Program przedmiotu głównego z chemii organicznej oraz wybrane materiały dodatkowe prezentowane na wykładach – semestr drugi. Związki aromatyczne. Oznaczanie aromatyczności

Aromatyczność jest szczególną właściwością niektórych związków chemicznych, dzięki której sprzężony pierścień wiązań nienasyconych wykazuje wyjątkowo wysoką stabilność; większa niż można by się spodziewać przy tylko jednej koniugacji Aromatyczność nie jest bezpośrednio związana z zapachem związków organicznych i jest pojęciem charakteryzującym ogół właściwości strukturalnych i energetycznych niektórych cząsteczek cyklicznych zawierających układ sprzężonych wiązań podwójnych. Zaproponowano termin „aromatyczność”, ponieważ pierwsi przedstawiciele tej klasy substancji mieli przyjemny zapach. Najpopularniejsze związki aromatyczne zawierają w pierścieniu sześć atomów węgla; przodkiem tej serii jest benzen C6H6. Analiza dyfrakcji promieni rentgenowskich pokazuje, że cząsteczka benzenu jest płaska, a długość wiązań CC wynosi 0,139 nm. Wynika z tego, że wszystkie sześć atomów węgla w benzenie jest w środku sp 2-stan hybrydowy, każdy atom węgla tworzy wiązania σ z dwoma innymi atomami węgla i jednym atomem wodoru leżącymi w tej samej płaszczyźnie, kąty wiązań wynoszą 120°. Zatem szkielet σ cząsteczki benzenu jest sześciokątem foremnym. Co więcej, każdy atom węgla ma atom niehybrydowy P-orbital położony prostopadle do płaskiego szkieletu cząsteczki; wszystkie sześć nie są hybrydowe P-elektrony oddziałują ze sobą, tworząc wiązania π, nie zlokalizowane w parach, ale połączone w pojedynczą chmurę π-elektronów. Zatem w cząsteczce benzenu zachodzi koniugacja kołowa. Graficznie strukturę benzenu można wyrazić następującym wzorem:

Koniugacja kołowa daje zysk energii wynoszący 154 kJ/mol – jest to wartość energia koniugacji - ilość energii, którą należy wydać, aby zniszczyć układ aromatyczny benzenu.

Aby utworzyć stabilny układ aromatyczny, jest to konieczne P-elektrony formalnie pogrupowano w 3, 5, 7 itd. wiązania podwójne; matematycznie jest to wyrażone Reguła Hückela : związki cykliczne, które mają płaską strukturę i zawierają (4n + 2) elektrony w zamkniętym układzie koniugacyjnym, gdzie n jest naturalnym ciągiem liczb, mają zwiększoną stabilność termodynamiczną.

31 . Reakcje podstawienia elektrofilowego w benzenie (halogenowanie, nitrowanie, sulfonowanie, alkilowanie, acylowanie). Idea mechanizmu reakcji podstawienia elektrofilowego w szeregach aromatycznych, kompleksach σ i π.

Halogenowanie

Aby wprowadzić halogen do pierścienia aromatycznego, jako odczynniki stosuje się kompleksy halogenów z kwasami Lewisa. Rolą tego ostatniego jest polaryzacja wiązania halogen-halogen, w wyniku czego jeden z atomów uzyskuje ładunek dodatni, a drugi tworzy wiązanie z kwasem Lewisa ze względu na jego wolne D-orbitale.

Nitrowanie

Benzen i jego homologi przekształcają się w związki nitrowe pod wpływem mieszaniny nitrującej, która składa się ze stężonych kwasów siarkowego i azotowego (2:1). Cząstką nitrującą (elektrofilową) jest kation nitronowy NO 2 +, którego obecność w mieszaninie nitrującej potwierdza się metodą krioskopową: pomiary temperatur zamarzania kwasów azotowego i siarkowego oraz ich mieszaniny wskazują na obecność czterech cząstek w mieszaninie rozwiązanie.

Sulfonowanie

Uważa się, że reakcja sulfonowania arenów zachodzi w oleum pod działaniem trójtlenku siarki oraz w kwasie siarkowym z udziałem kationu HSO 3 +. Trójtlenek siarki ma charakter elektrofilowy ze względu na polarność wiązań S – O.

Alkilowanie Friedela-Craftsa

Jednym ze sposobów otrzymywania homologów benzenu jest reakcja alkilowania. Transformacja nosi imię S. Friedela i J. M. Craftsa, którzy ją odkryli. Z reguły do ​​reakcji jako katalizatory wprowadza się haloalkany i halogenki glinu. Uważa się, że katalizator, kwas Lewisa, polaryzuje wiązanie C-halogenowe, powodując niedobór gęstości elektronowej na atomie węgla, tj. mechanizm jest podobny do reakcji halogenowania

Acylowanie Friedela-Craftsa

Podobna do reakcji alkilowania jest reakcja acylowania związków aromatycznych. Jako odczynniki stosuje się bezwodniki lub halogenki kwasów karboksylowych, a produktami są ketony aromatyczne. Mechanizm tej reakcji polega na tworzeniu kompleksu pomiędzy odczynnikiem acylującym i kwasem Lewisa. W efekcie dodatni ładunek na atomie węgla wzrasta nieporównywalnie, czyniąc go zdolnym do ataku na związek aromatyczny.

Należy zaznaczyć, że w odróżnieniu od reakcji alkilowania, w tym przypadku konieczne jest pobranie nadmiaru katalizatora w stosunku do ilości reagentów, gdyż produkt reakcji (keton) sam jest zdolny do kompleksowania i wiąże kwas Lewisa.

Reakcje podstawienia elektrofilowego kompleksów σ i π charakterystyka aromatycznych układów karbocyklicznych i heterocyklicznych. W wyniku delokalizacji p-elektronów w cząsteczce benzenu (i innych układów aromatycznych) gęstość p-elektronów rozkłada się równomiernie po obu stronach pierścienia. Takie ekranowanie atomów węgla pierścienia przez p-elektrony chroni je przed atakiem odczynników nukleofilowych i odwrotnie, ułatwia możliwość ataku odczynników elektrofilowych. Ale w przeciwieństwie do reakcji alkenów z odczynnikami elektrofilowymi, oddziaływanie z nimi związków aromatycznych nie prowadzi do tworzenia produktów addycji, ponieważ w tym przypadku aromatyczność związku zostałaby zakłócona i zmniejszyłaby się jego stabilność. Zachowanie aromatyczności jest możliwe, jeśli cząstka elektrofilowa zastąpi kation wodoru.Mechanizm reakcji podstawienia elektrofilowego jest podobny do mechanizmu reakcji addycji elektrofilowej, ponieważ istnieją ogólne wzorce reakcji.

Ogólny schemat mechanizmu reakcji podstawienia elektrofilowego S E:

Tworzenie kompleksu pi wynika z wiązania pi w związku, a kompleks sigma wynika z wiązania sigma.

Tworzenie kompleksu π. Powstały elektrofil X+ (na przykład jon Br+) atakuje bogaty w elektrony pierścień benzenowy, tworząc kompleks π.

Transformacja kompleksu π w kompleks σ. Elektrofil pobiera 2 elektrony z układu π, tworząc wiązanie σ z jednym z atomów węgla pierścienia benzenowego. Różnica między wiązaniami pi i sigma: Wiązanie sigma jest silniejsze, wiązanie sigma jest tworzone przez orbitale hybrydowe.Wiązanie pi jest tworzone przez niezhybrydyzowane orbitale pi.Wiązanie pi jest bardziej oddalone od środków łączonych atomów, więc jest mniej mocne i łatwiejsze do złamania.

32. Węglowodory aromatyczne. Wpływ podstawników w pierścieniu benzenowym na skład izomeryczny produktów i szybkość reakcji. Aktywacja i dezaktywacja podstawników. Orto-, para- i meta-orientatorzy. Radykalne reakcje podstawienia i utleniania w łańcuchu bocznym.

Istotną cechą reakcji wytwarzania i przemiany pochodnych węglowodorów aromatycznych jest to, że nowe podstawniki wchodzą do pierścienia benzenowego w określonych pozycjach w stosunku do istniejących podstawników. Wzorce określające kierunek reakcji podstawienia w pierścieniu benzenowym nazywane są wzorcami zasady orientacji.

O reaktywności konkretnego atomu węgla w pierścieniu benzenowym decydują następujące czynniki: 1) położenie i charakter istniejących podstawników, 2) charakter substancji czynnej, 3) warunki reakcji. Decydujący wpływ mają dwa pierwsze czynniki.

Podstawniki w pierścieniu benzenowym można podzielić na dwie grupy.

Donory elektronów (pierwszego rodzaju) to grupy atomów zdolne do przekazywania elektronów. Należą do nich OH, OR, RCOO, SH, SR, NH2, NHR, NR2, NHCOR, -N=N-, CH3, CH2R, CR3, F, CI, Br, I.

Podstawniki odciągające elektrony (drugiego rodzaju) to grupy atomowe zdolne do odciągania i przyjmowania elektronów z jądra benzenu. Należą do nich S0 3H, N0 2, CHO, COR, COOH, COOR, CN, CC1 3 itp.

Odczynniki polarne działające na związki aromatyczne można podzielić na dwie grupy: elektrofilowe i nukleofilowe. Najbardziej powszechnymi procesami dla związków aromatycznych są alkilowanie, halogenowanie, sulfonowanie i nitrowanie. Procesy te zachodzą podczas oddziaływania związków aromatycznych z odczynnikami elektrofilowymi. Znane są również reakcje z odczynnikami nukleofilowymi (NaOH, NH2Na itp.), na przykład reakcje hydroksylacji i aminowania.

Podstawniki pierwszego rodzaju ułatwiają reakcje z odczynnikami elektrofilowymi i orientują nowy podstawnik w orto- I para- postanowienia.

Podstawniki drugiego rodzaju komplikują reakcje z odczynnikami elektrofilowymi: orientują nowy podstawnik w pozycji meta. Jednocześnie podstawniki te ułatwiają reakcje z odczynnikami nukleofilowymi.

Rozważmy przykłady reakcji z różnymi efektami orientującymi podstawników.

1. Zastępca pierwszego stopnia; odczynnik elektrofilowy. Ułatwiający reakcję efekt podstawnika, o-, p-orientacja:

2. Zastępca drugiego stopnia; odczynnik elektrofilowy. Działanie podstawnika utrudniającego reakcję; m-orientacja:

3. Zastępca pierwszego stopnia; odczynnik nukleofilowy; m-orientacja. Obstrukcyjne działanie posła. Przykłady takich reakcji o niekwestionowanym mechanizmie nie są znane.

4. Zastępca drugiego stopnia; odczynnik nukleofilowy, orientacja o-, p:

Reguły orientacji podstawienia elektrofilowego w pierścieniu benzenowym opierają się na wzajemnym oddziaływaniu atomów w cząsteczce. Jeśli w niepodstawionym benzenie C 6 H 6 gęstość elektronów w pierścieniu rozkłada się równomiernie, to w podstawionym benzenie C 6 H 5 X pod wpływem podstawnika X następuje redystrybucja elektronów i pojawiają się obszary o zwiększonej i zmniejszonej gęstości elektronowej. Wpływa to na łatwość i kierunek reakcji podstawienia elektrofilowego. Punkt wejścia nowego podstawnika jest określony przez charakter istniejącego podstawnika.

Zasady orientacji

Podstawniki obecne w pierścieniu benzenowym kierują nowo wprowadzoną grupę na określone pozycje, tj. mają działanie orientacyjne.

Zgodnie z ich działaniem kierującym wszystkie podstawniki są podzielone na dwie grupy: orientanty pierwszego rodzaju I orientanci drugiego rodzaju.

Orientanty I rodzaju ( orto-para orto- I para- postanowienia. Należą do nich grupy dostarczające elektrony (efekty elektroniczne grup podano w nawiasach):

R( +ja); -OH( +M,-I); -LUB ( +M,-I); -NH2( +M,-I); -NR 2 (+M,-I)+Efekt M w tych grupach jest silniejszy niż efekt -I.

Orientanty pierwszego rodzaju zwiększają gęstość elektronów w pierścieniu benzenowym, zwłaszcza na atomach węgla orto- I para-pozycje, co sprzyja oddziaływaniu tych konkretnych atomów z odczynnikami elektrofilowymi. Przykład:

Orientanty I rodzaju, zwiększając gęstość elektronową w pierścieniu benzenowym, zwiększają jego aktywność w reakcjach podstawienia elektrofilowego w porównaniu do niepodstawionego benzenu.

Szczególne miejsce wśród orientantów I rodzaju zajmują halogeny, które wykazują odciąganie elektronów nieruchomości: - F (+M<–I ), -kl (+M<–I ), -br (+M<–I ).Istnienie orto-para-orientanty, spowalniają podstawienie elektrofilowe. Powód – mocny -I-wpływ elektroujemnych atomów halogenu, który zmniejsza gęstość elektronów w pierścieniu.

Orientanty II rodzaju ( meta-orientatory) kierują późniejszą substytucją głównie do meta-pozycja. Należą do nich grupy odciągające elektrony:

NIE 2 ( –M, –I); -COOH( –M, –I); -CH=O ( –M, –I); -SO3H ( -I); -NH3+ ( -I); -CCl3 ( -I).

Orientanty II rodzaju zmniejszają gęstość elektronów w pierścieniu benzenowym, zwłaszcza w orto- I para- postanowienia. Dlatego elektrofil atakuje atomy węgla nie w tych pozycjach, ale w meta- pozycja, w której gęstość elektronów jest nieco większa. Przykład:

Wszystkie orientanty II rodzaju, generalnie zmniejszające gęstość elektronową w pierścieniu benzenowym, zmniejszają jego aktywność w reakcjach podstawienia elektrofilowego.

Zatem łatwość podstawienia elektrofilowego związków (podanych jako przykłady) maleje w kolejności:

toluen C 6 H 5 CH 3 > benzen C 6 H 6 > nitrobenzen C 6 H 5 NO 2.

Reakcje podstawienia i utleniania rodników w łańcuchu bocznym

Drugą najważniejszą grupą reakcji węglowodorów alkiloaromatycznych są substytucja wolnych rodników atom wodoru w łańcuchu bocznym A-pozycja względem pierścienia aromatycznego.

Preferencyjna substytucja w A-pozycję tłumaczy się wysoką stabilnością odpowiednich rodników alkiloaromatycznych, a zatem stosunkowo niską wytrzymałością A-C-H-wiązania. Przykładowo energia rozerwania wiązania C-H w łańcuchu bocznym cząsteczki toluenu wynosi 327 kJ/mol - 100 kJ/mol mniej niż energia wiązania C-H w cząsteczce metanu (427 kJ/mol). Oznacza to, że energia stabilizacji wolnego rodnika benzylowego C6H5-CH2· jest równa 100 kJ/mol.

Powodem wysokiej stabilności rodników benzylowych i innych alkiloaromatycznych z niesparowanym elektronem jest A-atom węgla to możliwość rozłożenia gęstości spinu niesparowanego elektronu na niewiążącym orbicie molekularnym obejmującym atomy węgla 1", 2, 4 i 6.

W wyniku rozkładu (delokalizacji) tylko 4/7 gęstości spinu niesparowanego elektronu pozostaje przy niepierścieniowym atomie węgla, pozostałe 3/7 gęstości spinu rozkłada się pomiędzy para- i dwa orto- atomy węgla jądra aromatycznego.

Reakcje utleniania

Reakcje utleniania, w zależności od warunków i charakteru utleniacza, mogą przebiegać w różnych kierunkach.

tlen cząsteczkowy w temperaturze około 100 o C utlenia izopropylobenzen poprzez rodnikowy mechanizm łańcuchowy do stosunkowo stabilnego wodoronadtlenku.

33. Skondensowane węglowodory aromatyczne: naftalen, antracen, fenantren, benzopiren. Ich fragmenty strukturalne w substancjach naturalnych i biologicznie czynnych (steroidy, alkaloidy, antybiotyki).

Naftalen - C 10 H 8 stała, krystaliczna substancja o charakterystycznym zapachu. Nierozpuszczalny w wodzie, ale rozpuszczalny w benzenie, eterze, alkoholu, chloroformie. Naftalen ma podobne właściwości chemiczne do benzenu: łatwo ulega nitrowaniu, sulfonowaniu i wchodzi w interakcję z halogenami. Różni się od benzenu tym, że reaguje jeszcze łatwiej. Naftalen otrzymywany jest ze smoły węglowej.

Antracen to bezbarwne kryształy o temperaturze topnienia 218°C. Nierozpuszczalny w wodzie, rozpuszczalny w acetonitrylu i acetonie, rozpuszczalny w benzenie po podgrzaniu. Antracen otrzymuje się ze smoły węglowej. Jego właściwości chemiczne są podobne do naftalenu (łatwo ulega nitrowaniu, sulfonowaniu itp.), ale różni się od niego tym, że łatwiej wchodzi w reakcje addycji i utleniania.

Antracen może fotodimeryzować pod wpływem promieniowania UV. Prowadzi to do istotnej zmiany właściwości substancji.

Dimer zawiera dwa wiązania kowalencyjne powstałe w wyniku cykloaddycji. Dimer rozkłada się z powrotem na dwie cząsteczki antracenu po podgrzaniu lub pod wpływem promieniowania UV o długości fali poniżej 300 nm.Fenantren jest trójpierścieniowym węglowodorem aromatycznym. Fenantren ma postać błyszczących, bezbarwnych kryształów. Nierozpuszczalny w wodzie, rozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych (eter dietylowy, benzen, chloroform, metanol, kwas octowy). Roztwory fenantrenu świecą na niebiesko.

Jego właściwości chemiczne są podobne do naftalenu.Benzpyren, inaczej benzopiren, to związek aromatyczny, przedstawiciel rodziny wielopierścieniowych węglowodorów, substancja pierwszej klasy zagrożenia.

Powstaje podczas spalania paliw węglowodorowych ciekłych, stałych i gazowych (w mniejszym stopniu podczas spalania paliw gazowych).

W środowisku kumuluje się głównie w glebie, w mniejszym stopniu w wodzie. Do tkanek roślinnych przedostaje się z gleby i kontynuuje swój ruch w dalszym łańcuchu pokarmowym, przy czym na każdym etapie wzrasta zawartość BP w obiektach naturalnych (patrz Biomagnifikacja).

Posiada silną luminescencję w widzialnej części widma (w stężonym kwasie siarkowym - A 521 nm (470 nm; F 548 nm (493 nm)), co pozwala na jego detekcję w stężeniach do 0,01 ppb metodami luminescencyjnymi.

34. Halogenowe pochodne węglowodorów. Klasyfikacja, nazewnictwo, izomeria.

Pochodne halogenów można klasyfikować na kilka sposobów:

1. zgodnie z ogólną klasyfikacją węglowodorów (tj. alifatyczne, alicykliczne, aromatyczne, nasycone lub nienasycone pochodne halogenowe)

2. według ilości i jakości atomów halogenu

3. w zależności od rodzaju atomu węgla, do którego przyłączony jest atom halogenu: pierwszorzędowe, drugorzędowe, trzeciorzędowe pochodne halogenowe.

Zgodnie z nomenklaturą IUPAC pozycja i nazwa halogenu jest podana w przedrostku. Numeracja rozpoczyna się od końca cząsteczki, do którego atom halogenu jest najbliżej. Jeżeli występuje wiązanie podwójne lub potrójne, to właśnie ono określa początek numeracji, a nie atom halogenu: tzw. „racjonalna nomenklatura” do zestawiania nazw pochodnych halogenów. W tym przypadku nazwa jest zbudowana w następujący sposób: rodnik węglowodorowy + halogenek.

Niektóre pochodne halogenowe mają trywialne nazwy, na przykład wziewny środek znieczulający 1,1,1-trifluoro-2-bromo-2-chloroetan (CF 3-CBrClH) ma trywialną nazwę fluorotan. 3. Izomeria

3.1. Izomeria strukturalna 3.1.1. Izomeria pozycji podstawników

1-bromobutan 2-bromobutan

3.1.2. Izomeria szkieletu węglowego

1-chlorobutan 2-metylo-1-chloropropan

3.2. Izomeria przestrzenna

Stereoizomeria może wystąpić, gdy przy jednym atomie węgla znajdują się cztery różne podstawniki (enancjomeria) lub gdy przy wiązaniu podwójnym występują różne podstawniki, na przykład:

trans-1,2-dichloroeten cis-1,2-dichloroeten

35. Reakcje podstawienia nukleofilowego atomu halogenu, ich zastosowanie w syntezie związków organicznych różnych klas (alkohole, etery i estry, aminy, tiole i siarczki, nitroalkany, nitryle). - umożliwia otrzymanie przedstawicieli niemal wszystkich klas związków organicznych (alkoholi, eterów, amin, nitryli itp.), dlatego reakcje te znajdują szerokie zastosowanie w syntezie substancji leczniczych. Podstawowe mechanizmy reakcji

Podstawienie halogenu przy hybrydowym atomie węgla sp3 można przeprowadzić zarówno za pomocą mechanizmów SN1, jak i SN2. Podstawienie halogenu przy atomie węgla hybrydy sp 2 (w halogenkach arylu i winylu) następuje albo metodą addycji-eliminacji, albo metodą eliminacji-addycji i jest znacznie trudniejsze niż w przypadku hybrydy sp3. - Mechanizm SN 1 obejmuje dwa etapy: a) dysocjację halogenku alkilu na jony; b) oddziaływanie kationu z nukleofilem Atak nukleofilowy pary jonów kontaktowych, w której asymetria jest w dużym stopniu zachowana, prowadzi do odwrócenia konfiguracji. W parze jonów rozdzielonych solwatami jedna strona kationu jest osłonięta przez solwatowany jon halogenkowy, a atak nukleofilowy jest bardziej prawdopodobny po drugiej stronie, co powoduje preferencyjne odwrócenie konfiguracji, ale selektywność jest zmniejszona i zwiększona racemizacja. Całkowita racemizacja jest możliwa tylko przy utworzeniu wolnego kationu (c). Jednakże, w przypadku optycznie aktywnych halogenków nie obserwuje się zwykle całkowitej racemizacji poprzez mechanizm SN1. Racemizacja wynosi od 5 do 20%, zatem praktycznie nie tworzy się solwatowany kation.

Etap powstawania karbokationu jest ograniczający, dlatego stabilność kationu determinuje szybkość procesu. Szybkość procesu zależy również od stężenia halogenku alkilu i jest niezależna od stężenia nukleofila.

Tworzenie karbokationu może powodować szereg procesów ubocznych: izomeryzację łańcucha węglowego, eliminację (EI) itp.

Nucleophile Nu - atakuje substrat od strony przeciwnej do grupy opuszczającej. W tym przypadku reakcja przebiega jednoetapowo z utworzeniem stanu przejściowego, w którym hybrydyzacja sp 3 centralnego atomu węgla zmienia się w sp 2 - z orbitalem p prostopadłym do płaszczyzny położenia orbitali hybrydowych. Jeden płat orbitalu etor pokrywa się z nukleofilem, drugi z grupą opuszczającą.Wiązanie C-Nu powstaje jednocześnie z rozszczepieniem wiązania C-Y.

Szybkość przemiany substancji wyjściowych w produkty reakcji zależy od: 1) wielkości ładunku dodatniego na atomie węgla substratu, 2) czynników przestrzennych, 3) siły nukleofila oraz 4) obszaru kinetycznego, stężenie zarówno nukleofila, jak i halogenku alkilu. Przy dużym nadmiarze nukleofilu reakcja może przebiegać w pierwszym lub ułamkowym porządku. (Określenia S N 1 i S N 2 wskazują jedynie molekularność, a nie kolejność reakcji.)

Reakcji zawsze towarzyszy odwrócenie konfiguracji, reakcją uboczną może być eliminacja E2.

Mechanizm S N Ar (addycja-eliminacja) jest zwykle realizowany w obecności podstawników odciągających elektrony, które tworzą d+ (kierują nukleofilem) i stabilizują kompleks s. W heterocyklach ich rolę pełni heteroatom. W przeciwieństwie do mechanizmu SN 2 dla halogenków alkilu, nukleofil tworzy nowe wiązanie zanim stare pęknie.

Za analogi nitrobenzenu można uznać pirydynę i chinolinę. Podobnie jak w nitrobenzenie, duże znaczenie ma pozycja halogenu w pierścieniu. 3-Halopirydyny są podobne do halobenzenów, 2-,4-podstawione są podobne do nitrohalobenzenów, natomiast 4-halopirydyna jest bardziej aktywna niż 2-podstawiona. Reaktywność halogenków alkilu w reakcjach podstawienia nukleofilowego w rozpuszczalnikach protonowych maleje (zmniejsza się zdolność grup do opuszczenia) w następującej kolejności: RI > RBr > RCl > RF.

W przypadku aktywowanych haloarenów pojawienie się ładunku dodatniego w centrum reakcji zależy nie tylko od liczby, umiejscowienia i charakteru innych podstawników w jądrze, ale także od charakteru zastąpionego halogenu. Dlatego atomy halogenu można z coraz większą łatwością zastępować w rzędzie I< Br < Cl < F .Катализ замещения галоген в аренах медью – один из важных технологических приемов, позволяющий ускорить реакцию замещения неактивированного галогена в аренах, снизить температуру реакции (~ на 100 о С), увеличить селективность процесса и выход продукта. Предполагают, что реакция идет через стадию образования медь-органических комплексов

Substraty aromatyczne (halogenki arylowe) muszą zostać aktywowane, w przeciwnym razie wydajność docelowego produktu (estru) może być niska ze względu na procesy uboczne. Zastąpienie halogenu w pierwszorzędowych i drugorzędowych halogenkach alkilu grupą aminową przeprowadza się poprzez ogrzewanie ich pod ciśnieniem alkoholowym, wodnym lub wodno-alkoholowym roztworem amoniaku, aminą pierwszorzędową lub drugorzędową (w autoklawie). W ten sposób powstaje mieszanina soli amin pierwszorzędowych, drugorzędowych, trzeciorzędowych i czwartorzędowych soli amoniowych

1. Cząsteczka ma płaską strukturę cykliczną.

2. Wszystkie atomy w cyklu są w stanie hybrydyzacji sp2 (stąd s-szkielet jest płaski, a wszystkie orbitale sp są równoległe).

3. W cząsteczce znajduje się zdelokalizowany układ p-elektronów zawierający 4n + 2 p-elektronów, gdzie n = 0,1,2 jest naturalnym ciągiem liczb. Reguła ta nazywa się regułą Hückela

Związki heterocykliczne mają również charakter aromatyczny. Zastępując –CH= w cząsteczce benzenu przez –N=, powstaje związek heterocykliczny pirydyna.

Efekt mezomeryczny. Podstawniki oddające i odbierające elektrony. Teoria rezonansu jako jakościowy sposób opisu delokalizacji gęstości elektronowej.

Efekt mezomeryczny lub efektywna koniugacja polega na przeniesieniu elektronicznego wpływu podstawników przez układ sprzężony. W przeciwieństwie do efektu I (indukcyjnego), efekt M (mezomeryczny) jest przenoszony przez układ koniugacji bez tłumienia. Zastępca dolny elektr. gęstość w koniugacji manifestuje się system (przemieszczenie ED w jego kierunku). - Efekt i zjawisko M. akceptor elektronów. (podstawniki zawierają wiązania wielokrotne atomu węgla z większą liczbą ujemnych heteroatomów).

Zastępca zwiększony elektr. gęstość w koniugacji zamanifestował się system (przemieszczenie EF od siebie w kierunku układu sprzężonego). +M-efekt i zjawisko. donor elektronów. (podstawniki zawierające heteroatom z niewspólną parą elektronów)

Efekt M (hydroksy, amino, OR, halogeny). - Efekt M (nitro, sulfo, karboksyl, karbonyl).

Teoria rezonansu- teoria budowy elektronowej związków chemicznych, według której rozkład elektronów w cząsteczkach jest kombinacją (rezonansem) struktur kanonicznych o różnych konfiguracjach dwuelektronowych wiązań kowalencyjnych.

Struktury rezonansowe jonu cyklopentadienidowego

Konfiguracja i konformacja to najważniejsze pojęcia w stereochemii. Konfiguracja. Elementy symetrii cząsteczek (oś, płaszczyzna, środek) i operacje symetrii (obrót, odbicie). Cząsteczki chiralne i achiralne. Asymetryczny atom węgla jako centrum chiralności.

Steriochemia– sekcja chemii, pomieszczenie do nauki. wybudowany cząsteczki i ich wpływ. na właściwości fizyczne i chemiczne, a także na kierunek. i szybkość ich reakcji. Opiera się na trzech podstawowych pojęciach: chiralności, konfiguracji i konformacji.

Konfiguracja– to są spacje. lokalizacja wlotu w skład cząsteczki atomów lub w. grup bez uwzględnienia różnic, które pojawiły się poniżej. rotacja wokół wiązań pojedynczych.

Oś symetrii. Jeżeli obrót cząsteczki wokół dowolnej osi przechodzącej przez nią odbywa się pod kątem 2π/ N= 360°/ N prowadzi do struktury nie różniącej się od pierwotnej, wówczas taką oś nazywa się osią symetrii N-ty porządek C N.

Płaszczyzna symetrii (płaszczyzna lustra) jest wyimaginowaną płaszczyzną, która przechodzi przez cząsteczkę i dzieli ją na dwie lustrzane równe części.

W obecności środek symetrii wszystkie atomy cząsteczki, które nie leżą w środku symetrii, są rozmieszczone parami na jednej linii prostej przechodzącej przez środek, w tej samej odległości od środka, jak na przykład w benzenie.

Konformacje cząsteczki - różne formy przestrzenne cząsteczek, które powstały, gdy zmieniła się względna orientacja poszczególnych jej części w rez. wewnętrzny obrót atomów lub grup atomów wokół wiązań pojedynczych, zginanie wiązań itp.

Jeśli cząsteczki są niezgodne ze swoim lustrzanym odbiciem. Ta właściwość nazywa się chiralność i same cząsteczki – chiralny(oznacza, że ​​dwa przedmioty odnoszą się do siebie jak lewa i prawa ręka (z gr. chiros- dłoń) i są odbiciami lustrzanymi, które nie pokrywają się przy próbie połączenia ich w przestrzeni).

Asymetryczny atom węgla - atom związany z czterema różnymi podstawnikami.

Cząsteczki z jednym centrum chiralności (enancjomeria). Aldehyd glicerynowy jako standard konfiguracji. Wzory projekcji Fischera. Konfiguracja względna i absolutna. Układy D, L i R, S w nomenklaturze stereochemicznej. Racematy.

Enancjomery to stereoizomery, których chiralne cząsteczki są ze sobą powiązane jako obiekt i niezgodne odbicie lustrzane (reprezentują dwa antypody optyczne i dlatego nazywane są również izomerami optycznymi).

Aldehyd glicerynowy zawiera centrum chiralne, występujące w postaci 2 stereoizomerów, posiadające. różny aktywność opt.

Proponowane formuły projekcji E. Fischera: 1) lokalizacja szkieletu węglowego. pionowo; 2) umieszczony u góry. funkcja starsza Grupa; 3) czworościan jest zorientowany tak, że centrum chiralne znajduje się w płaszczyźnie, podstawniki znajdujące się po prawej i lewej stronie łańcucha węglowego są skierowane do przodu od płaszczyzny projekcji; Podstawniki ułożone są pionowo, oddalając się od obserwatora poza płaszczyznę projekcji; Asymetryczny atom węgla zostaje przeniesiony na płaszczyznę w punkcie przecięcia linii poziomej i pionowej. Konfiguracja względna- jest to względne rozmieszczenie podstawników przy różnych asymetrii. atomy względem siebie; jest zwykle oznaczany przedrostkami ( cis- I trans-, tre- I erytro- itp.). Konfiguracja absolutna- jest to prawdziwy układ w przestrzeni podstawników przy każdym asymetrycznym atomie cząsteczki; najczęściej jest to oznaczone literami D lub L .

Nazewnictwo R, S.1) Określ porządek pierwszeństwa podstawników w centrum chiralności: a) porządek pierwszeństwa ustala się najpierw dla bezpośrednio sąsiadujących atomów. połączenie ze środkiem: „im wyższa liczba atomowa, tym starszy podstawnik.” b) jeśli najbliższy. atomy są takie same, to należy wykonać procedurę dla atomu następnej kuli 2) Po zlokalizowaniu najmłodszego podstawnika od obserwatora określić kierunek spadku starszeństwa pozostałych trzech podstawników. Jeśli zachodzi zgodnie z ruchem wskazówek zegara, jest to izomer R; jeśli zachodzi przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, jest to izomer S. Nomenklatura D,L(Związane z projekcją Fischera). Jeśli grupa funkcyjna w centrum chiralnym znajduje się po prawej stronie, to jest to izomer D, a po lewej izomer L. Enancjomery różnią się zdolnością do skręcania światła spolaryzowanego płasko: po prawej (+) D , po lewej (-) L.

7. Powstawanie konformacji w wyniku rotacji wokół wiązań σ. Czynniki utrudniające rotację. Wzory projekcyjne Newmana. Rodzaje stresu. Charakterystyka energetyczna konformacji łańcucha otwartego. Związek struktury przestrzennej z aktywnością biologiczną

1. Konformacje (izomeria rotacyjna). Nie zmieniając ani kątów wiązań, ani długości wiązań, można sobie wyobrazić wiele kształtów geometrycznych cząsteczki etanu, różniących się między sobą wzajemnym obrotem czworościanów węgla wokół łączącego je wiązania CC. W wyniku tego obrotu izomery rotacyjne (konformery).

W projekcji Nowego człowieka cząsteczka jest oglądana wzdłuż wiązania CC). Trzy linie odchodzące pod kątem 120° od środka okręgu wskazują wiązania najbliższego obserwatorowi atomu węgla; linie „wystające” zza okręgu to wiązania odległego atomu węgla.

Konformacja pokazana po lewej stronie nazywa się niejasny . Nazwa ta przypomina nam, że atomy wodoru obu grup CH3 są naprzeciwko siebie. Konformacja zaćmiona ma zwiększoną energię wewnętrzną i dlatego jest niekorzystna. Konformacja pokazana po prawej stronie nazywa się zahamowany , co oznacza, że ​​swobodny obrót wokół wiązania CC jest „hamowany” w tej pozycji, tj. cząsteczka występuje głównie w tej konformacji.

Nazywa się minimalną energię potrzebną do całkowitego obrotu cząsteczki wokół określonego wiązania bariera rotacyjna dla tego połączenia. Barierę rotacyjną w cząsteczce takiej jak etan można wyrazić jako zmianę energii potencjalnej cząsteczki jako funkcję zmiany kąt dwuścienny (skrętny). systemy. Kąt dwuścienny (oznaczony jako ) pokazano na poniższym rysunku:

W miarę jak cząsteczka staje się bardziej złożona, liczba możliwych konformacji wzrasta. Poniżej konformacje n-butanu przedstawiono w postaci projekcji Newmana. Konformacje pokazane po lewej stronie (zacienione) są energetycznie niekorzystne, praktycznie realizowane są jedynie konformacje zahamowane.

Cykloalkany. Nomenklatura. Małe cykle. Struktura elektronowa cyklopropanu. Cechy właściwości chemicznych małych cykli (reakcje addycji). Regularne cykle. Reakcje podstawienia. Rodzaje stresu. Różnica energii pomiędzy konformacjami cykloheksanu (krzesło, wanna, półkrzesło). Połączenia osiowe i równikowe. Paragon. Nieruchomości

Właściwości fizyczne. W normalnych warunkach pierwsze dwa elementy szeregu (C 3 - C 4) to gazy, (C 5 - C 16) to ciecze, począwszy od C 17 to ciała stałe. Przygotowanie. 1. Główną metodą otrzymywania cykloalkanów jest eliminacja dwóch atomów halogenu z dihaloalkanów:

2. Podczas katalitycznego uwodornienia węglowodorów aromatycznych powstaje cykloheksan lub jego pochodne: t°, P, Ni C 6 H 6 + 3H 2 → C 6 H 12.

Właściwości chemiczne. Cykle małe i zwykłe pod względem właściwości chemicznych znacznie się od siebie różnią. Cyklopropan i cyklobutan są podatne na reakcje addycji, tj. podobne pod tym względem do alkenów. Cyklopentan i cykloheksan swoim zachowaniem chemicznym przypominają alkany, ponieważ podlegają reakcjom podstawienia.1. Na przykład cyklopropan i cyklobutan mogą dodawać brom (chociaż reakcja jest trudniejsza niż z propenem lub butenem):

2. Cyklopropan, cyklobutan, a nawet cyklopentan mogą dodawać wodór, dając odpowiednie normalne alkany.
Dodatek następuje po podgrzaniu w obecności katalizatora niklowego:

3. Ponownie, w reakcji addycji z halogenowodorami biorą udział tylko małe cykle. Dodanie do homologów cyklopropanu następuje zgodnie z regułą Markownikowa:

4. Reakcje podstawienia. Konwencjonalne cykle (C 6 i wyższe) są stabilne i podlegają jedynie rodnikowym reakcjom podstawienia, takim jak alkany: t ° C 6 H 12 + Br 2 → C 6 H 11 Br + HBr.

5. Odwodornienie cykloheksanu w obecności katalizatora niklowego prowadzi do powstania benzenu: t ° Ni
C 6 H 12 → C 6 H 6 + 3H 2.6. Gdy silne utleniacze (na przykład 50% kwas azotowy) działają na cykloheksan w obecności katalizatora, powstaje kwas adypinowy (heksanodiowy):

Cechy strukturalne cykloalkanów i ich zachowanie chemiczne. Cyklopropan ma płaską strukturę, zatem atomy wodoru sąsiadujących atomów węgla znajdują się powyżej i poniżej płaszczyzny cyklu w niekorzystnym energetycznie („zasłoniętym”) położeniu. Jest to jedna z przyczyn „napięcia” cyklu i jego niestabilności.

Konformacje pierścienia sześcioczłonowego: a - krzesło: 6 - kąpiel Inny możliwy układ atomów cykloheksanu odpowiada konformacji kąpieli, chociaż jest mniej stabilny niż konformacja krzesła. Należy zauważyć, że zarówno w konformacji krzesła, jak i kąpieli wiązania wokół każdego atomu węgla są ułożone w układzie czworościennym. Stąd nieporównywalnie większa stabilność cykli zwykłych w porównaniu do cykli małych, stąd ich zdolność do wchodzenia w reakcje podstawienia, a nie addycji.Cykloalkany są nasyconymi węglowodorami cyklicznymi. Najprostsi przedstawiciele tej serii: cyklopropan, cyklobutan. Wzór ogólny CnH2n. Struktura. Izomeria i nazewnictwo. Cykloalkany to nasycone węglowodory cykliczne. Najprostsi przedstawiciele tej serii:

Alkeny. Nomenklatura. Izomeria. Metody uzyskiwania. Reakcje addycji elektrofilowej, mechanizm. Dodatek halogenów, hydrohalogenacja, hydratacja i rola katalizy kwasowej. Reguła Markownikowa. Pojęcie radykalnych reakcji addycji. Utlenianie alkenów (ozonowanie, epoksydacja).

Alkeny- Nie są to węglowodory cykliczne, w cząsteczkach których 2 atomy węgla znajdują się w stanie hybrydyzacji sp 2 i są połączone ze sobą wiązaniem podwójnym.

Pierwszym przedstawicielem homologicznej serii alkenów jest eten (etylen) - C 2 H 4. . Homologiczna seria alkenów ma wzór ogólny CnH2n. Cechą charakterystyczną budowy alkenów jest obecność w cząsteczce wiązania podwójnego >C=C<. Двойная связь образуется при помощи двух пар обобщенных электронов. Углеродные атомы, связанные двойной связью, находятся в состоянии sp²-гибридизации, каждый из них образует три σ-связи, лежащие в одной плоскости под углом 120º.

Alkeny charakteryzują się izomerią strukturalną: różnicami w rozgałęzieniu łańcucha i położeniu wiązania podwójnego oraz izomerią przestrzenną (izomery cis i trans).Według międzynarodowej nomenklatury alkeny nazywane są poprzez numerację najdłuższego łańcucha rozpoczynającego się od końca do które wiązanie podwójne jest najbliższe. Według racjonalnej nomenklatury uważa się je za pochodne etylenu, w których jeden lub więcej atomów wodoru zastąpiono rodnikami węglowodorowymi. Przykładowo nazwijmy substancję zgodnie z międzynarodową nomenklaturą (IUPAC): CH 3 – C(CH 3) = CH 2 Izobutylen, niesymetryczny dimetyloetylen, 2-metylopropen.

Aromatyczność nie jest bezpośrednio związana z zapachem związków organicznych i jest pojęciem charakteryzującym ogół właściwości strukturalnych i energetycznych niektórych cząsteczek cyklicznych zawierających układ sprzężonych wiązań podwójnych. Termin „aromatyczność” powstał, ponieważ pierwsi przedstawiciele tej klasy substancji mieli przyjemny zapach.

Związki aromatyczne obejmują szeroką grupę cząsteczek i jonów o różnej strukturze, spełniających kryteria aromatyczności.

Encyklopedyczny YouTube

1 / 5

Związki aromatyczne i reguła Hückela

Efekt mezomeryczny (efekt koniugacji). Część 1.

Aromatyczność. Kryteria aromatyczności związków organicznych.

Aromatyczne heterocykle. Część 1

Reguła aromatyczności Hückela

Napisy na filmie obcojęzycznym

Mówiłem już o zjawisku aromatyczności i temu tematowi poświęcę w całości ten film. Zatem aromaty. Po pierwsze: dlaczego te substancje nazywane są aromatycznymi? Oczywiście od słowa „aromat”. Można by pomyśleć, że wszystkie związki aromatyczne mają silny zapach, ale wiele z nich w ogóle nie ma zapachu. Więc dlaczego? Być może wynika to z faktu, że są one w jakiś sposób powiązane z substancjami o silnym zapachu, dlatego nazwano je aromatycznymi. To pozostaje tajemnicą. Najbardziej znane związki aromatyczne, 99% takich substancji, to benzen lub pochodne benzenu. Narysujmy benzen. Zazwyczaj cząsteczka benzenu jest rysowana w ten sposób. Cykl 6 atomów z trzema podwójnymi wiązaniami. Są to trzy wiązania podwójne. W filmie o rezonansie powiedziałem, że ten wzór strukturalny nie jest jedyny. Możliwa jest również inna opcja. Ten elektron może poruszać się tutaj, ten elektron może poruszać się tutaj i ten elektron może poruszać się tutaj. Narysujmy, co ostatecznie otrzymamy. To jest wzór strukturalny, który otrzymujemy. Możliwa konfiguracja cząsteczki benzenu to taka, w której wiązania podwójne są rozmieszczone inaczej niż we wzorze pierwszym. Oto dwie formuły. Z filmu o rezonansie wiesz, że w rzeczywistości wszystko jest trochę bardziej skomplikowane. Obie formuły są poprawne. Benzen występuje jednocześnie w dwóch konfiguracjach i nie zmienia się z jednej na drugą. Jest to pokazane jako cykl sześciu atomów węgla z okręgiem pośrodku. W ten sposób chemicy często przedstawiają pierścień benzenowy. Oznacza to, że wszystkie elektrony π tworzące wiązania podwójne w cząsteczce są rozproszone pomiędzy atomami, rozsiane po całym pierścieniu. To właśnie delokalizacja elektronów π w pierścieniu nadaje substancjom aromatycznym ich unikalne właściwości. Ta konfiguracja jest znacznie bardziej stabilna niż tylko statyczna naprzemienność pojedynczych i podwójnych wiązań w pierścieniu. Istnieje inny sposób rysowania benzenu. Zmienię kolor i pokażę go na żółto. Delokalizację elektronów π pokazano w następujący sposób: linia przerywana tutaj, tutaj, tutaj, tutaj, tutaj i tutaj. Jest to najpopularniejsza opcja wyświetlania delokalizacji elektronów w pierścieniu benzenowym, czyli obecności sprzężonego układu elektronów π. Powiem ci, co to jest. Te dwa wzory są również używane, ale prawdziwa struktura benzenu leży pomiędzy tymi konfiguracjami. Musimy ci pokazać, co się tam dzieje. Z pewnością słyszałeś o sprzężonych układach elektronów π. Myślę, że przydatne byłoby pokazanie cząsteczki benzenu w trzech wymiarach. Więc spójrz. Oto cykl sześciu atomów węgla: węgiel, węgiel, węgiel, węgiel, węgiel, węgiel. Każdy z atomów węgla jest związany z trzema kolejnymi atomami, dwoma atomami węgla i atomem wodoru. Narysuję wodór i jego wiązanie z węglem. Oto atom wodoru, tutaj atom wodoru, wodór, wodór i jeszcze dwa atomy wodoru. Każdy atom węgla ma trzy orbitale hybrydowe, jest to hybrydyzacja sp2. Ponadto każdy z nich ma jeszcze wolny p-orbital. Ten orbital p nie tworzy wiązań sigma z sąsiednimi atomami. A potem są orbitale p, które wyglądają jak hantle. Oto orbital p, tutaj jest orbital p, tutaj są jeszcze dwa orbitale p. W rzeczywistości orbitali jest więcej, ale wtedy zakrywałyby obraz. Nie zapominaj, że cząsteczka benzenu ma podwójne wiązania. Podkreślę jeden z atomów węgla. To połączenie sigma odpowiada, powiedzmy, temu połączeniu sigma. Dla wygody pokażę inne połączenie. Powiedzmy, że to wiązanie sigma odpowiada temu wiązaniu między dwoma atomami węgla. Wiązanie podwójne, które pokażę na fioletowo, powstaje w wyniku bocznego nakładania się orbitali p. Orbitale p sąsiadujących atomów węgla nakładają się na siebie. Orbital to obszar, w którym elektron może znaleźć się z pewnym prawdopodobieństwem. Obszary te są duże, nakładają się na siebie, a elektrony tworzą dodatkowe wiązanie π. Co dzieje się w sprzężonym układzie elektronów π. Zapiszę to, żebyś nie zapomniał. Sprzężony układ elektronów π. Jeśli orbitale nakładają się na siebie, w tym miejscu może znajdować się wiązanie. W ten sposób pokażę nakładanie się orbitali. Po przejściu do innej konfiguracji orbitale będą się tutaj nakładać. W rzeczywistości wszystkie te elektrony π skaczą po całym pierścieniu. Elektrony przemieszczają się przez wszystkie te orbitale p. Mogą znajdować się w dowolnym miejscu cyklu. To właśnie mają na myśli, gdy mówią o aromatycznych właściwościach substancji. Z tego powodu substancje uzyskują szczególną stabilność. Większość substancji aromatycznych to właśnie takie cykle, benzen i jego pochodne. Ale są też inne substancje. Każda substancja, która ma w pierścieniu 4n + 2 elektrony π, gdzie n jest liczbą całkowitą, jest aromatyczna, to znaczy jest związkiem aromatycznym. Policzmy elektrony. Każdy z sześciu atomów węgla ma jeden elektron π. Każdy atom węgla ma jeden p-orbital, a każdy taki orbital jest zajęty przez jeden elektron. W sumie jest ich 1, 2, 3, 4, 5, 6. Można to ująć inaczej: każde wiązanie podwójne to 2 elektrony π. 1, 2, 3, 4, 5, 6. Nazywa się to przestrzeganiem reguły Hückela. Myślę, że to niemieckie nazwisko. Reguła Hückela. Odpowiada mu benzen. Gdy n jest równe jeden, 4 * 1 + 2 = 6. Reguła jest prawdziwa. Przy n równym dwa powinno być 10 elektronów π. Przy dziesięciu elektronach π reguła jest prawdziwa. Będzie to cząsteczka taka jak ta i odpowiada to regule Hückela. W pierścieniu będzie 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 atomów węgla. Jest tu 5 wiązań podwójnych: 1, 2, 3, 4, 5. Tak, że wiązania są naprzemienne. Jest to również związek aromatyczny. Ma 10 elektronów π, po jednym na każdy atom węgla lub dwa na każde wiązanie podwójne. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. A teraz część, która mnie zaskakuje. 6 i 10 spełniają regułę, ale nie 8. Co jest nie tak z ośmioma elektronami? Dlaczego ten numer jest nieodpowiedni? A co jeśli istnieją cztery elektrony π? Powiedzmy, że cząsteczka wygląda jak czworokąt. Lub jak znak drogowy - 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 i naprzemienne wiązania podwójne. Czy te substancje będą również związkami aromatycznymi? Mają także wiązania naprzemienne, co oznacza, że ​​elektrony mogą przemieszczać się z miejsca na miejsce i ulegać delokalizacji w cyklu. Przejdź stąd tutaj, stąd tutaj. Stąd do stąd, stąd do stąd. Okazuje się jednak, że w takich substancjach elektrony π w ogóle nie stabilizują układu, a cykl okazuje się mniej stabilny niż cząsteczka liniowa. A te cząsteczki nie spełniają reguły Hückela. 4n + 2 to 6, 10, 14 elektronów π, czyli 14, 10 lub 6 atomów węgla. Jeśli liczba atomów jest różna, ale jest to cykl z wiązaniami naprzemiennymi, substancja jest antyaromatyczna. Zapiszmy to określenie. Są bardzo niestabilne. Są bardzo niestabilne i otwierają się, stając się cząsteczkami liniowymi. Mam nadzieję, że uznałeś to za interesujące. Napisy autorstwa społeczności Amara.org

Fabuła

W 1959 r Saula Winsteina wprowadził pojęcie „homoaromatyczności” – termin używany do opisania układów, w których stabilizowany cykliczny układ koniugatu tworzy się poprzez ominięcie jednego nasyconego atomu.

Wyjaśnienie aromatyczności

Kryteria aromatyczności

Nie ma jednej cechy, która pozwalałaby wiarygodnie sklasyfikować związek jako aromatyczny lub niearomatyczny. Główne cechy związków aromatycznych to:

• tendencja do reakcji podstawienia, a nie dodawania (najłatwiejszy do określenia, historycznie pierwszy znak, przykład - benzen w przeciwieństwie do etylenu nie odbarwia wody bromowej)
• zysk energii w porównaniu z układem niesprzężonych wiązań podwójnych. Zwana także Energią Rezonansową (metoda zaawansowana - Energia Rezonansu Dewara) (wzmocnienie jest tak duże, że cząsteczka ulega znaczącym przemianom, aby osiągnąć stan aromatyczny, np. cykloheksadien łatwo ulega odwodornieniu do benzenu, fenole diwodorowe i trójwodorotlenowe występują głównie w postaci fenoli (enole) zamiast ketonów itp.)
• obecność prądu magnetycznego pierścienia (obserwacja wymaga skomplikowanego sprzętu), prąd ten zapewnia przesunięcie przesunięć chemicznych protonów związanych z pierścieniem aromatycznym w słabe pole (7-8 ppm dla pierścienia benzenowego) i protonów znajdujących się powyżej/ poniżej płaszczyzny układu aromatycznego - w silnym polu (widmo NMR).
• obecność samej płaszczyzny (minimalnie zniekształconej), w której leżą wszystkie (lub nie wszystkie - homoaromatyczność) atomy tworzące układ aromatyczny. W tym przypadku pierścienie pi-elektronów powstające podczas koniugacji wiązań podwójnych (lub elektronów wchodzących w skład pierścienia heteroatomów) leżą powyżej i poniżej płaszczyzny układu aromatycznego.
• Prawie zawsze przestrzegana jest reguła Hückela: tylko układ zawierający (w pierścieniu) 4n+2 elektronów (gdzie n = 0, 1, 2, ...) może być aromatyczny. Układ zawierający 4n elektronów jest antyaromatyczny (w uproszczeniu oznacza to nadmiar energii w cząsteczce, nierówność długości wiązań, niską stabilność - skłonność do reakcji addycyjnych). Jednocześnie w przypadku peryzłącza (atom(y) należą do 3 pierścieni jednocześnie, czyli nie ma w jego pobliżu atomów wodoru ani podstawników), całkowita liczba elektronów pi nie odpowiada Reguła Hückela (fenalen, piren, korona). Przewiduje się także, że jeśli uda się zsyntetyzować cząsteczki w postaci wstęgi Möbiusa (pierścienia o dostatecznie dużych rozmiarach, aby skręcenie w każdej parze orbitali atomowych było małe), to dla takich cząsteczek układ 4n elektronów będzie aromatyczny, a z 4n+2 elektrony będzie antyaromatyczny.

Nowoczesne reprezentacje

We współczesnej fizycznej chemii organicznej opracowano ogólne sformułowanie kryterium aromatyczności

AROMATYCZNOŚĆ(od greckiego aromat, rodzaj aromatos – kadzidło), pojęcie charakteryzujące zestaw strukturalny, energetyczny. właściwości i charakterystyka reakcji. zdolności cykliczne konstrukcje z systemem połączeń sprzężonych. Termin ten wprowadził F.A. Kekule (1865) dla opisania właściwości związków strukturalnie bliskich benzenowi, twórcy klasy związków aromatycznych.

Do liczby większości do ważnych oznak aromatyczności należy tendencja do aromatyczności. połączenie do podstawienia, które zachowuje układ wiązań sprzężonych w cyklu, a nie do dodatku, który niszczy ten układ. Oprócz benzenu i jego pochodnych roztworami takimi charakteryzują się wielopierścieniowe związki aromatyczne. węglowodory (na przykład naftalen, antracen, fenantren i ich pochodne), a także izoelektronowe koniugaty heterocykliczne. znajomości. Wiadomo jednak, że powiązań jest wiele. (azulen, fulwen itp.), które również łatwo wchodzą w systemy substytucji, ale nie mają wszystkich innych oznak aromatyczności.

Reakcja zdolność nie może służyć jako dokładna charakterystyka aromatyczności również dlatego, że odzwierciedla właściwości nie tylko aromatyczności podstawowej. stan tego związku, ale także stan przejściowy (aktywowany kompleks) roztworu, w którym jest to połączenie. wchodzi. Dlatego z analizą fizyczną wiąże się bardziej rygorystyczne kryteria aromatyczności. Św. w roli głównej Stany elektronowe cykliczne. struktury sprzężone. Główną trudnością jest to, że aromatyczność nie jest cechą określoną eksperymentalnie. Nie ma zatem jednoznacznego kryterium ustalania stopnia aromatyczności, tj. stopień podobieństwa do św. benzenu. Poniżej są uważane za najbardziej. ważne oznaki aromatyczności.

Struktura powłoki elektronowej układów aromatycznych.

Tendencja benzenu i jego pochodnych do zachowywania struktury sprzężonego pierścienia w stanie rozkładu. transformacje oznaczają wyższe. termodynamiczny i kinetyczny stabilność tego fragmentu konstrukcji. Stabilizacja (spadek energii elektronowej) cząsteczki lub jonu, który ma charakter cykliczny strukturę osiąga się, gdy wszystkie wiążące orbitale molekularne są całkowicie wypełnione elektronami, a orbitale niewiążące i antywiążące są puste. Warunki te są spełnione, gdy całkowita liczba elektronów w cyklu. polien jest równy (4l + 2), gdzie n = = 0,1,2... (reguła Hückela).

Zasada ta wyjaśnia stabilność benzenu (postać I) i anionu cyklopentadienylowego (II; n = 1). Pozwoliło to poprawnie przewidzieć stabilność kationów cyklopropenylu (III; n = 0) i cykloheptatrienylu (IV; n = 1). Ze względu na podobieństwo powłok elektronicznych złącza. II-IV i benzen, podobnie jak wyższe cykliczne. polieny - , , pierścienie (V-VII), są uważane za aromatyczne. systemy.

Regułę Hückela można ekstrapolować na szereg sprzężonych heterocykli. połączenie - pochodne pirydyny (VIII) i kationu pirylowego (IX), izoelektronowe do benzenu, pięcioczłonowe heterocykle typu X (pirol, furan, tiofen), izoelektronowe do anionu cyklopentadienylowego. Związki te są również klasyfikowane jako aromatyczne. systemy.

Pochodne związków II-X oraz innych bardziej złożonych struktur otrzymanych poprzez izoelektronowe podstawienie grup metynowych w polienach I-VII charakteryzują się również wysokimi właściwościami termodynamicznymi. stabilność i ogólna tendencja do reakcji substytucji w jądrze.

Cykliczny. sprzężone polieny, które mają w pierścieniu 4n elektronów (n=1,2...), są niestabilne i łatwo wchodzą w reakcje addycji, ponieważ mają otwartą powłokę elektronową z częściowo wypełnionymi niewiążącymi orbitalami. Takie połączenia jak najbardziej typowym przykładem jest cyklobutadien (XI), w tym kantiaromatyczny. systemy.

Reguły uwzględniające liczbę elektronów w cyklu są przydatne do charakteryzowania właściwości monocykli. konstrukcji, ale nie mają zastosowania do policykli. Oceniając aromatyczność tego ostatniego, należy wziąć pod uwagę, w jaki sposób powłoki elektroniczne każdego pojedynczego cyklu cząsteczki odpowiadają tym zasadom. Należy zachować ostrożność podczas ich stosowania w przypadku akumulatorów cyklicznych wielokrotnie ładowanych. jony Zatem powłoki elektroniczne dikacji i dianionu cyklobutadienu spełniają wymagania reguły Hückela. Struktur tych nie można jednak zaliczyć do aromatycznych, ponieważ dikacja (n = 0) nie jest stabilna w postaci płaskiej, co zapewnia strukturę cykliczną. koniugacja i wygięta po przekątnej; Dianion (n=1) jest generalnie niestabilny.

Kryteria energetyczne aromatyczności. Energia rezonansu. Aby określić ilości. miary aromatyczności charakteryzujące wzrost termodynamiczny stabilność aromatyczna conn., sformułowano koncepcję energii rezonansu (ER), czyli energii delokalizacji.

Ciepło uwodornienia cząsteczki benzenu, formalnie zawierającej trzy wiązania podwójne, jest o 151 kJ/mol większe niż ciepło uwodornienia trzech cząsteczek etylenu. Wartość tę, związaną z ER, można uznać za energię dodatkowo wydatkowaną na zniszczenie cyklicznego. układ sprzężonych wiązań podwójnych pierścienia benzenowego, który stabilizuje tę strukturę. T. arr., ER charakteryzuje wkład cykliczny. koniugacja w ciepło tworzenia (energia całkowita, ciepło atomizacji) związku.

Zaproponowano wiele metod teoretycznych. Oceny ER. Różnią się rozdz. przyr. wybór struktury porównawczej (tj. struktury, w której koniugacja cykliczna jest zerwana) z cykliczną. formularz. Typowym podejściem do obliczania ER jest porównanie energii elektronów w cyklu. strukturę i sumę energii wszystkich zawartych w niej izolowanych wiązań wielokrotnych. Jednakże obliczony t. arr. ER, niezależnie od zastosowanej substancji kwantowej. metody, mają tendencję do zwiększania się wraz ze wzrostem rozmiaru systemu. Często jest to sprzeczne z eksperymentami. dane o świętych aromatycznych. systemy. Zatem aromatyczność w szeregu poliacenobenzenu (I), naftalenu (XII), antracenu (XIII), tetracenu (XIV) maleje (na przykład wzrasta tendencja do dodawania, wzrasta przemienność długości wiązań), a ER ( podane w jednostkach = 75 kJ/mol) rosnąć:

Wartości ER obliczone poprzez porównanie energii elektronów cykli cyklicznych nie mają tej wady. struktura i podobny acykliczny. koniugat pełny (M. Dewar, 1969). Obliczony t.arr. ilości są zwykle nazywane Dewar ER (ED). Na przykład EDP benzenu (1,013) oblicza się, porównując go z 1,3,5-heksatrienem, a EDP cyklobutadienu, porównując go = = z 1,3-butadienem.

Połączenia z pozytywem wartości ERD są klasyfikowane jako aromatyczne, te z wartościami ujemnymi są klasyfikowane jako antyaromatyczne, a te z wartościami ERD bliskimi zero są klasyfikowane jako niearomatyczne. Chociaż wartości EDP różnią się w zależności od przybliżeń kwantowo-chemicznych. metoda obliczeniowa, dotyczy. ich kolejność praktycznie nie zależy od wyboru metody. Poniżej podano ERD na elektron (ER/e; w jednostkach), obliczone przy użyciu zmodyfikowanej wersji. Metoda orbitali molekularnych Hückela:

Naib. ERD/e, czyli max. benzen jest aromatyczny. Spadek ERD/e odzwierciedla spadek aromatu. Św. Przedstawione dane są zgodne z ustalonymi poglądami na temat przejawów aromatyczności.

Kryteria magnetyczne aromatyczności. Cykliczny. Sprzężenie elektronów prowadzi do pojawienia się w cząsteczce prądu pierścieniowego, co powoduje wzmożenie diamagnozy. wrażliwość. Ponieważ wartości prądu pierścieniowego i wywyższenia odzwierciedlają skuteczność cykliczną. pary, mogą. używane jako ilości. miara aromatyczności.

Do związków aromatycznych zalicza się związki, których cząsteczki podtrzymują indukowane diamagnetyczne elektronowe prądy pierścieniowe (układy diatropowe). W przypadku pierścieni (n=0,1,2...) istnieje bezpośrednia proporcjonalność pomiędzy siłą prądu pierścieniowego a wielkością napędu elektrycznego. Jednak w przypadku węglowodorów innych niż alternatywne (na przykład azulenu) i heterocyklicznych. połączenie ta zależność staje się bardziej złożona. W niektórych przypadkach system może jednocześnie, na przykład, zarówno diatropowy, jak i antyaromatyczny. bicyklodekapentaen.

Obecność induktorów. prąd pierścieniowy w trybie cyklicznym układy sprzężone charakterystycznie manifestują się w widmach magnetycznych protonów. rezonans (PMR), ponieważ prąd wytwarza anizotropowe pole magnetyczne. pole, które znacząco wpływa na substancję chemiczną przesunięcia protonów związanych z atomami pierścienia. Sygnały protonów zlokalizowane wewnętrznie części aromatyczne pierścienie przesuwają się w stronę silnego pola, a sygnały protonów znajdujących się na obrzeżach pierścienia przesuwają się w stronę słabego pola. Tak, wewnętrzne protony annulenu (forma VI) i annulenu (VII) pojawiają się odpowiednio w -60°C w widmie PMR. przy 0,0 i -2,99 m. d., a zewnętrzne przy 7,6 i 9,28 ppm.

Dla środków antyaromatycznych Natomiast układy annulenowe charakteryzują się właściwościami paramagnetycznymi. prądy pierścieniowe prowadzące do przesunięcia zewnętrznego protony w silne pole (układy paratropowe). Tak, chemia. przesuń zew. protonów annulenu wynosi tylko 4,8 ppm.

Strukturalne kryteria aromatyczności. Najważniejszymi cechami strukturalnymi cząsteczki benzenu są jej płaskość i całkowite ułożenie wiązań. Cząsteczkę można uznać za aromatyczną, jeśli długości znajdujących się w niej wiązań węgiel-węgiel mieszczą się w przedziale 0,136-0,143 nm, tj. blisko 0,1397 nm dla cząsteczki benzenu (I). Dla niecyklicznych w przypadku skoniugowanych struktur polienowych długości wiązań CC wynoszą 0,144-0,148 nm, a długości wiązań C=C wynoszą 0,134-0,135 nm. Jeszcze większa zmienność długości wiązań jest typowa dla środków przeciwaromatycznych. Struktury. Potwierdzają to rygorystyczne dane nieempiryczne. obliczenia geometryczne parametry cyklobutadienu i exp. dane dotyczące jego instrumentów pochodnych.

Proponowane różne wyrażenia na ilości. charakterystyka aromatyczności oparta na przykład na stopniu naprzemienności długości wiązań. dla węglowodorów wprowadza się wskaźnik aromatyczności (HOMA d):

gdzie a = 98,89, X r to długość r-tego wiązania (w A), n to liczba wiązań. Dla benzenu HOMA d jest maksymalne i równe 1, dla cyklobutadienu jest minimalne (0,863).

Szczegółowy program wykładów i
komentarze do drugiej części kursu

Szczegółowy program wykładów i komentarze do drugiej części ogólnego toku wykładów z chemii organicznej (PLL) opierają się na Programie ogólnego kursu chemii organicznej, opracowanym na Wydziale Chemii Organicznej Wydziału Chemii w Moskwie Uniwersytet stanowy. PPL ujawniają wypełnienie drugiej części ogólnego toku wykładów materiałem faktograficznym z teorii i praktyki chemii organicznej. PPL przeznaczony jest przede wszystkim dla studentów III roku, którzy chcą dobrze i odpowiednio szybko przygotować się do egzaminów i kolokwów oraz zrozumieć, jaką wiedzę musi posiadać student, aby uzyskać ocenę doskonałą na egzaminie. Licencje PPL są przygotowane w ten sposób, że obowiązkowy materiał programowy jest drukowany zwykłą czcionką, a materiał fakultatywny kursywą, choć trzeba przyznać, że taki podział jest czasami dość arbitralny.

Jednym z celów tego podręcznika jest pomoc studentom w prawidłowym i dokładnym sporządzaniu notatek z wykładów, porządkowaniu materiału, stosowaniu właściwych akcentów w notatkach oraz oddzielaniu materiału obowiązkowego od mniej istotnego podczas samodzielnej pracy z notatkami lub podręcznikiem. Należy zaznaczyć, że pomimo szerokiego rozpowszechnienia nowoczesnych metod nauczania i dostępności różnorodnych materiałów edukacyjnych w podręcznikach i Internecie, jedynie samodzielna, wytrwała, jeśli nie ciężka, praca nad robieniem notatek (wykłady, podręczniki, inne materiały), praca na seminariach, samodzielne pisanie najważniejszych równań i mechanizmów oraz samodzielne rozwiązywanie problemów syntetycznych może prowadzić do sukcesu w nauce chemii organicznej (i innych przedmiotów). Autorzy uważają, że słuchanie wykładów stwarza podstawę do studiowania chemii organicznej i obejmuje wszystkie zagadnienia objęte egzaminem. Jednakże słuchane wykłady i czytane podręczniki pozostają wiedzą pasywną do czasu utrwalenia materiału na seminariach, kolokwiach, podczas pisania testów, prac domowych i analizowania błędów. W PPL brakuje równań reakcji chemicznych i mechanizmów najważniejszych procesów. Materiał ten jest dostępny na wykładach i podręcznikach. Każdy student musi zdobyć pewną wiedzę samodzielnie: napisać najważniejsze reakcje, mechanizmy, a najlepiej więcej niż raz (samodzielna praca z notatkami z wykładów, z podręcznikiem, kolokwium). Tylko to, co zdobyte dzięki samodzielnej, żmudnej pracy, zostaje zapamiętane na długo i staje się aktywną wiedzą. To, co łatwo zdobyć, łatwo stracić lub zapomnieć, i to nie tylko w odniesieniu do przebiegu chemii organicznej.

Opracowanie to, oprócz materiałów programowych, zawiera szereg materiałów pomocniczych, które zostały zaprezentowane na wykładach i które zdaniem autorów są niezbędne do lepszego zrozumienia chemii organicznej. Te materiały pomocnicze (liczby, tabele itp.), nawet jeśli są wydrukowane zwykłą czcionką, najczęściej nie są przeznaczone do dosłownego zapamiętywania, ale są potrzebne do oceny tendencji zmian właściwości lub reaktywności związków organicznych. Ponieważ materiały pomocnicze, rysunki i tabele prezentowane na wykładach mogą być trudne do pełnego i dokładnego zapisania w notatkach, umieszczenie tych materiałów w tym opracowaniu ma na celu pomóc studentom zajęć w uzupełnieniu luk w notatkach i notatkach oraz skupieniu się na podczas wykładu nie chodzi o stenograficzne zapisywanie liczb i tabel, ale o percepcję i zrozumienie omawianego przez prowadzącego materiału.

AROMATYCZNOŚĆ.

1. Związki alifatyczne (od greckiego αλιφατικό – olej, tłuszcz) i aromatyczne (αρωματικόσ – kadzidło) (XIX w.).

2. Odkrycie benzenu (Faradaya, 1825). Struktura benzenu (Kekule, 1865). o-, m-, str-izomery, orto-ksylen.

3. Inne proponowane wzory dla benzenu (Ladenburg, Dewar, Thiele i in.). Izomery benzenu (prisman, bicykloheksa-2,5-dien, benzwalen, fulwen).

4. Metoda orbitali molekularnych Hückela. Niezależne uwzględnienie wiązań σ i π (tj. utworzonych przez orbitale sp 2 i p). Orbitale molekularne benzenu (trzy orbitale wiążące: jeden orbital nie ma węzłów, dwa orbitale mają jedną płaszczyznę węzłową, wszystkie są zajęte, mają tylko 6 elektronów; trzy orbitale są antywiązaniami. Dwa z nich mają 2 płaszczyzny węzłowe, najwyższa energia orbital antywiążący ma trzy płaszczyzny węzłowe, a orbitale antywiążące nie są zajęte.

Koncepcja kręgu mrozu dla benzenu, cyklobutadienu i cyklooktatetraenu.

Reguła Hückela. PŁASKIE, MONOCYKLICZNE, POŁĄCZONE węglowodory będą aromatyczne, jeśli cykl będzie zawierał (4n+2) π – elektrony.

Związki antyaromatyczne. Związki niearomatyczne. Cyklooktatetraen.

5. Opis benzenu metodą „schematu walencyjnego”, teoria rezonansu (Paulinga), mezomeryzm, zastosowanie struktur granicznych.

6. Anulacje. Metanoannuleny. Jony aromatyczne. Skondensowane węglowodory. Heterocykle.

Kilka uwag na temat stabilności odwołań.

-odwołany - nie płaski, nie może być aromatyczny.

1,6-metan – anulowany- płaski (poza mostkiem oczywiście!), jest aromatyczny.

Annulene jest niearomatycznym polienem, stabilnym w temperaturze poniżej -70 o C.

-odwołany nie cykle płaskie, jeśli nie ma 2 mostów. Dlatego - nie aromatyczny.

Annuleny to zwykłe polieny.

-odwołany– płaski, aromatyczny. Poznaj specyfikę widma PMR!

7. Szczegółowe rozważenie KRYTERIA AROMATYCZNE.

Kryteria aromatyczności – mechanika kwantowa – liczba p-elektronów 4n+2(Reguła Hückela), patrz komentarze poniżej. Energia (zwiększenie stabilności termodynamicznej na skutek delokalizacji elektronów, tzw energia delokalizacji – ED). ED w benzenie: (6a +8β) – (6a +6β) (dla cykloheksatrienu) = 2β = 36 kcal/mol lub 1,56 eV EER (empiryczna energia rezonansu). Istnieje kilka innych sposobów obliczania energii rezonansu: pionowa energia rezonansu (znana również jako ED według Hückela, mierzona w jednostkach całki β, dla benzenu wynosi 0,333), jest też (przy 5++) ERD (tj. energia rezonansu Dewara na 1 elektron, 0,145 eV dla benzenu), jest też (przy 5+++) ERD według Hessa-Schaada, dla benzenu: 0,065 eV , wówczas taki sam jak EDNOE w podręczniku Reutova, Kurtza, Butina. Istnieje również (w 5++++) TER (topologiczny ER). Poza tym „jest na świecie wiele rzeczy, przyjacielu Horatio, o których naszym mędrcom nawet się nie śniło” (W. Szekspir). Kryterium energetyczne jest ze wszystkich najbardziej niewygodne i niejasne. Wartości energii dla tego kryterium są zawsze obliczane, ponieważ z reguły nie można wybrać do porównania odpowiedniej cząsteczki niearomatycznej. Dlatego należy być spokojnym, że istnieje wiele różnych szacunków energii delokalizacji nawet dla klasycznych cząsteczek aromatycznych, natomiast dla bardziej złożonych układów wartości te są całkowicie nieobecne. Nigdy nie można porównywać różnych układów aromatycznych na podstawie wielkości energii delokalizacji - nie można stwierdzić, że cząsteczka A jest bardziej aromatyczna niż cząsteczka B, ponieważ energia delokalizacji jest większa. Strukturalny - bardzo ważne, jeśli nie najważniejsze, kryterium, ponieważ nie ma ono charakteru teoretycznego, ale eksperymentalnego. Specyfika geometrii cząsteczek związków aromatycznych polega na tendencji do tego współpłaszczyznowy układ atomów i wyrównanie długości wiązań. W benzenie wyrównanie długości wiązań jest idealne - wszystkie sześć wiązań CC ma tę samą długość. W przypadku bardziej złożonych cząsteczek wyrównanie nie jest idealne, ale jest znaczące. Kryterium to przyjmuje się jako miarę względnego odchylenia długości wiązań sprzężonych od wartości średniej. Im bliżej zera, tym lepiej. Ilość tę można zawsze przeanalizować, jeśli dostępne są informacje strukturalne (doświadczenia lub wysokiej jakości obliczenia chemii kwantowej). Tendencja do współpłaszczyznowości jest zdeterminowana przewagą kolinearności osi atomowych R-orbitale ze względu na ich efektywne nakładanie się. Powstaje pytanie: jakie odchylenie od układu płaskiego jest dopuszczalne bez utraty aromatyczności? Przykłady zniekształceń płaskich w cząsteczkach aromatycznych podane są na wykładzie, można je znaleźć także w literaturze specjalistycznej (patrz niżej, s. 20). Magnetyczny (obecność prądu pierścieniowego - układ diatropowy, wpływ na przesunięcia chemiczne protonów na zewnątrz i wewnątrz pierścienia, przykłady - benzen i -annulen). Najwygodniejsze i dostępne kryterium, gdyż do jego oceny wystarczające jest widmo 1H NMR. W celu dokładnego określenia stosuje się teoretyczne obliczenia przesunięć chemicznych. Co to jest diatropia? Chemiczny – tendencja do reakcji substytucji, a nie reakcji addycji. Najbardziej oczywiste kryterium, które wyraźnie odróżnia chemię związków aromatycznych od chemii polienów. Ale to nie zawsze działa. W układach jonowych (na przykład w anionie cyklopentadienylowym lub kationie tropylium) nie można zaobserwować podstawienia. Reakcje podstawienia czasami zachodzą w układach niearomatycznych, ale układy aromatyczne zawsze są w pewnym stopniu zdolne do reakcji addycji. Dlatego bardziej poprawne jest nazwanie kryterium chemicznego ZNAKIEM aromatyczności.

8. KONCEPCJA AROMATYCZNOŚCI. ZNAKI I KRYTERIA AROMATYCZNOŚCI. - Uwagi

Aromatyczność – pojęcie charakteryzujące zbiór szczególnych właściwości strukturalnych, energetycznych, magnetycznych oraz cech reaktywności struktur cyklicznych z układem wiązań sprzężonych.

Chociaż aromatyczność jest jedną z najważniejszych i najbardziej owocnych koncepcji w chemii (nie tylko organicznej), - nie ma ogólnie przyjętej krótkiej definicji tę koncepcję. Aromatyczność rozumiana jest poprzez zestaw specjalnych cech (kryteriów) właściwych pewnej liczbie cyklicznych sprzężonych cząsteczek w takim czy innym stopniu. Część z tych kryteriów ma charakter eksperymentalny, obserwowalny, część natomiast opiera się na kwantowej teorii budowy cząsteczek. Aromatyczność ma naturę kwantową. Niemożliwe jest wyjaśnienie aromatyczności z punktu widzenia klasycznej teorii strukturalnej i teorii rezonansu.

Nie rób tego Mylić aromatyczność z delokalizacją i koniugacją. W cząsteczkach polienów (1,3-butadienu, 1,3,5-heksatrienu itp.) występuje wyraźna tendencja do delokalizacji elektronów (patrz 1. semestr, chemia dienów) i tworzenia pojedynczej sprzężonej struktury elektronowej , co objawia się widmami (głównie widmami absorpcji elektronów), pewnymi zmianami długości i rzędów wiązań, stabilizacją energii, specjalnymi właściwościami chemicznymi (elektrofilowa 1,4-addycja w przypadku dienów itp.). Delokalizacja i koniugacja są koniecznymi, ale niewystarczającymi warunkami aromatyczności. Aromatyczność można zdefiniować jako właściwość, w której sprzężony pierścień nienasyconych wiązań wykazuje większą stabilność, niż można by się spodziewać po samej koniugacji. Jednakże tej definicji nie można stosować bez eksperymentalnych lub obliczonych danych dotyczących stabilności cyklicznej sprzężonej cząsteczki.

Aby cząsteczka była aromatyczna, musi zawierać przynajmniej jeden cykl, każdy z atomów, z których nadaje się do utworzenia układu aromatycznego R-orbitalny. To właśnie ten cykl (pierścień, układ pierścieni) uznawany jest za aromatyczny w pełnym tego słowa znaczeniu (o ile spełnione są kryteria wymienione poniżej).

W tym cyklu powinno być 4n+2 (czyli 2, 6, 10, 14, 18, 22 itd.) elektronów.

Reguła ta nazywana jest regułą Huckela lub kryterium aromatyczności. Źródłem tej reguły są bardzo uproszczone obliczenia chemii kwantowej wyidealizowanych cyklicznych polienów wykonane w początkach chemii kwantowej. Dalsze badania wykazały, że ta prosta zasada zasadniczo daje prawidłowe przewidywania aromatyczności nawet dla bardzo złożonych systemów rzeczywistych.

Regułę należy jednak stosować prawidłowo, w przeciwnym razie prognoza może być błędna. Poniżej podano ogólne zalecenia.

Cząsteczka zawierająca co najmniej jeden pierścień aromatyczny ma prawo można nazwać aromatycznym, ale nie należy nadużywać tego uogólnienia. Jest więc oczywiste, że styren zawiera pierścień benzenowy i dlatego można go nazwać cząsteczką aromatyczną. Ale możemy być również zainteresowani podwójnym wiązaniem etylenu w styrenie, które nie ma bezpośredniego związku z aromatycznością. Z tego punktu widzenia styren jest typową olefiną ze sprzężonym wiązaniem podwójnym.

Nigdy nie zapominaj, że chemia jest nauką eksperymentalną i żadne rozumowanie teoretyczne nie zastępuje ani nie zastępuje wiedzy o rzeczywistych właściwościach substancji. Koncepcje teoretyczne, nawet tak ważne jak aromatyczność, pomagają jedynie lepiej zrozumieć te właściwości i dokonać przydatnych uogólnień.

Które orbitale uważa się za odpowiednie do tworzenia układu aromatycznego?– dowolne orbitale prostopadłe do płaszczyzny cyklu, oraz

a) należący do zawarte w cyklu wiązania wielokrotne (endocykliczne podwójne lub potrójne);

b) odpowiadające samotnym parom elektronów w heteroatomach (azot, tlen itp.) lub karboaniony;

c) odpowiadające centrom sześcioelektronowym (sekstetowym), w szczególności karbokationom.

Należy pamiętać, że wymienione fragmenty a), b), c) dają parzystą liczbę elektronów do całego układu: dowolne wiązania wielokrotne - 2 elektrony, wolne pary - 2 elektrony, wolne orbitale - 0 elektronów.

Co nie jest odpowiednie lub nie przyczynia się do systemu aromatycznego:

a) oniowe formy centrów kationowych– czyli kationy zawierające pełny oktet elektronów. W tym przypadku takie centrum rozbija układ sprzężony, np. N-metylopirol jest aromatyczny (6 elektronów w pierścieniu), a N,N-dimetylopirol jest niearomatyczny (azot amonowy nie uczestniczy w układzie π) :

Uwaga - jeśli centrum oniowe jest częścią wiązania wielokrotnego, to w tworzeniu układu aromatycznego uczestniczy wiązanie wielokrotne, dlatego np. N-metylopirydyna jest aromatyczna (6 π-elektronów, po dwa z każdego z trzy wiązania wielokrotne).

Koncepcja izoelektronika. Układy izoelektroniczne są zwykle podobne pod względem aromatyczności. W tym sensie na przykład N-metylopirydyna jest izoelektroniczna w stosunku do metylobenzenu. Obydwa są oczywiście aromatyczne.

B) samotne pary leżące w płaszczyźnie pierścienia. Na jednym atomie tylko jeden orbital π może mieć udział w układzie aromatycznym. Dlatego w anionie cyklopentadienylowym centrum karboanionowe wnosi 2 elektrony, a w anionie fenylowym atom węgla w centrum karboanionowym wnosi 1 elektron, tak jak w cząsteczce benzenu. Anion fenylowy jest izoelektronowy do pirydyny, a anion cyklopentadienylowy jest izoelektronowy do pirolu.

Wszystkie są aromatyczne.

c) Egzocykliczne wiązanie podwójne lub centrum rodnikowe. Jednakże takie struktury są na ogół niearomatyczne każda taka konstrukcja wymaga specjalnego rozważenia przy wykorzystaniu rzeczywistych danych eksperymentalnych .

Na przykład chinony są niearomatyczne, chociaż a) mają płaskie, w pełni sprzężone pierścienie zawierające 6 elektronów (cztery z dwóch wiązań wielokrotnych w pierścieniu plus dwa z dwóch wiązań egzocyklicznych).

Obecność w pewnej sprzężonej strukturze tzw. fragmentów chinoidowych, czyli układów wiązań z dwoma egzocyklicznymi wiązaniami podwójnymi, jest zawsze źródłem niestabilności i sprzyja procesom przekształcającym układ z fragmentem chinoidowym w normalny układ aromatyczny. Zatem antracen jest 14-elektronowym układem aromatycznym zawierającym fragment chinoidowy, dlatego antracen łatwo przyłącza brom lub dienofile, ponieważ produkty mają już dwa pełnoprawne aromatyczne pierścienie benzenowe:

Aromatyczność struktur policyklicznych stanowi dość złożony problem teoretyczny. Z formalnego punktu widzenia, jeśli układ ma przynajmniej jeden pierścień benzenowy, to można go uznać za aromatyczny. Podejście to nie pozwala jednak na rozważenie właściwości cząsteczki jako całości.

Nowoczesne podejście do układów policyklicznych należy w nich odnaleźć Wszystko możliwe podsystemy aromatyczne, zaczynając od możliwie największego - zewnętrznego konturu. W tym sensie na przykład naftalen można przedstawić jako wspólny układ 10-elektronowy (kontur zewnętrzny) i dwa identyczne 6-elektronowe pierścienie benzenowe.

Jeśli zewnętrzny kontur nie jest aromatyczny, należy szukać mniejszych aromatycznych konturów. Na przykład difenylen ma 12 elektronów wzdłuż swojego zewnętrznego konturu, co nie odpowiada regule Hückela. Jednak w tym związku bez problemu znajdziemy dwa praktycznie niezależne pierścienie benzenowe.

Jeśli bicykliczne węglowodory są planarne i mają sprzężone wiązania podwójne, reguła Hückela działa dla bi- i policyklicznych węglowodorów, które mają jedno wspólne wiązanie ( naftalen, antracen, fenantren itp., a także azulen). Reguła Hückela nie działa dobrze w przypadku skondensowanych pierścieni, które mają wspólny atom węgla dla 3 pierścieni. Pomocna może być w tym przypadku zasada liczenia par elektronów metodą „chodzenia po obwodzie lub wzdłuż jednego z konturów”, na przykład:

acenaftylen piren perylen

suma elektronów π: 12 16 20

w tym po obwodzie 10 14 18 (wzdłuż konturu naftalenu - 10 i 10)

Jednak w przypadku tak złożonych cykli zasada ta może nie zawsze działać. Co więcej, nie mówi nic o rzeczywistych właściwościach cząsteczki. Na przykład acenaftylen ma regularne wiązanie podwójne między atomami 1 i 2.

Różne przykłady izoelektronowych aromatycznych heterocykli.

PYRROL – FURAN – TIOFEN (6π elektrony) .

PIRYDYNA– PIRYDYN– PYRILIUM (6π elektrony) .

Pirydazyna – PIRYMIDYNA– pirazyna (6 π elektrony) .

Oksazole – tiazole – IMIDAZOL (6π elektrony) .

INDOL– CHINOLINA (10π elektrony) .

O „orzechach” . W literaturze edukacyjnej cykle aromatyczne są często oznaczane za pomocą okręgu wewnątrz wielokąta. Wyjaśnijmy, że w miarę możliwości należy unikać tego typu oznaczeń. Dlaczego?

Ponieważ:

a) w złożonych strukturach policyklicznych koła nie mają określonego znaczenia i nie pozwalają nam zrozumieć, gdzie mieszka aromatyczność - w poszczególnych cyklach lub jako całość. Jeśli narysujesz na przykład antracen z „orzechami”, nie będzie jasne, jaka jest przyczyna jego „niezupełnie aromatycznych” i wyraźnych właściwości dienowych

b) nawet najbardziej klasyczne układy aromatyczne, takie jak benzen i jego pochodne, mogą wykazywać niearomatyczne właściwości polienu, aby rozważyć, które z nich należy zobaczyć strukturę wiązań wielokrotnych.

c) to właśnie struktura Kekula jest konieczna do uwzględnienia wpływu podstawników za pomocą niezbędnego narzędzia - struktur rezonansowych. „Orzech” jest pod tym względem całkowicie bezowocny. Zatem korzystając ze wzoru Kekule’a doskonale zrozumiemy przyczynę wysokiej kwasowości P-nitrofenol i jasnożółty kolor P-nitrofenolan. Co zrobimy z „nakrętką”?

Preferowana jest prosta metoda „Kekula-Butlerowa”, która odpowiada klasycznej teorii struktury i wyraźnie oznacza wiązania wielokrotne. Po narysowaniu takiej klasycznej struktury zawsze można mówić o jej aromatyczności lub niearomatyczności, stosując odpowiednie zasady i kryteria. Jest to klasyczna struktura Kekula, która jest akceptowana jako standard we wszystkich wiodących międzynarodowych czasopismach chemicznych.

A kiedy kubki są odpowiednie?? Wyznaczanie niebenzenoidowych układów aromatycznych, zwłaszcza naładowanych. W tym przypadku klasyczny zapis jest nieco nieporadny i nie pokazuje delokalizacji ładunku.

Trudno obejść się także bez kręgów w chemii metaloorganicznej, gdzie często rolę ligandów pełnią układy aromatyczne. Spróbuj odzwierciedlić strukturę ferrocenu lub innych kompleksów zawierających ligand cyklopentadienylowy bez kółek!

Płaskość. Cykl, który twierdzi, że jest aromatyczny i zawiera wymagany ciągły układ orbitali p, musi taki być płaski(lub prawie płaskie). Wymóg ten jest jednym z najbardziej nieprzyjemnych, ponieważ nie jest łatwo określić „na oko”, który cykl jest płaski, a który nie. Poniższe punkty można uznać za proste wskazówki:

a) cykliczne układy sprzężone zawierające 2 lub 6 elektronów i spełniające warunki uważane za z reguły płaskie i aromatyczne. Systemy tego typu realizowane są zazwyczaj w małych i średnich cyklach (2-8 członków);

b) cykliczne układy jonowe o liczbie elektronów 2, 6, 10, 14 są prawie koniecznie aromatyczne, ponieważ aromatyczność jest przyczyną istnienia i trwałości takich jonów;

c) układy neutralne z 10, 14, 18 lub więcej elektronami w jednym pojedynczym cyklu o dużych rozmiarach, wręcz przeciwnie, prawie zawsze wymagają dodatkowych środków w celu ustabilizowania płaskiej struktury w postaci dodatkowych mostków, ponieważ zysk energii w wyniku tworzenia dużego układu aromatycznego nie kompensuje ani energii naprężeń generowanej w makrocyklach, ani entropii utraconej podczas tworzenia pojedynczej płaskiej struktury.

Uwaga : Czytanie poniższego akapitu nie jest zalecane osobom o słabej i niestabilnej wiedzy. Każdy, kto uzyska ocenę mniejszą niż 99 punktów Móc pomiń ten akapit.

Antyaromatyczność. Układy spełniające wszystkie omówione powyżej warunki (cykle płaskie z ciągłym układem orbitali π), ale liczba elektronów wynosi 4n, uważa się za antyaromatyczne - to znaczy, że naprawdę nie istnieje. Jeśli jednak w przypadku aromatyczności mamy do czynienia z rzeczywistymi cząsteczkami, to w przypadku antyaromatyczności problem jest bardziej skomplikowany. Ważne jest, aby zrozumieć, że prawdziwy układ antyaromatyczny nie ma minimalnej, ale maksymalnej energii potencjalnej, to znaczy nie jest cząsteczką, ale stanem przejściowym. Antyaromatyczność jest koncepcją czysto teoretyczną, która opisuje, dlaczego niektóre cykliczne układy sprzężone są albo całkowicie niestabilne i nie można ich uzyskać nawet kosztem ogromnego wysiłku, albo wykazują wyraźne tendencje do istnienia w postaci zwykłego polienu z naprzemiennymi wiązaniami pojedynczymi i wielokrotnymi.

Na przykład cyklobutadien byłoby anty aromatyczny, gdyby istniał jako kwadratowa cząsteczka z wiązaniami o równej długości. Ale w Naturze nie ma takiej kwadratowej cząsteczki. Dlatego poprawny sposób powiedzenia tego to: hipotetyczny kwadratowy cyklobutadien jest antyaromatyczny i Dlatego nie istnieje. Eksperymentalnie, w bardzo niskich temperaturach, wyizolowano podstawione cyklobutadieny, lecz ich budowa okazała się typową dla dienów niearomatycznych – posiadały wyraźną różnicę pomiędzy krótkimi wiązaniami podwójnymi i długimi wiązaniami pojedynczymi.

Naprawdę istniejące płaskie sprzężone cząsteczki z 4n elektronami są zawsze wysoce reaktywnymi, niearomatycznymi polienami. Na przykład benzocyklobutadien faktycznie istnieje (8 elektronów w obwodzie zewnętrznym), ale ma właściwości niezwykle aktywnego dienu.

Antyaromatyczność – bardzo ważny pojęcie w teorii aromatyczności. Teoria aromatyczności przewiduje zarówno istnienie szczególnie stabilnych układów aromatycznych, jak i niestabilność układów antyaromatycznych. Obydwa te bieguny są ważne.

Antyaromatyczność jest bardzo ważnym pojęciem w chemii. Wszystkie nienasycone sprzężone układy cykliczne zawierające antyaromatyczną liczbę elektronów π zawsze mają bardzo wysoką reaktywność w różnych reakcjach addycji.

9. Banalne przykłady syntezy niebenzenoidowych jonów aromatycznych.

Kation cyklopropenylu, kation tropylium

Anion cyklopentadienylidu. Aromatyczne aniony karbocykliczne C8, C10, C14.

10. Opcjonalnie: próby syntezy cząsteczek antyaromatycznych – cyklobutadien, kation cyklopentadienylowy.

Rozwój koncepcji aromatyczności. Trikarbonyl cyklobutadienowo-żelazowy. Aromatyczność wolumetryczna, sferyczna, homoaromatyczność itp.

11. Wytwarzanie węglowodorów aromatycznych.

1. Źródła przemysłowe– ropa i węgiel.

Reformowanie. Łańcuch: heptan – toluen – benzen – cykloheksan.

2. Metody laboratoryjne:

a) reakcja Wurtza-Fittiga (metoda przestarzała, o znaczeniu raczej historycznym, nie rób tego zastosować przy rozwiązywaniu problemów),

b) katalityczna trimeryzacja acetylenu,

c) katalizowana kwasem trimeryzacja acetonu i innych ketonów;

d) sprzęganie krzyżowe, zarówno niekatalityczne z wykorzystaniem miedzianów, jak i katalityczne w obecności kompleksów palladu,

e) należy stosować reakcję Friedela-Craftsa, głównie acylowanie z redukcją według Clemmensena (ketony alkiloarylowe) lub Kizhnera-Wolfa (dowolne ketony i aldehydy),

f) aromatyzacja dowolnych pochodnych cykloheksanu, cykloheksenu, cykloheksadienu pod działaniem siarki (fuzja, odpowiednia tylko dla najprostszych związków) lub dichlorodicyjanobenzochinonu (DDQ lub DDQ, odczynnik ogólnego przeznaczenia).

12. Właściwości pierścieniowego i alifatycznego łańcucha bocznego w węglowodorach aromatycznych.

1. Uwodornienie. Kiedy zachodzi częściowe uwodornienie pierścienia? Uwodornienie grup funkcyjnych (C=C, C=O) bez uwodornienia pierścienia. Przykłady.

2. Redukcja brzozy (Na, ciekły NH 3). Dlaczego potrzebny jest EtOH? Wpływ donorów i akceptorów w pierścieniu na kierunek reakcji.

3. Wolnorodnikowe halogenowanie benzenu (było w szkole!). Halogenowanie toluenu i jego homologów do łańcucha bocznego. Selektywność halogenowania.

4. Utlenianie łańcucha bocznego i poliskondensowanych węglowodorów aromatycznych. Ozonowanie benzenu i innych związków aromatycznych.

5. Reakcja Dielsa-Aldera na benzen i antracen. Warunki.

6. Reakcja metali alkalicznych i Mg z naftalenem i antracenem (opcjonalnie).

PODSTAWIENIE ELEKTROFILOWE W SERII AROMATYCZNEJ.

1. Dlaczego podstawienie elektrofilowe (ES)?

2. Jakie są rodzaje elektrofilów i jakie reakcje EZ szczegółowo zbadamy? (protonowanie, nitrowanie, sulfonowanie, halogenowanie, alkilowanie, acylowanie, formylowanie). Za miesiąc rozważymy: sprzęganie azowe, nitrozację, karboksylację).

3. Uproszczony mechanizm podstawienia elektrofilowego w pierścieniu aromatycznym (bez kompleksów π). Jony arenonowe. Podobieństwo do kationu allilowego. Reprezentacja jonów arenonowych na papierze - struktury rezonansowe lub „podkowa” - koniecznie naucz się rysować struktury rezonansowe dla kompleksów s, ponieważ „podkowa” doprowadzi w ślepy zaułek, gdy dotrzemy do wpływu podstawników na kierunek podstawienia elektrofilowego. Protonowanie arenów.

4. Dowód na istnienie kompleksów π na przykładzie reakcji DCl z benzenem (G. Brown 1952). Dowód na istnienie kompleksów σ.

5. Uogólniony mechanizm EZ, obejmujący tworzenie kompleksów π i σ. Etap ograniczający szybkość detonacji elektronów w pierścieniu benzenowym. Pojęcie kinetycznego efektu izotopowego. Przypomnijmy sobie jeszcze raz czym jest stan przejściowy i pośredni.

6. Orientacja na podstawienie elektrofilowe: orto-, meta, para-, ipso. Orientanty pierwszego i drugiego rodzaju. Pamiętaj, aby narysować struktury rezonansowe dla kompleksów s z różnymi podstawnikami. Odrębnie przeanalizuj wpływ na strukturę s-kompleksów podstawników o działaniu indukcyjnym i mezomerycznym, a także kombinacji efektów wielokierunkowych. Częściowe współczynniki prędkości. Orientacja konsekwentna i niezgodna. Przykłady różnych stosunków izomerów o-/p w przypadkach, gdy pierścień zawiera podstawnik I rodzaju (np. z zawadą przestrzenną) lub II rodzaju (efekt orto). NMR jonów benzoloniowych i niektórych arenów.

7. Rozważanie specyficznych reakcji podstawienia elektrofilowego. Nitrowanie. Agenci. Agenci egzotyczni. Cząstka ataku. Cechy nitrowania różnych klas związków - nitroareny (warunki), chlorowcowane benzeny (podział na izomery o i p. Jak?), naftalen i bifenyl. Nitrowanie amin aromatycznych (grupy zabezpieczające, jak to zrobić O- I P- izomery? Czy można azotować aniliny do pozycji m?). Nitrowanie fenolu (warunki, podział O- I P- izomery).

7. Sulfonowanie arenów. Substancje, natura elektrofila, odwracalność. Cechy sulfonowania naftalenu, toluenu, fenolu, aniliny, zabezpieczanie grupą sulfo w reakcjach EZ.

8. Pochodne kwasu sulfonowego: chlorek tosylu, tosylany, sulfonamidy. Przywrócenie grupy sulfo.

9. Halogenowanie. Seria środków halogenujących o malejącej kolejności działania (znaj co najmniej 3 przykłady). Charakter elektrofila, cechy halogenowania toluenu, halogenowanych benzenów, możliwość otrzymania wszystkich halogenowanych benzenów, halogenowanie naftalenu, bifenylu, aniliny, fenolu, anizolu. Cechy jodowania. Chlorowanie jodobenzenu bez katalizatorów elektrofilowych. Wielowartościowe związki jodu (PhICl 2, PhI=O, PhI(OAc) 2)

10.Alkilowanie i acylowanie według Friedela-Craftsa. Alkilowanie – 3 wady, przykłady syntez, odwracalność, wpływ halogenu w RHal, środki, alkilowanie wewnątrzcząsteczkowe, ograniczenia dotyczące podstawników, cechy alkilowania fenoli i amin, synteza n-alkilobenzenów. Acylowanie - porównanie z alkilowaniem, odczynniki, bezwodniki cykliczne w acylowaniu, reakcje wewnątrzcząsteczkowe, przegrupowanie Friesa.

Tabela 1.

Tabela 2. Dane dotyczące nitrowania halobenzenów.

Mieszanina	produkty,%*			względny prędkość nitrowanie (benzen =1)**	Częściowy współczynnik prędkości dla O- I P- pozycja (benzen = 1)
	orto	meta	para
C 6 H 5 – F					0,054 (O) 0,783 (P)
C 6 H 5 – kl					0,030 (O) 0,136(P)
C 6 H 5 – Br					0,033 (O) 0,116(P)
C 6 H 5 – I***					0,205 (O) 0,648(P)

*) K. Ingold. Teoretyczne podstawy chemii organicznej M., „Mir”, 1973, s. 13-13. 263;

**) tamże. 247; ***) Według najnowszych badań mechanizm podstawienia elektrofilowego w jodkach arylu może być bardziej złożony, niż dotychczas sądzono.

O separacji O- I P- izomery dipodstawionych arenów przez krystalizację.

Tabela 3. T.t. O- I P-izomery dipodstawionych arenów w o C.

PORÓWNANIE REAKCJI alkilowania i acylowania według FRIEDEL-CRAFTS.

	ALKILACJA		ACYLACJA
ODCZYNNIK	AlkHal, AlkOH, alkeny. (Brak ArHala!).		Halogenki kwasów karboksylowych (CA), bezwodniki CA, rzadko - CA
KATALIZATOR	Kwasy Lewisa, zwłaszcza halogenki metali nieżelaznych Al, Fe, Sn itp., BF 3, H 2 SO 4, H 3 PO 4, wymieniacze kationowe.		AlCl 3 (nie mniej mol na mol, a jeszcze lepiej więcej), H 2 SO 4, H 3 PO 4.
PRODUKT	Alkile i polialkilareny.		Ketony aromatyczne. Można wprowadzić tylko jedną grupę acylową.
CECHY I WADY	Jest praktycznie mało przydatny ze względu na wiele działań niepożądanych, a mianowicie: 1) polialkilowanie, 2) izomeryzacja pierwotnego n-alkilu do sec- i tert-alkilu. 3) izomeryzacja polialkilobenzenów do mieszaniny lub do bardziej stabilnego produktu.		Bardzo wygodna reakcja, praktycznie nieskomplikowana przez działania niepożądane. Z reguły powstaje tylko izomer para. Jeśli P-pozycja jest zajęta, to jest to izomer orto (w stosunku do najsilniejszej orientacji).
ODWRACALNOŚĆ	JEŚĆ. (patrz poniżej)
OBSZAR ZASTOSOWAŃ	NIE MOŻNA STOSOWAĆ do arenów zawierających podstawniki typu II. Można stosować do halogenków arylu.
CECHY ZASTOSOWANIA DO FENOLI	NIE POŻĄDANE użyj AlCl3. MÓC stosować katalizatory - H 3 PO 4, HF z alkoholami jako odczynnikami alkilującymi.	CAcCl może ulegać acylowaniu na tlenie. Podczas ogrzewania eteru fenolowego Przegrupowanie FRIS(kat. – AlCl 3). Czasami w reakcji Fr-Kr można zastosować AcOH\BF 3 Synteza fenoloftaleiny.
CECHY ZASTOSOWANIA DO AROMATYKÓW CHESKY, AMINA	Bezpośrednie alkilowanie jest praktycznie niemożliwe, ponieważ nie można zastosować AlCl 3, H 2 SO 4, H 3 PO 4, HF (atak AlCl 3 lub H + lub alkilu na azot - w rezultacie właściwości azotu będące donorem elektronów zmniejszać się Pod wpływem RHal, N-alkiloanilin).	Następuje acylacja azotu. Katalizatory tworzą kompleksy azotowe. Acylowanie jest możliwe przy użyciu dwóch równoważników. środek acylujący i ZnCl2, tworząc p-acylo-N-acyloaniliny.

Notatka:

Odwracalność reakcji alkilowania według Friedela-Craftsa prowadzi do tego, że w układzie zachodzą jednocześnie wszystkie możliwe reakcje alkilowania i dealkilowania, a także ma to wpływ na pozycję meta, ponieważ grupa alkilowa aktywuje się Wszystko pozycji pierścienia benzenowego, chociaż w różnym stopniu.

Jednakże ze względu na preferowaną orto-para orientację procesów alkilowania i odwrotnej dealkilacji pod wpływem elektrofila, na przykład podczas ataku ipso protonu, najmniej reaktywne i bardziej stabilne termodynamicznie 1,3- i 1 ,3 kumulują się w mieszaninie podczas długotrwałej reakcji ,5-izomery, ponieważ zawarte w nich alkile gorzej orientują atak protonów w porównaniu z innymi alkilami:

Podobne przyczyny determinują powstawanie różnych regioizomerów podczas sulfonowania, z tą istotną różnicą, że grupa sulfonowa jest orientantem drugiego rodzaju, co utrudnia polisulfonowanie.

12. FORMACJA – wprowadzenie grupy SNO.

Formylowanie jest szczególnym przypadkiem acylowania.

Wiele pochodnych kwasu mrówkowego może formylować areny. Reakcje formylowania z CO, HCN, HCO(NMe 2) 2. Specyfika doboru katalizatorów elektrofilowych do reakcji formylowania.

GATTERMAN-KOCH(1897) – ArH + CO + HCl (AlCl 3 / Cu 2 Cl 2). Czy istnieje NS(O)S1? A NS(O)F?

GATTERMAN– HCN b\w + gazowy HCl. Kot. AlCl3 lub ZnCl2.

Guttermana-Adamsa(opcjonalnie) – Zn(CN) 2 + HCl. Możesz użyć wersji 1.3.5. triazyna,/HC1/A1C1 3 (opcjonalnie), lub C1 2 CHOR (w 5+++)

Guben-Gesz(acylowanie RCN, HCl i ZnCl2).

FORMACJA WEDŁUG VILSMEIERA-HAACKA. Tylko arena wzbogacona elektronami! + DMF + POC1 3 (może to być SOCl 2, COCl 2).

13. Reakcja hydroksymetylacji, kondensacja związków karbonylowych z arenami (DDT, difenylopropan), chlorometylacja.

14.Zastosowanie reakcji formylowania i hydroksymetylacji.

Gattermana-Kocha - alkilobenzeny, benzen, halobenzeny.

Gatterman – areny aktywowane, toluen.

Vilsmeyer-Haack – tylko aktywowane areny

Chlorometylacja – fenol, anizol, alkilo i halogenobenzeny.

Hydroksymetylacja – aktywowane areny.

(Aktywowane areny to aniliny, fenol i estry fenolu.)

15. Barwniki triarylometanowe. Fiolet krystaliczny (4-Me 2 N-C 6 H 4) 3 C + X - . Synteza z p-Me 2 NC 6 H 4 CHO + 2 Me 2 NPh + ZnCl 2 → LEUCO FORM (kolor biały). Dalsze utlenianie (PbO2 lub inny środek utleniający) do tert- alkohol, następnie obróbka kwasem, wygląd koloru.

MATERIAŁ OPCJONALNY.

1) Rtęć benzenu za pomocą Hg(OAc) 2 Heksamerkuracja benzenu za pomocą Hg(OAc F) 2. Wytwarzanie heksajodobenzenu.

2) Dekarboksylacja kwasów aromatycznych ArCOOH (ogrzewanie proszkiem miedzi w chinolinie) = ArH + CO2. Jeśli w pierścieniu znajdują się grupy odciągające elektrony, można po prostu bardzo mocno podgrzać sól kwasu arenokarboksylowego. Jeśli są donory, szczególnie w pozycji orto, możliwe jest podstawienie grupy karboksylowej protonem, ale jest to rzadkie!

3) Egzotyczne elektrofile w reakcjach z arenami: (HN 3 /AlCl 3 - daje anilinę), R 2NCl / AlCl 3 daje R 2 NAr) (SCl 2 /AlCl 3 daje Ar 2 S. Rodanowanie aniliny lub fenolu dirodanem ( SCN) 2. Tworzenie 2-aminobenzotiazoli.

4) Istnieje wiele „trudnych” reakcji, których nie da się zapamiętać i które nie są konieczne, na przykład PhOH + TlOAc + I 2 = o-jodofenol lub PhOH + t-BuNH 2 + Br 2, -70 o C = o-bromofenol

PODSTAWIENIE NUKLEOFILOWE W SERII AROMATYCZNEJ.

Dlaczego podstawienie nukleofilowe w arenach niezawierających silnych grup odciągających elektrony zachodzi z wielką trudnością?

1. SN Ar– DODAWANIE-ODŁĄCZANIE.

1) Charakter półproduktu. Kompleksy Meisenheimera. (Warunki stabilizacji związku pośredniego.) 13C NMR, ppm: 3(ipso), 75,8(o), 131,8(m), 78,0(p).

2) Nukleofile. Rozpuszczalniki.

3) Seria mobilności halogenów. F (400)>>NO 2 (8)>Cl(1) ≈ Br(1,18)>I (0,26). Etap ograniczający.

4) Szereg zdolności aktywujących podstawników (w jakiej pozycji?) NO 2 (1)>MeSO 2 (0,05)>CN(0,03)>Ac(0,01).

5) Przykłady konkretnych reakcji i konkretnych warunków.

6) Opcjonalnie: możliwość podstawienia grupy NO 2. Selektywne podstawienie grup NO 2. Czynniki przestrzenne.

7) Nukleofilowe podstawienie wodoru w di- i trinitrobenzenie. Dlaczego potrzebujesz środka utleniającego?

2. Mechanizm ARINE – (ABLISHMENT-DODAWANIE).

Znakowany chlorobenzen i orto-chlorotoluen, amidy potasu lub sodu w ciekłym NH3. Mechanizm.

Hydroliza o-, m- i p-chlorotoluenu, NaOH, H 2 O, 350-400 o C, 300 atm. BARDZO TRUDNE WARUNKI!

Znaczenie efektu indukcyjnego. Przypadek o-chloroanizolu.

Powolnym etapem jest abstrakcja protonów (jeśli Hal=Br, I) lub abstrakcja anionów halogenkowych (jeśli Hal=Cl, F). Stąd niezwykła seria mobilności dla halogenów:Br>ja> Cl>F

Metody wytwarzania dehydrobenzenu. Struktura dehydrobenzenu - w tej cząstce NIE potrójne wiązanie! Odzyskiwanie dehydrobenzenu.

3. MechanizmS.R.N1. Dość rzadki mechanizm. Generowanie anionów rodnikowych - prąd elektryczny, napromieniowanie lub metaliczny potas w ciekłym amoniaku. Reaktywność ArI>ArBr. Kilka przykładów. Jakie nukleofile można zastosować? Aplikacja S.R.N1 : reakcje a-arylowania związków karbonylowych poprzez enolany.

4. Podstawienie nukleofilowe w obecności miedzi. Synteza eteru difenylowego, trifenyloaminy, hydroliza o-chloroanizolu.

5. Kilka rzadkich przykładów. Synteza kwasu salicylowego z kwasu benzoesowego, podstawienie nukleofilowe w heksafluorobenzenie.

6. S N 1 Ar – patrz temat "Związki diazowe".

Dalsza lektura na temat „Związki aromatyczne”

M.V.Gorelik, L.S.Efros. Podstawy chemii i technologii związków aromatycznych. M., „Chemia”, 1992.

ZWIĄZKI NITRO.

Minimalna wiedza na temat alifatycznych związków nitrowych.

1. SYNTEZA: a) nitrowanie bezpośrednie w fazie gazowej - tylko najprostsze (I semestr, temat - alkany).

b) RBr + AgNO 2 (eter) = RNO 2 (I) + RONO (II). Stosunek I i II zależy od R:R Pierwszy. 80:10; R wtorek. 15:30. R pociera 0:10:60 (E2, alken). Można użyć NaNO 2 w DMF. Wtedy ilość RNO 2 jest większa nawet dla wtórnego R. Metoda b) jest dobra dla RX aktywnego w S N podstawienie 2, np. ClCH 2 COONa + NaNO 2 w wodzie o temperaturze 85 o C. (temat: podstawienie nukleofilowe i aniony otoczenia, I semestr).

c) NOWA METODA SYNTEZY– utlenianie grupy aminowej za pomocą CF 3 CO 3 H(z (CF 3 CO) 2 O + H 2 O 2 w CH 2 Cl 2 lub MeCN) Odpowiedni do amin alifatycznych i aromatycznych. Czasami można wziąć m-CNBA (kwas m-chloronadbenzoesowy, m-CPBA, odczynnik dostępny w handlu). NIE BIERZ KMnO 4 ani K 2 Cr 2 O 7 DO UTLENIANIA! Specjalnie dla amin aromatycznych!

2. WŁAŚCIWOŚCI. Najważniejszą właściwością jest wysoka kwasowość CH, tautomeryzm form nitrowych i kwasowych (pKa MeNO 2 10,5). Równowaga ustala się powoli! Obie formy reagują z NaOH, ale tylko forma kwasowa reaguje z sodą! (Gancz).

Wysoka kwasowość CH sprawia, że ​​związki nitrowe są analogami ulegających enolizacji związków karbonylowych. Kwasowość nitrometanu jest zbliżona do kwasowości acetyloacetonu, a nie prostych aldehydów i ketonów, dlatego stosuje się raczej słabe zasady - zasady, węglany metali alkalicznych, aminy.

Reakcja Henriego (Henry) jest analogiem kondensacji aldolowej lub krotonowej. Ponieważ reakcję Henriego prowadzi się w łagodnych warunkach, produktem często jest nitroalkohol (analog aldolu), a nie nitroolefina (analog produktu krotonowego). RСН 2 NO 2 jest zawsze komponentem CH!

Reakcje Michaela i Mannicha na RNO 2. Opcjonalnie: halogenowanie w NaOH, nitrozowanie, alkilowanie anionów.

ODBUDOWA ZWIĄZKÓW AROMATYCZNYCH.

1) Najważniejsze produkty pośrednie redukcji nitrobenzenu w środowisku kwaśnym (nitrozobenzen, fenylohydroksyloamina) i zasadowym (azoksybenzen, azobenzen, hydrazobenzen).

2) Selektywna redukcja jednej z grup nitrowych w dinitrobenzenie.

3) WAŻNE WŁAŚCIWOŚCI PRODUKTÓW NIEKOMPLETNEJ ODNOWIENIA NITROARENÓW.

3a) Przegrupowanie benzydyny (B.P.).

WYDAJNOŚĆ 85% dla benzydyny. (R, R’ = H lub inny podstawnik). ZWRÓĆ UWAGĘ NA POZYCJĘ R i R’ przed i po przegrupowaniu!

Kolejne 15% to produkty uboczne – głównie difenylina (2,4’-diaminodifenyl) i orto-benzydyna.

Równanie kinetyczne: V=k[hydrazobenzen] 2– z reguły konieczne jest protonowanie przy obu atomach azotu.

Przegrupowanie benzydyny jest reakcją wewnątrzcząsteczkową. Dowód. Mechanizm: przegrupowanie skoordynowane – sigmatropowe. Zharmonizowany proces dla benzydyny.

Jeśli jedna lub obie pozycje para wyjściowych hydrazobenzenów są zajęte (R=Hal. Alk, AlkO, NH2, NMe2), może nastąpić przegrupowanie semidynowe, tworząc SEMIDYN OW.

Niektóre podstawniki, na przykład SO3H, CO2H, RC(O), znajdujące się w pozycji p, można wyeliminować, tworząc produkty zwykłego B.P.

B.P. stosowany do produkcji barwników azowych, diamin, m.in. benzydyna, tolidyna, dianizydyna. Odkryty przez N.N. Zinina w 1845 roku

Benzydyna jest substancją rakotwórczą.

4) AZObenzen Ph-N=N-Ph. Syn-antyizomeria.

AZOKSYbenzen Ph-N + (→О -)=N-Ph. (Zadanie: synteza niesymetrycznych azo- i azoksybenzenów odpowiednio z nitrozoarenów i amin aromatycznych lub arylohydroksyloamin lub synteza azoksybenzenów z nitrobenzenów i amin aromatycznych (NaOH, 175 o C).

5) FENYLOHYDROKSYLAMINA. Przegrupowanie w środowisku kwaśnym.

O 5 +: powiązane przegrupowania: N-nitrozo-N-metyloanilina (25 o C), N-nitroanilina (10 o C, było), Ph-NH-NH2 (180 o C). Mechanizm jest zwykle międzycząsteczkowy.

6) NITROZObenzen i jego dimer.

O reakcji nitrobenzenu RMgX z utworzeniem alkilonitrozobenzenów i innych produktów. Ta reakcja pokazuje dlaczego NIE przygotowywać odczynników Grignarda z halonitrobenzenów!

METODY WYTWARZANIA AMIN,

znane z materiałów poprzednich wykładów.

1. Alkilowanie amoniaku i amin według Hoffmanna

2. Redukcja nitryli, amidków, azydków, oksymów.

3. Redukcja aromatycznych nitrozwiązków.

4. Przegrupowania Hoffmanna, Curtiusa i Schmidta.

5. (Hydroliza amidów.)

Nowe drogi.

1. Redukcyjne aminowanie C=O (katalityczne).

2. Reakcja Leuckarta (Eschweilera-Clarka).

3. Synteza Gabriela,

4. Reakcja Rittera.

5. Katalityczne arylowanie amin w obecności katalizatorów miedziowych i palladowych (reakcje Ullmanna, Buchwalda-Hartwiga) jest najpotężniejszą nowoczesną metodą syntezy różnych amin.

Właściwości chemiczne amin , znane z poprzednich wykładów.

1. Podstawienie nukleofilowe (alkilowanie, acylowanie).

2. Addycja nukleofilowa do C=O (iminy i enaminy).

3. Eliminacja według Hoffmanna i Cope’a (z tlenków amin).

4. Reakcje podstawienia elektrofilowego w aminach aromatycznych.

5. Zasadowość amin (program nauczania).

Nowe właściwości .

1. Zasadowość amin (nowy poziom wiedzy). Co to są pK a i pK b.

2. Reakcja z kwasem azotawym.

3. Utlenianie amin.

4. Różnorodny– Test Hinsberga, halogenowanie amin.

ZWIĄZKI DIAZONOWE.

1. Związki DIAZO i AZO. SÓL DIAZONOWA. Aniony są proste i złożone. Rozpuszczalność w wodzie. Właściwości wybuchowe. Rozkład ładunków na atomach azotu. Pochodne kowalencyjne.

2. Diazowanie pierwszorzędowych amin aromatycznych. Mechanizm diazowania (schemat uproszczony z wykorzystaniem H+ i NO+). Ile moli kwasu potrzeba? (Formalnie – 2, w praktyce – więcej.) Boczne tworzenie triazenów i boczne sprzęganie azowe.

3. Środki diazujące według malejącej reaktywności.

NO + >>H 2NO 2 + >NOBr>NOCl>N 2 O 3 >HNO 2.

4. Nitrozacja wtorek. I pociera. aminy Reakcja amin alifatycznych z HNO 2.

5. Metody diazowania: a) klasyczne, b) dla amin niskozasadowych, c) odwrotna kolejność mieszania, d) w środowisku niewodnym – zastosowanie i-AmONO. Cechy diazowania fenylenodiaminy. Monitorowanie zakończenia reakcji.

6. Zachowanie soli diazoniowych w środowisku zasadowym. Diazohydrat, syn- i antydiazotan. Ambulansowość diazotanów.

7. Reakcje związków diazowych z wydzielaniem azotu. 1) Rozkład termiczny arylodiazonium zachodzi przez wysoce reaktywne kationy arylowe. Mechanizm podstawienia w tym przypadku jest podobny do S N 1 w chemii alifatycznej. Po tym mechanizmie następuje reakcja Schiemanna i powstawanie fenoli i ich eterów. 2) Nukleofile są czynnikami redukującymi. Mechanizm polega na przeniesieniu elektronu i utworzeniu rodnika arylowego. Zgodnie z tym mechanizmem zachodzi reakcja z jonem jodkowym, zastępując grupę diazową wodorem. 3) Reakcje w obecności proszku miedzi lub soli miedzi(I). Mają także charakter radykalny, miedź pełni rolę reduktora. Nukleofil jest przenoszony do rodnika arylowego w sferze koordynacyjnej kompleksów miedzi. Takie reakcje stanowią większość w chemii soli diazoniowych. Reakcja Sandmeyera i jej analogi. 4) Reakcja Niesmejanowa. 5) Sole diaryliodoniowe i bromonowe.

8. Reakcje związków diazowych bez wydzielania azotu. Powrót do zdrowia. Połączenie azowe, wymagania dotyczące składników azowych i diazowych. Przykłady barwników azowych (oranż metylowy).

9. Reakcje Gomberga-Bachmanna i Meyerweina Nowoczesną alternatywą są reakcje sprzęgania krzyżowego katalizowane kompleksami metali przejściowych oraz reakcja Hecka. W 5++: połączenie krzyżowe z solami diazoniowymi i solami diaryliodoniowymi.

10. DIAZOMETAN. Otrzymywanie, budowa, reakcje z kwasami, fenolami, alkoholami (różnica warunków), z ketonami i aldehydami.

fenole i chinony.

Większość najważniejszych metod syntezy fenoli znana jest z materiałów poprzednich wykładów:

1) synteza poprzez sole Na kwasów sulfonowych;

2) hydroliza chlorków arylu;

3) poprzez sole diazoniowe;

4) metoda kumenowa.

5) hydroksylacja aktywowanych arenów według Fentona.

WŁAŚCIWOŚCI FENOLI.

1) Kwasowość; 2) synteza estrów; 3) podstawienie elektrofilowe (patrz temat „Podstawienie elektrofilowe na arenach”);

4) Reakcje podstawienia elektrofilowego nieuwzględniane wcześniej: karboksylacja Kolbego, formylowanie Reimera-Tiemanna, nitrozowanie; 5) tautomeryzm, przykłady; 6) Synteza eterów; 6a) synteza eterów allilowych; 7) Przegrupowanie Claisena;

8) utlenianie fenoli, rodników aroksylowych; reakcja Bucherera;

10) konwersja PhOH do PhNR 2.

CHINONY.

1. Struktura chinonów. 2. Wytwarzanie chinonów. Utlenianie hydrochinonu, semichinonu, chinhydronu. 3. Chloranil, 2,3-dichloro-5,6-dicyjano-1,4-chinon (DDQ). 4. Właściwości chinonów: a) reakcje redoks, 1,2- i 1,4-addycja, reakcja Dielsa-Aldera.

WAŻNE NATURALNE ENOLE, FENOLE I CHINONY.

WITAMINA C (1): Kwas askorbinowy. Środek redukujący. Barwienie FeCl 3 . W naturze jest syntetyzowany przez wszystkie rośliny zawierające chlorofil, gady i płazy oraz wiele ssaków. W toku ewolucji ludzie, małpy i świnki morskie utracili zdolność jego syntezy.

Do najważniejszych funkcji należy budowa substancji międzykomórkowej, regeneracja i gojenie tkanek, integralność naczyń krwionośnych, odporność na infekcje i stres. SYNTEZA KOLAGENU (hydroksylacja aminokwasów). (Kolagen to wszystko, co nas otacza: skóra, kości, paznokcie, włosy.) Synteza noradrenaliny. Brak witaminy C – szkorbut. Zawartość witaminy C: czarna porzeczka 200 mg/100 g, papryka czerwona, pietruszka – 150-200, owoce cytrusowe 40-60, kapusta – 50. Zapotrzebowanie: 50-100 mg/dzień.

TANNIN, to jest glikozyd kwasu galusowego (2). Zawarty w herbacie, ma właściwości garbujące

RESVERATROL(3) – występuje w winie CZERWONYM (po francusku). Zmniejsza prawdopodobieństwo chorób układu krążenia. Hamuje powstawanie peptydu ENDOTHELIN-1, kluczowego czynnika w rozwoju miażdżycy. Pomaga promować francuskie wino na rynku. Ponad 300 publikacji w ciągu ostatnich 10 lat.

OLEJEK GOŹDZIKOWY: eugenol (4).

WITAMINA E (5)(tokoferol - „Noszę potomstwo”). Przeciwutleniacz. (Sam tworzy nieaktywne wolne rodniki). Reguluje metabolizm selenu w peroksydazie glutationowej, enzymie chroniącym błony śluzowe przed nadtlenkami. Przy niedoborze - niepłodność, dystrofia mięśniowa, obniżona siła działania, wzrasta utlenianie lipidów i nienasyconych kwasów tłuszczowych. Zawarty w olejach roślinnych, sałacie, kapuście, żółtku, płatkach zbożowych, płatkach owsianych (płatki owsiane, musli). Zapotrzebowanie – 5 mg/dzień. Niedobory witamin są rzadkie.

WITAMINY Z GRUPY K (6). Regulacja krzepnięcia krwi i mineralizacji tkanki kostnej (karboksylacja reszty kwasu glutaminowego w pozycji 4 (w białkach!)) - efekt: wiązanie wapnia, wzrost kości. Syntetyzowany w jelitach. Zapotrzebowanie – 1 mg/dzień. Choroby krwotoczne. Antywitaminy K. Dikumaryna. Zmniejszona krzepliwość krwi podczas zakrzepicy.

UBIQINON(„wszechobecny chinon”), znany również jako koenzym Q (7). Transfer elektronów. Oddychanie tkanek. Synteza ATP. Syntetyzowany w organizmie.

CHROMON (8) i FLAWON (9)– semichinony, półestry fenoli.

Kwercetyna (10). RUTYNA – witamina P (11)(to jest kwercetyna + cukier).

Witamina przepuszczalności. W przypadku niedoboru pojawiają się krwawienia, zmęczenie, bóle kończyn. Związek pomiędzy witaminami C i P (askorutyna).

ANTOCYJANY(z greckiego: kolorowanie kwiatów).

CZYM JEST LIGNIN Z czego składa się drewno? Dlaczego jest twardy i wodoodporny?

„ALICYKLES”, 2 wykłady.

1. Formalna klasyfikacja cykli(heterocykle i karbocykle, z których oba mogą być aromatyczne lub niearomatyczne. Niearomatyczne karbocykle nazywane są alicyklami.

2. Dystrybucja w przyrodzie (olej, terpeny, steroidy, witaminy, prostaglandyny, kwas chryzantemowy i pyretroidy itp.).

3. Synteza - koniec XIX wieku. Perkin Jr. – z estru natramalonowego. (patrz paragraf 13). Gustavson:

Br-CH 2CH 2CH 2-Br + Zn (EtOH, 80 o C). To jest 1,3-eliminacja.

4. BAJER (1885). Teoria napięcia. To nawet nie jest teoria, ale artykuł do dyskusji: Według Bayera – wszystkie cykle są płaskie. Odchylenie od kąta 109 około 28’ – napięcie. Teoria żyła i żyła przez 50 lat, a następnie umarła, ale termin pozostał. Pierwsze syntezy cykli makro- i średnich (Ruzicka).

5. RODZAJE NAPRĘŻEŃ W CYKLI: 1) KĄTOWE (tylko małe cykle), 2) SKRĘTNE (przeszkodowe), PRZEZROCZYSTE (w średnich cyklach).

Np. zdaniem Bayera
Np. zgodnie z D H o f kcal/m (obraz cieplny)
Np. zgodnie z D H o kcal/m: C 9 (12,5 kcal/m), C 10 (13 kcal/m), C 11 (11 kcal/m), C 12 (4 kcal/m), C 14 (2 kcal/m).
Ciepło spalania dla grupy CH 2, kcal/m	MAŁE CYKLE 166,6 (C3), 164,0 (C4)		REGULARNY 158,7 (C5), 157,4 (C6)		ŚREDNI DO OD 12 (OD 13) MAKROCYKLE > C 13

6. CYKLOPROPAN. Struktura(С-С 0,151 nM, РНСН = 114 о), hybrydyzacja ( Według obliczeń dla C-H jest bliżej sp 2, dla C-C - do sp 5), wiązania bananowe, kąt 102 o, podobieństwo do alkenów, naprężenie TORSION - 1 kcal/m na C-H, tj. 6 kcal/m od 27,2 (tabela). Kwasowość CH - pKa jak etylen = 36-37, możliwa koniugacja fragmentu cyklopropanu z R-orbitale sąsiadujących fragmentów (stabilność karbokationu cyklopropylometylu) .

CECHY WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNYCH. 1. Uwodornienie w C 3 H 8 (H 2 /Pt, 50 o C)/ 2. mokrym HBr - otwarcie pierścienia metylocyklopropanu według Markownikowa, 1,5-addycja do winylocyklopropanu 3. Halogenowanie rodnikowe. 4. Odporność na niektóre czynniki utleniające (obojętny roztwór KMnO 4, ozon). W fenylocyklopropanie ozon utlenia pierścień Ph, tworząc kwas cyklopropanokarboksylowy.

7. CYKLOBUTAN. Struktura(С-С 0,155 nM, Р НСН = 107 о) , KONFORMACJA – złożona, odchylenie od płaszczyzny 25 o. Naprężenie skrętne.

Prawie nie CECHY WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNYCH:Uwodornienie w C 4 H 10 (H 2 / Pt, 180oC). Cechy strukturalne oksetanów: Naprężenie SKRĘCAJĄCE – 4 kcal/m zamiast 8.

8. CYKLOPENTAN. Prawie nie ma naprężenia kątowego. W płaskim znajduje się 10 par zasłoniętych wiązań CH (może to dać naprężenie skręcające wynoszące 10 kcal/m, ale cyklopentan nie jest płaski). Konformacje: otwarta KOPERTA – półkrzesło – otwarta KOPERTA. PSEUDO-ROTATION to kompromis pomiędzy naprężeniem kątowym i skrętnym.

9. CYKLOHEKSAN – KRZESŁO. Nie ma naprężeń kątowych ani skrętnych. Atomy osiowe i równikowe. Wszystkie wiązania CH sąsiednich atomów węgla znajdują się w pozycji hamowanej. Przejście pomiędzy dwiema możliwymi konformacjami krzesła poprzez kształt skrętu itp. 10 5 razy na sekundę. Widmo NMR cykloheksanu Szybkie i wolne procesy metaboliczne w NMR.

MONOSKŁADANE CYKLOHEKSany. Konformiści. Osiowy i nietaktowny-interakcje butanu.

Swobodne energie konformacyjne podstawników.– D Go, kcal/m: H(0), Me(1,74, stanowi to ~ 95% konformera e-Me w równowadze), i-Pr(2,1), t-Bu (5,5), Hal (0,2- 0,5) Ph (3,1).

Tret grupa -butylowa działa jak kotwica, zabezpieczając konformację, w której sama zajmuje pozycję równikową. W pociera-butylocykloheksan w temperaturze pokojowej ma ponad 99,99% konformera równikowego.

Efekt anomeryczny. Odkryty na monosacharydach i zostanie tam omówiony bardziej szczegółowo.

10. WYKORZYSTANE CYKLOHEKSany. Izomery cis-trans, enancjomery dla 1,2-. 1,3-. 1,4-dipodstawione cykloheksany.

11. WPŁYW STANU KONFORMACYJNEGO na reaktywność. Przypomnijmy sobie eliminację w chlorku mentylu i izomentylu (1 sem). Reguła Bredta.

12. Koncepcja konformacji cykli średnich (wanny, korony itp.)Napięcie przezpierścieniowe. Pojęcie reakcji transpierścieniowych.

13. Metody syntezy małych cykli.

14. SYNTEZA CYKLI ZWYKŁYCH I ŚREDNICH.

Przez eter malonowy.

Piroliza soli Ca, Ba, Mn, Th kwasów a,w-dikarboksylowych.

Kondensacja Dieckmanna.

Przez a,w – dinitryle.

Kondensacja acylowa.

Metateza alkenów.

Cyklotri- i tetrameryzacja na katalizatorach kompleksowych metali.

Reakcja Demyanova.

15. Cechy strukturalne cykloalkenów.

16. Synteza cykloalkinów.

17. Rowery. Spirany. Adamantan.

18. Egzotyczny. Czworościan, kubański, angulan, propelan.

ZWIĄZKI HETEROCYKLICZNE.

1. Pięcioczłonowe heterocykle z jednym heteroatomem.

Pirol, furan, tiofen, aromatyczność, ich pochodne w przyrodzie (porfiryna, hem, chlorofil, witamina B 12, kwas askorbinowy, biotyna).

2. Metody syntezy pięcioczłonowych heterocykli z jednym heteroatomem. Metoda Paala-Knorra. Synteza pirolu według Knorra i furan według Feista-Benary'ego. Przemiany furanu w inne pięcioczłonowe heterocykle według Juryjewa. Preparat furfuralu z odpadów roślinnych zawierających węglowodany pięciowęglowe (pentozany).

3. Właściwości fizyczne i chemiczne pięcioczłonowych heterocykli.

Dane widm 1H i 13C NMR, δ ppm. (dla benzenu δН 7,27 i δС 129 ppm)

Momenty dipolowe

3.1 Podstawienie elektrofilowe w pirolu, furanie i tiofenie.

Pod względem reaktywności wobec elektrofilów pirol przypomina aktywowane substraty aromatyczne (fenol lub aminy aromatyczne), pirol jest bardziej reaktywny niż furan (współczynnik szybkości większy niż 10 5), tiofen jest znacznie mniej reaktywny niż furan (również około 10 5 razy), ale bardziej reaktywny niż benzen (współczynnik szybkości 10 3 -10 5). Wszystkie pięcioczłonowe heterocykle są podatne na polimeryzację i żywiczację w obecności mocnych kwasów protonowych i wysoce reaktywnych kwasów Lewisa. Pirol jest szczególnie kwasofobiczny. DO PODSTAWIENIA ELEKTROFILOWEGO W PIĘCICZŁONOWYCH HETEROCYKLIACH, W SZCZEGÓLNOŚCI PIROLI, SILNYCH KWASÓW MINERALNYCH, AlCl 3 I SILNYCH ŚRODKÓW UTLENIAJĄCYCH NIE MOŻNA STOSOWAĆ! Chociaż zasada ta nie jest absolutna, a tiofen jest w pewnym stopniu kwasoodporny, prościej i bezpieczniej jest całkowicie unikać takich reakcji w przypadku wszystkich heterocykli donorowych. Przykłady reakcji podstawienia elektrofilowego w pirolu, furanie i tiofenie.

3.2. Zasadowość i kwasowość pirolu, alkilowanie pochodnych pirolu Li, Na, K i Mg.

3.3. Kondensacja pirolu z aldehydami (formylowanie, powstawanie porfiryn).

3.4. Cechy właściwości chemicznych furanów (reakcja z bromem, reakcja Dielsa-Aldera.

3.5. Cechy właściwości chemicznych tiofenu. Odsiarczanie.

3.6. Reakcje pięcioczłonowych heterocykli z metalem C.

4. Skondensowane pięcioczłonowe heterocykle z jednym heteroatomem.

4.1. Indole w przyrodzie (tryptofan, skatol, serotonina, heteroauksyna. Indygo.)

4.2 Synteza indoli Fischera. Mechanizm.

4.3 Porównanie właściwości indolu i pirolu. Podobny do pirolu indol jest kwasofobiczny i bardzo wrażliwy na środki utleniające. Istotną różnicą w stosunku do pirolu jest orientacja podstawienia elektrofilowego w pozycji 3.

5. Pięcioczłonowe heterocykle z dwoma heteroatomami Imidazol, amfoteryczność, tautomeryzm, zastosowanie w acylowaniu. Porównanie z amidynami. Imidazol jest donorem i akceptorem wiązań wodorowych. Jest to ważne dla chemii enzymów, takich jak chymotrypsyna. To fragment histydynowy chymotrypsyny przenosi proton i zapewnia hydrolizę wiązania peptydowego.

6. Pirydyna, aromatyczność, zasadowość ( pKa 5,23; zasadowość porównywalna z aniliną (pKa = 4,8), ale nieco wyższa). pKa pochodnych pirydyny: 2-amino-Py= 6,9 , 3-amino-Py = 6,0 . 4-amino-Py = 9,2. To dość mocny fundament. 4-nitro-Py = 1,6; 2-cyjano-Py = -0,26).

Pochodne pirydyny w przyrodzie (witaminy, nikotyna, NADP).

6.1. Dane widm 1H (13C) NMR, 8, ppm

6.2. Metody syntezy pirydyn (z 1,5-diketonów, trójskładnikowa synteza Hantzscha).

6.3. Właściwości chemiczne pirydyny. Alkilowanie, acylowanie, DMAP, kompleksy pirydyny z kwasami Lewisa. (cSO3, BH3, NO2 + BF4-, FOTf). Łagodne odczynniki elektrofilowe odpowiednio do sulfonowania, redukcji, nitrowania i fluorowania.

6.4. Reakcje podstawienia elektrofilowego pirydyny. Charakterystyka reakcji i przykłady warunków podstawienia elektrofilowego w pirydynie.

6,5. N-tlenek pirydyny, otrzymywanie i zastosowanie w syntezie. Wprowadzenie grupy nitrowej w pozycję 4 pierścienia.

6.6. Podstawienie nukleofilowe w 2-, 3- i 4-chloropirydynach. Częściowe współczynniki szybkości w porównaniu z chlorobenzenem.

Podobną tendencję obserwuje się dla 2-, 3- i 4-halochinolin.

6.7. Podstawienie nukleofilowe jonu wodorkowego:

reakcja pirydyny z alkilem lub arylolitem;

reakcja pirydyny z amidem sodu (reakcja Chichibabin). Ponieważ eliminacja wolnego jonu wodorkowego jest niemożliwa ze względów energetycznych, w reakcji Chichibabin pośredni kompleks sigma aromatyzuje się w drodze reakcji z produktem reakcji z wytworzeniem soli sodowej produktu i wodoru cząsteczkowego.

W innych reakcjach wodorek zwykle usuwa się przez utlenianie. Więc, sole pirydyniowe mogą ulegać hydroksylacji, prowadząc do powstania 1-alkilopirydonów-2. Proces jest podobny do aminowania, ale w obecności środka utleniającego, na przykład K3.

6.8. Litowe pochodne pirydyny. Recepcja, reakcje.

6.9. Jądro pirydyny jako silny akceptor mezomeryczny. Stabilność karboanionu sprzężonego z pierścieniem pirydynowym w pozycjach 2 lub 4. Cechy właściwości chemicznych metylopirydyn i winylopirydyn.

7. Skondensowane sześcioczłonowe heterocykle z jednym heteroatomem.

7.1. Chinolina. Chinina.

Widma 1H (13C) NMR chinoliny, 8, ppm.

7.1. Metody otrzymywania chinolin. Syntezy Scroupa i Döbnera-Millera. Pojęcie mechanizmu tych reakcji. Synteza 2- i 4-metylochinolin.

7.2. Izochinoliny,synteza według Bischlera-Napieralskiego .

7.3. Właściwości chemiczne chinoliny i izochinoliny. Porównanie z pirydyną, różnice we właściwościach pirydyny i chinoliny.

Zachowanie związków heterocyklicznych w obecności środków utleniających i redukujących mających na celu modyfikację łańcuchów bocznych.

Reduktory:

Pirol jest prawie nieograniczenie odporny na środki redukujące, a także zasady i nukleofile (na przykład może wytrzymać wodorki, boran, Na w alkoholu bez wpływu na pierścień, nawet przy długotrwałym ogrzewaniu).

Tiofen - podobnie jak pirol, jest odporny na czynniki redukujące, a także zasady i nukleofile, z wyjątkiem środków redukujących na bazie metali przejściowych. Wszelkie związki niklu (nikiel Raneya, borek niklu) powodują odsiarczanie i uwodornienie szkieletu. Katalizatory palladowe i platynowe są zwykle zatrute tiofenami i nie działają.

Furan jest tym samym co pirol, ale bardzo łatwo ulega uwodornieniu.

Indol jest całkowicie podobny do pirolu.

Pierścień pirydynowy ulega redukcji łatwiej niż pierścień benzenowy. W przypadku łańcuchów bocznych można zastosować NaBH 4 , ale niepożądane (często wręcz niemożliwe) jest użycie LiAlH 4 .

W przypadku chinoliny zasady są prawie takie same jak w przypadku pirydyny, nie można stosować LiAlH 4.

W formie czwartorzędowanej (N-alkilopirydynium, chinolinium) są bardzo wrażliwe na środki redukujące (redukcja pierścienia), zasady i nukleofile (otwarcie pierścienia).

Utleniacze.

Stosowanie środków utleniających do związków pirolu, indolu i w mniejszym stopniu furanu prowadzi zwykle do zniszczenia pierścienia. Obecność podstawników odciągających elektrony zwiększa odporność na utleniacze, jednak bardziej szczegółowe informacje na ten temat wykraczają poza zakres programu III roku.

Tiofen zachowuje się jak benzen – zwykłe utleniacze nie niszczą pierścienia. Jednak stosowanie utleniaczy nadtlenkowych w jakiejkolwiek formie jest surowo zabronione - siarka utlenia się do sulfotlenku i sulfonu z utratą aromatyczności i natychmiastową dimeryzacją.

Pirydyna jest dość stabilna dla większości środków utleniających w łagodnych warunkach. Stosunek pirydyny do ogrzewania z KMnO 4 (pH 7) do 100 o C w szczelnie zamkniętej ampułce jest taki sam jak w przypadku benzenu: pierścień ulega utlenieniu. W środowisku kwaśnym pirydyna w postaci protonowanej jest jeszcze bardziej odporna na działanie środków utleniających; można zastosować standardowy zestaw odczynników. Nadkwasy utleniają pirydynę do N-tlenku - patrz wyżej.

Utlenianie jednego z pierścieni chinolinowych KMnO 4 prowadzi do kwasu pirydyno-2,3-dikarboksylowego.

8. Sześcioczłonowe heterocykle z kilkoma atomami azotu

8.1. Pirymidyna. Pochodne pirymidyny jako składniki kwasów nukleinowych i leków (uracyl, tymina, cytozyna, kwas barbiturowy). Leki przeciwwirusowe i przeciwnowotworowe – pirymidyny (5-fluorouracyl, azydotymidyna, alkilometoksypirazyny – składniki zapachu żywności, owoców, warzyw, papryki, groszku, smażonego mięsa. Tzw. reakcja Maillarda (opcjonalnie).

8.2. Pojęcie właściwości chemicznych pochodnych pirymidyny.

Pirymidynę można bromować w pozycji 5. Uracyl (patrz poniżej) można również bromować i nitrować w pozycji 5.

Łagodne reakcje S N 2 Ar w chloropirymidynach(analogia z pirydyną!): Pozycja 4 przebiega szybciej niż pozycja 2.

Podstawienie 2-C1 pod wpływem KNH2 w NH3l. Mechanizm nie jest arine, ale ANRORC (5+++).

10. Dwupierścieniowe heterocykle z kilkoma atomami azotu. Puryny ( adenina, guanina).

Najbardziej znane puryny (kofeina, kwas moczowy, acyklowir). Izostery purynowe (allopurinol, sildenafil (Viagra™)).

Dodatkowa literatura na temat „Heterocykle”

1. T. Gilchrist „Chemia związków heterocyklicznych” (tłumaczenie z języka angielskiego - M.: Mir, 1996)

2. J. Joule, K. Mills „Chemia związków heterocyklicznych” (tłumaczenie z języka angielskiego - M.: Mir, 2004).

AMINOKWASY .

1. Aminokwasy (AA) w przyrodzie. (W białkach występuje ≈ 20 aminokwasów, są one kodowane przez AA; w przyrodzie występuje >200 aminokwasów.)

2. α-, β-, γ-aminokwasy. Konfiguracja S naturalnych L-aminokwasów.

3. Amfoteryczność, punkt izoelektryczny(pH wynosi zwykle 5,0-6,5). Aminokwasy zasadowe (7,6-10,8), kwasowe (3,0-3,2). Potwierdzenie struktury obojnaczej. Elektroforeza.

4. Właściwości chemiczne AK– właściwości grup COOH i NH2. Chelaty. Betainy. Zachowanie, gdy ogrzewanie(porównaj z hydroksykwasami). Tworzenie azlaktonów z N-acetyloglicyny i hydantoin z mocznika i AA wynosi 5++. Synteza estrów i N-acylacja to droga do syntezy peptydów (patrz wykład o białku).

5. Chemiczne i biochemiczne deaminacja,(nie uczcie mechanizmów!), zasady enzymatycznej transaminacji witaminą B 6 (było w temacie „Związki karbonylowe” i na kursie biochemii).

7. Najważniejsze metody syntezy aminokwasów:

1) z kwasów halokarboksylowych - dwie prymitywne metody, w tym ftalimid. (Obydwa są już znane!)

2) Synteza Streckera;

3) alkilowanie anionów kwasu CH – PhCH=N–CH 2 COOR i ester N-acetyloaminomalonowy.

4) Enancjoselektywna synteza AA poprzez:

a) separacja mikrobiologiczna (enzymatyczna) oraz

b) enancjoselektywne uwodornienie przy użyciu katalizatorów chiralnych.

5) β-aminokwasy. Synteza według Michaela.

	Aminokwasy hydrofobowe	Trochę o roli biochemicznej (dla ogólnego rozwoju)
ALANIN		Usuwanie amoniaku z tkanek do wątroby. Transaminacja, przemiana w kwas pirogronowy. Synteza puryn, pirymidyn i hemu.
WALINA*		Jeśli w wyniku mutacji walina zastąpi kwas glutaminowy w hemoglobinie, pojawia się choroba dziedziczna – anemia sierpowatokrwinkowa. Poważna choroba dziedziczna występująca powszechnie w Afryce, ale nadająca odporność na malarię.
LEUCYNA*
IZOLEUCYNA*
PROLINA		Zagina się w cząsteczkach białka. Brak rotacji tam, gdzie jest prolina.
FENYLALANINA*		Jeśli nie zostanie ona przekształcona w tyrozynę, wystąpi choroba dziedziczna, oligofrenia fenylopirogronowa.
TRYPTOFAN*		Synteza NADP, serotoniny. Rozkład w jelitach na skatol i indol.
	Aminokwasy hydrofilowe
GLICYNA Gly (G)	H2N-CH2-COOH	Bierze udział w ogromnej liczbie syntez biochemicznych w organizmie.
SERYNA Ser (S)	HO-CH 2-CH(NH2)-COOH	Uczestniczą (jako część białek) w procesach acylacji i fosforylacji.
TREONINA* Thr (T)	CH3-CH(OH)-CH(NH2)-COOH
TYROZYNA Tyr (Y)		Synteza hormonów tarczycy, adrenaliny i noradrenaliny
	Aminokwasy „kwasowe”.
KWAS SZPARAGOWY Boleń (D)	HOOC-CH 2-CH(NH2)-COOH	Dawca grupy aminowej w syntezach.
KWAS GLUTAMINOWY Klej)	HOOC-C 4H 2-CH 2-CH(NH2)-COOH	Tworzy GABA (kwas γ-aminomasłowy (aminalon) - środek uspokajający. Glu usuwa NH 3 z mózgu, zamieniając się w glutaminę (Gln). Kwas 4-karboksyglutaminowy wiąże Ca w białkach.
	„A M I ​​D S” aminokwasów kwasowych
ASPARAGINA Asn(N)	H2N-CO-CH2-CH(NH2)-COOH
GLUTAMINA Gln (Q)	H2N-CO-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH	Grupy donoramino w syntezach
CYSTEINA Cys(C)	HS-CH 2-CH(NH2)-COOH	Tworzenie wiązań S-S (tert, struktura białka, regulacja aktywności enzymów)
CYSTYNA	Cys-S-S-Cys
METIONINA* Spotkał	MeSCH 2 CH 2 - CH(NH2)COOH	Dawca grupy metylowej
	"Aminokwasy
LIZYNA* Lys (K)	H2N-(CH2)4-CH(NH2)-COOH	Tworzy wiązania poprzeczne w kolagenie i elastynie nadając im elastyczność.
ARGININA Arg(R) Zawiera fragment guanidyny	H2N-C(=NH)-NH-(CH2)3-CH(NH2)-COOH	Uczestniczy w usuwaniu amoniaku z organizmu
HISTYDYNA Jego (H) Pozostałość imidazolu		Synteza histaminy. Alergia.

* - aminokwasy. Glukozę i tłuszcze można łatwo syntetyzować z większości aminokwasów. Zaburzenia metabolizmu aminokwasów u dzieci prowadzą do upośledzenia umysłowego.

GRUPY OCHRONNE STOSOWANE W SYNTEZY PEPTYDÓW.

N.H. 2 -grupy zabezpieczające –

RC(O)- = ( HC(O)- ) CF3C(O) - ftalilowy

ROC(O)- = PhCH2OC(O)- i podstawione benzyle , t-BuOC(O)- itd. pociera-grupy,

grupa fluorenylometyloksykarbonylowa,

Grupa Ts

grupy zabezpieczające COOH – etery – PhCH 2 O- i podstawione benzyle,

etery t-BuO- i fluorenylometylowe.

Nie przewidziano oddzielnego rozpatrywania grup ochronnych dla innych aminokwasów.

Metody tworzenia wiązania peptydowego.

1. Chlorek kwasowy (przez X-NH-CH(R)-C(O)Cl). Metoda jest przestarzała.

2..Azydek (według Curtiusa, poprzez X-NH-CH(R)-C(O)Y → C(O)N 3 jako miękki odczynnik acylujący.

3.Anhydryt – m.in. poprzez mieszany bezwodnik z kwasem węglowym.

4. Aktywowane estry (na przykład C(O)-OS 6 F 5 itp.)

5. Karbodiimid – kwas + DCC + amina

6. Synteza na stałym nośniku (np. na żywicy Merrifield).

Biologiczna rola peptydów. Kilka przykładów .

1. Enkefaliny i endorfiny to peptydy opioidowe.

na przykład Tyr-Gly-Gly-Phe-Met i

Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu z mózgu świni. Znanych jest kilkaset analogów.

2. Oksytocyna i wazopresyna Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Leja -Gly-NH2

│________________│

DuVigneaud, Nob.pr. 1955 Cys-Tyr-Ile-Gln-Asn-Cys-Pro-Argument -Gly-NH2

│________________│

3. Insulina kontroluje pobieranie glukozy przez komórkę. Nadmiar glukozy we krwi (cukrzyca) prowadzi do glikozylacji wszystkiego (głównie białek).

4. Transformacje peptydowe: angiotensynogen → angiotensyna I → angiotensyna II. Jeden z głównych mechanizmów regulacji ciśnienia krwi (BP), miejsce zastosowania wielu leków (blokery ACE – enzym konwertujący angiotensynę. Katalizatorem etapu 1 jest enzym renina (wyizolowany z nerek).

5. Toksyny peptydowe. Skuteczny przeciwko chorobom - zatruciu jadem kiełbasianym, tężcowi, błonicy, cholerze. Trucizny węży, skorpionów, pszczół, toksyny grzybowe (falloidyna, amantyna), bezkręgowce morskie (Conusgeographus – 13 AK, dwa mostki -S-S). Wiele z nich jest stabilnych po ugotowaniu w kwaśnym roztworze (do 30 minut).

6. Antybiotyki peptydowe (gramicydyna S).

7. Aspartam Asp-Phe-OMe jest 200 razy słodszy od cukru. Gorzkie i „smaczne” peptydy.

8. Białka. Cztery poziomy organizacji natywnej cząsteczki białka. Białko to unikalny (wraz z kwasami nukleinowymi) typ makrocząsteczki, który ma dokładnie znaną strukturę, uporządkowaną aż do szczegółów stereochemii i konformacji. Wszystkie inne znane makrocząsteczki, w tym naturalne (polisacharydy, lignina itp.) mają mniej lub bardziej nieuporządkowaną strukturę - szeroki rozkład mas cząsteczkowych, swobodne zachowanie konformacyjne.

Podstawową strukturą jest sekwencja aminokwasów. Jaka jest skrócona nazwa struktury pierwotnej?

Struktura wtórna - konformacyjnie regularne elementy dwóch typów (α-helisy i β-warstwy) - w ten sposób uporządkowana jest tylko część makrocząsteczki białka.

Struktura trzeciorzędowa to unikalna uporządkowana konfiguracja stereochemiczna kompletnej makrocząsteczki. Koncepcja „sfałdowania” łańcucha polipeptydowego w trzeciorzędową strukturę białka. Priony.

Struktura czwartorzędowa to połączenie kilku podjednostek w białkach składających się z kilku łańcuchów polipeptydowych. Mostki disiarczkowe (odwracalna przemiana cysteiny-cystyny) jako sposób na utrwalenie struktur trzeciorzędowych i czwartorzędowych.

WĘGLOWODANY.

1. Czym są węglowodany? Węglowodany są wokół nas i wewnątrz nas.

2. Koncepcja fotosyntezy pochodnych kwasu D-glicerynowego Tylko dla szczególnie wyróżniających się studentów - powstawanie difosforanu kwasu glicerynowego z D-rybulozy.

3. Co to jest seria D węglowodanów?(Krótko o historii koncepcji serii D i L).

4. Klasyfikacja węglowodanów: a) według liczby atomów C; b) przez obecność grup C=O lub CHO; c) przez liczbę fragmentów cyklicznych.

5. Synteza węglowodanów z aldehydu D-glicerynowego metodą Kiliani-Fisher.Jak Fischer ustalił wzór na glukozę?

6. Wyprowadzenie wzorów wszystkich D-tetroz, -pentoz, -heksoz z D-aldehydu glicerynowego (struktury otwarte). Dla wszystkich uczniów – poznanie wzoru glukozy (otwartej i cyklicznej), mannozy (epimer 2-glukozy), galaktozy (epimer 4-glukozy), rybozy. Piranozy i furanozy.

7. Potrafić przejść od formy otwartej do formy cyklicznej według Hawortha. Potrafić narysować wzory α- i β-glukozy (wszystkie podstawniki w pozycji e z wyjątkiem anomerycznego) w konformacji krzesła.

8. Co to są epimery, anomery, mutarotacja. Efekt anomeryczny.

9. Właściwości chemiczne glukozy jako alkoholu aldehydowego: a) chelaty z jonami metali, otrzymywanie glikozydów, pełnych eterów i estrów, zabezpieczenie izopropylidenowe; b) utlenianie grupy CHO jonami metali, wodą bromową, HNO 3. Podział według woli. Reakcja z aminami i otrzymywanie ozonów. Najważniejsze zasady i techniki selektywnego alkilowania różnych grup hydroksylowych w glukozie.

10. D-fruktoza jako przedstawiciel ketoz. Formy otwarte i cykliczne. Reakcja srebrnego lustra dla fruktozy.

11. Pojęcie cukrów deoksy, aminocukrów. Dotyczy to również chityny i heparyny. Septuloza i oktuloza w awokado. Reakcja Maillarda.

12. OLIGOSACHARYDY. Maltoza,celobioza,laktoza, sacharoza. Cukry redukujące i nieredukujące.

13. Polisacharydy – skrobia(20% amylozy + 80% amylopektyny),próba jodowa skrobi, glikogen, celuloza,hydroliza skrobi w jamie ustnej (amylaza) i hydroliza celulozy,włókno nitro, włókno wiskozowe, produkcja papieru , grupy krwi i różnice między nimi.

WAŻNE POLISACHARYDY.

POLISACHARYD	SKŁAD i struktura	notatki
cyklodekstryny	α-(6), β-(7), γ-(8) Składa się z glukozy 1-4 połączenia.	Doskonałe środki kompleksujące, środki chelatujące
skrobia	α-glu-(1,4)-α-glu 20% amylozy + 80% amylopektyny	Amyloza= 200 glu, liniowy polisacharyd. Amylopektyna= 1000 lub więcej glu, rozgałęzione.
glikogen	skrobia „rozgałęziona”, udział 6-OH	Rezerwy glukozy w organizmie
	Z pozostałości fruktozy	Zawarty w topinamburu
celuloza	β-glu-(1,4)-β-glu	Bawełna, włókno roślinne, drewno
celuloza	Ksantat na pozycji 6	Produkcja wiskozy - wiskoza, celofan (folia opakowaniowa)
octan celulozy	W przybliżeniu dioctan	włókno octanowe
azotan celulozy	Trinitroester	Bezdymny proszek
Produkcja papieru z drewna	Drewno = celuloza + lignina. Traktuj Ca(HSO3)2 lub Na2S + NaOH	Zasiarczanie drewna - usuwanie ligniny do wody - produkcja masy celulozowej.
	Poli-α-2-deoksy-2-N-Ac-aminoglukoza (zamiast 2-OH - 2-NH-Ac)	Jeśli usuniesz Ac z azotu, otrzymasz chitozan - modny suplement diety
Kwas hialuronowy	– (2-AcNH-glukoza – kwas glukuronowy) n –	Smarowanie ciała (np. stawów).
	Struktura jest bardzo złożona – (2-HO 3 S-NH-glukoza – kwas glukuronowy) n –	Wydłuża czas krzepnięcia krwi
Siarczan chondroityny	Glikoproteiny (kolagen), proteoglikany, połączenie poprzez asparaginę NH2 lub serynę OH	Występuje wszędzie w organizmie, szczególnie w tkance łącznej i chrząstce.

Notatka: Kwas glukuronowy: 6-COOH – 1-CHO

Kwas glukonowy: 6-CH 2OH – 1-COOH

Kwas glukarowy: 6-COOH – 1-COOH

1. Chemia i biochemia kwasów nukleinowych.

Zasady azotowe w RNA: U (uracyl), C (cytozyna) są pochodnymi pirymidyny. A (adenina), G (guanina) są pochodnymi puryn. W DNA Zamiast U (uracylu) występuje T (tymina).

Nukleozydy ( cukier+ zasada azotowa): urydyna, cytydyna, tymidyna, adenozyna, guanozyna.

Nukleotydy ( fosforan+ cukier+ zasada azotowa).

Tautomeria laktymowo-laktamowa.

Struktura pierwotna kwasy nukleinowe (połączenie nukleozydów przez atomy tlenu w pozycjach C-3 i C-5 rybozy (deoksyrybozy) za pomocą mostków fosforanowych.

RNA i DNA.

a) Zasady główne i zasady mniejsze (RNA). Dla samego tRNA lista pomniejszych zasad zbliża się do 50. Powodem ich istnienia jest ochrona przed enzymami hydrolitycznymi. 1-2 przykłady mniejszych zasad.

c) Reguły Chargaffa dotyczące DNA. Najważniejsze: A=T. G=C. Jednak G+C< А+Т для животных и растений.

Zasady budowy DNA

1. Nieprawidłowość.
Istnieje regularny szkielet fosforanowo-cukrowy, do którego przyłączone są zasady azotowe. Ich naprzemienność jest nieregularna.

2. Antyrównoległość.
DNA składa się z dwóch łańcuchów polinukleotydowych zorientowanych antyrównolegle. Koniec 3' jednego znajduje się naprzeciwko końca 5' drugiego.

3. Komplementarność (komplementarność).
Każda zasada azotowa jednego łańcucha odpowiada ściśle określonej zasadzie azotowej drugiego łańcucha. Zgodność jest określana chemicznie. Puryna i pirymidyna łączą się, tworząc wiązania wodorowe. W parze A-T znajdują się dwa wiązania wodorowe, a w parze G-C trzy, ponieważ zasady te mają dodatkową grupę aminową w pierścieniu aromatycznym.

4. Obecność regularnej struktury wtórnej.
Dwa komplementarne, antyrównoległe łańcuchy polinukleotydowe tworzą prawoskrętne helisy o wspólnej osi.

Funkcje DNA

1. DNA jest nośnikiem informacji genetycznej.
Funkcję tę pełni fakt istnienia kodu genetycznego. Liczba cząsteczek DNA: w komórce ludzkiej znajduje się 46 chromosomów, z których każdy zawiera jedną cząsteczkę DNA. Długość 1 cząsteczki wynosi ~8 (tj. 2x4) cm, po zapakowaniu wynosi 5 nm (jest to trzeciorzędowa struktura DNA, superskręcenie DNA na białkach histonowych).

2. Powielanie i przekazywanie informacji genetycznej zapewnia proces replikacji (DNA → nowe DNA).

3. Realizacja informacji genetycznej w postaci białek i innych związków powstałych za pomocą białek enzymatycznych.
Funkcję tę pełnią procesy transkrypcji (DNA na RNA) i translacji (RNA na białko).

Naprawa– odbudowa uszkodzonego odcinka DNA. Wynika to z faktu, że DNA jest cząsteczką dwuniciową i zawiera komplementarny nukleotyd, który „mówi” co należy poprawić.

Jakie błędy i uszkodzenia występują? a) Błędy replikacji (10 -6), b) depurynacja, utrata puryn, tworzenie miejsc apurynowych (w każdej komórce utrata 5000 reszt puryn dziennie!), c) depurynacja (np. cytozyna zamieniona w uracyl).

Uszkodzenia indukowalne. a) dimeryzacja pierścieni pirymidynowych pod wpływem UV przy wiązaniach C=C z utworzeniem pierścienia cyklobutanowego (do usuwania dimerów stosuje się fotoliazy); b) uszkodzenia chemiczne (alkilowanie, acylowanie itp.). Naprawa uszkodzeń – Glikozylaza DNA – Apurynizacja (lub apirymidynizacja) zasady alkilowanej – następnie wprowadzenie „normalnej” zasady w pięciu etapach.

Zakłócenie procesu naprawczego – choroby dziedziczne (xeroderma pigmentosum, trichotiodystrofia itp.) Istnieje około 2000 chorób dziedzicznych.

Inhibitory transkrypcji i translacji są lekami przeciwbakteryjnymi.

Streptomycyna – inhibitor syntezy białek u prokariotów.

Tetracykliny - „wiążą się z podjednostką 30S rybosomu bakteryjnego i blokują przyłączenie aminoacylo-tRNA do centrum A rybosomu, zakłócając w ten sposób elongację (tj. odczyt mRNA i syntezę łańcucha polipeptydowego).”

Penicyliny i cefalosporyny – antybiotyki β-laktamowe. Pierścień β-laktamowy hamuje syntezę ściany komórkowej drobnoustrojów Gram-ujemnych.

Wirusy – inhibitory syntezy matrix w komórkach eukariotycznych.

Toksyny – często robią to samo, co wirusy. α-Amanityna– toksyna muchomorowa, LD 50 0,1 mg na kg masy ciała. Hamowanie polimerazy RNA. Efektem są nieodwracalne zmiany w wątrobie i nerkach.

Rycyna – bardzo silna trucizna białkowa z ziaren rycynowych. Jest to enzym N-glikozylaza, który usuwa resztę adeniny z 28S rRNA dużej podjednostki rybosomu i hamuje syntezę białek u eukariontów. Zawarty w oleju rycynowym.

Enterotoksyna z czynnika wywołującego błonicę (białko o masie 60 kDa) - hamowanie syntezy białek w gardle i krtani.

Interferony – białka o wielkości około 160 AA są wydzielane przez niektóre komórki kręgowców w odpowiedzi na infekcję wirusami. Ilość interferonu wynosi 10 -9 – 10 -12 g, tj. jedna cząsteczka białka chroni jedną komórkę. Białka te, podobnie jak hormony białkowe, stymulują syntezę enzymów, które niszczą syntezę wirusowego mRNA.

Choroby dziedziczne (monogenowe) i (nie mylić!) rodzinne predyspozycje do chorób (cukrzyca, dna moczanowa, miażdżyca, kamica moczowa, schizofrenia to choroby wieloczynnikowe).

Zasady analizy sekwencji nukleotydów (opcjonalnie).

Technologia DNA w medycynie.

A. Ekstrakcja DNA. B. Cięcie DNA za pomocą enzymów restrykcyjnych. Ludzkie DNA składa się z 150x106 par nukleotydów. Należy je podzielić na 500 000 fragmentów po 300 par każdy. Następna jest elektroforeza żelowa. Następnie – hybrydyzacja Southern blot z sondą radiową lub innymi metodami.

Sekwencjonowanie. Egzonukleazy odcinają sekwencyjnie jeden mononukleotyd. Jest to przestarzała technika.

PCR (PCR) – reakcja łańcuchowa polimerazy. (Nobel przyznany w 1993 r.: Carrie Mullis)

Zasada: startery (są to fragmenty DNA o długości ~20 nukleotydów - dostępne w handlu) + polimeraza DNA → produkcja DNA (wzmacniacz) → analiza DNA (sekwencer). Teraz wszystko dzieje się automatycznie!

Metoda sekwencjonowania DNA przy użyciu znakowanych wadliwych nukleotydów (takich jak dideoksynukleotydy). Teraz znaczniki nie są radioaktywne, ale fluorescencyjne. Testowanie na AIDS i inne choroby przenoszone drogą płciową. Szybko, ale drogo. Lepiej nie chorować!

Sukces PCR w diagnostyce i powszechnym zastosowaniu wynika z faktu, że enzymy biorące udział w tym procesie, wyizolowane z żaroodpornych bakterii z gorących źródeł i genetycznie zmodyfikowane, są w stanie wytrzymać ciepło, które powoduje denaturację (dysocjację nici DNA) i przygotowuje je do kolejna runda PCR.

TERPENY, TERPENOIDY I STEROIDY.

Terpentyna – olejek eteryczny z żywicy sosnowej.

Terpeny to grupa nienasyconych węglowodorów o składzie (C 5 H 8) n, gdzie n³ 2, szeroko rozpowszechniona w przyrodzie. Zawierają fragmenty izopentanu, zwykle połączone główką do ogona. (jest to Reguła Ruzickiej).

Monoterpeny C 10 (C 5 H 8) 2 Ce pisz Terpeny C 15, (C 5 H 8) 3 Diterpeny C 20, (C 5 H 8) 4 Triterpeny C 30, (C 5 H 8) 6. Politerpeny (guma).

Stopień uwodornienia terpenów może być różny, więc liczba atomów H nie musi być wielokrotnością 8. Nie ma terpenów C 25 i C 35.

Terpeny są acykliczne i karbocykliczne.

Terpenoidy (izoprenoidy) to terpeny (węglowodory) + terpeny podstawione funkcjonalnie. Rozbudowana grupa naturalnych związków o regularnej budowie szkieletowej.

Izoprenoidy można podzielić na

1) terpeny m.in. funkcjonalnie podstawiony,

2) sterydy

3) kwasy żywiczne,

4) poliizoprenoidy (guma).

Najważniejsi przedstawiciele terpenów.

Niektóre cechy chemii terpenów, cząsteczek bicyklicznych i steroidów.

1) kationy nieklasyczne; 2) przegrupowania typu Wagnera-Meyerweina; 3) łatwe utlenianie; 4) synteza diastereoselektywna; 5) wpływ grup odległych.

Formalnie terpeny są produktami polimeryzacji izoprenu, jednak droga syntezy jest zupełnie inna! Dlaczego właściwie pochodne poliizoprenu są tak rozpowszechnione w przyrodzie? Wynika to ze specyfiki ich biosyntezy z acetylokoenzymu A, tj. właściwie z kwasu octowego. (Bloch, 40-60. Obydwa atomy węgla z C 14 H 3 C 14 UN są zawarte w terpenie.)

SCHEMAT SYNTEZY KWASU MEWALONOWEGO - najważniejszego produktu pośredniego w biosyntezie terpenów i steroidów.

Kondensacja acetyl koenzym A b acetoacetyl Koenzym A poddawany jest procesowi kondensacji estrów Claisena.

Synteza limonenu z fosforanu geranylu, ważnego półproduktu zarówno w syntezie szerokiej gamy terpenów, jak i w syntezie cholesterolu. Poniżej przedstawiono przemianę limonenu w kamforę pod wpływem HCl, wody i środka utleniającego (PP – pozostałość pirofosforanu).

Konwersja kwasu mewalonowego do fosforanu geranylu zachodzi poprzez 1) fosforylację 5-OH, 2) wielokrotną fosforylację 5-OH i utworzenie pirofosforanu, 3) fosforylację przy 3-OH. Wszystko to dzieje się pod wpływem ATP, który przekształca się w ADP. Dalsze przekształcenia:

Najważniejsze hormony steroidowe.

Powstaje w organizmie z cholesterolu. Cholesterol jest nierozpuszczalny w wodzie. Wnika do komórki i bierze udział w biosyntezie poprzez kompleksy z białkami przenoszącymi sterol.

KWASY ŻÓŁCIOWE . Kwas cholowy. Połączenie cis pierścieni A i B. Kwasy żółciowe poprawiają wchłanianie lipidów, obniżają poziom cholesterolu i są szeroko stosowane do syntezy struktur makrocyklicznych.

STEROIDY – LEKI.

1. Kardiotonika. Digitoksyna. Występuje w różnych typach naparstnicy purpurowej (Digitalis purpurea L. lub Digitalislanata Ehrh.). Glikozydy to naturalne związki składające się z jednej lub więcej reszt glukozy lub innych cukrów, najczęściej połączonych w pozycjach 1 lub 4 z cząsteczką organiczną (AGLIKON). . Substancje o podobnej budowie i działaniu znajdują się w jadzie niektórych gatunków ropuch.

2. Diuretyki. Spironolakton (veroshpiron). Antagonista aldosteronu. Blokuje wchłanianie zwrotne jonów Na+, zmniejszając w ten sposób ilość płynu, co prowadzi do obniżenia ciśnienia krwi.Nie wpływa na zawartość jonów K+! To jest bardzo ważne.

3. Leki przeciwzapalne. Prednizolon. 6-metyloprednizolon (patrz wzór powyżej). Fluorosteroidy (deksametazon (9a-fluoro-16a-metyloprednizolon), triamcynolon (9a-fluoro-16a-hydroksyprednizolon. Maści przeciwzapalne.

4. Anaboliki. Wspomaga tworzenie masy mięśniowej i tkanki kostnej. Methandrostenolon.

5. BRASINOSTERYDY- NATURALNE SKŁADNIKI WSPOMAGAJĄCE ROŚLINY W WALCE ZE STRESEM (susza, mróz, nadmierna wilgoć) MAJĄ DZIAŁANIE REGULUJĄCE WZROST.

24-epibrasinolid [(22R, 23R,24R)-2α,3α,22,23-tetrahydroksy-B-homo-7-oksa-5α-ergostan-6-on.

Lek „Epin-extra”, NNPP „NEST-M”.

KATALIZA KOMPLEKSOWA METALI (1 SEMESTR).