Органическая химия. Классификация и номенклатура органических соединений (ОС). Пространственное строение ОС

органическими (углеводороды). Кроме углерода, они почти всегда содержат водород, довольно часто – кислород, азот и галогены, реже – фосфор, серу и другие элементы. Огромное количество органических соединений (свыше 20 млн.; ОС — самый обширный класс химических соединений) и их специфика объясняются строением атома С, природой химических связей между этими атомами, а также связей с другими атомами. ОРГАНИЗМ – ОРГАНИЧЕСКОЕ

веществ, образующихся только в живых организмах с участием особой жизненной силы (виталистические воззрения)

уксусной (1845г.), салициловой (1860г.), муравьиной кислоты (1861 г.).
Получение жиров (1854 г.).

Краткая история развития органической химии

Шарль Жерар
(1816-1856)

Создание теории типов (1853 г.).
Открытие четыре валентности атома углерода (1857г.).
Открытие способности атома углерода образовывать длинные цепи (1858 г.).

Фридрих Кекуле
(1829-1896)

Создание первой теории в ОХ – теории радикалов (первая половина XIX в.)

Петербургской АН.
Создал и обосновал теорию химического
строения органических соединений.
Объяснил явление изомерии.
Открыл реакцию полимеризации.
Синтезировал многие ОС.

Написал в 1864 г. “Введение к полному изучению органической химии” - первое в истории науки руководство, основанное на теории химического строения.
Создал школу химиков. Активно боролся за признание Академией наук заслуг русских ученых.
Был поборником высшего образования для женщин.
Труды по сельскому хозяйству, пчеловодству, этимологии.

группы – это заместители неуглеводородной природы, определяющие принадлежность к классу ОС и типичные химические свойства соединений.
Функциональные группы связаны с углеродным скелетом и химические превращения идут за счет этих групп без изменения углеродного скелета!

В настоящее время в органической химии общепринятой является систематическая номенклатура, разработанная Международным союзом чистой и прикладной химии (IUPAC). Наряду с ней сохранились и используются тривиальная и радикально-функциональная (рациональная) номенклатуры.
Тривиальная номенклатура состоит из исторически сложившихся названий, которые не отражают состава и строения вещества. Они являются случайными и отражают природный источник вещества (молочная кислота, мочевина, кофеин), характерные свойства (глицерин, гремучая кислота), способ получения (пировиноградная кислота, серный эфир), имя первооткрывателя (кетон Михлера, углеводород Чичибабина), область применения (аскорбиновая кислота). Преимуществом тривиальных названий является их лаконичность, поэтому употребление некоторых из них разрешено правилами IUPAC, но они не могут быть объединены в систему. Тривиальные названия широко используются в классах углеводы, аминокислоты, стероиды, алкалойды и др.

НОМЕНКЛАТУРА ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ

и некоторых классов природных соединений. Название простых соединения складывается из 2-х элементов – названия углеводородного радикала и названия характеристической (функциональной) группы или соответствующего класса соединений. В качестве локантов, как правило, используются греческие буквы.
Например:
метилэтилкетон этиловый спирт, масляный альдегид
Если функциональных групп несколько, выбирают родоначальную структуру, выбор довольно произволен. Заместители называют в приставках (α-,β-, γ- и т.д. или орто-, мета-, пара-положение).

строение соединения. Название соединения отражает определенные элементы строения молекулы вещества. В её основе лежит выбор родоначальной структуры (самая длинная углеродная цепь или цикл, лежащий в основе соединения).
Соединение называют в следующем порядке:

Выбирают старшую функциональную группу (если она есть) по таблице старшинства.
Её название дает окончание.
Определяют родоначальную структуру – углеводород, лежащий в основе соединения и нумерую атомы С так, чтобы старшая группа или заместитель получили наименьший порядковый номер. Родоначальная структура составляет корень слова.
В названии указывают степень насыщенности родоначальной структуры
(суффикс – ан, -ен, -ин, -диен).
Младшие функциональные группы, неуглеродные группы и радикалы называют в приставке в алфавитном порядке.
Заместителем называют любую функциональную группу или радикал, связанный с родоначальной структурой (атом, или группа атомов, замещающая атом Н в род.структуре)

2

1

3

4

атомов в молекуле, с учетом природы связей. Важнейшая характеристика молекулы – это её состав.
Но в ОХ одному составу может соответствовать несколько соединений.

расположение атомов или групп атомов.
Изомеры делят на 2 большие группы: структурные и пространственные (стереоизомеры)

Углеродной цепи

Функциональных групп

Положения функциональных групп

имеют одинаковый состав и химическое строение, но отличаются конфигурацией.

Например: цис- и транс-изомеры бутендиовой кислоты отличаются расположением карбоксильных групп относительно кратной связи.

Отличаются Tпл, растворимостью в воде. Транс-изомер более устойчив. Фумаровая встречается в природе, биологически активна. Малеиновая получена синтетически, токсична.

гибридизации (результат взаимодействия 1s и 3р орбиталей.

Чтобы показать расположение связей в пространстве,
прямыми линиями изображают связи, лежащие в одной плоскости.
Связь, направленную к наблюдателю – жирным клином, от
наблюдателя – заштрихованным клином. Стереохимические формулы –
перспективные. Но в настоящее время более распространены
Проекционные формулы Ньюмена.

такие молекулы не совместимы со своим зеркальным изображением. Их называют хиральными. Примером может служить правая и левая рука, перчатки, ботинки и т.д.

Центром хиральности служит sp3-гибридный атом углерода, соединенный с 4-мя разными заместителями. Такой атом называют асимметрическим.
В некоторых случаях
наличие такого атома
не является причиной
возникновения хиральности
(винная кислота) и наоборот.
Стереоизомеры делят на
энантио- и диастереомеры.

Зеркало Венеры, 1898, Edward Jones. Все объекты на этой картине имеют зеркальные отображения.

и несовместимое с ним в пространстве зеркальное отражение.

Если в молекуле 1 центр хиральности, она существует в виде энантиомеров. Пример: молочная кислота.

свойствам, отличаются по способности вращать плоскость поляризации света в противоположных направлениях. Правовращающий- D «-», левовращающий - L «+».

и имеют различную физиологическую активность.

Смесь равных количеств энантиомеров называют рацемат, оптически не активный. Энантиомеры отличаются некоторыми химическими свойствами при взаимодействии с хиральными молекулами, в основном с ферментами.
Специфичность биологического действия
определяется пространственным соответс-
вием ферменту (ключ и замок), его
активному центру (Фишер).
Поэтому в живых организмах присутствует в
основном одна стереоизомерная форма.
Около 40% фарм.препаратов – хиральные соединения,
в основном в виде рацемата, т.е. биологически активна лишь половина препарата. Более физиологически активный энантиомер- называют эвтомер, другой – дистомер. У них может быть и различное физиологическое действие.

- Диастереомерия

σ-Диастереомерия возникает в молекулах с 2 и более центрами хиральности.

Число стереоизомеров рассчитывают по формуле Фишера: Z =2n ,
где n-число центров хиральности.

ЭНАНТИОМЕРЫ

ДИАСТЕРЕОМЕРЫ

σ– Диастереомеры имеют разные физические и химически
свойства и физиологическое действие.

и 3
2 и 4

в которой учитывают старшинство заместителей вокруг асимметрического атома С. Младший заместитель (Н) наиболее удален, если старшинство других заместителей убывает по часовой стрелке, это R –конфигурация, если против – S.

располагаться либо по одному, либо по разные стороны относительно плоскости π-связи. Их также называют цис-, транс-изомеры, они образуются из-за невозможности вращения вокруг π-связи.
Используют E, Z – классификации,
по которой в Z-изомере старшие
заместители по одну сторону
от плоскости двойной связи,
в Е-изомере – по разные стороны.

вокруг одинарных δ-связей.

Начиная с этана в алканах появляется возможность вращения вокруг одинарной С-С δ-связи без нарушения химического строения, меняется расположение заместителей у атома С, молекула принимает разные геометрические формы, или конформации. Угол поворота называют торсионным.
Конформации соединений с открытой цепью
Минимальный угол поворота (торсионный) принят за 600, при полном обороте на 3600 возникают 6 различных конформаций.

и С2.

Проекционная формула

Разность энергии создает энергетический барьер вращения

7,8

7

– в одной плоскости, а 5-тый за её пределами.
В циклогексане шестичленный цикл не может быть плоским (угол 1200 – в плоском), наиболее устойчивы неплоские конформации кресла и ванны (угол 109,50 , нет угл. напряжения).

изомеры различаются за счет поворота атомов или групп атомов вокруг одинарных связей.

двойной
тройной
б) в цепочки разного вида:

СН3 СН3 ЭТАН
СН2 СН2 ЭТИЛЕН
СН СН АЦЕТИЛЕН

ПРЯМЫЕ С С С
РАЗВЕТВЛЕННЫЕ
ЗАМКНУТЫЕ С С
С С

С