Дәріс № 12

Тақырыбы: Органикалық химия курсы бойынша есептер шығартуға

үйретудің әдістемесі

Жоспары:

1. Молекулалық формуласы бойынша органикалық қосылыстардың изомерлерінің формулаларын құрастыру

2. Атауы бойынша органикалық қосылыстың құрылым формуласын жазу және құрылым формуласы бойынша қосылысты атау

3. Органикалық қосылыстарды синтездеу

1. Молекулалық формуласы бойынша органикалық қосылыстардың изомерлерінің формулаларын құрастыру

Органикальқ косылыстардың изомерленуін негізінен күрылымдьқ және кеңістік деп екі топқа бөледі. Құрылымдық изомерлер молекуладағы атомдардың байланысу ретіне тәуелді болады. Ал кеңістік изомерлер құрылымдары бірдей заттар атомдарының кеністікте әр түрлі орналасуларына байланысты болады.

Құрылымдык изомерлердің бірнеше түрлері болады: көміртек каңкасының изомерленуі; еселі байланыстың орнына сәйкес изомер-лену және функционалдық топтардың орнына байланысты изомер-лену.

Изомерлердің құрылым формулаларын құрастырғанда молекуладагы атомдардың өзара орналасу ретін (көміртек қаңқасының изомерленуі) төмендегі алгоритмді пайдаланып анықтауға болады:

1) берілген кеміртек атомдарының санына сәйкес қалыпты тізбекті (тармақталмаған) көміртек қаңқасын күрастырады;

2) көміртек қаңқасын біртіндеп (бір көміртек атомына) қысқарта отырып, бір немесе бірнеше СН._; топтарының орнын өзгертудің барлық жағдайлары карастырылып, сәйкес изомерлердің формулалары күрастырылады.

1-жаттығу. Құрамы С₇Н₁₆-ға сәйкес көмірсутектердің барлық изомерлерінің формулаларын қүрастырыңдар.

Ш е ш у і. 1) Құрамында жеті көміртек атомы бар қалыпты тізбекті (тармақталмаған) көміртек қаңқасын қүрастырамыз да, әр көміртек атомы төрт валентті болатынын ескере отырып, тізбектегі көміртек атомдарының жетіспейтін валенттік бірліктерін сутек атомдарымен толыктырамыз:

Тізбекті бір көміртек атомына қысқартып, бірдей косылыс-тардың алыну мүмкіндігін тудырмай, СН₃ тобының орындарын ауыстырамыз:

Тізбекті тағы бір көміртек атомына (барлығы екі С атомына) қысқартып, енді екі СН₃ тобының (немесе бір С₂Н₅ тобының) орындарын ауыстырамыз:

Тізбекті тағы бір көміртек атомына (барлығы үш С атомына) кысқартып, енді үш СН₃ тобының орындарын ауыстырамыз. Бірдей қосылыс түзіліл кететін болғандыктан бүл жағдайда бір СН₃ пен бір С₂Н₅ топтарының немесе бір С₃Н₇ тобының орындарын ауыстыра алмаймыз:

Бұдан әрі қарай көміртек каңкасын қысқарту мүмкін емес. Олай болса, С₇Н₁₆- ға сай барлық изомерлердің (барлығы тоғыз) кұрылым формулаларын жаздық. Изомерлердің құрылым формулаларын дұрыс құрастырғанда халыкаралық атау жүйесі бойынша бірдей атаулар шықпау керек екені естеріңде болсын.

Еселі байланыстың немесе функционалдық топтардың орындарына байланысты қүрылым изомерлерін жазғанда төмендегі алгоритмді колданады:

1) көміртек каңкасына байланысты барлық құрылым изомерлері

құрастырылады;

2) көміртек атомының төрт валенттігі ескеріле отырып, еселі байланыстың немесе функционалдық топтардьң орындары ауыстырылады.

ЕСЕП. Формуласы С₅Н₁₀-ға сөйкес болатын барлық пентендердің кұрылым формулаларын кұрастырыңдар:

Шешуі.

1) Көміртек қаңкасына байланысты изомерлердін бірінің құрылым формулаларын құрастырып аламыз:

2) Еселі байланыстың орындарын (а) және (ә) жағдайлары үшін ауыстырамыз. Ал б-жағдайында еселі байланыстың орнын ауыстыру мүмкін емес.

Пентен-2-нің (2) геометриялык (кеңістік немесе цис-, транс-) изомерлерінің кұрылым формулаларын жазайық:

Цис-изомерде радикалдар (СН₃— пен С₂Н₅—) кос байланыстың бір бетінде, транс-изомерде радикалдар қос байланыстың екі жағында орналасады.

Пентеннің С₅Н₁₀ жеті изомерінің құрылым формулаларын жаздық.

ЕСЕП. Құрамы С_дН₁₂ ароматты көмірсутектің барлық изомерлерінің кұрылым формулаларын кұрастырыңдар.

Ш е ш у і.

1. Көмірсутектің формуласынан молекула кұрамына ароматты бензол сақинасынан басқа көміртектің үш атомы (С₃) кіретінін табуға болады. Бүйір тізбегінде үш көміртек атомы бар ароматты көмірсутек изомерінің формуласын кұрамыз:

2. Бүйір тізбекті бір көміртек атомына кыскартамыз жөне метил (СН₃) тобының орындарын алмастырамыз (өуелі бүйір тізбекте сосын бензол сақинасында):

3) Бүйір тізбекті тағы бір көміртек атомына қысқартамыз (барлығы екі көміртек атомына) жөне метил (СН₃) топтарының орындарын алмастырамыз:

Құрамы С₉Н₁₂-ге сай көмірсутектің 8 изомері бар екен.

Атауы бойынша органикалық қосылыстың құрылым формуласын жазу және құрылым формуласы бойынша қосылысты атау

ЕСЕП. 2,5-диметил-З-этилгексанның қүрылым формуласын жазыңдар.

Ш е ш у і.

1) Формула жазуды негізгі көмірсутектен (гексаннан) бастаймыз. Жұрнак -ан болып түрғандьқтан көмірсутек қаныккан. Гексанның құрамындағы алты көміртек атомдары өзара тізбек түзіп тек қана дара байланыстар арқылы байланысады. Негізгі тізбекті жазып алып, бір шетінен бастап нөмірлейміз. Берілген көмірсутек үшін нөмірлеуді кез келген шетінен бастауымызға болады:

1 2 3 4 5 6

С—С—С—С—С—С

2) Екінші және бесінші көміртек атомдарында екі метил СН₃ — топтары (2,5-диметил-) және үшінші көміртекте этил С₂Н₅— тобы бар. Орынбасар радикалды көрсетілген көміртек атомдарына тіркеп жазамыз:

3) Көміртек атомдарының қалған байланыстарын сутек атомдарымен қанықтырамыз. Органикалық қосылыс кұрамындагы көміртек атомдарының төрт валентті болатынын білеміз. Байланысқа бір валенттігін жұмсап тұрған шеткі көміртек атомдары үш сутекпен (бірінші және алтыншы С атомдары), екі көміртек атомдарымен байланысып тұрған ортадағы көміртек атомдары екі сутекпен (төртінші С атомы), ал үш жағынан байланысып тұрған көміртек атомы бір сутекпен (екінші, үшінші және бесінші С атомдары) байланыса алады:

ЕСЕП. Төменде келтірілген өзгерістерді орындауға мүмкіндік беретін реакция теңдеулерін жазып, олардың жүру жағдайларын көрсетіңдер:

Ш е ш у і.

1) Жоғары температурада метанның крекингі ацетилен түзу арқылы жүреді:

2) Қанықпаған көмірсутек ацетилен галогенсутекпен қосылу реакциясына түсіп, оның екі молекуласын қосып алады:

3) Сілтілердің спирттегі ерітіндісі қатысында көмірсутектердің галогентуындылары галогенді сутек бөле айырылады:

4) Ацетиленді гидрлеу металл өршіткі (никель) қатысында қыздыр-ғанда жүреді:

5) Қанықпаған қосылыстарға галогенсутектер косылғанда қаныққан көмірсутектердің галогентуындылары түзіледі:

6) Көмірсутектердің галогентуындылары металл натриймен әрекеттескенде (Вьюрц реакциясы) көміртек қаңқасы үзарып, гало-генид ионы бөлінеді:

9-жаттығу. Органикалық косылыстардың төменде келтірілген айналымдарын орындауға мүмкіндік беретін реакция теңдеулерін жазындар:

Ш е ш у і. 1) Метанды кыздырғанда ацетилен түзіледі:

2) Сынап (II) түздарының катысында ацетиленді гидраттағанда сірке альдегиді алынады:

3) Сірке альдегидін күміс оксидінің аммиактағы ерітіндісі каты-сында тотықтырғанда сірке кышқылы түзіледі:

4) Сірке қышкылын жарыктың қатысында хлорлау СН₃- тобыи-дағы сутек атомының хлор атомына алмасып, монохлорсірке кышқылының түзілуіне әкеледі:

5) Сілтілік ортада аммиак катысында хлор атомы амин тобына алмасып, аминсірке қышкылыныд калий түзы түзіледі:

6) Аминсірке кышкылының калий түзына бір моль НСІ-мен әсер еткенде аминсірке кышқылы түзіліп, ол НСІ-дің екінші молімен түз түзеді:

Заттардың қасиеттерін салыстыру мен талдауға жаттығулар

Мұндай есептерді шешкенде окушының талдауға, салыстыруға, қорытынды жасауға бейімділік қасиеттері мен химиялық білімі қандай екені байқалады.

Органикалык қосылыстың химиялық қасиеттері мен реакция өнімінің қасиеттеріне сүйеніп қүрылымын анықтау алгоритмі мына-дай:

1) келтірілген барлық реакциялардың сызбанүсқаларын күру;

2) реакция өнімдері косылыстардың кандай класына жататынын болжап жөне бүл өнімдерді кандай қосылыстар класынан алуға болатынын талдау;

3) кейбір реакция өнімдерінің берілген қүрылыстары мен қасиет-теріне сүйеніп бастапкы заттың қүрылым формуласын қүру.

ЕСЕП.Диметилацетиленнің химиялық касиеттерін сипаттайтын реакциялардың теңдеулерін жазыңдар. Ацетилен мен диметилацетиленнің қоспасын калай бөлуге болатынын көрсетіңдер.

Ш е ш у і.

Диметилацетиленнің (бутин-1-дің) қасиеттерін ацетиленнің қасиеттеріне ұксастырып, осы класқа тән реакциялардың теңдеулерін жазамыз:

а) косылу реакциялары:

ә) диметилацетиленнің кұрамында үш байланыс жанындағы көміртек атомымен байланысып түрран сутек атомы болмағандыктан бүл қосылыс орынбасу реакциясына түспейді.

Диметилацетилен мен ацетилен касиеттерінің арасындағы айырмашылықка сүйеніп оларды бөлуге болады. Олардың коспасына күміс оксидінің аммиактағы ерітіндісімен әсер еткенде түссіз күміс ацетилениді (АgС = САg) тұнбаға түседі. Түскен түнбаны бөліп алып, концентрлі тұз қышкылымен әсер еткенде ацетилен бос күйінде бөлініп шығады:

Органикалық қосылыстарды синтездеу

Органикалык химияда "синтез" ұғымы бір органикальқ заттан бір немесе бірнеше химиялык реакциялардың нәтижесінде белгілі бір құрылымды органикалық зат алуды түсіндіреді. Синтезді жоспарлауды келесі алгоритм арқылы жүргізуге болады.

1) Есептің шартында берілген бастапқы зат пен талап етіліп түрған реакция өнімінің формулаларын жазып, өзгерістерді химиялың сызбанұсқа түрінде бейнелейміз:

2) Бастапқы зат пен синтезделетін заттардың кұрылым формулаларын салыстырып, олардың органикалық заттардың қай класына жататынын, көміртек тізбегінің ұзындығын және тізбектегі байланыстарды анықтаймыз. Көміртек тізбегін ұзарту немесе кыскарту керектігі, көміртек атомдарының байланысу ретін өзгерту, молекулаға жада қандай функционалдық топтар кіргізу қажеттігі жөнінде шешім қабылдаймыз.

3) Синтезделетін зат молекуласында функционалдық топтың түзілуінің барлык жолдарын ойша сараптаймыз. Нәтижесінде бастапқы А затын өзгертудің ең тиімді жолын таңдап аламыз. Барлык аралык кезеңдердің мүмкін жолдарын қарастырамыз.

4) Бастапқы заттан өнімді аралык сатылар аркылы алудың ең тиімді жолын таңдап аламыз:

Синтез сызбанұсқасын құрастырғанда берілген кағидаларды еске үстау керек:

• бірінше мүмкін жолдардың ішіндегі аралық сатылары ең азы таңдалады;

• реагенттерді таңдағанда олардың қолда барларын қарастыру керек;

• синтезді таддағанда реакция өнімінің шығымын, жұмысқа жүмсалатын еңбек пен уақыттың тиімділігіне көңіл аударылу керек.

ЕСЕП. 1-бромбутаннан бутен-2-ні алыңдар.

Ш е ш у і. Есептің шартында берілген зат пен реакция өнімінің кұрылым формулаларын келтіріп химиялык сызбанұсқа құрамыз:

Бастапқы зат көмірсутектің галогентуындысы да реакция өнімі кұрамында кос байланысы бар этилен көмірсутек. Реакция өніміндегі көміртек атомдарының саны мен олардың байланысу реті бастапқы косылыстағыдай. Сондықтан көміртек тізбегін өсірудің немесе кыскартудың қажеттілігі жоқ. Енді қос байланыстың түзілу жолдарын талдап қарастырып, өзара салыстырайык. Қосылыс молекуласына қос байланысты төмендегі жолдармен енгізуге болады:

• сөйкес қаныққан көмірсутекті дегидрлеп:

• немесе сәйкес ацетилен көмірсутегін біртіндеп гидрлеу аркылы:

• спирттерді сусоргыш заттар катысында дегидраттап:

• көмірсутектің галогентуындысын дегидрогалогендеп:

Енді осы карастырылған жолдардың ең тиімдісін таңдау керек.

Дегидрлеу тәсілі (1) тиімсіз, себебі реакция нәтижесінде изомер бутендердің қиын бөлінетін коспасы түзіледі. Қалған үш тәсілдің ішіндегі 1-бромбутаннан кай затты оңай алуға болатын реакция теңдеулерін салыстырып, 2-бромбутан аркылы алу керек деген тоқтам жасауға болады:

Бірінші және соңғы сатыларда көмірсутектердің моногалоген туындыларынан галогенсутекті айыру жолы қолданылады. Бүл реакциялар спирттердің дегидратталуы сияқты Зайцев ережесі бойынша сутек атомы аз гидрогенделген көміртек атомынан бөлінуі аркылы жүреді.