Просмотр содержимого документа
«Основные понятия в биоорганической химии »
ОТЛИЧИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ И НЕОРГАНИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ:
1) В неорганической химии в реакциях обычно участвуют ионы, а в органической – молекулы;
2) Реакции в неорганической химии идут очень быстро, иногда мгновенно, а с участием органических веществ – значительно медленнее;
3) Для осуществления органических реакций обычно требуются жесткие условия: повышенная температура, давление и присутствие катализатора;
4) Органические реакции редко приводят к высокому выходу продукта (более 80%), так как обычно идут параллельно несколько реакций;
5) В ходе большинства биохимических реакций изменению подвергается не вся молекула, а лишь ее часть – реакционный центр.
В основу научной классификации и номенклатуры органических соединений положены принципы теории химического строения органических соединений А.М. Бутлерова:
Атомы в молекулах соединены друг с другом в определенной последовательности согласно их валентностям. Последовательность межатомных связей в молекуле называется ее химическим строением и отражается одной структурной формулой (формулой строения).
Свойства веществ зависят от их химического строения.
По свойствам данного вещества можно определить строение его молекулы, а по строению молекулы - предвидеть свойства.
Атомы и группы атомов в молекуле оказывают взаимное влияние друг на друга.
Классификация органических соединений
Ациклические — их называют также алифатическими, или соединениями жирного ряда. Эти соединения имеют открытую цепь углеродных атомов.
К ним относятся:
Предельные (насыщенные)
Непредельные (ненасыщенные)
Циклические — соединения с замкнутой в кольцо цепью атомов. К ним относятся:
Карбоциклические (изоциклические) – соединения, в кольцевую систему которых входят только углеродные атомы это:
а) алициклические (предельные и непредельные);
б) ароматические.
Гетероциклические — соединения, в кольцевую систему которых, кроме атома углерода, входят атомы других элементов — гетероатомы (кислород, азот, сера и др.)
В заместительной номенклатуре основой названия служит один углеводородный фрагмент, а другие рассматриваются как заместители водорода.
В радикало-функциональной номенклатуре в основе названия лежит название характеристической функциональной группы, определяющей химический класс соединения, к которому присоединяют наименование органического радикала .
В соединительной номенклатуре название составляют из нескольких равноправных частей (C 6 H 5 –С 6 H 5 бифенил) или добавляя обозначения присоединенных атомов к названию основной структуры (например, 1,2,3,4-тетрагидронафталин, гидрокоричная кислота, этиленоксид, стиролдихлорид).
Заменительную номенклатуру применяют при наличии неуглеродных атомов (гетероатомов) в молекулярной цепи.
Название органического соединения состоит из префикса, корня и суффикса.
Префиксами обозначают названия всех функциональных групп, располагаемых в алфавитном порядке, кроме старшей, название которой обозначают суффиксом.
Корень обозначает название главной углеродной цепи, а также карбоциклической или гетероциклической структуры.
Суффиксами обозначают степень насыщенности главной цепи ( -ан, - ен, -ин) и старшую функциональную группу.
Реакции в органической химии принято классифицировать по механизму протекания и по конечному результату химического превращения.
По механизму протекания реакции делятся на гетеролитические (электрофильно-нуклеофильные) и гомолитические (свободно-радикальные)
Электрофильно-нуклеофильные реакции сопровождаются гетеролитическим (несимметричным) разрывом полярной ковалентной связи так, что общая электронная пара смещается к одному из атомов, превращая его в нуклеофил, а у другого фрагмента возникает дефицит электронов, превращая его в электрофил:
А─В → А□ + :В
электрофил нуклеофил
называются частицы или фрагменты молекул, содержащие свободную, доступную орбиталь и имеющие недостаток электронной плотности, которые в результате реакции образуют связь с новым нуклеофилом, акцептируя у него оба электрона на свою вакантную орбиталь.
Н-электрофил: протон (Н + );
С-электрофилы: карбкатионы ( R 3 C ) или соединения с сильнополярной связью R 3 C─X, R 2 C═Y, RC≡Z;
О-электрофилы: R 3 ─O─X;
S- электрофилы: R─S─X;
N-электрофилы : R 2 N─X, X─NO 2 ;
Галогены , атомы которых несут частичный положительный заряд: Гал ─Гал
δ -
δ +
δ -
δ +
δ -
δ +
δ +
δ -
δ +
δ -
δ +
δ -
δ -
δ +
δ +
δ -
НУКЛЕОФИЛАМИ
называются частицы или фрагменты молекул, содержащие подвижную электронную пару, которые в результате реакции образуют связь с новым электрофилом, отдавая ему эту электронную пару.
С-нуклеофилы: карбанионы ( R 3 C ) , металлоорганические соединения ( R 3 C ─M ), ненасыщенные соединения ( R 2 C═CR 2 , RC≡CR);
N-нуклеофилы : NH 3 , RNH 2 , R 2 NH, R 3 N;
О-нуклеофилы: H 2 Ö, R─Ö─R’, HÖ — , RÖ ─M ;
S-нуклеофилы : H 2 S, R─S─R’, HS — , RS ─M ;
Галогенид-анионы : F — , Cl — , Br — , I — .
δ +
δ -
••
••
••
••
δ +
δ -
••
••
••
••
δ -
δ +
Свободно – радикальные реакции протекают при гомолитическом (симметричном) разрыве химической связи, что характерно для неполярной или малополярной связи:
А : В → А• + •В
свободные радикалы
Образование радикалов легче всего происходит при гомолизе неполярных связей между атомами одного и того же элемента:
Cl 2 → С l• + •Cl
HO ─ OH→ HO•+•OH
RS ─SR → RS• + •SR
При гомолизе малополярной связи С─Н образуются алкильные радикалы, стабильность которых зависит от типа замещения атома углерода и растет в ряду:
• СН 3
Пространственная изомерия (стереоизомерия) обусловлена различным пространственным расположением атомов при одинаковом порядке их связывания.
Стереоизомеры – изомеры, имеющие одинаковую последовательность химических связей атомов, но различное расположение этих атомов относительно друг друга в пространстве.
Стереоизомеры могут различаться конформацией и конфигурацией.
Конформациями молекулы называются различные ее пространственные формы, возникающие в результате вращения атомов или групп атомов вокруг ординарных связей.
Стереоизомеры могут отличаться не только конформацией, но и конфигурацией.
Конфигурациями молекул называются различные пространственные расположения атомов или групп, которые не могут быть переведены друг в друга простым вращением вокруг связей.
Различают два вида конфигурационной изомерии: геометрическую ( цис-, транс- изомерию) и оптическую изомерию.
Стереоизомеры, отличающиеся друг от друга расположением заместителей по отношению к плоскости двойной связи или цикла, называются геометрическими изомерами .
