Номенклатура и изомерия кратко

Обновлено: 05.07.2024

В органической химии широко распространена изомерия, суть которой состоит в том, что существует несколько разных веществ, обладающих одинаковой молекулярной формулой, но имеющих различное строение и, вследствие этого, различные химические и физические свойства. В этом случае знание только молекулярной формулы не дает полного представления о свойствах вещества. Такое представление нам может дать знание структурной (графической) формулы вещества. Различают структурную, позиционную, геометрическую (цис-, транс-) и оптическую виды изомерии органических соединений. Структурная изомерия…

Номенклатура органических соединений

С развитием химической науки и появлением большого числа новых химических соединений все более возрастала необходимость в разработке и принятии понятной ученым всего мира системы их наименования, т.е. номенклатуры. Далее приведем обзор oсновных номенклатур органических соединений. Тривиальная номенклатура В истоках развития oрганической химии новым сoединениям приписывали тривиальные названия, т.е. названия сложившиеся исторически и нередко связанные со способом их получения, внешним видом и даже вкусом и т.п. Такая номенклатура органических соединений называется…

Задачи к разделу изомерия и номенклатура органических соединений

Изомерия– явление существования соединений, одинаковых по составу, но разных по строению и свойствам. Различают структурную и пространственную изомерию.

Причиной структурнойизомерии является различный порядок соединения атомов в молекулах. Она включает:

~ изомерию, определяемую характером углеродного скелета

н-бутан СН₃ 2-метилпропан

~ изомерию, определяемую положением кратных связей

~ изомерию, определяемую положением функциональных групп

~ изомерию, определяемую принадлежностью веществ к разным классам

пропанол-1 метоксиэтан (метилэтиловый эфир)

~ изомерию взаимного расположения заместителей

о-ксилол м-ксилол п-ксилол

Пространственная изомерия является следствием различий во взаимном расположении отдельных фрагментов молекул, имеющих одинаковое химическое строение. Она делится на два вида: геометрическую и оптическую.

Геометрическая изомерия определяется различным положением групп атомов относительно кратной связи или цикла.

В молекулах цис-изомеров группировки атомов расположены по одну сторону двойной связи или цикла, а в транс-изомерах – по разные.

цис-Бутен-2 транс-Бутен-2

В оптической изомерии различные фрагменты молекул располагаются по-разному относительно некоторого атома. Такое расположение называется конфигурацией.

Данные молекулы относятся друг к другу как две руки – левая и правая, то есть являются антиподами. Условием существования антиподов является наличие в молекуле асимметрического атома углерода (хирального центра).

Номенклатура – совокупность правил составления названий химических веществ, классов, групп и др.

Главное место в органической химии занимает международная систематическая номенклатура, разрабатываемая комиссией Международного союза теоретической и прикладной химии (ИЮПАК).

Название органического соединения отражает особенности его строения.

У соединений жирного ряда корень слова обозначает число углеродных атомов главной цепи. Главной считают самую длинную и непрерывную цепь атомов углерода, имеющую наибольшее число заместителей или связанную со старшей функциональной группой:

С -мет

С – С -эт

С – С – С -проп

С – С – С – С -бут

С – С – С – С – С -пенти далее корни греческих числительных.

Обозначения боковых заместителей вводят в виде приставок в алфавитном порядке. В названиях радикалов к обозначению числа углеродных атомов добавляют суффикс –ил(метил-, этил-). Отсутствие или наличие двойной, тройной связи обозначают суффиксами –ан, ен, ин.

При наличии повторяющихся заместителей используют умножающие приставки ди, три, тетра, пента и т. д. Местоположение заместителей указывают с помощью локантов – цифр или букв, разделенных запятыми. При этом сумма локантов должна быть наименьшей.

Старшую функциональную группу обозначают в последнем суффиксе.

В таблице 1 представлены классы органических соединений и названия функциональных групп.

Класс	Формула	Название
в префиксе	в суффиксе
Карбоновые кислоты	-СООН	карбокси	овая кислота
Сульфокислоты	-SO₃H	cульфо	сульфокислота
Нитрилы	-CN	циано	нитрил
Альдегиды	-СНО	оксо	аль
Кетоны	-СО	оксо	он
Спирты и фенолы	-ОН	гидрокси	ол
Амины	-NH₂	амино	амин
Простые эфиры	-OR	алкокси	-
Алкилгалогениды	F, Cl, Br, I	фтор, хлор, бром, иод	фторид, хлорид, бромид, иодид
Нитросоединения	-NO₂	нитро	-

Группа, стоящая выше, считается старшей.

Методическое пособие по органической химии. Подготовка к ЕГЭ.

1. Изомерия и номенклатура органических соединений. 2

2. Взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений. 10

3. Функциональный анализ органических соединений. 14

4. Механизмы органических реакций. 17

5. ОВР с участием органических веществ. 20

6. Осуществление превращений по схеме. 28

7. Решение задач на вывод формул органических соединений. 31

Причиной структурнойизомерии является различный порядок соединения атомов в молекулах. Она включает:

~ изомерию, определяемую характером углеродного скелета

н-бутан СН₃ 2-метилпропан

~ изомерию, определяемую положением кратных связей

~ изомерию, определяемую положением функциональных групп

~ изомерию, определяемую принадлежностью веществ к разным классам

пропанол-1 метоксиэтан (метилэтиловый эфир)

~ изомерию взаимного расположения заместителей

о-ксилол м-ксилол п-ксилол

цис-Бутен-2 транс-Бутен-2

Номенклатура – совокупность правил составления названий химических веществ, классов, групп и др.

Название органического соединения отражает особенности его строения.

С -мет

С – С -эт

С – С – С -проп

С – С – С – С -бут

С – С – С – С – С -пенти далее корни греческих числительных.

Старшую функциональную группу обозначают в последнем суффиксе.

В таблице 1 представлены классы органических соединений и названия функциональных групп.

Органическая химия — раздел, который вызывает больше всего вопросов. Сложность заключается в первую очередь в огромном количестве веществ: ученым известно более миллиона. Но не нужно пугаться. В органике соединения поделены на классы, свойства внутри которых очень похожи. Выучив общие реакции для каждой группы веществ, вы сможете с легкостью решать задания. Первая тема в рамках подготовки к ЕГЭ — изомерия и номенклатура органических соединений. В статье мы разберем основы этого раздела. Более подробно материал рассматривается на подготовительных курсах. Там изучаются все сложные вопросы органической химии, поэтому выпускники набирают высокие баллы на ЕГЭ.

Изомерия

Первый вопрос, который мы рассмотрим — изомерия органических соединений в химии. Под этим термином понимают явление существования веществ-изомеров. Изомеры — это соединения, имеющие одинаковый качественный и количественный состав (то есть молекулярную формулу), но разное строение и свойства (то есть структурную формулу).

Для начала разберемся в формулах органических соединений. Молекулярная показывает только тип атомов и их количество. Например, C 5 H 10 OH. Структурная отражает взаимное расположение атомов в молекуле. Приведенная молекулярная формула может принадлежать сразу нескольким веществам, так как гидроксильная группа может располагаться у разных атомов. Под формулой может скрываться пентанол-1 CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -OH, пентанол-2 CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH(OH)-CH 3 или пентанол-3 CH 3 -CH 2 -CH(OH)-CH 2 -CH 3 . Эти вещества, имеющие разное взаимное расположение атомов, и называются изомерами.

Различают два вида изомерии — пространственную и структурную. Структурная изомерия подразумевает различный порядок расположения атомов в молекуле. Делится на несколько типов:

углеродного скелета. Различное расположение радикалов в молекуле: СН 3 - СН 2 -СН 2 -СН 2 -CH 3 (н-пентан) и СН 3 -СН 2 -СН(CH 3 )-CH 3 (2-метилбутан);
положения кратной связи. Двойные и тройные связи могут располагаться у разных атомов. Изомерами являются бутен-1 СН 2 =СН-СН 2 -СН 3 и бутен-2 СН 3 -СН=СН 2 -СН 3 ;
положения функциональной группы. Пример — уже рассмотренный выше пентанол;
межклассовая. Иногда под одной формулой скрываются вещества разных классов. Такими изомерами являются алкины и алкадиены, алкены и циклоалканы, спирты и простые эфиры, альдегиды и кетоны, сложные эфиры и карбоновые кислоты. Пример: метилацетат CH 3 -COO-CH 3 и пропановая кислота CH 3 -CH 2 -COOH;
взаимного расположения заместителей. Характерна для циклических соединений (аренов, циклоалканов, циклов с кратными связями). Когда в кольцо вносится второй заместитель, он может располагаться в одном из трех положений: орто (у соседних атомов углерода), мета (через один атом) и пара (напротив друг друга). Это касается ароматических соединений. В циклоалканах заместители обозначают цифрами, например, 1,2-диметилциклобутан;
метамерия. Связана с разным положением гетероатома в молекуле. Гетероатом — это азот, сера, кислород. Такими изомерами могут быть амины, например, этиламин СН 3 –СН 2 –NH 2 и диметиламин СН 3 –NH–СН 3 ;
таутомерия. Это явление, при котором два изомера легко переходят друг в друга. В таком случае вещество состоит сразу из нескольких молекул, устанавливается равновесие, которое смещается под действием внешних факторов. Пример веществ — пропанон и пропенол-2.

Вторым типом изомерии в органике является пространственная. Она связана с различным взаимным расположением атомов в молекуле. При этом сама структура остается прежней. Оптическая изомерия возникает при вращении атомов вокруг кратной связи. Она характерна для алкенов и алкинов. Аналогичное явление обнаружено у циклов с несколькими заместителями. В цис-изомерах одинаковые группы атомов расположены по одну сторону кратной связи или цикла, в транс — по разные стороны.

Оптическая изомерия характеризуется различным расположением молекул относительно одного атома. Это должен быть ассиметричный углерод — с четырьмя разными заместителями. Он называется хиральным центром. Изомеры являются зеркальным отражением друг друга, как правая и левая рука. Это дает им разные химические свойства.

Номенклатура

Переходим к классификации и номенклатуре органических соединений в химии. В рамках этой темы нужно понимать, какие классы соединений существуют и как их называть. В органике используется систематическая номенклатура ИЮПАК. Основа названия — корень, обозначающий самую длинную углеродную цепь. Первые 10 веществ в гомологическом ряду:

Алкены - непредельные (ненасыщенные) углеводороды, имеющие в молекуле одну двойную связь С=С. Такая связь содержит одну сигма-связь (σ-связь) и одну пи-связь (π-связь).

Алкены также называют этиленовыми углеводородами, по первому члену гомологического ряда - этилену - CH₂=CH₂. Общая формула их гомологического ряда - C_nH_2n.

Номенклатура и изомерия алкенов

Названия алкенов формируются путем добавления суффикса "ен" к названию алкана с соответствующим числом: этен, пропен, бутен, пентен и т.д.

При составлении названия алкена важно учесть, что главная цепь атомов углерода должна обязательно содержать двойную связь. Принято начинать нумерацию атомов углерода с того края, к которому ближе двойная связь. В конце названия указывают атом углерода, у которого начинается двойная связь.

Атомы углерода, прилежащие к двойной связи находятся в sp 2 гибридизации.

Для алкенов характерна изомерия углеродного скелета, положения двойной связи, межклассовая изомерия с циклоалканами и пространственная геометрическая изомерия в виде существования цис- и транс-изомеров.

Длина связи между атомами углерода составляет 0,134 нм
Тип гибридизации атомов углерода (прилежащих к двойной связи) - sp 2
Валентный угол (между химическими связями) составляет 120°

Получение алкенов

В результате крекинга нефти образуется один алкан и один алкен.

При наличии катализатора и повышенной температуры от молекул алканов отщепляется водород. Наиболее легко водород отдает третичный атом, чуть труднее - вторичный и заметно труднее - первичный.

В реакции галогеналкана со спиртовым(!) раствором щелочи образуется алкен. По правилу Зайцева, водород отщепляется от соседнего наименее гидрированного атома углерода.

В подобных реакциях применяется цинк (цинковая пыль) - двухвалентный металл, который связывает расположенные рядом атомы галогенов. Между атомами углерода, которым принадлежали галогены, завязывается двойная связь.

При нагревании спиртов c серной кислотой - H₂SO₄, обладающей выраженными водоотнимающими свойствами, происходит отщепление воды от спирта по правилу Зайцева. В результате образуется алкен.

Внутримолекулярная дегидратация спиртов происходит при t > 140 °C.

Химические свойства алкенов

Алкены - ненасыщенные углеводороды, охотно вступающие в реакции присоединения. Реакции замещения для них не характерны.

Водород присоединяется к атомам углерода, образующим двойную связь. Пи-связь (π-связь) рвется, остается единичная сигма-связь (σ-связь).

Реакция с бромной водой является качественной для непредельных соединений, содержащих двойные (и тройные) связи. В ходе такой реакции бромная вода обесцвечивается, что указывает на присоединение его по кратным связям к органическому веществу.

Реакция с хлором на свету протекает по свободнорадикальному механизму, так как на свету молекулы хлора расщепляются, образуя свободные радикалы.

Алкены вступают в реакции гидрогалогенирования, протекающие по типу присоединения.

Гидрогалогенирование протекает по правилу Марковникова, в соответствии с которым атом водорода присоединяется к наиболее гидрированному, а атом галогена - к наименее гидрированному атому углерода.

Присоединение воды, гидратация, происходит по правилу Марковникова. Водород присоединяется к наиболее гидрированному атому углерода, гидроксогруппа - к наименее гидрированному.

При горении алкены, как и все органические соединения, сгорают с образованием углекислого газа и воды - полное окисление. При неполном окислении образуются окиси.

Окисление алкенов перманганатом калия (марганцовкой) в нейтральной среде является качественной реакцией на алкены в частности, и непредельные углеводороды в целом. В результате реакции фиолетовый раствор марганцовки обесцвечивается и выпадает осадок бурого цвета - MnO₂.

В более жестких условиях - при подкислении раствора серной кислотой, реакция идет с полным разрывом в самом слабом месте молекулы - двойной связи.

Полимеризация - цепная реакция синтеза полимеров, при котором молекула полимера образуется путем последовательного соединения молекул мономеров.

Индекс "n", степень полимеризации, обозначает число мономерных звеньев, которые входят в состав полимера.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Изомеры – это вещества, имеющие одинаковый состав (число атомов каждого типа), но разное взаимное расположение атомов – разное строение.

Изомерия – это явление существования веществ с одинаковым составом, но различным строением.

Например, формуле C₄H₁₀ соответствуют два изомерных соединения н-бутан с линейным углеродным скелетом и изобутан (2-метилбутан) с разветвленным скелетом:

При этом температура кипения н-бутана –0,5 о С, а изобутана –11,4 о С.

Виды изомерии

Различают два основных вида изомерии: структурную и пространственную (стереоизомерию) .

Структурные изомеры отличаются друг от друга взаимным расположением атомов в молекуле; стереоизомеры — расположением атомов в пространстве.

Структурная изомерия

Структурные изомеры – соединения с одинаковым составом, но различным порядком связывания атомов, т.е. с различным химическим строением. Молекулярная формула у структурных изомеров одинаковая, а структурная различается.

1. Изомерия углеродного скелета: вещества различаются строением углеродной цепи, которая может быть линейная или разветвленная.

Например, молекулярной формуле С₅Н₁₂ соответствуют три изомера:

2. Изомерия положения обусловлена различным положением кратной связи, функциональной группы или заместителя при одинаковом углеродном скелете молекул.

2.1. Изомерия положения функциональной группы . Например, существует два изомерных предельных спирта с общей формулой С₃Н₈О: пропанол-1 (н-пропиловый спирт) пропанол-2 (изопропиловый спирт):

2.2. Изомерия положения кратной связи может быть вызвана различным положением кратной (двойной или тройной) связи в непредельных соединениях. Например, в бутене-1 и бутене-2:

2.3. Межклассовая изомерия – ещё один вид структурной изомерии, когда вещества из разных классов веществ имеют одинаковую общую формулу.

Например, формуле С₂Н₆О соответствуют: спирт (этанол) и простой эфир (диметиловый эфир):

Пространственная изомерия

Пространственные изомеры – это вещества с одинаковым составом и химическим строением, но с разным пространственным расположением атомов в молекуле. Виды пространственной изомерии – геометрическая (цис—транс) и оптическая изомерия.

1. Геометрическая изомерия (или цис-транс-изомерия).

Геометрическая изомерия характерна для соединений, в которых различается положение заместителей относительно плоскости двойной связи или цикла. Например, для алкенов и циклоалканов.

Двойная связь не имеет свободного вращения вокруг своей оси.

Поэтому заместители у атомов углерода при двойной связи могут быть расположены либо по одну сторону от плоскости двойной связи (цис-изомер), либо по разные стороны от плоскости двойной связи (транс-изомер). При этом никаким вращением нельзя получить из цис-изомера транс-изомер, и наоборот.

Например, бутен-2 существует в виде цис— и транс-изомеров

1,2-Диметилпропан также образует цис-транс-изомеры:

Геометрические изомеры различаются по физическим свойствам (температура кипения и плавления, растворимость, дипольный момент и др.). Например, температура кипения цис-бутена-2 составляет 3,73 о С, а транс-бутена-2 0,88 о С.

При этом цис—транс-изомерия характерна для соединений, в которых каждый атом углерода при двойной связи С=С (или в цикле) имеет два различных заместителя.

Например , в молекуле бутена-1 CH₂=CH-CH₂-CH₃ заместители у первого атома углерода при двойной связи (два атома водорода) одинаковые, и цис—транс-изомеры бутен-1 не образует. А вот в молекуле бутена-2 CH₃—CH=CH-CH₃ заместители у каждого атома углерода при двойной связи разные (атом водорода и метильная группа CH₃), поэтому бутен-2 образует цис— и транс-изомеры.

Таким образом, для соединений вида СH₂=СHR и СR₂=СHR’ цис—транс-изомерия не характерна.

2. Оптическая изомерия

Оптические изомеры – это пространственные изомеры, молекулы которых соотносятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение.

Оптическая изомерия свойственна молекулам веществ, имеющих асимметрический атом углерода.

Асимметрический атом углерода — это атом углерода, связанный с четырьмя различными заместителями.

Такие молекулы обладают оптической активностью — способностью к вращению плоскости поляризации света при прохождении поляризованного луча через раствор вещества.

Читайте также: