Файл: Примеры решения задач по органике.docx

Гибридизованными атомными орбиталями образуются -связи. Каждая одинарная связь атома углерода  это -связь. Каждая последующая кратная  -связь. Поэтому тип гибридизации атомов углерода можно определить по количеству - и -связей, которые этот атом образует с другими атомами: sp³  4 -связи (гибридизуются одна s + три p-орбитали), sp²  3 -связи (гибридизуются одна s + две p-орбитали) и 1 -связь, sp  2 -связи (гибридизуются одна s + одна p-орбиталь) и 2 -связи.

Для каждого атома углерода определяем количество - и -связей и, таким образом, тип гибридизации. Например, атом углерода карбоксильной группы образует 3 -связи (две с атомами кислорода и одну с атомом углерода) и 1 -связь (кратная связь между углеродом и кислородом). Следовательно, тип гибридизации этого атома углерода sp².

II. Учитывая электроотрицательность атомов, выберите наиболее полярную связь для приведенных химических связей. Обозначьте полярность символами (⁺ и ^–).

Полярность связи – смещение электронной плотности к более электроотрицательному атому. В периодической системе Д. И. Менделеева электроотрицательность (ЭО) атомов увеличивается в периоде слева направо, а в группе уменьшается сверху вниз. Атом, к которому сместилась электронная плотность, приобретает частичный отрицательный заряд ^–, а атом, от которого сместилась электронное облако,  ⁺. Смещение электронной плотности показываем также изображением связи в виде стрелки, направленной в сторону более электроотрицательного атома:

Связь СС образуют однородные атомы, поэтому электронная плотность будет расположена симметрично. Наиболее полярной будет та связь, атомы которой обладают большей разницей в электроотрицательностях: CCl.

Пример решения задачи 4

Определите, какие способы обобществления электронной пары реализуются при образовании следующих соединений и какие типы связей при этом возникают.

Существует два способа обобществления электронной пары при образовании ковалентной связи: коллигация и координация.

Коллигация (простая ковалентная связь)  каждый из атомов, участвующий в образовании связи, предоставляет по одному неспаренному электрону. При образовании такой ковалентной связи формальные заряды атомов остаются неизменными.

Если атомы, образующие простую ковалентную связь, одинаковы, то истинные заряды атомов в молекуле также одинаковы, поскольку атомы в равной степени владеют обобществленной электронной парой. Такая связь называется неполярной ковалентной. Если связь образуется между двумя атомами с различной электроотрицательностью, то она является ковалентной полярной.

Координация (донорно-акцепторная)  оба электрона новой связи предоставляет один из атомов - донор. Второй из атомов, участвующий в образовании связи, называется акцептором. В образовавшейся молекуле формальный заряд донора увеличивается на единицу, а формальный заряд акцептора уменьшается на единицу.

Решение

Образуется ковалентная полярная связь С-Cl

Образуется донорно-акцепторная ковалентная связь О-Н и ионная связь между анионом хлора и катионом метилоксония.

Пример решения задачи 5

I. Классифицируйте приведенные реагенты (радикал, электрофил, нуклеофил).

Приводим классификацию реагентов согласно их определению. Молекулы или частицы, обладающие избытком электронов (анионы и молекулы, содержащие атомы с невалентными электронами), называются нуклеофилами и обозначаются (N). Молекулы или частицы с недостатком электронов (катионы и молекулы, содержащие атомы с вакантными орбиталями), называются электрофилами и обозначаются (Е). Частицы, которые имеют один неспаренный электрон, называются радикалами и обозначаются (R). Классифицируем реагенты в задаче:

II. Укажите тип разрыва для обозначенных парой электронов связей в приведенных соединениях. Напишите и назовите образующиеся частицы.

Разрыв ковалентной связи может происходить двумя способами, обратными механизмам ее образования. Разрыв связи, при котором каждый атом получает по одному электрону из общей пары, называется гомолитическим (гомолизом), или радикальным:

В результате гомолитического разрыва образуются сходные по электронному строению частицы, каждая из которых имеет неспаренный электрон. Такие частицы называются свободными радикалами.

Гомолитический разрыв в большей степени характерен для неполярных и слабополярных связей и происходит при воздействии радикальных реагентов.

Если при разрыве связи общая электронная пара остается у одного атома, то такой разрыв называется гетеролитическим (гетеролизом), или ионным:

В результате образуются разноименно заряженные ионы  катион и анион. Если заряд иона сосредоточен на атоме углерода, то катион называют карбокатионом, а анион  карбанионом.

Гетеролитический разрыв в большей степени характерен для полярных связей и происходит при воздействии ионных реагентов (электрофилов и нуклеофилов).

В уравнении 1) связь CBr полярная, электронная плотность смещена к более электроотрицательному атому брома. Разрыв такой связи под воздействием ионного реагента OH^(N) будет гетеролитическим. В результате образуется новая частица Br^ (N).

В уравнении 2) связь CH малополярная, поэтому разрыв такой связи под воздействием радикального реагента ^NO₂ (R) будет гомолитическим. В результате образуется новая частица ^H (R).

Пример решения задачи 6

Определите, к какому типу относятся приведенные реакции (замещения, присоединения, элиминирования). Укажите субстрат, реагент, символ реакции.

В реакции 1) субстратом является 2-бромпропан (объект превращения, в котором реакционным центром, подвергающимся атаке, является атом углерода), а реагентом  ионное неорганическое вещество  КСN (атакующее вещество). В результате реакции происходит замещение брома в субстрате на нуклеофил СN^. Следовательно, протекает реакция нуклеофильного замещения: символ S_N_.

В реакции 2) субстрат - этилбензол, реагент - молекулярный хлор. В результате реакции происходит замещение водорода в боковой цепи арена на хлор. Реакция протекает при облучении, которое вызывает гомолитический (радикальный) разрыв связей в субстрате и реагенте. Следовательно, представлена реакция радикального замещения: символ S_R.

В реакции 3 происходит присоединение спирта к двойной связи альдегида. Поэтому субстрат - метаналь, реагент - метанол. Водород (протон Н⁺) спирта присоединяется к атому кислорода, а анион СН₃О^- (нуклеофил) - к атому углерода карбонильной группы альдегида (реакционный центр). Так как к реакционному центру присоединяется нуклеофил, то символ реакции A_N - нуклеофильное присоединение.

Пример решения задачи 7

Напишите реакции получения триметилметана и 2,2,3,3-тетраметилбутана из соответствующего алкена, соли карбоновой кислоты и галогенопроизводного углеводорода.

Способы получения алканов

1. Из непредельных алифатических углеводородов:

2. Из солей карбоновых кислот:

а) электролизом (синтез Кольбе) - для получения симметричных алканов:

б) декарбоксилированием путем сплавления с твердой щелочью - универсальный способ получения алканов:

3. Из галогенопроизводных углеводородов:

а) взаимодействием галогеналканов с металлическим натрием (синтез Вюрца) - для получения симметричных алканов:

б) восстановление галогеналканов каталитическим гидрированием или иодоводородом (для иодалканов) - универсальный способ получения алканов

Решение

Триметилметан - несимметричный алкан, который можно получить:

- из соответствующего алкена:

- сплавлением со щелочью соответствующей соли карбоновой кислоты:

- восстановлением соответствующего галогеналкана:

2,2,3,3-Тетраметилбутан - алкан симметричного строения, который можно получить:

- электролизом соли соответствующей карбоновой кислоты:

- из соответствующего галогеналкана по реакции Вюрца:

Из непредельного углеводорода 2,2,3,3-тетраметилбутан получить невозможно, так как не существует алкенов, алкинов и диенов с соответствующим углеродным скелетом.