Алгоритм определения возможности образования изомеров органических веществ

ОРГАНИЧЕСКОЕ ВЕЩЕСТВО

Пространственная структурная формула

условия образования оптических изомеров

хиральный атом (связанный с четырьмя различными заместителями)

условия создания геометрических изомеров

возможные ОПТИЧЕСКИЕ ИЗОМЕРЫ

Двойная связь

атомы при двойной связи имеют разные заместители

циклическая структура

наличие заместителей в циклической структуре

возможные ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ ИЗОМЕРЫ

УЧЕБНЫЕ ЗАДАНЯ

Задание 1

Определите типы изомерии в парах органических соединений:

a) b)

c) d)

Задание 2

Для гексана составьте структурные формулы изомера углеродного скелета, дайте им названия.

Задание 3

Для 1-хлорбутан-1, циклобутана-1,2-карбоновой кислоты составьте структурные формулы геометрических изомеров и дайте им названия.

Задание 4

Составьте формулы конформационных изомеров н-бутана, пропана-1 и дайте им названия.

Задание 5

Определить для органических веществ возможность создания геометрических и оптических изомеров:

a) b)

c) d)

Задание 5

Определить количество оптических изомеров для предложенных органических веществ:

a) b)

c) d)

ЗАДАЧИ ДЛЯ ПРОВЕРКИ ДОСТИЖЕНИЯ КОНКРЕТНЫХ ЦЕЛЕЙ ОБУЧЕНИЯ

1. В результате синтеза лекарственного средства получили смесь двух изомеров.

Определите вид изомерии для предложенной пары соединений.

A. углеродного скелета

B. положение заместителей

C. положение кратной связи

D. геометрическая

E. конформационная

Молочная кислота существует в природе в виде смесь изомеров.

Определите вид изомерии для предложенной пары соединений.

A. углеродного скелета

B. положение заместителей

C. функциональной группы

D. геометрическая

E. оптическая

3. Структурная формула ацетона имеет вид:

Определите его изомер по функциональной группой:

A B C

D E

5. Синтезировано пять органических соединений:

1 2 3

4 5

Выберите изомеры положения кратной связи

A. 2,3

B. 3,4

C. 1,5

D. 1,3

E. 2,4

6. Органическое соединение может образовывать оптические изомеры. Определить ее структурную формулу:

A. B. C.

D. E.

6. Органическое соединение может образовывать геометрические изомеры. Определить ее структурную формулу:

A B C

D E

Органическое соединение 2,3,4-тригидроксибутаналь (рис.) Имеет оптически активные изомеры. Укажите их количество.

A. два

B. три

C. четыре

D. шесть

E. восемь

Эталоны ответов:

1.С, 2.Е, 3.В, 4.D, 5.Е, 6.D, 7.E.

Тема №4

Кислотно-основнЫЕ СВОЙСТВА органИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И КласСифИкацИя органИЧЕСКИХ реакцИй И реагентОв

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

В теме рассмотрены кислотность и основность веществ с точки зрения органической химии: теория Бренстеда и электронная теория Льюиса. Основы этих теорий используются при объяснении механизмов органических реакций. Умение описывать кислотно-основные свойства веществ и механизмы химических реакций будет необходимо при дальнейшем изучении основных классов органических веществ. В деятельности фармацевта эти умения позволят определять механизм взаимодействия лекарственных препаратов в организме человека, совместимость лекарственных препаратов и условия их хранения, которые будут рассмотрены в курсах технологии лекарственных веществ, фармакологии и фармацевтической химии.

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

Общая цель: Уметь описывать кислотно-основные свойства органических соединений и механизм химической реакции для использования при изучении органических веществ.

Конкретные цели

Уметь:

1. Определять типы органических кислот и оснований.

2. Сравнивать силу органических кислот и оснований.

3. Определять тип промежуточных активных частиц.

4. Определять типы механизмов химических реакций.

СОДЕРЖАНИЕ ОБУЧЕНИЯ

1. Основные теоретические вопросы:

1. Электролитическая и протонная теория кислот и оснований. Определение понятий «кислота» и «основание» по теории Бренстеда-Лоури.

2. Типы органических кислот (СН, NH-, ОН и SН-кислоты). Факторы, влияющие на силу кислот.

3. Типы органических оснований (аммония, оксония, сульфониеви, р-основы). Факторы, влияющие на силу оснований.

4. Электронная теория кислот и оснований (теория Льюиса).

5. Промежуточные активные частицы: строение, влияние структурных особенностей на стабильность карбкатион, карбанионы, свободных радикалов.

6. Электрофильный и нуклеофильные реагенты.

7. Типы органических реакций (присоединения, замещения, отщепления, перегруппировки, окисления и восстановления).

8. Типы механизмов реакций: гомолитичний (радикальный), гетеролитический (ионный), перицикличний (молекулярный).

3. Основные термины и их определения

Согласно теории Бренстеда кислотой называют соединение, способное отдавать протон (кислота - донор протона), а основа - соединение, способное присоединять протон (основание - акцептор протона). Кислота А-Н, теряя протон, превращается в основу А, которую называют сопряженной основой этой кислоты. Основа В, присоединяя протон за счет неподеленной пары элек-тронов, превращается в кислоту ВН +, которая является сопряженной этой основе.

Органические кислоты разделяют на четыре основные группы: ОН-кислоты (карбоновые кислоты, спирты, фенолы); SН-кислоты (тиолы, тииолови кислоты); NH -кислота (амины, амиды, имиды); СН-кислоты (углеводороды и их производные).

Органические основания разделят на три основные группы: аммония (амины, азометинов, нитрилы и азотсодержащих гетероциклы); оксония (спирты, эфиры, альдегиды, кетоны и функциональные производные карбоновых кислот); сульфониеви (Тиоспирты и тиоетеры).

Согласно теории Льюиса основой считают любую часть (атом, молекулу или анион), способную отдавать электронную пару для образования ковалентной связи, а кислотой - любую часть (атом, молекулу, катион), способную принимать пару электрон с образованием ковалентной связи. То есть, по Льюису, основа является донором, а кислота - акцептором пары электронов.

В соответствии со способом разрыва связи реакции определяют как гомолитични (симметричный разрыв двухэлектронными ковалентной связи с образованием двух свободных радикалов А-В = А + В), гетеролитические (несимметричный разрыв связи, что приводит к появы двух частиц с противоположными зарядами А - В = А-+ В +) и перициклични (молекулярные).

Ионные реакции осуществляются с участием заряженных частиц. К этому же типу относятся многие органические реакции, интермедиатамы в которых карбкатион или карбанионы, что утворюються в результате гетеролитический распада исходных веществ.

Карбкатион называют органические катионы, содержащие положительно заряженный атом углерода.

Карбанионы называют органические анионы, содержащие отрицательно заряженный атом углерода, или атом каорбону с неразделенной парой электронов.

Свободными радикалами называют незаряженные частицы, содержащие неспаренный электрон (одноэлектронных атомную орбиталь).

Нуклеофильного называют реагенты, которые предоставляют электронную пару для образования химической связи с субстратом. В нуклеофильного реагентов относятся: молекулы, содержащие хотя бы одну неразделенную пару электронов; ионы, несущие отрицательный заряд (анионы); молекулы, имеющие центры с повышенной электронной плотностью.

Электрофильными называют реагенты, принимают електронную пару от субстрата при образовании с ним химической связи. В электрофильных реагентов относят катионы, нейтральные молекулы, имеющие вакантную орбиталь или центры с пониженной электронной плотностью.

Реакции присоединения обозначаются символом "А" (от англ. Addition - присоединение). Эти реакции характерны для соединений, имеющих кратные связи, и могут протекать по механизмам: электрофильное присоединения (АЕ); нуклеофильное присоединение (АN); свободнорадикальное присоединение (AR); молекулярное присоединения.

Реакции замещения обозначаются символом "S" (от англ. Substitution - замещение). Они характерны для всех классов органических соединений и могут протекать по механизмам: электрофильное замещения (SE); нуклеофильное замещение (SN); свободнорадикальное замещения (SR).

Реакции отщепления (елиминуваення) обозначаются символом "Е" (от англ. Elimination - отщепление). Реакции отщепления характерные для галогенпроизводных углеводородов, спиртов, гетерофункциональных карбоновых кислот (галоген, гидрокси и аминокислот).

Реакции окисления и восстановления сопровождаются изменением степени окисления атома углерода, что является реакционным центром.

По количеству молекул, участвующих в лимитирующей стадии, различают мономолекулярные и биомолекулярные реакции (обозначают цифрами 1 и 2 соответственно). В лимитирующих (наиболее медленной) стадии мономолекулярной реакции участвуют молекулы одного реагента, в бимолекулярного - молекулы двух реагентов.

Реакции полимеризации, делают вывод эта в образовании высокомолекулярного вещества (полимера) из низкомолекулярных веществ (мономеров).

3. Граф логической структуры темы

ВЕЩЕСТВА

СВОЙСТВА МОЛЕКУЛ

Кислоты

Основания

ТИПЫ ОРГАНИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Карбкатиони

Карбаниони

ТИПЫ РЕАКЦИННО АКТИВНЫХ ЧАСТИЦ

ТИПЫ МЕХАНИЗМОВ РЕАКЦИЙ

Радикалы

4. Источники информации

1. Черных, В. П. Органическая химия: в 3–х кн. Кн.1. Основы строения органических соединений: учебник для фармац. вузов и фак. / В. П. Черных, Б. С. Зименковский, И. С. Гриценко. – Х.: Основа, 1993, с. 107-123.

2. Лекции по органической химии В.П. Черных: Учеб. пособие для студ. вузов. – Х.: Издательство НФаУ: Золотые страницы, 2005, с. 32-49.

3. Черных, В. П. Общий практикум по органической химии / В. П. Черных, И. С. Гриценко, З. И. Коваленко. – Х. : Изд–во НФАУ; Золотые страницы, 2002, с.60-123, 128-134.

4. Сборник тестов по органической химии / Под редакцией чл.-корр. НАН Украины, проф. Черных В.П. – Харьков: Изд-во НФаУ: Золотые страницы, 2005, с. 57-79.

ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ ОСНОВА ДЕЙСТВИЙ (ООД)