Классификация органических реакций по состоянию углеродного скелета

ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Учебно-методическое пособие

для самостоятельной работы студентов

Новочеркасск

ЮРГПУ(НПИ)

УДК 547 (075.5)

ББК 24.2

М17

Рецензенты – канд. хим. наук, доцент И.И. Кутырев

Максимова Л.Н., Пожидаева С.А.

М17 Органическая химия : учеб.- метод. пособие для самост. работы студентов. 2-е изд., доп. и перераб. / Южно-Российский государственный политехнический университет имени М.И. Платова.– Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2016. - 62 с.

В учебно-методическом пособии обобщены и систематизированы основные типы реакций, используемые в органическом синтезе. Приведены вопросы и задачи по основным темам общего курса органической химии, а также текстовые карты для самостоятельного экспресс – контроля.

Предназначено для самостоятельной работы студентам очной и заочной формы обучения химико-технологического, строительного и физико-математического факультетов, обучающихся по программе академического бакалавриата.

УДК 547 (075.5)

ББК 24.2

© Южно-Российский государственный

политехнический университет

(НПИ) имени М.И. Платова, 2016

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. 4

1. Классификация органических реакций по состоянию углеродного скелета.. 5

1.2. Варианты задач. 5

2. Классификация органических реакций по типу превращения субстрата.. 12

2.1. Реакции замещения. 12

2.2. Реакции присоединения по кратным углерод – углеродным связям.. 13

2.3. Реакции отщепления (элиминирования) 14

2.4. Реакции замещения или присоединения, сопровождающиеся образованием новой углерод – углеродной связи 15

2.5. Реакции, сопровождающиеся разрывом углерод – углеродной связи. 17

3. Классификация органических реакций по характеру разрыва связей. 19

3.1. Радикальные реакции. 19

3.2. Ионные реакции. 19

4. Классификации органических реакций по типу активирования.. 21

5. Вопросы к темам... 22

5.1. Углеводороды - алканы, алкены, алкадиены, алкины.. 22

5.2. Алициклические соединения. Ароматические углеводороды. Электрофильное замещение в ароматическом кольце. Правила ориентации. 26

5.3. Галогенопроизводные углеводородов Спирты и фенолы. 27

5.4. Простые эфиры, циклические оксиды, альдегиды и кетоны.. 29

5.5. Карбоновые кислоты. 31

5.6. Азотсодержащие соединения. Нитросоединения, амины, азо- и диазосоединения. 33

5.7 Соединения со смешанными функциями. 35

5.8. Многоядерные соединения. Гетероциклические соединения. Нуклеиновые кислоты. 36

6. Тестовые карты к темам... 39

РЕКОМЕНДУЕМЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. 62

ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с действующими образовательными стандартами при изучении курса органической химии значительное количество времени отводится на самостоятельную работу.

Облегчить и активизировать самостоятельную работу студентов и призвано настоящее пособие, первая часть которого обобщает и систематизирует основные типы реакций, используемых в органическом синтезе. В органическом синтезе часто используют разные подходы к описанию превращений органических соединений. Ориентироваться во множестве органических реакций и помогает их классификация.

Органические реакции классифицируют по различным признакам, главные из которых:

· Классификация по состоянию углеродного скелета;

· Классификация по типу превращения субстрата;

· По характеру разрыва связей;

· По типу активирования.

Во второй части пособия приведены вопросы и задачи по основным темам общего курса органической химии. Часть задач взята из оригинальной химической литературы, часть разработана и придумана авторами и опробирована на протяжении многих лет при сдачи коллоквиумов. Для самостоятельного экспресс – контроля в третьей части пособия приведены тестовые карты.

Авторы надеются, что это пособие поможет студентам самостоятельно работать над изучением курса органической химии – базового курса в подготовке инженеров – технологов химического профиля.

Классификация органических реакций по состоянию углеродного скелета

В большинстве предлагаемых для самостоятельной работы задач встречается один из приведенных ниже вариантов.

1 вариант. Число атомов углерода в исходном соединении и конечном продукте одинаково и углеродный скелет обоих веществ идентичен.

2 вариант. Число атомов углерода в исходном соединении и конечном продукте одинаково, но углеродный скелет их веществ различается по строению.

3 вариант. В конечном продукте на один атом углерода больше, чем в исходном.

4 вариант. В конечном продукте на один атом углерода меньше, чем в исходном.

5 вариант. В конечном продукте вдвое больше атомов углерода, чем в исходном.

6 вариант. В конечном продукте содержится (2n – 1) атомов углерода, где n – число атомов углерода в исходном продукте.

7 вариант. В конечном продукте содержится (2n – 2) атомов углерода, где n – число атомов углерода в конечном продукте.

Варианты задач

Вариант 1.Это наиболее простая задача, которая сводится к введению или модифицированию функциональной группы и ее положения в органической молекуле:

1. Например, из хлористого бутила нужно получить вторбутиламин:

2. Бутен – 1 бутен – 2:

Вариант 2.При решении задач такого типа приходится временно укорачивать цепь, а потом её удлинять.

Бутанол – 1 изобутиламин:

Варианты 3, 5.Реакции удлинения углеродной цепи:

1. Удлинение цепи на один атом углерода:

а) удлинение цепи действием КСN:

б) удлинение цепи действием СО₂ на металлоорганические соединения:

в) удлинение цепи действием НСN (циангидринный синтез):

г) удлинение цепи с использованием диазометана:

2. Удлинение цепи с удвоением числа углеродных атомов:

а) синтез Вюрца:

б) димеризация ацетилена:

в) альдольно – кротоновая конденсация:

г) синтез с использованием реактивов Гриньяра:

д) ацилоиновая конденсация:

е) получение пинаконов:

ж) сложноэфирная конденсация:

3. Удлинение цепи, идущее с утроением атомов углерода:

а) альдольно – кротоновая конденсация:

б) взаимодействие полных ацетиленидов металлов с галогеналкилами:

в) диеновый синтез (если диен предварительно получается из двух молекул исходного вещества):

Вариант 4.Реакции укорачивания углеродной цепи на один углеродный атом:

1. Сплавление солей карбоновых кислот со щелочами:

2. Реакция Хунсдикера:

3. Перегруппировка Гофмана:

4. Перегруппировка Лоссеня:

5. Перегруппировка Курциуса:

азиды

6. Декарбоксилирование бифункциональных соединений:

а) декарбосилирование дикарбоновых кислот:

б) декарбоксилирование оксокислот:

в) декарбоксилирование нитрозамещенных кислот:

г) декарбоксилирование β – непредельных кислот:

7. Галоформная реакция:

8. Озонирование алкенов –1 (или их окисление концентрированными окислителями):

Варианты 6, 7.Изменение углеродной цепи по смешанному типу:

1. В конечном продукте содержится (2n – 1) атомов углерода, где n – число атомов углерода в исходном веществе.

При решении таких задач чаще всего на какой-то стадии надо использовать реакцию кетонизации – нагревание кальциевых или бариевых солей карбоновых кислот:

Пример: пропанол – 2 пентанол – 3:

2. В конечном продукте содержится (2n – 2) атомов углерода, где n – число атомов углерода в исходном веществе.

Пример: получение алканов электролизом водных растворов солей карбоновых кислот.