Программа по химии для поступающих в вузы (ответы)
г.г. Некоторая трудность для нас заключается в том, что создатель теории
строения не формулировал пункт за пунктом положения своей теории в одном
месте: они пронизывают все научное творчество самого Бутлерова и его
учеников.
1. Атомы в органических молекулах связаны друг с другом в определенном
порядке химическими силами. Этот порядок Бутлеров и называл химическим
строением. Во времена Бутлерова лишь в общих словах называли эти силы
«силами валентности»: в наше время выяснено, что силы валентности имеют
электронную природу.
2. Строение можно изучить экспериментально, используя химические методы –
анализ и синтез. В наше время при установлении строения широко используют
также физические методы – разные виды оптической спектроскопии,
рентгенографию, электронографию, определение дипольных моментов.
Физические методы, в первую очередь рентгенография и электронография,
позволяют определить реальное положение каждого атома в молекуле,
получать как бы его фотографию. Это расположение согласуется с найденным
чисто химическим путем. Поэтому мы чаще говорим просто о строении
молекул, опуская прилагательное «химическое», которое обязательно
употреблял Бутлеров.
3. Формулы строения выражают порядок химической связи атомов. В формулах
строения (структурных формулах) символы элементов соединяют черточками,
условно изображающими химическую связь, например:
Структурные формулы в развернутой записи (т.е. с обозначением каждого
атома и каждой связи) уже при небольшом усложнении молекулы становится
трудно читаемыми. Поэтому с самого начала необходимо привыкнуть к
структурным формулам в сокращенной записи, например:
или
Как видно из приведенных примеров, при сокращенной записи рядом с атомом
углерода помещают непосредственно связанные с ним атомы и группы, затем
ставят черточку и после нее переходят к другому атому углерода, со стоящими
при нем заместителями. Чтобы еще более сократить запись, иногда совсем
опускают черточки: например, СН3СН(ОН)СН3.
При построении структурных формул органических соединений необходимо
учитывать найденную опытным путем валентность элементов-органогенов. Так,
валентность углерода 4, водорода 1, кислорода 2, галогенов 1. Азот, сера и
фосфор могут находиться в разных валентных состояниях.
4. Каждое вещество имеет одну определенную формулу строения, отражающую
порядок химической связи атомов в реально существующей молекуле. Это
положение глубоко материалистично, философски правильно: в основе лежит
реально существующий в природе объект – молекула, и структурная формула
должна возможно точнее отразить этот объект. Выполнению этого требования
подчинены все современные «усовершенствования» в написании формул
органических веществ – введение в них обозначений электронных пар,
стрелок, пунктиров, знаков заряда. Все это улучшает соответствие между
формулой и реальной молекулой, т.е. отвечает принципам теории строения.
5. Связанные в молекуле атомы оказывают друг на друга взаимное влияние:
свойство каждого атома в составе молекулы зависит не только от его
собственной природы, но и от окружения, в котором этот атом находится. С
взаимным влиянием атомов мы постоянно встречались во всем курсе
органической химии. Пока ограничимся простейшим примером: и в молекуле
воды, и в молекуле хлористого водорода имеется атом водорода, но сколь
различны его свойства в обоих веществах!
6. Физические и химические свойства органических соединений определяются
составом и строением их молекул. Во времена Бутлерова можно было судить
лишь о химическом строении – порядке химической связи атомов. В настоящее
время имеется возможность определять пространственное строение;
определять распределение электрических зарядов – электронное строение.
Все три особенности строения важны при рассмотрении свойств органических
соединений.
Теория химического строения позволила понять природу изомерии: молекулы
структурных изомеров имеют одинаковый состав, но различаются порядком связи
атомов. Например, формула С2Н6О отвечает двум различным веществам:
диметиловому эфиру и этиловому спирту.
Бутлеров не ограничился лишь теоретическим объяснении изомерии на основе
теории строения. Он провел и ряд экспериментальных работ, подтвердив
предсказания теории получением изобутана и третичного бутилового спирта.
Гомологический ряд предельных углеводородов (алканов), их электронное и
пространственное строение, spі-гибридизация. Номенклатура алканов.
Физические и химические свойства алканов (реакции галогенирования и
окисления). Представления о механизме цепных реакций с участием свободных
радикалов. Метан, его использование.
Алканы являются углеводородами, наиболее богатыми водородом, они
насыщены им до предела. Отсюда название – насыщенные или предельные
углеводороды. Их также называют парафинами. Общая черта в строении алканов
и циклоалканов – простая или одинарная связь между атомами углерода. на
образование этой связи затрачивается одна пара электронов, причем
максимальное перекрывание орбиталей находится на линии, соединяющей центры
атомов. Такую связь называют ?-связью, а электроны, образующие её – ?-
электронами. Распределение электронной плотности ?- связи симметрично
относительно оси, проходящей через центры связанных атомов. В молекулах
насыщенных углеводородов атомы углерода находятся в состоянии spі-
гибридизации и каждый из них образует четыре ?-связи с углеродом или
водородом. Состояние spі-гибридизации характеризуется тетраэдрической
конфигурацией, т.е. пространственное направление связей составляет 109є28’.
Для алканов характерно структурное изомерия: различие в порядке связей. Для
названия алканов используется рациональное номенклатура, но первые четыре
представителя имеют тривиальные названия: это метан, этан, пропан, бутан.
Первые четыре члена гомологического ряда являются газами, от С5 до С15 –
жидкости , с С16 – твёрдые вещества. В гомологическом ряду алканов
постепенно повышаются температуры кипения, плавления, а так же
относительная плотность. Алканы с разветвлённой цепью кипят при более
низких температурах, чем изомеры с нормальной цепью плотности всех алканов
меньше единицы. Они практически не растворимы в воде, однако растворимы в
эфире и других органических растворителях метан и этан практически лишены
запаха, углеводороды С3 – С15 имеют хорошо известный запах бензина или
керосина, высшие члены ряда лишены запаха из-за их малой летучести. В
химическом отношении алканы малоактивны. Парафины вступают лишь в
радикальные реакции замещения, идущие в довольно жёстких условиях. К
реакциям присоединения алканы не способны!
Галогенирование:
CH4 + Cl2 > CH3Cl + Cl2 > CH2Cl2 + Cl2 > CHCl3 + Cl2 > CCl4 (h?)
Реакция идет по цепному механизму:
a) Инициирование цепи:
Cl2 > 2Cl?
b) Рост цепи:
H3C:H + Cl? > H:Cl + H3C?
H3C? +Cl:Cl > H3C:Cl + Cl?
c) Обрыв цепи:
2Cl? > Cl2
2H3C? > CH3–CH3
H3C? + Cl? > CH3–Cl
1. Нитрование (р-ция Коновалова):
CH3CH2CH3 + HONO2 > CH3CH(NO2)CH3 + H2O (t=140°, p, 10%)
2. Крекинг: нагревание до 400°-600? сообщает молекулам достаточно
энергии для того, чтобы произошел гомолитический разрыв С–С связи.
При крекинге предельных углеводородов образуются более простые
предельные и непредельные углеводороды. Наряду с собственно крекингом
при термокаталитической обработке предельных углеводородов идут и
другие процессы:
* Дегидрирование – отнятие водорода с превращением предельных
углеводородов в непредельные.
* Ароматизация алканов и циклоалканов с превращением в ароматические
углеводороды.
* Изомеризация – перестройка углеродого скелета (при действии AlCl3).
Метан используется в основном в качестве дешевого топлива. При горении
он дает почти бесцветное пламя. Из метана получают ценные химические
продукты: метанол, синтез-газ, формальдегид, ацетилен, различные
хлорпроизводные. Этан используется при синтезе этилена. Пропан в смеси с
бутаном используется в качестве топлива. Средние члены гомологического ряда
используют как горючее для двигателей (бензин, керосин), а также в качестве
растворителей. Высшие алканы – топливо для дизельных двигателей, смазочные
масла и сырье для производства моющих средств.
Этиленовые углеводороды (алкены); ?- и ?-связи, spІ-гибридизация.
Пространственная (геометрическая) изомерия. Номенклатура этиленовых
углеводородов. Химические свойства (реакции присоединения водорода,
галогенов, галогеноводородов, воды; реакции окисления и полимеризации).
Правило Марковникова. Получение и использование этиленовых углеводородов.
Алкенами называются ненасыщенные углеводороды, содержащие в молекулах
одну двойную связь. Простейшим представителем алкенов является этилен С2Н4,
в связи, с чем соединения этого ряда называются также углеводородами ряда
этилена. Часто применяется для них название олефины. Гомологический ряд
алкенов имеет общую формулу СnН2n, т. е. как у циклоалканов. Таким образом,
| |  скачать работу |
Программа по химии для поступающих в вузы (ответы) |
