאפיינים של חומרים אורגניים - קיומם של קבוצות אטומים יציבים - רדיקלים, אשר עוברים ללא שינוי ממתחם אחד למשנהו. טועה בתיאוריה זו היה הרעיון כי רדיקלים אורגניים הם ללא שינוי לחלוטין יכולים להתקיים בכוחות עצמם, כמו חומרים אנאורגניים פשוטים. המושגים של הקוטביות החשמלית של חלקים בודדים של מולקולה אורגנית היו פשוטים מדי.

מאוחר יותר נקבע כי הרדיקלים עשויים לעבור שינויים כתוצאה מתגובת החלפה (החלפת אטומי מימן ברדיקלים של אטומים אחרים). לפיכך, חומצה trichloroacetic Cl3CCOOH התקבל. תיאוריית הרדיקלים נדחתה בהדרגה, אך היא השאירה חותם עמוק על המדע: המושג "רדיקלי" נכנס לכימיה, הטענות על האפשרות לקיומם של רדיקלים בצורה חופשית, על המעבר בתגובות רבות של קבוצות מסוימות של אטומים (רדיקלים) מתרכובת אחת לאחרת .

הנפוץ ביותר בשנות ה -40 היה התיאוריה של טיפוסים (יוצרי ס 'ג'רארד, או לורן). לפי תיאוריה זו, כל החומרים האורגניים נחשבו נגזרות של החומרים האורגניים הפשוטים ביותר - כגון מימן, מימן כלורי, מים, אמוניה וכו '. לדוגמה:

על פי תיאוריה זו, הנוסחאות אינן מבטאות את המבנה הפנימי של המולקולות, אלא רק את שיטות ההיווצרות והתגובות האופייניות לחומר. היוצר של תיאוריה זו, ס 'ג' רארד ואנשיו האמינו כי המבנה של החומר לא יכול להיות ידוע, כי מולקולות בתהליך שינוי התגובה. על פי ג'ררד, על כל חומר ניתן לכתוב נוסחאות רבות כמו סוגים שונים של טרנספורמציות חומר יכול לחוות. לכן, חומצה אצטית יוחס לשני תריסר נוסחאות.

תיאוריית הטיפוסים היתה פרוגרסיבית בעת ובעונה אחת, משום שהיא אפשרה את סיווגם של חומרים אורגניים לחזות ולגילוי על ידי מספר חומרים פשוטים, אם ניתן לייחס את הרכיב ואת תכונות מסוימות לסוג מסוים. עם זאת, לא כל החומרים מסונתזים להתאים אחד או סוג אחר של תרכובות. תיאוריה זו התמקדה בחקר התמורות הכימיות של תרכובות אורגניות, אשר הייתה חשובה להבנת תכונות החומרים ולפיתוח המדע.

תיאוריית הטיפוסים הכירה בקיומם של מולקולות, הנחשבות למולקולה כולה, כמערכת המורכבת מאטומים המשפיעים זה על זה. עם זאת, מאוחר יותר זה הפך בלם על פיתוח של כימיה אורגנית, מאז טען את חוסר האפשרות לדעת את המבנה של החומר; תיאוריית הטיפוסים לא היתה מסוגלת להסביר את העובדות שנצברו במדע (למשל, לתופעה שבה חומרים בעלי הרכב זהה, אותה נוסחה מולקולרית, אך נבדלים בתכונות), מצביעים על דרכים לסנתז חומרים חדשים הדרושים לטכנולוגיה, לרפואה וכו '.

מצב המדע בסוף המחצית הראשונה של המאה התשע-עשרה. תיאר בבירור את א 'גלט בספר "תולדות הכימיה האורגנית". "בשנות ה -40 וה -50, אנרכיה של ממש השתלטה בכימיה, שהובילה לייאוש של כימאים רבים והאטה את ההתפתחות השקטה של ​​המדע ... נוסחאות כימיות של תרכובות אורגניות היו תמונה מגוונת ולא מושכת. H2O2, אז זה היה צריך לבחור אם זה אומר מים או מי חמצן.הנוסחה C2H4 התכוון - תלוי באיזה מחנה המחבר השתייך - או מתאן או אתילן.

השלב החשוב ביותר בהתפתחות הכימיה היה הופעתה של תפיסת הערכיות. הכשרון הזה שייך לכימאי האנגלי פרנקלנד. הוא היה תומך בתורת הרדיקלים, והוא ביקש לבודד רדיקלים בצורה חופשית. הוא הצליח להשיג תרכובות אורגנואליות, אך לא רדיקלים, למשל, דימתילזנק Zn (CH3) 2, אנטימון טריאתיל Sb (C2H5) 3, ואחרים, שם מתכות היה שוויון מסוים.

פיתוח תורת הערכיות, א Kekule בשנת 1858 הוכיח את tetravalence של אטום פחמן בתרכובות אורגניות. A.S. קופר ובמקביל הפנה א 'קקולה את תשומת הלב לעובדה שאטומי הפחמן בתרכובות אורגניות יכולים לבזבז את הערכיות שלהם לא רק על הקשר עם גורמים אחרים, אלא גם זה עם זה. הם הצביעו על היכולת של אטומי פחמן ליצור שרשראות. קופר היה הראשון שסימן את הקשרים בין אטומים, למשל, אך בשאלת משמעות הנוסחאות, קקולה וקופר נותרו לחלוטין בעמדות התיאוריה של הטיפוסים.

כפי שנאמר, המדע של הזמן הזה לא יכול להסביר את התופעה כאשר חומרים שונים יש את אותו הרכב איכותי וכמותי, אבל שונים בתכונות. חומרים אלה קראו איזומרים (מן היווני, Isos שווה ומרוס חלק, חלק). לדוגמה, גלוקוז ופרוקטוז יש את הרכב זהה C6H12O6, אבל יש תכונות שונות.

Isomerism לפעמים ניתן לראות כימיה אנאורגנית, למשל, מלח של חומצה cyanic AgOCN ואת המלח של חומצה נדיף AgONC יש את אותו הרכב, אבל תכונות שונות.

אירוע חשוב בכימיה היה הקונגרס הבינלאומי לכימאים (1860, קרלסרוהה), שבו הוגדרו בבירור המושגים "אטום", "מולקולה", "משקל אטומי", "משקל מולקולרי".

לפני כן, לא היו קריטריונים מקובלים להגדרת מושגים אלה, ולכן היה בלבול בכתב נוסחאות של חומרים. M. Butlerov נחשב ההצלחה המשמעותית ביותר של כימיה ב 40 השנים האחרונות (18401880) להקים את המושגים של "אטום" ו "מולקולה", אשר נתן תנופה לפיתוח התיאוריה של valence מותר להמשיך ביצירת התיאוריה של המבנה הכימי.

לפיכך, נדרשה תיאוריה חדשה, אשר לא רק להסביר את העובדות המצטברות במדע, אלא גם לחזות סינתזות חדשות, להצביע על דרכים להשיג תרכובות אורגניות.

זה ידוע כי המדע קשור ישירות לתרגול. פיתוח התעשייה, בפועל תמיד קובע משימות חדשות עבור המדע. טכניקה, כפי שציין פ 'אנגלס, תלויה במידה רבה במצב המדע, אך המדע עוד יותר תלוי בצורכי הטכנולוגיה. כאשר לחברה יש צורך טכני, היא "דוחפת את המדע קדימה יותר מתריסר אוניברסיטאות".

כדי לאשר את המילים האלה, אתה יכול לתת דוגמה. תעשיית טקסטיל בשנות ה -40 של המאה XIX. לא יכולתי עוד לספק את עצמי עם צבעים טבעיים, הם לא היו מספיק. המדע עמד בפני המשימה של השגת צבעים באמצעים סינתטיים. החיפוש החל, וכתוצאה מכך מסווגים צבעי אנילין שונים, אליזרין, שחולצו בעבר משורשי צמחים מטורפים. צבעים וכתוצאה מכך תרמו הצמיחה המהירה של תעשיית הטקסטיל.

1.1.2 א.מ. ציפורים - יוצר התיאוריה של המבנה הכימי

תרכובות אורגניות

   סקירה קצרה של מצב הכימיה האורגנית הראתה כי המדע זקוק לתיאוריה חדשה שתאפשר פיתוח ידע על חומרים. תיאוריה כזו הוצעה על ידי א.מ. באטלרוב. תיאוריה זו ספגה כל דבר הגיוני שהיה בתיאוריה של רדיקלים ותיאוריה של טיפוסים.

הדרישות הבסיסיות העיקריות להופעת התיאוריה של המבנה הכימי של הפלדה הן: א) הרעיון של valence, במיוחד tetravalence של אטום פחמן, ב) הנהגת הרעיון של קשר פחמימנים, ג) פיתוח של רעיונות נכונים על אטומים ומולקולות. מושגים אלה קשורים זה בזה וקובעים את המבנה הכימי של החומר. הרעיון של המבנה הכימי, - כתב Butlerov - נובע ישירות מן המושג האטומי (valency), וזה האחרון מבוסס על הרעיון של חלקיק כימי (מולקולה) "(T 2, p 46).

המצגת הראשונה של בטלרוב על נושאים תיאורטיים של כימיה אורגנית, שבה כמה מחשבות באו לידי ביטוי על המבנה הכימי של חומר, התקיים בשנת 1858 בפריז בחברה כימית. בהצהרה זו, באטלר אמר כי הגיע הזמן שבו יש צורך ללכת רחוק יותר בתפיסות התיאורטיות, כי "הזיקה הכימית" (יכולת האטומים לתקשר זה עם זה) גורמת לא רק לשינויים כימיים, אלא גם ל"קיבוץ מסוים של אטומים בחלקיקים מורכבים ". כאן הוא ניסח לראשונה את המשימה של לימוד תרכובות אורגניות לא רק במהלך התגובות, אלא גם במצב של מנוחה. Butlerov הביע את הרעיון של האפשרות לדעת את מבנה החומר, על השימוש בשיטות מחקר ניסיוני למטרות אלה. בעניין זה הוא הלך הרבה יותר מאשר ס 'ג'רארד וא' קקולה, שהכריזו על מבנה החומר שאין לדעתו.

בצורה מפותחת יותר, הרעיונות של התיאוריה של המבנה הכימי תוארו בדו"ח "על המבנה הכימי של גופים" ב -1861 בקונגרס ה -33 של רופאים וחוקרי טבע גרמניים ב Speyer. הוא ציין את הפיגור של התיאוריה מן בפועל, זה הצביע על כך התיאוריה של סוגי, למרות ההיבטים החיוביים שלה, יש חסרונות משמעותיים. תיאוריה זו צריכה להפנות את מקומה לתיאוריית הערכיות, לפיה אטומים קשורים זה לזה מבחינה כימית במולקולה, תוך שהם משפיעים זה על זה.

באטלר ראה את המושג "מבנה כימי" כמרכז הליבה של התיאוריה, שבאמצעותה הבין רצף מסוים של אטומים במולקולה שישולבו על פי הערכיות שלהם, סדר האינטראקציה הכימית של האטומים והשפעתם על זה. על בסיס תפיסה זו, הוא ביטא את מהות התיאוריה כדלקמן: "... הטבע הכימי של חלקיק מורכב נקבע על ידי אופי המרכיבים היסודיים, מספרם ומבנהם הכימי" (כרך 2, עמ '45), כלומר. התכונות הכימיות של מולקולה נקבעות על ידי הרכב האטומים המרכיבים אותו, מספרם והמבנה הכימי.

אלכסנדר Mikhailovich BUTLEROV (18281886) - פרופסור, האקדמיה יצר את התיאוריה של המבנה הכימי, תפקיד גדול בפיתוח של סינתזה אורגנית תעשייתית. בהנחייתה של תיאוריה זו, המדען חזה וסובב את האיסובוטאן, האיזופנטן, האיסובוטילן וחומרים אחרים. הוא ביצע לראשונה את הסינתזה של אלכוהוליים שלישוני, כלומר: הידרציה של פחמימנים בלתי רוויים, בפרט, אתילן, שהוא אחד השיטות התעשייתיות המודרניות לייצור אתנול; דיסריזציה איזובוטילן, המהווה את הבסיס להכנת isoctane, מרכיב חשוב של דלק מוטורי, ואת התגובה פילמור של פחמימנים בלתי רוויים; סינתזה של חומר ממותק, שיש לו משמעות תיאורטית חשובה. Butlerov יצר בית ספר נהדר של כימאים גדולים. "בכימיה יש בית הספר באטלרוב, כיוון באטלרוב" (די מנדלייב).

לדברי בטלרוב, לכל חומר יש רק נוסחה אחת, שאמורה לשקף את ההרכב והסדר של הקשרים הכימיים של האטומים במולקולות. נוסחאות המשקפות את הרצף של תרכובות האטומים במולקולות נקראות מבניות. הם נותנים מושג על המבנה הכימי, אבל לא מראים את סידור האטומים בחלל.

לדוגמה, מולקולה של אלכוהול מתיל יש את המבנה:

האטומים שבתוכו קשורים זה לזה בהתאם לערכיהם ברצף מסוים, המשפיעים זה על זה. Butlerov הבחין בין ישיר לעקיף ("לא באופן כימי מתנהגים ישירות זה על זה") השפעה הדדית של אטומים. ההשפעה הישירה של האטומים מתבטאת באופן פעיל יותר. לכן, החמצן במולקולה של האלכוהול משפיע ישירות על הפחמן ועל המימן של קבוצת ההידרוקסיל, ובעקיפין, אטומי המימן של רדיקלי המתיל (קבוצת CH3), ולכן אטום המימן של קבוצת הידרוקסיל מוחלף בקלות על ידי מתכת.

ההשפעה ההדדית של האטומים נצפתה במולקולות של תרכובות אנאורגניות. באטלרוב נותן את הדוגמה הזאת. השוואת חומרים HCl, H2O, ו NH3 אחד עם השני, אפשר לציין התכונות הכימיות השונות שלהם, למרות שכולם מכילים את אותו אלמנט - מימן. אז, הם שונים לשנות את הצבע של מחוון - לקמוס; מימן בחומצה הידרוכלורית מוחלף בקלות על ידי מתכת, במים - רק תחת הפעולה של מתכות פעיל, באמוניה החלפה מתרחשת בקושי רב. זה משפיע על ההשפעות השונות של אטומי כלור, חמצן וחנקן על אטומי מימן.

לפיכך, המבנה הכימי, ההשפעה ההדדית של האטומים במולקולות מאפיינת את התכונות הכימיות של חומר.

במולקולות, אטומי פחמן יכולים להצטרף זה לזה ברצף אחר, הם יכולים ליצור שרשרת ישר או מסועפת או מחזור:

HHHHH HHHH

HCCCCCH HCCCCH

HHHHH HCHH HCC

HHH HH H

   Butlerov האמין כי המבנה הכימי של החומר יכול להתבצע על ידי ביצוע טרנספורמציות כימיות (סינתזה, פירוק, זיהוי קבוצות של אטומים או אטומים בודדים).

זה יהיה צעד קדימה, אומר Butlerov, כי הוא יראה, "כמה תכונות כימיות של חומרים תלויים במבנה הכימי", איזה סוג של אטומים השפעה הדדית במולקולות יכול להיות.

הרעיון של בטלרוב להשתמש בשיטות כימיות כדי לקבוע את המבנה של מולקולות של חומרים הוכיח פרי. זה משכנע ניסוי כימי גדול, שנערך על ידו ועל תלמידיו, כדי להוכיח את התיאוריה של המבנה הכימי. אבן הבוחן להוכחת התיאוריה היתה מושג האיזומריזם.

Butlerov לא רק הסביר את אופי האיזומריזם על בסיס התיאוריה של המבנה הכימי שנוצר על ידי אותו, אלא גם חזה את קיומו של איזומרים מסונתז אותם. אז, הוא ניבא הראשון איסומריזם עבור פחמימנים רוויים ו isobutane מסונתז (בוטאן כבר היה ידוע):

HCCCCH

   Butlerov מסונתז את האיזוטילן שחזה על ידו:

ביצעו סינתיזות רבות אחרות, שיידונו בפרקים הרלוונטיים.

לפיכך, המבנה הכימי של החומר ניתן לשפוט על בסיס התגובות המתרחשות עם זה. המדען גם ציין כי על פי המבנה הכימי של חומר תכונות כימיות שלו ניתן להניח: "... לעתים קרובות אפשרי, עם הסתברות מספקת, להסיק מסקנות על המבנה הכימי של חומר על השינויים שלה, לעומת זאת, לחזות במידה מסוימת את המאפיינים של גוף בעל מסוים , מבנה כימי ידוע "(כרך 2, עמ '441).

התיאוריה של המבנה הכימי מתפתחת כל הזמן. בדו"ח שלו "הערך המודרני של תיאוריה של המבנה הכימי" (1879), Butlerov ציין כי הרעיון של תרכובת כימית במשך 20 השנים האחרונות השתנה "במונחים חיוניים" תחת השפעת התיאוריה של חום, פיתוח של מושג האנרגיה. הוא האמין כי לכל חומר יש כמות מסוימת של אנרגיה, אשר משתנה במהלך התגובה (שפורסמו, למשל, בצורה של חום), כי אטומים יש אנרגיה כימית עצומה. האנרגיה של החומר Butlerov קשורה לתנועה של אטומים. מכאן הוא הסיק את הדינמיות של תרכובות כימיות שבו האטומים נמצאים "במצב של שיווי משקל דינמי" (יש אטומים בכיוון אחר של תנועה ויש מהירות שוויונית, אבל "בתנועה שלה הם ביחס קרוב יותר או פחות, תלוי" אחד את השני).

בהתבסס על האמור לעיל, אתה יכול לקבוע את עיקרי התיאוריה של המבנה הכימי:

1. אטומים במולקולות מחוברים ברצף מסוים על ידי קשרים כימיים בהתאם לערכיות שלהם אינטראקציה כימית אחד עם השני. "סדר זה של אינטראקציה יכול להיקרא המבנה הכימי של חלקיק" (AM Butlerov).

2. התכונות הפיסיקליות והכימיות של חומרים תלויים בהרכבם (איכותי וכמותי) ובכימיקל (סדר ואופי קשירת האטומים).

3. אטומים וקבוצות של אטומים המרכיבים את המולקולות של חומר יש השפעה הדדית זה על זה. ההשפעה ההדדית של האטומים יכולה להיות ישירה ועקיפה. ההשפעה ההדדית הישירה של האטומים מתבטאת באופן פעיל יותר. ההשפעה ההדדית של האטומים קובעת את התכונות הכימיות של תרכובות.

4. המבנה הכימי של תרכובת ניתן לקבוע בשיטות כימיות (באמצעות תגובות כימיות), ולעומת זאת, התכונות הכימיות שלה ניתן לשפוט על ידי המבנה הכימי שהוקם של המתחם.

5. המבנה הכימי של המתחם מתאים לנוסחה מבנית אחת, המשקפת את כל התכונות הכימיות שלה.

6. מולקולות של תרכובות אורגניות, בעוד בתנועה מתמדת, יש כמות מסוימת של אנרגיה משתנה במהלך תהליך התגובה.

כל ההוראות הללו יידונו בפרקים הבאים.

1.1.3 חשיבות התיאוריה של המבנה הכימי של האורגני

קשרים

במשך יותר מ 130 שנה, יש תיאוריה של מבנה כימי. היא נכנסה בחוזקה למדע, הפכה את הבסיס של הכימיה האורגנית. הרעיון הבסיסי של התיאוריה - התלות של תכונות של חומרים אורגניים על הרכב שלהם מבנה כימי - שווה גם על תרכובות אנאורגניות.

התיאוריה של המבנה הכימי אפשרה להסביר רבות מן העובדות שנצברו בכימיה האורגנית בתחילת המחצית השנייה של המאה ה -19, בעיקר את תופעת האיזומריזם. היא הציגה שיטות כימיות, בעזרתן ניתן לקבוע את סדר המרכיבים של האטומים במולקולות - הוכחה האפשרות של הכרה עם "חומר החומר";

התיאוריה מאפשרת לחזות את המאפיינים של תרכובות אורגניות על בסיס המבנה שלהם; מותר להסביר את מגוון תרכובות אורגניות; נתן דחיפה חזקה לסינתזה של תרכובות אורגניות, פיתוח של תעשיית סינתזה אורגנית (סינתזה של alcohols, ethers, חומצות carboxylic, צבעים, סמים, וכו ').

התיאוריה של המבנה הכימי של תרכובות הציגה חדש בתיאוריה האטומית המולקולרית:

סדר הסדר של אטומים במולקולות, תלות של תכונות על המבנה של מולקולות של חומרים.

אבל בלרלוב האמין שכל תיאוריה מדעית היא רק שלב היסטורי מסוים בהכרת האמת האובייקטיבית, בידיעת חוקי הטבע, שהיא, ולא משנה עד כמה מושלמת, רק מקרבת אותה לאמת המוחלטת. מעמדות אלה הוא העריך את התיאוריה שהוא יצר. בהבנה עמוקה של משמעות התיאוריה של המבנה הכימי, הוא ציין, עם זאת, כי התיאוריה אינה מוחלטת בטבע, כי עם התפתחות הכימיה, עובדות יצטברו כי לא יכול להתאים את המסגרת ואת הפיתוח של המדע יהיה תלוי בו: תיאוריות, וכאן, כמובן, יש פגמים, פגמים, יש עובדות שאינן תואמות אך ורק את הרעיון של המבנה הכימי.כמובן, צריך במיוחד אוהב לשחזר עובדות מסוימות כאלה: עובדות שאינן מוסברות על ידי תיאוריות קיימות, רוב קרנות למדע, התפתחותם צריכה על פי רוב צפויות התפתחותו בעתיד הקרוב "(כרך. 1, p. 380).

כתוצאה מכך, התפתחות המדע נגרמת על ידי הסתירה בין הכללות מיושנות (תיאוריות) לבין עובדות חדשות.

כל תיאוריה, על פי Butlerov, יש מגבלות של תחולת. לכן, התיאוריה של המבנה הכימי מחוברת למקום שבו מדובר במבנה המולקולרי של החומר. Butlerov נחשב את התיאוריה של המבנה הכימי להיות תיאוריה פרטית, אשר עם התפתחות המדע יהפכו חלק תיאוריה כללית יותר. אכן, התיאוריה של המבנה הכימי נכללה בזמננו כחלק מתיאוריה כללית - התיאוריה של מבנה החומר.

על פי תוכנו, התיאוריה של המבנה הכימי היא חומרנית. הוא מכיר בקיומם האמיתי של אטומים ומולקולות, תנועתם, האפשרות לדעת את מבנה החומר, את הידע של המציאות. באטלררוב התנגד לניסיונות לקרוע את התיאוריה מהפרקטיקה, וכן נגד מי שמכחיש את משמעות התיאוריה. עם זאת, הוא היה נגד אמונה עיוורת בתיאוריות מדעיות.

המדען האמין כי התיאוריה של המבנה הכימי יתפתח, וזה באמת התפתח על בסיס של מושגים אלקטרוניים ומרחביים.

1.2 מבנה אלקטרוני ומרחב

תרכובות אורגניות

   כימיה כמו מדע מאז ימי באטלרוב יש צעד קדימה. הודות להתקדמות הפיזיקה, הוקם המבנה האלקטרוני של האטומים, אשר איפשר לחדור עמוק יותר לתוך טבעם של קשרים כימיים. בשנת 1916, V. Kossel הציע כי במהלך היווצרות של קשר כימי, העברת אלקטרונים מאטום אחד למשנהו מתרחשת, וחלקיקים טעונים מנוגדים (קטיון ואניון) נראה כי למשוך אחד את השני. זה היה ההסבר של הקשר היוני (הטרופולרי, electrovalent) האופייני של תרכובות אנאורגניות.

היה ברור כי הסבר זה אינו מתאים אפיון של קשרים במולקולות של מימן, כלור, מתאן בכלל עבור תרכובות אורגניות. הקשר הכימי לתרכובות אלה נקרא קוולנטי. יסודות ההבנה הובאו בשנים 1913-1920.

ג 'לואיס ואני Langmuir, אשר הצביע על התפקיד המיוחד של קיבוץ שמונה אלקטרונים - אוקטט של אלקטרונים - ואת האפשרות של יצירת אוקטט יציב לא רק על ידי שידור, אלא גם על ידי הכללה אלקטרונים. על בסיס הרעיונות האלה, התפרצות הערכיות של התיאוריה הקלאסית של המבנה הכימי קיבלה פירוש פיזי כזוג אלקטרונים הנושאים קשר כימי בין אטומים. לכן, בנוסחה האלקטרונית של מתאן, אטומי מימן לרכוש פגז שלם של שני אלקטרונים, אטום פחמן - אוקטט יציב של אלקטרונים.

היכולת של אטומי פחמן להתחבר בינם לבין עצמם יכולה להיות מוסברת על ידי העובדה כי פחמן הוא בתקופה השנייה של הטבלה המחזורית של אלמנטים כימיים, רדיוס שלה הוא קטן יחסית (0.062 ננומטר). בתגובות כימיות, קשה לתת לחלוטין ארבעה אלקטרונים ערכיות לאטום הפחמן או לצרף כמו אטומים רבים אחרים לפני יצירת אוקטט. זה עשוי להסביר כי אטומי פחמן בקלות ליצור קשרים קוולנטיים.

בשנת 1926, א שרדינגר הציע תיאוריה קוונטית מכנית, לפיה אלקטרון מציג את המאפיינים של לא רק חלקיקים, אלא גם גלים; המדען תיאר את תנועתו של אלקטרון בהתאם לאנרגיה. תיאוריה זו מאפשרת הבנה עמוקה יותר של מבנה האטומים והמולקולות, אם כי אין היא נותנת תשובה מדויקת על מציאתו של אלקטרון בנקודה מסוימת בזמן, כמו גם על מהירותו; הוא נותן תשובה על ההסתברות למצוא אלקטרון בכל נקודה בחלל המקיף את הגרעין האטומי. המרחב שבו האלקטרון הוא הסיכוי הטוב ביותר להימצא נקרא pbit מסלול. 1.1. s-Orbital לשפוך.

ישנם אורביטלים שונים בהתאם לאלקטרונים, שונים בגודל, צורה ואנרגיה.

מאז האלקטרון יש מהירות גדולה יותר, זה יכול להיות מיוצג כמו "מרוח" בצורה של ענן. צורת הענן זהה לצורת האורביטלים. צפיפות האלקטרונים הגבוהה ביותר של הענן שבו האלקטרון הוא הסיכוי הטוב ביותר להיות. 1-מסלולית יש עתודה האנרגיה הנמוכה ביותר, יש לה צורה כדורית (איור 1.1), שבמרכזה הוא הגרעין האטומי. במסלול אין גבול מדויק, אבל הם מאמינים כי האלקטרון רוב הזמן (95%) נמצא סביב הגרעין.

2-Orbital יש גם צורה כדורית, אבל יש לו משטח. 1.2. ניצב בניצב לאנרגיה גבוהה יותר מאשר ls אורביטל, מאז הוא ממוקם במצב p- מסלול עוד מן הגרעין (כוח אלקטרוסטטי פוחתת). אז יש שלושה 2-אורביטלים עם אנרגיה שווה, שיש צורה של משקולת. המשקל מורכב משני חלקים, ביניהם הגרעין של האטום. האורביטלים מנוגדים זה לזה (איור 1.2) לאורך שלושת הצירים של הקואורדינטות המרחביות (x, y, z).

יש כלל הקובע את התפלגות האלקטרונים באטום, כלומר. תצורת אלקטרונים של האטום. זהו הכלל או עקרון האיסור של V. פאולי (1925), שלפיו מסלול אלקטרונים נתון ניתן לכבוש רק על ידי שני אלקטרונים עם ספינים מנוגדים. אלקטרונים כאלה נקראים לזווג. אלקטרונים עם ספינים מכוונים שווה נוטים להתרחק זה מזה עד למרחק המרבי.

חשבו על מבנה אטום הפחמן על בסיס מושגים קוונטיים-מכאניים.

ברמת האנרגיה הראשונה של אטום יש שני אלקטרונים, בבית השני - ארבעה אלקטרונים.

מבנה נוסחא אלקטרוני של אטומי פחמן יכול להיות כפי שנכתב: 1s2, 2s2, 2p2, שבו דמויות 1 ו 2 לפני האותיות מציינות את מספר הרמה האלקטרונית (הערך של n מספר קוונטי הקרן), שהופיעה האותיות ו p - סימני sublevels (ערכים מספריים של L מספר קוונטים מסלולית ), המספרים בחלק העליון של האותיות לציין את מספר האלקטרונים ב sublevel. כתוצאה מכך, ברמת האנרגיה הראשונה של אטום פחמן יש שני אלקטרונים - 1s2, ברמה השנייה יש שני אלקטרונים ב s-sublevel (2s2) ושני אלקטרונים ב p-sublevel (2p2).

התפלגות האלקטרונים בתאי הקוונטים (אורביטלים) עבור אטום פחמן יכולה להיות מיוצגת כדלקמן:

כיוון החץ מציין את כיוון הספין של האלקטרון.

במחקר של תרכובות פחמן, נתייחס אטומי הפחמן ברמה החיצוניים (ערכיות) אלקטרון שבו יש שני אלקטרונים (2s2) עם ספיני antiparallel (אלקטרונים לזווג או זוג אלקטרונים בודד), ושני מסלולית פנויים המזווג relektrona אחד (2rZ).

הערכיות נקבעת על ידי מספר אלקטרונים לא מזוהמים, יש שני אטומי פחמן (2pX ו 2pU), כלומר. פחמן בתרכובות חייב להפגין שניים. למעשה, בתרכובות אורגניות הוא tetravalent, הוא הוקם באמצעים כימיים במאה XIX. זה מוסבר על ידי העובדה כי אחד האלקטרונים 2s2 עובר למסלול ריק (2pZ). עכשיו, אטום פחמן נרגש יש ארבעה אלקטרונים unaired:

אטום הפחמן יכול לבוא לידי ביטוי ארבע valances שלו ויוצרים קשרים כימיים. אבל הקשרים שונים, כי אלקטרונים שונים, אורביטלים שונים. שלושה 2rorbitali עשויים לחפוף עם ים-אורביטלי שלושה אטומי מימן ליצירת קשרים חזקים עם אטום 2s-חמצני אורביטלים חופפים עם ים-מסלולית של אטום המימן של הקשר הרביעי יכול להיווצר, מעולה אנרגיה מן הקישורים האחרים. בינתיים, שוויון כוח ואינדיקטורים אחרים של קשרים כימיים של ESS עבור מתאן, פחמן tetrachloride ואחרים (כאשר E הוא מרכיב) הוכח הן מבחינה כימית והן על ידי שיטות פיזיות.

מוצא מן הקושי הוצע על ידי הכימאי האמריקאי המפורסם ל. פאולינג. הוא שיער כי יש להסביר את אותה עוצמת קשר על ידי הכלאה של האורביטלים, כלומר. ערבוב אורביטלים שונים פילוס אותם צורה ואנרגיה.

אורביטלים היברידיים שונים זה מזה בצורתם של לא היברידיים: יש להם צורה של דמות לא סדירה שמונה, מתוחים בכיוון אחד (לעתים קרובות הם אומרים בצורת אגס או בצורת משקולת) איור 1.3 מראה את היווצרותם של אורביטלים היברידיים.

ישנם שלושה סוגים של הכלאה: sp3-, sp2- ו- sp. אם אורביטלים היברידיים נוצרים על ידי ערבוב אחד של אלקטרון ושלושה אלקטרונים p - זה sp3-hybridization, אם היברידית איור 1.3. תרשים של היווצרות של אורביטלים היברידיים אורביטלים נוצרים על ידי אחד אלקטרון s ושני אלקטרונים p - זה הכלאה SP2, בסופו של דבר, היווצרות של אורביטלים היברידית על ידי אחד אלקטרון s ואחד אלקטרונים p נקרא sp-hybridization. מצב אטום הפחמן בהכלאה של ה- SP3 (מצב הערכיות הראשון) אופייני לפחמימנים רוויים ונגזרותיהם, היברידיזציה של SP2 ו- SP (בהתאמה, מדינות הערכיות השנייה והשלישית) אופייניים לתרכובות בלתי רוויות.

חפיפה של אורביטלים אטומיים - היווצרות של אג"ח - מתרחשת בדרכים שונות. אם האורביטלים חופפים לאורך קו ישר המחבר את מרכזי הגרעינים האטומיים, הקשר המתקשר נקרא קישור (סיגמא). קשר כזה נוצר כאשר האורביטלים היברידיים מסוג S ו- Hybrid חופפים:

החפיפה בין אורביטלים אטומיים יכולה להתרחש במישור מאונך לחיבור π, מקובל לכנות חיבור מסוג זה (pi). הוא נוצר בדרך כלל על ידי חפיפה של אורביטלים p לא היברידיים מסודרים מקבילים זה לזה:

חפיפה של p- אורביטלים יכול להיות מיוצג באופן מסורתי על ידי הקווים המחברים את המשקולת:

חוזק הקשר תלוי במידת החפיפה של האורביטלים: ככל שחפיפתם גדולה יותר, כך גדל צפיפות האלקטרונים במרחב שבין גרעיני האטומים, ככל שהגרעינים חזקים יותר, וככל שהקשר הכימי חזק יותר. האזור של חפיפה של האורביטלים הוא הרבה יותר גדול במקרה של abond מאשר abond.

אם הקשר בין האטומים נעשה על ידי זוג אחד של אלקטרונים עם ספינים מנוגדים, אז הקשר כזה נקרא יחיד או פשוט, זה קשר. אם הקשר בין שני אטומים נעשה על ידי שני זוגות של אלקטרונים, אז הקשר הזה נקרא כפול (C = C), אם הקשר נעשה על ידי שלושה זוגות של אלקטרונים, אז הקשר הזה נקרא משולש (CC). קשרים כפולים ו משולשים נקראים מרובים. החינוך שלהם יהיה מבנה. בידיעת ההפצה של צפיפות האלקטרונים במולקולות של תרכובות, אנו יכולים להסיק כי הם מבוססים על ייצוגים אלקטרוניים.

הטבעה האלקטרונית של הקשר הכימי אפשרה לבחון באופן מעמיק יותר תגובות כימיות, לחשוף את מנגנוני ההתרחשות שלהם: המבנה המרחבי שלהם קשור במישרין למבנה הכימי והאלקטרוני של החומר. התיאוריה של המבנה הכימי רואה, כידוע, רק את רצף של מליטה של ​​אטומים במולקולות, את התלות של תכונות על המבנה הכימי, אבל לא נוגע הסידור המרחבי של אטומים במולקולות של תרכובות. Butlerov האמין כי הוכחה של המבנה המרחבי צריך ראיות, נתונים ניסיוניים. עם זאת, הוא טען את האפשרות לדעת את המבנה המרחבי של המולקולות של חומרים: "... אם אטומים באמת קיים, אז אני לא מבין למה כל הניסיונות שלנו לקבוע את המיקום המרחבי שלהם צריך להיות ... לשווא" (1863).

הרעיון של המבנה המרחבי (הסטריאוכימי) של תרכובות אורגניות הועלה בשנת 1874 על ידי המדען ההולנדי י.א. ואנט-גוף, ובאופן בלתי תלוי בו, המדען הצרפתי א. לה בל. הרעיון שלהם היה כי ארבעת החלפים ממוקמים באופן סימטרי בזוויות של טטרהדרון דמיוני סביב אטום פחמן טטרילוגנטי, כלומר. המבנה המרחבי של המולקולות נובע מהאוריינטציה הספציפית של קשרי הערכיות של אטום הפחמן. זה ניתן לראות בדוגמה של מולקולת מתאן (איור 1.4).

הרעיון של המבנה המרחבי לידי ביטוי לא היה אלא היפותזה. ההתפתחות הבאה של המדע נתנה את ההשערה הזאת בסיס פיסי מוצק: בשיטות פיזיות (רנטגן, עקיפה אלקטרונית) ניתן היה לקבוע את הסדר הגרעינים של האטומים במולקולה, את המרחקים ביניהם, זוויות הערכיות, כלומר. לקבל תמונה אמיתית של סידור האטומים במולקולה, הגיאומטריה שלה.

1.3 תוחלת הקשר המספרי

   הקשר הקווולנטי מאופיין בפרמטרים הפיזיים הבאים: אנרגיה, אורך, כיווניות מרחבית, קוטביות וקוטביות (טבלה 1.1).

זה ידוע כי היווצרות של קשר קוולנטי בין אטומים קשורה עם שחרורו של אנרגיה, שנקרא האנרגיה מחייב. האנרגיה מחייב מציין את כוחו נמדד ב kilojoules לכל שומה (kJ / שומה). מידה של אנרגיה מחייב נחשב לעתים קרובות את כמות האנרגיה שהושקע על הפער שלה. לדוגמה, האנרגיה מחייב CCl הוא 240 kJ / mol. האנרגיה מחייב תלוי באופי של אטומים מלוכדות ואת סוג של הקשר.

קשר קוולנטי מאופיין באורך מסוים - המרחק בין מרכזי גרעיני האטומים. לפיכך, אורך האג"ח אבל בא לידי ביטוי על ידי הערך של 0.096 ננומטר.

קשרים קוולנטיים שנוצרו על ידי אטומים polyvalent יש כיוון מרחבי מסוים; זווית הקשר בין הכיוונים של הקשרים קוולנטיים של אטום כזה (במקרה של HON, הזווית היא 105 °).

מולקולות רבות של חומרים מורכבות ממספר שווה של חיובים חיוביים ושליליים, והן בדרך כלל ניטרליות חשמלית. עם זאת, יש להם, כביכול, מרכזי של חיובים חיוביים ושליליים. מרכזים אלה עשויים לחפוף (מולקולות כאלה יהיו לא קוטביות) או שהן עשויות שלא להיות חופפות (מולקולות כאלה יהיו קוטביות). גיבוש של מולקולות קוטביות - התוצאה של קיטוב של אג"ח, כמו אטומים המהווים מולקולות עשויים להחזיק זיקה שונה עבור האלקטרונים (אלקטרושליליות שונה) בשל electronegativities השונה של האטומים במולקולה (לוח 1.2.) וזה יכול להיות שבור סימטריה של התפלגות המטען: אטום אחד רוכש שלילי חלקית הטעינה כתוצאה מהמעבר של צפיפות האלקטרונים אליהם, אטומים אחרים מאבדים חלק קטן מצפיפות האלקטרונים שלהם ורכשים חיוב חיובי חלקי. טבלאות חלקיות אלה טבלה 1.1. המאפיינים הפיזיים של איגרות קוולנטיות או חלק תשלום אלקטרונים מסומנים על ידי + ו- (- Greek - "דלתא"). לדוגמה:

טבלה 1.2 גודלם היחסי של האלקטרו-גוניות () של כמה מרכיבים כימיים (על פי פאולינג) הקוטביות של הקשרים הקובליים היא המאפיין החשוב ביותר שקובע את תגובת המולקולה. כאשר הקוטביות מקוטבות, מתעורר דו-קוטב - שני מוטות חשמל טעונים מנוגדים, הממוקמים במרחק מסוים. דיפול מאופיין ברגע דיפול - תוצר של כמות החיוב (ה) והמרחק (l) בין מרכזי החיובים החיוביים והשליליים:

רגע הוא כמות וקטורית, מאז הוא מאופיין לא רק בערכים מספריים, אלא גם בכיוון. רגע הדיפול נחשב כוקטור המכוון ממרכז החיובים החיוביים למרכז החיובים השליליים. במימן כלורי, צפיפות האלקטרונים מועברת יותר לאטום הכלור, רגע הדיפול של המולקולה (באותו זמן זה יהיה רגע הדיפול של הקשר HC1) שווה ל 1.03 ד H Cl איור. 1.5. רגע הדיפול של מולקולה של מים מאלקטרו-אטומי האטומים, אלא גם מהגיאומטריה של המולקולה. רגע הדיפול של מים מוגדר כסכום הווקטור של רגעי הקשרים של ה- NO, הוא שווה ל -1.84 D (איור 1.5).

ברגע דיפול של מולקולה של פחמן חד-חמצני (IV) הוא שווה לאפס, למרות שהוא מכיל אג"ח קוטבית, אבל וקטורים של רגעים דיפול של ההפך פחמן-חמצן בודדים בכיוון, ועל ידי הוספת מתאן הדדית לבטל OCO Y (CH4) ו פחמן טטרא (CCl4), הרגעים דיפול הם אפס . איגרות אישיות, כגון פחמן טטרכלוריד, הן קוטביות, אך בגלל הסימטריה של הסדר הטטרראלי, הן מפצות זו את זו:

מאפיין חשוב של הקשרים קוולנטיים הוא polarizability שלהם, את היכולת לשנות את הקוטביות שלהם תחת השפעת שדה אלקטרומגנטי חיצוני. השפעה כזו יכולה גם להיות מופעל על ידי חלקיק מתקרבים מולקולה במהלך תגובה כימית. לכן, polarizability הוא לעתים קרובות יותר חשוב עבור transformations כימיים מאשר קוטביות.

אלה הם המאפיינים הפיזיים החשובים ביותר של קשרים קוולנטיים. הערכים המספריים שלהם, אשר יהיה צורך לנקוט בהם, מובאים בלוחות 1.11.3.

טבלה 1.3 רגע דיפול של כמה תרכובות אורגניות H - CC - H CH3 - CCH C2H5 - CCH C3H7 - CCH C4H9 - Cє

1.4 סוגי תגובות כימיות עם אורגני

חומרים

   בכימיה אורגנית, כמו באורגניים, ניתן לסווג את התגובות הכימיות על פי התוצאות: החלפה, תוספת, מחשוף, פירוק, חילופי תגובות.

בנוסף, ישנן תגובות ספציפיות רבות המאפיינות חומרים אורגניים, אשר אנו נהיה מכירים כאשר אנו לומדים כימיה אורגנית.

בכימיה אורגנית מודרנית, התגובות מסווגות על פי המנגנונים שלהן. מנגנון התגובה מגלה רצף של פעולות יסוד של קרע והיווצרות קשרים כימיים המביאים לשינוי של החומר המקורי לתוך המוצר הסופי. כדי לחקור את מנגנון התגובה הוא לחשוף סדרה של שלבי ביניים רצופים המובילים את המוצר התגובה. הידע של מנגנון התגובה מאפשר לו להיות נשלט כדי להשיג את המוצר הרצוי הרצוי.

הסיווג של תגובות על ידי מנגנונים מבוסס על סוג של הפסקה קונסולנטית אג"ח. יש הפסקה כפולה של קשרים.

1. הומיוליטי (יומוס - הומוס - שוויון, זהה, משותף) הפסקה של הקשר קוולנטי. זוג האלקטרון מליטה מחולק במחצית בין האטומים של הקשר:

דוגמה ספציפית:

כל חלקיק (אטום) או קבוצת אטומים נשאר עם אלקטרון אחד לא מזויף; הם נקראים רדיקלים חופשיים. לקיצונים אין כל תשלום, הם מאוד פעילים, לא יציבים ומהר נכנסים לתמורות נוספות. לכן, רדיקלים מתיל ואת אטום מימן יכול להפוך מוצרים יציבים:

בדרך כלל, לא קוטבי או נמוך קוטבי קשרים קוולנטיים (SS, CH ואחרים) נתונים לקריעה רדיקלית בטמפרטורה גבוהה, תחת פעולה של קרינה אור או רדיואקטיבי.

  2. Heterolytic (יוון הטרוס - עוד, הטרוגני) הפער קווי קוולנטיים.

במקרה של קרע heterolytic של קשר קוולנטי, זוג האלקטרונים מחייב עובר אחד השברים של המולקולה, וכתוצאה מכך היווצרות של קטיון ו אניון:

דוגמה ספציפית:

הקוטב חזק וקוטביות בקלות (NO, CI, ואחרים) נוטים קרע heeterolytic. זה הקל על ידי ממיסים עם קוטביות גבוהה.

יונים יצרו אינטראקציה עם חלקיקים שיש להם מטען הפוך. לפיכך, קטיון המתיל מגיב בקלות עם חלקיקים בעלי מטען שלילי חלקי או מלא (OH, CN, Cl, ואחרים). חלקיקים כאלה נקראים ריאגנטים נוקלאופילים ("גרעין לאהוב").

כאשר שבירת heterolytic של אג"ח יכול ליצור אורגני anions (carbanions):

Carbanions הם לא יציבים, הם אינטראקציה עם חלקיקים שיש חיוב חיובי מלא או חלקי (H +, NO2 +, SO3H +, ואחרים). חלקיקים כאלה נקראים ריאגנטים אלקטרופי ("אלקטרון אוהב").

בתרכובות אורגניות ניתן לציין מרכזי התקפות של ריאגנטים אלקטרופיליים ונוקלאופילים. לדוגמה:

יש להבחין בין היונים האורגניים והאורגניים: יונים אנאורגניים הנובעים מהדיסוציאציה של מלח, בסיס או חומצה קיימים בתמיסות מימיות לפני ואחרי התגובה: חלקיקים יוניים אורגניים מופיעים רק ברגע התגובה. במקרים רבים, נכון יותר לדבר בדרך כלל לא על יונים חופשיים, אלא על מולקולות מקוטבות ביותר.

לפיכך, תגובות יכול להתקדם באמצעות מנגנונים רדיקליים או יוניים, אשר יידונו בפרקים המתאימים.

תגובות עם חומרים אורגניים יש תכונה כזו: במהלך התגובה, ככלל, אחד הקשר נשבר. תכונה זו צוין במאה האחרונה על ידי Butlerov וקרא לזה את העיקרון של השינוי המבני לפחות.

1.5 תגובות כימיות אנרגטיות

   מה נדרש כדי להתרחש תגובה? ראשית, המולקולות המגיבות חייבות להתנגש, ויש לשחרר כמות מזערית של אנרגיה.

עם זאת, התנגשות שלהם אפשרי אם המולקולות יש מספיק אנרגיה. האנרגיה שהמולקולות חייבות להיות על מנת שהתנגשותן תוביל להיווצרות של חומר חדש נקראת אנרגיית ההפעלה (EACT) של תגובה נתונה. מולקולות עם אנרגיה כזו נקראות מולקולות פעילות. מקור האנרגיה העודפת הוא האנרגיה הקינטית של חלקיקים נעים. אנרגיית ההפעלה באה לידי ביטוי ב- kJ / mol.

שנית, המולקולות (חלקיקים) חייבים להיות מכוונים בהתאם.

לכן, התגובה הכימית דורשת התנגשות של מולקולות עם מספיק אנרגיה (Eact) ו בכיוון הנכון.

שקול באופן כללי את מהלך התגובה ואת השינוי באנרגיה זו. כדוגמה, אנו משתמשים בתגובה שיווי משקל שבו A2 ו- B2 הם המולקולות של חומרי המוצא, המורכבת משני אטומים או חלקיקים, א.ב. הם המולקולות של מוצר התגובה.

מולקולות A2 ו- B2, מתקרב, יכול להגיב אם יש להם מספיק אנרגיה בשביל זה. כאשר הם מתקרבים, נוצרת מדינת מעבר, או מורכבת. עבור הקמתה יש צורך להוציא אנרגיה מסוימת, אשר נקרא אנרגיה ההפעלה.

חשוב על היווצרותה של מדינה מעבר. כאשר המולקולות של המבשר מתקרבות זו לזו, מתרחשת התרופפות של קשרי AA ו- BB; נראה שהם נמתחים, אך לא שבורים לחלוטין, והקשר החדש של א.ב. מתחיל רק להיווצר, אך עדיין לא התגבש. באופן סכמטי, מצב המעבר יכול להיות מיוצג כ:

שינוי אנרגיית התגובה מוצג באיור 1.6. הציר האופקי של התרשים משקף את מהלך התגובה, הציר האנכי מייצג את האנרגיה הפוטנציאלית, העקומה מתארת ​​את השינוי באנרגיה הפוטנציאלית של המולקולות המתנגשות.

בתקופה הראשונית של התגובה, האנרגיה הפוטנציאלית של המערכת מגיבה בהדרגה מהערך ההתחלתי (Enach) עד למקסימום המקביל למצב המעבר, ואז האנרגיה הפוטנציאלית מתחילה ליפול, ומגיעה אל Econ בסוף התגובה. זמן קיומו של מצב המעבר הוא קטן, בערך 10-13.

מהדיאגרמה עולה כי אנרגיית ההפעלה (Eakt) היא השווה בין האנרגיה של הגז יתר. 1.6. השינוי באנרגיה במהלך התגובה של המצב ההתחלתי והאנרגיות של החומרים ההתחלתיים (Eac) הוא מחסום האנרגיה לחומרים המתחילים. ההבדל בין האנרגיה של חומרי המוצא לבין האנרגיה של מוצרי התגובה הסופית מראה את ההשפעה התרמית של התגובה.

באיור, Econ הוא נמוך יותר Enach: זה מתאים לתגובה אקסותרמית, שבה לתגובת התגובה יש כמות קטנה יותר של אנרגיה מאשר החומר המקורי (ולכן יציב יותר), וחלק מהאנרגיה הוא שוחרר לסביבה (בדרך כלל בצורה של חום).

במקרה של תגובה אנדותרמית, ה- Econ יהיה גבוה יותר מאשר Enach (המוצר הסופי עשיר יותר מהאנרגיה הראשונית); התגובה ממשיכה עם ספיגת החום, שאר התמונה דומה.

האם ניתן לצמצם את מחסום האנרגיה להיווצרותה של מדינת מעבר? מתברר כי זה יכול להיעשות באמצעות זרז. ההשפעה של הזרז מוצג גם באיור 1.6.

עקומת מוצק A מייצג את פרופיל האנרגיה עבור התגובה ללא זרז.

הקו המקווקו B הוא פרופיל האנרגיה של התגובה בהשתתפות הזרז. בנוכחות זרז, מורכב נוסף מופעל, ואת האנרגיה של המדינה המעבר פוחתת. המכשול יכול להתגבר על חלקיקים נוספים, קצב התגובה מגביר. זה נראה בתרשים 1.6 כי האנרגיות ההפעלה של התגובות קדימה לאחור הם שונים, עם זאת, הן הקדמי ואת ההפך תגובות, את ההקדמה של זרז מורידה את האנרגיה ההפעלה על ידי אותו ערך. לכן, הזרז מאיצה באותה מידה את התגובות קדימה לאחור. זה גם אומר כי הזרז לא יכול לשנות את שיווי המשקל של תגובה הפיך, והוא יכול רק להאיץ את הקמתה.

במולקולות אורגניות, חלק משמעותי הוא תפוס על ידי רדיקלים פחמימנים, אשר ברוב המקרים לא להשתתף בתגובה: כאשר מתמודדים עם רדיקלים פחמימנים שלהם, מולקולות אורגניות לא מגיבים. החלק הפעיל של מולקולות אורגניות הוא קבוצות פונקציונליות (OH הידרוקסיל, C = O carbonyl, COOH carboxyl, ואחרים), אשר מרכזי התגובה.

על מנת שהריאקציה תתבצע בהשתתפות המולקולות האורגניות, על המגיב לפנות למרכז התגובה של המולקולה הזו; בתגובות בין שתי מולקולות אורגניות, מרכזי התגובה שלהם צריכים להתכנס. משמעות הדבר היא שבמהלך התגובה, המולקולות חייבות לנקוט עמדה מסוימת, להיות מכוונות לפי הצורך, ליצור מצב מעבר.

תגובת שיווי משקל אינה נלקחת בטעות כדי לשקול את מצב המעבר: יש הרבה תגובות כאלה בכימיה אורגנית.

הבה נחזור שוב למושג ההשפעה התרמית. זה ידוע כי כל חומר מאופיין כמות מסוימת של אנרגיה, המורכב קינטית ופוטנציאלית (זה בגלל כוחות משיכה ודחייה בין החלקיקים). האנרגיה הפנימית תלויה במצב החומר, היא משתנה במהלך תגובות כימיות ונקבעת על ידי ההשפעה התרמית. במדע, אפקט החום בלחץ מתמיד נקרא אנתלפיה והוא מסומן על ידי האות N. השינוי באנתלפיה מסומן על ידי נ 'אנתלפיה הוא מדד לצבירה של אנרגיה על ידי חומר, הוא משתנה עם שינויים בטמפרטורה ולחץ.

אם האנטלפיה של המגיבים גדולה יותר מזו של מוצרי התגובה, התגובה ממשיכה עם שחרורו של חום, ולהיפך. לדוגמה, התגובה של אדי מים עם פחם מלווה ספיגת חום בסכום של 136 ק"ג / מול:

לכן, מוצרים וכתוצאה מכך יש יותר אנתלפיה מאשר ריאגנטים:

יש לשים לב לכך שתהליכים אקוסותרמיים תואמים לערך שלילי של השינוי באנלפיה, ותהליכים אנדותרמיים תואמים את הערך החיובי שלה, כלומר. סימן H הוא הפוכה לסימן של אפקט תרמי במשוואות תרמוכימיות.

לדוגמה, תגובת ההידרציה של אתילן מגיעה עם שחרורו של חום בסכום של 46 kJ / mol (האנטלפיה של המגיבים גדולה יותר מזו של מוצרי התגובה) וניתן לבטא אותה כך:

ידוע כי היווצרותם של מולקולות מאטומים יכולה להיחשב כהעברה ממערכת פחות מסודרת (תנועה אטומית כאוטית) ליותר מסודר (היווצרות מולקולות). התהליך מלווה בשחרור של אנרגיה, המערכת נכנסת למצב עם אנרגיה פוטנציאלית אופטימלית. מגמה זו נקראת לעתים קרובות גורם האנרגיה.

בטבע, ישנם שני תהליכים: התהליך כאשר המערכת נוטה להזמין (למשל, היווצרות מולקולות), ואת התהליך כאשר המערכת נוטה להפרעה. מאיזה תהליך מקבל את הטוב ביותר, הכיוון שלו תלוי. התהליך הראשון נקבע על ידי גורם האנרגיה, התהליך השני נקבע על ידי גורם האנטרופיה.

תהליכים של פירוק, דיפוזיה, התכה, תהליכים רותחים, אידוי ותהליכים אחרים המתרחשים עם גידול בהיקף המערכת, גורמים לעלייה בהפרעה. דרגת ההפרעה מאופיינת בכמות הקרויה אנטרופיה (טרנספורמציה יוונית). זה מיועד על ידי האות ס 'ההפרעה יותר במערכת, גבוה יותר האנטרופיה (S0). ניתן לומר שהאנטרופיה, או גורם האנטרופיה, מראה את שאיפתה של המערכת לעבור ממצב מסודר למצב של הפרעה.

הקשר של אנטרופיה עם אנתלפיה ייחשב על הדוגמה של תגובה הפיך.

תגובה ישירה: C2H4 + H2 C2H6 מלווה בשחרור של אנרגיה (H0). האנטרופיה של המערכת יורדת (S0), מאז כתוצאה מתגובה, שומה אחת של גז נוצרת משני שומות של גזים. כאן תפקידו העיקרי של גורם האנרגיה.

התגובה הפוכה: C2H6 C2H4 + H2 מלווה ספיגת אנרגיה (H0); האנטרופיה של המערכת עולה (S0). גורם האנטרופיה ממלא תפקיד מרכזי בתגובה זו.

שימוש במושגים של אנתלפיה ואנטרופיה מאפשר לך לשפוט את האפשרות ואת התגובה של התגובה, היית משוכנע בכך על ידי לימוד כימיה כללית ואי-אורגנית.

1.6 סיווג תרכובות אורגניות

   הסיווג של תרכובות אורגניות לוקח בחשבון המבנה הכימי שלהם (את אופיו של שלד פחמן). בהתאם לתרכובות אורגניות אלו מחולקים למחזורי מחזורי (יוונית, ו - חלקיק של שלילה, כגון אסימטריה).

תרכובות Acyclic - תרכובות עם שרשרת פתוחה של אטומי פחמן - ישר או מסועף (רק אטומי פחמן מיוצגים בדיאגרמות):

CCCC CCCC

   אצל אחרים הם נקראים תרכובות שומן (שומן הם נקראים כי מבחינה היסטורית התרכובות הראשונות שנחקרו בסדרה זו היו חומצות אורגניות שמרכיבות שומן).

תרכובות מחזוריות מתחלקות לאליציקליות (1) ולארומטיות (2), אטומי הפחמן שלהן יוצרים מחזורים סגורים:

בתורו, תרכובות מחזוריות מחולקות לקרבוציקליות - הן נוצרות רק על ידי אטומי פחמן והטרוציקליים - במחזור שלהם בנוסף לאטומי פחמן המכילים אטומים של אלמנטים אחרים (הטרואטומים: חנקן, חמצן, גופרית וכו ').

שלד פחמן עשוי לכלול אג"ח בודדות כמו גם אג"ח.

התכונות הכימיות של תרכובות אורגניות מאופיינות על ידי נוכחות של קבוצות פונקציונליות, למשל, קבוצת hydroxyl OH, שאריות אמוניה (נטול אטום מימן אחד) NH2, שאריות חומצה חנקתית NO2, שאריות חומצה גופרית SO3H. נוכחותה של קבוצה תפקודית מסוימת קובעת אם המתחם שייך לשיעור מסוים. הקבוצות הפונקציונליות העיקריות מובאות בטבלה 1.4.

טבלה 1.4 קבוצות תפקודיות עיקריות וסוגי תרכובות COO אסתר. RCOOR "CH3COOC2H5 אתיל אצטט הערה R הוא רדיקלים פחמימנים של תרכובות שומן, Ar הוא הרדיקלי של תרכובות ארומטיות.

במסגרת לימודי הכימיה האורגנית, יובאו בחשבון פירוט התכונות של הקבוצות הפונקציונליות של סוגי התרכובות המתאימים.

1.7 הרכבה של תרכובות אורגניות

המרכיבים העיקריים המרכיבים תרכובות אורגניות הם פחמן, מימן, חמצן, חנקן. תרכובות אורגניות רבות יכולות לכלול גופרית, הלוגנים, זרחן ועוד. כדי לקבוע את הרכב החומר האורגני, מתבצע ניתוח יסודי איכותי. שקול כיצד האלמנטים מוגדרים בחומרים: פחמן, מימן, חנקן, גופרית והלוגנים.

קביעת פחמן ומימן. כאשר חומר עם תחמוצת נחושת (II) מחומם, פחמן מחומצן ל- CO2, אשר מזוהה על ידי סיד או מים baryte, ומימן - כדי H2O, אשר נצפה באופן חזותי על הקירות של הצינור:

(בסוגריים בהם סגורים C ו- H סגורים כי אלמנטים אלה הם חלק מחומר אורגני).

חמצן. אמנם אין תגובות איכותיות לקביעת החמצן. בדרך כלל נוכחותו נשפטת על פי תוצאות ניתוח כמותי או בשיטות פיזיות.

חנקן כאשר החומר מחומם עם לימון סודה, אמוניה הוא שוחרר, אשר לזיהוי על ידי מבחן לקמוס אדום. זוהי שיטה פשוטה לקביעת גופרית חנקן. גופרית פשוטה ניתן לאתר על ידי חימום החומר עם פתרון אלקלי מרוכז. גופרתי המתקבל נותן משקע שחור כאשר הוא אינטראקציה עם מלח עופרת (נחושת), למשל:

ללא הלוגן הדרך הקלה ביותר לזהות הלוגנים היא מבחן ביילשטיין: כאשר חומר מחומם על חפץ נחושת קליל (נחושת מכוסה בציפוי כהה של CuO, הממלא את תפקידו של סוכן חמצון), צורות מלח נחושת נדיפות, אשר צבעו את הלהבה הירוקה.

ניתוח כמותי קובע את החלק המסה של אלמנטים במתחם.

תוצאות הניתוח האיכותי והכמותי של החומר מאפשרים לנו לבסס את הנוסחה. נניח כי הניתוח הראה כי החומר מכיל 80% של פחמן ו -20% של מימן, והמשקל המולקולרי היחסי שווה ל -30. חלוקת החלק של כל אלמנט על ידי המסה האטומית שלו, אנו מקבלים את היחס בין האטומים של 6.66: 20. אם יחס זה מופחת לשלמים, אז זה יהיה 1: 3, כלומר ישנם שלושה אטומי מימן לכל אטום פחמן. זוהי הנוסחה הפשוטה ביותר של CH3, המסה המולקולרית שלה היא 15. על פי מצב הבעיה, המסה המולקולרית היחסית של החומר היא 30, ולכן, הנוסחה המולקולרית האמיתית היא C2H6.

קחו דוגמה נוספת. כאשר חומר ששוקל 8.6 גרם נשרף, 26.4 גרם של CO2 ו 12.6 גרם של H2O נוצרים, צפיפותו היא 3.84 g / l. קביעת הנוסחה המולקולרית של החומר.

קודם כל, ניתן לקבוע את המסה טוחנת של חומר על ידי צפיפות:

הסכום של המוני פחמן ומימן מראה כי החומר מכיל רק את היסודות פחמן ומימן.

מחלק את המסה של כל רכיב על ידי המסה האטומית שלו, אנו מקבלים את היחס של 0.6: 1, או מספרים שלמים של 3: 7. הנוסחה הפשוטה ביותר היא C3H7 (מר 43 = שלה), ואת הנוסחה המולקולרית האמיתית היא C6H14.

לאחר הקמת הנוסחה המולקולרית של חומר, המבנה הכימי שלה נקבע.

לפיכך, ניתוח של חומר טהור מורכב מהפעולות הבאות: קביעת הרכיב היסודי (ניתוח איכותי), קביעת הרכב כמותי, קביעת הנוסחה המולקולרית, עדות למבנה הכימי.

הידרוקרבונים

   השם "פחמימנים" מציין כי חומרים אלה מורכבים משני אלמנטים - פחמן ומימן - ויוצרים קבוצות שונות של תרכובות: פחמימנים רוויים - אלקנים, פחמימנים מחזוריים - cycloalkanes; פחמימנים בלתי רוויים - אלקנים, אלקינים, אלקדינים; פחמימנים ארומטיים. אנחנו מתחילים לשקול אותם עם פחמימנים רוויים.

פרק 2. Cycloalkanes

2.1 הרכוש והנכסים הפיזיים של אלקנים

   Alkanes הם פחמימנים, במולקולות אשר אטומי פחמן, בעל ערכיות של ארבעה, הם רוויים עד גבול עם אטומי מימן.

חשבו על טבלה 2.1. ניתן לראות כי הרכב האלקנים משתנה מונוטוני.

ההבדל בהרכב בין שני פחמימנים סמוכים הוא קבוע - קבוצת האטומים היא -CH2.

מספר חומרים שונים בינם לבין עצמם בקבוצה אחת או יותר של CH2 נקראים סדרה הומולוגית, והחומרים עצמם נקראים הומולוגים (מיוונית, הומולוגים):

קבוצת CH2 - הבדל הומולוגי.

טבלה 2.1 הרכב ותכונות פיסיקליות של אלקנים הנוסחה הכללית לאלקנים היא CnH2n + 2, כאשר n הוא מספר אטומי הפחמן. לדוגמה, כאשר n = אלקן יהיה הרכב C7H16.

הפחמימנים הפשוטים ביותר הם CH4 מתאן. זה גז ללא צבע וריח, כמעט חצי גודל האוויר (משקל מולקולרי ממוצע של האוויר הוא 29), הוא מסיס מעט מאוד במים. לכן, קל לאסוף אותו על ידי עקירת מים. מתאן הוא חלק של גז טבעי. בנוסף למתאן, פחמימנים גזיים אחרים כלולים בגז טבעי, כמו גם בגז נפט קשור: אתאן C2H6, פרופן C3H8, בוטאן C4H10. המתאן נמצא בגופי מים ביצניים (גז ביצה), מכרות פחם (גז שלי).

ארבעת הראשונים הידרוקרבונים הפשוטים ביותר - מתאן, אתאן, פרופן, בוטאן - הקימו שמות היסטוריים (טריוויאליים). שמות הפחמימנים הנותרים מורכבים מהספרה היוונית (פחות לטינית), התואמת את מספר אטומי הפחמן במולקולת הפחמימנים, ואת הסיומת - למשל, pentane ("penta" - 5), אוקטן ("אוקטה" - שמונה).

ארבעת הראשונים alkanes (C1C4) בתנאים החדר הם גזים, ואחריו נוזלים, החל C16H34, חומרים מוצקים.

בשל העובדה כי מולקולות של אלקאנים מורכבים שאינם קוטביים SS ו נמוך קוטבי אג"ח CH, הם למעשה לא להתמוסס במים. לפי כלל האצבע, "ממיסים דומים באלקנים דומים" מסיסים בממיסים שאינם קוטביים (אתר, בנזן וכו ') ולא מסיסים במים וממסים קוטביים אחרים.

כל alkanes הם קלים יותר מאשר מים; הצפיפות שלהם עולה עם מספר אטומי הפחמן במולקולות.

2.2 מבנה כימי של אלקנים. איזומריזם

   המולקולות של אלקאנים מאופיינות בנוכחות של קשרים קוולנטיים של CH ו- SS, אטומי הפחמן בהם הם quadrivalent ו רוויים עד גבול של אטומי מימן. לכן, alkanes יש שמות אחרים: רווי, או רווי, פחמימנים.

אטומי הפחמן במולקולות האלקנים קשורים מבחינה כימית ברצף מסוים. לכן, במולקולה של פרופן, אטומי פחמן מחוברים ברצף הבא:

אם אתה כותב את הנוסחה המבנית של פרופאן שונה:

HC CH HCHCH

   רצף האטומים המחברים אינו משתנה

נוסחאות מבניות של חומרים מתוארים לעתים קרובות בצורה מקוצרת: CH3CH3, CH3CH2CH3.

עבור בוטאן C4H10 AM באטלרוב, כידוע לך, הציע סידור כפול של אטומי פחמן - בצורת שרשרת ישרה ומסועפת:

HHHH H H

HCCCCH HC C CH

HHHH HH C HH

   אם נוסחה אני אטום פחמן מחובר אחד או שניים אטומי פחמן אחרים, ואז האטום הופיע נוסחה II, אשר קשורה שלושה אטומי פחמן.

בוטאן עם שרשרת ישר (רגילה) כבר היה ידוע למדע, Butlerov מסונתז את בוטאן החזוי עם שרשרת מסועפת וקרא itobutane. מאחר שהבוטאן והאיזוטאנים שונים בסדר שבו האטומים מצורפים (על ידי המבנה הכימי), הם שונים זה מזה ובמאפיינים, למשל, נקודת הרתיחה:

עבור הרכב C5H12, הציע Butlerov את קיומם של שלושה פחמימנים שונים זה מזה במבנה הכימי:

כולם מקבלים על ידי סטודנט Butlerov MD האריות. חומרים שיש להם את אותו הרכב, אבל מבנה כימי שונה, ולכן, יש תכונות שונות, נקראים איזומרים. התופעה עצמה נקראת איזומריזם.

המבנה הכימי נקרא לעתים קרובות מבנה של חומר, ולכן, תופעה זו נקראת איזומריזם מבני, והחומר עצמו נקרא איזומר מבני.

עם הגידול במספר אטומי הפחמן במולקולת הפחמימנים, מספר האיזומרים גדל בצורה חדה. אם בוטאן יש 2 איזומרים, פנטאן יש 3 איזומרים, אז דיקן C10H22 יש 75 איזומרים, ו pentadecan C15H32 יש 4347 איזומרים.

שימו לב לתכונה זו של האיזומרים: איזומרים עם שרשרת פחמן מסועפת יש נקודת רתיחה נמוכה יותר מאשר איזומרים עם שרשרת ישר;

ככל הענפים, התחתון נקודת רתיחה. איך להסביר את התופעה הזאת? הצורה של מולקולות מסועפות נוטה כדורית, תוך הפחתת שטח הפנים, מה שמוביל לירידה של כוחות intermolecular כי הם להתגבר בטמפרטורה נמוכה.

לפיכך, רק התיאוריה של המבנה הכימי (או התיאוריה המבנית) היתה מסוגלת להסביר את תופעת האיזומריזם, שכיחה בכימיה האורגנית.

ללא אטום מימן אחד, מולקולת האלקן מומרת לרדיקלים פחמימנים חד-ממדיים. שמותיהם נוצרים משמות האלקנים המתאימים, רק הסיומת - משתנה ל -. לדוגמה, מתאן CH4 הוא רדיקלי מתיל CH3, אתאן C2H6 הוא אתיל C2H5 או CH3 - CH2, פרופן C3H8 הוא פרופיל C3H7 או CH3 - CH2 - CH2.

שמות האלקנים בנויים על בסיס של מבנה כימי. מבין המינוחים השונים, המודרני הוא המינוח הבינלאומי (השיטתי) (IUPAC). בעת השימוש בו, אחד צריך לדעת את שמו של פחמימנים של המבנה הרגיל ואת השם של רדיקלי תחליף.

כדי להפוך את שמו של פחמימנים מסועפים, עליך לבחור את שרשרת הארוכה ביותר של אטומי פחמן ומספר אותם החל מאותו קצה. אשר הסתעפות (רדיקלי) הוא קרוב יותר. בשם פחמימנים, המספר הראשון מציין את מקומו של הרדיקלי (החלופי) בשרשרת, ואז הרדיקלים עצמם נקראים, ולבסוף, הם כותבים את שם הפחמימן במספר האטומים של הפחמן בשרשרת הארוכה ביותר. לדוגמה:

אם ישנם מספר תחליפים זהים (רדיקלים), אז מספרם כתוב במילים (di-, שלוש) לפני שם הרדיקלי; ספרות המציינות את המיקום של מחליפים, מופרדים על ידי פסיקים. לדוגמה:

עם מחליפים שונים, המספור מתבצע מהקצה שבו הרדיקלי של מבנה פשוט יותר נמצא קרוב יותר. לדוגמה:

פחמימנים של מבנה תקין (אטומי פחמן יוצרים שרשרת ישרה) מסומנים במכתב n-n-pentane, n-hexane.

אטומי הפחמן במולקולות האלקאנים של המבנה האיזומרי תופסים מקום אחר:

חלקם ממוקמים בקצה שרשרת הפחמן, אחרים בנקודות הסניפים. בהקשר זה, סיווג של אטומי פחמן הוא הציג: העיקרי (אני), משני (II). שלישוני (iii), quaternary (iv). לדוגמה:

I II III III II

   אטום פחמן עיקרי מוציא עמידה אחת על מליטה לאטום פחמן אחר;

אטום הפחמן המשני מבלה שני valances על הקשר עם שני אטומי פחמן אחרים; אטום פחמן שלישוני מבלה שלושה תלות על מליטה עם שלושה אטומי פחמן אחרים; אטום פחמן רבעוני מבלה את כל valances על הקשר עם ארבעה אטומי פחמן אחרים. מיקומו של אטום פחמן במתחם משפיע על תכונותיו, ולכן לעתים קרובות אנו מתייחסים מושג זה כאשר לומדים כימיה אורגנית.

2.3 מבנה אלקטרוני ומרחב של אלקאנים

   הקשר בין אטומי פחמן ומימן מתבצע על ידי זוגות אלקטרון נפוצים. לפיכך, הנוסחה האלקטרונית של פרופאן יכול להיות מיוצג כדלקמן:

איור. 2.1. תוכנית ההכלאה של ה- SP3 עם זאת, פרשנות כזו של הקשר הכימי עדיין לא מאפשרת לשפוט כיצד המולקולה בנויה למעשה, על המבנה המרחבי שלה.

אטומי פחמן במולקולות מתאן ובאופן כללי במולקולות האלקאן נמצאות במצב של הכלאה SP3.

כתוצאה מהכלאה של שלושה p-orbitals ואחד s-orbitals, יישור שלהם בצורה ואנרגיה מתרחשת, ארבעה אורביטלים זהים היברידית מופיעים (איור 2.1). היברידי SP3 אורביטלים הם בצורת אגס, הם מוארכים מאוד בכיוון אחד מן הגרעין לעבר קודקודים של tetrahedron (איור 2.2). צורה זו של אורביטלים תורמת לחפיפה גדולה יותר עם ענני האלקטרון של אטומים אחרים.

הוכח בניסוי שכל ארביטלים היברידיים של אטום פחמן במולקולה של מתאן הם יחסיים זה לזה בזוויות tetrahedral של 109 ° 28. כיוון מרחבי זה מאפשר להם להיות רחוקים ככל האפשר זה מזה, כתוצאה מחפיפה בין אורביטלים SP3 היברידיים ו- S-orbitals של ארבעה אטומים מימן יוצר מולקולה בעלת קשרים קוולנטיים חזקים (איור 2.3), זהו קשר יחיד ופשוט, הנקרא בדרך כלל קשר סיגמא, והוא ממוקם על הקו הישר המחבר בין גרעיני שני האטומים:

איור. 2.2. היברידי SP3-אורביטלים 2.3. חפיפה של sp3-orbitals עם להבנה טובה יותר של המבנה של מולקולת המתאן, נעשה שימוש במודלים שונים: נושא הכדור (איור 2.4) והסולם מחוברים ישירות זה לזה, אין רווח ריק בין האטומים. עם זאת, מודלים נושאות הרים 2.4. Saccharodus - העברת זוויות זווית ניידים מאוד.

מודל זה של המולקולה משקף בצורה מדויקת יותר את המבנה של מולקולת המתאן, את הסולם המאומטי. הפרטים במודל מיוצרים בקנה מידה מסוים ביחס לגודל האטומים בפועל. המודל נותן מושג על מילוי של שטח intramolecular.

איור. 2.5. מודל קנה מידה של מולקולה מתאן 2.6. גיבוש קשרים במולקולות 2.7. מודל קנה מידה 2.8. מודלים קנה מידה של מולקולות פרופן 2.9. מבנה זיגזג 2.8), מכיוון שלקישוריות הערכיות של אטומי פחמן יש אוריינטציה של טטראדרל. במקביל, זווית tetrahedral של 109 ° 28 נשמר, ואת המרחק בין גרעיני אטומי פחמן (אורך האג"ח) הוא 0.154 ננומטר (איור 2.9). איור. 2.10. הפצה סימטרית: לכן, מולקולות אלקן יש צפיפות אלקטרונים ביחס למבנה tetrahedral. באופן מלא המאשר את הציר המחבר בין גרעיני האטומים, ההנחה של ואן הוף: בשיטות הפיסיקליות-פחמן, ניתן כיום לקבוע מרחקים בין-אטומיים (יותר מדויקים, גרעיניים) וזוויות אג"ח. לקבל תמונה של הסדר האמיתי של אטומים במולקולה.

בשל העובדה כי מולקולות הם בתנועה מתמדת, שרשרת פחמן זיגזג יכול לקחת עמדות שונות בחלל. זה הוא הקל על ידי אג"ח, שבו צפיפות האלקטרונים מופץ באופן סימטרי על ציר המחבר את גרעיני אטומי פחמן (איור 2.10). כאשר האטומים מסתובבים סביב ציר זה, החפיפה של האורביטלים לא תופרע, וזוויות הערכיות לא יהיו מעוותות. סיבוב חופשי של אטומים סביב הקשרים ומאפשר מולקולה לקחת על צורות גיאומטריות שונות - קונפורמיות.

2.4 אימפרסיה קונפורמטיבית

   הסיבה להיווצרות של קונפורמציה היא סיבוב של אטומים סביב קשר. חשבו על תופעה זו בדוגמה פשוטה. מולקולת אתאן מורכבת משני רדיקלים מתיליים מקושרים. כאשר מסתובבים סביב קשר פשוט של קבוצת מתיל אחת ביחס לזו אחרת במולקולה של אתאן, מספר רב של מיקומים אפשריים. ניתן להבחין בין שתי עמדות קיצוניות:

הם נבדלים זה מזה בקונפורמציה A, אם ניקח בחשבון את הקשר של ה- SS, אטומי המימן של קבוצת CH3 הקרובה ביותר "יעיבו" את אטומי המימן של קבוצת CH3 הרחוקה. קונפורמציה זו נקראת מטושטשת.

בקונפורמציה B, אטומי המימן של קבוצת CH3 השנייה ממוקמים בין אטומי המימן של קבוצת CH3 הראשונה. קונפורמציה זו נקראת מעוכבת.

צורות גיאומטריות של מולקולות החוצות זו לזו כאשר אטומים מסתובבים סביב קשרים פשוטים, שזוויות האג"ח ואורכי האג"ח נשארים ללא שינוי, נקראים קונפורמיות.

פחמן של קבוצת CH3 משוער. אג"ח CH של קבוצת CH3 השנייה "מציצים החוצה" מחוץ למעגל (איור 2.11). דרך זו של ייצוג הקונפורמציה מאיצה את רישומם, מאפשרת להבין במהירות את הסידור המרחבי של האטומים.

מחסום האנרגיה למעבר של קונפורמציה אחת (A) לאחרת (B) הוא קטן, כ 12.6 kJ / mol. לכן, לא ניתן לבודד קונפורמציות אינדיווידואליות בתנאים רגילים.

איזו קונפורמציה היא יציבה יותר? ברור, ככל מעוכבים יותר יציב יותר, העכבות מועיל יותר, כי יש לו פחות אנרגיה פנימית (במצב זה את הסיבוב הפנימי סביב אג"ח פשוטים הוא עכבות).

עם הארכת שרשרת הפחמן, מספר ההתאמות האפשריות גדל. לדוגמה, בבוטאן, הקשר המרכזי של ה- SS יש שישה מהם, ובלבד זווית בין האג"ח משתנה על ידי 60 מעלות. הכיוון ההדדי של קבוצות CH3 מוצג באיור 2.12. בצד שמאל (1, 3, 5) מתוארים קונפורמציות מוגנות עם זוויות: 0 °, 120 ° ו -240 °: מימין (2, 4, 6) - קונפורמיות מעוכבות: 60 °, 180 ° ו- 300 °.

איור. 2.12. בוטאן קונפורמציות על ידי CCS המרכזית

2.5 תכונות כימיות של אלקנים

   זה ידוע כי התכונות הכימיות של תרכובות נקבעים על ידי הרכב ומבנה של המולקולות שלהם. הקשרים הכימיים של CH ו- SS מתאפיינים באנרגיה גבוהה, בהתאמה kJ / mol ו- 347 kJ / mol, כמו גם קוטביות נמוכה או נעדרת. מכאן ניתן להסיק כי הפעילות הכימית של alkanes הוא נמוך. זה יכול להסביר את השם ההיסטורי שלהם "paraffins" (מ Lat. Parum - קצת ו offinis - זיקה). בטמפרטורות רגילות, הם אינם מושפעים מחומצות מרוכזות (גופרית, הידרוכלורית), פרמנגנט אשלגן, נתרן מתכתי וכו '.

1. תגובה החלפת. Alkanes להגיב רק עם חימום חזק או תחת השפעת אור בהיר (או אולטרה סגול) אור. כך גם התגובה של האינטראקציה בין מתאן לבין כלור. במקרה זה, אטומי מימן של מולקולה מתאן מוחלפים בהדרגה על ידי אטומי כלור.

כתוצאה מהתגובה, הנקראת כלורי, נוצרת תערובת של נגזרות כלור.

התגובה עם ברום (bromination) עם היווצרות נגזרים bromo מתנהל בצורה דומה. עם זאת, ברום של alkanes מתנהל פחות נמרץ מאשר כלור. פלואורין מגיב עם alkanes עם פיצוץ, מה שהופך אותו בלתי אפשרי עבור אותם ישירות fluoridate.

לפיכך, טבעו של הלוגן המגיב משפיע על מהלך תגובת ההלוגן. האפשרות של תגובה יכולה להישפט על ידי אנתלפיה של ניתוק של קשרים כימיים (האנרגיה דיסוציאציה האג"ח שווה אנרגיית היווצרות האג"ח), כלומר. על ידי חישוב מאזן האנרגיה. לכן, כאשר מתאן הוא כלור (כאשר אחד מימן אטום מוחלף), CH ו - ClCl אג"ח לשבור, אשר יש להוציא, בהתאמה, 415 + 240 = 655 ק"ג / מול. עם היווצרות של אג"ח חדשות של CCl ו- HCl, האנרגיה 330 + 430 = kJ / mol הוא שוחרר. אנתלפיה של כלור הוא: Nhl = 655 - 760 = -105 kJ / mol. מאזן האנרגיה הוא חיובי ולכן התגובה אקסותרמית.

ההלוגן מושפע לא רק מהטבע של ההלוגן, אלא גם מאופי האלקן. לפיכך, של איזומרים של הרכב C5H12, האיזומר 2-methylbutane של המבנה מסועף, כלומר, המימן של קבוצת CH באטום פחמן שלישוני, עובר הלוגנציה.

התגובה של synthesized ניתן לראות על חוויה כזו חיה. 2 טיפות של ברום ממוקמות צינור בדיקה ו 3.5 מ"ל של הקסאן (isoctane או מטוהרים נפט המורכב תערובת של פחמימנים רוויים) נוסף. התערובת מזועזעת כדי להשיג פתרון צהוב ברור. מחצית מכמות הנוזל מכוסה ברצועת נייר כהה (איור 2.13). צינור אדים מחובר לצינור מחובר צינור 1 - עם לקמוס כחול צינור 2 - לפתרון של חנקתי כסף.

התגובה של מסונתז שבוצעה באור השמש או באור יום מפוזרים או כאשר מוקרן עם מנורת קוורץ. בעת שימוש במנורה, צינור הבדיקה מותקן במרחק של 20 ס"מ ממקור הקרניים האולטרא-סגולות. לאחר 5 דקות בחלקה הכהה של הצינור, התערובת מתחילה לזלזל בחלק זה של הנוזל, המכוסה בנייר כהה, אינו דהוי. לאחר מכן, להמשיך להקרין את כל הנוזל. דמותו המלאה. 2.13. ברום של פחמימנים נוזל אלקן יכול להיכנס לתגובה ניטרציה, עם אטום מימן מוחלפים על ידי קבוצת ניטרו של NO2. בתנאים מסוימים, הפעולה של חומצה חנקתית על מתאן מייצרת ניטרומתאן:

  2. תגובה הפירוק. בטמפרטורות גבוהות alkanes להתפרק לפחמן ומימן:

במהלך הפירוק חומרים בלתי יציבים ביניים נוצרים, למשל אצטילן (C2H2):

3. תגובת המחשוף. התגובה יכולה להתרחש עקב שבירת הקשר CH או אס אס. כאשר alkanes מחוממות בנוכחות זרז, מימן מוסר (dehydrogenated) כדי ליצור פחמימנים בלתי רוויים:

כאשר מחומם (עם וללא זרזים), קרע homolytic של פחמן פחמן קשרים מתרחשת גבוהה alkanes משקל מולקולרי.

רדיקלים, העוברים טרנספורמציות שונות, יוצרות מולקולות יציבות: אלקן CH3 (CH2) 7CH2CH3 ו- Alkene CH2 = CH (CH2) 7CH3.

תהליכים כימיים המתרחשים בעת פירוק תרמי או פיצול של פחמימנים, הנקראים פיצוח (מהאנגלים - פיצוח - פיצול, ראה פרטים בהמשך).

4. התגובה Isomerization. Alkanes של מבנה נורמלי בנוכחות זרז (אלומיניום כלוריד) וכאשר פונה מחומם (ללא שינוי הרכב) לתוך אלקאנים של מבנה מסועף. תגובה זו נקראת תגובת האיזומריזציה:

5. התגובה חמצון. Alkanes הם עמידים לחמצון סוכנים בטמפרטורת החדר, הם שורפים באוויר עם שחרורו של כמות גדולה של חום:

תערובת של פחמימנים עם אוויר או חמצן כאשר הציתו הוא חומר נפץ! לדוגמה, ההתפוצצות החזקה ביותר מתקבלת על ידי ערבוב של נפח אחד של מתאן עם 2 כרכים של חמצן (לפי המשוואה) או 10 כרכים של אוויר. במערכות יחסים רבות אחרות, מתרחש גם פיצוץ, אך פחות כוח. זכור: תערובת של גז טבעי עם האוויר הוא נפץ מאוד!

מוצרים בעירה של פחמימנים, כגון מתאן, ניתן להגדיר כדלקמן. איסוף מתאן בתוך הצילינדר ולהצית אותו. מתאן נשרף בלהבה חסרת צבע. ייתכן שתבחין כי קירות הגליל מכוסים טיפות זעירות של מים. הגאות בתוך הצילינדר מעט מים סיד, להבחין בעכירות שלה, ולכן אנו יכולים להסיק כי כאשר שריפת מים מתאן ופחמן דו חמצני נוצרים.

פחמימנים נשרפים בצורה שונה. כאשר שריפת מתאן, אתאן הוא תערובת טובה עם האוויר, והם נשרפו לחלוטין. עם עלייה במשקל המולקולרי של פחמימנים (גידול במספר אטומי פחמן), אופי הלהבה משתנה. כאשר שריפה, למשל, הקסאן או heptane (נוזלי), הרבה פיח (פחמן unburned) נוצר, שכן אין מספיק חמצן הבעירה המלאה שלהם. כך גם במקרה של פרפין, שהוא תערובת של פחמימנים גבוהים יותר.

לפיכך, פחמימנים רוויים דומים בתכונות כימיות, אשר ניתן להסביר על ידי הטבע הכללי של המבנה הכימי, נוכחות של קשרים כימיים חזקים אותו. עם זאת, פחמימנים להפגין את אותן תכונות בדרכים שונות.

התחשבות בתכונות הכימיות של אלקאנים מאפשרת לנו לתת הגדרה שלמה יותר של הומולוגים:

חומרים דומים במבנה ובמאפיינים כימיים, אך שונים בהרכב הכמותי שלהם לקבוצות CH2 אחת או יותר, נקראים הומולוגים, והתופעה עצמה נקראת הומולוגיה. הומולוגים (מתאן, אתאן, פרופאן וכו ') יוצרים סדרה הומולוגית.

חשבו על המושג "הומולוג" בדוגמאות. לשם כך, אנו כותבים מספר עמודות של נוסחאות של פחמימנים.

בעמודה הראשונה של הנוסחה של פחמימנים של מבנה נורמלי, במבנה השני מסועף השני. איזומרים והומולוגים נמצאים בקלות בעמודות. לכן, 2-methylbutane הוא הומולוג של 2-methylpropane ו -2 methylpentane (הם נבדלים בקבוצה CH2, אבל יש מבנה דומה), באותו זמן הוא אחד משלושת האיזומרים המתאימים להרכב של C5H12. בעמודות האנכיות הן הומולוגים, ובאופק - איזומרים.

2.6 מכניזם של תגובות להחלפה

   מנגנון התגובה תחליף נחשב על דוגמא של כלור מתאן. כאשר ספיגת אנרגיית האור (קוונטית של אור) או עם חימום חזק, את הקשרים במולקולות של החומר עם האנרגיה מחייב הנמוך ביותר נשברים. מכיוון שאנרגיית ה- ClCl (240 kJ / mol) נמוכה בהרבה מאנרגיית ה- CH (415 kJ / mol) ב- CH4, הקשר במולקולת הכלור הוא קודם כל שבור:

לאחר אחד האלקטרונים unaired ו בעל כמות גדולה של אנרגיה, אטום כלור אינטראקציה עם מולקולה מתאן, ובכך להרכיב את הרדיקל מתיל ואת מולקולת מימן כלורי:

רדיקלים חופשיים של מתיל, בעלי כמות גדולה של אנרגיה, מסוגלים לשבור את הקשר במולקולת הכלור, ויוצרים מוצר תגובה יציב - כלורומאתאן ואטום כלור, האטום של כלור מגיב עם המולקולה הבאה של מתאן, וכו '. התהליך נמשך עד שנוצר רדיקלים. שבירת התהליך יכולה להתרחש בהתנגשות של רדיקלים:

לכן, כאשר כלור נוצר תערובת של מוצרים שונים.

המנגנון הנחשב לתגובת החלופה נקרא רדיקלים חופשיים. במקרה זה, תגובת החלופה היא שרשרת של טרנספורמציות רצופות, ולכן היא נקראת תגובת שרשרת. בפיתוח התיאוריה של התגובות שרשרת, תפקיד יוצא מן הכלל שייך האקדמיה N.N. סמנוב, שזכה בפרס נובל על עבודתו בתחום זה, מנגנון התגובה מאפשר לחשוף סדרה של שלבי ביניים עוקבים הקשורים לשבירה ויצירת קשרים כימיים ולהוביל לתוצר התגובה הסופית. בתגובת תגובה כימית טיפוסית, רק מוצרי התגובה הראשונית והסופית מצוינים.

זה כבר נקבע כי החלפה על ידי הלוגן הוא בקלות ביותר באטום פחמן שלישוני, ולאחר מכן בבית המשני האחרון של כל הראשוני. אז, isobutane עובר הלוגנציה יותר n בוטאן:

זה מוסבר על ידי האנרגיה השונים של האג"ח CH באטומי הפחמן הראשוני, המשני והשלישי, הוא שווה ל- 410, 395 ו- 380 kJ / mol, בהתאמה. מאחר שהאנרגיה הנמוכה ביותר של האג"ח CH היא באטום הפחמן השלישני, המימן הוא הכי קל להתנתק ממנו, דרך המנגנון הרדיקלי, התגובה של ברום, ניטריון ואחרים מתרחשת.

2.7 נגזרות הלוגן של אלקנים.

השפעת ההשראה

   בהתאם למספר האטומים הלוגן במולקולה, מונו, די, trihalogen נגזרים, וכו 'מובחנים. לדוגמה, שני נגזרים monobromo איזומרי וארבעה נגזרים dibromo איזומרי ניתן להשיג פרופאן:

נגזרות הלוגן מאופיינות בפעילות כימית גבוהה. זאת בשל הקוטביות של הקשר CHAL.

הבה נבחן כיצד אטום הלוגן electronegative משפיע על אטומים אחרים על ידי הדוגמה של מולקולת chloromethane. המראה של הקשר CCL מוביל העובדה כי המולקולה לובשת צורה של tetrahedron לא סדיר (מתוח לכיוון אחד) - פירמידה. בו, זווית העדינות HCCl הוא קצת גדול מהרגיל (כתוצאה של דחייה של אטומי מימן וכלור).

אג"ח ה- CCl ארוך בהרבה מה- CH (0.176 ו- 0.109 ננומטר, בהתאמה) וקוטב יותר (1.5 ו -0.4 D, בהתאמה). בה, צפיפות האלקטרונים של האג"ח מועברת לאטום הכלור, וכתוצאה מכך מצטבר מטען חיובי חלקי על אטום הפחמן, ומצטבר מטען שלילי חלקי על אטום הכלור:

אטום הפחמן, היוצר גרעון של צפיפות האלקטרונים, נוטה לפצות על המטען שלו, ומשך את צפיפות האלקטרונים מאטומי מימן שכנים. הקשרים של CH ב chloromethane להיות פחות עמיד, אטומי מימן מוחלפים בקלות רבה יותר על ידי אטומי כלור מאשר אטום המימן הראשון במולקולה מתאן.

לכן, כלור משפיע על האטומים של הרדיקל מתיל, במיוחד אטום הפחמן מחובר ישירות כלור. בתורו, הרדיקלי משפיע על כלור - chloromethane יכול להגיב עם מתכות פעיל:

להיכנס לתגובה הידרוליזה:

כתוצאה מכך, ההשפעה של האטומים במולקולה של כלורומאטאן היא הדדית.

עם עליית הרדיקלים הפחמימנים, ההשפעה של אטום electronegative בהדרגה פוחתת לאורך שרשרת של π-bond. אז, ב chlorbutane, צפיפות האלקטרונים במולקולה מועבר מ 1C לכלור. אטום הפחמן הראשון מבקש לפצות על אובדן זה בשל משיכת צפיפות האלקטרונים מאטום הפחמן השכן - 2C ושני אטומי המימן שלהם. אטום הפחמן השני, בתורו, המבקש לפצות על החיוב החיובי שנוצר, מעכב את צפיפות האלקטרונים, אך עם פחות כוח מאטומי המימן שלו ומהאטום השלישי של הפחמן. זה האחרון מושך בחזרה את צפיפות האלקטרונים מן אטומי המימן ואת אטום פחמן הרביעי לעצמו. ההשפעה של אטום electronegative לאורך שרשרת של איגרות חוב с לאט לאט מתעמעם. לכן, יש שינוי בצפיפות האלקטרונים תחת השפעתו של אטום electronegative לאורך שרשרת של קשרים פשוטים, אשר למד את השם של אפקט אינדוקציה.

אפקט האינדוקציה נקרא שלילי (-I), אם האטום מושך אליו אלקטרונים, והקשרים חזקים ממימן (מקובל כנקודת התייחסות). זה נצפה ב הלוגנים. ישנם תחליפים הדוחים אלקטרונים של אג"ח. תרכובות כגון CH3, C2H5 ורדיקלים פחמימנים אחרים מפגינים אפקט אינדוקציה חיובי (+ I).

נגזרות הלוגן, כפי שמוצג בדוגמה של chloromethane, להגיב עם מתכות פעיל (תגובה Würz). כתוצאה מכך, יש בדרך כלל הכפלה של מספר אטומי הפחמן במולקולה המתקבלת, ובתגובה זו התקבלו מספר גדול של פחמימנים. אם נגזרות הלוגן שונות, למשל, ברומוטן וברומוטאן, נכנסים לתגובת וורץ, מתקבלת תערובת של שלושה פחמימנים: בוטאן, אתאן ופרופן. ניסוח התגובות של הייצור שלהם, עבור נגזרות הלוגן המאופיין על ידי החלפת הלוגן עבור קבוצות monovalent אחרים תחת פעולה של מים, בסיסים מלחים. תגובות אלו ממשיכות על ידי המנגנון היוני ונקראות תגובות החלפה נוקלאופיליות. זה ידוע כי הקשר C - האל הוא מקוטב מאוד. המרכז החיובי של המולקולה (אטום פחמן בעל טעינה חיובית חלקית) הוא אובייקט נוח לתקיפת ריאגנטים בעלי עודף אלקטרונים (בצורת מטען שלילי או זוג אלקטרון חופשי). ריאגנטים כאלה (לדוגמה, OH, Cl, CN, וכו '), כפי שאתם יודעים, נקראים נוקלאופילים (מן היווני, "גרעין" - הליבה), שכן

הם נמשכים לחיובים חיוביים.

הפעולה של מגיב נוקלאופילי נחשב על הדוגמה של אינטראקציה של נגזרות הלוגן עם אלקלי:

כתוצאה מהתקף האני הידרוקסיל של אטום הפחמן, נוצר קשר חדש של CO, שהוא חזק יותר מאג"ח ה- CI (ראה טבלה 1.1), דבר התורם לזרימה של התגובה העיקרית 2 - אקסותרמית. הקשר CI נשבר בקלות, אניון יוד משלב עם קטיון נתרן (3).

התגובה של נגזרות הלוגן תלויה באופי ההלוגן. הניידות של הלוגן עולה בסדרה F-chloro-bromo-iodo. נראה כי זה סותר את העובדה כי האג"ח CF הוא יותר קוטבי מאשר האג"ח CI (1.4 ו 1.3, בהתאמה). עם זאת, יש צורך להשקיע הרבה פחות אנרגיה כדי לשבור את הקשר CI מאשר לשבור את האג"ח CF (האנרגיה CI האג"ח הוא 213, ו CF - 448 kJ / mol). בנוסף, כאמור, בביצוע התגובה, הקיטוב חשוב יותר מקוטביות, כלומר. היכולת לקטב כאשר מתקרבים מגיב. נכס זה הוא יותר בבעלות אג"ח CI, מאשר האג"ח CF.

2.8 יישום אלקאנים מתאן בגז טבעי בכמויות גדולות משמש כדלק יקר. משמש לעתים קרובות בחיי היומיום פרופאן- butane תערובת (גז נוזלי), במיוחד במקומות בהם הגז הטבעי אינו מסופק. פחמימנים נוזליים משמשים כדלק מוטורי.

תערובות של פחמימנים רוויים נמצאים בשימוש נרחב.

שמן וזלין (מולקולות פחמימנים מכילים עד 15 אטומי פחמן) - נוזל צלול וחסר ריח, המשמש ברפואה, בשמים ובתמרוקים.

Vaseline (תערובת של פחמימנים נוזליים מוצקים רוויים עם עד 25 אטומי פחמן) משמש כבסיס להכנת משחות המשמשות ברפואה.

פרפין (תערובת של פחמימנים מוצקים S17С40) הוא מוצק לבן, מוצק וחסר טעם מוצק (mp 5054 ° C). פרפין משמש להליכים תרמיים בטיפול בדלקת, דלקת פרקים ומחלות אחרות. נרות מוכנים גם פרפין, הם ספוג עם נייר המשמש אריזות מזון, וכו '

המכון לדיג ים ימיים ואוקיאנוגרפיה, 1997, כרך א '. 43 ב. BUDNICHENKO, E.P. GUBANOV, V. DEMIDOV, N.A. IVANIN, A.V. רומן E.V. רומנוב, מ. PINCHUKOV, A.S. פיוטרובסקי, VG תוצאות המחקר של חומרי המחקר של ינירו בחומרי הדגים ההודיים בדרום האוקיינוס ​​הלומדים את משאבי הדגים של האוקיינוס ​​ההודי YU NI R O (לשעבר C c H R O O O) ... "

"SIVOLODSKY E. פ מערכת זיהוי של ENTERUBACTERIA מהדורה שלישית, עודכן ומעודכן סנט פטרסבורג 2011 סנט פטרסבורג פסטר מכון המחקר של אפידמיולוגיה ומיקרוביולוגיה סנט פטרסבורג פסטר מכון המחקר של אפידמיולוגיה ומיקרוביולוגיה על שמו של פסטר הוא המוסד המדעי הגדול ביותר של פרופיל אפידמיולוגי ב ..."

"אמנת רוטרדם ביצוע הליך הסכמה מוקדמת מודעת לגבי כימיקלים אסורים או מוגבלים בחוזקה טיוטת מסמך הנחיות החלטה ALAHLOR מזכירות אמנת רוטרדם על נוהל הסכמה מדעת מוקדמת לחומרים כימיים מסוכנים וחומרי הדברה במסחר בינלאומי מבוא מטרת אמנת רוטרדם הינה כדי לקדם אחריות משותפת ו ... "

"חקלאות, הקשורה, הטיהור, הגנת הגנת הצומח הערכה אקולוגית-אקולוגית וטיפולים של קרקע כאלמנט בסיסי עיצוב מתקן ופריפריה תיאור חקלאי מערכת ניקיון הייחודיות של טכניקה זו טמונה בפתרון שתי בעיות של הקלדת קרקעות. הראשון - טיפולוגי - מתבצע על בסיס המצומד ... "

תוכן העניינים מבוא 1. יסודות תורת הבעירה 1.1. מידע מן קינטיקה כימית 1.2. משוואות של חום העברת מסה בתיאוריה של שרפה 1.3. זרימת סטפנובסקי 2. פיצוץ תרמי 2.1. פיצוץ תרמי אדיאבאטי 2.2. תורת פיצוץ תרמי נ 'נ' סמנובה 2.3. התיאוריה הנייחת של פיצוץ תרמי 2.3.1. כלי שיט שטוח 2.3.2. כלי גלילי 2.3.3. ספינה כדורית 3. הצתה של הגז המגיב 3.1. הצתה עם קיר חם 3.2. הצתה משטח גלילי 3.3 .... "

"טכנולוגית מצגת טכנולוגיית העשרת מינרליים של העשרה ומינרלים אל-מתכתי מחזור פרופסור, Ph.D. Bragina V.I. פרופסור, Ph.D. Bragin V.I. תוכן העניינים מבוא תכונות של מינרלים אל-מתכתיים 1. טכנולוגיית פחם 1.1. שימוש בפחם 1.2. מקור הפחם והפקדותיו 1.3. הרכב פחם מזיהום מזיקים 1.4. מאפיינים וסיווג של פחם 1.5. הטלת פחם 1.5.4. מפעל העשרה סכימות 1.6 ... "

"ספר יורגיס קאנצ'ינס. באמצעות Baltica (אוסף) להוריד מ jokibook.ru לבוא, יש לנו תמיד הרבה ספרים חדשים! דרך Baltica (אוסף) Jurgis Kunchinas 2 ספר Jurgis Kunchins. באמצעות Baltica (אוסף) להוריד מ jokibook.ru לבוא, יש לנו תמיד הרבה ספרים חדשים! 3 ספר Jurgis Kunchins. ויה בלטיקה (אוסף) שהורדה jokibook.ru ללכת, תמיד יש לנו שפע של ספרים טריים! יורקיס קונצ'ינס. ויה בלטיקה (אוסף) שהורדו jokibook.ru ללכת, תמיד יש לנו שפע של טרי ... "

"(19) (11) (13) רוסיה RU 2,505,295 C2 (51) IPC A61K 31/353 (2006.01) A61K 31/366 (2006.01) A61K 31/431 (2006.01) A61K 31/7036 (2006.01) A61P 31/04 (2006.01) FEDERAL קניין רוחני (12) מפרט פטנט (21) (22) בקשה: 2010154511/15, 2009/06/04 (72) מחבר (ים): פרננדז אנטוניו סלסטינו (ZA), ( 24) להתחיל מועד תוקפו של הפטנט הפניה: אטית קונסטנס אליזבת (ZA), 2009/06/04 LEYVERS סטיבן (ZA) עדיפות (ים): (73) ... "

"תיקון סרגיי ס Gol'eva של פרעות חיסון שנגרמו עקב שימוש בתרופה BASIC כימותרפיה ריאתי שחפת 1 4 0 0 36 - Allergology ואימונולוגיה תקציר עבודה עבור מידת המועמד של מדעי רפואת קורסק - 2000 עבודה בוצע המפקח הרפואי האוניברסיטאי קורסק המדינה: - דוקטור מדעי הרפואה, חבר מקביל RANS, פרופסור א ', קנבוס 1. יריבים רשמיים: - MD, ... "

"סמינר הבינתחומי MSU על הצטלבות של נושא המדעים והרעיונות: הישגים ובעיות של SA פונומרנקו האלקטרוניקה האורגנית המודרנית הפקולטה לכימיה, מכון MSU של חומרים פולימריים סינתטיים N.S. Enikolopova RAS [מוגן באמצעות דוא"ל]  www.ispm.ru/lab8.html על מה נדבר היום? 1. מהו אלקטרוניקה אורגנית? 2. איך מוליכים למחצה אורגניים שונים מאורגניים? 3. היתרונות והחסרונות של האלקטרוניקה האורגנית. 4. חומרים עבור אלקטרוניקה אורגנית .... "

"מתוך תורתו של סנט Theophan התקן 1 חלק מתבודד העולם שלום שירטט את Word של אלוהים בזמן ובמרחב. דיבור וביזה. כל מילה כי ההכנסות מן הפה של אלוהים, הולידה את העולמות, מתוכם לספור ואנחנו לא יכולים להיות (38, עמ '. 54). אבל כל העולם האפשרי של תמונות של אלוהים נבחרו אחד שבו אנו חיים כיום, להיות בטוחים כי זו הדרך הטובה ביותר של חיים, אשר עשוי להיות דבר כמובן, הוא קיומם בזמן (51, עמ '. 144) . אלוהים, בחופשיות לכוון הכל ... "

"הפקולטה לכימיה של פעילויות מחקר דין וחשבון סטייט לומונוסוב במוסקבה של הפקולטה לכימיה, אוניברסיטת מוסקבה בשנת 2007 במוסקבה, 2007 כימיה MSU צוות דווח הפקולטה השנתי של מוסקבה, מהמחלקה לכימיה 2007 של אוניברסיטת מוסקבה אנשי מורים דין וחשבון NauchnoUchebnovspomogatelny פרופ ותמיכה צוות 233 דיילות ועוזרי מחקר AUP, ותלמידי תלמידים במוסקבה, הפקולטה לכימיה של מוסקבה המדינה ... "

«AEROSIL® עבור ציפויים עם מידע טכני מוצקים גבוה 1197 AEROSIL® 200 AEROSIL® R 972 AEROSIL® R 816 AEROSIL® 300 AEROSIL® R 974 AEROSIL® 380 CH3 Si C16H33 Si Si OH CH3 AEROSIL® R 812 AEROSIL® R 805 AEROSIL® R 812 S CH3 Si C8H17 Si CH3 CH3 לכסות: מבנה תוכן ציוני AEROSIL® הידרופובי הידרופילי מבוא העמוד AEROSIL® ציוני עבור ציפויים עם יישומי AEROSIL® מוצקים גבוהים ציפויים עם פיזור מוצק גבוה הטכני AEROSIL® ... "

" ב Kleschevich ניסיון פרשנות פרשנות TEKSTOV1 ספרי אלכימיה האלכימיה התעסקתי בהכנת התזה ההרמטית של הרנסנס - תופעה היסטורית ופילוסופית. פרשנות פילוסופית של סמלים וטקסטים האלכימי של מאות XVI-XVII. במחלקה להיסטוריה של SPSU פילוסופיה, פילוסופי. עבור הכנת התזה, החלטתי בעצמי לתרגם מאנגלית (שאינן לטיניות) מספר ספרי אלכימיה כדי לקבל תובנות לגבי הנושא באופן אישי, ולא להשתמש ... "

"1. מידע מה- GEF הנוגע לדיסציפלינה 1.1. סוג הפעילות של בוגר משמעת מכסה מגוון נושאים הקשורים בצורה של בוגר פעילות: מחקר; פרוייקט. 1.2. מטרות פעילות מקצועית של הבוגר של המשמעת עדיין נחשבות המפורטים פעילות מקצועית GEF של בוגרי הבעיה: מודלים מתמטיים של תהליכי אובייקטים על בסיס חבילות רגילות בעזרת חבילות עיצוב ויישום עבור ... "

"משרד משאבי אקולוגיה טבע הדו"ח הממשלתי טטרסטן הרפובליקה על מצב משאבי טבע וסביבה הרפובליקה של טטרסטן ב 2012, את Sidorov עריכה קאזאן 2013, שר משאבים אקולוגיה טבעי של RT, העורך הראשי של Kamalov RI סגן השר הראשון של משאבי אקולוגיה טבעיים של RT, עורך המשנה VZ Latypova ראש המחלקה של Applied Ecology CFI, סגן עורך חברי ועדת עריכה: ... "

"ערות מדעיות של האוניברסיטה הטאורידית הלאומית. V.I. Vernadsky סדרה ביולוגיה, כימיה. כרך 24 (63). 2011. מס '4. עמ' 244-260. 574.42 UDC: 579.61: 599.322 / 0.324: 614,446 שינוי אנתרופוגניים של מגיפה טבעית בצפון-מערבי השחור (חלק 1) Rusev IT המכון למחקר אנטי-נגדי. I.I. Mechnikova, אודסה, אוקראינה כתובת דואר אלקטרוני: [מוגן באמצעות דוא"ל]  נופים קלסיים על הופעתה של מגיפה באודסה וערים אוקראיניות אחרות ... "

"טיפול" IZOSTAVYANETO "AND" OTHVRLYANETO "על ידי קרולין Marcolini Meditsinata, takava kakvato שאני poznavame, כלומר מבוסס על neizpravnost או נזק sa kontseptsiyata צ'ה Bolesta אל prichinyavat הגוף, צ'ה lo מחיידקים פתוגניים, על ידי תאים ממאירים, סרטני מן Geni פגום או ממערכת חיסונית חלשה. Sschestvuva והמערכת של גורמי סיכון עבור Koito SE כתוש, סיכון צ'ה uvelichavat של zabolyavaniya. גורמי סיכון Takiva sa familna לאדן, רעלן tyutyunopushene, zamrsyavane אלקטרומגנטיים, ... "

"BSU הליכים של 2011, נפח 6, חלק 2 גנטיקה UDC: נחושת גופרתית 594.381.5 להשפיע על הצמיחה, שיעור ההישרדות ורמת הביטוי של metallothionein במים מתוקים רכיכות Lymnaea stagnalis SN Shevtsova, A.S. Babenko *, S.E. Dromashko המכון לגנטיקה ציטולוגיה של האקדמיה הלאומית למדעים של בלארוס, מינסק, הרפובליקה של מכון בלארוס של ביו כימיה של האקדמיה הלאומית למדעים של בלארוס, מינסק, הרפובליקה של בלארוס מבוא ידוע כי, יחד עם תעשיית זיקוק הנפט שמן פסולת, מתכות כבדות (TM) ... "

המרכיב העיקרי בהרכב של תרכובות אורגניות הוא פחמן. לכן AMButlerov מוגדר בכימיה אורגנית כמו הכימיה של תרכובות פחמן. עם זאת, ישנם חומרים פשוטים המכילים הפחמן (CO, C02, מלחים של חומצה פרוסית, וכו ')., המתייחס תרכובות אנאורגניות לומד עד כה את הכימיה הכללית או אורגנית. אם ניקח זאת בחשבון, ליתר דיוק כימיה כימיה אורגנית צריכה להיות מוגדרת כ פחמימנים ונגזרותיהם, אשר עשוי להכיל כמעט כל האלמנטים של המערכת המחזורית. בידוד של כימיה אורגנית כמו מקטע עצמאי של כימיה הנגרם על ידי: - המספר הרב של תרכובות אורגניות (כיום ישנם כ 5 מיליון של חומרים אורגניים ואי-אורגנית - 600 ה ..). - מורכבות בלתי מוגבל ואת מגוון אינסופי של חומרים אורגניים, לעומת אורגניים. המקורות העיקריים לייצור תרכובות אורגניות הם נפט וגז טבעי, פחם פחם חום, כבול, מפצלים, שעוות מינרלים, חומרי גלם צמחיים (מוצרים של ייעור פסולת חקלאית).

המבנה של התרכובות האורגניות ב -8 בינואר 61 גרם AMButlerov הציג את הקונספט של מבנה כימי, אשר קבע את הפיתוח של כימיה אורגנית. עיקרי התאוריה של המבנה של תרכובות אורגניות: 1) האטומים והמולקולות הצטרפו אחד לשני על ידי קשרים כימיים בהתאם ולנסים שלהם; 2) אטומים ומולקולות של חומרים אורגניים הקשורות ביניהן רצף שגורם המבנה הכימי של המולקולה; 3) את המאפיינים של תרכובות אורגניות אינו תלויים רק על המספר ואופי האטומים המרכיבים אותם, אלא גם על המבנה הכימי של מולקולות; 4) ב המולקולות קיימות כמו ההשפעה ההדדית של האטומים הקשורים ישירות זה לזה ולא קשור; עמדת בית התיאוריה Butlerova - המבנה הכימי של החומר מגדיר את התכונות הפיסיקליות והכימיות של התיאוריה המבנית של תרכובות אורגניות הסביר איזומריה התופעה - קיומם של חומרים שונים עם אותה נוסחה אמפירית, אבל עם מאפיינים פיזיים שונים (נקודת התכה, נקודת רתיחה, מדד, צפיפות ואני השבירה. ). לדוגמה, באותו C הנוסחה המולקולרית 5 H 6 O עשויה מתאימות שני חומרים שונים מבחינה מבנית - אתיל אלכוהול דימתיל אתר: CH-CH 2 -OH דימתיל אתר CH-O-CH אלכוהול גליקול

  אופי הקשרים הכימיים, הקשר הכימי בין האטומים גורם אלקטרונים באמצעות תורת אלקטרון של קשר כימי. מבנה אלקטרוני של אטום פחמן בתרכובות אורגניות:

  סוגי סוגים עיקריים קשר כימי של קשר כימי - קשרים יוניים ו קוולנטיים. יונית (אגירה אלקטרונית או הטרופולארית). קשר יוני שימוש הנבנה ביותר תרכובות אנאורגניות. קשר זה מתרחש בין אטומים, אשר שונים מאוד אלקטרו- negativity. התהליך מורכב להרכיב העברת אלקטרון האג"ח מאטום אחד למשנהו. נוצר זוג אלקטרון הכולל ולאחר מכן עובר (במשמרות) לאחד אטומי חיבור - שיש שני יונים ו"חורים כי לאגד כוחות אינטראקציות אלקטרוסטטיות: M + X-. לדוגמה, N + C l.

קוולנטיים (neelektrovalentnaya או קוולנטיים) אג"ח. בשנת ביצירת קשרים בין אטומים, אלקטרושליליות אשר שווים או שונות במקצת. העברת אלקטרונים מאטום אחד למשנהו אינה מתרחשת. במקרה זה הקשר נוצר על ידי אלקטרונים מזווגים חברות (שני, ארבעה או שש) שייכים לשני האטומים ליצירת קשר כימי. כל צורות זוג אלקטרונים אלה רק הצמדה קוולנטי אחד, כונתה על ידי מקף: קשר קוולנטי - הסוג הנפוץ ביותר של קשר כימי בכימיה אורגנית, זה נוצר על ידי החפיפה של אורביטלים של אטום אחד באחר מסלולית מתחלקת קשר קוולנטי קוטבי ולא קוטבי.

  הקשר בין התורם הוא מקרה מיוחד של קשר קוולנטי. זה נוצר כאשר אטום אחד יש זוג אלקטרוני unshared והשני, להיפך, הוא מוכן לקבל מסלולית בחינם, זה לא יספיק כדי שמיניית שניים או יותר אלקטרונים. במקרה זה יש גם אלקטרונים משותפים, אבל לא שווה "שוויוני", ועל ידי העברה אחד זוג האלקטרונים של אטומים בשימוש נפוץ. Atom כי יש זוג unshared של אלקטרונים, ומספק להם ליצור קשר כימי חדש נקרא אטום תורם ואשר מקבלת אותם, - acceptor: לכן, חיבור כזה נקרא לעיתים קרובות-acceptor התורם.

  קשר מימן (12, 5-20 ק ג '/ מול). לדוגמא, את הקוטביות של התוצאה של O-H ואת הנוכחות של זוגות בודדים של אלקטרונים על אטום החמצן של התרכובות הידרוקסי היא היכולת ליצור קשרי מימן, מה שמוביל את הקשר של מולקולות:

  כלאה של אורביטל האטום - היא חלק מהמרחב שבו ההסתברות למציאת אלקטרון הוא מקסימום. האיור מציג את אורביטל אטומי: שניות, x p, p y, z p. סוגים שונים של אורביטלים חופפים. מאחד ים - ושלוש אורביטלי p נוצרים ארבע אורביטלים מקבילות, אשר מיוצגות באופן אחיד כמו ים - (1/4 מסלולית חדש) ו- p-אורביטלים (3/4 חדש מסלולית); בעוד, כמו הים מסלולית הוא כדורי, ואת עמ מסלולית - "סיבוב שמונה" סוג של "שמונה סיבוב", במראו מסלולית חדש כמו מאוזן בכבדות

מסלולית מיועדת זה כמו הים p 3 - מסלולית, והפיכת הים - אורביטלים ו- p של אורביטלים p ארבעה ים 3 נקראים p ים 3 - כלאה. כל אחד האורביטלים 4 -X ים 3 עמ מכוונים לפינה של ארבעון, שבמרכזו הוא גרעין אטום; זוויות בין הצירים של ענני האלקטרונים הן 109 ° 28". מבין השני של כדורי p- ואחד - אורביטלים מתעוררים שלוש p 2 s שווה חדשות - זוויות מסלולית therebetween סכום 120 מעלות. אחת ואחד כדורי p- ים - ים אורביטלים מתעוררות שתי אורביטלי הכלאה p-, אוריינטציה ב 180 מעלות זה לזה ומסודרים בניצב אחד משני אורביטלי p הלא הכלאה (טבלה 1).

  הפרעה של אטומים אחרים בכל אפקט הדדי של אטומים במולקולה נובעת בעיקר חלוק מחדש של צפיפות אלקטרונים בו תחת השפעת הנוכחות של אטומים או קבוצות של אטומים השונים של אלקטרושליליות. כוחה של החזקת ענן האלקטרונים של גרעין האטום תלוי באופי של הכלאה של ענני אלקטרונים. במקרה הכללי, כוח משיכה והשימור של ענן האלקטרונים של האטום כמו ליבה מאופיינת אלקטרושליליות. עם אלמנט אלקטרו קשור למושג כזה מקרוב כמו את הקוטביות של הקשרים. הצמדה קוולנטיים יש polarizability - היכולת לשנות הקוטביות שלה, למשל תחת השפעה חיצונית. חיבורים הם מקוטבים הרבה יותר קל מאשר חיבורים. אפקט, אשר אטום או קבוצת אטומים יש על צפיפות אלקטרונים בבית האטום הסמוך בשל הבדלים אלקטרושליליות שנקרא אפקט אינדוקטיבי, היא פועלת -bond והוא מסומן על ידי האות L.

  אם המעבר של צפיפות אלקטרונים מתרחש על substituent שרשרת הצד (למשל, אטום כלור), השפעה כזו נקראת שלילי (- -effect L). במקרה כזה, אם האטום (או קבוצה) מחליפה את צפיפות האלקטרונים בשרשרת הלוואי (ממך), האפקט אינדוקטיבי יהיה (-effect + L) חיוביות. התערוכה L + -effect רדיקלים פחמימנים אליפטיות, t. רדיקלים אלקיל E. (-SNz, -C 2 H 5 ו- T. ד). רוב התערוכה קבוצות פונקציונליות - L-אפקט: l ין, - N H 2, -OH,\u003e C = 0, -COOH.

במולקולות עם קשרים כפולים מצומדות המכיל תורם אלקטרון או מתמירים משייכים אלקטרונים, מתרחש תחת השפעת האלקטרונים המשמרים האחרונים לאורך מערכת הענן. כתוצאה מכך, בשני הקצוות המנוגדים של מערכה מעין זה (למשל, acrolein) מופיע שונה סימן אבל שווה חיובים חלקיים גודל (): סוג זה נקרא נטיית אפקט השפעת האלקטרונים (C) או אפקט mesomeric (M). כדי לזהות השפעה mesomeric מחייב נוכחות של מערכת המורכבת משני -bonds לפחות מופרדים -bond אודיו. מערכות כאלה נקראים מצומד (או mesomeric).

  סיווג של תרכובות אורגניות על פי מבנה שלד פחמן. כל תרכובות אורגניות מסווגים על פי מבנה שלד פחמן.

  סוגי תגובות ריאגנטים יכולתו של חומר כדי להיכנס תגובה כימית מסוימת להגיב עם מהירות נמוכה או גבוהה נקראת תגובתיות שלה. בכל תגובה אורגנית, המצע ואת מגיב נבדלים. המצע - החומר, שינוי היחסים נשוא המחקר (מה הסוכן פועל), ריאגנט - חומר שגורם לשינוי אג"ח המצע (שפועל על המצע). המצע נקרא בדרך כלל החומר שבו הטיפה הזקנה אטום פחמן מתרחשת ויצירת קשרים חדשים. פרשת מולקולת המצע שבו שינויים מתרחשים קשרים, שנקראה מרכז התגובה.

  המרכז התגובה - הוא אטום או קבוצת אטומים כי הם מעורבים ישירות תגובה כימית זו,

  סיווג של תגובות אורגניות נכון לעכשיו, יש את האפשרויות הבאות עבור הסיווג של תגובות אורגניות. על פי התוצאה (כיוון) של התגובה מחולק סוגים בסיסיים: 1). תחליפים; 2). הצטרפות; 3). מחשוף; 4). פירוק; 5). חִמָּה; 6). קיבוץ מחדש; 7). intermolecular: א). עיבוי; ב). polycondensation; ב). פילמור.

  תגובות חילוף מסומנות באות S (ההחלפה - ההחלפה) נבדק בדרך כלל אטום פחמן; שבה אטום או קבוצת אטומים אחד מוחלפת חלק מולקולות ריאגנט המצע להרכיב את המוצר העיקרי, ומן שאר ריאגנט המצע ותגובת תוצר הלוואי נוצר. אלקאנים מאופיינים בתגובות תחליפיות רדיקליות

  לקבלת תגובת התמרה electrophilic ארומטי מאפיין S

תגובת סיפוח כונתה על ידי האותיות A ד (בנוסף - שהצטרף) הם שברירים בשל הקרע -bond במבנה C = C, C = 0, C C, C N, וכו ', ואילו אג"ח נקרע גם המולקולה מגיבה .. שני מגיב (יונים או רדיקלים) מחובר שני אטומי המצע בין שהתפוצץ -bond. בנוסף לתגובות של שני המגיבים נוצרות מולקולה אחת של המוצר הבסיסי. בשל אלקטרוני הקשר הכפול ב אלקנים מולקולות ממוקדים צפיפות אלקטרונים מוגברת. לכן הקשר C = C נוטה לעבור התקף electrophilic (elektrodefitsitnym) מגיב. במקרה זה, פער יתרחש -bond heterolytic, והתגובה תלך על המנגנון של תוספת electrophilic, אשר כונה על ידי הסמל א 'א' ד הלוגנציה (הלידים הצטרפות) ממשיכה עם מנגנון הקרע heterolytic מולקולות אלקן ד E. אלקטרופיל הוא פרוטון (H +) בהרכב של מולקולת HX.

  מחשוף תגובה או חיסול, ככלל, את התגובה ההפוכה הצטרפות; מזוהה על ידי האות E (חיסול), הם עוברים חיסול של אטומים או קבוצות של אטומים על שני פחמנים סמוכים כדי ליצור מוצר תגובה עיקרי (סופי) ו תוצר לוואי בלתי רווי גבוה. לדוגמא: תגובות dehydrogenation: תחת הפעולה של פתרון אלכוהוליים bromoethane של הליד אלקלי הוא בקע להקים במתחם בלתי רווי - אתילן:

  ותגובות פירוק - בניגוד לתגובות מחשופות שבו שרשרת הפחמן נשמרת (לא מושפע), תגובת הפירוק עם קרע נבדקות אג"ח C-C ו- לגרום להיווצרות של חומרים חדשים (שתיים או יותר) עם מספר קטן יותר של אטומי פחמן. תגובות דרבוקסילציה של חומצה קרבוקסילית:

  תגובות לתגובות חוזרות. תהליך החמצון כרוך בהעברת אלקטרונים מן המצע האורגני אל ריאגנט-אוקסידנט, ותהליך ההתאוששות - העברת אלקטרונים מן המצע כדי מגיב אורגני. כתוצאה תגובות חיזור שינוי מצב החמצון של אטומי פחמן, המהווה את מרכז התגובה של התגובה. סוכן החמצון תמיד לוקח (לוקח!) אלקטרונים, ואת סוכן ההפחתה נותן להם.

סידור מחדש, אשר מתרחש במהלך התנועה (הגירה) של אטומים או קבוצות של אטומים ממדור אחד למולקולה אחרת (סידור מחדש intramolecular). דוגמא לסוג זה של תגובות עשויה להיות תרכובות המכילות קשר כפול הידרוקסיל. הם בדרך כלל לא יציבים מיד להתאגד תרכובות carbonyl.

  תגובות מולקולריות תגובות פילמור. ההיווצרות של תרכובות גבוהות מולקולריות משקל מולקולרי נמוך עקב שבירה של מצעים שברירי -bonds במולקולות (מונומרים) הארכה ללא תוצרי לוואי בידוד. כתוצאה שהצטרף יחד מספר רב של חומרים פשוטים (מונומרים) נוצרו מבנה מורכב חומר חדש של משקל מולקולרי גבוה (פולימר):

  תגובות פוליקונדנציה. ההיווצרות של תרכובות גבוהות מולקולריות משקל מולקולרי נמוך המשתרע על שחרורו של תוצרי לוואי - חומרים פשוטים (מים, אמוניה, וכו ').

  יסודות של מינוח מינוח תרכובות אורגני הוא מערכת של כללים המאפשרים בשם חד המשמעי של כל חיבור יחיד, אשר משקף את המבנה שלה. הנפוץ ביותר בשני סוגים של מינוח: תחליפי מינוח פונקציונלי רדיקלי. נכון לעכשיו, התקן הוא מינוח IUPAC השיטתי (IU PAC - איגוד הבינלאומי של Pure יישומית כימיה), שאומץ ב 1957 בפריז, אשר מתייחס מינוח התחליף. עם זאת, בכימיה האורגנית מאוחסנים ושמות טריוויאלי בשימוש לפני כמבנה ידוע הפך לחומר. בשנת השמות האלה בדרך כלל לידי ביטוי במקורות ושיטות טבעיים להכנה, במיוחד תכונות ויישומים בולטות. לדוגמא, לקטוז (סוכר חלב) המופקים מחלב, חומצה פלמיטית, - משמן דקלים, פירובט מתקבל על ידי פירוליזה של חומצה טרטרית, וכו 'שמות טריוויאליות נפוצים במיוחד בקרב תרכובות טבעיות - .. חומצות אמינו, פחמימות, אלקלואידים, סטרואידים. השימוש בשמות טריוויאלי טבועים מסוימים (חומצה אצטית, טולואן, חומצה בנזואית, וכו ') מותר כללי IUPAC,

המינוח השיטתי של IUPAC בלב המינוח השיטתי של IUPAC הוא הבחירה של מבנה האב. השם בנוי כמילה מורכבת המורכבת משורש (שם מבנה האב); סיומות המשקפות את מידת אי-ההתאמה (נוכחות של קשרים כפולים או משולשים); תחיליות וסיומות המציינים את מספר, אופי ומיקום של תחליפים. הצירים מחולקים לשני סוגים: - רדיקלים פחמימנים וקבוצות אופייניות, המיועדים רק על ידי תחיליות (טבלה 3); - קבוצות אופייניות, הנקובות על ידי קידומות וסיומות, בהתאם לוותק (טבלה 4).

  המינוח הרדיקלי-פונקציונלי המינוח הרדיקלי-פונקציונלי משמש לעתים תכופות פחות מהחלפה. הוא משמש בעיקר לכמה סוגים של תרכובות אורגניות - אלכוהולים, קטונים, אתרים וכו '. עבור תרכובות בעלות קבוצה אחת אופיינית, השם מורכב משמות של רדיקלים פחמימנים, ונוכחות הקבוצה האופיינית, שלא כמו המינוח החלופי, משתקפת לא על ידי הסיומת, אלא בשם של קבוצת התרכובות המקבילה . ב המינוח התפקודי הרדיקלי, יחד עם המספרים, את המיקום המיקום של הצירים השתמר באותיות יווניות: וכו '