Взаимное влияние атомов в молекуле

Download Report

Transcript Взаимное влияние атомов в молекуле

д.х.н., проф. СПбГУ Карцова Анна Алексеевна 2010

1861 г.

А.М. Бутлеров

1869 г.

В.В. Марковников

H 3 C CH CH 2 F 3 C CH CH 2 HBr HBr H 3 C CH CH 3 (по правилу) Br F 3 C CH 2 CH 2 Br (против правила) 2

ЭЛЕКТРОННЫЕ ЭФФЕКТЫ ЗАМЕСТИТЕЛЕЙ (ДОНОРНЫЕ, АКЦЕПТОРНЫЕ)

3

ИЗМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОННОЙ ПЛОТНОСТИ В МОЛЕКУЛЕ РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ I. Индуктивный эффект δ+ δ С―С―С―С Х δ δ+ С―С―С―С У -I +I -I

F 3 C

+I

H 3 C CH CH 2 CH CH 2 С

sp 3

C

sp 2

C

sp

ЭО 2,5 2,8 3,2

II. Эффект сопряжения (мезомерный эффект, ± М)

а)

π

-

π

-сопряжение Бутадиен-1,3 бензол б)

р-π

-сопряжение +М O H

δ+

фенол +М O H 4

ЭЛЕКТРОННАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ПРАВИЛА МАРКОВНИКОВА

а) б)

Ad E

1 H 3 C а) CH CH 2

?

H 3 C CH 2 CH 2 ( ) 2 H + б) H 3 C CH CH 3 5

2  

H 3 C

δ+   CH CH 2    + H-Br  H 3 C CH CH 3

Br

 

F 3 C

δ   CH CH 2     + H-Br F 3 C CH 2 CH 2

Br

6

 CH 3

Радикальное замещение в алкенах

 CH 2  CH 2 CH CH 2 Cl 2

h

S R

CH 3 CH 2 CH

Cl

CH CH 2 HCl ( реакция Львова) CH 3 CH 2 CH CH CH 2 CH 3 CH CH 2 CH CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 CH CH 2 CH 3 CH 2 CH CH CH 2 радикал аллильного типа 7

 CH 2 CH 2 CH 3   CH 2 CH 2 CH 3 + Br 2 FeBr 3 - HBr Br CH 2 CH 2 CH 3 + CH 2 CH 2 CH 3

S E

Br  CH 2 CH 2 CH 3 + Br 2

h

 - HBr Br CH CH 2 CH 3

S R

8

C H H радикал бензильного типа CH 2 CH 2 CH 3 KMnO 4 , H 2 SO 4 - K 2 SO 4 - MnSO 4 - H 2 O CH CH 2 CH 3 CH 2 CH CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 C O OH + H 3 C C O OH 9

Строение молекулы толуола. Взаимное влияние атомов в молекулах на примере толуола

Реакции ионного замещения

(

сравнение с бензолом

)

CH 3 Br CH 3 Br 2 / FeBr 3

о

Бромтолуол - HBr CH 3 Br

п

Бромтолуол Br Br 2 / FeBr 3 - HBr Бромбензол Масштабная модель молекулы толуола +I эффект

CH 3

Реакции радикального замещения

(

сравнение с метаном

)

CH 3 CH 2 Cl h ν + Cl 2 + HCl Бензилхлорид CH 4 + Cl 2 h ν CH 3 Cl + HCl Метил хлорид Реакция окисления

(

сравнение с метаном и бензолом

)

CH 3 COOH KMnO 4 , H 2 SO 4 CH 4 KMnO 4 , H 2 SO 4

X

; Бензойная кислота KMnO 4 , H 2 SO 4

X

10

ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ АТОМОВ В МОЛЕКУЛЕ НА ПРИМЕРЕ ФЕНОЛА

OH R OH Как природа радикала влияет на кислотные свойства ?

Как «ОН-группа» изменила реакционную способность бензольного кольца ?

11

Влияние природы радикалы на кислотные свойства ОН-группы

R OH + NaOH OH + NaOH R O H

δ+

алифатический спирт R ONa + H 2 O ONa + H 2 O

+ М

< 10 6 раз

I

фенол O

δ+

H 12

Влияние природы радикалы на кислотные свойства ОН-группы

R OH + NaOH OH + NaOH R ONa + H 2 O ONa + H 2 O

+ М

CH 3 COOH уксусная кислота

>

10 6 раз

I

фенол O CH 3 COOH + NaHCO 3 CH 3 COONa + CO 2 + H 2 O OH + NaHCO 3

δ+

H ONa + CO 2 + H 2 O OH + NaHCO 3 12

Влияние природы радикалы на кислотные свойства ОН-группы

R OH + NaOH OH + NaOH R ONa + H 2 O ONa + H 2 O

+ М

R O H

δ+

алифатический спирт OH < 10 6 раз + 3 HO-NO 2 H 2 SO 4 ( конц.

) NO 2

I

фенол O

+ М > I δ+

H OH NO 2 + 3H 2 O NO 2 2,4,6-тринитрофенол (пикриновая кислота) 12

Влияние ОН-группы на реакционную способность бензольного кольца в реакциях S E

Br

I.

+ Br 2 FeBr 3 + HBr бромбензол

II.

OH

+3Br 2 (H 2 O)

Br

OH

Br

+ 3HBr

Br

2,4,6-трибромфенол 13

+ Х +

Br Br + FeBr 3 Br +  Br  Br + [FeBr 4 ]  FeBr 3 фенол +М O H 14

Строение молекулы фенола. Взаимное влияние атомов в молекулах на примере фенола

Масштабная модель молекулы фенола Реакции замещения в бензольное кольцо

(сравнение с

бензолом

)

Кислотно-основные свойства фенола

(сравнение со

спиртом

)

OH 3Br 2 - 3HBr Br OH Br

1.

2 OH + 2Na 2CH 3 OH + 2Na 2 ONa + H 2  2CH 3 ONa + H 2  Br Br 2 / FeBr 3 - HBr Br Распределение электронной плотности в молекуле фенола

2.

O

H 3.

OH + NaOH CH 3 OH + NaOH X OH + HBr X ONa + H 2 O   CH 3 OH + HBr CH 3 Br + H 2 O  15

Cl NaOH, 300 o C, 250 атм - NaCl CH 2 Cl NaOH - NaCl +М Cl -I OH CH 2 OH CH 2 Cl -I 16

Анилин. Строение.

Масштабная модель молекулы анилина

H N H 

NH 2

  +

M

-эффект H N H 17

История открытия анилина

1826 г.

Отто Унфердорбен. «

Кристаллин»

O C H N

NaOH C 6 H 5 NH 2

C C N H C O 1833 г.

Фридлиб Фердинанд Рунге.

«Кианол»

Каменный уголь коксовый газ надсмольная жидкость каменноугольная смола кокс

1841 г.

Карл Юлиус Фрицше.

«Анилин»

18

Реакция Зинина

Н.Н. Зинин (1812 – 1880) 1842 г.

Н.Н. Зинин.

«Бензидам»

NO 2 NH 2 Fe, HCl + 6H - 2 H 2 O

Август Вильгельм Гофман (1818 – 1892) 1845 г.

– Гофман доказал идентичность

кристаллина, кианола, бензидама и анилина

19

Взаимное влияние атомов в молекуле анилина Реакции замещения в бензольное кольцо (

сравнение с бензолом

)

NH 2 3

Br 2

- 3HBr Br NH 2 Br Br 2,4,6 триброманилин Br

Br 2

/ FeBr 3 - HBr бромбензол 

NH 2

 

Кислотно-основные свойства анилина (

сравнение с аммиаком

)

NH 2 + ─ NH 3 Cl + HCl хлорид фениламмония CH 3 CH 2 NH 2 + HCl + ─ CH 3 CH 2 NH 3 Cl хлорид этиламмония NH 2 NH 3 CH 3 CH 2 NH 2

Увеличение основных свойств

20

R     OH

«OH»

R   C   O O   H R   C O   H O

Ad N

21

R   O   H R   C O   O   H

“Н” в карбоксильной группе более «кислый», чем в гидроксильной

22

R   C   O O   H R   C   O H

Реакционная способность карбонильной группы в реакциях Ad

N

в альдегидах выше, чем в карбоноых кислотах

23