Лекция 3 1.Энергетика органических реакций Интермедиаты органических реакций, Термодинамический и кинетический аспекты органических реакций 2. Алканы. - презентация

1

2 Лекция 3 1.Энергетика органических реакций Интермедиаты органических реакций, Термодинамический и кинетический аспекты органических реакций 2. Алканы и циклоаканы Общая характеристика класса Строение алканов

3 Разрыв ковалентной связи ГомолитическийГетеролитическией Карбокатион Карбанион Метильный катион Радикал Бензильный анион трет-Бутильный радикал Катионы и анионыРадикалы Интермедиаты

4 Изменение энергии системы Движущей силой химической реакции является стремление реагирующих молекул занять наиболее устойчивое состояние, т.е. состояние с наименьшей свободной энергией G0, Кр

5 1,2,3 – элементарные стадии химической реакции Лимитирующая стадия

6 A + B [1 ] [интермедиат] [2 ] X в квадратных скобках помещают неустойчивые переходные состояния или интермедиаты молекулярность стадии - число взаимодействующих частиц, принимающих участие в стадии переходное состояние (#) – промежуточное состояние, когда старые связи еще не разорвались, а новые еще не образовались. интермедиат – промежуточное соединение, образующееся на одной элементарной стадии Принцип Хэммонда: если реакция проходит как через переходное состояние, так и интермедиат, энергия которых почти равна, то взаимное превращение обоих сопровождается лишь малым изменением структуры. При экзотермических реакциях переходное состояние похоже на исходные субстраты; при эндотермических реакциях – на продукты. k=A e - Еакт / RT Уравнение Аррениуса

7 Суммируем: 1.Любая химическая реакция должна рассматриваться с позиций термодинамики и кинетики. 2.Термодинамика указывает на возможность протекания процесса в данных условиях, выражаемую, например, через G или константу равновесия. Термодинамическое описание ничего не говорит о скорости протекания реакции, времени достижения равновесия. 3.Скорость же реакции определяется энергией ее переходного состояния, которая описывается в терминах кинетики. 4.Механизм реакции - совокупность и последовательность элементарных стадий. Механизм реакции определяет: последовательность стадий; тип интермедиатов; лимитирующую стадию. 6.Строение и энергия интермедиатов близки к строению и энергии переходных состояний. 7. Факторы, стабилизирующие/дестабилизирующие интермедиат, будут стабилизировать/дестабилизировать переходное состояние.

8 Органические вещества Алифатические (жирные) Ациклические Алициклические (циклоалифатические) Ароматические (душистые) Алифатические соединения соединения, не содержащие ароматических связей Ациклические соединения - органические соединения, атомы углерода которых связаны друг с другом в цепи Алициклические соединения - органические соединения, атомы углерода которых связаны друг с другом в циклы

9 Алканы Алканы (предельные углеводороды, парафины) и циклоалканы и циклоалканы

10 Алканы (парафины) – углеводороды с открытой цепью, в которых атомы углерода соединены друг с другом одинарными связями, а остальные свободные валентности насыщены атомами водорода. "парафины" – от лат. parrum affinis – малоактивный Гомологический ряд – группа родственных органических соединений, отвечающих одной общей формуле и содержащих общие структурные элементы, но отличающихся между собой на одну или несколько метиленовых групп (СН 2 ). Гомологический ряд алканов C n H 2n+2 Общая формула алканов

11 МетанCH 4 CH 3 -Метил (Me) ЭтанCH 3 C2H6C2H6 CH 3 CH 2 -Этил (Et) ПропанCH 3 CH 2 СН 3 C3H8C3H8 CH 3 CH 2 СН 2 -н-Пропил (Pr) н-БутанCH 3 CH 2 CH 2 CH 3 C 4 H 10 CH 3 (CH 2 ) 2 CH 2 - н-Бутил (Bu) н-ПентанCH 3(CH 2 ) 3 CH 3 C 5 H 12 CH 3(CH 2 ) 3 CH 2 -н-Пентил н-ГексанCH 3(CH 2 ) 4 CH 3 C 6 H 14 CH 3(CH 2 ) 4 CH 2 -н-Гексил н-ГептанCH 3(CH 2 ) 5 CH 3 C 7 H 16 CH 3(CH 2 ) 5 CH 2 -н-Гептил Н-Октан CH 3(CH 2 ) 6 CH 3 C 8 H 18 н-НонанCH 3(CH 2 ) 7 CH 3 C 9 H 20 н-деканCH 3(CH 2 ) 8 CH 3 C 10 H 22 Гомологический ряд алканов «н» - нормального (неразветвленного строения)

12 Правила ИЮПАК разрешают использовать для алкильных заместителей тривиальные названия: Изопропил (iPr) Изобутил (iBu) Изопентил (Изоамил) втор-Бутил (sBu) Неопентил трет-Бутил (tBu) трет-Пентил

13 Систематическая номенклатура ИЮПАК (IUPAC), (1892г., г. Женева) Международный союз химии 1.Название алкана оканчивается на –ан. 2.Выбирается самая длинная неразветвленная цепь атомов углерода; соединенные с ней алкильные группы рассматриваются как заместители. 3. Атомы углерода основной цепи нумеруются последовательно с того ее конца, который дает заместителю наименьший номер. 4. Название заместителей перечисляют в алфавитном порядке, указывая перед названием номер атома, у которого расположен заместитель. Название всему соединению дает самая длинная углеводородная цепь. 2,3-диметилгексан Классификация атомов углерода: Первичный (1 0 ) - связан только с одним углеродным атомом; Вторичный (2 0 ) - связан с двумя атомами углерода; Третичный (3 0 ) – связан с тремя атомами углерода.

14 циклопропан 7 – (трет-бутил) – 4-пропилундекан

15 Строение алканов 1s 2 2sp 3 CH 4 CH 3 -CH 3 заслоненная конформация вид вдоль связи С-С проекции Ньюмена заторможенная конформация (более устойчивая) Свободное вращение вокруг С-С-связи заслоненная конформация заторможенная конформация

16 sp 3 - Гибридизация АО атома углерода (тетраэдрическая) Состояние характерно для атомов С, N, O и др., соединенных с другими атомами одинарными связями (sp 3 -атомы выделены красным цветом): СH 4, RCH 3, NH 3, RNH 2, H 2 O, ROH, R 2 O; а также в анионах типа: R 3 C: -, RO: -

17 Как наглядно изобразить пространственное строение атома в sp 3 -состоянии на рисунке?