ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік материалдары



жүктеу 1.16 Mb.
бет1/5
Дата02.07.2016
өлшемі1.16 Mb.
  1   2   3   4   5




ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

ШӘКӘРІМ атындағы СемЕЙ МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

3 деңгейлі СМК құжаты

ПОӘМ

ПОӘК 042-06.01.20.214/03- 2011



ПОӘМ

«Органикалық химия» пәнінің оқу әдістемелік материалдары




.

№ 2 басылым




ПӘННІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАРЫ

«Органикалық химия»


«5В060600 – химия» мамандығы үшін

Семей


2013

1-Дәріс. Кіріспе. Органикалық қосылыстардың молекулаларын бейнелеу әдістері: молекулалық, құрылымдық және электрондық формулалар. Көміртек қанқасының түрлері: ациклді, циклді және гетероциклді қосылыстар. Изомерия. Органикалық қосылыстардың көміртегі қанқасы, функционалді топ бойынша, химиялық байланыстын типине байланысты жіктелуі. Гибридтену.

« Органикалық химия » - «Организм » деген сөзден шықты, себебі

19 ғ. ортасына дейін барлық органикалық қосылыстар жануарлар мен өсімдіктер организмдерінен алынған.

Қазіргі кезде органикалық қосылыстар 3 млн- дай, ал неорганикалық қосылыстар 150000 дай, ал қазір органикалық қосылыстарды 1- 2 жылда алуға болады.

Органикалық химия неорганикалық химия мен өте тығыз байланыста шекара қоюға болмайды. Органикалық химия мен биология, физика арасындағы байланыстан биоорганикалық химия, физикалық химия ғылымдары бар.Физика әдістері арқылы органикалық қосылыстардың құрылысын анықтайды.

Органикалық химияны көмірсутектің (СН) құрамына периодты жүйедегі барлық элементтер кіретін туындылардың химиясы деп қарастырамыз. Органикалық химияның бөлек пән болуына бірнеше себептер бар.

1. Органикалық заттың өте көп түрлілігі. Қазіргі кезде бірнеше миллиондаған қосылыстар белгілі, ал неорганикалық қосылыстар саны небары бірнеше ондаған мыңға жетеді.

2. Органикалық заттарды неорганикалық заттардан физикалық қасиеттері жағынан айырмашылық болуы. Органикалық қосылыстар әдетте неорганикалық қосылыстарға қарағанда тұрақсыздау, тотығуы, жануы оңай.

3. Органикалық реакцияның өнімінің шығымының аз болуы.

4. Органикалық заттардың практикада көп қолданылуы.



Органикалық қосылыстардың жіктелуі.

Органикалық заттарды кластарға бірнеше түрде бөледі. Органикалық қосылыстардың жіктелуі негізінде олардың құрылысы - көміртек қаңқасы –жатыр. Органикалық қосылыстардың белгілі бір ретпен өзара химиялық байланысқан С атомдарынан С қаңқасы деп атайды.

І. С қаңқасы типіне байланысты қосылыстар 2 топқа бөлінеді.

1) Ашық тізбекті ациклді қосылыстар.

2) Циклді, тұйық тізбекті қосылыстар.

Ациклді қаңқа нормаль және изоқұрылысты болуы мүмкін.

Нормаль → С – С – С – С

Изо → С – С – С – С

С

Ациклді қосылыстар (май қатары) қаныққан, қанықпаған болып екіге бөлінеді.


Тұйық тізбекті циклді қосылыстар


Карбо циклді және гетероциклді



(циклді С тек атомдардан және басқа

алициклді арендер элементтерден N,O,S,P және т.б. құралған.

(цикл тек С атомsнан құрылған)

H2C - CH2

H2C - CH2 N

пиридин

ІІ. Органикалық қосылыстардың құрамындағы басқа элементтерге байланысты бөлу.

ІІІ. Атомдар арасындағы химиялық байланыстарға қарап бөлу (қаныққан, қанықпаған).

ІV. Функциональді топтарға қарап кластарға бөлуге болады.

Функционалды топ деп заттардың қандай топқа жататынын және олардың қандай негізгі химиялық қасиеттерін сипаттайтын атом немесе атом тобын айтамыз.

Органикалық заттардың молекулада бірнеше функционалдық топтар болуы мүмкін. Егер ондай топтар бірдей болса, ( 2 галоген) (3 гидроксил тобы) онда олар полифункционалды деп аталады.

Егер бірнеше әр түрлі функционалды топ болса, гетерофункционалды деп аталады.

CH2 - NH2

CH2 - ОН этаноламин.




Көмірсутектер


ациклді қосылыстар циклді




нормаль изотізбек карбоциклді гетероциклді


қаныққан қанықпаған алициклді арендер (ерекше

(алкандар) аромат қасиет көр-ді)


Органикалық қосылыстардың химиялық құрылыс теориясы. 1861 жылы А.Н. Бутлеров ашқан:

1. Органикалық заттың молекула құрылысына кірген атомдар ретсіз орналаспаған. Олар белгілі бір ретпен бір-бірімен химиялық байланыстар (күштер) арқылы байланысқан, ол күштерді Бутлеров химиялық құрылысы деп атады.

2. Химиялық құрылысты эксперимент арқылы зерттеуге болады. Ол үшін анализ және синтез деген әдістер қолданылады. Қазір заттың құрамы мен құрылысын анықтау үшін физикалық әдістер қолданылуда. Оптикалық спектракопия, ядролық магний резонансы және т.б.


спектроскопия
ПМР

ИК

Рентгенография, электрография. Дипольдік моментін анықтау.



3. Құрылыс формула. Атом арасындағы құрылыстық формула атом аралығындағы химиялық байланыс ретін көрсетеді. Құрылыстық формула элементарлық символдары сызықшамен қосылып тұр. Ол сызықша химиялық байланыс шартты түрдегі белгісі.

CH3 - СН – CH3

ОН изопропил спирті

4. Әрбір зат тек бір ғана белгілі құрылыс формулаға ие болады.

5. Молекуладағы байланысқан атомдар бір-бірімен әсер етеді. Молекуладағы әрбір атом өз табиғатына ғана емес, көршілес орналасқан атомдарға байланысты.

Біріншілік, екіншіліклік, үшіншілік көміртек атомының сутек атомдарын байланысу энергиясыбірдей емес.

С бір – Н 415 кДж / моль

С екінш. – Н 390 кДж / моль

С үш – Н 375 кДж / моль

Байланысты энергиясы деп байланысты гомолитикалық үзу үшін қажетті энергияның орташа мөлшерін айтамыз.

Екіншіден: радикалдарда, олардың тұрақтығы бойынша келесі қатарға орналасады.

R үш > Rекі > R бір

Жұпталмаған электрон көршілес орналасқан көміртек атомындағы С-Н байланыстарымен өзара әрекеттеседі. С-Н байланыстың саны бір-лік радикалдарынан үш-лік рад-на қарай артады. Бұл байланыстар жұпталмаған электрондарды стабилиздейді.

Н Н Н Н

Н - С – С – Н Н – С – Н Н3С→ С



Н Н-С – Н Н3С→ С Н

Н Н


9С – Н 7С – Н 5С - Н

Химиялық реакцияның барысын келесі схемамен көрсетеді

Алғашқы зат → ауыспалы күйі → соңғы зат

Еакт


R – H + X * →[ R … H … X] → R – X + H *

Еакт - ауыспалы күйге жету үшін қажетті энергияның минималды мөлшері. Ол энергия активтендіру энергиясы деп аталады. Энергиялық диаграмма бойынша радикалдардың әр түрлі реакциялық қабілетін көрсетуге болады. Потенциал энергиясы жоғарлаған сайын заттың тұрақтығы азаяды.

Радикалдың тұрақтылығы күшейген сайын, оның түзілуіне аз Еакт қажет, яғни ауыспалық күйі де тұрақталады.
2-Дәріс. Алкандар. Табиғи көздері. Синтездеу тәсілдері.
Орын басуының іріктелуі немесе селективтілігі галогеннің табиғатына және реакция жағдайына (t-ға) байланысты болады.

Мысалы: Бромның селективтілігі хлормен салыстырғанда жоғары, бірақ орын басу реакцияда активтілігі төмен.


СН3 – CHBr - СН3 СН3 – CHCl - СН3

2-бромпропан 3 % 2-хлорпропан 57%

Br2 Cl2

--- СН3 – СН2 - СН3 ---


СН3 – СН2 – СН2Br СН3 – CH2 - СНСl

1-бромпропан 97% 1-хлорпропан 43%

ІІ. Сульфохлорлау реакциясы. Күкіртті газ және Cl қоспасын алкандарға әсер еткенде УФ-сәулесімен инициирленетін сульфохлорлау реакциясы жүргізіледі.

Cl : Cl 2 Cl

R – H + Cl * → R* + HCl

O

R* + SO2 → R – S*

O

O O



R – S* + Cl : Cl → R – S - Cl + Cl*

O O


алкилсульфохлорид

Алкилсульфохлоридтен жуғыш заттар алады.



O O

R – S + Cl + NaOH R – S - ONa

O O

Нитрлеу реакциясы.



Әдетте парафиндер конц. HNO3 әрекеттеспейді. Бірақ оларды HNO3 ерітіндісімен немесе N тотықтарымен қыздырғанда әрекеттеседі. Алғаш рет 1888 жылы А.М. Коновалов нитрлеу реакциясын ашқан. Онда ол алкандарды келесі жоғарыда нитрлеген t=1400C, 10% сұйық HNO3 қысым 5 атм.

СН3 – СН2 – СН3 СН3 – СН – СН3 + Н2О

NO2 2-нитропропан

Бұл процестерді сұйық фазалық нитрлеу реакциясы дейді. Бұл реакциядан барлық қаныққан көмірсутектен нитрленеді. Бірақ нитроқосылыстың шығымы төмен. Себебі қосымша реакциялар (тотығу, полимерлеу) жүргізіледі. Сондықтан өнеркәсіпте бу фазалық нитрлеу реакциясы пайдаланады. Онда алкандар HNO3 буымен, азот тотығымен нитрленеді. Радикалды процесте инициатор ретінде NO2 бөлшек болады.

Тотығу реакциясы.

Парафиндер ауадағы оттегінің әсеріне тұрақты болады. Ауада жандырғанда СО2 мен суды бөліп жанады. Парафиндер отын ретінде қолданылады. Мысалы 1 кг метанды жандырғанда 55-57 мың кДж энергия бөлінеді. Неғұрлым жұмсақ жағдайда (катализатор қат-да) парафиндер ауаның О-мен әрекеттесіп гидроперекисьтер түзіледі. Түзілген радикалдар әр түрде тұрақтанады.

а) Көмірсутегінен сутегін бөліп алып, спиртке айналады.

б) байланыс орнына үзіліп альдегидтерді, кето- қосылыстарды, қышқылды түзіледі.

R – CH2 – CH2 – R 2R – H2

R – H2 + → R - H2 – O –

R – CH2 – O – O* - R –H → R - CH2 – O* + R - OH

R - CH2 - OH

H

R → -- R* + C



H O

H* + R – C

H
Осындай әдіс арқылы бутаннан сірке қышқылын алады.



Mn2+ O

CH3 – CH2 – CH2 2CH3 – C

-2H2O OH

Метаннан формальдегидті алады.

СН4 СН2 = 0

Егер көміртек атом саны С8–С18 болса, онда қаныққан көмірсутектер спирттер мен қышқылдардың қоспасын береді. Бұл катализдік тотығу, өнеркәсіпте қолданылады.



[O] CH3 – (CH2)n - CH2OH - спирт

CH3 – (CH2)n – CH3

CH3 – (CH2)m - CОOH - қышқыл

Башкиров әдісі. Катализатор HBr, t=160oC, сұйық парафинді оттегімен тотықтыру реакциясы спиртті алады.

Алканның катализдік дегидрогенезициялануы. Хром тотығынан 500-600оС –да бу немесе газ түрінде өтетін парафин 2 сутек атомынан айрылып, алкенді түзеді.

СnH2n+2 CnH2n

Жасанды каучуктің синтездеуде маңызы.

Ажыратылу реакциясы. Жоғары температурада барлық алканның С-С, С-Н байланысы үзіліп, ажыратылады. Көмірсутектің термиялық ажыратылатын крекинг, жоғары температуралық крекингті пиролиз деп аталады. Крекингтің 2 түрі:

1. Термиялық 500-7000С, жоғары қысымда мұнай өнімдерін металдық құбырынан өткізеді. Онда көмірсутек ыдырап, бос рад-дар түзіледі. Гомолитикалық процесс.

2. Катализдік. 5000С, алюмосиликатты катализатор қатысында жүргізіледі. Бұл әдістерін алынған бензиннің октан саны жоғары.




CH4 + CH2 = CH - CH2 – CH3


CH3 – CH2 - CH2 - CH2 – CH3 ---→ CH3 – CH3 + CH2 = СН – CH3
CH3 – CH2 – CH3 + CH2 = CH2

Мұндай процесс кезінде тармақталған СН-тер де түзіледі.

Изомерлеу реакциясы.

AlCl3 катализатор қатысында 1000С -да нормаль құрылысты алкандар изомерленіп, тармақталған құрылысты алканға айналады.


→ CH3 – CH – CH2 – CH3

CH3

CH3 – CH2 - CH2 - CH2 – CH3

CH3

→ CH3 – C – CH3

CH3

Алканды ароматтау реакциясы.

Көмірсутек атом саны 6-н жоғары көмірсутектің хром тотығуын (В.А. Молдавский, 3000С Pt катализатор ұсынған) (Казанский, Плате) жіберу арқылы қаныққан көмірсутектің дегидроциклдейді. Бұл реакциялар келесі схемалар бойынша жүргізіледі.

Алкан → ц-алкан → аромат СН

CH2 CH3



CH3

H2С CH3 CH

CH3

H2C CH2

H2С CH2 толуол

H2C CH2

CH2

CH2

Н – гептан Метилциклогексен


Есеп-жаттығулар. Қаныққан көмірсутектер (Алкандар)

А. Изомерия. Номенклатура.


  1. Гомологтық қатар түсінік бер. Алкандардың гомологтық қатарының жалпы формуласы қалай?

  2. Құрамында 6, 9, 12, 15 көміртек атомы бар қаныққан көмірсутектердің молекулалық формулаларын жазыңдар. Молекула құрамында екі үшіншілік көміртек атомы бар октанның жақын гомологының құрылымдық формулаларын құрындар.

  3. Қандай қосылыстарды изомерлер деп атайды? Н –октанның барлық изомерлерінің құрылымдық формулаларын жазыңдар. Әрбір изомердегі біріншілік, екіншілік, үшіншілік және төртіншілік көміртек атомдарының санын көрсет.

  4. Систематикалық номенклатура (IUPAC) бойынша қаныққан көмірсутектерді атау принципі. Осы номенклатура бойынша құрамы

С6 Н14 барлық изомерлі көмірсутектерді атаңдар.

  1. Құрамы: 1) С6 Н14 2) С7 Н16 барлық изомерлі көмірсутектердің құрылымдық формулаларын жазыңдар. Оларды рационалдық және систематикалық номенклатура бойынша атаңдар.

  2. Құрамында үшіншілік көміртек атомы бар С7 Н16 көмірсутегінің изомерлерінің құрамдық формуласын келтіріңдер. Оларды (IUPAC) систематикалық және рационалдық номенклатура бойынша атаңдар.

  3. Құрамы С3 Н7 және С4 Н9 радикалдарының болу мүмкін барлық изомерлерінің құрылымдық формулаларын жазыңдар. Оларды атаңдар.

  4. Келесі құрылымдарға сәйкес келетін көмірсутектердің біріншілік, екіншілік және үшіншілік радикалдардың сандарын көрсетіндер.

1) CH3 – СН – CH2 – СН – СН3 2) СН3

СН3 СН3 СН3 – С – СН2 - СН3

СН3



  1. Келесі көмірсутектердің систематикалық (IUPAC) номенклатура бойынша атаңдар:

CH3
1) CH3 – СН – СН – CH2 – CH2 – CH3 2) CH3 – С – CH2 – СН – CH3


CH3 CH3 CH3 CH3

CH3
3) CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH3 4) CH3 – CH – CH – CH2 – C – CH3




CH CH3 CH3 – CH3 CH3
Н3С CH3

CH3




5) CH3 – CH – CH2 – CH – C – CH3


CH2 – CH3 CH3 CH3

6) CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH3


CH2 – CH3 CH3

7) CH3 – CH2 – CH – CH2 – CH – CH2 – CH3


CH С(CH3)3


Н3С CH3


Н3С CH3


8) CH3 – CH2 – CH – CH – CH2 – C – CH2 – CH3




CH3 CH2 – CH(CH3)2



  1. Құрылымдық формулаларын жазыңдар және келесі көмірсутектерді систематикалық (IUPAC) номенклатура бойынша атаңдар:

1) диметилэтилметан, 2) диметилпропилметин, 3) диметилизопропилметан, 4) диизопропилметан, 5) этилпропил-екіншілік-бутилметан, 6) диметил-үшіншілік-бутилметан.

  1. Көмірсутектің құрылымдық формулаларын жазыңдар және оларды рационалдық номенклатура бойынша атаңдар: 1) 4-метилгептан, 2) 3-этилоктен, 3) 2,2,3-триметилбутан, 4) 2,5-диметил – 3-этилгепсан, 5) 2,2,4-триметил 3-этилгептан, 6) 3-этил-4-изопропилгептан.

  2. Систематикалық (IUPAC) номенклатура бойынша келесі қосылыстар дұрыс аталған ба? 1) 2-метилпентан, 2) 2-метил-2,4-диэтилпентан, 3) 6-этил-2-метилгептан, 4) 3-этил-4,4-диэтилпентан, 5) 3-изобутил-6,6-диметилгептан? Қажет болса түзетулер еңгізіндер.

  3. Бастапқы тізбекте алты көміртек атомы бар құрамы С9 Н20 көмірсутектердің изомерлердің құрылымдық формулаларын жазыңдар. Оларды систематикалық (IUPAC) номенклатура бойынша атандар.

  4. Ньюмен формуламсын пайдаланып, этан молекуласының әртүрлі конфурмацияларда (қабаттасқан және тежелген) көрсетіндер. Изомерлердің бұрылыс тұрақтылығын салыстырындар.

  5. 1,2-дихлорэтан молекуласының қабаттасқан және тежелген конформацияларының шар-стержень модельдерін дайындандар. Олардың тұрақтылығын қабатталған конформациядағы этан молекуласымен салыстырындар. Конформерлер тұрақтылығына қандай факторлар әсер етеді?

  6. Гексахлорэтанның екі изомерінің қабаттасқан және тежелген конформацияларының модельдерін жазыңдар.

  7. Бутанның әртүрлі конформацияларының проекциялық формулаларын жазыңдар (Ньюмен формуласы). Конформерлер изомерлер ма? Олардың айырмашылығы неде?
  1   2   3   4   5


©dereksiz.org 2016
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет