1,2 дәріс Органикалық заттар және олардың жіктелуі
жүктеу/скачать 6.59 Mb.
|
|
1,2 дәріс Органикалық заттар және олардың жіктелуі А.М. Бутлеров теориясының негізгі қағидалары: 1. Органикалық қосылыстардың молекуласын құрайтын атомдар белгілі бір реттілікпен байланысады, бір - бірімен байланысуға бір немесе бірнеше валенттілік жұмсалады. 2. Органикалық заттардың қасиеттері молекуласының құрылысына, яғни атомдардың қосылу реттілігіне және байланыс сипатына тәуелді болады. Сонымен органикалық заттардың қасиетін зерттеу арқылы оның молекула құрылысын анықтап және белгілі формуламен көрсетуге болады. 3. Атомның немесе атомдар топтарының химиялық қасиетіне молекуладағы басқа атомдар мен топтар әсер етеді, әсіресе өзара байланысқан атомдардың әсері үлкен болады. Химиялық құрылыс теориясы изомерия құбылысын түсіндіруге мүмкіншілік береді.
Органикалық қосылыстардың өзгерістері химияның жалпы заңдылықтарына бағынады, сонымен бірге, тек органикалық қосылыстарға тән заңдылықтары да бар. Бейорганикалық қосылыстар тұрақты болса, органикалық қосылыстар тұрақсыздау, мысалы, олар тез тотығады (жанады), көптеген органикалық қосылыстарда атомдар арасында тек ковалентті байланыс болады. Химиялық байланыстардың түрлері Химиялық байланыстың түрлері өте көп, олар табиғаты бойынша бөлінеді. Молекулалар арасындағы байланыстар электроваленттік және коваленттік болып екіге бөлінеді. Электрваленттік байланыс қарама - қарсы зарядталған бөлшектердің арасында пайда болады. Электрваленттік байланыс бір атомның жұптаспаған электрондарының екінші атомға берілуі әсерінен зарядталған иондар түзілуі салдарынан пайда болады, өзара бірін-бірі тартады: А∙ + ∙В → А+ + :В- Мұнда үш түрлі әрекеттесу болады: иондық байланыс, ион мен диполь, диполь мен диполь арасындағы байланыс. Иондық байланыс деп катион мен анион арасындағы тартылу күшінің әсерінен пайда болатын байланысты атайды. Иондық қосылыстардың балқу температурасы жоғары және олар қатты заттар болып келеді. Коваленттік байланыс. Екі не одан да көп атомдардың арасында жұп электрондар болса, байланыс пайда болады. Демек, екі атом орбитальдарының бүркесуі арқылы түзілетін байланысты коваленттік байланыс деп атайды: А∙ + ∙В → А:В Сутектік байланыс коваленттік байланысқан сутек атомымен екінші молекуланың бос электроны арқылы түзіледі. Бұл байланыстың энергиясы аз, 3 - 10 ккал/ моль, сондықтан мұндай байланыстар тез үзіледі, бірақ заттың физикалық қасиеттеріне әсері болады. Органикалық реакциялардың түрлері Органикалық қосылыстардың химиялық өзгерістері бағыттылығымен, жылдамдығымен және механизімен сипатталады. Органикалық қосылыстардың реакциялары көбінесе екі бағытпен жүреді. Реакция бағыты заттың құрамына, құрылысына, сонымен бірге сыртқы жағдайларға тәуелді. Реакция бағыты химиялық реакциялардың жалпы теориясы негізінде шешіледі. Екі заттың арасында реакция жүру үшін олар соқтығысулары қажет, бірақ реакция жүруі үшін олардың энергиялары реакция жүруіне қажет энергиядан (реакцияның активациялық энергиясынан) жоғары болуы керек. Органикалық өзгерістер көміртегі тізбегі өзгеріп не өзгермей жүреді. Көптеген реакцияларда көміртегі тізбегі (қаңқасы) өзгермейді, бұл жағдайға мына реакциялар жатады: орын басу, қосылу, элимирлену (бөліп алу), изомерлену. Көміртегі қаңқасы өзгере жүретін реакцияларға: тізбектің ұзаруы (орын басу және қосылу реакциялары арқылы), тізбектің қысқаруы (крекинг және изомерлену), тізбектің изомерленуі, циклдену, циклдің ашылуы, циклдің сығылуы және кеңеюі жатады. Органикалық қосылыстардың реакциялары төрт топқа бөлінеді: 1. Орын басу реакциялары. Мұнда сутегі атомы немесе кез келген басқа элементтің атомдар топтарының орнын басқа атомдар басады.
2. Қосылу реакциялары. Екі молекула қосылып, бір молекула түзеді.
3. Бөліну (элимирлену) реакциясы. Молекула екі немесе одан да көп басқа молекулалар түзеді.
4. Қайта топтасу. Бір молекула екінші молекулаға айналады. 
2- хлорбутен-1 1- хлорбутен – 2 Көптеген органикалық реакциялар екі молекуланың арасында, молекула мен ионның арасында немесе молекула мен радикалдың арасында жүреді. Қандай бөлшектің арасында жүретіндігіне байланысты реакцияларды иондық, радикалдық механизм бойынша жүреді деп атайды, оны R- деп белгілейді. Ионның қатынасында жүрген реакцияны иондық механизм бойынша деп атайды. Шабуыл жасайтын реагенттің табиғатына байланысты иондық реакциялар электрофильді және нуклеофильді болып бөлінеді. Реакцияға қатысатын реагент өзінің электрон жұбын байланыс түзуге басқа молекулаға берсе, оны нуклеофильді (электродонорлы) реагент деп атайды. Нуклеофильдің қатысында жүретін реакцияларды нуклеофильдік реакциялар деп атайды, Nu деп белгілейді. Мысалы: Rδ+→Хδ- + :Nu- → R - Nu + :Х- нуклеофильдік орын басу реакциясы
Егер молекула басқа молекуланың жұп электронын қосып алса, оны электрофильді (электронакцепторлы) реагент деп атайды. Электрофильдің қатысында жүретін реакцияларды электрофильдік реакциялар деп атайды, Е деп белгілейді. Мысалы: R – У + Е+ → R – Е + У+ электрофильдік орын басу реакциясы Электрофильдер: Н+; Н3О+; NO2+, HCl. Органикалық қосылыстардың классификациясы Органикалық қосылыстардың негізі етіп көмірсутекті алады да, қалған қосылыстарды, олардың туындылары ретінде қарайды. Көміртек тізбегінің құрылысына қарай органикалық қосылыстар ашық тізбекті (алифаттық) және циклді (тұйық) қосылыстарға бөлінеді. Ашық тізбекті қосылыстар екіге бөлінеді: қаныққан көмірсутектер (формуласы СnH2n+2) және қанықпаған көмірсутектер (формуласы СnH2n, СnH2n-2 бұлардың құрамында қос, үш байланыстар болады). Тұйық тізбекті қосылыстар екіге бөлінеді: карбоциклді және гетероциклді. Карбоциклді қосылыстардың тұйық тізбегі тек көміртегі атомынан тұрады және сонымен бірге алициклді және ароматты болып екіге бөлінеді. Гетероциклді қосылыстардың тұйық тізбегі көміртегі мен сутегі атомдарымен қоса басқа да атомдардан құралады. Гетероциклді қосылыстар түзуге көбінесе азот, күкірт, оттегі атомдары қатысады. Органикалық қосылыстар құрамы мен құрылысына байланысты кластарға бөлінеді. Алициклді және ароматты қатарлардың ең қарапайым өкілдері - көмірсутектер. Егер көмірсутектердегі сутегі атомдарын басқа атомдарға не атомдар топтарына – функциональды топтарға – ауыстырса, сол қатардың басқа кластары пайда болады. Органикалық қосылыстар кластарының химиялық өзгерістері бағытын орын басқан атомдар мен функцинальды топтар анықтайды. Орын басқан атомдары не функциональды топтары бірдей көмірсутектер және олардың туындылары гомологтық қатар түзеді. Сонымен, гомологтық қатарға құрылысы ұқсас, сондықтан химиялық қасиеттері де ұқсас, бір-бірінен СН2 (метилен тобы – гомологтық айырмашылық) тобына айырымы бар заттар қатары жатады. Органикалық қосылыстардың негізгі кластары: 1. Көмірсутектер (R – H); 2. Галогентуындылар (R – Hal); 3. Спирттер (R - OH); 4. Жай және күрделі эфирлер (R – O - R; R – CO – OR); 5. Карбонильді қосылыстар – альдегидтер мен кетондар (R – CHO; R – CO - R); 6. Карбон қышқылдары (R - COOH); 7. Аминдер (R – NH2; R2 – NH; R3 - N), 8. Нитроқосылыстар (R – NO2); 9. Сульфоқосылыстар (R – SO3H); 10. Металорганикалық қосылыстар (R - Me). Осы кластарға қаныққан заттар және еселік байланыстары бар (қанықпаған) заттар кіреді. Өзін-өзі тексеру сұрақтары 1. Органикалық химия нені зерттейді? 2. Органикалық заттардың шығу көздері. 3. А.М.Бутлеровтың химиялық құрылыс теориясының негізгі қағидаларын атаңыздар. 4. Изомерлер деген не? 5. Органикалық қосылыстар қалай жіктеледі? 6. Химиялық байланыстың қандай түрлері бар? 7. Коваленттік байланыс деген не? 8. Иондық байланыс деген не? 9. Органикалық қосылыстарға тән реакциялар 10. Нуклеофильдік, электрофильдік реагенттер деген не? 11. Бромсутек молекуласын мысалға алып, коваленттік байланысты түсіндіру қажет.
Студент зертханалық жұмысты жасаудың алдында келесі ережелерді орындауы тиіс. Алдымен студент оқулықтан зертханалық жұмысқа қажетті тарауларды, дәріс конспектісін оқып және зертханалық жұмыстың мазмұнымен танысады. Қауыпсіздік ережесімен алдын ала танысу керек.
12.Зертханада студент қай жерде қауыпсіздікке қажет құралдар (бетперде, биялай, газдан қорғауыш, дәрі қобдишасы т.б.) тұрғанын білуі керек. № 1 Зертханалық сабақтың тақырыбы Органикалық қосылыстардың сапалық анализі Органикалық заттардың сапалық құрамы оның молекуласында қандай заттар болуымен сипатталады. Органикалық қосылыстарда көміртегіден басқа сутегі, оттегі, күкірт, галогендер, фосфор болады. Органикалық қосылыстардың құрамына енетін заттар бейорганикалық және аналитикалық химия әдістерімен анықталады. Жұмыстың мақсаты: органикалық заттарды және олардың негізгі элементтерін ашу әдістерімен танысу. Реактивтер мен жабдықтар: сахароза, Ва(ОН)2 ерітіндісі, СuO, штатив, пробиркалар, газ жүретін түтікшелі тығын, спирт шамы. 1- тәжірибе. Көміртегіні және сутегіні анықтау Жұмыс барысы: Пробиркаға 0,1 г зерттелетін затты және мыс оксидін салып, газ жүретін түтікшелі тығынмен жабады және оның ұшын көлемінің 1/3 бөлігіне барий гидроксидінің ерітіндісі құйылған екінші пробиркаға түсіреді. Спирт шамының жалынына қыздырғанда, зерттелген зат ыдырайды, көміртегі атомдары көмір қышқыл газының молекуласына ауысады. Көмір қышқыл газын барий карбонатының тұнбасы түзілуінен байқауға болады. Зертелетін қосылыстағы сутегі атомдары су молекуласына айналады. Су пробирканың жоғары жағына және газ жүретін түтікшеде түзіледі. Реакция теңдеуі: С12Н22О11 + 24СuO → 12CO2 + 11H2O + 24Cu 2- тәжірибе. Азотты анықтау Реактивтер мен жабдықтар: натрий гидроксиді, органикалық зат (мочевина, жұмыртқанның ақуызы), шпатель, спирт шамы, мақта, мыс сымы, пробиркалар, лакмус қағазы, хлороформ, төртхлорлы көміртегі. Жұмыс барысы: Құрғақ пробиркаға натрий гидроксидін және аз мөлшерде зерттелетін затты (шпатель ұшыңда) салады. Пробирканы мақтамен жауып, үстіне ылғалды лакмус қағазын қояды. Алдымен пробирканы спирт шамымен әлсіз, содан кейін қатты қыздырады. Лакмус қағазының көк түске боялуы, азоттың барын көрсетеді, себебі тәжірибе шартында азот аммиакқа айналады. 3- тәжірибе. Галогендерді ашу - Бейльштейн реакциясы Хлор, бром, йод Бельштейн сынамасымен оңай анықталады. Бұл реакция галогентуындыларды мыспен қыздырғанда, ұшқыш мыс галогенидтері түзіліп, жалынды жасыл түске бояуына негізделген. Жұмыс барысы: мыс сымын иілген күйде мыс оксиді түзілгенше қыздырады. Суығаннан кейін сымның ұшын зерттелетін затқа (хлороформ, төртхлорлы көміртегі) батырып, жалынға ұстайды. Мыс оксидінің түзілу және оның төртхлорлы көміртегімен әрекеттесу реакциялары теңдеулерін жазу керек. Түйін жазыңдар. Өзін өзі бақылауға және зертханалық жұмыстарды қорғауға арналған сұрақтар: 1. Бейльштейн сынамасының мәні неде? 2. Органикалық қосылыстардағы азотты ашудың басқа тәсілдерін атаңыздар. 3. Неге мыс сымы қыздырғанда қараяды? Теңдеуін жазу керек. 4. Органикалық қосылыстардағы элементерді сапалық қалай анықтайды? 5. Барий гидроксидінде қандай реакция жүреді? 6. Органикалық заттарда көміртегі мен сутегінің болуы неге негізделген, түйін жасау керек.
Қаныққан көмірсутектердің гомологтық қатары. Жалпы формуласы. Изомериясы. Номенклатурасы Көміртегі мен сутегіден тұратын және әр көміртегі атомы көрші көміртегі атомымен тек бір валенттілік көрсетіп байланысатын қосылыстарды қаныққан көмірсутектер деп атайды. Қаныққан көмірсутектер СnH2n+2 жалпы формуласына сәйкес гомолог қатарын түзеді.
Бутаннан бастап структуралық изомерия басталады. С4Н10 - 2 изомер; С5Н12 – 3 изомер; С6Н14 – 5 изомер; С7Н16 – 9 изомер болса, ары қарай изомер саны тез өседі. Изомерия - құрамы бірдей, құрылысы әр түрлі, сондықтан қасиеттері әр түрлі заттар. Структуралық изомерияда молекуладағы атомдар арасындағы байланыс валенттіліктеріне сәйкес болады. Номенклатура - органикалық қосылыстарды атау. Органикалық химияда қосылыстарды атау үшін тривиальды, рациональды, систематикалық (жүйелік) номенклатуралар қолданылады. Алдымен ең ұзын негізгі тізбекті анықтайды, көмір атомын нөмірлеу кіші радикалдан басталады. Барлық көмірсутектердің метанмен ұқсас екенін көрсету үшін, олардың барлығының аттарына «ан» деген жалғау жалғанады. Қаныққан көмірсутектердің бір сутегісін алғанда, қалған қалдықты радикалдар деп атайды. Бір валентті радикалдарда – ан суффиксі - ил ауысады, метан-метил СН3 - ; этан-этил С2Н5 – ; пентан-пентил (амил) С5Н9 – т.б. Мысалы,
Кең таралған радикалдар
Қаныққан көмірсутектердегі С - С және С - Н арасындағы байланыстары σ - байланыс болып табылады. Мұндай байланыстар берік және аз поляризацияланған, сондықтан қаныққан көмірсутектердің реакцияласу қабілеттілігі төмен. Қаныққан көмірсутектер қосылу реакциясына қатыспайды, тек қана орын басу реакциясына түседі. Алкандарды алу. 1. Көміртегі атомы 11-ге дейінгі алкандарды (С11) табиғи газды не мұнайдың бензинді фракциясын айдау арқылы алады. 2. Қанықпаған көмірсутектерді гидрлеу. Катализатор (Рd, Pt, Ni ,CuO, Cr2О3) қатысында: 
бутен-1 бутан 3. Галоген туындыларды сутегімен тотықсыздандырып кат кат
R-Hal + H2 → R – Н + Н –Hal, мысалы С2Н5Сl + Н2 → С2Н6 + НСl 4. Галоген туындыларға магниймен әсер етіп, магний органикалық қосылыс алып, оған сумен әсер етіп алкан алады. С2Н5Сl + Мg → С2Н5 – Мg – Сl; С2Н5Сl + Н2О → С2Н6 + МgОНСl
2С2Н5Сl + 2Na → C2H5 – C2H5 + 2NaCl 6. Карбон қышқылдары тұздарының электролизі арқылы алады - Кольбе реакциясы: R – COONa R – COO- + Na+  – қышқыл радикалы, олар күрделірек қаныққан көмірсутектерге айналады:
R-CO – O. → R . + CO2; 2 R . → R – R
RCOONa + NaOH RH + Na2CO3 8.Зертханада қаныққан көмірсутектерді сәйкес келетін этилен көмірсутектерін гидрлеу арқылы алады: R – CH = CH2 + H2 → R – CH – CH3 Физикалық қасиеттері СН4 - С4Н10 - газдар; С5Н12 – С15Н32 – сұйық; С16Н34 жоғары - қатты заттар, сондықтан қайнау температуралары артады. Тармақталған алкандардың қайнау температуралары қалыпты тізбекті алкандардың қайнау температураларынан жоғары. Алкандардың тығыздығы біртіндеп өседі, бірақ 0,78 мәнінен артпайды, алкандар полюссіз молекулалар, сондықтан суда аз ериді, молекулаларында атомдар - байланыспен қосылады, көрші көміртегі атомдарының арасы 0,154 нм, алкандар зигзаг тәріздес, көміртектер арасындағы бұрыш – 109028'. Химиялық қасиеттері. Қолданылуы. Алкандарда гомолитикалық айрылу көміртегі атомдары арасында не көміртегі мен сутегі арасында жүреді, яғни ол атомдар бір электроннан алып, бос радикалдарға айналады: С:Н → С∙ + ∙Н
Реакцияның жылдамдығы F > Сl > Вr > І қатары бойынша азаяды. һυ арқылы жүреді.
Фтор мен хлордың метанмен қосылыстары практикада көп қолданылады: еріткіштер – СНСl3 , ССl4 , CF2Cl2. 2. Сульфохлорлау және сульфототықтыру Концентрлі күкірт қышқылы жоғары парафиндермен сульфоқышқылын береді. Сульфоқышқылды және оның туындыларын мына реакциялар арқылы алу – үлкен практикалық мәні бар:
Бұл реакциялар жарық әсерінен не катализаторлар қатысында жүреді, бос радикалдар түзілу механизмі бойынша. Сульфоқышқылдар жуғыш заттар алу үшін қолданылады.
4. Тотықтыр RН + О2 → СО2 + Н2О Егер тотықтырғыш ретінде KMnO4, K2Cr2O7 алынса, реакция жоғары температурада жүргізілсе, парафиндерден қышқылдар түзіледі, жоғары май қышқылдарын сабын алуға қолданады: RH + [O] → RCOOH Қаныққан көмірсутектер катализатор қатысында жоғары температурада және жоғары қысымда тотығу реакциясына түсіп альдегидтер, кетондар, спирттер, карбон қышқылдарын түзеді. 5. Жоғары температурада көмірсутектердің крекингісі t0 > 10000C R – Н → C + H2, бұл реакция арқылы газ күйесінен арзан сутегі алынады. Ал метан крекингісі нәтижесінде ацетилен алынады:
Крекинг кезінде изомерлену (АlСl3 - катализатор): 
және платина катализаторы қатысында ароматтану процестері жүреді. Сонымен бірге мұнайдағы жоғарғы көмірсутектерден бағалы төменгі қаныққан және қанықпаған көмірсутектерді алады: t0 > 3000C t0 R – Н → алкан + алкен С8Н18 → С4Н10 + С4Н8
СН4 – табиғи газдың негізгі бөлігі (70-95%). С2Н6, С3Н8, С4Н10, С5Н12 – техникада этилен, пропилен, дивинил, изопрен, бутан, сірке қышқылын алуға қолданылады. жүктеу/скачать 6.59 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
