Сформулируйте основные положения структурной теории. Какое из них кажется вам наиболее очевидным, а какое — наименее?
Атомы в молекулах соединены в определённой последовательности, образуя структуру (связь атомов). Эта последовательность называется химическим строением. Свойства органических веществ зависят не только от их качественного и количественного состава, но и от того, как атомы соединены между собой. Атомы углерода способны образовывать цепи (как линейные, так и разветвлённые), а также вступать в кратные связи друг с другом. Существование изомеров (соединений с одинаковой молекулярной формулой, но разным строением и, следовательно, свойствами) объясняется разной последовательностью соединения атомов. Наиболее очевидным кажется положение о том, что свойства веществ зависят от их строения, ведь это легко проследить на примере изомеров. Наименее очевидным может быть положение о том, как именно атомы углерода соединяются в цепи, так как это требует визуализации и представления трехмерной структуры молекулы.
Приведите формулы двух органических соединений, которые не имеют изомеров.
Метан (CH₄) — имеет только одну возможную структуру. Формиат (HCOOH) — простейшая карбоновая кислота, не имеет изомеров.
Имеются два атома углерода и один атом кислорода. Сколькими способами можно соединить все эти атомы друг с другом (без учёта кратных связей)?
Один из возможных вариантов соединения: этанол (CH₃CH₂OH), где кислород соединён с водородом и углеродом. Второй вариант: диметиловый эфир (CH₃OCH₃), где атом кислорода находится между двумя атомами углерода. Таким образом, всего два способа соединить эти атомы друг с другом без учёта кратных связей.
Выполните предыдущее задание для трёх атомов углерода и одного атома кислорода.
Пример 1: пропанол (CH₃CH₂CH₂OH), кислород соединён с одним из концов углеродной цепи. Пример 2: изопропанол (CH₃CHOHCH₃), кислород соединён со вторым углеродом. Пример 3: метилэтиловый эфир (CH₃OCH₂CH₃), где кислород соединён с двумя углеродами, каждый из которых принадлежит к разным группам. Таким образом, существует три возможных способа соединить три атома углерода и один атом кислорода.
Органическое вещество, содержащее 64,86% углерода, 13,52% водорода и 21,62% кислорода, имеет относительную плотность по водороду 37. Определите его молекулярную формулу.
Дано:
Процентное содержание: углерода (C) — 64,86%, водорода (H) — 13,52%, кислорода (O) — 21,62% Относительная плотность по водороду — 37 Определяем эмпирическую формулу:
Пусть у нас 100 г вещества. Тогда:
Масса углерода = 64,86 г Масса водорода = 13,52 г Масса кислорода = 21,62 г Находим количество молей:
Количество молей углерода = 64,86 / 12 = 5,405 Количество молей водорода = 13,52 / 1 = 13,52 Количество молей кислорода = 21,62 / 16 = 1,351 Делим на минимальное количество молей (1,351):
Соотношение углерода: 5,405 / 1,351 ≈ 4 Соотношение водорода: 13,52 / 1,351 ≈ 10 Соотношение кислорода: 1,351 / 1,351 ≈ 1 Эмпирическая формула вещества — C₄H₁₀O.
Напишите структурные формулы двух веществ состава: а) C3H6; б) C4H10; в) C2H6O; г) C2H4O; д) C2H7N(азот трёхвалентен).
а) C₃H₆ (пропен):
H₂C=CH-CH₃ б) C₄H₁₀ (бутан):
CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ в) C₂H₆O (этанол):
CH₃-CH₂-OH г) C₂H₄O (этаналь):
CH₃-CHO д) C₂H₇N (этилмин):
CH₃-CH₂-NH₂
Учитывая, что углерод четырёхвалентен, а водород имеет валентность 1, определите, сколько всего химических связей содержится в молекуле предельного углеводорода октана C8H18. Сколько из них связей C—C и C—H?
Связи C—C:
В молекуле октана 8 углеродных атомов образуют цепь. Между углеродными атомами в цепи образуется 7 одинарных связей C—C. Связи C—H:
Внутренние углероды (6 атомов) связаны с 2 атомами водорода каждый. Концевые углероды (2 атома) связаны с 3 атомами водорода каждый. Посчитаем общее количество водородных атомов:
Внутренние углероды: 6 углеродов × 2 водорода = 12 водородов Концевые углероды: 2 углерода × 3 водорода = 6 водородов Итого: 12 + 6 = 18 водородных атомов.
Общее количество связей:
Одинарные связи C—C: 7 Одинарные связи C—H: 18 Таким образом, общее количество одинарных связей в молекуле октана:
7 (C—C) + 18 (C—H) = 25 связей.